Đánh giá khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép được gia cường bằng tấm vải sợi cacbon (CFRP) thi công trong môi trường nước.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ VĂN MINH NGA

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG
CỐT THÉP ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM VẢI SỢI
CACBON (CFRP) THI CÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

C
C
R
UT.L

D

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Mã số: 85.80.205

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN LAN

Phản biện 1: PGS.TS. HOÀNG PHƯƠNG HOA
Phản biện 2: TS. TRẦN VĂN ĐỨC

C
C
R
UT.L

D

Luận văn sẽ được vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông, họp tại Đại
học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 năm 2019.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa
-Thư viện Khoa kỹ thuật xây dựng công trình giao thông, Trường
Đại học Bách khoa – ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Theo thời gian kết cấu BÊ TÔNG CỐT THÉP bị xuống cấp do tải
trọng và các tác động môi trường. Các kết cấu BÊ TÔNG CỐT THÉP dưới
mực nước thường có tốc độ xuống cấp nhanh hơn đặc biệc là kết cấu tiếp
xúc với môi trường nước có chứa các yếu tố ăn mòn cao. Hiện tại nhiều kết
cấu bê tông dưới nước công trình cũ như cầu cảng, kè sông, kết cấu phần
dưới cầu vượt sông, …đã xuống cấp hư hỏng cần được sửa chữa bảo vệ để
tiếp tục duy trì công năng. Hiện có rất nhiều biện pháp sửa chữa, bảo vệ kết

cấu BÊ TÔNG CỐT THÉP dưới nước, đa số các giải pháp cần có vòng vây
hút nước để thi công sửa sữa chữa kết cấu như trên cạn. Kết cấu vòng vây
làm tăng chi phí và thời gian thi công khá lớn. Trong thời gian gần đây vật
liệu compostite đã được ứng dụng tại Việt Nam để sửa chữa, gia cường kết
cấu BÊ TÔNG CỐT THÉP trên cạn, tuy nhiên sử dụng vật liệu compostite
và keo epoxy thi công trong môi trường nước hoặc môi trường ẩm ướt còn
đang được tiếp tục nghiên cứu áp dụng về công nghệ thi công và phân tích
thiết kế.
Trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ ứng dụng, học viên lựa chọn
đề tài: “Đánh giá khả năng chịu uốn của dầm BÊ TÔNG CỐT THÉP được
gia cường bằng tấm vải sợi cacbon (CFRP) thi công trong môi trường nước”
có tính ứng dụng thực tiễn và cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài nghiên cứu đánh giá khả năng chịu uốn dầm BÊ TÔNG
CỐT THÉP được gia cường bằng tấm vải sợi cacbon (CFRP) và keo
eboxy thi công trong môi trường nước.
3. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu ổn kết cấu dầm BÊ TÔNG CỐT THÉP được gia
cường bằng tấm vải sợi cacbon (CFRP) và keo eboxy thi công trong

D

C
C
R
UT.L


2
môi trường nước.

4. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập các tài liệu của các tác giả trong, ngoài nước có liên
quan đến đề tài, nghiên cứu, phát triển lý thuyết và phục vụ đề tài.
Xây dựng các trường hợp thay đổi môi trường tác động kết hợp
kèm theo giải pháp xử lý tương ứng với mỗi kịch bản. Từ đố so sánh
kết quả thu được từ các kịch bản.
5. Bố cục đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan các dạng kết cấu BÊ TÔNG CỐT THÉP
tiếp xúc với môi trường nước
Chương 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế kết cấu BÊ TÔNG CỐT
THÉP gia cường bằng CFRP
Chương 3: Thực nghiệm dầm BÊ TÔNG CỐT THÉP gia cường
CFRP dán dưới nước

C
C
R
UT.L

D

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CÁC DẠNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
TIẾP XÚC VỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC
1.1. CÁC DẠNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾP XÚC
VỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Việt Nam là đất nước có đường bờ biển dài hơn 3.200 Km, từ
8 37’ đến 21o32’, đối với mạng lưới sông ngòi ở Việt Nam thì vô cùng

o

phong phú và đầy tiềm năng với tổng chiều dài hơn 41.900 Km. Sau
năm 1960 thì số lượng công trình làm việc trực tiếp (thường xuyên)
trong môi trường nước tăng đáng kể, theo kết quả khảo sát của các cơ
quan nghiên cứu trong nước như Viện Khoa học công nghệ xây dựng,
viện KH vật liệu, viện khoa học thủy lợi, viện khoa học GTVT, trường
Đại học Bách khoa Đà Nẵng, … thì tình trạng suy giảm tuổi thọ công


3
trình bê tông và bê tông cốt thép làm việc trong môi trường nước đáng
để quan tâm. Thực tế có hơn 50% bộ phận kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép bị ăn mòn, hư hỏng hoặc bị phá hủy chỉ sau 10-30 năm sử
dụng. Hầu hết các kết cấu này trong quá trình làm việc đều tiếp xúc
trực tiếp với môi trường không khí và nước (biển hoặc sông). Giữa vật
liệu và môi trường luôn xảy ra các tác động qua lại và bản thân bê tông
luôn thay đổi trạng thái cấu trúc.
Các dạng công trình bê tông và bê tông cốt thép thường làm việc
trực tiếp trong môi trường nước thường gặp như: Mố, trụ cầu, cống,
tràn, đê đập, tường chắn sóng, cầu cảng, kè sông, kè biển, kết cấu chỉnh
dòng, ….

C
C
R
UT.L

D

Hình 1.1. Cầu bê tông cốt thép

Hình 1.2. Bến cảng, bến neo
đậu thuyền

1.2. CÁC DẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP
TIẾP XÚC VỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Tác động xâm thực của môi trường nước tác động tới độ bền của
công trình bê tông và bê tông cốt thép chủ yếu do các quá trình sau:
- Quá trình cácbonnát hóa làm giảm nồng độ pH của bê tông
theo thời gian, làm vỡ màng thụ động có tác dụng bảo vệ cốt thép, đẩy
nhanh quá trình ăn mòn cốt thép dẫn đến phá hủy kết cấu.
- Quá trình thấm ion SO42- vào bê tông, tương tác với các sản
phẩm thủy hóa của xi măng tạo ra khoáng Ettiringit trương nở thể tích


4
gây phá hủy kết cấu (Ăn mòn Sunfat).
- Quá trình khuếch tán oxy, ion Cl- và hơi ẩm vào bê tông trong
điều kiện nhiệt độ không khí cao.
- Quá trình ăn mòn vi sinh vật, ăn mòn cơ học do sóng, ăn mòn
rửa trôi.

Hình 1.3. Hư hỏng do bị ăn mòn, ô xy hóa Hình 1.4. Bị hư hỏng do ăn mòn, xói lở tại

C
C
R
UT.L
trụ

D

Hình 1.5. Hư hỏng do nứt

Hình 1.6. Hư hỏng do chuyển vị


5

Hình 1.7. Hư hỏng do bị ăn mòn

Hình 1.8. Hư hỏng do bị xâm thực

C
C
R
UT.L

1.3. CÔNG NGHỆ BẢO VỆ, GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG

D

CỐT THÉP BẰNG CFRP

Dạng tấm

Dạng chế tạo sẵn

Dạng cuộn

Dạng thanh

Dạng băng


6
Hình 1.9. Các loại sản phẩm của vặt liệu FRP

C
C
R
UT.L

D

Hình 1.10. Tăng cường khả năng chịu lực kết cấu BTCT bằng vật
liệu CFRP
1.3.1. Đặc tính vật lý của vật liệu FRP
Tỷ trọng: Vật liệu FRP có tỷ trọng chênh lệch nhau từ 1,2 đến
2,1 g/cm3, thấp hơn 4-6 lần so với thép.
Hệ số dãn nở nhiệt: Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu FRP đơn


7
hướng khác nhau theo chiều dọc và chiều ngang, tùy thuộc vào từng
loại sợi, chất kết dính và trọng lượng của sợi.
Ảnh hưởng của nhiệt độ cao: Khi nhiệt độ vượt qua nhiệt độ
biến đổi trạng thái Tg, mô đun đàn hồi của vật liệu FRP bị giảm đáng
kể do sự thay đổi cấu trúc phân tử của nó.

1.3.2. Đặc tính cơ lý của vật liệu FRP
Bảng 1.1. Các đặc trưng cơ học cốt sợi
Cốt sợi
Aramid
Thủy tinh
Loại E
Loại A
Loại C
Loại S
Carbon
Tiêu chuẩn
Cường độ cao
Môđun cao
Môđun cực lớn

Cường độ
chịu kéo
(N/mm2MPa)
3400-4100

Moduyn
đàn hồi
(kN/mm2GPa)
70-125

Độ
dãn
dài
(%)
2.4

3400
2760
2350
4600

72,5
73
74
88

2,5
2,5
2,5
3,0

2,57
2,46
2,46
2,47

3700
4800
3000
2400

250
250
500
800

1,2
1,4
0,5
0,2

1,7
1,8
1,9
2,1

C
C
R
UT.L

D

Tỷ trọng
(g/cm3)
1.44

Bảng 1.2. Các đặc trưng cơ học của chất nền
Chất nền

Cường độ chịu
kéo
(N/mm2-MPa)

Polyester

Epoxy
Vinylester
Phenolic

65
90
82
40

Moduyn đàn
hồi
(kN/mm2GPa)
4,0
3,0
3,5
2,5

Độ dãn
dài
(%)
2,5
8,0
6,0
1,8

Tỷ trọng
(g/cm3)

1,2
1,2

1,12
1,24

Bảng 1.3. Một số đặc trưng tiêu biểu của hệ thống tấm sợi FRP
Hệ thống FRP
Tấm Tyfo SEH51

Trọng Chiều dày Cường độ Môđuyn
lượng thiết kế chịu kéo đàn hồi
(g/m2)
(mm)
(MPa)
(GPa)
Thủy tinh
915
1,3
575
26,1
Loại sợi


8
Tấm Tyfo SCH41
Carbon
Tấm Hex 100G
Thủy tinh
Tấm Hex 103C
Carbon
Tấm Carbodur S
Carbon

Tấm Carbodur M
Carbon
Tấm Carbodur H
Carbon
Tấm Mbrace EG 900 Thủy tinh
Tấm Mbrace AK 60
Aramid
Mbrace CF 130
Carbon
Mbrace CF 160
Carbon

644
915
610
2.100
2.240
2.240
900
600
300
600

1
0,36
0,11
1,2-1,4
1,2
1,2
0,37

0,28
0,17
0,33

985
2.300
3.800
2.800
2.400
1.300
1.517
2.000
3.800
3.800

95,8
72
235
165
210
300
72,4
120
227
227

1.3.3. Ứng xử của vật liệu FRP phụ thuộc vào thời gian:
- Từ biến co ngót của vật liệu FRP:
- Độ bền mỏi của vật liệu FRP
- Ảnh hưởng của tia UV đến chất lượng Epoxy

1.3.4. Chất lượng vật liệu FRP

C
C
R
UT.L

1.3.5. Một số công nghệ thi công vật liệu FRP

Công nghệ thi công vật liệu FRP rất đa dạng và có nhiều sự lựa

D

chọn khác nhau về vật liệu chất kết dính, sợi, vật liệu nền (vật liệu lõi)
áp dụng trong từng lĩnh vực cụ thể, điển hình như sau:
- Phương pháp sử dụng súng phun (Spray Lay-up):
- Phương pháp hút chân không (Vacuum Bagging):
- Phương pháp sử dụng ống cuộn sợi (Filament Winding):
- Phương pháp đúc ép (Pultrusion):
- Phương pháp RTM (Resin Transfer Moulding):
- Một số phương pháp khác:
+ Phương pháp sử dụng buồng áp suất.
+ Phương pháp tẩm ướt – ngoài thùng gia nhiệt.
+ Phương pháp SPRINT / SparPregTM.
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1


9
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT GIA

CƯỜNG BẰNG CFRP
2.1. THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT GIA CƯỜNG CFRP
2.1.1. Các yêu cầu cơ bản để thiết kế tăng cường khả năng
chịu lực cho kết cấu bê tông
a. Các yêu cầu chung
b. Các giả định trong thiết kế hệ tăng cường khả năng chịu
lực cho kết cấu bê tông sử dụng vật liệu FRP
c. Lựa chọn các mô hình phá hủy để thiết kế tăng cường khả
năng chịu lực kết cấu bê tông

C
C
R
UT.L

d. Các yêu cầu cấu tạo chung khi thiết kế tăng cường khả
năng chịu lực kết cấu bê tông sử dụng vật liệu FRP

D

e. Trình tự thiết kế tăng cường khả năng chịu lực kết cấu bê
tông

2.1.2. Đánh giá các đặc trưng cơ lý của vật liệu FRP trên thị
trường Việt Nam theo tiêu chuẩn ACI440.2R-08 và tiêu chuẩn BD
90/05.
a. Theo tiêu chuẩn BD90/05 của Châu Âu:
b. Theo tiêu chuẩn ACI440.2R-08:
c. Tính chất cơ lý của tấm sợi FRP tại thị trường Việt Nam.
Tại việt Nam hiện nay cũng đã sử dụng một số sản phẩm FRP

của các hãng như: TORAY- Nhật; FYFE- Mỹ; và một số hãng ở châu
Âu. Đài Loan và Trung Quốc cũng đã sản xuất nhiều sản phẩm FRP.


10

(Đặc tính một số loại CFRP hãng Toray)

C
C
R
UT.L

D

(Đặc tính vải CFRP hãng Jb Martin- Canada)
2.2. TÍNH TOÁN SỨC KHÁNG UỐN DẦM BTCT GIA CƯỜNG
CFRP
2.2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán sức kháng uốn dần BTCT gia
cường CFRP
a. Yêu cầu thiết kế tăng cường sức kháng uống bằng vật liệu
CFRP
b. Tăng cường khả năng chịu uốn cho kết cấu bê tông cốt
thép.


11
 Giả thuyết tính toán.
 Biến dạng trong vật liệu FRP.
 Biến dạng ban đầu.

c. Ứng suất trong vật liệu FRP.
 Hệ số triết giảm cường độ.
 Sức kháng uốn của mặt cắt hình chữ nhật.
- Trình tự tính toán:
 Trạng thái giới hạn sử dụng.
 Kiểm tra phá hoại do từ biến và mỏi.
 Ứng suất trong vật liệu FRP dưới tác dụng của tải trọng khai
thác.
2.2.2. Ví dụ tính toán sức kháng uốn dầm BTCT gia cường
CFRP
Tính toán lý thuyết dầm gia cường CFRP.
Tính toán thực nghiệm trên mô hình thực tế.
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương này đã trình bày các yêu cầu thiết kế kết cấu BTCT gia
cường bằng vật liệu CFRP, cơ sở và công thức tính toán sức kháng uốn
dầm BTCT gia cường bằng tấm CFRP dính bám ngoài. Một ví dụ số
tính toán sức kháng uốn dầm thí nghiệm (15x15) cm cung đã được
trình bày.

C
C
R
UT.L

D

CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM DẦM BTCT GIA CƯỜNG CFRP
DÁN DƯỚI NƯỚC
3.1. CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM

3.1.1. Chế tạo mẫu dầm BTCT cho thí nghiệm
Gia công công đúc 6 dầm: 2 dầm được đúc với bê tông cốt thép
thường không gia cường, 2 dầm được đúc với bê tông cốt thép thường
có gia cường CFRP và 2 dầm được đúc với bê tông cốt thép thường có


12
gia cường CFRP ngâm trong nước. Vật liệu CFRP lấy từ Trung Tâm
KHCN&TVĐT Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng (vải CFRP
Toray, keo endurance), cát lấy từ Sông Vu Gia, Tỉnh Quãng Nam. Đá
lấy từ mỏ đá Phước Tường, Thành phố Đà Nẵng.
Tính tương đương của hai mô hình dầm:
-Có kích thước hình học, tiết diện như nhau
-Thành phần cấp phối bê tông như nhau
-Thời gian đúc hai cột song song nhau
-Mô hình đặt tải thí nghiệm cho 6 dầm là như nhau
-Thiết bị dùng đo cho hai cột như nhau
-Cùng năng lực cán bộ thí nghiệm
Dựa trên các kết quả tính toán ở trên, dầm được thiết kế như sau:

C
C
R
UT.L

D

Hình 3.1. Bản vẽ thiết kết dầm
3.1.2. Trình tự thực nghiệm dầm:
Bước 1: Kê dầm, dán các con straigage lên thớ trên và thớ

dưới của dầm kiểm soát biến dạng trong quá trình nén

Hình 3.2. Kê và dán các thiết bị để nén dầm


13
Bước 2: Lắp kích gia tải và các thiết bị đo chuyển vị vào vị trí
L/3 và cách gối 20cm

Hình 3.3. Lắp đặt kích và thiết bị đo chuyển vị
Bước 3: Tiến hành gia tải theo từng cấp tải, kiểm soát vết nứt
của dầm, ghi chép lại các thông số đo đạc.

C
C
R
UT.L

D

Vết nứt đầu tiên xuất hiện Độ võng của dầm tại vị trí giữa dầm
Hình 3.4. Gia tải theo từng cấp

Hình 3.5. Hình ảnh vết nứt xuất hiện trong dầm


14
3.1.3. Sơ đồ thực nghiệm nén dầm
2500
733

733

733

150

150

150

1100

1100

Hình 3.6. Sơ đồ nén dầm
3.1.4. Kết quả thí nghiệm


Kết quả nén với dầm BTCT thường

Bảng 3.1. Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT thường Dầm 1
Bê tông thường dầm 1
Cấp tải V1 (chuyển vị tại S1 (µη) Biến S2 (µη) Biến
nén (KN) vị trí L/2) mm
dạng thớ kéo dạng thớ nén
0
0
990
2973

2.08
0.41
1014
2955
4.04
0.71
1033
2943
6.02
1.1
1042
2938
8.06
2.26
1110
2935
10.11
5.41
1148
2931
12.04
7.35
1210
2921
14.08
10.35
1245
2912
16.05
12.28

1279
2892
18.23
15.81
1473
2852

C
C
R
.L

DUT

Ghi chú

Cr<0.01
Cr=0.05
Cr=0.15
Cr=0.2
Cr=0.3
Cr=0.4
Cr=0.5
Cr=0.63

Bảng 3.2. Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT thường Dầm 2
Bê tông thường dầm 2
Cấp tải nén V1 (chuyển vị tại S1 (µη) Biến S2 (µη) Biến
(KN)
vị trí L/2) mm

dạng thớ kéo dạng thớ nén
0
0
984
2884
2.05
0.38
1021
2862
4.06
0.69
1038
2854
6.04
1.34
1084
2824
8.08
2.36
1114
2808
10.09
5.46
1198
2789
12.06
6.88
1222
2775
14.03

9.56
1287
2745
16.07
11.54
1378
2726
17.12
14.78
1424
2718

Ghi chú

Cr<0.01
Cr=0.05
Cr=0.2
Cr=0.25
Cr=0.3
Cr=0.45
Cr=0.55
Cr=0.6


15
 Kết quả nén dầm BTCT CFRP khô

Hình 3.10. Biểu đồ quan hệ tải trọng và biến dạng kéo

C

C
R
UT.L

D

Hình 3.11. Biểu đồ quan hệ tải trọng và biến dạng nén

Hình 3.12. Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị


16
 Kết quả nén dầm BTCT CFRP dưới nước
Bảng 3.5. Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT CFRP dưới nước
Bê tông dầm CFRP dưới nước
V1
Cấp tải nén (chuyển vị S1 (µη) Biến S2 (µη) Biến
(KN)
tại vị trí dạng thớ kéo dạng thớ nén
L/2) mm
0
0
1034
2845
2.05
0.33
1086
2834
4.14
0.57

1134
2824
6.04
1.02
1198
2806
8.02
2.14
1245
2792
10.08
3.32
1308
2781
12.04
5.14
1386
2755
14.13
6.18
1428
2735
16.08
7.34
1505
2728
18.12
8.18
1587
2707

20.06
9.56
1634
2687
21.34
10.25
1728
2655

Ghi chú

Cr=0.01
Cr=0.10
Cr=0.10
Cr=0.12
Cr=0.2
Cr=0.25
Cr=0.25
Cr=0.28
Cr=0.3
Cr=0.32

C
C
R
UT.L

D

Bảng 3.6. Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT CFRP dưới nước

Bê tông dầm CFRP dưới nước

Cấp tải
nén
(KN)
0
2.1
4.06
6.09
8.02
10.12
12.14
14.11
16.12
18.06
20.04
21.98

V1
(chuyển
vị tại vị
trí L/2)
mm
0
0.38
0.72
1.14
2.21
3.67
5.45

6.34
7.36
8.28
9.78
10.62

S1 (µη)
Biến dạng
thớ kéo

S2 (µη)
Biến
dạng thớ
nén

1015
1048
1115
1158
1205
1278
1326
1401
1488
1578
1616
1726

2822
2808

2798
2785
2762
2754
2745
2732
2712
2692
2684
2675

Ghi chú

Cr=0.01
Cr=0.04
Cr=0.10
Cr=0.15
Cr=0.2
Cr=0.25
Cr=0.28
Cr=0.3
Cr=0.32
Cr=0.35


17

Hình 3.13. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và biến dạng kéo

C

C
R
UT.L

D

Hình 3.14. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và biến dạng nén

Hình 3.15. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị


18
3.2. TRÌNH TỰ MÔ PHỎNG PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN
ATENA
Khởi động chương trình Atena.
Bước 1: Tạo mới mô hình bằng cách vào Gerenal data/
Analysis Information xuất hiện hộp thoại
Đặt tên cho công trình (description)
Chọn hệ metric (system)
Vào File/save as…. lưu lại công trình
Bước 2: Khai báo vật liệu cho dầm
Vào Material/add
Chọn Direct Definition
Chọn các thông số sau: 3D Elastic Isotropic cho tấm thép; 3D

C
C
R
UT.L

Nonlinear cementitious 2 cho bê tông và Reinforcement cho CFRP
và thép cốt đai

D

Sau khi khai báo xong vật liệu có bảng tổng hợp sau:
Bước 3: Vẽ dầm

Nguyên tắc vẽ dầm trong mô hình là vẽ nút trước >> vẽ đường
nối các nút >> vẽ mặt nối các đường lại với nhau.
Chọn Macro-element/Add ở Input data tree
Sau khi Add xong hiện ra cửa sổ chọn joint để vẽ nút
Kết thúc lệnh bấm OK
Tiếp tục chọn Line để vẽ đường.
Kết thúc lệnh bấm OK
Chọn tiếp Surfaces để vẽ mặt bao các đường lại
Chuyển qua thẻ Properties để nhập vật liệu cho dầm
Tương tự cho khai báo thép kê, chúng ta cũng đi theo trình tự
như khai báo dầm là vẽ tọa độ nút → vẽ đường nối các tọa độ nút→
vẽ các mặt nối đường → chuyển qua thẻ Properties để nhập vật liệu


19
tương ứng với lúc ta khai báo vật liệu ban đầu cho từ cấu kiện.
Bước 4: Kiểm tra tiếp xúc giữa các vật liệu
Vào Topology/contract
Bước 5: Chia lưới phần tử hữu hạn
Vào FE Mesh/Exit
Khu vực chia lưới chọn 0.05(m)
Bước 6: Chọn khu vực cần phân tích mô hình

Vào FE Mesh/Macro element/Add
Bước 7: Vẽ cốt đai và CFRP
Vào Reinforcement bars / Add
Vẽ nút trước chọn Joint vẽ các tọa độ định sẵn.
Tiếp tục chọn Segments nối các nút lại, chọn Polyline vẽ thẳng.

C
C
R
UT.L

Chuyển qua thẻ Propreties chọn các thông tin cho thép


Các thép cốt đai cũng làm tương tự.

D

Bước 8: Khai báo các hỗ trợ cho mô hình

Trong mô hình khai báo các suppost và các chuyển vị, tải trọng
Vào Loading / load cases/ Add
Khai báo tải trọng tác dụng lên mô hình
Tại hộp thoại load cases chọn Foces nhập các giá trị tính toán
Bước 9: Lịch sử tải trọng và các tham số phân tích.
Vào Run/ solution Parameters/add
Bước 10: Phân tích mô hình
Vào Run/ analysis steps/Add
Bước 11: Phân tích kết quả
Sau khi mô hình chạy xong vào post-processor

Chuyển vị của dầm mô hình
Phân tích bề rộng vết nứt


20
3.3. KẾT QUẢ TỪ MÔ PHỎNG PHẦN MỀM ATENA CHO
DẦM BÊ TÔNG THƯỜNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA
CƯỜNG CFRP

C
C
R
UT.L

Hình 3.16. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và bề rộng vết nứt
cho dầm bê tông thường sử dụng phần mềm Atena

D

Hình 3.17. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và bề rộng vết nứt
cho dầm BTCT CFRP sử dụng phần mềm Atena


21

Hình 3.18. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị giữa nhịp
cho dầm BTCT sử dụng phần mềm Atena

C
C

R
UT.L

D

Hình 3.19. Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị giữa nhịp
cho dầm BTCT CFRP sử dụng phần mềm Atena
3.4. PHÂN TÍCH, BÀN LUẬN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM


22

Hình 3.20. Biểu đồ quan hệ tải trọng và bề rộng vết nứt giữa mô hình
và thực nghiệm

C
C
R
UT.L

D

Hình 3.21. Biểu đồ quan hệ tải trọng và bề rộng vết nứt giữa mô hình
và thực nghiệm
Dựa vào kết quả thí nghiệm tính Momen kháng uốn của
dầm theo thực nghiệm (dựa vào Pgh của dầm bị nén ở độ mở rộng
vết nứt =0.25mm)
Momen
Momen sức
kháng thực

nghiệm (KN.m)
Momen sức
kháng lý thuyết
(KN.m)

Bê tông
thường

Bê tông CFRP Bê tông CFRP
Bê tông trên Atena
Khô
Uớt
Bê tông Bê tông
Dầm 1 Dầm 2 Dầm 3 Dầm 4 Dầm 5 Dầm 6
thường 7 CFRP 8
4.08

4.09

5.57

6.30

6.32

5.58

2.78

4.35

4.35

7.55

7.55

7.55

7.55

2.78

4.62


23

Hình 3.22: Biểu đồ quan hệ giữa momen sức kháng thực
nhiệm và lý thuyết
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG
Dựa trên kết quả thực nghiệm và phân tích cho các kết
luận sau:
- Kết quả thực nghiệm giữa bê tông chưa gia cường và bê tông
có gia cường CFRP xét trên momen sức kháng tăng lên được 35,28%
- Qua kết quả so sánh biểu đồ giữa tải trọng- độ võng; tải trọng
– độ mở rộng vết nứt thấy dầm BTCT thường bao giờ cũng bị võng và
nứt lớn hơn dầm bê tông có gia cường CFRP ở cùng một cấp tải. Lớp
vải CFRP làm tăng độ cứng dầm và giảm độ mở rộng vết nứt vùng bê
tông chịu kéo.

- Dầm gia cường trong môi trường khô khi đạt tới lực giới hạn
thì vải CFRP bị đứt, còn dầm gia cường dưới nước thì cũng tới lực tới
hạn đó nhưng chỉ bị bong giữa tấm CFRP và bê tông và tấm CFRP
chưa bị đứt. Chứng tỏ lực dính kết giữa tấm CFRP dán trong nước thấp
hơn do với dán trên khô.
- Sức kháng uốn tính theo ACI 440 cho giá trị lớn hơn so với
thực nghiệm và phân tích bằng phần mềm ATENA. Lý do ACI tính
toán theo trạng thái phá hoại cực hạn, tính Mn từ dữ liệu thực nghiệm
và ATENA căn cứ trên độ mở rộng vết nứt bê tông vùng kéo được cho
là phá hoại (0.25mm).

D

C
C
R
UT.L