Nghiên cứu thực nghiệm gia cướng khả năng kháng cắt của dầm btct bằng sử dụng vật liệu frp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.41 MB, 192 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜ
ĐẠ
I HỌTp.
C BÁ
H KHOA
Đạ
i HọN
cG
Quố
c Gia
HồC
Chí
Minh
KHOA
XÂC
YHDỰ
NG
TRƯỜ
NGKỸ
ĐẠTHUẬ
I HỌCT BÁ
KHOA
--------------------
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
--------------------
NGUYỄN MINH KHÁNH
NGUYỄN MINH KHÁNH
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
GIA CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT
NGHIÊN
CỨU THỰC
NGHIỆM
CỦA DẦM
BTCT BẰNG
SỬ DỤNG
VẬT LIỆU FRP
GIA CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT
CỦA DẦM BTCT BẰNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP
Chuyeân ngành : XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
Mã nsốngà
ngànnhh : XÂ
: 23.04.10
Chuyê
Y DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP
Mã số ngành
: 02105504
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 7 năm 2009
TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 7 naêm 2009
CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. HỒ HỮU CHỈNH
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. - TS. BÙI CÔNG THÀNH
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN MINH LONG
Luận văn thạc só được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA, ngày 29 tháng 08 năm 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Minh Khánh
Giới tính : Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 17/10/1963
Nơi sinh : Hà nội
Chuyên ngành : Xây dựng Dân Dụng và Cơng Nghiệp
Khố (Năm trúng tuyển) : 2005
1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIA CƯỜNG KHẢ NĂNG
KHÁNG CẮT CỦA DẦM BTCT BẰNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Khảo sát thực nghiệm hiệu quả gia cường kháng cắt dầm BTCT bằng sử dụng vật liệu
FRP
- Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt của dầm BTCT gia cường như
: hàm lượng thép đai, hàm lượng vật liệu CFRP.
- Đề xuất qui trình tính tóan thiết kế khả năng kháng cắt của dầm BTCT gia cường FRP
cho Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bêtông và bêtông cốt thép TCXDVN 356-2005.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/2009
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03/07/2009
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS HỒ HỮU CHỈNH
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
TS Hồ Hữu Chỉnh
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CẢM TẠ
Em xin chân thành cám ơn thầy hướng dẫn TS. Hồ Hữu Chỉnh, người thầy đã cho
em những ý tưởng về luận văn, và đã tận tình chỉ bảo từ q trình thực hiện thí nghiệm
đến q trình viết luận văn để em có thể hồn thành luận văn này.
Em xin chân thành cám ơn các thầy cô trường Đại học Bách khoa TP.HCM, đặc
biệt là các thầy cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng đã truyền đạt cho em những kiến thức và
phương pháp nghiên cứu bổ ích để em có thể hồn tất được luận văn này.
Xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Công ty Kiểm định Xây dựng Sài Gịn đã tạo
điều kiện cho tơi theo đuổi chương trình đào tạo sau đại học.
Xin chân thành cám ơn các bạn đồng nghiệp phòng Kiểm định II Cơng ty Kiểm
định Xây dựng Sài Gịn đã gánh vác một phần công việc trong thời gian tôi theo học và
thực hiện luận văn này.
Chân thành cám ơn
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Ngày nay trên thế giới, sử dụng FRP đã được chấp nhận như một giải pháp thông
dụng để gia cường và nâng cấp kết cấu BTCT, mặc dù ứng xử cắt của dầm gia cường còn
nhiều vấn đề chưa rõ ràng do bản chất phức tạp của cơ chế phá hoại cắt.
Trong luận văn này, tác giả đã khảo sát ứng xử của dầm BTCT gia cường kháng
cắt bằng vật liệu FRP. Chương trình thực nghiệm với 15 dầm BTCT gia cường theo các
kỹ thuật EBR và NSMR đã được thực hiện. Kết quả thực nghiệm cho thấy: gia cường
bằng vật liệu FRP nâng cao đáng kể khả năng kháng cắt của dầm BTCT, kỹ thuật NSMR
hiệu quả hơn so với kỹ thuật EBR trên các khía cạnh kinh tế, khả năng chịu lực và tính
dai của cấu kiện sau khi bị phá họai.
Tổng quan về các mơ hình và lý thuyết tính tóan khả năng kháng cắt của dầm
BTCT cũng đã được tác giả trình bày. Các mơ hình tính tóan phần lực cắt do FRP chịu
của các nhà nghiên cứu trên thế giới cũng đã được tác giả trình bày chi tiết, qua đánh giá
cho thấy: kết quả tính tóan lý thuyết theo các mơ hình là khác nhau và khơng có mơ hình
nào dự đốn đúng lực cắt do FRP chịu do khơng đề cập được đầy đủ các yếu tố ảnh
hưởng đến giá trị lực cắt do FRP chịu.
Dựa trên qui trình thiết kế của ISIS-2004, tác giả đã kiến nghị qui trình thiết kế gia
cường khả năng kháng cắt cho dầm BTCT theo kỹ thuật EBR áp dụng cho TCXDVN
356:2005. Qui trình này đã được tác giả kiểm chứng qua các số liệu thực nghiệm do tác
giả thực hiện và thu thập từ các nhà nghiên cứu khác trên thế giới. Kết quả kiểm chứng
cho thấy: với hệ số an toàn bằng 1,5 cho lực cắt do FRP chịu, qui trình thiết kế kiến nghị
là an toàn.
i
MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Trang vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Trang xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang xv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Trang xx
CHƯƠNG 1. : MỞ ĐẦU
Trang 1
1.1. Đặt vấn đề
Trang 1
1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Trang 3
21.3. Cấu trúc luận văn
Trang 4
CHƯƠNG 2 : VẬT LIỆU FRP VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIA CƯỜNG KHÁNG
CẮT CHO DẦM BTCT
Trang 6
2.1 KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU TỔNG HỢP FRP
Trang 6
2.1.1 Vật liệu sợi
Trang 6
2.1.1 1 Sợi thủy tinh
Trang 7
2.1.1 2 Sợi carbon
Trang 8
2.1.1 3 Sợi aramid
Trang 8
2.1.2 Vật liệu nền
Trang 9
2.2 ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU TỔNG HỢP FRP
Trang 9
2.2.1 Một số đặc tính cơ học
Trang 10
2.2.1.1. Mođun đàn hồi
Trang 11
2.2.1.2. Cường độ
Trang 11
2.2.1.3..Tính khơng đẳng hướng
Trang 13
2.2.2 Ưu khuyết điểm chính của FRP
Trang 14
2.2.2 1 Ưu điểm
Trang 14
2.2.2 2 Khuyết điểm
Trang 14
ii
2.3. ỨNG DỤNG FRP TRONG LĨNH VỰC SỬA CHỮA, NÂNG CẤP KẾT
CẤU CƠNG TRÌNH
Trang 15
2.3.1 Kỹ thuật dán ngồi cấu kiện EBR
Trang 16
2.3.2 Kỹ thuật dán dưới bề mặt cấu kiện NSMR
Trang 18
2.4. GIA CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA DẦM BTCT THEO CÁC
KỸ THUẬT EBR VÀ NSMR
Trang 20
2.4.1. Kỹ thuật EBR
Trang 20
2.4.2. Kỹ thuật NSMR
Trang 22
2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ GIA CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT
CỦA DẦM BTCT BẰNG VẬT LIỆU FRP
Trang 23
2.5.1 Ngòai nước
Trang 23
2.5.1.1 Kỹ thuật EBR
Trang 23
2.5.1.2 Kỹ thuật NSMR
Trang 27
2.5.2 Trong nước
Trang 29
2.6 TÓM TẮT
Trang 29
CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH VÀ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU
KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA DẦM BTCT
Trang 31
3.1 MƠ HÌNH TÍNH TĨAN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA DẦM BTCT
Trang 31
3.1.1 Mơ hình dàn
Trang 31
3.1.2 Lý thuyết miền nén (CFT) và miền nén cải tiến (MCFT)
Trang 36
3.1.3 Mô hình thanh chống giằng
Trang 39
3.2 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
Trang 41
3.2.1. ACI 318- 2005
Trang 43
3.2.2. CANADA CSA A23.3-2004
Trang 43
iii
3.2.3. EUROCODE 2-2004
Trang 45
3.2.4. AS3600-2001
Trang 45
3.2.5. TCXDVN 356-2005
Trang 47
3.3 TÍNH TỐN LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA CÁC DẦM
THÍ NGHIỆM
3.4 TĨM TẮT
Trang 48
Trang 48
CHƯƠNG 4: CÁC MƠ HÌNH TÍNH TÓAN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA
DẦM BTCT GIA CƯỜNG BẰNG VẬT LIỆU FRP
Trang 51
4.1 KỸ THUẬT EBR
Trang 51
4.1.1 Các dạng phá hoại do cắt của dầm BTCT gia cường FRP
Trang 51
4.1.2. Phân bố ứng suất và biến dạng trong FRP ở dầm gia cường
Trang 52
4.1.3 Cơ chế bám dính giữa FRP và bêtơng
Trang 54
4.1.4 Các mơ hình tính tốn lực cắt do FRP chịu
Trang 55
4.1.4 1. Mơ hình của Chaallal
Trang 58
4.1.4.2. Mơ hình của Triantafillou, Triantafillou và Antonopoulos
Trang 59
4.1.4.3. Mơ hình của Khalifa, Khalifa và Nani
Trang 60
4.1.4.4 Mơ hình của Chen và Teng
Trang 62
4.1.4.5 Mơ hình của Ye
Trang 65
4.1.4.6 Mơ hình của Carolin và Taljsten và Sas
Trang 66
4.1.4.7 Mơ hình của Monti và Lota
Trang 65
4.2 KỸ THUẬT NSMR
Trang 71
4.2.1 Các dạng phá hoại khi chịu cắt của dầm BTCT gia cường FRP
Trang 71
4.2.2 Cơ chế bám dính giữa FRP và bêtơng
Trang 71
4.2.3 Mơ hình tính tốn lực cắt do FRP chịu
Trang 75
iv
4.3 HƯỚNG DẪN VÀ TIÊU CHUẨN TÍNH TỐN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT
CỦA DẦM BTCT GIA CƯỜNG VẬT LIỆU FRP
Trang 78
4.3.1 ACI 440.2R-08
Trang 79
4.3.2 ISIS-2004
Trang 80
4.3.3 FIB -2001
Trang 81
4.3.4 CIDAR-2006
Trang 82
4.4. TÍNH TỐN LÝ THUYẾT LỰC CẮT DO FRP CHỊU VỚI CÁC DẦM THÍ
NGHIỆM
Trang 84
4.5 TĨM TẮT
Trang 85
CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM
Trang 86
5.1 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Trang 86
5.2 VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM
Trang 87
5.2.1 Vật liệu bêtơng và thép
Trang 87
5.2.2 Vật liệu FRP
Trang 87
5.3 DẦM THÍ NGHIỆM
Trang 88
5.3.1 Đổ bêtơng dầm thí nghiệm
Trang 88
5.3.2 Gia cường dầm thí nghiệm
Trang 90
5.4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
Trang 95
5.5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Trang 96
5.5.1 Dầm thí nghiệm nhóm B0
Trang 96
5.5.2 Dầm thí nghiệm nhóm B1
Trang 102
5.5.3 Dầm thí nghiệm nhóm B2
Trang 107
CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VỚI
TÍNH TỐN LÝ THUYẾT. ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH TÍNH TỐN
6.1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Trang 115
Trang 115
v
6.1.1 Dạng phá hoại và hình thái vết nứt
Trang 115
6.1.2 Biến dạng và chuyển vị
Trang 118
6.1.3 Khả năng chịu lực
Trang 120
6.1.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến lực cắt do FRP chịu
Trang 121
6.1.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng thép đai
Trang 123
6.1.4.2. Ảnh hưởng của hàm lượng FRP
Trang 124
6.1.5. So sánh hiệu quả gia cường giữa kỹ thuật EBR và NSMR
Trang 125
6.2 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TỐN LÝ THUYẾT VÀ KẾT QUẢ KHẢO
SÁT THỰC NGHIỆM
Trang 125
6.2.1. Khả năng kháng cắt danh nghĩa của dầm BTCT
Trang 125
6.2.2. Lực cắt do FRP chịu
Trang 127
6.2.2.1 Kỹ thuật EBR
Trang 127
6.2.2.2 Kỹ thuật NSMR
Trang 129
6.3 KIẾN NGHỊ QUI TRÌNH TÍNH TỐN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA
DẦM BTCT GIA CƯỜNG FRP ÁP DỤNG CHO TCXDVN 356:2005 Trang 131
6.3.1 Tính tóan lực cắt do FRP chịu
Trang 131
6.3.2 Đánh giá độ an tồn của qui trình kiến nghị
Trang 135
6.3.3 Ví dụ thiết kế
Trang 137
6.3.4 Tóm tắt qui trình thiết kế kiến nghị
Trang 142
CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trang 143
7.1 KẾT LUẬN
Trang 143
7.1 1 Về hiệu quả gia cường kháng cắt dầm BTCT bằng FRP
Trang 143
7.1 2 . Về các cơng thức tính tốn lực cắt do FRP chịu ở dầm gia cường
Trang 144
7.2. KIẾN NGHỊ
Trang 145
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 146
vi
PHỤ LỤC A. TÍNH TĨAN LÝ THUYẾT KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA DẦM
BTCT
Trang 152
PHỤ LỤC B. TÍNH TĨAN LÝ THUYẾT CẮT DO FRP CHỊU
Trang 159
PHỤ LỤC C. HÌNH DẠNG VẾT NỨT DẦM KHI BỊ PHÁ HOẠI
Trang 164
vii
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Các ký hiệu sử dụng chung
Ký tự Mô tả
Đơn vị
a
Nhịp chịu cắt - khoảng cách từ lực tập trung tới gối tựa
[mm]
As
Diện tích cốt thép chịu cắt
[mm2]
Ast
Diện tích cốt thép chịu kéo
[mm2]
Af
Diện tích của FRP
[mm2]
bw
Bề rộng nhỏ nhất của tiết diện T
[mm]
d
Cánh tay đòn, tương tự h0 trong TCXDVN 356:2005
[mm]
df
Chiều cao hữu hiệu của FRP
[mm]
df,total
Tổng chiều cao của FRP
[mm]
df,t
Khoảng cách từ điểm xa nhất chịu nén của dầm tới cạnh trên của FRP [mm]
df,b
Khoảng cách từ điểm xa nhất chịu kéo của dầm tới cạnh dưới của FRP [mm]
Df
Hệ số phân phối ứng suất/biến dạng trong FRP
[ -- ]
Ef
Modun đàn hồi của FRP
[ MPa]
Ec
Modun đàn hồi của bêtơng
[MPa]
f1
Ứng suất kéo chính
[MPa]
f2
Ứng suất nén chính
[MPa]
fc
Cường độ chịu nén mẫu trụ của bê tơng
[MPa]
ff,u
Cường độ chịu kéo của FRP
[MPa]
ff,e
Ứng suất hữu hiệu của FRP
[MPa]
Gf
Năng lượng phá hủy của bêtông
[N/mm3]
h
Chiều cao dầm
[mm]
nf
Số lớp FRP gia cường
[--]
jd
Khoảng cách giữa hợp lực của nội lực kéo và nén ngang
[mm]
s
Khoảng cách của các cốt đai
[mm]
sf
Khoảng cách của dải FRP gia cường
[mm]
fsy
Ứng suất chảy dẻo của cốt thép chịu cắt
[MPa]
fsx
Ứng suất trong các thanh thép dọc
[MPa]
fv
Ứng suất trong thép đai
[MPa]
Le
Chiều dài bám dính hữu hiệu của FRP
[mm]
Lmax
Chiều dài bám dính lớn nhất của FRP
[mm]
viii
Lcr
Chiều dài bám dính cực hạn
[mm]
lb
Chiều dài bám dính
[mm]
tf
Chiều dày của FRP
[mm]
V
Nội lực cắt
[N]
Vc
Lực cắt do bê tông chịu
[N]
Vs
Lực cắt do cốt đai chịu
[N]
Vf
Lực cắt do FRP chịu
[N]
Qf
Lực cắt do FRP chịu – trong qui trình thiết kế kiến nghị áp dụng
[N]
cho TCXDVN 356:2005
Vcz
Khả năng chịu cắt của bêtông trong vùng chịu nén.
[N]
Va
Lực ma sát do sự cài móc của các cốt liệu trên hai mặt của vết nứt.
[N]
Vay
Thành phần thẳng đứng của lực ma sát.
[N]
Vd
Tác động chốt chèn của cốt thép dọc
[N]
wf
Chiều rộng của dải FRP
[mm]
wf,e
Bề rộng hữu hiệu
[mm]
R
Tỷ số giữa giá trị hữu hiệu với giá trị cực hạn của ứng suất hay
[ -- ]
biến dạng của FRP
zt
Tọa độ đỉnh hữu hiệu của FPR
[mm]
zb
Tọa độ đáy hữu hiệu của FPR
[mm]
Góc giữa phương cốt thép chịu cắt và phương trục dầm
[]
Góc giữa phương sợi FRP và phương trục dầm
[]
βL
Hệ số chiều dài bám dính
[--]
βw
Hệ số chiều rộng dải
[--]
x
Biến dạng dọc
[--]
t
Biến dạng ngang
[--]
1
Biến dạng kéo chính
[--]
2
Biến dạng nén chính
[--]
f,e
Biến dạng hữu hiệu của vật liệu FRP
[--]
f,u
Biến dạng cực hạn của vật liệu FRP
[--]
f
Hệ số an toàn cho lực cắt do FRP chịu trong qui trình thiết kế
[--]
kiến nghị áp dụng cho TCXDVN 356:2005
εf
Hệ số điều kiện làm việc của FRP trong qui trình thiết kế
[--]
ix
kiến nghị áp dụng cho TCXDVN 356:2005
Biến dạng cắt
[--]
Góc của vết nứt nghiêng so với trục dọc của dầm
[]
Chiều dài bám dính lớn nhất được chuẩn hóa
[--]
Hệ số phân bố ứng suất trong FRPcó giá trị từ 0,6 ÷0,7.
[--]
w
Hàm lượng thép đai
[--]
f
Hàm lượng FRP gia cường
[--]
ci
Ứng suất cắt dọc theo vết nứt định nghĩa trong lý thuyết miền nén
[MPa]
Bề rộng vết nứt
[mm]
τ avg
Cường độ bám dính trung bình của bêtơng
[MPa]
τ max
Ứng suất cắt lớn nhất trong bêtông
[MPa]
Ứng suất lớn nhất trong FRP
[MPa]
Năng lượng phá hoại đặc trưng của bề mặt bám dính FRP - bêtơng
[N/mm3]
xy
f,max
Γ fk
Các ký hiệu trong ACI 318-05
Ký tự
Mơ tả
Đơn vị
Av
Diện tích của cốt thép chịu cắt
[mm2]
Mu
Nội lực môment tại tiết diện xem xét
[N]
fyt
Cường độ chịu kéo của thép đai
[MPa]
Vs
Lực cắt do thép đai chịu
[N]
Vn
Khả năng kháng cắt của dầm
[N]
Vc
Lực cắt do bêtông chịu
[N]
Vu
Nội lực cắt tại tiết diện xem xét
[N]
φ
Hệ số giảm độ bền
[--]
Góc giữa các cốt đai nghiêng và trục dọc của dầm
[--]
t
Diện tích cốt thép ngang
[--]
w
Tỷ số của cốt thép chịu kéo
[--]
Các ký hiệu trong CSA A23.3-04
Ký tự Mơ tả
Đơn vị
Av
Diện tích của cốt thép chịu cắt
[mm2]
As
diện tích cốt thép trong vùng kéo
[mm2]
bw
Chiều rộng thân dầm
[mm]
x
dv
Cánh tay địn của mơmen uốn
[mm]
Mf
Nội lực mơment tại tiết diện xem xét
[N]
Vr
Khả năng chịu cắt của dầm
[N]
Vf
Nội lực cắt tính tốn tại tiết diện xem xét
[N]
Sze
Thơng số khoảng cách vết nứt
[mm]
ϕc , ϕs
hệ số giảm độ bền với vật liệu bê tông và cốt thép
[--]
β
Hệ số kể đến khả năng kháng cắt của bê tông sau khi nứt
[--]
λ
Hệ số kể đến loại bê tông (được lấy bằng 1 cho bêtông thường)
[--]
Các ký hiệu trong Eurocode 2 - 2004
Ký tự Mơ tả
Đơn vị
Al
Diện tích cốt thép dọc
[mm2]
Asw
Diện tích tiết diện cốt thép đai
[mm2]
av
Nhịp chịu cắt - Khoảng cách giữa gối tựa và lực tập trung
[mm]
fck
Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tơng
[MPa]
fcd
Cường độ chịu nén tính tốn của bêtơng
[MPa]
fywd
Cường độ chịu kéo thiết kế của thép đai
[MPa]
Ftd
Giá trị thiết kế của lực kéo trong cốt thép dọc
[MPa]
Fcd
Giá trị thiết kế của lực nén bê tông theo hướng dọc trục của phần tử [N]
VEd
Lực cắt thiết kế tại tiết diện xem xét
[N]
VRd
Khả năng kháng cắt của dầm
[N]
VRd,c
Lực cắt do bêtông chịu
[N]
VRd,s
Lực cắt do thép đai chịu
[N]
VRd,max Lực cắt gây nén vỡ thân dầm
σcp
Ứng suất nén trước
[N]
[MPa]
Các ký hiệu trong AS3600-2001
Ký tự
Mơ tả
Đơn vị
Ast
Diện tích cốt thép dọc chịu kéo qua tiết diện đang xét .
[mm2]
Asv
Diện tích thép đai hay thép xiên chịu cắt .
[mm2]
d0
Khoảng cách từ thớ biên chịu kéo đến trọng tâm cốt thép chịu kéo. [mm]
f sy , f
Cường độ chảy của thép đai hay thép xiên chịu cắt .
[MPa]
xi
Vu
Khả năng kháng cắt của dầm .
[N]
Vuc
Lực cắt do bêtông chịu
[N]
Vus
Lực cắt do thép đai chịu .
[N]
Vu,max
Giá trị lực cắt gây nén vỡ thân dầm.
[N]
Pv
Lực cắt do ứng suất trước gây ra
.
[N]
Các ký hiệu trong TCXDVN 356-2005
Asw
Diện tích tiết diện một lớp thép đai
[mm2]
b
Bề rộng tiết diện chữ nhật, sườn của tiết diện chữ T
[mm]
bf
Bề rộng cánh của tiết diện chữ T
[mm]
B
Ký hiệu cấp độ bền bêtông
[ -- ]
C
Chiều dài hình chiếu tiết diện nghiêng
[mm]
C0
Giá trị C để tính thép đai
[mm]
hf
Chiều cao của cánh tiết diện chữ T
[mm]
l
Nhịp của dầm
[mm]
M
Ký hiệu mác bêtơng theo TCVN 5574
[--]
Mb
Giá trị mơment để tính Qb
[Nmm]
qsw
Khả năng chịu lực của cốt thép đai tính thành phân bố đều
[N/mm]
Q
Lực cắt tính tóan
[N]
Qbo
Khả năng chịu cắt của bêtông
[N]
Qb
Khả năng chịu cắt của bêtông trên tiết diện nghiêng
[N]
Qbmin
Giá trị nhỏ nhất của Qb
[N]
Qb3
Giá trị nhỏ nhất của Qbo
[N]
Qbt
Khả năng chịu cắt theo điều kiện ứng suất nén chính
[N]
Qsw
Khả năng chống lực cắt của các thép đai trên tiết diện nghiêng
[N]
Rtb
Giá trị trung bình cường độ bêtơng các mẫu thử
[MPa]
Rc
Giá trị đặc trưng của cường độ bêtông
[MPa]
Rbn, Rbtn Giá trị tiêu chuẩn của cường độ chịu nén và kéo của bêtơng
[MPa]
Rb, Rbt Giá trị tính tóan của cường độ chịu nén và kéo của bêtông
[MPa]
Rsn
[MPa]
Giá trị tiêu chuẩn của cường độ cốt thép
xii
Rs, Rsc Cường độ tính tóan về kéo và nén của cốt thép dọc
[MPa]
Rsw
Cường độ tính tóan của cốt thép ngang
[MPa]
uf
Giá trị để tính ϕn của tiết diện chữ T
[mm]
Hệ số để tính Qbt
[--]
b1
b2,
w1
μw
b3,
b4
Các hệ số để tính Qb, Qbmin, Mb
[--]
Hệ số của cốt đai để tính Qbt
[--]
Hàm lượng thép đai
[--]
xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Chương 1
Chuơng 2
2.1. So sánh đặc tính cơ học của sợi carbon với BT và thép
07
2.2 Một số đặc tính cợ học của sợi thủy tinh
08
2.3. Một số đặc tính cơ học của sợi carbon
08
2.4. Một số đặc tính cơ học của sợi aramid
08
2.5. Một số đặc tính cơ học của vật liệu nền
09
Chuơng 3
3.1. Kết quả tính tốn lý thuyết khả năng kháng cắt danh nghĩa của các dầm
48
Chuơng 4
4.1. Kết quả tính tốn lý thuyết lực cắt danh nghĩa do FRP chịu – kỹ thuật EBR 84
Chuơng 5
5.1. Các đặc tính kỹ thuật của cảm biến điện trở
86
5.2. Đặc tính cơ học của keo Sikaduar 330 và tấm vải SikaWrap230C
88
5.3. Đặc tính cơ học của keo Sikaduar 30 và thanh cứng SikaCarboduar S512
88
5.4. Tổng kết cấu tạo các dầm thí nghiệm
93
Chuơng 6
6.1. Giá trị tải trọng các dầm khi chuyển vị giữa dầm đạt trị số lnhịp /200
119
6.2. Kết quả thực nghiệm và hiệu quả gia cường về khả năng chịu lực các dầm 121
6.3. Hàm lượng thép đai và hàm lượng vật liệu FRP trong các dầm
122
6.4. So sánh kết quả tính tốn lý thuyết khả năng kháng cắt danh nghĩa của dầm
BTCT và kết quả thực nghiệm
6.5. So sánh kết quả tính tốn lý thuyết lực cắt danh nghĩa do FRP chịu với kết
126
xiv
quả thực nghiệm - kỹ thuật EBR
127
6.6. So sánh kết quả tính tốn lý thuyết giá trị lực cắt danh nghĩa do FRP chịu với
kết quả thực nghiệm - kỹ thuật NSM
130
6.7. So sánh khả năng kháng cắt thiết kế của dầm BTCT gia cường EBR - FRP
với kết quả thực nghiệm – Đánh giá qui trình kiến nghị
136
xv
DANH MỤC HÌNH VẼ
Chuơng 1
Chuơng 2
2.1. Các thành phần của vật liệu tổng hợp FRP
06
2.2. Biểu đồ ứng suất biến dạng của các lọai sợi và thép
07
2.3. Các dạng FRP sử dụng gia cường kết cấu cơng trình
10
2.4. Biểu đồ ứng suất biến dạng của vật liệu sợi, vật liệu nền và FRP
11
2.5. Biểu đồ ứng suất - biến dạng trường hợp εm,u < ε fiber ,u
12
2.6. Biểu đồ ứng suất - biến dạng trường hợp εm,u > ε fiber ,u
12
2.7. Kết cấu cầu nhịp nhỏ toàn bộ bằng FRP ở Mỹ
15
2.8. Cốt CFRP của bản mặt cầu lắp đặt trước khi đổ bê tông
15
2.9. Các loại cấu kiện gia cường bằng vật liệu FRP
16
2.10. Dán CFRP dạng tấm vải để tăng khả năng chống cắt của dầm BTCT
17
2.11.Dán CFRP dạng tấm vải để tăng sức chịu nén của cột BTCT
17
2.12. Dán CFRPdạng thanh cán mỏng để tăng sức kháng uốn của dầm BTCT
17
2.13. Các lớp cấu tạo trên bề mặt dầm BTCT sau khi gia cường FRP
18
2.14. Các dạng thanh FRP sử dụng với kỹ thuật NSMR
19
2.15. Xẻ rãnh ở lớp BT bảo vệ dầm với kỹ thuật NSMR
19
2.16. Gia cường kháng uốn cho sàn bằng kỹ thuật NSM
20
2.17. Các phương thức dán bằng kỹ thuật EBR
21
2.18. Phương thức gia cường có neo và khơng có neo
21
2.19. Gia cường dầm với FRP ở dạng liên tục hay theo từng dải cách quãng
22
2.20. Hướng sợi của FRP so với phương trục dầm
22
2.21. Sử dụng FRP đơn hướng và đa hướng sợi
22
xvi
Chuơng 3
3.1. Các dạng phá hoại cắt ở dầm BTCT
31
3.2. Ảnh hưởng của tỷ số a/d tới dạng phá hoại cắt của dầm BTCT
32
3.3. Mơ hình dàn do Ritter đề xuất
33
3.4. Điều kiện cân bằng trong mơ hình dàn 450
34
3.5. Lý thuyết miền nén - Điều kiện cân bằng ứng suất
36
3.6. Lý thuyết miền nén - Điều kiện cân bằng biến dạng, vòng tròn Mohr
37
3.7. Trường ứng suất trong dầm BTCT
38
3.8. Sơ đồ lực truyền ngang qua vết nứt
39
3.9. Phân vùng D và B ở dầm BTCT
40
3.10. Mơ hình hóa nội lực trong dầm BTCT bằng mơ hình chống - giằng
40
3.11. Khả năng kháng cắt của dầm BTCT khơng có thép đai
42
3.12. Khả năng kháng cắt của dầm BTCT có thép đai
42
3.13. Mơ hình dàn trong Eurocode 2-2004
45
Chuơng 4
4.1. Các dạng phá hoại cắt ở dầm BTCT gia cường FRP - kỹ thuật EBR
51
4.2. Dạng phá hoại bóc tách giữa các lớp liên kết
52
4.3. Phân bố ứng suất và biến dạng trên mặt cắt ngang của dầm
52
4.4. Nguyên lý làm việc của thép đai khi dầm chịu cắt
53
4.5. Thí nghiệm kéo trực tiếp mẫu thử bám dính
54
4.6 Phân bố ứng suất tiếp xúc ở mẫu thử
55
4.7. So sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm - Triantafillou và Antonopoulos
60
4.8. Ký hiệu các kích thước hình học trong mơ hình của Khalifa và Nani
61
4.9. So sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm – Khalifa và Nani
62
4.10. Minh họa các thông số hình học trong mơ hình của Chen và Teng
63
xvii
4.11. So sánh tính tốn lý thuyết và thực nghiệm - Chen và Teng
65
4.12. So sánh tính tốn lý thuyết và thực nghiệm - Ye
66
4.13. So sánh tính tốn lý thuyết và thực nghiệm – Carolin, Taljsten, Sas
68
4.14. Minh họa ký họa hình học ở mơ hình của Monti và Lota
68
4.15. Minh họa hướng trục tọa độ ở trong mô hình của Monti và Lota
68
4.16. So sánh tính tốn lý thuyết và thực nghiệm - Monti và Lota
71
4.17. Các dạng phá hoại ở dầm BTCT gia cường FRP với kỹ thuật NSMR
72
4.18. Dạng phá hoại do thành dầm bị bóc tách với kỹ thuật NSM
72
4.19. Các dạng phá hoại liên kết FRP- BT ở mẫu thử bám dính
73
4.20. Quan hệ giữa chiều dài bám dính và cường độ bám dính trung bình
74
4.21. Minh họa các thơng số hình trong mơ hình của Nanni
76
4.22. Minh họa các trường hợp bố trí thanh FRP khi tính chiều dài hữu hiệu
77
Chuơng 5
5.1. Máy đo biến dạng P3500 và bộ chuyển kênh SP10
86
5.2. Keo kết dính Sikadur 330 và tấm sợi Carbon – SikaWrap 230C
87
5.3. Keo kết dính Sikadur 30 và thanh cứng mỏng Sika carbodur S512
87
5.4. Bố trí cốt thép dầm các nhóm mẫu B0, B1 và B2
89
5.5. Bề mặt dầm được mài nhẵn bằng máy mài cầm tay - kỹ thuật EBR
91
5.6. Bề mặt dầm được phủ keo liên kết - kỹ thuật EBR
91
5.7. Xẻ rãnh trên bề mặt dầm bằng máy cắt cầm tay - kỹ thuật NSM
92
5.8. Đặt thanh gia cường vào rãnh đã nhồi keo liên kết- kỹ thuật NSMR
92
5.9. Gắn cảm biến vào thanh gia cường - kỹ thuật NSMR
92
5.10. Bố trí gia cường các dầm thí nghiệm theo các kỹ thuật EBR và NSM
94
5.11. Sơ đồ gia tải dầm thí nghiệm
95
5.12. Gia tải dầm với máy UTM 2294 SV- Instron và khung thép hình
95
xviii
5.13. Hình thái vết nứt ở dầm B0-0
96
5.14. Phá hoại do bóc tách ở dầm B0-EBR2
97
5.15. Hình thái vết nứt ở dầm B0-EBR1
97
5.16. Hình thái vết nứt ở dầm B0- EBR2
97
5.17. Hình thái vết nứt ở dầm B0- NSM1
99
5.18. Hình thái vết nứt ở dầm B0- NSM2
100
5.19. Thanh FRP còn bám dính tốt vào BT sau khi dầm bị phá hoại
101
5.20. Quan hệ lực - chuyển vị của các dầm nhóm B0
100
5.21 Hình thái vết nứt ở dầm B1-0
102
5.22. Hình thái vết nứt ở dầm B1-EBR1
103
5.23 Hình thái vết nứt ở dầm B1- EBR2
103
5.24 Hình thái vết nứt ở dầm B1- NSM1
105
5.25 Hình thái vết nứt ở dầm B1- NSM2
106
5.26 Quan hệ lực - chuyển vị của các dầm nhóm B1
106
5.27 Hình thái vết nứt ở dầm B2-0
107
5.28. Hình thái vết nứt ở dầm B2-EBR1
108
5.29. Hình thái vết nứt ở dầm B2-EBR2
108
5.30. Biểu đồ - lực biến dạng trong vật liệu FRP – dầm B2-EBR1
109
5.31. Biểu đồ - lực biến dạng trong vật liệu FRP – dầm B2-EBR2
109
5.32. Hình thái vết nứt ở dầm B2-NSM1
111
5.33. Biểu đồ - lực biến dạng trong vật liệu FRP – dầm B2-NSM1
111
5.34. Biểu đồ - lực biến dạng trong vật liệu BT - dầm B2-NSM1
111
5.35. Hình thái vết nứt ở dầm B2-NSM2
112
5.36. Biểu đồ - lực biến dạng trong vật liệu FRP – dầm B2-NSM2
113
5.37. Quan hệ lực - chuyển vị của các dầm nhóm B2
113
xix
Chuơng 6
6.1. Hình thái vết nứt điển hình ở các dầm thí nghiệm
116
6.2. Biểu đồ giá trị tải trọng khi chuyển vị giữa dầm đạt trị số lnhịp/200
120
6.3. Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng thép đai tới lực cắt do FRP chịu
123
6.4. Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng FRP tới lực cắt do FRP chịu
124
6.5. So sánh hiệu quả gia cường giữa kỹ thuật EBR và NSM
125
6.6. Biểu đồ tỷ lệ Vf,cal/Vf,exp - kỹ thuật EBR
128
6.7. Biểu đồ tỷ lệ Vf,cal /Vf,exp - kỹ thuật NSM
130
6.8. Biểu đồ so sánh khả năng kháng cắt thiết kế của dầm BTCT gia cường FRP
với kết quả thực nghiệm
137
6.9. Sơ đồ tải trọng tác dụng và biểu đồ lực cắt - ví dụ thiết kế
138
6.10. Mặt cắt dọc và ngang dầm sau khi gia cường FRP - ví dụ thiết kế
140
xx
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACI
American Concrete Institute
AFRP
Aramid fiber-reinforced polymer.
AS
Australian Standard
BTCT
Bêtông cốt thép
CSA
Canadian Standards Association
CIDAR
Center for Infrastructure Diagnosis, Assessment and Rehabilitation
CFRP
Carbon fiber-reinforced polymer.
CFT
Compression. Field Theory
EBR
Externally Bounded Reinforcement
FRP
Fiber-Reinforced Polymer
FIB
Federation Internationale de Beton
GFRP
Glass fiber-reinforced polymer.
MCFT
Modified Compression. Field Theory
NSMR
Near surface mounted Reinforcement
TCXDVN
Tiêu Chuẩn Xây Dựng Việt Nam
