Luận chứng lựa chọn biện pháp gia cường lực kháng uốn của cầu dầm bê tông cốt thép thường dựa vào kết quả thực nghiệm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------------------

NGỤY QUANG MINH

LUẬN CHỨNG LỰA CHỌN BIỆN PHÁP GIA CƢỜNG
SỨC KHÁNG UỐN CỦA CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
THƢỜNG DỰA VÀO KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông
Mã số: 60.58.02.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. CAO VĂN LÂM

Đà Nẵng – Năm 2017


i

LỜI CẢM ƠN
Lần đầu tiên, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô
giáo trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung và quý Thầy Cô trong
Khoa Xây dựng Cầu Đường, trong bộ môn Cầu Hầm nói riêng. Cảm ơn Thầy Cô đã
tận tình dạy dỗ và chỉ bảo tôi trong suốt 2 năm học vừa qua.
Tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy giáo hướng dẫn
Tiến sĩ Cao Văn Lâm – người đã định hướng, giúp đỡ tận tình tôi trong suốt thời gian
hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Tôi cũng xin cảm ơn đến quý Thầy Cô làm việc tại phòng Thí nghiệm Cầu đường

và Xây dựng Dân dụng - Công nghiệp đã quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
nhất cho tôi hoàn thành bài nghiên cứu.
Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót
là điều khó tránh khỏi. Tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô để đề tài
được hoàn thiện hơn và để tôi vững vàng hơn khi tiếp xúc với công việc sau này.
Lời cuối cùng, tôi xin kính chúc quý Thầy Cô luôn mạnh khỏe.
Trà Vinh, ngày tháng năm 2017
Học viên thực hiện

Ngụy Quang Minh


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài tốt nghiệp do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến
sĩ Cao Văn Lâm là đề tài làm mới, không sao chép hay trùng với đề tài nào đã thực
hiện, chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã nêu trong báo cáo.
Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Nếu sai, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Học viên thực hiện

Ngụy Quang Minh


iii

LUẬN CHỨNG LỰA CHỌN BIỆN PHÁP GIA CƢỜNG SỨC KHÁNG UỐN
CỦA CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP THƢỜNG DỰA VÀO KẾT QUẢ

THỰC NGHIỆM
Học viên: Ngụy Quang Minh.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông
Mã số: 60.58.02.05. Khóa: K31.XGT. Trường Đại học Bách khoa - ĐH Đà Nẵng
Tóm tắt - Để giải quyết vấn đề giữ vững hoặc nâng cấp trạng thái kỹ thuật của mạng lưới
cầu bê tông cốt thép thường trên hệ thống đường bộ của tỉnh Trà Vinh nói riêng hoặc cả
nước nói chung trong điều kiện nguồn ngân sách hạn hẹp như hiện nay thì việc nghiên
cứu các biện pháp gia cường cầu đang là nhu cầu rất cấp thiết. Trong thực tế thì hiện nay
cũng đã sử dụng nhiều biện pháp để gia cường cầu như: sử sụng cáp dự ứng lực căng
ngoài, dán các vật liệu tăng cường khả năng kháng uốn, mở rộng tăng cường tiết diện chịu
uốn…Tuy nhiên, biện pháp tăng cường thì có nhiều nhưng sử dụng biện pháp nào là tối
ưu nhất: hiệu quả về kinh tế, hiệu quả về sức kháng hay ưu điểm về biện pháp thi công
cũng như khả năng bảo dưỡng trong tương lai… thì chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng. Cho
nên với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay (các loại vật liệu mới được chế tạo
(tấm sợi composite, keo, công nghệ thi công mới…)) thì tác giả thực hiện nghiên cứu về
các biện pháp gia cường trên mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá được biện pháp gia
cường nào là hiệu quả nhất, tối ưu nhất…Để trong tương lai khi cần gia cường kết cấu thì
ta sẽ có ngay kết quả nên sử dụng biện pháp nào là phù hợp, là đạt hiệu quả cao nhất.
Từ khóa - biện pháp gia cường; bê tông cốt thép thường; tấm sợi composite; thực
nghiệm; cầu.

SUBSTANTIATION CHOOSES THE METHOH OF STRENGTHENING
BENDING RESISTANCE ABILITY FOR REINFORCED CONCRETE
BEAM BRIDGES GENERALLY BASE ON EXPERIMENTAL RESULTS
Abstract - To maintain or upgrad technical status of reinforced concrete beam bridge
generally network of the road system in Tra Vinh Province in particular and nationwide in
general in the current limited budget conditions, it is very urgent to study bridge
reinforcement measures. In fact, a number of measures have been taken to strengthen the
bridge, such as, the use of external pre-stressed cables, insertion of materials to improve
bending resistance ability, expansion to increase bending section, etc. However, the

question “what is the most effective measure for economic efficiency, resistance
efficiency or advantages of method statement as well as maintenance ability in the
future?” has not been thoroughly studied and answered. Therefore, to find the solution to
the problem, based on the development of current engineering technology (new materials
have been made (composite fiber glasses, glue, new construction technologies, etc)), The
author undertakes this study on strengthening measure in experimental models to evaluate
which is the most effective and optimal method. The purpose of this study is that when it
is necessary to strengthen the structure in the future, we will immediately find the most
appropriate and effective measure.
Key words - Reinforcement measures; Reinforced concrete; Composite fiber;
experiment; bridge.


iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................ii
MỤC LỤC ....................................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................vi
DANH MỤC BẢNG....................................................................................................vii
DANH MỤC HÌNH .....................................................................................................ix
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƢỜNG SỨC KHÁNG
UỐN................................................................................................................................ 3
1.1. T ng quan về cầu bê tông cốt thép thường: ............................................................. 3
1.2. Các biện pháp gia cường của cầu cũ hiện nay: ........................................................ 3
1.2.1. Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài: ................................................................. 3
1.2.2. Gia cường bằng bản thép: ..................................................................................... 9
1.2.3. Gia cường bằng vật liệu Composite:................................................................... 10

1.2.4. Gia cường bằng tăng cường tiết diện: ................................................................. 18
1.3. Xu hướng áp dụng của các biện pháp gia cường: .................................................. 19
1.5. Lý do chọn đề tài, mục tiêu của đề tài: .................................................................. 21
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 23
2.1. Phương pháp tính toán truyền thống: ..................................................................... 23
2.1.1. Các giả thiết: ....................................................................................................... 23
2.1.2. Tính toán dầm chưa gia cường: .......................................................................... 23
2.1.3. Tính toán gia cường bằng dán bản thép [2]: ....................................................... 25
2.1.4. Tính toán gia cường dán tấm FRP [3]:................................................................ 25
2.1.5. Tính toán gia cường bằng tăng cường tiết diện [2]: ............................................ 28
2.2 Bài toán quy đ i và tính toán dầm thực tế: ............................................................. 29
2.2.1 Cơ sở quy đ i: ...................................................................................................... 29
2.2.2 Tính toán kích thước dầm thực nghiệm: .............................................................. 30
2.3 Tính toán gia cường dầm thực tế: ........................................................................... 31
2.3.1. Sức kháng uốn dầm chưa gia cường [2]: ............................................................ 32
2.3.2. Tính toán gia cường kháng uốn bằng bản thép [2]: ............................................ 32
2.3.3. Tính toán gia cường bằng tấm CFRP [3]: ........................................................... 32
2.3.4. Tính toán gia cường bằng tấm GFRP [3]:........................................................... 34
2.3.5. Tính toán mở rộng tiết diện [2]: .......................................................................... 36
2.4. Tính toán dầm thực nghiệm bằng phương pháp truyền thống: .............................. 37
2.4.1. Sức kháng uốn dầm chưa gia cường [2]: ............................................................ 37
2.4.2. Tính toán gia cường kháng uốn bằng dán bản thép [2]: ..................................... 37
2.4.3. Tính toán gia cường bằng dán tấm CFRP [3]: .................................................... 38


v

2.4.4. Tính toán gia cường bằng dán tấm GFRP [3]: .................................................... 40
2.4.5 Tính toán mở rộng tiết diện [2]: ........................................................................... 42
2.5. Kết luận: ................................................................................................................. 42

CHƢƠNG 3: LUẬN CHỨNG LỰA CHỌN BIỆN PHÁP GIA CƢỜNG TỪ KẾT
QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................................................... 44
3.1. Kết quả thực nghiệm: ............................................................................................. 44
3.1.1. Đánh giá hiệu quả gia cường sức kháng uốn: ..................................................... 44
3.1.2. Đánh giá quan hệ tải trọng - độ võng, tải trọng - ứng suất giữa lý thuyết và thực
nghiệm: ......................................................................................................................... 44
3.2. So sánh và đánh giá hiệu quả các phương pháp gia cường:................................... 50
3.2.1. Khối lượng vật liệu sử dụng gia cường:.............................................................. 50
3.2.2. Kết quả về hiệu quả sau khi gia cường từ thực nghiệm: ..................................... 52
3.2.3. Giá trị dự toán của các biện pháp gia cường:...................................................... 53
3.2.4. Đánh giá theo tiêu chí về thi công: ..................................................................... 61
3.2.5. Tham khảo kết quả của những nghiên cứu trước đây: ........................................ 61
3.3. Kết luận: ................................................................................................................. 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 65
PHỤ LỤC..................................................................................................................... 66


vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BTCT
DƯL
TCTD
FRP
GFRP
CFRP
AFRP
TCN
TTGH CĐ

TTGH SD

: Bê tông cốt thép
: Dự ứng lực
: Tăng cường tiết diện
: Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Polime)
: Glass Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Polime sợi thủy tinh)
: Cacbon Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Polime sợi cacbon)
: Aramid Fiber Reinforced Polymer (Vật liệu Polime sợi aramid)
: Tiêu chuẩn ngành
: Trạng thái giới hạn Cường độ
: Trạng thái giới hạn Sử dụng


vii

DANH MỤC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9
P10
P11
P12
P13
P14

Tên Bảng

Trang

So sánh đặc trưng ba loại sợi theo Meier 1994
So sánh các đặc trưng cơ học của các loại sợi khác nhau với thép
Thông số kĩ thuật của dầm thực tế

Thông số kỹ thuật của dầm thực nghiệm.
T hợp nội lực theo TTGH CĐ
Quy đ i kích thước vật liệu gia cường
Momen giới hạn lý thuyết và thực nghiệm
Phương án 1: Gia cường bằng bản thép
Phương án 2: Gia cường bằng CFRP kết hợp keo Sikadur 330
Phương án 3: Gia cường bằng CFRP kết hợp keo Epoxy TCK 1400
Phương án 4: Gia cường bằng GFRP kết hợp keo Sikadur 330
Phương án 5: Gia cường bằng GFRP kết hợp keo Epoxy TCK 1400
Phương án 6: Gia cường bằng tăng cường tiết diện bê tông cốt thép
Bảng t ng hợp hiệu quả thực nghiệm
Bảng dự toán hạng mục công trình
Bảng t ng hợp chi phí xây dựng chi tiết từng biện pháp gia cường
Bảng đánh giá về hiệu quả kinh tế của các biện pháp gia cường
Bảng hiệu quả gia cường theo tải trọng giới hạn
Bảng xếp hạng hiệu quả các biện pháp gia cường
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.1
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.2
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.3
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.4
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.5
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.6
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.7
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.8
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.9
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.10
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.11
Số liệu vẽ biểu đồ hình 3.12
Bảng báo giá công trình
Bảng phân tích vật tư hạng mục công trình Phương án 1

12
13
30
31
32
36
44
50
50
50
51
51
51
52
53
58
60
61
61
66
66
66
66
67
67
68
69
69
70

71
72
72
73


viii

P15
P16
P17
P18
P19

Bảng phân tích vật tư hạng mục công trình Phương án 2
Bảng phân tích vật tư hạng mục công trình Phương án 3
Bảng phân tích vật tư hạng mục công trình Phương án 4
Bảng phân tích vật tư hạng mục công trình Phương án 5
Bảng phân tích vật tư hạng mục công trình Phương án 6

74
75
76
77
78


ix

DANH MỤC HÌNH

Số hiệu
hình
0.1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.8
1.9
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9

3.10
3.11
3.12

Tên hình
Tính cấp thiết của đề tài
Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng.
Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc
Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng
Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc.
Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc tại giữa nhịp
Gia cường bằng bản thép dầm BTCT thường
Gia cường bằng tăng cường tiết diện.
Mặt cắt ngang dầm chưa gia cường
Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng dán bản thép
Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng dán tấm FRP
Mô hình tính toán gia cường sức kháng uốn bằng tăng cường tiết diện.
Mặt cắt ngang dầm thực tế.
Mặt cắt ngang dầm thí nghiệm.
Dầm thí nghiệm đã nén nứt, chưa gia cường, để nén đối chứng.
Dầm thí nghiệm gia cường dán bản thép.
Dầm thí nghiệm gia cường bằng tấm CFRP với keo Sikadur 330.
Dầm thí nghiệm gia cường bằng tấm GFRP với keo Sikadur 330
Dầm thí nghiệm gia cường bằng mở rộng tiết diện
Quan hệ tải trọng - độ võng quá trình nén tạo nứt dầm
Quan hệ tải trọng - ứng suất quá trình nén tạo nứt dầm
Quan hệ tải trọng - ứng suất dầm đối chứng
Quan hệ tải trọng - độ võng dầm đối chứng
Quan hệ tải trọng - ứng suất dầm gia cường mở rộng tiết diện
Quan hệ tải trọng - độ võng dầm gia cường mở rộng tiết diện

Quan hệ tải trọng - ứng suất dầm gia cường bản thép
Quan hệ tải trọng - độ võng dầm gia cường bản thép
Quan hệ tải trọng - ứng suất dầm gia cường CFRP
Quan hệ tải trọng - độ võng dầm gia cường CFRP
Quan hệ tải trọng - ứng suất dầm gia cường GFRP
Quan hệ tải trọng - độ võng dầm gia cường GFRP

Trang
1
4
5
6
7
7
9
18
23
25
25
29
30
31
37
37
39
41
42
45
45
46

46
47
47
48
48
48
49
49
49


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Với việc phát triển nhanh chóng hiện nay của các ngành khoa học kỹ thuật, công
nghệ dẫn đến những nhu cầu về kinh tế, văn hóa, xã hội… cũng tăng theo. Bên cạnh
việc đáp ứng kịp những nhu cầu đó thì việc xây dựng, phát triển cơ sở hạ tầng kỹ
thuật, giao thông, vận tải… là hết sức cần thiết.
Để phát triển mạng lưới hạ tầng giao thông, song song với việc xây dựng mới thì
việc duy trì sửa chữa các công trình cũ phải được chú trọng phù hợp với định hướng
phát triển hạ tầng giao thông. Hằng năm, luôn có rất nhiều nguồn ngân sách để phục
vụ cho việc này, tuy nhiên vẫn chưa đủ để đáp ứng cho số lượng lớn cầu cũ ở nước ta.
Cụ thể hiện trạng cơ sở hạ tầng giao thông trên địa bàn tỉnh Trà Vinh với mạng
lưới đường đi qua gồm: Quốc lộ 53, Quốc lộ 54, Quốc lộ 60, hệ thống mạng lưới
đường tỉnh từ Đường tỉnh 911, Đường tỉnh 912, Đường tỉnh 913, Đường tỉnh 914,
Đường tỉnh 915, Đường tỉnh 915B và các đường huyện (Hương lộ 1… Hương lộ 51,
Hương lộ 81) [1]. Trong đó:
+ Trên các tuyến đường tỉnh có 34 cây cầu, với t ng chiều dài 2.257,7m, chủ
yếu có kết cấu bê tông cốt thép thường, bê tông cốt thép dự ứng lực, thép,…, một số

cầu có tải trọng chưa đồng bộ với hệ thống đường.
+ Chiều dài các cầu hệ thống đường huyện với t ng cộng 3.609,8m. Chất
lượng cầu không đồng bộ còn nhiều cầu thép, cầu gỗ có tải trọng thấp <3T. Đặc biệt,
các cầu trên Hương lộ 30 có tải trọng rất thấp, còn nhiều cầu gỗ, tải trọng yếu.
Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu lựa chọn biện pháp gia cường sức kháng uốn
của cầu dầm bê tông cốt thép thường dựa vào kết quả thực nghiệm nhằm nâng cao
khả năng chịu tải của cầu cũ đặc biệt là cầu bê tông cốt thép thường ở nước ta hiện
nay là rất cần thiết bởi số lượng cầu bê tông cốt thép thường chiếm tỉ lệ khá lớn và
giải quyết được bài toán giữ vững trạng thái kỹ thuật của mạng lưới cầu trên đường ô
tô trong điều kiện nguồn ngân sách hạn hẹp như hiện nay.

Hình 0.1: Tính cấp thiết của đề tài


2

2. Đối tƣợng nghiên cứu:
- Các công trình cầu bê tông cốt thép thường.
- Các loại tấm sợi composite, keo Sikadur, keo Epoxy.
- Các công nghệ gia cường công trình cầu.
3. Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu biện pháp và công nghệ gia cường.
- Tính toán gia cường sức kháng uốn.
- Kiểm chứng bằng thực nghiệm khi gia cường bằng sức kháng uốn.
- Giá thành của các biện pháp gia cường.
4. Mục tiêu nghiên cứu:
- Tính toán sức kháng bằng lý thuyết tính toán.
- Nghiên cứu sự làm việc đồng thời của vật liệu gia cường và bê tông cốt thép.
- Kiểm chứng hiệu quả gia cường bằng mô hình thực nghiệm.
- Đánh giá hiệu quả về kinh tế, hiệu suất, điều kiện phát triển trong tương lai.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Tính toán gia cường cho công trình cầu bê tông cốt thép thường thực tế, sau đó quy
đ i về mô hình dầm thực nghiệm tương đương thông qua độ cứng. Trên mô hình dầm
thực nghiệm này, tác giả tiến hành:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
- Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm.
- So sánh, đánh giá hiệu quả nghiên cứu.
6. Kết cấu của đề tài:
Chƣơng 1: Tổng quan về các biện pháp gia cƣờng sức kháng uốn
1.1. T ng quan về cầu bê tông cốt thép thường
1.2. Các biện pháp gia cường của cầu cũ hiện nay
1.3. Xu hướng áp dụng của các biện pháp gia cường
1.4. Những vấn đề còn gặp phải của công tác sửa chữa, gia cường cầu
1.5. Lý do chọn đề tài, mục tiêu của đề tài
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
2.1. Phương pháp tính toán truyền thống
2.2. Bài toán quy đ i và tính toán dầm thực tế
2.3. Tính toán gia cường dầm thực tế
2.4. Tính toán dầm thực nghiệm bằng phương pháp truyền thống
2.5. Kết luận
Chƣơng 3: Luận chứng lựa chọn biện pháp gia cƣờng từ kết quả thực nghiệm
3.1. Kết quả thực nghiệm
3.2. So sánh và đánh giá hiệu quả các phương pháp gia cường
3.3. Kết luận
Kết luận và kiến nghị


3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP GIA CƢỜNG

SỨC KHÁNG UỐN
1.1. Tổng quan về cầu bê t ng cốt th p thƣờng:
Bê tông bắt đầu được sử dụng trong xây dựng từ khi xi măng pooc lăng ra đời,
khoảng những năm 20 của thế kỉ XIX. Thoạt đầu bê tông không cốt thép được sử dụng
trong kết cấu chủ yếu chịu nén như móng, mố trụ cầu, cầu vòm thay cho đá xây dựng
trước đây. Dần dần phát sinh ý tưởng tăng cường khả năng chịu uốn bằng cách bố trí
cốt thép vào các khu vực chịu kéo do uốn. Cuối thế kỷ XVIII đầu thế kỉ XIX cốt thép
đã dùng trong kết cấu đá xây vào nhiều công trình như mái nhà, tháp cầu treo và trong
các đập thủy lợi ... Ứng dụng đầu tiên của bê tông cốt thép là vào khoảng những năm
50 của thế kỷ XIX khi Anh, Mỹ và Pháp công bố các phát minh. Năm 1875-1877, lần
đầu tiên Monier dùng bê tông cốt thép trong xây dựng cầu. Chiếc cầu bê tông cốt thép
đầu tiên do Monier xây dựng là một chiếc cầu vòm bản nhịp 16m rộng 4m dùng cho
người đi bộ. Sang đầu thế kỷ XX bê tông cốt thép đã trở thành loại vật liệu chính trong
xây dựng cầu.
Ở Việt Nam cầu BTCT phát triển tương ứng với các giai đoạn lịch sử đấu tranh
giành độc lập, giữ nước và xây dựng đất nước.
Thời kỳ trước Cách mạng tháng 8: vào thời kỳ này, đã có nhiều cầu thuộc hệ
thống nhịp bản, dầm hẫng, dầm giản đơn, vòm BTCT thường với nhịp 2m đến 20m
được xây dựng trên tuyến đường sắt và đường bộ. Ví dụ chỉ trên tuyến đường sắt Hà
Nội – TP Hồ Chí minh có khoảng hơn 600 cầu BTCT nhịp từ 8m đến 11m xây dựng
từ năm 1927 - 1932, đến nay vẫn còn tận dụng được sau khi gia cố sửa chữa nhiều đợt.
Thời kỳ sau Cách mạng tháng 8 - 1945 đến năm 1954: đây là thời kỳ kháng chiến
chống Pháp nên hầu như rất ít cầu BTCT được xây dựng mới.
Thời kỳ từ năm 1954 đến 1990: nhiều cầu BTCT thường thuộc hệ bản, dầm giản
đơn, dầm hẫng bê tông tại chỗ đã được xây dựng
Thời kỳ từ năm 1990 đến nay: đây là thời kỳ quan hệ đối ngoại được mở rộng và
các công nghệ tiên tiến của thế giới được chuyển giao vào nước ta. Nên cầu BTCT
được thay thế bằng cầu BTCT DƯL.
1.2. Các biện pháp gia cƣờng của cầu c hiện nay:
1.2.1. Gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài:

a) Phạm vi áp dụng:
Ngoài việc dùng cáp DƯL trong việc chế tạo dầm, việc dùng cáp DƯL để gia
cường cho cầu được nghĩ tới khi các công trình cầu này xuống cấp, không đáp ứng các
yêu cầu về tải trọng cũng như độ võng. Vì biện pháp dùng cáp DƯL để gia cường cho
cầu có chi phí tương đối rẻ (rẻ so với việc xây dựng công trình cầu mới).
Biện pháp dự ứng lực ngoài được sử dụng như là 1 phương pháp để tăng cường
và nâng cấp kết cấu bê tông nhằm cải thiện khả năng khai thác của kết cấu bê tông


4

hiện hữu. Tương tự như kết cấu bê tông dự ứng lực, giải pháp dự ứng lực ngoài có thể
sử dụng để giảm hay chống lại việc hình thành vết nứt của bê tông. Nó cũng có thể sử
dụng để giảm hay làm thu hẹp bề rộng vết nứt hữu hiệu. Tác dụng của việc này làm
tăng khả năng của kết cấu chống lại hiện tượng gỉ cốt thép. Biên độ ứng suất trong bê
tông có thể giảm do tăng lực chịu mỏi của kết cấu. Sự hiện diện của độ võng quá mức
trong các dầm bê tông có thể được loại bỏ hoàn toàn.
Phương pháp gia cường bằng căng cáp DƯL ngoài được áp dụng trong các
trường hợp sau:
- Dùng để chủ động khép kín các vết nứt và nâng cấp các dầm cầu BTCT, BTCT
DƯL.
- Thay thế các bó cáp cũ đặt trong bê tông bằng các bó cáp DƯL căng ngoài
- Liên tục hóa các dầm giản đơn thành các nhịp liên tục 3 nhịp, 4 nhịp, 5 nhịp.
- Các nhịp dầm BTCT thực hiện không có bản ngăn, có thể dùng DƯL căng
ngoài căng theo chiều dọc để triệt tiêu các vết nứt và dùng cáp ngang để thực hiện các
bản ngăn b sung.
b) Nguyên tắc cấu tạo:
 Nguyên lý công nghệ:
Sử dụng các lực dọc trục và mômen ngược dấu tải trọng để tăng sức kháng uốn
của dầm và nâng cao khả năng chống nứt, tăng khả năng chịu cắt của kết cấu.

Hệ thống neo sử dụng giống như hệ thống neo sử dụng trong kết cấu BTCT DƯL
thông thường. Các neo có thể cố định tại các bộ phận khác nhau của bản mặt cầu như
tại khối đầu dầm, dầm ngang, sườn dầm hay bản cánh.
 Giải pháp công nghệ:
Sơ đồ đường đi của cáp DƯL: đường đi của cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng
hoặc gãy khúc.
- Sơ đồ thẳng có ưu điểm là đơn giản, dễ thi công vì không phải bố trí cấu tạo
phức tạp ở điểm gãy khúc. Mất mát ứng suất do ma sát trong cáp rất nhỏ nhưng lại có
hiệu quả không cao và lực chống cắt của kết cấu ít được cải thiện.
1
2
3
Tàng cæåìng dáöm cáöu BTCT bàòng DÆL ngoaìi tuyãún caïp thàóng

1 - Dầm BTCT; 2 - Vấu neo cáp DƯL ngoài; 3 - Cáp DƯL ngoài
1 - Dáöm chuí BTCT
Hình 1.1: Gia cường
bằng căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng.
2 - Váúu neo caïp DÆL ngoaìi
3 - Caïpcáp
DÆL ngoaì
i
- Sơ đồ gãy khúc: tuyến
gãy
khúc đi theo sát biên độ mô men uốn hơn và
tăng cường được sức chống cắt của dầm. Tuy nhiên tuyến cáp dạng này phải tạo ra các
chi tiết chuyển hướng, làm tăng tĩnh tải và việc thi công khó khăn hơn.


5

1
2
4

3

1 - Dm BTCT; 2Tng
- Vu
neo cỏp DL ngoi; 3 - Cỏp DL ngoi;
cổồỡng dỏửm cỏửu BTCT bũng DặL ngoaỡi bũng tuyóỳn caùp gaợy khuùc
- Vu
1 - Dỏử4
m chuớ
BTCT chuyn hng
2 - Vỏỳucng
neo caùpcỏp
DặL DL
ngoaỡi ngoi theo s góy khỳc.
Hỡnh 1.2: Gia cng bng
3 - Caùp DặL ngoaỡi
Gii phỏp b trớ neo cỏp DL
ngoi:
4 - Vỏỳu chuyóứn hổồùng.
- Neo trc tip vo kt cu: nu cú iu kin, cỏp c neo trc tip vo cỏc ngn
hoc dm ngang u dm v cỏc bn ngn trung gian. Nu bn ngn khụng sc
chu lc thỡ phi gia cng chỳng. Bn ngn c khoan l lun cỏp v b trớ cỏc
bn m thộp hoc bờ tụng ct thộp di neo.
- Neo vo cỏc chi tit cu to t ngoi kt cu: nu khụng cú iu kin neo trc
tip vo kt cu thỡ neo cỏp DL ngoi vo cỏc b phn cu to hỡnh thnh b sung

nm ngoi tit din bờ tụng ca cụng trỡnh c. Nhng cu to b sung nh l:
Dm ngang BTCT ỳc ti ch hoc lp ghộp t gúc dm.
Bn ngn b sung phc v riờng cho DL ngoi.
Dm ngang, bn ngn b sung phi c liờn kt cht vi dm ch truyn
DL ngoi qua neo vo tit din bờ tụng c. Bờ tụng cỏc b phn cu to ny thng
ti ch . Chỳng phi c ngm cht chu vi vo thnh ca tit din bng cỏch:
c bờ tụng cu c cho ti ct thộp cu to, x lý 2 bờn ca thnh kt cu c. Do kớch
thc nh thng phi dựng DL ỏp cht vo bờ tụng c chng ct v trt.
Vu neo gõy nhiu ng sut tp trung cc b trong bờ tụng c. Vỡ vy trỏnh cỏc ng
sut ph, vu neo thng c t trong vựng chu nộn, gn nhng ch vỳt tip giỏp
thnh ng v bn ngang ca kt cu.
Gii phỏp b trớ chuyn hng cỏp :
Trong trng hp tuyn cỏp DL ngoi i theo hng góy khỳc thỡ im góy
khỳc cn b trớ im chuyn hng. V trớ chuyn hng t dm ngang bn ngang
sn cú hoc b sung neo cỏp s tớnh t ng hp cựng cỏc lc khỏc do chỳng phi chu
ng sut vi mc tiờu ca chỳng l v trớ neo v v trớ chuyn hng cú th t riờng
vu chuyn hng hoc t chung vu neo. Trng hp t chung thỡ lc phi tớnh
l t ng hp cỏc lc do neo v chuyn hng cỏp DL ngoi. Ti cỏc chuyn hng
cú b trớ l lun cỏp trong ú t ng cng bng thộp un theo gúc xỏc nh.
Vt liu:
Bú cỏp DL ngoi khỏc vi bú cỏp DL trong l yờu cu vic chng g cao ca
thộp v cỏc ph kin. Thộp cng cao ca cỏp DL ngoi c dựng cú nhiu loi:
- Thộp m km
- Thộp khụng g


6

- Thép đặt trong ống ghen và bơm mỡ bó lại thành cáp
- Thép cường độ cao thông thường gồm 2 loại: bó thép sợi Þ5mm và bó cáp tao

12,7mm.
Biện pháp chống gỉ vững chắc và đơn giản là đặt các bó cáp trong ống và bơm
các chất bảo vệ vào trong ống như: culy xi măng (vữa không trộn cát), hoặc mỡ và mỡ
cứng chống gỉ. Dùng cho DƯL ngoài có 2 loại ống bảo vệ:
- Ống bằng kim loại kim khí cứng, bề dày khoảng 2mm nhưng có hệ số ma sát
cao. Ống kim khí bắt buộc phải dùng nếu bơm mỡ để bảo vệ. Nó đạt yêu cầu kín hoàn
toàn vì bản thân vật liệu và có thể nối bằng hàn.
- Ống bằng polyrthylene tỉ trọng cao (HDPE) chịu áp suất 0,6 Mpa phù hợp với
loại chất bảo vệ là xi măng hoặc mỡ, sáp. Loại ống này có thể sản xuất trong nước với
giá thành không đắt bằng ống kim khí.
 Trình tự thi công:
- Neo trực tiếp vào kết cấu hoặc neo vào các chi tiết cấu tạo đặt ngoài kết cấu.
- Lắp mấu neo ở hai đầu mỗi bó cáp, mấu neo được lắp vào sườn ngoài của chi
tiết neo.
- Luồn ống bảo vệ cáp đồng thời với việc lắp mấu neo.
- Luồn cáp dự ứng lực dọc (ngang).
- Kéo cáp dự ứng lực dọc (ngang).
- Bơm mỡ hoặc bơm vữa vào ống bảo vệ cáp.
- Lắp hộp bảo vệ mấu neo.
- Hoàn thiện.
 Các sơ đồ căng cáp DƯL ngoài thường dùng:

Hình 1.3: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ thẳng.


7

Hình 1.4: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc.

Hình 1.5: Sơ đồ căng cáp DƯL ngoài theo sơ đồ gãy khúc tại giữa nhịp.

c) Ưu, nhược điểm:
 Ưu điểm:
- Chi phí rẻ so với việc phải xây dựng lại các bộ phận chính, các thiết bị dể sử
dụng và gọn nhẹ;
- Sức kháng cắt và sức kháng uốn đều tăng mà không làm tăng tĩnh tải kết cấu;
- Kết cấu hở nên dể kiểm tra bảo dưỡng, làm tăng độ tin cậy;


8

- Các tao cáp có thể căng kéo hay thay đ i khi cần thiết;
- Không ảnh hưởng lớn đến sự khai thác bình thường của cầu.
 Nhược điểm :
- Ứng dụng của phương pháp phụ thuộc vào điều kiện hữu hiệu của công trình.
Các bê tông có cường độ xấu không thể kéo quá cường độ cho phép. Do vậy cần phải
tiến hành khảo sát kỹ lưỡng và có các biện pháp gia cường trước khi tiến hành căng
kéo;
- Việc thi công các ụ neo và ụ chuyển hướng có thể khó khăn, có thể ảnh hưởng
đến cáp DƯL bên trong khi tiến hành khoan thi công ụ neo;
- Cáp DƯL không có tính bền với môi trường. Chịu va đập, chịu lửa kém;
- Khó khăn trong việc xác định sức kháng cắt của dầm;
- Phạm vi thi công thường chật hẹp;
- Tính thẩm mỹ của công trình không cao;
- Thi công đòi hỏi phải có sự cẩn thận chi tiết;
- Có một số cầu được thử tải cả trước và sau khi tăng cường, nếu có cùng sơ đồ,
cùng tải trọng thử ứng suất cũng như độ võng do tải trọng sinh ra đo được chênh lệch
không nhiều, chứng tỏ DƯL ngoài không làm tăng độ cứng chống uốn của dầm, khi
muốn làm giảm độ võng thì không thể áp dụng phương pháp này.
d) Ứng dụng:
 Thế giới:

Hiện nay, dự ứng lực rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới, và một số lượng lớn
cầu BTCT DƯL ngoài đã được xây dựng có sử dụng cáp dự ứng lực ngoài. Công nghệ
này đã được sử dụng để xây dựng cầu vào những năm 1920 và 1950 tại châu Âu. Tuy
nhiên, sau đó DƯL ngoài hầu như bị cấm sử dụng do thiếu phương pháp chống gỉ cho
cáp cường độ cao và chi phí sửa chữa chúng rất lớn. Sau khi DƯL ngoài được chấp
nhận như một biện pháp để tăng cường cho những cầu BTCT DƯL vào những năm
1970 ở Pháp, các hệ thống chống gỉ cho cáp đã được phát triển đáng kể. Với việc xây
dựng cầu Florida Key có sử dụng cáp dự ứng lực ngoài ở Mỹ, thì phương pháp này
được phát triển nhanh chóng. Việc chỉ sử dụng cáp dự ứng lực ngoài hoặc kết hợp với
cáp dự ứng lực trong được tiến hành xây dựng cầu đặc biệt là ở Pháp. Một lý thuyết có
hệ thống về DƯL ngoài đã được phát triển vào năm 1983 và SETRA phát hành bản
thảo đầu tiên về tiêu chuẩn thiết kế vào năm 1990.
Ở Nhật, từ việc sử dụng kết hợp cáp dự ứng lực trong và cáp dự ứng lực ngoài
cho cầu Sassamegawa trên tuyến đường sắt cao tốc Tohoku Shinkansen vào năm 1985,
thì DƯL ngoài được sử dụng nhiều hơn.
 Việt Nam:
Phương pháp này được áp dụng ở cầu Đa Phúc (Hà Nội). Trường hợp cầu Đoan
Hùng (Phú Thọ) trước đây là cầu 5 nhịp giản đơn nay đã liên tục hóa thành cầu liên
tục 5 nhịp 24m. Cầu Tân An cũ cũng được thiết kế tăng cường bằng DƯL ngoài, trong


9

đó các nhịp BTCT DƯL 24,7m được nối 2, 3 nhịp thành 1 nhịp liên tục; ngoài ra còn
sử dụng DƯL ngoài để tăng cường cho cả nhịp thép.
Cầu Sài Gòn được gia cường bằng hệ thống DƯL mới đặt ngoài bê tông theo
chiều dọc và chiều ngang cầu. Cáp DƯL ngoài gồm các dây 4T15 và 7T15, được bôi
mỡ và bọc trong ống HDPE bơm xi măng chạy dọc theo chiều dọc cầu để liên kết 4
nhịp, 5 nhịp dẫn giản đơn thành hệ dầm liên tục.
Cầu Mỏ Cày nằm trên quốc lộ 60 tỉnh Bến Tre. Mặt cắt ngang cầu hình chữ T,

cầu gồm 9 dầm BTCT DƯL. Cốt thép DƯL loại tao xoắn 7 sợi Þ12,7mm có độ tự
chùng thấp.
1.2.2. Gia cường bằng bản thép:
a) Phạm vi áp dụng:
Dùng để sửa chữa sự giảm khả năng chịu lực hoặc hư hỏng của các phần tử kết
cấu. Sử dụng trong những trường hợp tăng cường cường độ sau:
- Tăng cường khả năng chịu uốn của dầm BTCT hoặc bản bê tông cốt thép tại
vùng có mô men dương hoặc mô men âm.
- Tăng cường khả năng chịu chống cắt của dầm bê tông cốt thép.
b) Nguyên tắc cấu tạo:
 Nguyên lý công nghệ:
Nội dung cơ bản của phương pháp là dán 1 hoặc 2 lớp các dải bản thép dày 5-10
mm lên bề mặt bê tông đã được chuẩn bị tốt để khôi phục khả năng chống nứt, khả
năng chịu mô men hoặc lực cắt của các bộ phận kết cấu như dầm chủ, dầm ngang, bản
mặt cầu.

1 - Dầm bê tông; 2 - Chốt treo gông; 3 - Dây hoặc thanh treo
4 - Tăng đơ; 5 - Bản thép; 6 - Thành ngang của gông đỡ
Hình 1.8: Gia cường bằng bản thép dầm BTCT thường.
 Vật liệu:
Keo dán bản thép là loại keo công nghiệp đã được chế tạo sẵn và được cung cấp
từ Công ty Sika với chất lượng đảm bảo. Không sử dụng các loại keo tự pha chế.
Bản thép bằng loại thép CT3 hoặc tương đương có kích thước tùy theo thiết kế
và phù hợp với kích thước bộ phận kết cấu BTCT cần được sửa chữa. Có thể dán bản
thép dọc theo đáy dầm để cải thiện khả năng chịu mô men và ngăn ngừa vết nứt ngang.


10

Có thể dán các bản thép nghiêng trên bề mặt thẳng đứng của thành dầm để tăng cường

cho các cốt thép xiên và cốt đai chịu lực cắt và ngăn ngừa các vết nứt xiên. Cũng có
thể dán các bản thép nằm ngang theo hướng ngang cầu ở đáy bản để tăng khả năng
chịu lực của bản mặt cầu.
 Hệ thống gá đỡ và tạo lực ép:
Tùy điều kiện cụ thể và trọng lượng bản thép có thể chọn một trong các hệ thống
gá đỡ và tạo lực ép dán như sau:
- Sử dụng các bu lông neo (nên dùng cho bản thép dán ở đáy bản mặt cầu BTCT
và bản thép dán vào mặt bên của thành dầm).
- Sử dụng hệ thống quang treo bằng thép góc, thép tròn và tăng đơ, móc neo vào
thành dầm (nên dùng cho bản thép dán ở đáy dầm chủ).
 Trình tự thi công:
- Vệ sinh bề mặt vị trí cần gia cường.
- Pha trộn tỉ lệ keo theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Quét keo lên bề mặt vị trí cần gia cường.
- Tiến hành dán bản thép, lắp đặt hệ thống gá đỡ và tạo lực ép.
- Hoàn thiện.
c) Ƣu, nhƣợc điểm:
 Ưu điểm:
- Giá thành rẻ, dễ thực hiện;
- Thời gian ngừng lưu thông phương tiện giao thông không lâu;
- Tiết kiệm được chi phí đầu tư công trình mới.
 Nhược điểm:
- Bản thép chỉ tham gia chịu hoạt tải nên tăng được khả năng chịu lực không
nhiều;
- Rất khó có giải pháp để bản thép dán thêm tham gia chịu tĩnh tải;
- Chỉ áp dụng cho cầu BTCT thường.
1.2.3. Gia cường bằng vật liệu Composite:
a) Phạm vi áp dụng:
Dùng để sửa chữa sự giảm khả năng chịu lực hoặc hư hỏng của các phần tử kết
cấu bằng cách dán hoặc bọc bên ngoài cấu kiện. Sử dụng trong những trường hợp tăng

cường cường độ sau:
- Tăng khả năng chịu cắt và chịu uốn của dầm BTCT để sửa chữa, gia cố và tăng
cường khả năng chịu tải trọng động.
- Tăng cường khả năng chịu uốn của sàn BTCT tại vùng có mô men dương và
mô men âm.
- Tăng khả năng chịu uốn và bó cột BTCT để tăng cường khả năng chịu lực và
chịu tải động.
b) Nguyên tắc cấu tạo:


11

 Nguyên lý công nghệ:
Mục đích của công tác thi công sửa chữa gia cố kết cấu bê tông cốt thép bằng
tấm FRP là đặt tấm FRP vào vị trí cần tăng cường khả năng chịu lực với hướng sợi
phù hợp với phương chịu lực để tận dụng được khả năng chịu kéo và độ bền của sợi
FRP, đồng thời phải đảm bảo cho tấm FRP không bị tách lớp cũng như tách khỏi bề
mặt bê tông.
 Sơ lược về vật liệu FRP và lịch sử phát triển:
FRP có tên tiếng Anh là Fiber Reinforced Polymer là một dạng vật liệu
composite được chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó ba loại vật liệu sợi thường được sử
dụng là sợi cacbon, sợi thủy tinh, sợi aramid. Các sản phẩm FRP tương ứng với các
loại sợi sử dụng tạo thành là: CFRP, GFRP, AFRP.
Vật liệu FRP có các dạng như FRP dạng tấm, FRP dạng thanh, FRP dạng cáp,
FRP dạng vải, dạng cuộn. Trong sửa chữa và tăng cường kết cấu thường dùng dạng
tấm và dạng vải. Hiện nay trên thế giới có các hãng sản xuất vật liệu FRP như: Sika,
Tyfo®, MBraceTB, Toray, Trung Quốc, Ấn Độ.
Kết cấu BTCT là loại vật liệu có sự tiến hóa theo thời gian và rất nhạy cảm với
các điều kiện môi trường. Cả bê tông lẫn thép, hai loại vật liệu cấu thành nên kết cấu
BTCT, dưới tác động xâm thực mạnh của môi trường đều dễ bị suy thoái theo thời

gian. Cách đây vài thế kỷ người ta đã có ý tưởng sử dụng vật liệu composite trong xây
dựng. Ở các nước châu Âu và Bắc Mỹ như Canada, Mỹ đã nghiên cứu ra loại vật liệu
mới nhằm tăng cường khả năng chịu lực cho công trình. Sản phẩm composite đầu tiên
được biết đến là FRP có cốt sợi thủy tinh và chất nền là polyester dùng để sản xuất vỏ
thuyền vào năm 1930. Từ đó vật liệu FRP đã có một cuộc cách mạng toàn diện trên tất
cả các ngành như không gian vũ trụ, ngành điện, giao thông... Năm 1940 Hải quân và
Không quân Hoa Kỳ đã sử dụng vật liệu FRP vào trong công nghiệp quốc phòng. Do
có cường độ cao và trọng lượng nhẹ nên những năm 60 của thế kỷ trước, các ngành
hàng không và ngành sản xuât ô tô cũng đã sử dụng loại vật liệu này.
 Cấu tạo của vật liệu Composite :
Cốt sợi :
Trong vật liệu FRP chức năng chính của cốt sợi là chịu tải trọng, cường độ, độ
cứng, n định nhiệt. Vì vậy, cốt sợi được sử dụng để sản xuất vật liệu FRP phải đảm
bảo các yêu cầu sau đây:
- Mô đun đàn hồi cao;
- Cường độ tới hạn cao;
- Sự khác biệt về cường độ giữa các sợi với nhau là không lớn;
- Cường độ n định cao trong vận chuyển;
- Đường kính và kích thước các sợi phải đồng nhất.
Vật liệu FRP được sản xuất từ các vật liệu sợi trong đó có ba loại vật liệu thường
sử dụng là sợi cacbon, sợi thủy tinh và sợi aramid.


12

Bảng 1.1: So sánh đặc trưng ba loại sợi theo Meier 1994.
Loại sợi
Tiêu chuẩn
Cacbon
Aramid

Thủy tinh
Cường độ chịu kéo
Rất tốt
Rất tốt
Rất tốt
Mô đun đàn hồi
Rất tốt
Tốt
Trung bình
Ứng xử dài hạn
Rất tốt
Tốt
Trung bình
Ứng xử mỏi
Đặc biệt tốt
Tốt
Trung bình
Trọng lượng
Tốt
Đặc biệt tốt
Trung bình
Sức kháng kiềm
Rất tốt
Tốt
Không tốt
Giá thành
Trung bình
Trung bình
Rất rẻ
Chất dẻo nền:

Trong vật liệu FRP chất dẻo nền có vai trò là chất kết dính. Các chức năng chủ
yếu của chất dẻo nền:
- Truyền lực giữa các sợi riêng rẽ;
- Bảo vệ bề mặt của các sợi khỏi bị mài mòn;
- Bảo vệ các sợi, ngăn chặn mài mòn và các ảnh hưởng do môi trường;
- Kết dính các sợi với nhau;
- Phân bố, giữ vị trí các sợi vật liệu FRP;
- Thích hợp về hóa học và nhiệt với cốt sợi.
Trong vật liệu FRP thì chất dẻo nền có chức năng truyền lực giữa các sợi, các cốt
sợi chịu tải trọng, cường độ, độ cứng, n định nhiệt. Chất dẻo nền dùng để sản xuất vật
liệu FRP thường sử dụng là epoxy, viny lester, polyester.
- Polyester: Chất dẻo nền polyester có tính kinh tế nhất và được sử dụng rộng rãi.
Trong những năm gần đây, gần nữa triệu tấn polyester được sử dụng mỗi năm ở Mỹ để
sản xuất vật liệu composite. Ưu điểm của polyester là tính nhớt thấp, giá thành thấp, và
ít độc. Nhược điểm của polyester là độ co ngót lớn.
- Viny lester: Có tính dẻo và độ bền cao hơn polyester. Ưu điểm của viny lester
là có sức kháng ăn mòn tốt và cũng có tính chất hóa học và vật lý tốt như cường độ
chịu kéo và chịu mỏi cao. Viny lester có giá thành cao.
- Epoxy: Được sử dụng rộng rãi hơn polyester và viny lester. Những ưu điểm
chính của epoxy bao gồm:
 Không bay hơi và độ co ngót thấp trong suốt quá trình lưu hóa;
 Sức kháng rất tốt với sự thay đ i hóa học;
 Dính bám với cốt sợi rất tốt.
 Các đặc trưng cơ bản của vật liệu FRP:
Vật liệu FRP có cường độ và độ cứng phụ thuộc vào vật liệu hợp thành, đặc
trưng vật liệu của FRP phụ thuộc vào đường kính sợi, hướng phân bố các sợi và các
đặc trưng cơ học của chất dẻo nền.


13

Hiện nay sợi cacbon và sợi thủy tinh với cấu trúc nền là epoxy được sử dụng
rộng rãi. Sợi cacbon và sợi thủy tinh cũng có nhược điểm riêng của từng loại. Sợi
aramid độ bền thấp, trong môi trường nhiệt độ cao thì làm việc kém. Trong khi đó sợi
cacbon có mô đun đàn hồi cao nên được sử dụng ph biến trong các kết cấu xây dựng.
Đặc trưng cơ học của FRP phụ thuộc vào những yếu tố dưới đây:
- Đặc trưng cơ học của sợi (sử dụng sợi cacbon, sợi aramid hay sợi thủy tinh);
- Đặc trưng cơ học của chất nền (sử dụng Epoxy, Vinylester hay Polyester);
- Tỷ lệ giữa sợi và chất nền trong cấu trúc FRP;
- Hướng phân bố của các sợi trong chất nền.
Bảng 1.2: So sánh các đặc trưng cơ học của các loại sợi khác nhau với thép.
Đặc trƣng cơ học
Thép
GFRP
CFRP
AFRP
Ứng suất chảy
40-75
N/A
N/A
N/A
Ksi (MPa)
(276-517)
Cường độ chịu kéo
70-100
70-230
87-535
250-368
Ksi (MPa)
(483-690) (483-1600) (600-3690) (1720-2540)

Mô đun đàn hồi
29
5,1-7,4
15,9-84
6,0-18,2
3
x10 ksi (MPa)
(200)
(35-51)
(120-580)
(41-125)
 Trình tự thi công:
- Vệ sinh bề mặt vị trí cần gia cường.
- Pha trộn tỉ lệ keo theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Quét keo lên bề mặt vị trí cần gia cường.
- Tiến hành dán tấm sợi.
- Hoàn thiện.
c) Tấm sợi và keo sử dụng thực nghiệm:
 Vải Cacbon TC-09-U:
- TC-09-U là vải sợi cacbon cường độ cao kiểu dệt đồng hướng. Vải có màu đen
được dùng kèm với nhựa bão hòa SW2713A/BT để tạo thành vật liệu nhựa polymer
lõi gia cường cacbon (CFRP). Vật liệu được sử dụng để gia cố các chi tiết kết cấu.
Trọng lượng vải là 300g/m² và sợi được dệt đơn hướng theo hướng (0°).
- Sử dụng 100% nguyên liệu Cacbon T700 SC (12K) của Toray với cơ tính vượt
trội từ đó cho ra vải gia cường có cường độ cao nhưng mỏng, nhẹ hơn các loại vải
thông thường khác.
- TC-09-U lý tưởng cho việc thi công ở tư thế dán ngửa (dán trần) dán đứng từ
đó vật liệu không bị rơi, võng như các loại vải có mật độ cao. Vật liệu sau khi thi công
bám dính và tiếp xúc sát với bề mặt, đem lại hiệu quả gia cường tốt hơn hẳn.
- Công nghệ dệt phi kim (Non Crimp Structure) từ đó giảm được đứt gãy sợi

trong quá trình dệt và giữ nguyên được những đặc tính cơ lý ban đầu của sợi nguyên
liệu.
- Hoàn toàn tương thích và kết dính tốt với keo Epoxy.


14

- Không bị ăn mòn.
- Trọng lượng nhẹ, không làm thay đ i thể tích của kết cấu.
- Chống ăn mòn trong môi trường kiềm.
- Tu i thọ không giới hạn nếu được lưu giữ bảo quản đúng cách, bảo quản nơi
khô ráo nhiệt độ từ 7o-35oC.
Th ng số của vải sợi Cacbon
Th ng số của sợi chƣa kết hợp với keo
Bền kéo
709,2 ksi
4.900 Mpa
Mô đun bền kéo
33.500 ksi
230.000 Mpa
Đỗ dãn dài tới hạn
1,7 %
1,7 %
Tỷ trọng
0,065 lb/in³
1,76 g/cm³
Trọng lượng diện tích
8,8 oz/yd²
300 g/m²
Th ng số của tấm sợi sau khi kết hợp keo

Bền kéo
306,0 ksi
2.110 Mpa
Mô đun bền kéo
24.360 ksi
168.600 Mpa
Đỗ dãn dài tới hạn
1,14 %
1,14 %
Lực phá vỡ
4.100 lb/in
717 N/mm
Chiều dày tấm
0,0399 in
0,67 mm
 Lƣới thủy tinh 3x3:
- Lưới thủy tinh (Glass Mesh) là dạng lưới không gợn sóng được dùng như vật
liệu tăng cường sức chịu lực, ứng dụng kết hợp với chất chống thấm lỏng, dùng chống
thấm đặc dụng những vị trí, những cấu trúc xây dựng có độ giao động thường xuyên.
Nó được thiết kế cho phép chất chống thấm lỏng xuyên qua, do đó tạo thành hệ thống
màng hiệu suất cao chịu đựng lực hai chiều giữa lớp trên và lớp đáy tác động trên nó.
Th ng số kỹ thuật
Trọng lượng
140 g/m²
Thành phần
Sợi thủy tinh
Phương pháp dệt
Leno
Chất phủ
Alkali

Kích thước mắt lưới
3x3 mm
Độ dày (mm)
0,32 ± 0,05
Kích thước cuộn
1x50 m
Diện tích bề mặt cuộn
50 m²
 Keo Epoxy TCK 1400:
- TCK - 1400 là một loại vật liệu epoxy có độ nhớt thấp dùng để bơm/tiêm vào
vết nứt hoặc gia cố cấu trúc bê tông, có khả năng kháng hóa chất, kháng mài mòn và
va đập cao. Nó được thiết kế để liên kết những vết nứt trung bình, tách ra từ phần bê
tông và thép, vật liệu chỉ cứng một lần, TCK - 1400 cung cấp sức mạnh thể chất chống


15

rỉ sét cao, và do đó phù hợp để ngăn chặn rỉ sét trên thanh thép và phục hồi cường độ
bê tông.
- Đặc điểm: nhờ vào sự linh động cao dựa trên độ nhớt thấp của TCK - 1400, nó
cho phép sự xâm nhập dễ dàng vào vết nứt nhỏ hoặc các thành phần cơ bản của cấu
trúc và cũng cho phép bơm tiêm hoàn hảo vào phía cuối các vết nứt bê tông bằng cách
giảm thiểu sức căng bề mặt.
- Quá trình làm cứng chậm của nó làm cho nó tác dụng dễ dàng và hầu như
không có độ co được tìm thấy khi cứng hoàn toàn. Nó có mức độ tối ưu của độ nhớt và
tính lưu động cho bơm keo áp lực cao và áp lực thấp.
- Độ bền kết dính tuyệt vời của nhựa epoxy đảm bảo rằng các thành phần cứng
duy trì một sức mạnh kết dính đủ cho vữa xi măng, bê tông và tăng cường thanh thép.
- Sau khi được bơm tiêm nhựa epoxy, thành phần cứng hoàn toàn không tạo ra
bất kỳ phản ứng hóa học trên cốt thép hoặc kết cấu bê tông, và cung cấp một độ bền

vượt trội bằng cách ngăn chặn sự ăn mòn. So với vữa xi măng hoặc bê tông, nó có độ
bền cơ học cao trong tất cả các khía cạnh bao gồm cả cường độ nén, cường độ uốn và
cường độ kéo.
- Mục đích: TCK - 1400 được sử dụng để gia cố bê tông cốt thép, bơm mạch
dừng và sửa chữa vết nứt, khe hở của tất cả các loại kết cấu bê tông.
Th ng số kỹ thuật
Thành phần
Thành phần
Phân loại
Ghi chú
chính (A)
đ ng cứng (B)
Chất lỏng không
Ngoại vi
Chất lỏng màu nâu
màu
Tỷ lệ trộn
2
1
Tỷ trọng
1,13 ± 0,02
0,99 ± 0,02
23 ± 0,5oC
Độ nhớt (mPa.s)
250 430
450 650
23 ± 0,5oC
Độ nhớt hỗn hợp (mPa.s)
420±50
23 ± 0,5oC

Thời gian sống (phút)
60 ± 10
23 ± 0,5oC
Thời gian sắp cứng (giờ)
14 ± 5
23 ± 0,5oC
Thời gian đông cứng
24 36
23 ± 0,5oC
Cường độ nén (N/mm²)
> 60
Cường độ kết dính
> 7,5
(N/mm²)
Cường độ kéo (N/mm²)
> 45
Trọng lượng tịnh
10 kg
5 kg