Tài liệu luận văn Nghiên Cứu Tăng Cường Dầm Bê Tông Cốt Thép Bằng Bê Tông Cốt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN HUY CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG DẦM BÊ TÔNG CỐT
THÉP BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI- 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN HUY CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG DẦM BÊ TÔNG
CỐT THÉP BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình đặc biệt
Mã số:
95.80.206
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1: PGS.TS NGÔ ĐĂNG QUANG
2: GS.TS PHẠM DUY HỮU

HÀ NỘI- 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi. Các kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố trong các cơng trình khác. Việc tham
khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng
quy định.

Hà Nội, Ngày 29 tháng 03 năm 2021
Tác giả

Nguyễn Huy Cường

i


LỜI CẢM ƠN

Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Ngô Đăng Quang và
GS.TS Phạm Duy Hữu. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy, những người
đã dành cho tôi những lời khuyên, định hướng và cả sự giám sát quý báu trong suốt quả
trình học tập, và giúp tơi hồn thành luận án này.
Tôi xin cảm ơn các quý Thầy, Cơ giáo trong bộ mơn Cơng trình Giao thơng Thành phố
và Cơng trình Thủy, đặc biệt là cố GS.TS Nguyễn Viết Trung đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong
q trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo Sau Đại học trường Đại học Giao thông Vận
tải đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong q trình học tập nghiên cứu. Tơi cũng xin trân
trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Giao Thông Vận tải, lãnh đạo Bộ môn Kết
cấu Xây dựng, lãnh đạo Khoa Kỹ thuật Xây dựng đã tạo điều kiện để tơi hồn thành luận
án này.

Cuối cùng, tơi muốn được bày tỏ sự biết ơn đến các đồng nghiệp, gia đình, người thân
đã giúp đỡ tơi trong q trình học tập, nghiên cứu.

Hà Nội, Ngày 29 tháng 03 năm 2021
Tác giả

Nguyễn Huy Cường

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ I
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... II
MỤC LỤC .........................................................................................................................III
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. VI
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... VII
CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU............................................................................. XI
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG BÊ
TÔNG CỐT LƯỚI DỆT ĐỂ TĂNG CƯỜNG DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .............7
1.1 Tình hình sử dụng TRC để tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu BTCT trên
thế giới .....................................................................................................................7
1.2 Các nghiên cứu về đặc tính cơ học của bê tông cốt lưới dệt .................................10
1.2.1
Cốt lưới dệt ..................................................................................................11
1.2.2
Bê tơng hạt mịn ............................................................................................13

1.2.3
Tính chất dính bám giữa lưới sợi dệt với bê tông hạt mịn ..........................16
1.2.4
Ứng xử chịu kéo dọc trục của tấm TRC ......................................................20
1.2.5
Cường độ chịu kéo của lưới sợi khi chịu lực cùng bê tông hạt mịn ............23
1.2.6
Dính bám giữa TRC với bê tơng nền...........................................................25
1.3 Các nghiên cứu tăng cường khả năng chịu uốn.....................................................27
1.3.1
Các nghiên cứu thực nghiệm .......................................................................27
1.3.2
Mơ hình xác định sức kháng uốn .................................................................32
1.4 Các nghiên cứu tăng cường khả năng chịu cắt ......................................................34
1.4.1
Các nghiên cứu thực nghiệm .......................................................................34
1.4.2
Mơ hình tính tốn xác định sức kháng cắt ...................................................44
1.5 Phân tích, đánh giá các nghiên cứu đã được thực hiện và xác định vấn đề cần nghiên
cứu .........................................................................................................................48

CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ
CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ
TÔNG CỐT LƯỚI DỆT ..................................................................................................51
2.1 Trạng thái chịu lực của kết cấu dầm BTCT được tăng cường bằng TRC .............51
2.2 Đề xuất mơ hình tính tốn xác định ứng xử chịu uốn của dầm BTCT được tăng
cường bằng TRC....................................................................................................52
iii

2.2.1
Phương pháp xác định ứng xử chịu uốn của dầm BTCT được tăng cường
bằng TRC ...........................................................................................................52
2.2.2
Các giả thiết tính tốn ..................................................................................54
2.2.3
Mơ hình tính tốn sự làm việc của dầm BTCT được tăng cường bằng
TRC khi chưa chịu lực ......................................................................................57
2.2.4
Mơ hình tính tốn sự làm việc của dầm BTCT được tăng cường bằng
TRC khi đang chịu lực ......................................................................................60
2.3 Mơ hình tính toán xác định sức kháng uốn của dầm BTCT được tăng cường bằng
TRC .......................................................................................................................65
2.4 Đề xuất mơ hình tính tốn xác định sức kháng cắt của dầm BTCT được tăng cường
bằng TRC ...............................................................................................................68
2.5 Kết luận chương ....................................................................................................72

CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU
LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ TÔNG
CỐT LƯỚI DỆT 74
3.1 Mục đích nghiên cứu .............................................................................................74
3.2 Nghiên cứu xác định một số tính chất cơ học của bê tơng cốt lưới dệt ................75
3.2.1
Đặc trưng cơ học của bê tông cốt lưới dệt sử dụng trong thí nghiệm .........75
3.2.2
Nghiên cứu xác định ứng xử dính bám giữa lưới sợi các bon với bê tông hạt
mịn 84
3.2.3

Nghiên cứu xác định ứng xử dính bám giữa bê tơng thường với TRC .86
3.3 Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu uốn của dầm BTCT được tăng
cường bằng TRC....................................................................................................91
3.3.1
Thiết lập thí nghiệm .....................................................................................91
3.3.2
Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm ....................................................93
3.4 Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu cắt của dầm BTCT được tăng cường
bằng TRC ...............................................................................................................96
3.4.1
Thiết lập thí nghiệm .....................................................................................96
3.4.2
Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm ....................................................97
3.5 Kiểm chứng các mơ hình tính tốn đã đề xuất với kết quả thí nghiệm ...............100

3.5.1
Mơ hình tính tốn xác định ứng xử chịu uốn của kết cấu dầm BTCT được
tăng cường khi chưa chịu lực..........................................................................100
3.5.2
Mơ hình tính tốn xác định ứng xử chịu uốn của kết cấu dầm BTCT được
tăng cường khi đang duy trì tải trọng .............................................................102
3.5.3
Mơ hình tính tốn sức kháng uốn ..............................................................106
3.5.4
Mơ hình tính tốn sức kháng cắt................................................................107
iv


3.6 Kết luận chương ..................................................................................................107

CHƯƠNG 4

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỐ ....................................................109

4.1 Mục đích nghiên cứu ...........................................................................................109
4.2 Xây dựng mơ hình mô phỏng số .........................................................................109
4.2.1
Mô phỏng các dầm được tăng cường sức kháng uốn ................................109
4.2.2
Mô phỏng các dầm được tăng cường sức kháng cắt .................................113
4.3 Kết quả mô phỏng ...............................................................................................114
4.3.1
Các dầm được tăng cường sức kháng uốn .................................................114
4.3.2
Các dầm được tăng cường sức kháng cắt ..................................................116
4.4 Nghiên cứu các tham số ảnh hưởng đến ứng xử chịu uốn của dầm BTCT được tăng
cường bằng TRC..................................................................................................117
4.4.1
Ảnh hưởng của hàm lượng cốt lưới dệt .....................................................118
4.4.2
Ảnh hưởng của hàm lượng cốt thép ..........................................................120
4.4.3
Ảnh hưởng của cường độ chịu nén của bê tông dầm được tăng cường ....121
4.5 Kết luận chương ..................................................................................................123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................................125
Kết luận ........................................................................................................................125
Kiến nghị ......................................................................................................................129
DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ ....................................................130
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................132
PHỤ LỤC.........................................................................................................................139

Phụ lục 1 .......................................................................................................................139
Phụ lục 2 .......................................................................................................................146
Phụ lục 3 .......................................................................................................................153

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Thành phần của các hỗn hợp bê tông hạt mịn của Brockmann [21]..............14
Bảng 1.2 Đặc tính cơ học của các loại bê tơng hạt mịn Blanksvärd sử dụng [18]........39
Bảng 2.1 Biến dạng của các loại vật liệu trên mặt cắt dầm ...........................................57
Bảng 3.1 Thành phần bê tông hạt mịn...........................................................................76
Bảng 3.2 Thành phần cấp phối hạt của cát quartz .........................................................77
Bảng 3.3 Lượng lọt sang (%) của bột Quartz nghiền ....................................................77
Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông hạt mịn ...........79
Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn của bê tông hạt mịn............80
Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi của bê tơng hạt mịn ...............81
Bảng 3.7 Đặc trưng hình học và cơ học của lưới sợi carbon ........................................82
Bảng 3.8 Các mẫu thí nghiệm và kết quả thí nghiệm dính bám giữa TRC với bê tông
thường ................................................................................................................................88
Bảng 3.9 Một số ứng xử cơ bản của các dầm thí nghiệm .............................................93
Bảng 3.10 Một số tính chất cơ học của các loại vật liệu trong nghiên cứu của Weiland
[56] ...................................................................................................................................103
Bảng 3.11 So sánh kết quả tính tốn với kết quả thí nghiệm của Weiland [56] .........105
Bảng 3.12 So sánh kết quả tính tốn lý thuyết với kết quả thực nghiệm ....................106
Bảng 3.13 So sánh kết quả tính tốn lý thuyết với kết quả thực nghiệm ....................107
Bảng 4.1 Các thông số vật liệu thép và lưới sợi dệt [1] ..............................................111
Bảng 4.2 Các thông số vật liệu khai báo cho mơ hình bê tơng ...................................112
Bảng 4.3 So sánh kết quả của các dầm thí nghiệm và mô phỏng ...............................115
Bảng 4.4 So sánh kết quả của các dầm thí nghiệm và mơ phỏng tăng cường sức kháng

cắt .....................................................................................................................................117

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Thành phần của bê tơng cốt lưới dệt ................................................................8
Hình 1.2 Tăng cường sức kháng cắt cho dầm BTCT ở Milan (Ý)..................................9
Hình 1.3 Sửa chữa, tăng cường dầm và sàn tầng hầm bị hư hỏng do hỏa hoạn (Thụy Sỹ)
[53] .......................................................................................................................................9
Hình 1.4 Tăng cường dầm, sàn BTCT cơng trình nhà cao tầng bằng TRC ..................10
Hình 1.5 Sửa chữa, tăng cường cho kết cấu sàn BTCT bằng TRC sợi thủy tinh tại nhà
xưởng công nghiệp EXEDY (Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc)........................................................10
Hình 1.6 Các cấp độ kết cấu của cốt lưới dệt ................................................................11
Hình 1.7 Quy trình tẩm lớp phủ cho lưới sợi ................................................................12
Hình 1.8 Một số cấu trúc điển hình của lưới sợi dệt .....................................................12
Hình 1.9 Tính chất cơ học của một số loại sợi cơ bản [20] ...........................................13
Hình 1.10 Quan hệ ứng suất – biến dạng của bê tơng hạt mịn khi chịu nén [21] .........15
Hình 1.11 Dính bám trong và dính bám ngồi của lưới sợi dệt [41].............................16
Hình 1.12 “Neo” của cốt lưới dệt trong bê tơng hạt mịn ..............................................17
Hình 1.13 Các sợi phía trong sử dụng keo epoxy làm tăng dính bám [41] ...................17
Hình 1.14 Mẫu thí nghiệm và kết quả thí nghiệm kéo tuột bó sợi [20] ........................18
Hình 1.15 Thí nghiệm xác định chiều dài neo [49] .......................................................19
Hình 1.16 Ảnh hưởng lớp phủ polymer đến chiều dài neo [49] ...................................20
Hình 1.17 Ứng xử của tấm của TRC chịu kéo dọc trục [39] ........................................20
Hình 1.18 Sơ đồ minh họa ứng suất – biến dạng của tấm TRC khi chịu kéo một trục [20]
............................................................................................................................................22
Hình 1.19 Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo của sợi cơ bản, bó sợi trần và bó sợi thủy
tinh 310 tex nằm trong bê tơng hạt mịn, theo Curbach [45] ..............................................23
Hình 1.20 Sự phân bố biến dạng trên tiết diện của bó sợi [47] .....................................24

Hình 1.21 Ảnh hưởng của góc nghiêng đến khả năng chịu lực của bó sợi [35] ...........25
Hình 1.22 Thí nghiệm dính bám giữa TRC và bê tơng nền theo chỉ dẫn của RILEM 250CSM [52] ...........................................................................................................................27
Hình 1.23 Ứng xử chịu uốn của kết cấu dầm BTCT được tăng cường bằng TRC [43]28
Hình 1.24 Một số dạng phá hoại thường xảy ra đối với dầm được tăng cường ............30
vii


Hình 1.25 Cấu tạo chi tiết một số mẫu dầm thí nghiệm của D’Ambrisi [25] ...............32
Hình 1.26 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt dầm được tăng cường bằng TRC
[12] .....................................................................................................................................33
Hình 1.27 Tỷ số ứng suất lúc phá hoại của bó sợi khi chịu kéo và chịu uốn [12] ........34
Hình 1.28 Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt của Blanksvärd [18] ........................35
Hình 1.29 Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt của Triantafillou và Papanicolaou [60]
............................................................................................................................................36
Hình 1.30 Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt của Si Larbi [55] .............................36
Hình 1.31 Thí nghiệm tăng cường sức kháng cắt của Tetta [57] ..................................37
Hình 1.32 Cấu tạo dầm tăng cường sức kháng cắt của D’Ambrisi (et. al [25]) ............37
Hình 1.33 Cấu tạo dầm tăng cường sức kháng cắt của Brückner [9] ............................42
Hình 1.34 Chiều cao làm việc có hiệu [12] ...................................................................45
Hình 1.35 Vai trò chịu lực cắt của lưới sợi theo 2 phương [60] ...................................46
Hình 1.36 Vai trị chịu lực cắt của lưới sợi theo 2 phương [55] ...................................47
Hình 2.1 Quan hệ mô men uốn - độ cong hoặc lực – độ võng của dầm BTCT được tăng
cường bằng TRC ................................................................................................................52
Hình 2.2 Phương pháp xác định độ võng của dầm........................................................54
Hình 2.3 Quan hệ ứng suất – biến dạng của các vật liệu thép, bê tơng cốt lưới dệt và bê
tơng ....................................................................................................................................55
Hình 2.4 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt ở giai đoạn I (chưa nứt) ...........57
Hình 2.5 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt ở giai đoạn II (sau khi nứt) ......59
Hình 2.6 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt ở giai đoạn 0-1 (chưa nứt) .......61
Hình 2.7 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt ở giai đoạn 1-2 (sau khi nứt) ...61

Hình 2.8 Trạng thái biến dạng của mặt cắt ở giai đoạn 2-3 (khi dỡ tải) .......................63
Hình 2.9 Trạng thái biến dạng của mặt cắt ở giai đoạn 3-4 (khi bê tơng hạt mịn chưa
nứt) .....................................................................................................................................63
Hình 2.10 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt ở giai đoạn 4-5 (sau khi BTHM
nứt đến khi cốt thép bị chảy)..............................................................................................64
Hình 2.11 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt dầm được tăng cường bằng TRC
............................................................................................................................................66
Hình 2.12 Sự truyền lực qua các vết nứt nghiêng .........................................................69
viii


Hình 2.13 Cách xác định biến dạng dọc do mơ men uốn và lực cắt .............................71
Hình 2.14 Sơ đồ khối xác định sức kháng cắt ...............................................................72
Hình 3.1 Các nghiên cứu thực nghiệm từ quy mô vật liệu đến kết cấu ........................74
Hình 3.2 Cát quartz, bột quartz và muội silic (từ trái sang phải) ..................................77
Hình 3.3 Thí nghiệm cường độ kéo uốn và cường độ chịu nén ....................................78
Hình 3.4 Kích thước lưới sợi carbon và mẫu thí nghiệm tấm TRC chịu kéo dọc trục .82
Hình 3.5 Đường cong quan hệ ứng suất – biến dạng của lưới sợi dệt ..........................83
Hình 3.6 Thí nghiệm xác định ứng xử dính bám giữa lưới sợi với bê tơng hạt mịn .....84
Hình 3.7 Quan hệ lực và chuyển vị trượt điển hình của mẫu thí nghiệm dính bám sợi 85
Hình 3.8 Thiết lập thí nghiệm dính bám........................................................................86
Hình 3.9 Các dạng phá hoại trong chuỗi thí nghiệm 1 và 2 ..........................................87
Hình 3.10 Quan hệ tải trọng và chiều dài dính bám trong chuỗi thí nghiệm 1 .............89
Hình 3.11 Đường cong quan hệ tải trọng và chuyển vị trượt điển hình ........................89
Hình 3.12 Lược đồ minh họa các vết nứt ......................................................................90
Hình 3.13 Cấu tạo chi tiết các mẫu dầm thí nghiệm .....................................................91
Hình 3.14 Thiết lập thí nghiệm......................................................................................92
Hình 3.15 Đường cong lực và chuyển vị giữa nhịp của các dầm thí nghiệm ...............93
Hình 3.16 Cấu trúc vết nứt ............................................................................................95
Hình 3.17 Cấu tạo chi tiết các mẫu dầm thí nghiệm cắt ................................................96

Hình 3.18 Thi cơng tăng cường và thiết lập thí nghiệm cắt ..........................................97
Hình 3.19 Quan hệ lực và độ võng giữa nhịp của các dầm thí nghiệm ........................98
Hình 3.20 Cấu trúc vết nứt các dầm thí nghiệm cắt ......................................................99
Hình 3.21 Quan hệ lực – độ võng giữa nhịp của 2 dầm BF1 và BF2 được tính theo lý
thuyết................................................................................................................................100
Hình 3.22 So sánh lực – độ võng giữa nhịp được tính tốn lý thuyết với kết quả thực
nghiệm ..............................................................................................................................101
Hình 3.23 Cấu tạo mẫu thí nghiệm và hệ thống thí nghiêm [56]. ...............................102
Hình 3.24 Quan hệ giữa lực – độ võng của các bản được thí nghiệm [56] .................103
Hình 3.25 So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính tốn của bản được gia cường 3
lớp lưới .............................................................................................................................104
ix


Hình 3.26 So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính tốn của bản được gia cường 6
lớp lưới .............................................................................................................................105
Hình 4.1 Mơ hình PTHH dầm tăng cường 1 lớp lưới sợi BF1 - FEM ........................110
Hình 4.2 Lưới phần tử của mơ hình BF1 - FEM .........................................................110
Hình 4.3 Quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu thép và lưới sợi dệt ...................111
Hình 4.4 Các ràng buộc trong mơ hình BF1 – FEM ...................................................112
Hình 4.5 Mơ hình PTHH dầm tăng cường BS1 – FEM ..............................................113
Hình 4.6 Các ràng buộc trong mơ hình BS1 – FEM ...................................................113
Hình 4.7 So sánh lực – độ võng của của các dầm mô phỏng với kêt quả thí nghiệm .114
Hình 4.8 Phân bố ứng suất Von-Mises trong bê tông, cốt thép và cốt lưới dệt của dầm
BF1 – FEM ......................................................................................................................115
Hình 4.9 So sánh lực – chuyển vị của của các dầm mô phỏng với kêt quả thí nghiệm
..........................................................................................................................................116
Hình 4.10 Quan hệ lực – độ võng giữa nhịp của các dầm được tăng cường có hàm lượng
lưới sợi khác nhau ............................................................................................................118
Hình 4.11 Hệ số tăng cường có hiệu của từng lớp lưới sợi .........................................119

Hình 4.12 Biểu đồ lực – độ võng của các dầm được tăng cường có hàm lượng cốt thép
khác nhau .........................................................................................................................120
Hình 4.13 Biểu đồ lực – độ võng của các dầm được tăng cường với cường độ bê tơng
khác nhau .........................................................................................................................122
Hình 4.14 Quan hệ lực – độ võng của các dầm sử dụng bê tơng C28 có hàm lượng cốt
lưới dệt thay đổi ...............................................................................................................123

x


CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Ký hiệu

Ý nghĩa

TRC

Bê tông cốt lưới dệt (Textile reinforced concrete)

BTCT

Bê tơng cốt thép

RILEM

Liên đồn thế giới của các phịng thí nghiệm và chun gia trong lĩnh vực
vật liệu xây dựng, hệ thống và kết cấu (The International Union of
Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and
Structures)

ACI

Hiệp hội Bê tông Mỹ (American concrete institute)

FRP

Vật liệu polime cốt sợi (Fiber reinforced polymer)

1

Hệ số quy đổi về khối ứng suất hình chữ nhật tương đương

1

Hệ số quy đổi về khối ứng suất hình chữ nhật tương đương

c

Biến dạng của bê tông

 cu

Biến dạng cực hạn của bê tông khi chịu nén

 cr

Biến dạng gây nứt trong bê tơng khi chịu kéo

As

Diện tích cốt thép chịu kéo trong mặt cắt dầm

A s

Diện tích cốt thép chịu nén trong mặt cắt dầm

Af

Diện tích cốt lưới dệt được tăng cường

a

Chiều cao khối ứng suất hình chữ nhật tương đương

b

Bề rộng của mặt cắt dầm

c

Chiều cao vùng bê tông chịu nén

h

Chiều cao của mặt cắt dầm

ds

Chiều cao có hiệu của cốt thép dọc chịu kéo đối với mặt cắt (Khoảng cách

xi


từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu kéo)
d s

Chiều cao có hiệu của cốt thép dọc chịu nén đối với mặt cắt (Khoảng cách
từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt thép chịu nén)

df

Chiều cao có hiệu của cốt lưới dệt chịu kéo đối với mặt cắt (Khoảng cách
từ mép chịu nén đến trọng tâm cốt lưới dệt chịu kéo)

Ec

Mô đun đàn hồi của bê tông

Ef

Mô đun đàn hồi chịu kéo của cốt lưới dệt

Es

Mô đun đàn hồi của cốt thép

f

Ứng suất

f c

Cường độ chịu nén của bê tông

fy

Cường độ kéo chảy của cốt thép

fu

Cường độ kéo đứt của cốt thép

f fu

Cường độ kéo đứt của cốt lưới dệt

dt

Chiều cao có hiệu của lớp composite TRC đối với mặt cắt

At

Diện tích lớp composite TRC được quy đổi

s

Biến dạng của cốt thép chịu kéo

 s

Biến dạng của cốt thép chịu nén

t

Biến dạng của lớp composite TRC được quy đổi

t

Ứng suất trong lớp composite TRC được quy đổi

tcr

Biến dạng của lớp composite TRC khi bê tông hạt mịn bị nứt

ftcr

Ứng suất trong lớp composite TRC khi bê tông hạt mịn bị nứt

I

Mơ men qn tính của mặt cắt

M

Mơ men uốn

xii


M

n

Mơ men uốn danh định

M

u

Mơ men uốn tính tốn (mơ men uốn đã nhân hệ số)

v

Ứng suất tiếp

x

Biến dạng dọc

s xe

Khoảng cách vết nứt có hiệu



Hệ số phản ánh khả năng truyền lực kéo của bê tông khi đã bị nứt nghiêng



Góc nghiêng của thanh nén

V

Sức kháng cắt của mặt cắt BTCT được tăng cường bằng TRC

bw

Bề rộng sườn dầm

sv

Hàm lượng cốt thép đai

 fv

Hàm lượng cốt lưới sợi theo phương ngang

f sv

Ứng suất trong cốt thép đai

f fv

Ứng suất trong các bó sợi ngang

xiii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

Cũng như ở nhiều nước trên thế giới, bê tông cốt thép (BTCT) là vật liệu xây dựng được
sử dụng phổ biến nhất ở nước ta hiện nay. Sau một thời gian sử dụng, độ bền (tuổi thọ)
thực tế của nhiều kết cấu BTCT đã bị suy giảm bởi các nguyên nhân khác nhau. Đặc biệt
là do Việt Nam là quốc gia có bờ biển dài, các cơng trình ven biển chịu sự xâm thực mạnh
của môi trường, gây ra hiện tượng rỉ cốt thép, bong tách lớp bê tông bảo vệ và làm giảm
khả năng chịu lực của hệ thống kết cấu. Bên cạnh đó, các kết cấu cũ khơng cịn đáp ứng
được nhu cầu tải trọng ngày càng lớn, và không thỏa mãn các tiêu chuẩn mới địi hỏi tính
an tồn cao hơn. Thực tế đó địi hỏi phải có các giải pháp sửa chữa, gia cường cơng trình
BTCT bằng các vật liệu có tính năng ưu việt, phù hợp với hồn cảnh nước ta.
Nhiều công nghệ sửa chữa, tăng cường kết cấu BTCT đã được ứng dụng ở Việt Nam,
bao gồm: công nghệ bọc “áo” BTCT (reinforced concrete jacket), dán bản thép ngoài, dự
ứng lực ngoài, dán bằng vật liệu polymer cốt sợi FRP (fiber reinforced polymer) v.v. Các
cơng nghệ này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Trong khoảng 10 năm gần đây,
FRP đã được sử dụng rất rộng rãi ở Việt Nam cũng như trên thế giới do tính phù hợp đặc
biệt của nó đối với cơng tác sửa chữa, tăng cường. Lợi thế của vật liệu FRP dựa trên các
đặc tính cơ bản là có trọng lượng nhỏ, cường độ cao, không gỉ, không dẫn điện, không
nhiễm từ, có tính linh hoạt cao trong sử dụng. Tuy nhiên, FRP cũng có một số nhược điểm,
có thể dẫn đến hư hại nghiêm trọng khi sử dụng không hợp lý trong các điều kiện môi
trường khắc nghiệt. Vật liệu nền bằng polymer có độ bền mơi trường khơng cao, đặc biệt
là dễ bị suy thoái dưới tác động nhiệt độ cao cũng như các tia năng lượng cao như tia tử
ngoại, tia gamma, v.v. trong ánh sáng mặt trời. Các nhược điểm này hầu hết đều liên quan
đến lớp chất nền bằng epoxy được sử dụng để liên kết và phân phối lực giữa các sợi cũng
như giữa vật liệu tăng cường và kết cấu.
Việc thay thế chất nền epoxy này bằng bê tông hạt mịn là một giải pháp hiệu quả để cải
thiện các nhược điểm này của vật liệu composite. Dạng vật liệu mới này được đặt tên là
“bê tông cốt lưới dệt” (Textile Reinforced Concrete, TRC) [20], “vữa cốt lưới dệt” (Textile
Reinforced Mortar, TRM) [61], và “hỗn hợp xi măng cốt lưới dệt” (Fabric Reinforced
Cementitious Matrix, FRCM) [12]. Trong luận án này, thuật ngữ bê tông cốt lưới dệt (TRC)
1

sẽ được sử dụng.
Bê tông cốt lưới dệt (TRC) là một loại vật liệu được cấu thành từ hai thành phần chính
là lưới sợi dệt và bê tơng hạt mịn. Lưới sợi dệt được làm từ những sợi nhỏ, thường có
nguồn gốc từ vật liệu phi kim loại, được bó lại thành các bó nhỏ. Sau đó, các bó sợi được
dệt thành tấm lưới và đặt vào bê tông hạt mịn thay thế thép làm cốt. Các loại vật liệu sử
dụng làm lưới sợi dệt phổ biến trên thị trường hiện nay như sợi các bon, sợi thủy tinh, sợi
bazan v.v. có nhiều ưu điểm như: cường độ cao, trọng lượng nhẹ và rất bền vững với môi
trường. Thành phần chính thứ hai của TRC là hỗn hợp bê tơng hạt mịn với kích thước cốt
liệu thường nhỏ hơn 1 mm để đảm bảo dính bám tốt với lưới sợi dệt [20].
Hiện nay, đã có một số nghiên cứu nghiên cứu về ứng dụng TRC trong việc tăng cường,
sửa chữa kết cấu cũ ở nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Đức, Pháp, Thụy Điển v.v. Các kết
quả nghiên cứu ban đầu cho thấy, bê tông cốt lưới dệt rất phù hợp cho việc sửa chữa, tăng
cường các kết cấu BTCT, đặc biệt là các cơng trình u cầu cao về chống ăn mịn, hoặc sử
dụng trong mơi trường khắc nghiệt ([20], [12], [69]). TRC có giá thành rẻ, dễ dàng thi công
theo phương pháp “trát”, khả năng chịu lửa cao, tương thích với các vật liệu nền như bề
mặt bê tơng, có thể ứng dụng ở những bề mặt ẩm ướt hoặc khu vực có nhiệt độ thấp. TRC
có thể sử dụng để tăng cường hiệu quả các kết cấu BTCT chịu uốn, cắt, nén và xoắn [48].
Thực trạng kỹ thuật hiện nay cho thấy, TRC là loại vật liệu mới, việc chế tạo và khai
thác TRC đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển để hồn thiện. Tính an tồn, đặc biệt
là tính độ bền lâu dài, và hiệu quả của vật liệu này cần được tiếp tục được nghiên cứu đánh
giá dựa trên các nghiên cứu cơ bản cũng như nghiên cứu ứng dụng. Hiện nay, trên tồn thế
giới, mới chỉ có một số phiên bản đơn giản về chỉ dẫn kỹ thuật hướng dẫn tính tốn thiết
kế tăng cường kết cấu BTCT bằng TRC. Hầu hết các nghiên cứu và các chỉ dẫn kỹ thuật
hiện nay cũng chưa xét đến những vấn đề gặp phải trong thực tế thiết kế như việc áp dụng
TRC để tăng cường khi kết cấu đang chịu lực. Ở Việt Nam, TRC là một dạng vật liệu hoàn
toàn mới và, cho đến khi luận án này được thực hiện, chưa có nghiên cứu nào về vật liệu
này được triển khai. Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng TRC để tăng cường
khả năng chịu lực cho kết cấu BTCT ở Việt Nam là một hướng đi mới cần được thực hiện.

2. Mục đích nghiên cứu
Nhằm mục đích ứng dụng TRC để tăng cường các kết cấu BTCT một cách an toàn và
2


tin cậy trong điều kiện vật liệu ở Việt Nam, cần phải thực hiện một số nghiên cứu ở cả cấp
độ vật liệu và cấp độ kết cấu, bao gồm:
(a) Xây dựng được mơ hình tính tốn xác định tồn bộ quá trình làm việc của kết cấu
dầm BTCT được tăng cường khả năng chịu lực bằng TRC, có xét đến trạng thái đang chịu
lực của dầm khi được tăng cường.
(b) Xác định được một số tính chất cơ học quan trọng của bê tông cốt lưới dệt với bê
tông được sản xuất ở Việt Nam. Kiểm chứng được bằng thực nghiệm các mơ hình tính tốn
đã đề xuất về việc tăng cường sức kháng uốn và sức kháng cắt cho dầm BTCT bằng TRC.
(c) Nghiên cứu xác định các tham số ảnh hưởng đến ứng xử tổng thể của kết cấu dầm
được tăng cường dựa trên các mơ hình mô phỏng số.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là ứng xử chịu uốn và chịu cắt của dầm dạng giản
đơn bằng BTCT được tăng cường bê tông cốt lưới dệt.
Phạm vi nghiên cứu của luận án là:
- Kết cấu dầm chịu tải trọng tĩnh.
- Bê tơng hạt mịn có cường độ chịu nén đến 60 MPa.
- Lưới sợi dệt loại các bon có độ mịn 1600 tex, cường độ chịu kéo đến 3000 MPa.
- Phương pháp tăng cường là trát thủ công TRC lên mặt ngoài của kết cấu.

4. Phương pháp nghiên cứu
Việc nghiên cứu được thực hiện dựa trên 3 phương pháp chính là nghiên cứu lý thuyết
nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số. Phần nghiên cứu lý thuyết được thực hiện trên
cơ sở kế thừa, tổng hợp và phân tích các nghiên cứu ở trong nước và nước ngồi về bê tông
cốt lưới dệt để xác định phương pháp tính tốn và xây dựng mơ hình tính. Phần nghiên cứu

thực nghiệm có mục tiêu xác định một số ứng xử chịu lực của vật liệu và kết cấu sử dụng
TRC, qua đó, giúp cho nghiên cứu lý thuyết khái qt hố q trình làm việc của kết cấu
và đề ra các phương pháp thiết kế thích hợp. Nghiên cứu thực nghiệm cũng có vai trị kiểm
nghiệm, đánh giá mức độ chính xác của các mơ hình tính được đề xuất trong nghiên cứu
lý thuyết. Luận án từng bước thực hiện các mục tiêu đặt ra theo sơ đồ tiếp cận như sau:
3


1

Tổng quan tình hình nghiên cứu ở nước ngồi về vật liệu TRC,
bao gồm các đặc tính cơ học quan trọng và ứng xử chịu lực của
kết cấu dầm được tăng cường bằng TRC.

2

Xây dựng mơ hình xác định ứng xử chịu uốn, chịu cắt của dầm
BTCT được tăng cường bằng TRC, có xét đến kết cấu dầm đang
chịu lực trước khi tăng cường.

3

Thí nghiệm vật lý xác định tính chất cơ bản của vật liệu và ứng
xử của dầm BTCT được tăng cường bằng TRC, nhằm kiểm
chứng các mô hình tính đã được đề xuất.

4

Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn cho các dầm đã được thí
nghiệm vật lý, kiểm chứng với kết quả thí nghiệm

5

Nghiên cứu khảo sát ứng xử của cấu kiện được tăng cường với
một số tham số khác nhau, dựa trên mơ hình phần tử hữu hạn đã
được kiểm chứng

5. Cấu trúc của luận án
Nội dung của luận án bao gồm 4 chương chính cùng phần mở đầu và phần kết luận, kiến
nghị:
- Phần mở đầu trình bày lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và
thực tiễn của đề tài.
- Chương 1 tổng hợp và phân tích các nghiên cứu đã được thực hiện ở nước ngoài về
một số đặc tính cơ học quan trọng của TRC nhằm khai thác hợp lý vật liệu này để tăng
cường kết cấu dầm BTCT. Đồng thời, chương này cũng tổng hợp các mơ hình tính tốn đã
được nghiên cứu, từ đó chỉ ra những vấn đề cần được giải quyết trong luận án này..
- Chương 2 trình bày việc xây dựng các mơ hình tính tốn xác định ứng xử chịu uốn
cho dầm BTCT được tăng cường bằng TRC. Các mô hình tính này có thể áp dụng được
với dầm BTCT được tăng cường trước khi chịu tải cũng như dầm được tăng cường trong
quá trình chịu tải. Đồng thời, chương 2 cũng sẽ giới thiệu mơ hình thiết kế tăng cường sức
kháng uốn và sức kháng cắt cho dầm BTCT bằng TRC mới được phát triển trong luận án.
- Chương 3: trình bày nghiên cứu thực nghiệm với hai nội dung chính là:
(a) xác định một số đặc tính cơ học quan trọng của bê tông cốt lưới dệt bao gồm: cường
độ chịu nén, cường độ chịu kéo uốn, mô đun đàn hồi, ứng xử dính bám giữa lưới sợi các
4


bon với bê tơng hạt mịn; ứng xử dính bám giữa TRC với bê tơng thường. Các tính chất cơ
học này sẽ được áp dụng vào mơ hình tính tốn đã đề xuất.
(b) xác định bằng thực nghiệm ứng xử chịu uốn và chịu cắt của dầm BTCT được tăng

cường bằng TRC, kiểm chứng lại các mơ hình tính tốn đã xây dựng ở Chương 2.
- Chương 4 xây dựng các mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm phần tử hữu hạn nhằm
phân tích chi tiết ứng xử chịu uốn và chịu cắt của các dầm BTCT được tăng cường bằng
TRC. Dựa trên các mơ hình mơ phỏng đã được kiếm chứng với kết quả thí nghiệm, một số
tham số như: hàm lượng cốt lưới dệt, hàm lượng cốt thép dọc, cường độ chịu nén của bê
tông dầm sẽ được khảo sát để đánh giá ảnh hưởng của các tham số này đến ứng xử tổng
thể của kết cấu dầm được tăng cường bằng TRC.
- Phần kết luận và kiến nghị trình bày các kết luận chính của luận án và đề xuất hướng
nghiên cứu tiếp theo.

6. Đóng góp mới về khoa học
-

Luận án đã xây dựng được hai mô hình tính tốn xác định tồn bộ q trình làm việc
của kết cấu dầm được tăng cường sức kháng uốn bằng TRC, với việc coi TRC là một
vật liệu composite, có xét đến q trình hình thành và phát triển vết nứt cũng như sự
làm việc của bê tông hạt mịn giữa các vết nứt. Trong mơ hình đầu tiên, dầm BTCT
được tăng cường khi chưa chịu lực (một dạng kết cấu lai). Trong mơ hình thứ hai, dầm
BTCT được xem xét ở trạng thái đang chịu lực (có thể đã bị nứt hoặc chưa bị nứt), tải
trọng được duy trì trong q trình tăng cường bằng TRC. Sau đó, dầm được gia tải đến
khi phá hoại. Mơ hình tính toán này phù hợp với thực tế tăng cường, sửa chữa kết cấu.

-

Luận án đã đề xuất được mơ hình thiết kế sức kháng uốn và sức kháng cắt của kết cấu
BTCT được tăng cường bằng TRC, dựa trên các tiêu chuẩn phổ biến ở Việt Nam. Các
mơ hình tính này có thể áp dụng cho khơng chỉ kết cấu được tăng cường mà còn với
các kết cấu lai (hybrid) giữa bê tông cốt thép và TRC.

-

Luận án đã cung cấp được một bộ dữ liệu thực nghiệm về: tính chất cơ học của bê tông
hạt mịn được sản xuất ở Việt Nam; tính chất cơ học của TRC với bê tông hạt mịn được
sản xuất ở Việt nam kết hợp với lưới sợi dệt của Đức; ứng xử và khả năng chịu uốn,
chịu cắt của kết cấu dầm được tăng cường bằng TRC. TRC là loại vật liệu lần đầu tiên
được nghiên cứu ở Việt Nam và cũng là vật liệu mới trên thế giới. Các tiêu chuẩn thiết
5


kế cho vật liệu này mới ở dạng dự thảo. Các số liệu nghiên cứu này sẽ góp phần vào
việc xây dựng các tiêu chuẩn, chỉ dẫn kỹ thuật, giúp cho việc ứng dụng bê tông cốt lưới
dệt được an toàn và tin cậy.
-

Luận án đã cung cấp được một bộ số liệu khảo sát số dựa trên phần mềm phần tử hữu
hạn. Luận án đã xây dựng được các mơ hình mơ phỏng số có xét đến tính phi tuyến của
vật liệu, nhằm xác định sự làm việc của dầm BTCT được tăng cường bằng TRC. Đồng
thời, khảo sát và phân tích các tham số ảnh hưởng đến ứng xử tổng thể của kết cấu dầm
được tăng cường, cũng như đưa ra được các khuyến cáo cho công tác sửa chữa, tăng
cường.

6


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG
DỤNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT ĐỂ TĂNG CƯỜNG
DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.1

Tình hình sử dụng TRC để tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu

BTCT trên thế giới

Trong nhiều thế kỷ qua, con người ln tìm kiếm, phát triển các vật liệu xây dựng thỏa
mãn các yêu cầu về sử dụng, chịu lực, độ bền và hiệu quả kinh tế. BTCT là loại vật liệu tổ
hợp được tạo ra nhằm tận dụng các ưu điểm, đồng thời khắc phục các nhược điểm của từng
vật liệu thành phần. Bê tông có khả năng chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém nên việc đặt
thép, vật liệu có khả năng chịu kéo tốt, vào trong bê tơng hình thành vật liệu có khả năng
chịu kéo và nén đều tốt. Mặt khác, thép được bê tông bảo vệ nên khả năng chống ăn mòn
và chống cháy tăng đáng kể. Tuy nhiên, để bảo vệ chống gỉ cho cốt thép, cần phải có một
lớp bê tông bảo vệ. Trong một số trường hợp, yêu cầu về chiều dày tối thiểu của lớp bê
tông bảo vệ sẽ khống chế kích thước của cấu kiện BTCT, mặc dù các kích thước này có
thể nhỏ hơn nếu xét trên góc độ chịu lực. Có nhiều nghiên cứu đã được thực hiện với mục
tiêu cải thiện độ bền và tính chất cơ học của bê tơng ([4], [1], [48]). Một giải pháp cho vấn
đề này là sử dụng sợi ngắn sản xuất từ thép, thủy tinh, basalt, sợi nhân tạo v.v. trong bê
tơng tính năng siêu cao (UHPC). Sự có mặt của sợi được đặt phân tán sẽ làm tăng tính dẻo
và dai của UHPC, hấp thụ năng lượng do các tải trọng tác động và góp phần tham gia chịu
kéo sau khi xuất hiện các vết nứt. Những vật liệu này không cần bảo vệ bởi môi trường
kiềm và yêu cầu lớp bảo vệ nhỏ để đảm bảo tính liên hợp với bê tơng. Việc đưa cốt sợi
ngắn vào bê tông là sẽ phân tán các điểm ứng suất tập trung trên nền sang cho cốt, từ đó
làm tăng khả năng chịu lực của vật liệu.
Một trong những phát minh mới nhất lĩnh vực kết cấu bê tông là vật liệu bê tông cốt
lưới dệt (TRC- Textile-Reinforced Concrete), được phát triển đầu tiên tại Đức bởi hai trung
tâm nghiên cứu tại trường Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Dresden và trường Đại học Kỹ thuật
RWTH Aachen từ cuối những năm 1990 [48]. TRC là vật liệu được cấu thành từ hai thành
phần chính là lưới sợi dệt và bê tơng hạt mịn (Hình 1.1). Khác với bê tơng cốt sợi phân tán,
các bó sợi trong TRC được đặt có định hướng theo phương chịu lực chính của kết cấu, làm
tăng hiệu quả sử dụng cốt chịu lực [20]. Vật liệu này đem lại khả năng thiết kế các kết cấu
7

bê tơng có dạng thành mỏng có cường độ cao ở cả vùng chịu nén cũng như chịu kéo. Đồng
thời, kết cấu sử dụng TRC có độ bền mơi trường rất cao nhờ việc sử dụng cốt chịu lực
không bị ăn mịn, bê tơng hạt mịn có độ đặc cao và cường độ cao, kết cấu có bề rộng vết
nứt nhỏ v.v.

Hình 1.1 Thành phần của bê tơng cốt lưới dệt

TRC được xem vật liệu phù hợp để sửa chữa và tăng cường khả năng chịu lực cho kết
cấu BTCT nhờ các ưu điểm vượt trội như:
-

TRC có cường độ cao, với cường độ chịu kéo của lưới sợi có thể lên đến 3000 MPa,
cường độ chịu nén của bê tông hạt mịn lên đến hơn 60 MPa.

-

Bê tông hạt mịn có cấu trúc đặc, cho nên TRC có khả năng chống thấm tốt, làm tăng
khả năng bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn.

-

Sau khi tăng cường, lớp bê tơng hạt mịn có tính chất tương tự như bê tông của kết
cấu được tăng cường nên TRC không che khuất các vết nứt hay hư hỏng (nếu có)
xuất hiện trong quá trình chịu lực. Kết cấu được tăng cường, do đó, có thể được khai
thác an tồn và tin cậy.

-

TRC có khả năng chịu các tác động ăn mịn, hoá học cũng như tia UV khi bị phơi
sáng dưới ánh sáng mặt trời. Có thể chịu nhiệt và chống cháy trong thời gian tương

đối dài. Kết cấu BTCT được tăng cường bằng TRC phù hợp với cấp kháng lửa F60
đối với sợi các bon và cấp F30 đối với sợi thủy tinh theo tiêu chuẩn của Đức [65].

-

TRC dễ dàng thi công với phương pháp “trát” truyền thống hoặc phương pháp phun
bê tông hạt mịn. Các phương pháp thi công công nghiệp cũng đang được nghiên cứu
phát triển.

Với nhiều ưu điểm về mặt đặc tính cơ học, bê tơng cốt lưới dệt đã và đang được sử dụng
như một giải pháp hữu hiệu để tăng cường, sửa chữa các cơng trình cũ, nhất là các cơng
trình u cầu cao về chống ăn mịn, hoặc sử dụng trong mơi trương khắc nghiệt. Hiện nay,
8


TRC đã được sử dụng để tăng cường cho rất nhiều cơng trình BTCT trên thế giới. Sân vận
động Meazza tại Milan (Ý) được xây dựng từ năm 1925, sử dụng hệ kết cấu khung BTCT
[61]. Sau nhiều năm sử dụng, kết cấu chịu lực đã xuống cấp nghiêm trọng, và đã được sửa
chữa và tăng cường bằng TRC vào năm 2002. Trong dự án này, lưới sợi carbon có cường
độ chịu kéo 3400 MPa, mô đun đàn hồi 227 GPa, được trát theo tiết diện chữ U để tăng
cường sức kháng cắt (Hình 1.2). Đây được xem là dự án sửa chữa, tăng cường bằng TRC
đầu tiên trên thế giới.

Hình 1.2 Tăng cường sức kháng cắt cho dầm BTCT ở Milan (Ý)

Năm 2013, kết cấu dầm và sàn BTCT của một cơng trình nhà cao tầng ở Ehrendingen
(Thụy Sỹ) được sửa chữa, tăng cường bằng TRC do một vụ cháy kèm theo nổ xe ô tô làm
hư hỏng nghiêm trọng trần tầng hầm (Hình 1.3). Do đặc thù của dự án này là cơng trình
nhà cao tầng cho nên TRC được lựa chọn thay vì sử dụng vật liệu FRP dán ngồi, bởi TRC
có khả năng chịu nhiệt và chịu lửa tương đối tốt, cũng như không phát tán khí độc khi xảy

ra cháy như đối với FRP [56].

Hình 1.3 Sửa chữa, tăng cường dầm và sàn tầng hầm bị hư hỏng do hỏa hoạn (Thụy Sỹ) [56]

Năm 2009, kết cấu dầm và sàn BTCT của tòa nhà văn phỏng cao tầng ở thủ đơ Prague
(Cộng hịa Czech) có kích thước lớn (12,8 × 13,1 m) được tăng cường khả năng chịu lực
bằng TRC (Hình 1.4). Sàn được tăng cường bằng bốn lớp lưới sợi các bon, trong đó từng
lớp được phun bê tơng hạt hạt mịn có chiều dày 3 mm.

9


Hình 1.4 Tăng cường dầm, sàn BTCT cơng trình nhà cao tầng bằng TRC

Ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Giao thơng vận tải, trong đó có nghiên
cứu sinh, là đơn vị đầu tiên nghiên cứu và triển khai áp dụng TRC. Năm 2018, nhóm này
đã sử dụng TRC sợi thủy tinh để sửa chữa và tăng cường cho kết cấu sàn BTCT tại nhà
xưởng công nghiệp EXEDY, khu công nghiệp Khai Quang, Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc ( Hình
1.5). Đây là lần đầu tiên TRC được ứng dụng thành cơng vào một cơng trình thực tế ở Việt

Nam, với diện tích sàn BTCT được tăng cường xấp xỉ 100 m 2.

Hình 1.5 Sửa chữa, tăng cường cho kết cấu sàn BTCT bằng TRC sợi thủy tinh tại nhà xưởng
công nghiệp EXEDY (Vĩnh Yên, Vĩnh Phúc)

1.2

Các nghiên cứu về đặc tính cơ học của bê tơng cốt lưới dệt

TRC được xem là một loại vật liệu mới, có tiềm năng ứng dụng trong các cơng trình xây

dựng nhờ việc khai thác hiệu quả khả năng chịu kéo cao của cốt lưới dệt (Brameshuber et
al. [20]). Do đó, TRC đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu trong hơn một thập kỷ qua,
tập trung vào những vấn đề như cường độ, độ bền, ứng xử dính bám và phương pháp thiết
kế v.v. Hiện nay, một số hiệp hội chuyên ngành đang xây dựng các chỉ dẫn kỹ thuật về
thiết kế, thi công kết cấu sử dụng bê tông cốt lưới dệt, với mục tiêu đẩy nhanh việc ứng
dụng vật liệu này trong thực tế xây dựng. ACI 549.4R-13 [12] của Hiệp hội Bê tông Mỹ
10