BCKH Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt thép được gia cường bằng tấm composite CFRP ở trạng thái đang chịu tải

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021. 15 (2V): 1–11

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN CỦA
DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM
COMPOSITE CFRP Ở TRẠNG THÁI ĐANG CHỊU TẢI
Dương Đức Quỳnha , Nguyễn Trung Hiếub,∗, Phạm Xuân Đạtb , Nguyễn Mạnh Hùngb
a

Công ty CP COTECO Công nghiệp, ô 38, TT33 khu đô thị mới Văn Phú, quận Hà Đông, Hà Nội, Việt Nam
b
Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng,
55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam
Nhận ngày 26/04/2021, Sửa xong 20/05/2021, Chấp nhận đăng 21/05/2021

Tóm tắt
Gia cường kháng uốn kết cấu BTCT bằng vật liệu tấm sợi composite gốc các bon (CFRP) là giải pháp cho thấy
nhiều ưu điểm so với các giải pháp gia cường truyền thống. Nội dung chính của nghiên cứu này nhằm đánh giá
ảnh hưởng của tải trọng ban đầu đến hiệu quả gia cường kháng uốn dầm BTCT bằng vật liệu CFRP. Ba mẫu
dầm BTCT có cùng kích thước hình học, cấu tạo cốt thép và cường độ bê tông được chế tạo. Một mẫu dầm
không được gia cường được chọn làm mẫu đối chứng, trong khi hai mẫu dầm còn lại được gia cường ở trạng
thái đang chịu cùng một cấp độ tải trọng ban đầu được xác định trên cơ sở tạo ra khe nứt trên bê tông vùng kéo,
với bề rộng khe nứt bằng 0,2 mm. Kết quả thu được cho thấy trong trường hợp dầm BTCT đã bị võng, nứt thì
hiệu quả gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP vẫn được chứng minh thông qua sự gia tăng độ cứng uốn và khả
năng chịu lực của dầm được gia cường.
Từ khoá: dầm BTCT; tấm CFRP; gia cường kháng uốn; gia tải ban đầu; nứt.
EXPERIMENTAL STUDY ON FLEXURAL BEHAVIOR OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH CFRP
COMPOSITE SHEETS UNDER SUSTAINING LOAD
Abstract
Flexural strengthening of Reinforced concrete (RC) beams using Carbon fiber composite (CFRP) sheets is a
solution that shows many advantages compared to the traditional strengthening solutions. The main goal of
this study is to examine the effects of initial loading on the effectiveness of strengthening by externally bonded

CFRP sheets. Three identical beams were cast and tested, in which one beam without CFRP strengthening was
used as the control specimen while two other beams were strengthened in flexure under the same initial loading
levels. The value of initial loads was determined on the basic of maximum crack width of concrete in tension
zone, that is 0,2 mm. The obtained results have shown that for RC beams that are already cracked and deformed
under sustaining loads, the effectiveness of CFRP strengthening can be demonstrated by the significant increase
in the flexural stiffness and the load-carrying capacity of the strengthened RC beams.
Keywords: reinforced concrete beams; CFRP sheets; flexural strengthening; initial loading; cracking.
© 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE)

1. Đặt vấn đề
Đối với kết cấu cơng trình nói chung và kết cấu cơng trình bằng vật liệu bê tơng cốt thép (BTCT)
nói riêng, trong quá trình làm việc, do sự suy giảm khả năng chịu lực hoặc do yêu cầu thay đổi công
∗

Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: (Hiếu, N. T.)

1


ạp chí

Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng

năng sử dụng và có sự gia tăng tải trọng tác dụng đặt ra vấn đề gia cường cho kết cấu cơng trình. Bên
cạnh các giải pháp gia cường truyền thống như mở rộng tiết diện, ứng lực trước căng ngồi, sử dụng
thép hình. . . thì hiện nay, việc sử dụng tấm sợi composite cường độ cao (Fibre Reinforced Polymer,
FRP) trong công tác gia cường kết cấu cơng trình được áp dụng phổ biến ở các nước tiên tiến trên thế
giới. Các kết cấu công trình được gia cường có thể là kết cấu cột, dầm, sàn bê tông cốt thép, kết cấu
khối xây gạch . . . Trong số các vật liệu composite dùng để gia cường kết cấu bằng bê tông cốt thép thì
vật liệu tấm sợi các bon (CFRP) được sử dụng rộng rãi. Phương pháp gia cường bằng vật liệu CFRP

tận dụng được những ưu điểm của loại vật liệu này như cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi cao,
trọng lượng nhẹ, khơng bị ăn mịn [1–3]. Bên cạnh ưu điểm về đặc tính cơ học, gia cường bằng vật
liệu CFRP còn cho thấy những tiện lợi cho quá trình thi cơng gia cường như nhanh chóng, đơn giản,
khơng cần nhiều máy móc thiết bị, thời gian thi cơng nhanh [1–4].
Một trong những vấn đề đặt ra cho công tác gia cường kết cấu là khi tiến hành gia cường, kết cấu
đang làm việc và chịu tác dụng của tải trọng. Việc giảm tải trọng tác dụng lên kết cấu ở thời điểm gia
cường được xem là một trong những giải pháp đảm bảo hiệu quả của việc gia cường. Trong thực tế,
cơng việc này thường gặp khó khăn và chủ yếu chỉ giảm tác dụng của hoạt tải sử dụng. Đối với kết
cấu BTCT làm việc chịu uốn, ở thời điểm gia cường thường trên kết cấu đã xuất hiện vết nứt ở vùng
bê tông chịu kéo (đáy dầm hoặc bản sàn). Theo một số kết quả khảo sát của nhóm tác giả trên thực tế
cơng trình, các vết nứt thường nằm trong khoảng từ 0,1 mm đến 0,3 mm [4].
Hình 1 trình bày minh họa hình ảnh thực tế gia cường dầm BTCT bị nứt, võng do chiều cao
Khoa
Công
nghệ
Xây
dầmhọc
không
đảm bảo,
bằng
vật dựng,
liệu tấmNUCE
CFRP. Ở thời điểm gia cường, cơng trình đang tiến hành thi
cơng xây dựng và kết cấu dầm đang chịu tác dụng của tải trọng gồm trọng lượng bản thân và hoạt tải
thi cơng.

Hình 1. Gia Hình
cườ1. Gia cường
ầ dầm BTCT bị nứt,
ị võng

ứ bằng tấm CFRP
ằ

ấ

Một trong những vấn đề đặt ra của công tác gia cường kháng uốn cho kết cấu BTCT nói chung và

Mộtgiatrong
những
đềcomposite
đặt ra nói
của
cơng
giaviệccường
́nhợpcho kết
cường bằng
vật liệuvấn
tấm sợi
riêng
là hiệutác
quả của
gia cườngkhán
trong trường
khơng thể giảm tồn bộ tải trọng tác dụng lên kết cấu ở thời điểm tiến hành gia cường. Việc tồn tại
CT nói chung
và gia cường bằng vật liệu tấm sợi composite nói riêng là hiệu quả
trước ứng suất kéo trong cốt thép và ứng suất nén trong bê tông vùng nén sẽ ảnh hưởng đến ứng xử
của kết trong
cấu đượctrường
gia cường hợp

so với trường
hợpthể
kết cấu
được gia
cường
đầu, trọng
khi chưatác
chịu dụng
tác dụng lên kết
c gia cường
khơng
giảm
tồn
bộtừ tải
của tải trọng.
hời điểm tiến
hành
gianghiệm
cường.
Việc
tại BTCT
trướcđược
ứng
suất bằng
kéovậttrong
cốtvàthép và ứ
Nghiên
cứu thực
về ứng
xử củatồn

kết cấu
gia cường
liệu CFRP
hiệu quả của việc gia cường đã được nhiều nghiên cứu trong và ngồi nước tiến hành, trong đó một
t nén trong
bê cứu
tơng
nén
ứng
của
được
số nghiên
điểnvùng
hình được
trìnhsẽ
bàyảnh
tronghưởng
các tài liệuđến
[5–19].
Các xử
kết quả
thukết
đượccấu
cho thấy
giải gia cườ
với trường hợp kết cấu được gia cường từ
đầu, khi chưa chịu tác dụng của tải trọ
2

Nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử của kết cấu BTCT được gia cường bằng

u CFRP và hiệu quả của việc gia cường đã được nhiều nghiên cứu trong và ng


Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

pháp sử dụng vật liệu CFRP phù hợp cho các trường hợp gia cường kháng uốn, kháng cắt, gia cường
tăng khả năng chịu nén, chịu xoắn. . . Đồng thời cũng cho thấy ứng xử của kết cấu được gia cường là
phức tạp, với nhiều dạng phá hoại khác nhau và hiệu quả của việc gia cường phụ thuộc vào nhiều yếu
tố mà điển hình là đặc trưng cơ học của vật liệu CFRP và công tác thi cơng gia cường. Bên cạnh đó,
có thể nhận thấy, hầu hết các nghiên cứu đều tiến hành trên các mẫu thí nghiệm được gia cường ở thời
điểm ban đầu, khi kết cấu chưa chịu tác dụng của tải trọng. Điều này dẫn đến những sai khác khi đánh
giá hiệu quả gia cường so với thực tế của công tác này, khi mà việc gia cường được tiến hành tại thời
điểm kết cấu đang chịu tác dụng của tải trọng.
Ở nước ta hiện nay, vật liệu tấm CFRP đã được sử dụng khá phổ biến cho việc gia cường một số
cơng trình cầu và nhà dân dụng. Tuy nhiên có thể thấy việc áp dụng còn hạn chế, chưa được phổ biến
Tạptrong
chí Khoa
học Cơng
đó ngun
nhân nghệ
chính Xây
là giádựng,
thànhNUCE
và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho vật liệu gia cường này
[4]. Việc tính tốn thiết kế chủ yếu được thực hiện theo một số tài liệu, chỉ dẫn của nước ngoài như
ACI 440.2R-08 [1], FIB 14 [2], TR 55 [5] . . . Vì vậy, những nghiên cứu trong lĩnh vực này góp phần
làm cơ sở cho việc áp dụng phổ biến hơn giải pháp gia cường có nhiều ưu điểm này trong thực tế
tiến xây
hành
ở thời điểm kết cấu đang chịu tác dụng của tải trọng. Nghiên

Nghiên cứu
cứu thực
thực nghiệm
nghiệm
dựng.
được thực
hiệnbài
tạibáo
trình,
Trường
Đại tác
học
Nội dung
trình bày
ứng xử của
cấu được
cườngtrình,
và hiệuTrường
quả của cơng
gia
Phịng
Thívềnghiệm
vàkết
Kiểm
địnhgiacơng
Đại
học
cường bằng vật liệu tấm CFRP trong trường hợp công tác gia cường tiến hành ở thời điểm kết cấu
dựng.
đang chịu tác dụng của tải trọng. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Phịng Thí nghiệm và

Kiểm
trình,
2. Cơ
sở định
tínhcơng
tốn
giaTrường
cườ Đại học Xây dựng.
ố
ế ấ ầ
ứt trướ
trướ
ịị ứt

khi trước
tiến hành
hành công
công tác
tác gia
gia
trình
bày
sơ đồ
tốn
BTCTbị khi
tiến
2. Cơ sở tính tốn2 gia
cường
kháng
uốntính

cho kết
cấudầm
dầm BTCT
nứt

cường, Trên
trong
đó dầm BTCT đã bị nứt dưới tác dụng của tải trọng
trọng
ban
đầutrong
(thểđóhiện
hiện
qua
ban
đầu
(thể
Hình 2 trình bày sơ đồ tính tốn dầm BTCT khi tiến hành công
tác gia
cường,
dầmqua
BTCTuốn
đã bịM
nứt dưới tác dụng của tải trọng ban đầu (thể hiện qua mô men uốn M0 ).
mô men

(a) Tiết diện ngang

ế

ệ ngang

(b) Sơ đồ biến dạng

(b) sơ đồ
đồ ếế

ạạ

khi gia cường
SơHình
đồ2. Sơ đồ tính tốnếbiến ạdạng của
ủ kết ếcấu trước
ấu trước
trước khi
khi gia
gia cườ
cườ

Vị trí trục trung
hịa hịa
(hay chiều
của cao
vùngcủa
bê tơng
chịubê
nén)
của chịu
tiết diện
dầm,của

ký hiệu
0 , được
(hay cao
chiều
vùng
tơng
tiết
dầm
Vị
trí trục trung
chịu nén)
nén)
của
tiếtxdiện
diện
dầm
xác định theo cơng thức sau đây:
ký hiệu x được xác định theo công thức sau đây:










1 2
bx + nA′s x0 − a′ = nA s (h0 − x0 )

2 0








3

trong đó n là tỷ sớ giữa mơ đun đàn hồi của cốt thép và của bê
bê tông
tông

(1)


Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng

Es
.
Eb
Mơ men qn tính của tiết diện dầm (đã bị nứt) được xác định theo công thức sau:

trong đó n là tỷ số giữa mơ đun đàn hồi của cốt thép và của bê tông n =

bx03
2
′

′
Ic0Xây
= dựng,
+ NUCE
nA
Tạpchí
chíKhoa
Khoahọc
họcCơng
Cơngnghệ
nghệ
Xây
dựng,
NUCE
s (h0 − x0 ) + nA s x0 − a
Tạp
3 NUCE
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng,

(2)

2

Biến dạng ban đầu của bê tông vùng nén, εc0 , do mô men M0 gây ra:

HH
H




HH
H

εc0 =

M0 x0
Ec Ic0

(3)

Dựa trên sơ đồ
 biến dạng trình bày ở Hình 2, có thể tính được biến dạng của cốt thép và của bê

H
H
H
H
tơng ởHvùngH chịu kéo (mép ngồi) của dầm tại thời điểm trước khi gia cường:
h 0 − x0

(4)
εtác
εc0 lên
s =dụng
Saukhi
khigia
giacường,
cường,tải
tảitrọng

trọngtác
dụng
lên
dầmgây
gâyrararamô
mômen
men
uốn
M.
Các
giả
Sau
khi
gia
cường,
tải
trọng
tác
dầm
gây
mô
men
uốn
M.
Các
giả
x0 dầm
Sau
dụng
lên

́n
M.
Các
giả
thiếtcơ
cơbản
bảnsử
sửdụng
dụngđể
đểtính
tínhtốn
tốnkhả
khảnăng
năngchịu
chịu
củatiết
tiếtdiện
diệnsau
saugia
giacường:
cường:(1)
(1)giả
giả
thiết
bản
sử
dụng
để
tính
tốn

khả
năng
chịu
lực
của
h −lực
xlực
thiết
cơ
0 của tiết diện sau gia cường: (1) giả
ε0 = εc0
(5)
thiếttiết
tiếtdiện
diệnphẳng;
phẳng;(2)
(2)dạng
dạngphá
pháhoại
hoạiđiển
điểnhình
hình
củakết
kết
cấu
dầm
BTCT
được
gia
cường

thiết
diện
phẳng;
(2)
dạng
phá
hoại
điển
hình
kết
cấu
dầm
BTCT
được
gia
cường
xcủa
0của
thiết
tiết
cấu
dầm
BTCT
được
gia
cường
́ngia
bằng
tấmtải
CFRP

làcớt
cớt
thép
chịukéo
kéora
bị
chảy
dẻo;
(3)
bê
tơng
vùng
nén
bị
ép
́n
bằng
tấm
CFRP
là
cớt
thép
chịu
kéo
chảy
dẻo;
(3)
bê
tơng
vùng

nén
ép
Saún
khi
cường,
trọnglà
tác
dụng
lênchịu
dầm
gây
mơ
men
uốn(3)
M.
Các
giả
thiết
cơnén
bản
sửbị
dụng
bằng
tấm
CFRP
thép
bịbị
chảy
dẻo;
bê

tơng
vùng
bị
ép
để
tốn
khả
năng
lựckhỏi
của tiết
diện
sau
giahoặc
cường:
(1)
giả(4)
thiết
tiết dạng
diện
phẳng;
(2) bê
phá
vỡtính
và tấm
tấmCFRP
CFRP
bịchịu
bong
khỏi
bềmặt

mặtdầm
dầm
hoặc
bịđứt;
đứt;
biến
dạng
của
thớ
bê
tơng
vỡ
và
CFRP
bị
bong
bề
mặt
dầm
đứt;
biến
của
thớ
tơng
vỡ
và
tấm
bị
bong
khỏi

bề
hoặc
bịbị
(4)(4)
biến
dạng
của
thớ
bêdạng
tơng
hoại điển hình của kết cấu dầm BTCT được gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP là cốt thép chịu
ứngsuất
suấtnén
néncủa
củabêbê
bêtơng
tơng
chịu nén
nén ngồi
ngồicùng
cùngđạt
đạtđến
đếngiá
giátrị
trịHHH
chịu
ngồi
cùng
đạt
đến

giá
trị
ứng
suất
nén
của
tơng
ứng
chịu
nén

kéo bị chảy dẻo; (3) bê tông vùng nén bị ép vỡ và tấm CFRP bị bong khỏi bề mặt dầm hoặc bị đứt;
được
xác
định
từ
đường
cong
ứngsuất
suất cùng
biến
dạng
biểu
có
dạng
parabol,
được
được
xác
định

từ
đường
cong
ứng
suất
biến
dạng
biểu
đồ
dạng
parabol,
được
(4)
biến
dạng
củatừ
thớ
bê tơng
chịuứng
nén
ngồi
đạt
đến giábiểu
trị
εcu
;đồ
(5)
ứng
suất
nén

củađược
bê
tơng
được
xác
định
đường
cong
biến
dạng
đồ
cócó
dạng
parabol,
trong
vùng
nén
được
xác
định
từ
đường
cong
ứng
suất
biến
dạng
có
biểu
đồ

có
dạng
parabol,
được
quyđổi
đổivề
vềbiểu
biểuđồ
đồhình
hìnhchữ
chữnhật
nhậttương
tươngđương
đươngvới
vớichiều
chiềucao
cao
vùng
nén
Sơ
quy
đồ
hình
chữ
nhật
tương
đương
với
chiều
cao

vùng
nén
. .Sơ
vùng
nén
. Sơ
quy đổi về biểu đồ hình chữ nhật tương đương với chiều cao vùng nén s (Hình 3(c)). Sơ đồ tính tốn
đồtính
tínhtt khả
khảnăng
năngchịu
chịulực
lựccủa
củadầm
dầmsau
saugia
giacường
cường
được
trìnhbày
bày
đồ
năng
chịu
của
dầm
sau
gia
cường
được

trình
được
khả năng chịu lực của
dầm sau lực
gia cường
theo được
trình bày trên Hình
3. trình bày

dướiđây
đây
dưới

(a) Tiếtếdiện ệngang

ếế

ệệ

(b) sơ
Sơ đồ
biến dạng
(b)
(b)
đồ
(b)sơ
sơđồ
đồ ếếế ạạạ

(c) đồ

Sơ đồ
suất
(c)
sơ
ứ ứứng
(c)
sơ
(c)
sơđồ
đồ
ứ ấ ấấ

3. Sơ đồ tính tốnảảkhả
năng
chịu lực
sau
khi
gia
cường
Hình
Sơ
chị
ựựựcủa
ủủủdầmầm
sau
khi
gia
cườ
Hình
3.3.Hình

Sơ
đồ
năng
chị
ầm
sau
khi
gia
cườ
Hình3.
Sơđồ
đồ
ảnăng
năng
chị
ầm
sau
khi
gia
cườ

Chiều
cao
nén
tiết
, ,được
xác
theo
điều
kiện

bằng
lực:
Chiều
cao vùng
nén
của
tiếtcủa
diện,
x, diện,
được
định
điều
kiện
cân
bằng
lực:cân
Chiều
cao
vùng
nén
của
tiết
diện,
xác
định
theo
điều
kiện
cân
bằng

lực:
Chiều
caovùng
vùng
nén
của
tiết
diện,xác
,được
đượctheo
xácđịnh
định
theo
điều
kiện
cân
bằng
lực:


HHH0,85Afc′ b(0,8x)
 + HAHH′s E s ε′s = A s R s + A f E f ε f
4

(6)

trong
xác
định
qua

thíthí
nghiệm
nén
trong
đó
làlàcường
cường
độ
chịu
nén
của
bê
tơng,
được
xác
định
qua
nghiệm
nén
trongđó
đó fff là
cườngđộ
độchịu
chịunén
néncủa
củabê
bêtơng,
tơng,được
được
xác

định
qua
thí
nghiệm
nén
mẫu
thí
nghiệm
hình
trụ
D
u
u
là
cường
độ
chịu
kéo
của
cớt
thép
mẫu
uu
RR làlàcường
cườngđộ
độchịu
chịukéo
kéocủa
củacớt
cớtthép

thép
mẫuthí
thínghiệm
nghiệmhình
hìnhtrụ
trụDDuu
E lần lượt là mơ đun đàn hồi của cớt thép và của tấm CFRP, H
H
chịu kéo, E


Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE
Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng


H d H
H H
trong đó fc′ là cường độ chịu nén của bê tơng, được xác định qua thí nghiệm nén mẫu thí nghiệm hình
trụ D × H = 150 × 300 mm, R s là cường độ chịu kéo của cốt thép chịu kéo, E s và E f lần lượt là mô
 và của tấm CFRP, ε f và ε′ lần lượt là biến dạng tương đối của tấm CFRP
đun đàn hồiHcủaHcốt thép
s
và của cốt thép chịu nén. Biến dạng tương đối của tấm CFRP và của cốt thép chịu nén được xác định
theo cơng thức:
trong đó H là biến cực cực hạn của bê tông vùng nén, theo fib 14
lấy bằng
h−x
ε f của
= εcu
− ε0 ≤ ε f u

(7)
H là biến dạng cực hạn
vật liệu
x CFRP.
x − a′
ε′s sau
= εcukhi gia cường:
(8)
Khả năng chịu lực của tiết diện
x
§ cực hạn ·của bê tơng
§
· theo fib
§
· bằng 0,0035; ε f u là biến
trong đó εcu là biến cc
nộn,
[2] ly
H ă vựng
H ă 14
 á

> @
ă 
á
á
dng cc hn ca vt liu
â CFRP. ạ
â
ạ

â
ạ
Kh nng chu lc ca tiết diện sau khi gia cường:

ứ

ự

ệ

0,8x
0,8x
′
′ 0,8x
′
[M] = A
(9)
ệ s R s h0ậ− ệ2 ế+ A
ạ s E sεs 2 − a + A f E f ε f h − 2
Trong nghiên cứu này, 0 mẫu dầm BTCT có cùng kích thước hình học, cấu tạo
3. Nghiên
cứu
thực
nghiệm
cớt thép và
cường
độ bê tơng được chế tạo. Các mẫu dầm có chiều dài 2
thước
diện và
b uvật liệu chếu tạo

200 mm. Qua tính tốn sơ bộ để tránh cho các mẫu dầm
3.1. Mẫu
thítiết
nghiệm
thí nghiệm
khơng
phá
hoại
doBTCT
lực cắt,cólựa
chọn
cớtthước
théphình
dọc học,
chịu cấu
lực tạo
vùng
(phía
Trong
nghiên cứu
này,bị03
mẫu
dầm
cùng
kích
cốtkéo
thép
và cường
dưới được
dầm)chế

là 2‡12,
cớtmẫu
thépdầm
dọccó
vùng
néndài
(phía
trên
dầm)
trí 2‡10,
cớt bthép
‡ × 200
độ bê tơng
tạo. Các
chiều
2200
mm,
kíchbớthước
tiết diện
× h đai
= 150
mm. Qua
tính tốn
bộmm
để tránh
chogiữ
các gới
mẫutựa
dầm
thívà

nghiệm
khơng
bị tải
phátrọng
hoại do
lực cắt,
lựa chọn
khoảng
cách sơ
100
ở vùng
dầm
vị trí tác
dụng
Trong
sớ các
cốt thép
dọc
chịu
lực
vùng
kéo
(phía
dưới
dầm)
là
2∅12,
cốt
thép
dọc

vùng
nén
(phía
trên
dầm) bố
mẫu dầm thí nghiệm 01 mẫu dầm không được gia cường, ký hiệu D 0 được sử dụng
trí 2∅10,
cốt
thép
đai
∅6
khoảng
cách
100
mm
ở
vùng
giữa
gối
tựa
dầm
và
vị
trí
tác
dụng
tải
làm dầm đới chứng
mẫu dầm cịn lại, ký hiệu
được tạo tải trọng ban đầutrọng.

Trong số các mẫu dầm thí nghiệm, 01 mẫu dầm khơng được gia cường, ký hiệu D-0 được sử dụng
theo sơ đồ dầm chịu uốn bớn điểm sau đó tiến hành cơng tác gia cường. Tải trọng ban
làm dầm đối chứng. 02 mẫu dầm còn lại, ký hiệu D-1, D-2 được tạo tải trọng ban đầu theo sơ đồ dầm
đầubốn
có độ
lớnsau
saođócho
rộngcơng
vết nứt
nhất ở vùng
chịuban
kéođầu
do có
tải độ
trọng
chịu uốn
điểm
tiếnbềhành
tác lớn
gia cường.
Tải trọng
lớnnày
sao gây
cho ra
bề rộng
dầmchịu kéo do tải
có trọng
giá trịnày
bằng
Haimẫu

mẫudầm
dầm
được
vết nứttrên
lớn các
nhấtmẫu
ở vùng
gây ra trên các
D-1, D-2 có đều
giá trị
bằng 0,2
gia mẫu
cường
bằng
composite
cùng
thước bề rộng
120
mm. Hai
dầm
D-1,tấm
D-2sợi
đều
được gia CFRP
cường có
bằng
tấmkích
sợi composite
CFRP
có mm,

cùngchiều
kích thước
bề rộng 120 mm,mm
chiều
0,111
vàmm.
chiềuChi
dàitiết
1950
thépdầm
củathí
03 mẫu
vàdày
chiều
dàimm
1950
cấumm.
tạoChi
cớt tiết
thépcấu
củatạo0 cốt
mẫu
dầm thí
nghiệm
được
trình
bày
trên
Hình
4.

Trên
Hình
5
trình
bày
phương
án
gia
cường
các
mẫu
nghiệm được trình bày trên
Hình 5 trình bày phương án gia cường các dầm
bằng tấm
mẫuCFRP.
dầm bằng tấm CFRP

ẫ

ấ tạo
ạ cốt
ố thép các mẫuẫ dầmầ thí nghiệm ệ
Hình 4. Chi ếtiết cấu
Đối với các vật liệu chế tạo dầm, cường độ chịu nén của bê tông, cường độ chịu kéo của cốt thép
được xác định thơng qua thí nghiệm trên các mẫu thử và được trình bày tóm tắt trong Bảng 1.
Tấm CFRP sử dụng gia cường và keo dán epoxy do hãng Toray (Nhật Bản) sản xuất. Các thông
số cơ học của vật liệu này do nhà sản xuất cung cấp và được trình bày ở Bảng 2.
5

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE
Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng

Hình 5. Hình
Quy5.cách
gia cườ
ằ tấm ấCFRP
Quy cách
gia cường ầdầm D-1, D-2 bằng
Đối với các
liệu
dầm,
cường
độthép
chịu
bêcác
tông,
độ chịu
Bảngvật
1. Giá
trị chế
cườngtạo
độ của
bê tông
và cốt
sử nén
dụng của
chế tạo
mẫu cường
dầm

kéo của cốt thép được xác định thơng qua thí nghiệm trên các mẫu thử và được trình
chịu nén của bê tơng ở 28 ngày tuổi
bày tóm tắtCường
trongđộBảng
1 dưới đây.
34,7 MPa
(mẫu thí nghiệm hình trụ D × H = 150 × 300 mm)

ả

ị cường
ủ ở 28 ngày tuổi
ớ
ử ụ
Mơ đun đàn
hồi củađộbê tơng
(mẫu thí nghiệm hình trụ D × H = 150 × 300 mm)

Cường độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi (mẫu
hạn chảy của thép ∅12
thí Giới
nghiệm
hình trụ D u
u
Giới hạn chảy của thép ∅10

Mô đun đàn hồi của bê tông ở 28 ngày tuổi (mẫu thí
nghiệm hình trụ D u Bảng 2. Đặc
u trưng cơ học của tấm CFRP

ế ạ

ẫ

410 MPa
380 MPa

Chiều
dàycủa
tấmthép
tf ‡
Giới hạn
chảy

0,111 mm

Cường độ chịu kéo cực hạn R f
Giới hạn
chảy của thép ‡

3400 MPa

Mô đun đàn hồi E f

ầ

32500 MPa

95,5 GPa

Tấm CFRP sử dụng gia cường và keo dán epoxy do hãng Toray (Nhật Bản) sản
Độ dãn dài cực hạn ε f u
1,6%
xuất. Các thông số cơ học của vật liệu này do nhà sản xuất cung cấp và được trình bày
ở Bảng
3.2. Quy trình tạo, giữ tải trọng ban đầu tác dụng lên dầm và thi công dán tấm CFRP

ảng 2. Đặc trưng cơ họ

ủ ấ

Để tạo tải trọng ban đầu tác dụng lên các mẫu dầm D-1, D-2 và duy trì tải trọng này khơng đổi
trong suốt quá trình
gia dày
cường,
sử tdụng kết hợp hệ thiết bị gia tải và giữ tải gồm kích thủy lực, khung
Chiều
tấm
phản lực, dầm phân tải và các bu lông neo. Đầu tiên, sử dụng kích thủy lực, khung phản lực và dầm
phân tải tạo ra 02
tải trọng
trung
giá hạn
trị bằng
R nhau tác dụng lên dầm (Hình 6). Tiếp đến, tăng
Cường
độtập
chịu
kéocócực
tải trọng tác dụng lên các mẫu dầm cho đến khi các mẫu dầm bị nứt và bề rộng vết nứt lớn nhất trên

các mẫu dầm này
có đun
giá trị
bằng
Mơ
đàn
hồi0,2E mm. Bề rộng của vết nứt được đo đạc bằng thiết bị quang học
chuyên dụng trong suốt quá trình gia tải trọng (Hình 7). Sau khi đã tạo ra được tải trọng ban đầu có
độ lớn u cầu, sử dụng 02 bu lơng neo để neo giữ hệ dầm phân tải xuống sàn chịu lực của Phịng thí
Độ dãn dài cực hạn H
nghiệm, sau đó giải phóng hệ kích thủy lực và khung gia tải. Tải trọng ban đầu được duy trì thơng qua
lực kéo trong các bu lông neo. Sự làm việc ổn định của cơ cấu bu lông neo và dầm phân tải được theo
ạ
ữ ả ọng ban đầ
ụ
ầ
ấ
dõi, kiểm tra thông qua việc đo đạc biến dạng tương đối của hai thanh cốt thép chịu kéo ∅12 trong
dầm. Sử
(Strain
gauges),
hiệu
St1dầm
và St2, dán lên các
cốttải
thép
trước
Đểdụng
tạo 02
tảiphiến

trọngđiện
bantrở
đầu
tác dụng
lênkýcác
mẫu
và thanh
duy trì
trọng
khi đổ bê tơng, để đo biến dạng (Hình 9). Kết quả đo biến dạng cho thấy cơ cấu giữ tải làm việc ổn
này không đổi trong śt q trình gia cường, sử dụng kết hợp hệ thiết bị gia tải và giữ
định, đảm bảo duy trì tải trọng ban đầu ổn định trong suốt q trình thi cơng gia cường các mẫu dầm.

tải gồm kích thủy lực, khung phản lực, dầm phân tải và các bu lơng neo. Đầu tiên, sử
6
dụng kích thủy lực, khung phản lực và dầm phân
tải tạo ra 02 tải trọng tập trung có giá
trị bằng nhau tác dụng lên dầm
Tiếp đến, tăng tải trọng tác dụng lên các mẫu


việc
việc ổn
ổn định,
định, đảm
đảm bảo
bảo duy
duy trì
trì tải
tải trọng

trọng ban
ban đầu ổn định trong śt q trình thi cơng gia
bề
mặt
bê
tơng
đáy
dầm
(đã
được
mài
nhẵn, phẳng); dán tấm CFRP có kích thước dài u
cường
cường các
các mẫu
mẫu dầm.
dầm.
rộng = 1950 u 120 mm; quét lớp keo phủ. Sau khi dán 48 giờ, lớp keo dán khô cứng và
Đ., và
cs. / Tạp
chí Khoa
nghệ Xây
tấm CFRP đảm bảo điềuQuỳnh,
kiệnD.làm
việc,
cơng
tác học
thíCơng
nghiệm
đớidựng

với các dầm gia cường
được tiến hành

Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE

bề mặt bê tông đáy dầm (đã được mài nhẵn, phẳng); dán tấm CFRP có kích thước dài u
rộng = 1950 u 120 mm; quét lớp keo phủ. Sau khi dán 48 giờ, lớp keo dán khơ cứng và
tấm Hình
CFRP
đảm
điều
kiện
làm
việc,
cơng
nghiệm
đới
với
các
dầm
giakéocường
6. Sơ
đồ
tạobảo
tải
ban
đầu tác
dụng
lêndụng
các

Hìnhthí
7. Đo
bề rộng
vùng
bê
tơng
chịu
Sơ
đồ
tạo
tảitrọng
trọng
ban
đầu
tác
.. Sơ
đồ
tạo
tải
trọng
ban
đầu
tác
lêntác
. Đokhe
bềnứt
rộng
khe
nứt
mẫu dầm thí nghiệm

được tiến hành
các mẫu
mẫu dầm
dầm thí
thí nghiệm
nghiệm
các
vùng bê tông chịu kéo
. Dán tấm FRP gia cường ở đáy dầm

Trong
Bảng 33 trình
trình
bàyốgiá
giá trị
trịụ của
củaụtảiđotrọng ban đầu, ký hiệu P tác dụng lên các
Trong
3.3.
Sơ đồBảng
ệ bày
mẫu dầm
dầm thí
thí
nghiệm
và
tỷ sớ
sớ tiếp
giữatục
tảithí

trọng
hoại
mẫu
nghiệm
tỷ
giữa
tải
trọng
ban đầu
và các
tải trọng
cựctheo
hạn đúng
gây phá
Sau
khi giavà
cường,
nghiệm
gia tải
mẫu dầm
sơ đồ
tác
P
P
P
dầm,
Tải
trọng
cực
hạn

có
giá
trị
bằng
kN
được
xác
định
từ
kết
quả
P Ptải trọng
P cụ
dầm,dụng
Tải trọng
cực03
hạn
cóđo chuyển vị điện tử, ký hiệu
ban đầu.
dụng
trímẫu
ở haidầm
gới đới
tựa
và
ở tiếtDdiện giữa dầm cho phép xác định độ võng
thí nghiệm
nghiệm ́n
́nđược
phá bớ

hoại
mẫu
dầm
đới chứng
chứng
thí
phá
hoại
của dầm dưới tác dụng của tải trọng. Giá trị tải trọng tác dụng lên dầm được xác định
Bảng 33 Giá
Giá trị
trị tải
tải trọng
trọng ban
ban đầu
đầu tác
tác dụng
dụng lên các mẫu dầm thí nghiệm và bề rộng vết
Bảng
thông qua dụng cụ đo lực điện tử (Load cell) 200 kN. Các dụng cụ đo lực, đo chuyển vị
nứt tương ứng
nứt
được kết nối với bộ thu thập và xử lý số liệu TDS 530 (do hãng Tokyo Sokki của Nhật
Bềthírộng
vết (01 giây/lần
bản sản xuất) cho phép ghi nhận tự động và đồng thời các sớ liệu
nghiệm
Hình
Dán
CFRPgia

gia cường
cường
dầm D-1
và
D-2lớn nhất
tấm
FRP
ở đáy
dầm
nứt
Mẫu dầm
dầm thí
thí . Dán
Giá8.trị
trị
tảitấm
trọng
P ở đáy
Mẫu
Giá
tải
trọng
nghiệm ệ ban
banốđầu
đầu PPụ
tương ứng
3.3. Sơ đồnghiệm
ụ đo

Sau khi gia cường, tiếp tục thí nghiệm gia tải các mẫu dầm theo đúng sơ đồ tác

dụng tải trọng ban đầu. 03 dụng cụ đo chuyển vị điện tử, ký hiệu
bớ trívà
ở giữ
hai
tựa và
tiết diện
cho phép
độ võng
Sau khi
khiđược
tác dụng
dụng
và
giữ gối
ổn định
định
tảiởtrọng
ban giữa
đầu, dầm
tiến hành
côngxác
tác định
thi cơng
Sau
tác
ổn
tấmdầm
CFRP.
Các
cơng

đoạn
thi
cơng
chính
lớptác
keodụng
epoxy
dụngxác
lên định
của
dưới
táccơng
dụng
củathi
tảicơng
trọng.
Giá gồm
trị tảiqt
trọng
lênchun
dầm được
tấm
CFRP.
Các
đoạn
chính
thơng qua dụng cụ đo lực điện tử (Load cell) 200 kN. Các dụng cụ đo lực, đo chuyển vị
được kết nối với bộ thu thập và xử lý số liệu TDS 530 (do hãng Tokyo Sokki của Nhật
bản sản xuất) cho phép ghi nhận tự động và đồng thời các sớ liệu thí nghiệm (01 giây/lần
9. Bố

thí nghiệm
dầmBTCT
BTCT được
gia gia
cường
. Hình
Bớ trí
thítrínghiệm
dầm
được
cường

4. Phân tích và đánh giá kế

ả

Trong Bảng 3 trình bày giá trị của tải trọng ban đầu, ký hiệu P0 , tác dụng lên các mẫu dầm thí
nghiệm vàệtỷảsố giữa
hạnđược
gây phá
ọ tải– trọng
độ ban đầu ứvà tải ửtrọng
ủ cựcầm
giahoại
cườdầm, P0 /Pmax . Tải trọng
cực hạn Pmax có giá trị bằng 30,5 kN được xác định từ kết quả thí nghiệm uốn phá hoại mẫu dầm đối
10). bày biểu đồ quan hệ tải trọng và độ võng của các mẫu dầm
chứng D-0 (xem Hìnhtrình

thí nghiệm. Đới với dầm đới chứng 0, có thể thấy dầm bị phá hoại dẻo, sự làm việc

của dầm được chia thành 3 giai đoạn chính: 7giai đoạn trước khi nứt OA, giai đoạn làm


Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE

việc sau nứt đến khi cốt thép chịu kéo bị chảy dẻo AB (điểm B tương ứng thời điểm cốt
Quỳnh,
D. Đ.,
và BC
cs. / tương
Tạp chíứng
Khoavới
họcsự
Cơng
thép bị chảy dẻo)
và giai
đoạn
làmnghệ
việcXây
củadựng
bê tơng vùng nén,
điểm
C
ứng
với
thời
điểm
bê
tơng
vùng

nén
bị
ép
vỡ
và
dầm
bị
phá
hoại
hồnvết
tồn.
Bảng 3. Giá trị tải trọng ban đầu tác dụng lên các mẫu dầm thí nghiệm và bề rộng
nứt Đới
tương ứng
với các mẫu dầm gia cường
, có thể thấy do dầm đã bị nứt nên sự làm việc
có thể chia thành 2 giai đoạn: giai đoạn OB với điểm B tương
cốt thép
P0 ứng thời điểm
Bề rộng
vết nứt lớn
(%)
Mẫu dầm thí nghiệm
Giá trị tải trọng ban đầu P0 (kN)
chịu kéo bị chảy dẻo, giai đoạn BC tương ứng với sự làm việc
của tấm FRP
giatương
cườngứng (mm)
nhất
Pmax

của bê tông vùng nén, điểm C ứng với thời điểm tấm FRP bị đứt và bê tông vùng
D-1, D-2
15,0
50%
0,2
nén bị ép vỡ

Hình 10.. Biểu
Biểuđồ
đồquan
quan hệ
hệ tải
tải trọng
trọng –– độ
độ võng
võng của
của các
các mẫu
mẫu dầm
dầm thí
thí nghiệm
nghiệm
Có thể nhận thấy sự tham gia làm việc của tấm CFRP gia cường thể hiện rõ nét
trong
giai
. Trong
đoạn ban
này, đầu,
độ cứng
các tác

mẫuthidầm
D dán tấm CFRP. Các
Sau khi tác dụngđoạn
và giữ ổn
định giai
tải trọng
tiến ́n
hànhcủa
cơng
cơng
đáng chính
kể so với
dầm
chứng
. Sự giadụng
tăng lên
nàybề
được
cơng đoạntăng
thi cơng
gồmmẫu
qt
lớpđới
keo
epoxy chun
mặtgiải
bê thích
tơng bởi:
đáy (1)
dầm (đã được

tấm
CFRP
tham
gia
làm
việc;
(2)
khi
dầm
bị
nứt
trước
do
tải
trọng
ban
đầu
sẽ
làm
giảm
mài nhẵn, phẳng); dán tấm CFRP có kích thước dài × rộng = 1950 × 120 mm; quét lớp
keo phủ. Sau
chiều
cao
vùng
nén,
dẫn
đến
tăng
khoảng

cách
từ
trọng
tâm
cốt
thép
chịu
kéo
và
từ
tấm
khi dán 48 giờ, lớp keo dán khô cứng và tấm CFRP đảm bảo điều kiện làm việc, cơng tác thí nghiệm
đến cường
điểm đặt
hợptiến
lực hành.
của các nội lực trong vùng chịu nén, do đó làm tăng độ
đối với cácCFRP
dầm gia
được
cứng uốn của tiết diện dầm.

3.3. Sơ đồ thí nghiệm
bốthép
trí dụng
Sau khivàcớt
vùng cụ
kéođo
bị chảy dẻo, khả năng chịu lực của các mẫu dầm gia
phụ thuộc

chịugia
lựctải
củacác
bê mẫu
tơng dầm
vùng theo
nén và
của sơ
tấmđồ
CFRP.
Trong
Sau khicường
gia cường,
tiếpvào
tụckhả
thí năng
nghiệm
đúng
tác dụng
tải trọng ban
giai
đoạn
này
tấm
CFRP
ngồi
việc
đảm
bảo
độ

cứng
́n
của
các
mẫu
dầm
cao
hơn
so
đầu. 03 dụng cụ đo chuyển vị điện tử, ký hiệu LVDT-1, LVDT-2, LVDT-3, được bố trí ở hai gối tựa và
đớicho
chứng
phần
dầm.của
Tảitảitrọng
cựcGiá
hạntrị tải trọng
ở tiết diện với
giữadầm
dầm
phépcịn
xácgóp
định
độtăng
võngkhả
củanăng
dầmchịu
dướilựctáccủa
dụng
trọng.

gâydầm
phá hoại
dầm
gia cường
tăng trung
mẫucell)
dầm 200
đới chứng.
tác dụng lên
đượccác
xácmẫu
định
thơng
qua dụng
cụ đobình
lực 10%
điện so
tử với
(Load
kN. Các dụng cụ
đo lực, đo chuyểnTừvịcác
được
vớitích,
bộ có
thuthể
thập
lý quả
số liệu
530cường
(do hãng

Tokyo Sokki của
kết kết
quảnối
phân
thấyvàrõxử
hiệu
của TDS
việc gia
dầm BTCT
Nhật bản sản
xuất)
cho
phép
ghi
nhận
tự
động
và
đồng
thời
các
số
liệu
thí
nghiệm
(01
giây/lần ghi).
chịu tải trọng ban đầu. Hiệu quả gia cường thể hiện rõ nét ở giai đoạn trước khi cớt thép

4. Phân tích và đánh giá kết quả

4.1. Quan hệ tải trọng – độ võng và ứng xử của dầm được gia cường
Trên Hình 10 trình bày biểu đồ quan hệ tải trọng và độ võng của các mẫu dầm thí nghiệm. Đối
với dầm đối chứng D-0, có thể thấy dầm bị phá hoại dẻo, sự làm việc của dầm được chia thành 3 giai
đoạn chính: giai đoạn trước khi nứt OA, giai đoạn làm việc sau nứt đến khi cốt thép chịu kéo bị chảy
dẻo AB (điểm B tương ứng thời điểm cốt thép bị chảy dẻo) và giai đoạn BC tương ứng với sự làm
việc của bê tông vùng nén, điểm C ứng với thời điểm bê tông vùng nén bị ép vỡ và dầm bị phá hoại
8


Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE
Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng

chịuhồn
kéotồn.
bị chảy
Tương
với D-1
thờivàđiểm
này,
vếtđãnứt
đonên
được
trên
Đối vớidẻo.
các mẫu
dầm ứng
gia cường
D-2, có
thể bề
thấyrộng

do dầm
bị nứt
sự làm
việcdầm
cóđạt
thể chia
2 giai
giaibằng
đoạn OB với điểm
B tương
ứng thời
điểmTCVN
cốt thép 5574:
chịu kéo2018
bị chảy
cũng
đếnthành
giá trị
chođoạn:
phép
theo
quy định
trong
[

dẻo, giai đoạn BC tương ứng với sự làm việc của tấm CFRP gia cường và của bê tông vùng nén, điểm
C ứng với thời điểmBảng
tấm CFRP
bê tải
tôngtrọng

vùng nén
bị épvõng
vỡ. đặc trưng
4. bị đứt vàtrị
và độ
Có thể nhận thấy sự tham gia làm việc của tấm CFRP gia cường thể hiện rõ nét trong giai đoạn
OB. Trong giai đoạn này, Tải
độ cứng
uốn của các
dầm
D-1 và D-2
đáng kể so
vớivõng
mẫu dầm
trọng
Tảităng
trọng
Độmẫu
võng
khi
Độ
khiđối
chứngMẫu
D-0. Sự
gia tăng này được giải thích bởi: (1) tấm CFRP tham gia làm việc; (2) khi dầm bị nứt
dầm
gây chảy cốt
gâyđến
phá
hoại

bịtrọng
phá tâm
trước do tải trọng ban đầu sẽ làm giảm chiềucớt
cao thép
vùng nén, dẫn
tăng
khoảng dầm
cách từ
thí nghiệm
cốt thép chịu kéo và từ tấm CFRP đến điểmchảy
đặt hợp
lực của các nội lực trong vùng
chịu(mm)
nén, do đó
(mm)
hoại
làm tăng độ cứng uốn của tiết diện dầm.
Sau khi cốt thép vùng kéo bị chảy dẻo, khả năng chịu lực của các mẫu dầm gia cường phụ thuộc
vào khả năng chịu lực của bê tông vùng nén và của tấm CFRP. Trong giai đoạn này tấm CFRP ngoài
việc đảm bảo độ cứng uốn của các mẫu dầm cao hơn so với dầm đối chứng cịn góp phần tăng khả
năng chịu lực của dầm. Tải trọng cực hạn gây phá hoại các mẫu dầm gia cường tăng trung bình 10%
so với mẫu dầm đối chứng.
Từ các kết quả phân tích, có thể thấy rõ hiệu quả của việc gia cường dầm BTCT chịu tải trọng ban
4.2.đầu.
CơHiệu
chếquả gia cường
ạ thể hiện
ẫ rõầnét ở giai đoạn trước khi cốt thép chịu kéo bị chảy dẻo. Tương
ứng với thời điểm này, bề rộng vết nứt đo được trên dầm cũng đạt đến giá trị cho phép bằng 0,3 mm
theoMẫu

quy định
trong
5574:2018
dầm
đớiTCVN
chứng
D 0 bị[8].
phá hoại dẻo. Trên
trình bày hình ảnh phá

hoại4.2.
điển
của
mẫu
Cơhình
chế phá
hoại các
mẫudầm
dầm được gia cường. Các mẫu dầm này đều bị phá hoại theo
cơ chếMẫu
đầudầm
tiênđối
cốtchứng
thépD-0
vùng
chịu
kéo
chảy
dẻo,
triển

nén và
bị phá
hoại
dẻo.bịTrên
Hình
11 vết
trìnhnứt
bày phát
hình ảnh
pháđến
hoạivùng
điển hình
của 02vùng
mẫu dầm
cường.
dầm
này đều
phá Đây
hoại theo
cơ chế
đầu tiên
cốt thép
bê tông
nén được
bị épgiavỡ,
tiếpCác
đếnmẫu
tấm
CFRP
bị bịđứt.

là một
trong
những
cơ chế
vùng chịu kéo bị chảy dẻo, vết nứt phát triển đến vùng nén và bê tông vùng nén bị ép vỡ, tiếp đến
phá hoại điển hình của kết cấu dầm BTCT được gia cường kháng uốn bằng vật liệu
tấm CFRP bị đứt. Đây là một trong những cơ chế phá hoại điển hình của kết cấu dầm BTCT được gia
CFRP
bên
cạnh
chếvậtphá
bị bong
bề mặt
bê tông
cường
kháng
uốncơ
bằng
liệuhoại
CFRPdo
bêntấm
cạnhCFRP
cơ chế phá
hoại dokhỏi
tấm CFRP
bị bong
khỏi bề mặt bê Kết
quảthấy
này cũng
có giới hạn

sự tham
gia chịu
lựccủa
của tấm
trong
quảtơng
này[1–3].
cũngKết
cho
cầncho
có thấy
giớicần
hạn
sự cho
tham
gia chịu
lực
tấmCFRP
CFRP
trong
việc gia cường để tránh xảy ra phá hoại đứt tấm CFRP vì đây là dạng phá hoại đột ngột.
việc gia cường để tránh xảy ra phá hoại đứt tấm CFRP vì đây là dạng phá hoại đột ngột.

. Hình
ảnhảnh
phá
củacác dầmdầm
Hình
11. Hình
pháhoại

hoại của
D-1 và D-2
ả năng chị

ự

ủ

ầm được gia cườ

ế

ự

4.3.
ệ So sánh khả năng chịu lực của dầm được gia cường theo lý thuyết và theo thực nghiệm

Căn cứ vào cơ chế phá hoại của các mẫu dầm gia cường trình bày ở mục 4.2, có thể thấy các giả
cứ vào
cơ chế
củadầm
cácgiamẫu
dầm
bày
ở Biến
mụcdạng
thiếtCăn
tính tốn
khả năng
chịuphá

lực hoại
của mẫu
cường
trìnhgia
bàycường
ở mục trình
2 là phù
hợp.

thể thấy các giả thiết tính tốn khả năng chịu
9 lực của mẫu dầm gia cường trình bày ở
mục 2 là phù hợp. Biến dạng của tấm CFRP H được tính theo công thức (7) dựa trên cơ
sở biến dạng ban đầu H . Kết quả tính tốn cho thấy giá trị H ớn hơn biến dạng cực


Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng

của tấm CFRP ε f được tính theo công thức (7) dựa trên cơ sở biến dạng ban đầu ε0 . Kết quả tính tốn
cho thấy giá trị ε f lớn hơn biến dạng cực hạn của tấm CFRP. Kết quả này cũng phù hợp với việc tấm
CFRP bị đứt trong quá trình gia tải. Do vậy trong tính tốn, biến dạng của tấm CFRP được lấy bằng
biến dạng cực hạn ε f u . Khả năng chịu lực của mẫu dầm sau gia cường được xác định theo công thức
(9) và được tổng hợp trong Bảng 4, trong đó giá trị tải trọng gây phá hoại các mẫu dầm gia cường
Pmax được lấy theo Bảng 5. Tỷ số Pmax /Ptt thu được cho thấy kết quả tính tốn lý thuyết phù hợp với
kết quả thu được từ thực nghiệm.
Bảng 4. So sánh khả năng chịu lực của dầm gia cường theo tính tốn và theo thực nghiệm

Tên dầm

Biến dạng ε0
(% theo công

thức (5))

Biến dạng ε f
(% theo cơng
thức (7))

Biến dạng của tấm
CFRP sử dụng trong
tính tốn ε f u (%)

Tải trọng gây
phá hoại theo
tính tốn Ptt (kN)

Tỷ số
Pmax
Ptt

D-1
D-2

0,0018
0,0018

0,0335
0,0335

0,016
0,016

31,10
31,10

1,11
1,05

Bảng 5. Các giá trị tải trọng và độ võng đặc trưng

Mẫu dầm
thí nghiệm

Tải trọng gây chảy
cốt thép Py (kN)

Độ võng khi
cốt thép chảy (mm)

Tải trọng gây
phá hoại Pmax (kN)

Độ võng khi dầm bị
phá hoại (mm)

D-0
D-1
D-2

27,5
26,2
26,5

9,0
4,2
3,8

30,5
34,8
32,6

37,0
24,8
22,0

5. Kết luận
Nội dung bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm BTCT được gia
cường kháng uốn ở trạng thái đang chịu tải. Đây là trường hợp gia cường phù hợp với thực tế làm việc
của kết cấu cơng trình, khi mà kết cấu được gia cường đã bị võng, nứt. Từ các kết quả thu được, có thể
rút ra những kết luận chính sau:
- Sử dụng tấm CFRP nhằm gia cường kháng uốn kết cấu BTCT ở trạng thái đang chịu tải là một
giải pháp hiệu quả. Kết quả thu được cho thấy trong trường hợp dầm BTCT đã bị võng, nứt thì hiệu
quả gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP vẫn được chứng minh thông qua sự gia tăng độ cứng uốn
và khả năng chịu lực của dầm được gia cường.
- Cơ chế phá hoại kết cấu gia cường thu được trong nghiên cứu này là tấm CFRP bị đứt. Đây là
dạng phá hoại đột ngột. Vì vậy trong quá trình thiết kế gia cường kháng uốn cần hạn chế ứng suất
trong tấm CFRP. Việc giảm tối đa tải trọng tác dụng lên kết cấu ở thời điểm gia cường cũng cần được
lưu ý để phát huy khả năng làm việc của tấm CFRP.
Tài liệu tham khảo
[1] ACI 440.2R (2017). Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for
Strengthening Concrete Structures. Reported by ACI Committee 440, American Concrete Institute.

10


Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng

[2] FIP Bulletin No14 (2001). Externally Bonded FRP Reinforcement for RC structures. Technical Report,
Bulletin 14, International Federation for Structural Concrete (fib).
[3] ISIS (2008). FRP Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures, Design Manual 4, Version 2. The
Canadian Network of Centres of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative Structures (ISIS Network).
[4] Hiếu, N. T., Cường, L. T. (2020). Gia cường kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu tấm CFRP composite.
Nhà xuất bản Xây dựng.
[5] TR55 (2000). Design guidance for strengthening concrete structures using fibre composite materials.
Concrete Society Technical Report 55, The Concrete Society, Crowthorne, UK.
[6] JSCE (2001). Recommendations for Upgrading of Concrete Structures with Use of Continuous Fiber
Sheet. Concrete Engineering Series 41, Japan Society of Civil Engineering.
[7] Bank, L. C. (2006). Composites for construction: structural design with FRP materials. John Wiley &
Sons.
[8] TCVN 5574:2018. Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
[9] Nguyen, M. H., Tran, T. D. (2016). Experimental Studty on Flexural Strengthening of One - Way Reinforced Concrete Slabs Using Carbon and Glass Fiber Reinforced Polymer Sheets. The 7th International
Conference of Asian Concrete Federation (ACF 2016), Hà Nội, Việt Nam.
[10] Hiếu, N. T. (2015). Nghiên cứu thực nghiệm hiệu quả gia cường kháng uốn dầm bê tông cốt thép bằng vật
liệu tấm sợi composite. Tạp chí Khoa học cơng nghệ, Viện Khoa học công nghệ Xây dựng IBST, 1:3–9.
[11] N.T. Hiếu, L. C. (2018). Nghiên cứu thực nghiệm hiệu quả gia cường dầm bê tông cốt thép chịu xoắn
bằng vật liệu tấm sợi các bon CFRP. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Việt Nam, 60(3).
[12] Hùng, H. M., Hiếu, N. T. (2021). Hiệu quả gia cường kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép bằng vật liệu
tấm sợi các bon. Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 15(1V):102–111.
[13] Hoa, H. P., Minh, P. D. (2014). Nghiên cứu gia cường dầm bê tông cốt thép bằng tấm vật liệu composite
sợi cacbon. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, 3(76):28–31.
[14] Lâm, C. V., Lan, N. (2016). Đánh giá hiệu quả của các biện pháp gia cường sức kháng cắt đối với cầu
bê tông cốt thép thường bằng phần mềm abaqus và thực nghiệm. Tạp chí Giao thơng vận tải, (3/2016):

53–56.
[15] Thomsen, H., Spacone, E., Limkatanyu, S., Camata, G. (2004). Failure Mode Analyses of Reinforced
Concrete Beams Strengthened in Flexure with Externally Bonded Fiber-Reinforced Polymers. Journal of
Composites for Construction, 8(2):123–131.
[16] Lam, L., Teng, J. G. (2003). Design-oriented stress–strain model for FRP-confined concrete. Construction
and Building Materials, 17(6-7):471–489.
[17] Mander, J. B., Priestley, M. J. N., Park, R. (1988). Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete.
Journal of Structural Engineering, 114(8):1804–1826.
[18] Thomsen, H., Spacone, E., Limkatanyu, S., Camata, G. (2004). Failure Mode Analyses of Reinforced
Concrete Beams Strengthened in Flexure with Externally Bonded Fiber-Reinforced Polymers. Journal of
Composites for Construction, 8(2):123–131.
[19] Hassan, M., Chaallal, O. (2007). Fiber-Reinforced Polymer Confined Rectangular Columns: Assessment
of Models and Design Guidelines. ACI Structural Journal, 104(6).

11