Nghiên cứu thực nghiệm gia cường frp kháng uốn cho khung bê tông cốt thép bị cháy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIA CƯỜNG FRP
KHÁNG UỐN CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ CHÁY
(Experimental study on FRP flexural strengthening of fireexposed reinforced concrete frames)

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp
Mã số ngành : 60580208

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, 01-2020


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học:
Cán bộ hƣớng dẫn

: PGS.TS. Cao Văn Vui

Chữ ký:……………

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Khổng Trọng Toàn

Chữ ký:……………

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Liêu Xuân Quí

Chữ ký:……………

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM,
ngày 09 tháng 01 năm 2020.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Lƣơng Văn Hải

-

Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Nguyễn Thái Bình

-

Thƣ ký

3. TS. Khổng Trọng Tồn

-

Ủy viên (Phản biện 1)

4. TS. Liêu Xuân Quí

-

Ủy viên (Phản biện 2)

5. PGS.TS. Chu Quốc Thắng

-

Ủy viên

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

I


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

MSHV: 1770279
Nơi sinh: Vĩnh Long.

Ngày, tháng, năm sinh: 11/12/1993

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60580208

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIA CƯỜNG FRP
KHÁNG UỐN CHO KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP BỊ CHÁY.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Thí nghiệm khung bê tông cốt thép bị cháy.
2. Nghiên cứu thực nghiệm gia cƣờng FRP kháng uốn cho khung bê tông cốt thép bị
cháy.
3. Đánh giá quan hệ lực – chuyển vị của khung bê tông cốt thép bị cháy đƣợc gia
cƣờng kháng uốn bằng CFRP.
4. So sánh ứng xử của khung bê tơng cốt thép bị cháy có gia cƣờng kháng uốn với
ứng xử của khung không bị cháy.

II


I. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 19/ 8 /2019

II. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

09/01 /2020

III. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Cao Văn Vui
Tp. HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. Cao Văn Vui

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên với tình cảm sâu sắc và chân thành nhất, cho phép em đƣợc bày tỏ lòng
biết ơn đến tất cả các cá nhân và tổ chức đã tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ em trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu đề tài này. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại
trƣờng đến nay, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy ở Khoa Xây
Dựng – Trƣờng Đại học Bách Khoa đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em
trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Nhờ có những lời hƣớng dẫn, dạy bảo của các
thầy nên đề tài nghiên cứu của em mới có thể hồn thiện tốt đẹp.
Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Cao Văn Vui ngƣời đã trực
tiếp giúp đỡ, quan tâm, hƣớng dẫn để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này trong
thời gian qua.
Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân,
tuy nhiên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong q Thầy chỉ dẫn thêm để em
bổ sung những kiến thức và hồn thiện bản thân mình hơn.

Xin trân trọng cảm ơn.
Tp. HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020

NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

i


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của khung bê tông
cốt thép (BTCT) bị cháy, gia cƣờng kháng uốn bằng FRP. Thí nghiệm đƣợc thực hiện
cho 03 khung BTCT tỷ lệ thực, cùng kích thƣớc tiết diện. Tiết diện cột là 200×250 mm
và tiết diện dầm là 200×220 mm, nhịp 2750 mm, cao 2720 mm. Một trong các khung này
không bị cháy dùng làm khung đối chứng (F-0). Hai khung cịn lại đƣợc thí nghiệm cháy
với các thời gian lần lƣợt là 45 phút (cho khung F-45) và 75 phút (cho khung F-75). Các
khung bị cháy đƣợc gia cƣờng kháng uốn bằng Carbon Fiber Reinforced Polymer
(CFRP). Sau khi gia cƣờng, các khung đƣợc gia tải ngang cho đến khi phá hoại. Kết quả
thí nghiệm khung BTCT bị cháy có gia cƣờng đƣợc so sánh với khung đối chứng. Kết
quả thí nghiệm cho thấy rằng, khi bị cháy, khả năng chịu lực của khung giảm đáng kể. Sự
phát triển của các vết nứt và bong tróc khơng những phụ thuộc vào thời gian cháy mà còn
phụ thuộc vào nhiệt độ cháy. Thời gian cháy càng lâu thì khả năng chịu tải của khung bê
tông cốt thép càng bị suy giảm. Độ cứng của khung bị cháy 45 phút và 75 phút gia cƣờng
kháng uốn bằng tấm CFRP lần lƣợt là 88,96% và 85,06% so với độ cứng của khung. Với
thiết kế khung bê tông cốt thép theo nguyên lý dầm yếu cột khỏe, thì sự phá hủy tập trung
ở chân cột, cịn dầm thì ở vị trí khớp dẻo.

ii


ABSTRACT

This thesis presents the experimental results on the behaviour of reinforced concrete
(RC) frames subjected to fire and then flexurally retrofitted by CFRP. The experiment
was conducted for 03 full-scale reinforced concrete frames. Column section was 200×250
mm, beam section was 200×220 mm while the span was 2.75 m and the height was 2.72
m. One of these three frames was not subjected to fire to use as control frame (F-0). The
other two frames were subjected to fire with the durations of 45 minutes (for the frame F45), and 75 minutes (for the frame F-75). The fire-exposed frames were then retrofitted
by CFRP flexure. All three frames were then subjected to lateral loading until failure. The
experimental results of these three frames were then compared with one another. The
results showed that the lateral load carrying capacity of the fire-exposed frames reduced
significantly. The cracks and spalling of concrete depend not only on the duration of fire
exposure but also on the temperature. The duration of fire increases will decrease the
lateral load capacity of RC frames. The stiffness of the 45-minute and 75-minute fireexposed frames were only 88,96% and 85,06% that of the control frame. For RC frames
designed based on the design philosophy “weak beam-strong column”, the failure
focused on the column bottom ends and the plastic hinges of the beam.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tơi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của Thầy
PGS.TS Cao Văn Vui
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chƣa đƣợc công bố ở các nghiên cứu
khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

Tp. HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020

NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………………..i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ……………………………………………………….ii
ABSTRACT……………………………………………………………………………...iii
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………………...iv
CHƢƠNG 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................... 4
1.1. Lý do thực hiện đề tài ............................................................................................... 4
1.2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 5
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 5
1.4. Ý nghĩa nghiên cứu ................................................................................................... 5
1.5. Cấu trúc luận văn ...................................................................................................... 5
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN ............................................................................................ 7
2.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................... 7
2.2. Nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................................................. 7
2.3. Nghiên cứu trong nƣớc ........................................................................................... 14
2.4. Tổng kết ................................................................................................................. 17
CHƢƠNG 3. CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM ........................................................... 18
3. 1. Vật liệu ................................................................................................................. 18
3. 2. Chế tạo khung bê tông cốt thép ............................................................................. 21
3. 3. Đốt khung thí nghiệm cháy khung bê tơng cốt thép ............................................... 37


3.3.1. Thử nghiệm cháy để xác định lƣợng nhiên liệu .................................................... 37
3.3.2. Ghi nhận các số liệu: ............................................................................................ 42
3. 4. Gia cƣờng kháng uốn FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy ............................. 42
3. 5. Gia tải FRP lên khung thí nghiệm cháy bê tơng cốt thép ....................................... 47
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 52
4.1. Đƣờng cong nhiệt độ - thời gian cháy ..................................................................... 52

4.2. Hiện trạng sau khi cháy ......................................................................................... 53
4.3. Kết quả gia tải khung thí nghiệm không cháy F-0 ................................................... 56
4.4. Kết quả gia tải khung thí nghiệm bị cháy F-45-3 có gia cƣờng CFRP ..................... 59
4.5. Kết quả gia tải khung thí nghiệm bị cháy F-75-3 có gia cƣờng CFRP ..................... 61
4.6. Phân tích và so sánh kết quả.................................................................................... 65
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................. 68
5.1. Kết luận .................................................................................................................. 68
5.2. Kiến nghị ................................................................................................................ 69


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1 Hậu quả nghiêm trọng sau các trận hỏa hoạn. ............................................. 7
Hình 3.1. Thép Miền Nam .......................................................................................... 18
Hình 3.2. Vật liệu phục vụ cấp phối bê tơng cho khung thí nghiệm. ........................... 19
Hình 3.3. Keo Carbotex Impreg dán FRP. ................................................................. 20
Hình 3.4. Tấm sợi Carbon Fiber Reinforced Polymer (UD230). .............................. 21
Hình 3.5. Kích thước tiết diện mẫu thí nghiệm. .......................................................... 23
Hình 3.6. Mơ hình khung thí nghiệm cháy.................................................................. 24
Hình 3.7. Mặt đứng bên mơ hình khung thí nghiệm .................................................... 25
Hình 3.8. Mặt bằng chứa dầu và củi của mơ hình khung thí nghiệm .......................... 26
Hình 3.9. Cơng tác chuẩn bị láng trại. ....................................................................... 27
Hình 3.10. Công tác chuẩn bị, định vị mặt bằng ........................................................ 28
Hình 3.11. Thi cơng đà kiềng dọc chống lật cho khung tiết diện 300×300 mm. .......... 28
Hình 3.12. Thi cơng lắp dựng cốt thép, coppha, cho đà kiềng ngang tiết diện ............ 29
Hình 3.13. Thi cơng đổ bê tơng đà kiềng ngang tiết diện 300×400 mm. ..................... 30
Hình 3.14. Nối cốt thép vị trí chân cột với chiều dài mối nối >30d. ........................... 31
Hình 3.15. Lắp dựng cột tiết diện 200×250 mm. ........................................................ 31
Hình 3.16. Lắp dựng và đổ bê tơng cột 200×250 mm. ................................................ 32
Hình 3.17. Lắp dựng cốt thép, ván đáy dầm tiết diện 200×220 .................................. 33
Hình 3.18. Lắp dựng ván khn dầm tiết diện 200×220 và cố định vào đúng vị trí. ... 33

Hình 3.19. Tháo dỡ ván khuôn dầm và xây tường xung quanh làm bể chứa dầu. ....... 34
Hình 3.20. Xây tường bao xung quanh hồn thiện của bể chứa chất đốt. ................... 35
Hình 3.21. Trát tường bao xung quanh thành bể ........................................................ 36
Hình 3.22. Láng đáy bể chứa chất đốt........................................................................ 36
Hình 3.23. Quét chống thấm đáy bể chứa bằng Sika Latex TH................................... 37
1


Hình 3.24. Mơ hình thí nghiệm tính tốn lượng dầu có kích thước 500×1000 mm. .... 37
Hình 3.25. Chất củi và đổ dầu vào khung thí nghiệm ................................................. 38
Hình 3.26. Đổ dầu vào khung thí nghiệm ................................................................... 38
Hình 3.27. Lắp dựng vách tole xung quanh ngăn lửa ................................................. 39
Hình 3.28. Thiết bị phục vụ trong quá trình đốt cháy khung thí nghiệm. .................... 40
Hình 3.29. Lửa bắt đầu cháy lên khung thí nghiệm .................................................... 41
Hình 3.30. Dùng súng kiểm tra nhiệt độ đám cháy ..................................................... 41
Hình 3. 31. Sơ đồ, vị trí dán CFRP kháng uốn cho khung bê tơng cốt thép bị cháy. ... 43
Hình 3. 32. Cơng tác chuẩn bị dán FRP. .................................................................... 44
Hình 3. 33. Tấm CFRP đã được quét keo hai mặt ...................................................... 45
Hình 3.34. Vị trí dán tấm CFRP của khung thí nghiệm cháy F-45-3. ......................... 45
Hình 3.35. Vị trí dán tấm CFRP trên dầm F-75-3. ..................................................... 46
Hình 3.36. Dán tấm CFRP cho tồn bộ khung thí nghiệm. ......................................... 47
Hình 3. 37. Mơ hình hệ khung thép gia tải cho khung thí nghiệm cháy. ...................... 49
Hình 3. 38. Hệ khung thép gia tải cho khung F-0. ...................................................... 50
Hình 3. 39. Thiết bị kích và đo chuyển vị. .................................................................. 51
Hình 4.1. Đường cong nhiệt độ - thời gian của khung thí nghiệm cháy F-45-3. ......... 52
Hình 4. 2 Đường cong nhiệt độ - thời gian của khung thí nghiệm cháy F-75-3. ......... 52
Hình 4. 3Vết nứt xuất hiện trên khung thí nghiệm F-45-3........................................... 53
Hình 4.4. Vết nứt sâu xuất hiện xuất hiện ở cột khung F-75-3. ................................... 54
Hình 4.5. Mẻ cạnh tại vị trí chân cột của khung thí nghiệm F-75-3. ........................... 54
Hình 4.6. Vết nứt sâu xuất hiện xuất hiện ở cột khung F-75-3. ................................... 55

Hình 4.7. Vết nứt xuất hiện trên dầm F-0. .................................................................. 56
Hình 4.8. Chân cột khung F-0 bị phá hủy. ................................................................. 57
Hình 4.9. Hình dạng của khung F-0 sau khi chịu tải trọng ngang. ............................. 58
Hình 4.10. Vị trí xuất hiện vết nứt của nút khung F-45-3. .......................................... 59
2


Hình 4.11. Vết nứt xuất hiện ở vị trí chân cột của khung thí nghiệm F-45-3. .............. 60
Hình 4.12. Vết nứt xuất hiện ở vị trí cột của khung thí nghiệm F-45-3. ...................... 61
Hình 4.13. Vị trí xuất hiện vết nứt trên nút khung thí nghiệm F-75-3. ........................ 62
Hình 4.14. Tấm CFRP bị bong tróc lên sau q trình gia tải. .................................... 62
Hình 4.15. Vị trí xuất hiện vết nứt ở chân cột khung thí nghiệm F-75-3. .................... 63
Hình 4.16. Vết nứt xuất hiện ở chân cột khung thí nghiệm F-75-3. ............................. 64
Hình 4.17. Biểu diễn đường cong của lực và chuyển vị của khung F-0. ..................... 65
Hình 4.18. Biểu diễn đường cong của lực và chuyển vị của khung F-45-3. ................ 66
Hình 4.19. Biểu diễn đường cong của lực và chuyển vị của khung F-75-3. ................ 66
Hình 4. 20. So sánh kết quả của các khung thí nghiệm cháy....................................... 67

3


CHƯƠNG 1.
MỞ ĐẦU
1.1. Lý do thực hiện đề tài
Hỏa hoạn là một trong những thảm họa xảy ra phổ biến và thƣờng xun nhất
trong các cơng trình trên tồn thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Hậu quả
của các trận hỏa hoạn để lại làm ảnh hƣởng đến kết cấu chịu lực của cơng trình với
các mức độ khác nhau. Sự sụp đổ hoặc hƣ hỏng nặng của các cơng trình trong các
trận hỏa hoạn gần đây nhƣ, vụ cháy nhà máy hóa chất Thiên Tân, Trung Quốc năm
2015 làm sụp đổ hoàn toàn nhà máy và hơn 80 thiệt mạng. Vụ cháy nhà cao tầng tại

thủ đơ Tehran ở Iran năm 2017 hậu quả cơng trình bị sụp đổ và làm 25 ngƣời bị thiệt
mạng. Vụ cháy nhà cao tầng Grenfell Tower ở London năm 2017 hậu quả 12 ngƣời
thiệt mạng, 70 ngƣời bị thƣơng và đƣợc đánh giá có nguy cơ bị sụp đổ. Năm 2018 tòa
nhà 26 tầng ở thành phố Sao Paulo hậu quả thiệt hại về ngƣời và đang đứng trƣớc
nguy cơ bị sụp đổ hoàn toàn. Trên đây là một số ví dụ điển hình. Ngồi ra, trên thế
giới cịn có rất nhiều vụ cháy đã xảy ra trong lịch sử.
Các cơng trình trên đang đứng trƣớc hai sự lựa chọn. Một là phá dỡ và xây mới
lại cơng trình. Hai là gia cƣờng kết cấu để đáp ứng khả năng chịu lực theo các tiêu
chuẩn hiện hành. Giải pháp thứ hai ngày càng đƣợc quan tâm và lựa chọn vì đáp ứng
đƣợc điều kiện về mặt kinh tế. So với các giải pháp gia cƣờng truyền thống nhƣ dùng
thép hình gia cƣờng bên ngoài kết cấu, tăng tiết diện cột, gia cƣờng bằng hệ giằng…
thì việc gia cƣờng bằng vật liệu Fiber Reinforced Polymer (FRP) đã thể hiện những
ƣu điểm nổi bật, vì FRP có cƣờng độ chịu kéo cao, trọng lƣợng nhẹ, dễ thi cơng.
Ngồi ra, gia cƣờng bằng FRP hầu nhƣ không làm thay đổi tiết diện của các cấu kiện
vì các tấm FRP có chiều dày bé. Từ đó khơng gian kiến trúc của cơng trình đƣợc đảm
bảo. Một trong những ứng dụng của FRP là gia cƣờng kháng uốn cho kết cấu nhằm
làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu.
Khung là kết cấu chịu lực chính của cơng trình, một khi có hỏa hoạn xảy ra sẽ
làm ảnh hƣởng đến khả năng chịu lực của khung mà cụ thể là khả năng chịu tải
ngang của khung BTCT. Nghiên cứu sâu về khả năng chịu tải ngang của khung
BTCT bị cháy gia cƣờng kháng uốn bằng vật liệu FRP vẫn chƣa đƣợc cộng đồng
khoa học nghiên cứu nhiều. Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm gia cƣờng FRP kháng

4


uốn cho khung bê tông cốt thép bị cháy” đƣợc thực hiện nhằm góp phần làm sáng tỏ
vấn đề trên.
1.2. Mục đích nghiên cứu
-

Khảo sát thực nghiệm khả năng chịu tải ngang của khung bê tông cốt thép sau khi
bị cháy với các thời gian khác nhau, có và khơng có gia cƣờng FRP.

-

Đánh giá hiệu quả gia cƣờng kháng uốn cho kết cấu BTCT bị cháy bằng FRP
thông qua so sánh khả năng chịu tải ngang của khung gia cƣờng FRP với khung
không gia cƣờng.

-

Đánh giá khả năng chiu lực của kết cấu BTCT đƣợc gia cƣờng kháng uốn bằng
FRP chịu thời gian cháy và nhiệt độ khác nhau thông qua mức độ hƣ hại của
khung.

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tƣợng nghiên cứu: Kết cấu khung BTCT bị cháy có và khơng có gia cƣờng
FRP chịu tải ngang.

-

Phạm vi nghiên cứu: Gia cƣờng FRP cho khung BTCT.

1.4. Ý nghĩa nghiên cứu
-

Ý nghĩa khoa học:

 Đánh giá hiệu quả gia cƣờng kháng uốn bằng FRP cho khung BTCT sau
khi bị cháy.

-

Ý nghĩa thực tiễn:
 Với các trận hỏa hoạn xảy ra ngày càng thƣờng xuyên và nhiều nhƣ hiện
nay, thì việc nâng cấp, gia cƣờng các cơng trình bằng FRP kháng uốn và
tăng khả năng chịu lực cho kết cấu là một giải pháp hiệu quả, đáp ứng đƣợc
điều kiện về kinh tế, kỹ thuật so với việc phá dỡ và xây mới cơng trình.

1.5. Cấu trúc luận văn
Nội dung của luận văn đƣợc trình bày nhƣ sau:
Chƣơng mở đầu, nêu lý do thực hiện đề tài và mục đích nghiên cứu. Bên cạnh đó,
đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa của nghiên cứu cũng đƣợc trình bày trong
phần này. Chƣơng thứ hai, giới thiệu về tổng quan tình hình nghiên cứu của các tác giả
trong và ngoài nƣớc. Trong phần này, các nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới đƣợc
5


tóm tắt nhằm thấy đƣợc bức tranh tổng quan tình hình nghiên cứu đã đƣợc cơng bố bởi
các nhà khoa học trong nƣớc và trên thế giới. Chƣơng thứ ba, nêu chƣơng trình thí
nghiệm, trong phần này giới thiệu về thành phần vật liệu để chế tạo ra mẫu nhƣ thép,
bê tông, vật liệu Cacbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP),…, chế tạo khung mẫu,
q trình thí nghiệm cháy. Sau khi bị cháy, tiến hành gia cƣờng kháng uốn bằng FRP
cho khung bê tơng cốt thép bị cháy. Sau đó gia tải FRP lên khung thí nghiệm cháy bê
tơng cốt thép. Chƣơng thứ tƣ nêu kết quả nghiên cứu của khung thí nghiệm cháy và
kết quả thí nghiệm gia tải khung khơng bị cháy, kết quả gia tải khung thí nghiệm bị
cháy có gia cƣờng CFRP. Chƣơng thứ năm nêu lên kết luận và ý kiến, kiến nghị về
những phần đã nghiên cứu.

6


CHƯƠNG 2.
TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu chung
Hiện nay, hầu hết các cơng trình từ cao tầng đến thấp tầng đa phần đều sử dụng
hệ khung bê tông cốt thép (BTCT). Khung BTCT có vai trị rất quan trọng trong việc
chịu tải trọng của cơng trình. Ứng xử của khung dƣới tác dụng của tải trọng đã đƣợc
nghiên cứu khá nhiều bởi các nhà khoa học trong nƣớc và trên thế giới. Tuy nhiên, các
nghiên cứu về khung BTCT bị cháy vẫn còn rất hạn chế. Khi hỏa hoạn xảy ra, các bộ
phận kết cấu sẽ bị hƣ hại ở các mức độ khác nhau nhƣ nhẹ thì bị hƣ hỏng bề mặt bê
tơng cịn nặng sẽ làm sụp đổ hồn tồn kết cấu tùy thuộc vào mức độ và thời gian
cháy. Hình 2.1a là cơng trình nhà cao tầng ở London bị sụp đổ sau khi bị cháy. Hình
2.1b là hậu quả của cơng trình sau khi bị cháy.

a) Nhà cao tầng ở London bị cháy

b) Hậu quả của đám cháy

Hình 2.1 Hậu quả nghiêm trọng sau các trận hỏa hoạn.
2.2. Nghiên cứu ngoài nước
Năm 2004, Huang và cộng sự [1] nghiên cứu thực nghiệm dựa trên một phƣơng
pháp thiết kế mới đã đƣợc một trong các tác giả phát triển để tính tốn khả năng chịu
lực sàn composite chịu lửa. Các mơ hình thực nghiệm chủ yếu xét đến sự ảnh hƣởng
của hiệu ứng màng trong các tấm sàn composite. Mục đích của bài viết này là chỉ ra
một số so sánh chi tiết giữa phƣơng pháp thiết kế đơn giản và mơ hình phần tử hữu
hạn bằng chƣơng trình máy tính Vulcan, đƣợc phát triển tại Đại học Sheffield, để kiểm
7

tra tính ứng dụng của phƣơng pháp đƣợc thực hiện nhƣ sau. Ban đầu, một tấm bê tơng
có kích thƣớc 900×900 mm, đƣợc đo nhiệt độ khác nhau trên bề dày của tấm để
nghiên cứu ảnh hƣởng của đƣờng cong nhiệt đến ứng xử của kết cấu. Một loạt các
phân tích đã đƣợc thực hiện dựa trên các mẫu chống cháy khác nhau. Kết quả từ cả mơ
hình Vulcan và phƣơng pháp thiết kế đơn giản, Huang và cộng sự thấy rằng hoạt động
của hiệu ứng màng có thể rất quan trọng trong việc ứng xử của bê tông khi bị đốt cháy
và bị chuyển vị ở nhiệt độ cao.
Trong vào năm 2004, Burgess và cộng sự [2] nghiên cứu một loạt các phân tích,
tính tốn các tác động của hiệu ứng màng trong các tấm bê tơng. Thí nghiệm này đã
đƣợc thực hiện trên một sàn lớn, trong điều kiện cháy và sử dụng các mơ hình chống
cháy khác nhau cho cả dầm thép. Các phân tích bao gồm các vùng bị cháy có kích
thƣớc và vị trí khác nhau. Kết quả cho thấy rằng các vùng không bị cháy có thể mang
lại một số lợi ích trong việc tăng khả năng chống cháy của vùng bị cháy. Các kết quả
cũng đƣợc so sánh với nhiệt độ đƣợc tính tốn bằng cách sử dụng phƣơng pháp đƣợc
cơng bố trƣớc đó, có xét đến ứng xử của hiệu ứng màng theo phƣơng pháp đơn giản.
Vào năm 2007, Rafi và các cộng sự [3] đã nghiên cứu ứng xử của dầm bê tông cốt
thép đƣợc gia cố bằng thanh carbon FRP (CFRP). Hai dầm thí nghiệm có kích thƣớc
tiết diện 120×200×2000 mm giống nhau, một dầm đƣợc gia cƣờng bằng hai thanh dọc
FRP và một dầm không đƣợc gia cƣờng bằng thanh FRP. Cả hai dầm đều chịu một lực
tác dụng xuống giữa dầm. Kết quả chỉ ra rằng, đối với dầm đƣợc gia cƣờng thêm thanh
FRP có khả năng chịu tải trọng tốt hơn dầm không đƣợc gia cƣờng.
Cũng trong năm 2007, Baky và các cộng sự [4] đã nghiên cứu ứng xử của FRP
đƣợc gia cƣờng trên dầm bê tơng cốt thép. Mẫu đƣợc thí nghiệm có kích thƣớc
100×200×2000 mm với số lƣợng 24 mẫu, trong đó có 14 khơng đƣợc gia cƣờng bằng
tấm CFRP bên ngồi và 14 mẫu còn lại đƣợc gia cƣờng bằng tấm CFRP bên ngoài.
Kết quả cho thấy, mẫu đƣợc gia cƣờng bằng tấm CFRP bên ngồi có thể chịu đƣợc
lực cắt và uốn tốt hơn mẫu khơng đƣợc gia cƣờng CFRP bên ngồi.
Vào năm 2006, Husem và cộng sự [5] nghiên cứu sự thay đổi của cƣờng độ chịu

nén của bê tông ở nhiệt độ 200, 400, 600, 800 và 10000C và đƣợc làm nguội trong
khơng khí và trong nƣớc. Cƣờng độ chịu nén của các mẫu bê tông này đƣợc so sánh
với nhau và sau đó đƣợc so sánh với các mẫu không đƣợc tiếp xúc với nhiệt. Mặt
8


khác. Kết quả thí nghiệm cho thấy cƣờng độ bê tông giảm khi nhiệt độ tăng và cƣờng
độ của bê tông mác thƣờng giảm nhiều hơn so với cƣờng độ của bê tơng mác cao. Q
trình làm mát ảnh hƣởng đến cƣờng độ chịu nén của bê tông.
Vào năm 2009, Yang và cộng sự [6] đã nghiên cứu thử nghiệm trên mƣời ba dầm
bê tông cốt thép dự ứng lực có tiết diện 200×300×2000 mm đƣợc gia cƣờng bằng
CFRP. Trong đó một dầm khơng gia cƣờng dùng để đối chứng, sáu dầm đƣợc gia
cƣờng CFRP không đƣợc ứng suất trƣớc, bốn dầm đƣợc gia cƣờng CFRP đƣợc ứng
suất trƣớc và hai dầm còn lại đƣợc gia cƣờng CFRP ứng suất trƣớc có độ dài nhịp
khác nhau. Tất cả các dầm chịu các thử nghiệm uốn ba điểm và bốn điểm với các cấp
độ tải khác nhau đến khi phá hủy. Kết quả chỉ ra rằng, các dầm đƣợc gia cƣờng bằng
CFRP và đƣợc ứng suất trƣớc sẽ chịu đƣợc lực tốt hơn so với các dầm còn lại.
Trong năm 2011, Jassam và cộng sự [7] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của tấm CFRP
đối với khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép đƣợc tăng cƣờng bằng tấm CFRP
bên ngồi. Thí nghiệm đƣợc thực hiện trên dầm có kích thƣớc 150×300×3000 mm.
Dầm đƣợc gia cƣờng bằng tấm CFRP bên ngồi. Kết quả cho thấy, vị trí tốt nhất của
tấm CFRP trong dầm thí nghiệm là ở các cạnh, việc xác định vị trí của dán tấm CFRP
có ý nghĩa rất quan trọng đối với khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép.
Vào năm 2011, Xiang và cộng sự [8] nghiên cứu các thí nghiệm trên bốn dầm chữ
T bê tơng cốt thép. Trong q trình thí nghiệm, một dầm chữ T là dầm không đốt và ba
dầm T còn lại đƣợc đốt cháy với thời gian 75 phút dƣới lửa tiêu chuẩn ISO-834. Trong
số ba dầm chữ T này, một dầm chữ T là dầm không đƣợc tăng cƣờng và hai dầm chữ
T còn lại đƣợc tăng cƣờng bằng các tấm polymer gia cố bằng sợi carbon (CFRP). Kết
quả cho thấy rằng độ cứng và độ dẻo của dầm chữ T bị cháy giảm so với dầm chữ T
khơng đốt. Việc tăng cƣờng bên ngồi với các tấm CFRP giúp tăng khả năng chịu tải

và độ cứng của dầm chữ T, nhƣng độ dẻo của dầm chữ T giảm xuống. Độ bền chịu
kéo của tấm CFRP là yếu tố quan trọng đối với dầm chữ T đƣợc tăng cƣờng.
Trong năm 2011, Salloum và cộng sự [9] đã thực hiện thí nghiệm nghiên cứu ảnh
hƣởng của nhiệt độ cao với ứng xử của bê tông đƣợc gia cƣờng bằng FRP bên ngồi.
42 mẫu thí nghiệm có kích thƣớc 100×200×2800 mm, trong đó có 14 mẫu dùng để đối
chứng và 14 mẫu đƣợc gia cƣờng một lớp bằng tấm CFRP bên ngồi, 14 mẫu cịn lại
đƣợc gia cƣờng bên ngồi một lớp bằng tấm GFRP. Các mẫu bê tơng đƣợc tiếp xúc
9


với nhiệt độ từ 1000C đến 2000C trong khoảng thời gian từ 1 đến 3 giờ. Kết quả chỉ ra
rằng, ở nhiệt độ 1000C các mẫu đƣợc gia cƣờng bằng CFRP và GFRP đều không bị
suy giảm về cƣờng độ nhiều so với mẫu không gia cƣờng.
Vào năm 2011, Lin và cộng sự [10] nghiên cứu cƣờng độ nén còn lại và tốc độ
xung siêu âm (UPV) của bê tông, đã đƣợc xử lý bằng nƣớc sau khi tiếp xúc với lửa ở
nhiệt độ cao. Mẫu thử nghiệm hình trụ đƣợc làm bằng bê tông với tỷ lệ xi măng trên
nƣớc 0,58 và 0,68 và sau 90 ngày, mẫu đƣợc nung trong lò điện với nhiệt độ từ 400
đến 10000C. Các mẫu bê tông tiếp xúc với nhiệt độ cao đã đƣợc xử lý ngâm trong bể
nƣớc trong 72 giờ và đƣợc thử nghiệm sau 4, 27, 87 và 177 ngày. Kết quả thí nghiệm
cho thấy việc xử lý bằng nƣớc của mẫu bê tông sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao có
ảnh hƣởng rõ rệt đến cƣờng độ. Kết quả cũng cho thấy sự thay đổi tỷ lệ trộn trong hỗn
hợp của bê tơng khơng có ảnh hƣởng đáng kể đến tỷ lệ cƣờng độ và tỷ lệ UPV của bê
tông chịu nhiệt độ cao.
Cũng vào năm 2011,Yuan và cộng sự [11] đã nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ
cao và phƣơng pháp làm mát liên quan đến cƣờng độ nén và hàm lƣợng cacbonat của
các mẫu bê tông đƣợc xử lý lại ở các thời điểm khác nhau. Mẫu có kích thƣớc
200×200×2700 mm. Các mẫu bê tơng đƣợc nung ở nhiệt độ khác nhau lên tới 750 0C
và sau đó đƣợc làm mát trong khơng khí hoặc bằng cách phun nƣớc. Cƣờng độ nén và
các thử nghiệm cacbonat đƣợc tiến hành để đo lƣờng sự thay đổi cƣờng độ nén và hàm
lƣợng cacbonat của mẫu bê tông. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng cƣờng độ nén của bê

tơng làm mát bằng khơng khí tiếp xúc với nhiệt độ 150, 300 và 450 0C đạt tƣơng ứng
101,6%, 97,2% và 81,9% giá trị ban đầu. Tuy nhiên, sau khi tiếp xúc với nhiệt độ
6000C và 7500C, cƣờng độ nén của bê tơng làm mát bằng khơng khí giảm xuống còn
40,4% và 26,2% giá trị ban đầu. Các giá trị cƣờng độ chịu nén của bê tông làm mát
bằng nƣớc đƣợc nung nóng đến 150, 300, 450, 600 và 750 0C dần thay đổi thành
102,7%, 96,7%, 80,2%, 46,9% và 28,7% giá trị ban đầu. Khả năng chống cacbon hóa
của bê tông không đƣợc phục hồi đối với bê tông tiếp xúc với nhiệt độ trên 450 0C và
khả năng chống cacbon hóa của bê tơng làm mát bằng nƣớc thấp hơn bê tơng làm mát
bằng khơng khí.
Cũng vào năm 2011, Sharma và cộng sự [12] nghiên cứu thử nghiệm trên một
khung phẳng gồm hệ dầm sàn với kích thƣớc 3000×3300×3300 mm. Ngọn lửa đƣợc
đốt liên tục bằng một khay dầu hỏa vng 1000 mm trong khoang có lỗ mở cao 1000
10


mm dọc theo toàn bộ chiều dài của bức tƣờng ở phía dƣới cùng của một bên, đốt cháy
ở nhiệt độ 900 – 10000C. Kết quả từ thử nghiệm đầu tiên cho thấy khung thử nghiệm
có thể chịu đƣợc thiệt hại tƣơng ứng với mức độ địa chấn và tiếp xúc với lửa trong 1
giờ tiếp theo mà không bị sập.
Năm 2011, Yaqub và Bailey [13] đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm hàng loạt
các thử nghiệm bao gồm các cột không bị gia nhiệt, sau gia nhiệt, sau khi gia nhiệt bị
hỏng và đƣợc sửa chữa bằng vữa, sau gia nhiệt và đƣợc bọc bằng sợi thủy tinh hoặc
sợi carbon, sau khi gia nhiệt bị hỏng nghiêm trọng và sửa chữa bằng cả vữa và sợi thủy
tinh hoặc sợi carbon. Các cột sau khi đƣợc gia nhiệt đã đƣợc gia cố bằng sợi thủy tinh
và sợi carbon. Tất cả các cột đã đƣợc thử nghiệm nén để xác định độ bền, độ cứng và
độ dẻo. Kết quả là sửa chữa các cột bị hƣ hỏng bằng nhiệt với một lớp sợi thủy tinh
hoặc sợi carbon có tác động đáng kể đến cƣờng độ chịu nén và độ dẻo của các cột.
Điều đó chứng minh đƣợc khả năng chịu tải của các cột sau khi gia nhiệt có thể đƣợc
khơi phục lên đến mức ban đầu hoặc lớn hơn so với các cột khơng gia nhiệt. Từ kết
quả thí nghiệm tác giả rút ra đƣợc, độ bền của cột bê tông đƣợc gia cố đã giảm tới 42%

sau khi nung nóng đến 500oC.
Sau đó, vào năm 2013, Li và cộng sự [14] mô tả ảnh hƣởng của lớp phủ bê tông vô
cơ (ICC) đến cƣờng độ nén và hàm lƣợng cacbonat của bê tông bị cháy. Các mẫu bê
tông đƣợc làm mát bằng cách phun nƣớc, thƣờng đƣợc sử dụng để chữa cháy trong
đám cháy thực sự. ICC đã đƣợc áp dụng để tăng cƣờng cƣờng độ nén và để giảm hàm
lƣợng cacbonat của bê tông bị cháy ở các giai đoạn khác nhau. Kết quả cho thấy rằng
hiệu suất của bê tông với ICC tốt hơn so với bê tông không tráng phủ. Sau khi đƣợc
tiếp xúc với nhiệt độ 150, 300, 450, 600 và 7500C, so với bê tông không tráng phủ,
cƣờng độ nén của bê tông với ICC đƣợc tăng cƣờng lần lƣợt 3,7%, 3,8%, 11,0%,
17,3% và 6,1%. Đối với bê tông tiếp xúc với nhiệt độ dƣới 750 0C, hàm lƣợng cacbonat
của bê tông với ICC đã giảm đáng kể so với bê tông không tráng phủ. Trong trƣờng
hợp nhiệt độ 7500C, bê tông đã đƣợc trung hịa hồn tồn cho cả bê tơng khơng tráng
phủ. Sự tăng cƣờng rõ ràng nhất của cƣờng độ nén và giảm đáng kể hàm lƣợng
cacbonat của bê tông với ICC có thể đƣợc tìm thấy sau khi bê tơng đƣợc tiếp xúc với
nhiệt độ 6000C.
Cũng trong năm 2013, Belarbi và cộng sự [15] đã nghiên cứu gia cƣờng FRP trong
việc tăng khả năng chống cắt cho kết cấu bê tông cốt thép. Mẫu đƣợc thực hiện trên
11


hai dầm chữ nhật có kích thƣớc 200×300×3000 mm. Trong đó, một dầm khơng đƣợc
gia cƣờng FRP bên ngồi, dầm cịn lại đƣợc gia cƣờng hai lớp FRP bê ngồi. Kết quả
chỉ ra rằng, dầm đƣợc gia cƣờng bằng tấm FRP bên ngồi có khả năng chịu lực cắt tốt
hơn dầm khơng đƣợc gia cƣờng tấm FRP bên ngồi.
Tiếp đó, vào năm 2015 Lila và cộng sự [16] đã nghiên cứu cột bê tông cốt thép
đƣợc đốt cháy ở nhiệt độ 9000C trong thời gian 30 phút và gia tải dọc trục sau đó đƣợc
gia cƣởng bằng CFRP, mƣời bốn mẫu cột có kích thƣớc 150x150x1600 mm đƣợc chế
tạo để thí nghiệm và hai mẫu dùng để đối chứng. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng
CFRP có thể chịu đƣợc nhiệt độ cao dƣới tải dọc trục trong thời gian hơn 70 phút. Đối
với mẫu đƣợc gia cƣờng CFRP ở nhiệt độ 1000C trong 1 giờ vật mẫu không bị biến

dạng và chiều dày của lớp bê tông bảo vệ sẽ có thể ảnh hƣờng đến việc giảm nhiệt độ
cho cấu kiện đƣợc gia cƣờng bằng CFRP.
Vào năm 2015, Kamath và cộng sự [17] nghiên cứu khung thử nghiệm bao gồm hệ
cột dầm sàn với kích thƣớc cột là 300×300×4000 mm, dầm có kích thƣớc là
230×230×4000 mm và tấm sàn dày 120 mm. Chân cột đƣợc cố định bằng cách liên kết
bốn cột vào móng bè có kích thƣớc 6750×8550×900 mm, và đƣợc đốt cháy ở nhiệt độ
600 - 8000C. Mục đích của nghiên cứu này là để thực hiện một loạt các thử nghiệm tải
của một trận động đất, khung bê tông cốt thép bị hƣ hại sau đó tiếp xúc với lửa. Tải
trọng động đất mơ phỏng bởi các tải trọng ngang tác động theo chu kỳ và sau đó cho
tác dụng với lửa để đánh giá khả năng còn lại của khung. Kết quả từ lần thử nghiệm
cho thấy, khung thử nghiệm có thể chịu đƣợc những thiệt hại của một trận hỏa hoạn
mà không bị sụp đổ và kết quả cũng chỉ ra rằng những thiệt hại thƣởng xảy ra trên
dầm, không phải trên cột.
Cũng vào năm 2015 Park và cộng sự [18] nghiên cứu các điều kiện bảo dƣỡng
sau khi cháy. Một nghiên cứu thực nghiệm đã đƣợc thực hiện để nghiên cứu các điều
kiện bảo dƣỡng bê tông sau khi bị cháy. Sau khi tiếp xúc với lửa ở các nhiệt độ cao
khác nhau, từ 3000C đến 7000C, mẫu bê tông bị cháy đã đƣợc bảo quản trong điều
kiện khác nhau, thay đổi độ ẩm và thời gian bảo dƣỡng khác nhau. Các kết quả thí
nghiệm và phân tích chỉ ra rằng sự phục hồi các tính chất vật liệu trong bê tơng bị
cháy có liên quan chặt chẽ với các điều kiện bảo dƣỡng sau cháy.

12


Trong năm 2015, Hawileh [19] nghiên cứu ảnh hƣởng của tấm CFRP đối với khả
năng chống uốn và cắt của cấu kiện bê tơng cốt thép. Bốn mẫu đƣợc thí nghiệm có
kích thƣớc 120×240×1840 mm. Trong đó, một mẫu khơng đƣợc gia cƣờng kháng uốn
và cắt bằng tấm CFRP và ba mẫu còn lại đƣợc gia cƣờng kháng uốn và cắt bên ngoài.
Kết quả chỉ ra rằng, những mẫu đƣợc gia cƣờng kháng uốn và cắt bằng tấm CFRP bên
ngoài chịu đƣợc lực tốt hơn dầm không đƣợc tăng cƣờng kháng uốn và cắt bằng tấm

CFRP bê ngoài.
Năm 2017, Ahmad và cộng sự [20] nghiên cứu về tính chất cơ học của cốt thép
bị hƣ hỏng khi tiếp xúc với lửa trong nghiên cứu này các thanh đƣờng kính 20 mm
đƣợc nung nóng ở nhiệt độ 200, 300, 400, 500, 600 và 700°C và đƣợc duy trì trong
0,5, 1 và 2 giờ. Các thanh đƣợc làm mát tự nhiên trong khơng khí và đƣợc kiểm tra độ
kéo căng. Cƣờng độ, độ bền kéo và phần trăm độ giãn dài đã đƣợc quan sát và ghi
nhận. Các quan sát cho thấy cƣờng độ và độ giãn dài đã thay đổi đáng kể trong khi
cƣờng độ không thay đổi khi tăng thời gian tiếp xúc với cùng nhiệt độ.
Năm 2017, Hamzeh [21] đã nghiên cứu khả năng chống cháy của hai tấm bê tông
đƣợc gia cƣờng bằng GFRP thông qua thử nghiệm lửa tiêu chuẩn. Tấm có kích thƣớc
1200×3900×200 mm, để theo đõi nhiệt độ tác giả đã gắn 34 cặp nhiệt điện loại K
(TCs) đƣợc gắn vào đáy của tấm. Kết quả đã chỉ ra rằng cả bê tông và cốt thép đều bị
suy giảm tính chất khi chịu nhiệt độ, lửa đƣợc thử tồn diện trên hai tấm bê tơng cốt
thép đƣợc gia cƣờng GFRP sau đó chịu tải trọng uốn và đƣợc chứng minh độ bền lửa
trên 3 giờ.
Cũng trong năm 2017, Elwan và các cộng sự [22] đã nghiên cứu thử nghiệm kết
cấu bê tông cốt thép đƣợc gia cƣờng bằng tấm CFRP. Bảy dầm bê tông cốt thép đƣợc
thử nghiệm có kích thƣớc 200×400×2200 mm cùng kích thƣớc.Trong đó, có ba dầm là
dầm đối chứng, hai dầm đƣợc gia cƣờng tấm CFRP với chiều dài đầy đủ và khơng có
mối nối, hai dầm cịn lại cũng đƣợc gia cƣờng bằng tấm CFRP bên ngoài nhƣng bị
ghép nối ở điểm giữa. Sau đó cho cả bảy dầm uốn cong tại hai vị trí. Kết quả chỉ ra
rằng, các dầm bê tông cốt thép gia cƣờng bằng tấm CFRP với chiều dài đầy đủ có khả
năng chịu uốn tốt hơn với dầm bê tông cốt thép gia cƣờng bằng tấm CFRP với chiều
dài các tấm ghép nối.

13


Vào năm 2018, Yang và cộng sự [23] đã nghiên cứu cƣờng độ chịu uốn của các
cấu kiện bê tông cốt thép đƣợc gia cƣờng bằng CFRP bên ngoài. Tổng cộng có 15 cấu

kiện bê tơng cốt thép dầm, bao gồm ba cấu kiện bê tông cốt thép dùng để đối chứng và
mƣời hai cấu kiện bê tông cốt thép đƣợc gia cƣờng bằng CFRP, mẫu có kích thƣớc
150×200×2000 mm. Kết quả cho thấy việc sử dụng lƣới CFRP có độ cứng cao làm
tăng khả năng chịu uốn của cấu kiện.
Cũng trong năm 2018, Jiang và cộng sự [24] đã nghiên cứu khả năng chịu cắt
còn lại của dầm khung bê tông cốt thép do hỏa hoạn gây ra. Mô hình khung bê tơng
cốt thép

đƣợc chế tạo có kích thƣớc 3000×4000×1650 mm. Kết quả cho thấy rằng

khả năng cắt và độ cứng của dầm khung đều giảm khi tiếp xúc với lửa. Khả năng cắt
của tất cả các mẫu thử giảm khi tăng tỷ lệ nhịp cắt. Đối với dầm khung, đƣờng chéo
vết nứt trong khoảng cắt tập trung nhiều hơn với chiều rộng vết nứt lớn hơn. Bằng
cách so sánh lý thuyết và thực nghiệm kết quả chỉ ra phƣơng pháp đơn giản hóa có thể
nhanh chóng đánh giá khả năng cắt cịn lại của dầm bê tơng cốt thép bị cháy.
Trong năm 2019, Mehrdad và cộng sự [25] đã nghiên cứu khả năng chịu cắt của
bê tông khi chịu nhiệt độ cao. Ba mẫu bê tơng có cƣờng độ 20, 40, 80 MPa đã đƣợc
thử nghiệm để rút ra một phƣơng trình dự đốn cƣờng độ cắt. Sau đó, bằng cách cắt
kiểm tra độ bền cắt trên các mẫu thử chứa 0,25 và 0,5% sợi thép và sử dụng phƣơng
pháp đàn hồi. Một phƣơng trình dự đốn cƣờng độ chịu cắt của bê tông đã đƣợc đề
xuất bằng cách so sánh giá trị dự đoán với kết quả thí nghiệm cảu các nghiên cứu
trƣớc đây. Cuối cùng thử nghiệm độ bền cắt đƣợc thực hiện ở nhiệt độ 100, 200, 300,
400, 450, 500, 600, 800°C để rút ra một phƣơng trình khác dự đốn lực cắt cƣờng độ
bê tông dựa trên cƣờng độ nén. Kết quả thấy rằng bằng cách tăng nhiệt độ, cƣờng độ
chịu cắt của bê tông giảm và khi nhiệt độ tăng lên tới 450°C đã phục hồi đƣợc độ bền
cắt và sau đó bắt đầu giảm mạnh.
2.3. Nghiên cứu trong nước
Vào năm 2008, Trịnh Văn Quang và Đỗ Hữu Hoàng [26] nghiên cứu khảo sát cột
bê tơng có tiết diện ngang kích thƣớc 270×270 mm, làm bằng vật liệu bê tông thông
thƣờng, tiếp xúc với lửa có nhiệt độ 1000C. Ngọn lửa hỏa hoạn ảnh hƣởng trực tiếp

đến các lớp mặt ngoài của cột bê tông. Các lớp nằm sâu bên trong ảnh hƣởng ít hơn,
các điểm ở quanh tâm cột hầu nhƣ không chịu tác động của lửa. Khi ngọn lửa thay đổi
14


theo quy luật tuyến tính, nhiệt độ các điểm trong cột tăng nhanh nhất, cột bê tông bị
rạn nứt nhanh. Xét các đƣờng cong nhiệt độ tại các điểm trong cột bê tơng lúc đầu
phân kỳ, sau đó hội tụ dẫn tới trạng thái nhiệt tại các điểm trong cột bê tông biến đổi
theo ba giai đoạn. Ban đầu là biến dạng, chủ yếu do giãn nở nhiệt làm các góc cột rạn
nứt, kế tiếp là giai đoạn ảnh hƣởng của tải trọng và biến dạng nhiệt. Sau cùng là giai
đoạn cột bê tơng có nhiệt độ cao làm cƣờng độ suy giảm mạnh. Các số liệu đã chỉ ra,
đặc điểm biến dạng nhiệt và phá hủy cột bê tông về cơ bản phù hợp với các kết luận
chủ yếu từ nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả trên thế giới.
Một nghiên cứu của Nguyễn Cao Dƣơng và Hoàng Anh Giang [27] đƣợc tiến hành
trên mơ hình kết cấu cơng trình bằng bê tơng cốt thép có kích thƣớc thực với 7 tầng, 3
nhịp, 4 bƣớc cột (khoảng cách 7500 mm) có chất tải tĩnh trên tồn diện tích sàn, đã
cho thấy dƣới tác động của một đám cháy tiêu chuẩn hình thành cục bộ bên trong mặt
bằng, hệ kết cấu cơng trình vẫn có thể đứng vững trong suốt thời gian thử nghiệm 60
phút mặc dù có những hƣ hỏng nặng của bề mặt dƣới sàn do bê tơng bị bong và thậm
chí nhiều sợi cốt thép chịu lực của sàn đã bị tụt hẳn một đầu (không cịn đƣợc neo
trong bê tơng). Khả năng chịu lửa và chịu lực đồng thời bộ phận sàn của kết cấu mơ
hình đƣợc lý giải là nhờ vào hiệu ứng nén tấm mỏng (compressive membrane action)
khi các vùng kết cấu xung quanh với nhiệt độ khơng bị tăng cao đóng vai trò nhƣ một
hệ thống cản giữ sự giãn nở nhiệt. Thử nghiệm này cũng cho thấy các đầu phía trên
của hàng cột biên có xuất hiện chuyển dịch ngang đáng kể và không hồi phục đƣợc.
Những chuyển dịch không hồi phục của các cấu kiện bê tơng cốt thép cịn đƣợc bộc lộ
rõ nét ở các vị trí mà các cấu kiện này gối lên tƣờng hoặc vùng tiếp giáp giữa kết cấu
xây với kết cấu bê tông cốt thép, điều này có thể gây nứt hoặc mất ổn định đối với các
cấu kiện kết cấu xây.
Năm 2012, Chu Thị Bình [28] nghiên cứu cột ống thép nhồi bê tơng có khả năng

chịu tải trọng lớn đƣợc sử dụng trong các cơng trình cao tầng. Thí nghiệm xác định
ứng xử khi chịu cháy của cột ống thép nhồi bê tông tự đầm có thép hình làm cốt đƣợc
tiến hành tại trƣờng Đại học Liège – Vƣơng quốc Bỉ. Phần mềm phân tích phi tuyến
kết cấu SAFIR đƣợc dùng để mơ phỏng phân tích nhiệt và ứng xử cơ học của cột thí
nghiệm. Mƣời cấu kiện cột ống thép nhồi bê tơng trong đó có hai cấu kiện có sơn phủ
chống cháy bằng sơn phồng (intumescent paint) đƣợc thí nghiệm xác định khả năng
chịu cháy. Nhiệt độ tại một số điểm trong tiết diện đƣợc ghi lại dạng biểu đồ thời gian
15