Khảo sát thực nghiệm ứng xử khung phẳng BTCT có tường chèn đã bị hư hỏng được gia cố bằng tấm FRP chịu tải trọng đứng và ngang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH THANH TUẤN

KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ
KHUNG PHẲNG BTCT CÓ TƯỜNG CHÈN
ĐÃ BỊ HƯ HỎNG ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG TẤM FRP
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG VÀ NGANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
Cán bộ hướng dẫn 1 :
PGS.TS NGUYỄN MINH LONG
Cán bộ hướng dẫn 2 :
PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 07 tháng 07 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH

2. PGS.TS HỒ ĐỨC DUY
3 ..............................................................
4 .............................................................
5 .............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỤNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

Huỳnh Thanh Tuấn

Ngày, tháng, năm sinh:

18/02/1991

MSHV: 1670102
Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dụng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
Mã số: 60580208
I. TÊN ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ KHUNG PHẢNG BTCT
CÓ TƯỜNG CHÈN ĐÃ BỊ HƯ HỎNG ĐƯỢC GIA CỐ BÀNG TẤM FRP
CHỊU TẢI TRỌNG ĐỨNG VÀ NGANG
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Nghiên cứu tổng quan và lập quy trình khảo sát thục nghiêm.

-

Khảo sát thục nghiệm ứng xử của khung phẳng BTCT chịu tải đứng và tải ngang
lặp tĩnh tăng dần cho đến khung bị phá hoại.

-

Gia cuờng khung bằng cách bơm keo và gia cố liên kết bằng tấm CFRP.

-

Khảo sát thục nghiệm ứng xử khung sau khi gia cuờng CFRP.

-

So sánh ứng xử khung truớc và sau khi gia cuờng.

-

Đánh giá kết quả thí nghiệm và rút ra những nhận xét, kết luận, kiến nghị cũng nhu
đề xuất huớng phát triển đề tài.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/02/2019
IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/06/2019

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Minh Long
PGS.TS Ngô Hữu Cường

Tp. HCM, ngày 02 tháng 06 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN
Kiến thức là một hành trang vững chắc song hành với mỗi người. Thông qua đây,
tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa
TP.HCM, những người đã tâm huyết truyền đạt cho tôi kiến thức trong những năm học
qua.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sâu sắc Thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Minh
Long và Thầy PGS.TS Ngô Hữu Cường, là những người đã giúp tôi hình thành nên ý
tưởng của đề tài, trực tiếp hướng dẫn tôi phương pháp nghiên cứu, phân tích góp ý và

giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô và Cán bộ Phòng thí nghiêm Công trình
Khoa Kỹ thuật Xây dựng (BKSEL) Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã nhiệt tình
hỗ trợ và giúp đỡ tôi hoàn thành nghiên cứu này một cách tốt nhất.
Dù đã cố gắng rất nhiều trong quá trình nghiên cứu nhưng luận văn này không
thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong quý Thầy Cô trong Hội đồng chỉ
dẫn thêm để tôi hoàn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy Cô.
TP.HCM, ngày 02 tháng 06 năm 2019

Huỳnh Thanh Tuấn


TÓM TẮT
Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về lý thuyết và ứng dụng của tấm sợi carbon (CFRP)
trong việc gia cường hệ kết cấu khung bê tông cốt thép nhằm tăng khả năng chịu tải
cực hạn của hệ, nhưng các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các bộ phận kết cấu riêng
lẻ như dầm, cột và nút khung. Các nghiên cứu về hệ kết cấu còn rất ít cả về lý thuyết
và thực nghiệm. Theo tác giả tìm hiểu, cho đến nay, ở Việt Nam chưa có bất kì một
nghiên cứu nào về việc gia cố, phục hồi khả năng chịu lực của khung đã bị hư hỏng.
Nghiên cứu này được tiến hành nhằm khảo sát ứng xử, hiệu quả phục hồi khả năng
chịu tải đứng và ngang của 2 mẫu khung BTCT có tường chèn bằng gạch hoặc bằng
BTCT đã bị hư hỏng được gia cố lại bằng tấm CFRP. Kết quả nghiên cứu cho thấy
khung đã bị hư hỏng được gia cố bằng tấm CFRP không chỉ khôi phục lại khả năng
chịu lực mà còn khôi phục lại độ cứng, độ dẻo dai và khả năng hấp thụ năng lượng của
khung. Thêm vào đó, các vết nứt trên bộ phận kết cấu bê tông không xuất hiện bên
trong lớp tấm gia cố CFRP mà xảy ra ngay ở mép tấm.

5

ABSTRACT
Although a significant number of studies have been conducted on the scientific basis
and results of application of carbon fiber reinforced polymer materials (CFRP) on
reinforced concrete components to increase the maximum load capacity of the them,
mainly focused on individual components such as reinforced beams, columns, joints.
The studies of structural frame system are limit in both theory and experiment.
According to the author, until now, there has not been any research on reinforcement
and restoration the bearing capacity of the damaged frame. This study was conducted
to investigate on response, effective of vertical and horizontal load capacity restoration
of damaged infilled reinforced concrete planar frame strengthened by FRP. The study
results show that the damaged frame reinforced with CFRP not only restores initial
bearing capacity but also increases the maximum load of the frame. Additional, cracks
in the concrete do not appear inside the CFRP sheets, yet they only occur at the edges
of the CFRP sheets.

6


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là nghiên cứu do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
Thầy PGS.TS Nguyễn Minh Long và Thầy PGS.TS Ngô Hữu Cường.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các
nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.
TP.HCM, ngày 02 tháng 06 năm 2019

Huỳnh Thanh Tuấn

7

MỤC LỤC

8


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTCT: Bê tông cốt thép
CFRP: Tấm sợi carbon (Carbon Fiber Reinforced Polymer)
ACI: Viện bê tông Hoa Kì (American Concrete Institute) CSA: Hiệp hội tiêu chuẩn
Canada (Canada Standards Association) KG-N: Khung BTCT có tường chèn bằng
gạch nguyên mẫu KG-S: Khung BTCT có tường chèn bằng gạch bị hư hỏng, đã gia cố
CFRP KB-N: Khung BTCT có tường chèn bằng BTCT nguyên mẫu KB-S: Khung
BTCT có tường chèn bằng BTCT bị hư hỏng, đã gia cố CFRP

viii


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
pu : tải trọng ngang tác dụng lên khung tại đầu dầm trên

[kN]

ỗ : chuyển vị

[mm]

£ : biến dạng

[xlO'6]

Eb : khả năng hấp thụ năng lượng

[kN.mm]

K : độ cứng của mẫu khung

[kN/mm]

i: độ dẻo dai của mẫu khung

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

viii


Hình 3.13: Khung KB-S bị nứt phá hoạt tại chân cột ngoài tấm CFRP (ảnh thực tế)
61

1
2


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, gia cố công trình là một hướng đi mới. Đặc biệt với điều kiện xây dựng hiện
nay, với mật độ xây dựng cao trong các thành phố lớn, các công trình cũ đã qua sử dụng bị hư
hỏng hoặc đã bị xuống cấp cần được khôi phục để tiếp tục sử dụng là rất lớn. Thêm nữa, các
công trình đang sử dụng cần có nhu cầu cải tạo công năng, nâng tầng và nâng cấp công trình
thì cũng cần được gia cường bằng phương pháp thích hợp. Trước đây, thép tấm, cốt thép, hoặc
cáp thép thường được sử dụng để gia cường cấu kiện và kết cấu bê tông cốt thép, nhưng với
trọng lượng nặng của chúng, tính dễ bị ăn mòn của vật liệu thép và sự phức tạp trong công tác
gia cố đã làm cho các giải pháp gia cường này phần nào ít được ưa chuộng.
Mặc dù có nhiều phương pháp gia cố kết cấu như Hình 1.1, song tấm CFRP vẫn là giải
pháp tối ưu với trọng lượng nhẹ, bề dày rất mỏng, không làm tăng tải trọng công trình, giữ
nguyên diện tích sử dụng, thuận tiện cho thi công, đồng thời tăng hiệu quả kinh tế và tính

(a) Bổ sung cột thép để giảm nhịp nhà

(c) Lắp đặt tấm thép để gia cố dầm

thẩm mỹ.

(b)Tăng cường các bộ phận kết cấu bằng cốt thép

(d) Căng cáp ngoài các bộ phận kết cấu


(e) Kết hợp nhiều phương pháp gia cố

(f) Lắp đặt CFRP ứng suất trước

Hình 1.1: Các phương pháp gia cố kết cấu hiện nay

Hình 1.2: Công trình cải tạo gia cường CFRP không ứng suất trước.
Hiện nay, mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về cơ sở khoa học, và kết quả ứng dụng tấm
sợi carbon vào kết cấu công trình, nhưng chủ yếu tập trung vào các cấu kiện riêng lẻ như dầm,
cột, nút khung. Các nghiên cứu về hệ kết cấu còn rất ít cả về lý thuyết và thực nghiệm. Theo
tác giả tìm hiểu, cho đến nay, ở Việt Nam chưa có bất kì một nghiên cứu nào về việc gia cố,
phục hồi khả năng chịu lực của khung đã bị hư hỏng.
Với tình hình nghiên cứu và nhu cầu tất yếu của ngành xây dựng, việc nghiên cứu ứng
dụng tấm CFRP vào gia cố khung phẳng đã bị hư hỏng chịu đồng thời tải trọng đứng và ngang
là một đề tài cấp thiết, có khả năng ứng dụng cao.
15


1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu
Trong việc phân tích tính toán thiết kế hiện nay ở nước ta, hiện chưa có tiêu chuẩn thiết kế
đối với vật liệu gia cường CFRP, việc phân tích tính toán chỉ dựa trên các tiêu chuẩn nước
ngoài như: ACI 440.2R-08 [1] và CSA S806-02 [2].
Trong những năm gần, ngày càng có nhiều nghiên cứu sâu rộng về tính hiệu quả của việc
tăng cường và sửa chữa các cấu kiện BTCT đang sử dụng được bọc bên ngoài bằng CFRP.
Các nghiên cứu về cấu kiện BTCT riêng lẻ được gia cường thêm FRP như dầm (Li cùng cộng
sự, 2002 [3], 2006 [4]; Rougier cùng Luccioni, 2007 [5]), cột (Binici cùng Mosalam, 2007 [6];
Ozcan cùng cộng sự, 2008 [7]; Promis cùng cộng sự, 2009 [8]; Rougier cùng Luccioni, 2007
[5]), và khớp liên kết (Alhaddad và cộng sự, 2012 [9]; Mahini cùng Ronagh, 2010 [10]) đã
cho thấy hiệu quả của phương pháp gia cường. Ngoài ra, một số nghiên cứu cũng nhấn mạnh
đến các vấn đề kỹ thuật liên quan như phá hoại giòn (brittle debonding failure) và các phương
pháp được sử dụng để khắc phục những vấn đề này (Gravina cùng cộng sự, 2013 [11]; Kalfat
cùng cộng sự, 2013 [12]).
Zou cùng cộng sự (2007) [13] đã khảo sát một khung ba tầng được gia cường với CFRP

xung quanh các cột khung. Nghiền cứu cho thấy rằng khả năng chịu lực của các cột tăng lên
trong khi độ cứng cột được cải thiện nhẹ. Việc tăng độ cứng của các cột dẫn đến khả năng
kháng chấn tác động lên khung cao hơn. Kiểu phá hoại của khung đã được thay đổi từ một cơ
chế bên hông cột thành kiểu biến dạng khung tốt hơn với cơ chế ứng xử cột mạnh dầm yếu.
Ngoài ra, ứng xử của một khung ba tầng được gia cường CFRP dưới các thử nghiệm bán tĩnh
đã được nghiên cứu bởi Pampanin và các cộng sự (2007) [14], Ket quả cho thấy rằng việc sử
dụng CFRP xung quanh các khớp có thể dẫn đến sự hình thành các khớp dẻo (the plastic
hinges) trong các dầm bên ngoài (chứ không phải trong các khớp nối cột dầm).
Nữoomandi cùng cộng sự (2010) [15] đã đánh giá hiệu quả của một khung BTCT gia
cường thêm CFRP. Mối quan hệ moment - góc xoay của các nút khung BTCT được gia cường
thêm CFRP, được phát triển bời Mahini cùng Ronagh (2010) [10], kết quả thu được bằng cách
sử dụng phần mềm ANSYS (2005). Họ cho thấy hiệu suất và hệ số ứng xử kháng chấn của
khung BTCT được gia cường CFRP đã được cải thiện hoặc thậm chí tăng cường đáng kể so
với khung gốc không gia cường. Vì toàn bộ ứng xử đỉnh (post-peak) khó phân tích được khi
sử dụng ANSYS, Nữoomandi cùng cộng sự (2010) [10] đã tập trung vào cường độ đỉnh của
khung phẳng và các nút khung được gia cường trong nghiên cứu của họ.
16


Nghiên cứu của Hadigheh cùng các cộng sự (2013) [16] thu được kết quả độ cứng kháng
uốn sẽ tăng thêm tại các khớp liên kết được gia cường thêm CFRP bằng việc sử dụng phần
mềm phần tử hữu hạn Abaqus (2007) và đã chứng minh hiệu quả của ứng xử khung BTCT cột
mạnh dầm yếu được gia cường tại các khớp liên kết bởi tấm FRP.
Ronagh cùng Eslami (2013) [17] đã thành công chỉ ra sự tăng cường khả năng kháng uốn
của khung BTCT 8 tầng hợp chuẩn đại diện cho một công trình kết cấu trung tầng sử dụng sợi
thủy tinh / sợi cacbon (GFRP / CFRP) để gia cường. Nghiên cứu của Hadigheh (2014) [18] đã
chứng minh rằng gia cường CFRP có thể cải thiện trên tất cả các khả năng chịu lực bên trong
của khung bằng mô hình số Abaqus mô phỏng các nút khung BTCT trước và sau khi gia
cường. Một phép phân tích chuyển động phi tuyến cũng được thực hiện trong nghiên cứu của
ông trên các khung (trước và sau khi tăng cường) để nghiền cứu ảnh hưởng của giằng thép và

việc gia cường CFRP đối với ứng xử kháng chấn của các khung. Ket quả cho thấy rằng gia cố
CFRP có thể nâng cao hệ số ứng xử, R, của các khung từ 3 - 24%. Việc gia cường CFRP
không chỉ duy trì khả năng chịu tải bên trong của một khung bị hư hỏng mà còn làm tăng hiệu
quả kháng chấn của nó.
Batikha cùng Alkam (2015) [19] sử dụng mô hình phần tử hữu hạn 2D nghiên cứu ảnh
hưởng của cường độ chịu nén khối xây gạch bê tông trong gia cường khung BTCT bằng FRP.
Kết quả cho thấy tường xây khi thay đổi cường độ từ 1.7 - 9.0 MPa làm tăng khả năng chịu tải
trọng ngang 40-120% so với khung không có tường. Và khi được gia cường bang FRP tăng từ
13-46% so với không gia cường.
Ma cùng cộng sự (2016) [20] thực hiện nghiên cứu thực nghiệm về hiệu quả kháng chấn
của các khung với đầy đủ dầm cột sàn BTCT thu nhỏ được gia cường thêm CFRP trước khi
động đất. Nghiên cứu khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của sàn, dầm ngang và các cách thức
gia cường FRP khác nhau đến kiểu phá hoại và hiệu quả kháng chấn của các mẫu khung thu
nhỏ. FRP làm biến đổi kiểu phá hoại sang khớp dầm như mong muốn, có vai trò rõ rệt trong
việc cải thiện khả năng tiêu tán năng lượng và độ dẻo của khung. Khi gia cường CFRP với các
cách thức khác nhau, nghiên cứu cũng chứng minh được chỉ các mẫu khung gia cường các
vùng khớp dẻo của cột cho hiệu quả kháng chấn tốt nhất.
Okahashi và Pantelides (2017) [21] tiến hành nghiên cứu trên hai nút khung BTCT, trong
đó có một nút khung được gia cường bằng CFRP theo mô hình thanh chống - giằng (STM).
Kết quả thí nghiêm cho thấy nút khung được gia cường bằng CFRP đạt tải trọng ngang cực
17


đại gấp 1.5 lần so với mẫu nút khung không gia cường. Đồng thời nghiên cứu khi tiến hành
mô phỏng mô hình STM, nút khung không gia cường đạt 95% lực cắt nút, trong khi nút khung
gia cường CFRP đạt 90% lực cắt nút thực nghiệm.
Capani cùng cộng sự (2017) [22] khảo sát thực nghiêm 10 mẫu cột BTCT tiết diện chữ
nhật bị hư hỏng và gia cố lại bằng CFRP, trong đó có hai mẫu đối chứng không gia cường
CFRP. Nghiên cứu đánh giá ứng xử, kiểu phá hoại của mẫu dưới tải trọng nén dọc trục. Các
mẫu đã được sửa chữa trước khi gia cố bằng CFRP. Tương ứng với phương pháp gia cố đơn

hướng hay đa hướng, tải trọng phá hoại cải thiện từ 4-10% và 22-29% so với mẫu đối chứng.
Gần đây hơn, Li, Chen cùng các cộng sự (2019) [23] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệp
và mô phỏng số 9 mẫu khung BTCT có tường chèn chịu các vụ nổ khí. Trong đó các mẫu
tường được gia cường bang CFRP theo dạng phân bố, dạng tập trung và mẫu đối chứng không
gia cường. Bài báo các mẫu tường đã thay đổi ứng xử từ một chiều sang hai chiều sau khi gia
cường CFRP. Các mẫu tường được gia cường phá hủy ở các cạnh và giữa nhịp. Phương án gia
cường theo dải tập trung có tác dụng rõ rệt trong việc cải thiện hiệu quả chống nổ. Các mô
phỏng số sau khi được hiệu chỉnh cho thấy chuyển vị cực đại và mức độ phá hủy của tường
giảm đáng kể khi tăng chiều dày tường, và ngược lại.
Allam cùng các cộng sự (2019) [24] tiến hành nghiên cứu thực nghiêm trên 8 mẫu nút
khung BTCT chịu tải trọng lặp tĩnh để mô phỏng động đất. Trong đó có 4 mẫu nút khung
nguyên mẫu và 4 mẫu được gia cường bằng sợi carbon hoặc sợi thủy tinh. Kết quả chỉ ra rằng
các mẫu được gia cường FRP đồng thời tăng khả năng kháng chấn, độ cứng, độ dẻo dai tại các
nút khung. Mẩu thí nghiêm được gia cường bằng sợi carbon có khả năng chịu lực tăng 1.34
lần, đồng thời khả năng tiêu tán năng lượng tăng 4.6 lần so với mẫu đối chứng.
Ở Việt Nam, gần đây, việc gia cường kết cấu cũng bắt đầu được nghiên cứu rộng rãi. Trong
đó chủ yếu là tấm sợi thủy tinh, như tác giả Nguyễn Hùng Phong (2014) Tạp chí Xây dựng
tháng 3, Nghiên cứu thực nghiêm về gia cường kháng cắt cho dầm BTCT bằng tấm sợi thủy
tinh. Nguyễn Văn Mợi, Nguyễn Tấn Dũng, Hoàng Phương Hoa (2011), “Nghiên cứu giải
pháp gia cường dầm bê tông cốt thép bằng các tấm vật liệu composite sợi carbon”, Tạp chí
khoa học công nghệ, Đại học Đà Nắng. Phan Vũ Phương (2014), nghiên cứu về “Ảnh hưởng
yếu tố kích thước tiết diện đến ứng xử và khả năng kháng cắt dầm cao BTCT gia cường tấm
CFRP”. Võ Như Quang Vinh (2015), nghiên cứu “Phân tích ảnh hưởng tương tác của cường
độ chịu nén bê tông và hàm lượng tấm CFRP đến khả năng kháng cắt của dầm BTCT kết hợp
18


ứng lực trước”. Lương Nguyễn (2015), nghiền cứu “Phân tích ảnh hưởng của tỷ số nhịp cắt chiều cao làm việc của tiết diện dầm đến ứng xử và khả năng kháng cắt của dầm BTCT kết
hợp ứng suất trước gia cường tấm CFRP”. Trương Thị Phương Quỳnh (2017), nghiên cứu về
“Ảnh hưởng của hệ neo CFRP dạng u đến hiệu quả gia cường kháng uốn của tấm CFRP cho

dầm bê tông ứng suất trước”. Vũ Thành Đạt (2017), “Khảo sát ứng xử uốn của dầm BTCT gia
cường CFRP chịu tải trọng lặp”.
Nghiên cứu tiến sĩ của Đinh Lê Khánh Quốc (2017) [25] về “ứng xử của khung phang
BTCT có tường xây chèn dưới tác động của tải họng ngang” cho thấy khung tường xây chèn
với khe hở hợp lý có cấp tải gây nứt tường, khung gần như đồng thời và đạt khả năng chịu tải
cực hạn. Đồng thời, độ cứng của tường xây chèn sau khi nứt không giảm đột ngột mà vẫn còn
khả năng tham gia chịu lực cùng khung BTCT. Nghiên cứu cũng kiến nghị xem xét đến độ
cứng của tường xây chèn khi tính toán công trình chịu tải trọng ngang, lưu ý tăng cường khả
năng chịu lực của kết cấu tại các tầng mềm của công trình.
Các nghiên cứu trong nước kể trên đều cho thấy sự gia tăng đáng kể về khả năng chịu lực
của dầm sau khi được gia cường tấm CFRP. Nhưng chỉ giới hạn ở cấu kiện dầm riêng lẻ, chưa
khảo sát kết cấu khung với dầm và cột làm việc kết hợp. Mục đích chính của nghiên cứu này
là khảo sát hoàn chỉnh ứng xử của một khung BTCT phang có chèn tường BTCT hoặc tường
gạch. Mô hình thí nghiêm của nghiên cứu còn phản ánh thực tế với các lỗ khoét cửa sổ trên
tường chèn. Đặc biệt nghiên cứu thực hiện với khung đã bị hư hỏng, mất khả năng chịu lực và
gia cố lại.
1.3

Mục tiêu, phu’ong pháp và phạm vỉ nghiên cứu
1.3.1

Mục tiêu của đề tài

Khảo sát thực nghiệm ứng xử, khả năng chịu tải đứng và ngang kết hợp của khung BTCT
có tường chèn bằng gạch hoặc BTCT có lỗ mở đã bị hư hỏng sau khi gia cố các nút khung
bằng tấm CFRP.
1.3.2

Phương pháp và phạm vi nghiên cứu

Phương pháp: Nghiên cứu khảo sát, đánh giá bằng thực nghiêm.
Phạm vi: Giới hạn việc nghiên cứu cho khung BTCT phẳng một tầng, một nhịp có tường
chèn, có lỗ mở, chịu tải trọng tĩnh.

19


1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
❖Ý

nghĩa khoa học:

Đa số các nghiên cứu hiện nay về ứng dụng tấm CFRP được thực hiện trên các cấu kiện
BTCT riêng lẻ như dầm, cột với mục đích gia tăng khả năng chịu lực cực hạn của cấu
kiện.
Đề tài này nhằm khảo sát, đánh giá các giá trị thực nghiệm của việc thiết kế gia cường,
khôi phục khả năng chịu lực của khung BTCT có tường chèn đã bị hư hỏng bằng tấm
CFRP.
Tạo nguồn cơ sở dữ liệu đối chiếu cho các nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của khung
BTCT có tường chèn đã bị hư hỏng gia cường bằng tấm CFRP chịu tải đứng và ngang
kết hợp.
❖ Ý CFRP
tấm
nghĩa
vào
thực
việc
tiễn:
thiết
Góphư

kế
phần
và thi
làm
công
sáng
gia
tỏ,
cố,
mở trình
rộng
cải tạo
ứng
các
dụngcầu
công
trình
nâng
cấp,
đã qua
mở
sử
rộng
dụng
ở
nước
bị
ta.
hỏng
hoặc

các
công
có nhu

20


CHƯƠNG 2.
2.1

CHƯƠNG TRÌNH THựC NGHIỆM

Vật liệu

2.1.1

Bê tông

Bê tông đúc mẫu thí nghiệm được thiết kế theo cấp phối gồm 490 kg xi măng PCB40, 743
kg cát, 1052 kg đá, 167 lít nước và 6.37 kg phụ gia Plast 257. Cường độ chịu nén mẫu
được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn sau thời gian 28 ngày được trình bày trong bảng
2.1.
Bảng 2.1: Thí nghiệm nén mẫu bê tông
Đơt đổ BT
Dầm đáy

Hạng mục

Kiếm nghiệm

Cột — dầm
trên
Kiếm nghiệm

Đơn
Kiểu mẫu vị đõ

Cấp /
Mác

Thông số kiểm nghiệm

MLP

Mpa

65.6

67.5

54.6

--

--

--

MLP

Mpa

58.6

48.9

58

54.7

62.5

44.8

Hình 2.1: Thí nghiệm nén mẫu bê tông

B45
(M600)
B40
(M500)


2.1.2 Cốt thép
Cốt thép dọc sử dụng thép CB400-V có fy = 400 Mpa, fu = 570 Mpa, module đàn hồi E =
200000 MPa. Đường kính 20mm cho chân đế và đường kính 16mm cho cấu kiện dầm
cột.
Cốt thép đai sử dụng thép CB240-T có fy = 240 Mpa, fu = 380 Mpa, module đàn hồi E =
210000 MPa. Đường kính 8mm cho đai cột, dầm. Vách BTCT dùng lưới thép hàn đường
kính 6mm.
2.1.3 Vật liệu FRP

Tấm CFRP với các thông số kỹ thuật được cung cấp bời nhà sản xuất được trình bày trong
bảng 2.2. Keo dán tấm CFRP là loại keo epoxy Carbotex Impreg hai thành phần A-B với
các thông số kỹ thuật được nhà sản xuất cung cấp như bảng 2.3.
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của tấm CFRP dùng trong thí nghiệm
Loại tấm carbon cường độ cao
UD230
Trọng lượng (g/m2)

230

Bề dày (mm)

0.51

Cường độ chịu kéo (N/mm2)

4900

Biến dạng kéo đứt (%)

>2.1%

Module đàn hồi (Gpa)

240

Bể rộng tấm (mm)

500

Chiều dài cuộn (m)

100


Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của keo Carbotex Impreg
Độ nhớ khi trộn

± 3700 mPa.s

Thời gian khô:

± 30 min. (20°C)

Tỷ trọng:

1,1 kg/1

Cường độ chịu kéo:

60 N/mm2

Cường độ chịu nén:

90 N/mm2

Cường độ chịu uốn:

90 N/mm2

Module đàn hồi:

3000 - 3500 N/mm2

Tỉ lệ trộn:

Thành phần A: 2,35 kg và thành phần B: 0,65 kg

Độ dính:

> 3 N/mm2 (bê tông)

2.1.4 Keo sữa chữa vết nứt
Keo Epoxy SL 1401 dùng để trám bề mặt vết nứt với thông số kỹ thuật do nhà sản xuất cung
cấp như bảng 2.4. Thời gian keo bắt đầu làm việc trong vòng 30 phút và khô cứng sau 3 giờ ở
điều kiện 25°c.
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của keo Epoxy SL 1401:
Keo Epoxy SL 1400
Cường độ chịu kéo (MPa)
Cường độ chịu uốn (MPa)

20
30

Cường độ chịu nén (MPa)

65

Keo Epoxy SL 1400 dùng để bơm đầy vết nứt theo các thông số kỹ thuật được cung cấp
bởi nhà sản xuất theo bảng 2.5. Keo đạt cường độ và độ cứng sau 7 ngày.

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật của keo Epoxy SL 1400:


Keo Epoxy SL 1400
Cường độ chịu kéo (MPa)

5.0

Cường độ chịu uốn (MPa)

2.5

Cường độ chịu nén (MPa)

50

Cường độ chịu lực trên bề mặt xi
măng (MPa)

3.0

2.1.5 Các vật liệu khác
❖

Thép tấm Q345B cường độ fy = 345 Mpa, fu = 450 Mpa, module đàn hồi E = 200000
Mpa dùng để gia công chân đế, các mặt bích đỉnh dầm, cột.

❖

Vữa xi măng xây tô mác 75.

❖

Bulong neo và liên kết cấp độ bền 10.9 dùng để ngàm chân đế với nền BTCT.

❖

Bulong khoan cấy hóa chất ramset G5.

2.2 Mẩu thí nghiệm
Chương trình thí nghiệm bao gồm 02 mẫu: 01 khung BTCT có tường chèn bằng gạch
đinh dày 90mm (KG) và 01 khung BTCT có tường chèn bằng BTCT 67mm (KB).


2.2.1 Mấu khung BTCT có tường chèn bằng gạch KG

Hình 2.2: Mô hình 3D khung KG
Khung BTCT một tầng, một nhịp có tường chèn bằng gạch KG có chiều cao 3m2 tính từ
nền phòng thí nghiệm và được ngàm chặt vào nền bằng 20 bu lông. Cả hai cột kích thước
bxh = 250x300 mm, bên trong có 6 thanh thép dọc đường kính 16mm, cốt đai đường kính
8mm cách khoảng 100 đến 200mm. Đoạn chân cột dày 250mm, rộng 1000mm, bên trong
cấu tạo 16 thanh thép đường kính 20mm hàn neo vào chân đế bằng thép tấm. Dầm trên và
dầm dưới có kích thước và cấu tạo tương tự. Chiều cao 350mm, bề rộng 200mm, bên
trong có 6 thanh thép dọc đường kính 16mm, cốt đai đường kính 8mm cách khoảng
100mm ở đoạn đầu dầm L/4, đoạn giữa dầm L/2 cốt đai cách khoảng 200mm. Tường được
xây bằng gạch đinh kích thước 90x90x180mm, mạch vữa 15mm, không tô vữa hoàn thiện
bề mặt. Trên tường có hai lỗ mở rộng 1300mm, cao 1150mm cho mỗi ô. Chi tiết mẫu trình
bày ở hình

2.3.