Nghiên cứu tính toán khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt FRP (tóm tắt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
------------------

LÊ SONG TÙNG

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT FRP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Hà Nội – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
------------------

LÊ SONG TÙNG
KHĨA: 2018-2020

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT FRP
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
Mã số: 8.58.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. ĐẶNG VŨ HIỆP

Hà Nội – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
------------------

LÊ SONG TÙNG
KHĨA: 2018-2020

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT FRP
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
Mã số: 8.58.02.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. ĐẶNG VŨ HIỆP

XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội – 2020


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đặng Vũ Hiệp, người trực tiếp
hướng dẫn tận tình và chu đáo, cho nhiều chỉ dẫn và tài liệu khoa học liên quan và
thường xuyên tạo điều kiện cũng như động viên trong suốt quá trình làm và hồn
thành luận văn.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các giảng viên Khoa Xây Dựng, Khoa Sau đại học
trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội và các bạn đồng nghiệp, các bạn học viên đã tạo
điều kiện thuận lợi, giúp đỡ và hợp tác trong quá trình làm luận văn.
Luận văn đã được nghiên cứu và hoàn thiện một cách cố gắng, cẩn thận và tỉ mỉ tuy
nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên có thể khơng tránh khỏi thiếu sót.
Tác giả rất mong được sự quan tâm, góp ý của Quý Thầy Cơ và các bạn đồng
nghiệp để tác giả hồn thiện hơn về kiến thức để từ đó phát triển và đóng góp vào
nền tri thức của ngành Xây dựng dân dụng và cơng nghiệp nói riêng và ngành Xây
Dựng nói chung.
Một lần nữa tác giả xin cảm ơn và Kính chúc tồn thể Thầy Cơ giáo và các bạn bè,
các bạn đồng nghiệp sức khỏe, thành công.
Trân trọng cảm ơn.
Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2020
Tác giả

Lê Song Tùng


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các thơng tin, tài liệu trích
dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được cơng bố trong các cơng
trình nghiên cứu nào khác.
Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2020
Tác giả

Lê Song Tùng


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................
MỤC LỤC ..................................................................................................................
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
* Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 1
* Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 1
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 1
* Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 1
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................. 1
NỘI DUNG .............................................................................................................. 3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CỐT FRP
TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH.................................................................... 3
1.1 Giới thiệu về cốt FRP .......................................................................................... 3
1.2 Lịch sử, phân loại, ưu và nhược điểm kết cấu bê tơng cốt FRP ............................ 9
1.3 Tình hình sử dụng cốt FRP trong cơng trình xây dựng ....................................... 12
1.3.1 Tình hình sử dụng cốt FRP trong nước ........................................................... 12
1.3.2 Tình hình sử dụng cốt FRP trên thế giới.......................................................... 14
1.4 Một số nghiên cứu thực nghiệm trong và ngoài nước......................................... 15
1.4.1 Một số nghiên cứu trong nước ........................................................................ 15
1.4.2 Một số nghiên cứu ngoài nước ....................................................................... 25

1.5 Nhận xét ............................................................................................................ 29
CHƯƠNG II. TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM
CỐT FRP ............................................................................................................... 31
2.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 31
2.2 Tính tốn khả năng chịu cắt cho dầm bê tơng cốt thép thường theo tiêu chuẩn
TCVN 5574 - 2018 .................................................................................................. 31
2.3 Tính tốn khả năng chịu cắt cho dầm bê tông cốt FRP theo một số tiêu chuẩn ... 34
2.3.1 Tiêu chuẩn ACI 440.1R- 06 (dựa trên đề nghị của Tureyen và Frosch) ........... 34


a. Tính tốn dầm bê tơng cốt thép chịu cắt theo ACI 318 ......................................... 34
b. Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo ACI 440.1R - 06 ............................ 36
2.3.2 Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo CSA-S806 ................................ 39
2.3.3 Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo JSCE – 1997 ............................. 40
2.4 Nhận xét ............................................................................................................ 43
CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TỐN KHẢ
NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TƠNG SỬ DỤNG CỐT FRP ...................... 44
3.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 44
3.2 Dầm sử dụng cốt G-FRP .................................................................................... 44
3.2.1 Tính tốn dầm bê tông sử dụng cốt G-FRP theo tiêu chuẩn ACI 440.1R-06.... 44
3.2.2 Tính tốn dầm bê tơng sử dụng cốt G-FRP theo tiêu chuẩn CSA S806-02 ...... 46
3.2.3 Tính tốn dầm bê tông cốt FRP chịu cắt theo tiêu chuẩn JSCE - 1997 ............ 47
3.3 Dầm sử dụng cốt C-FRP .................................................................................... 48
3.3.1 Tính tốn dầm bê tơng sử dụng cốt C-FRP theo tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 .... 49
3.3.2 Tính tốn dầm bê tông sử dụng cốt C-FRP theo tiêu chuẩn CSA S806-02 ...... 49
3.3.3 Tính tốn dầm bê tơng cốt C-FRP chịu cắt theo tiêu chuẩn JSCE-1997........... 50
3.4 Dầm sử dụng cốt B-FRP .................................................................................... 51
3.4.1 Tính tốn dầm bê tơng sử dụng cốt B-FRP theo tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 .... 51
3.4.2 Tính tốn dầm bê tơng sử dụng cốt B-FRP theo tiêu chuẩn CSA S806-02 ...... 53
3.4.3 Tính tốn dầm bê tông cốt B-FRP chịu cắt theo JSCE-1997 ........................... 54

3.5 Đề xuất công thức dựa trên TCVN 5574-2018 để thiết kế chịu cắt cho dầm cốt
FRP ......................................................................................................................... 73
3.5.1 Cơ sở thiết lập công thức ................................................................................ 73
3.5.2 Đề xuất công thức ........................................................................................... 75
3.5.3 Đánh giá công thức đề xuất ............................................................................. 76
3.5.4 Khảo sát một số tham số trong công thức đề xuất ........................................... 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 92
Kết luận ................................................................................................................... 92
Kiến nghị................................................................................................................. 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Bảng 1.1

Khối lượng riêng của thanh FRP

Bảng 1.2

Bảng hệ số giãn nở nhiệt điển hình của thép và FRP

Bảng 1.3

Hệ số suy giảm do môi trường hệ số CE

Bảng 1.4

Tinh chất chịu kéo thông dụng của thanh cốt FRP

Bảng 1.5

Tính chất cơ lý một số cốt FRP thường gặp hiện nay

Bảng 1.6

Cường độ bê tông của các mẫu thí nghiệm

Bảng 1.7

Các nhóm mẫu dầm thí nghiệm

Bảng 1.8

Tổng hợp kết quả thí nghiệm dầm của Đinh Trọng Huy

Bảng 1.9

Tổng hợp kết quả dầm thí nghiệm dầm của Nguyễn Đức Hồn

Bảng 1.10

Thơng số vật liệu sử dụng làm bê tơng dầm thí nghiệm

Bảng 1.11

Thơng số vật liệu thép và GFRP

Bảng 1.12

Bảng thơng số dầm GFRP thí nghiệm

Bảng 1.13

Tổng hợp kết quả dầm thí nghiệm dầm của Long Nguyen Minh

Bảng 1.14

Tổng hợp kết quả dầm thí nghiệm dầm của Noor cùng cộng sự

Bảng 1.15

Tổng hợp kết quả dầm thí nghiệm dầm của Ghazi cùng cộng sự

Bảng 3.1

Tổng hợp thơng số của các dầm thí nghiệm

Bảng 3.2

Tính theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 440.1R-06

Bảng 3.3

Tính theo tiêu chuẩn Nhật Bản JSCE-1997

Bảng 3.4

Tính theo tiêu chuẩn Canada CSA S806-02

Bảng 3.5

Tính theo công thức đề xuất dựa trên TCVN 5574:2018

Bảng 3.6

Tổng hợp kết quả theo các tiêu chuẩn

Bảng 3.7

Khảo sát tham số Ef

Bảng 3.8

Khảo sát tham số ρf

Bảng 3.9

Khảo sát tham số d/a

Bảng 3.10

Khảo sát tham số f’ct


DANH MỤC HÌNH
Số hiệu hình

Tên hình

Hình 1.1

Cốt FRP dạng thanh

Hình 1.2

Cốt FRP dạng lưới

Hình 1.3

Mặt bằng thi cơng dầm sàn thực tế

Hình 1.4

Thi cơng mặt đường thực tế

Hình 1.5

Mơ hình thiết kế mẫu dầm thí nghiệm dầm bê tơng cốt GFRP

Hình 1.6

Vết nứt nghiêng ở nhịp chịu

Hình 1.7

Mẫu dầm bê tơng cốt thép bị phá hoại

Hình 1.8

Các mẫu dầm bê tơng cốt sợi thủy tinh Ø 12 bị phá hoại

Hình 1.9

Sơ đồ thí nghiệm dầm chịu uốn

Hình 1.10

Thí nghiệm dầm chịu uốn

Hình 1.11

Sơ đồ thí nghiệm dầm

Hình 1.12

Dạng vết nứt của dầm do chịu cắt

Hình 1.13

Mơ hình thí nghiệm dầm cốt GFRP chịu cắt

Hình 1.14

Mơ hình thí nghiệm dầm bê tơng cốt BFRP

Hình 2.1

Sơ đồ tính nội lực cấu kiện bê tơng cốt thép chịu tác dụng của lực cắt

Hình 2.2

Chiều dài yêu cầu của đai FRP

Hình 3.1

Tương quan lực cắt tính tốn theo ACI 440.1R-06 và thực nghiệm

Hình 3.2

Tương quan lực cắt tính tốn theo CSA S806-02 và thực nghiệm

Hình 3.3

Tương quan lực cắt tính tốn theo JSCE-1997 và thực nghiệm

Hình 3.4

Biểu đồ so sánh lực cắt tính tốn theo cơng thức đề xuất và thực
nghiệm

Hình 3.5

Biểu đồ tổng hợp so sánh lực cắt tính tốn theo các tiêu chuẩn và thực
nghiệm

1

MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài
So với kết cấu bê tông cốt thép truyền thống, bê tông cốt FRP có ưu điểm là
khơng bị ăn mịn, độ bền lâu theo thời gian tốt ngay cả khi làm việc trong môi
trường khắc nghiệt, trọng lượng bản thân nhẹ, thân thiện với mơi trường… Do đó
hiện nay trên thế giới ngày càng nhiều cơng trình xây dựng sử dụng cốt FRP thay
thế hoàn toàn hoăc một phần cốt thép truyền thống. Nhiều tiêu chuẩn thiết kế hiện
đại trên thế giới đã đề cập đến việc thiết kế cho loại kết cấu này, tuy nhiên hiện nay
Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn thiết kế riêng.
Vì vậy đề tài đi sâu vào phân tích, đánh giá khả năng chịu cắt cho dầm sử dụng
cốt FRP theo các tiêu chuẩn là cần thiết.
* Mục đích nghiên cứu
Đánh giá khả năng chịu cắt của dầm cốt G-FRP, C-FRP, B-FRP theo một số tiêu
chuẩn nước ngồi. Đề xuất cơng thức xác định khả năng chịu cắt cho dầm cốt
G-FRP, C-FRP, B-FRP dựa theo TCVN 5574:2018.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Dầm bê tông cốt dọc FRP có cốt đai bằng thanh FRP, thép thường hoặc khơng
có cốt đai. Cốt FRP là ba loại G-FRP, C-FRP và B-FRP.
* Phương pháp nghiên cứu
Phân tích và thu thập dữ liệu thực nghiệm.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài đã tìm hiểu về đặc tính cơ học và ứng dụng của cốt FRP trong cơng trình
BTCT. Tìm hiểu phương pháp tính tốn chịu cắt cho dầm cốt FRP theo một số tiêu
chuẩn. Ngoài ra đề tài cịn đề xuất được một cơng thức để tính tốn khả năng chịu
cắt cho dầm bê tơng cốt FRP dựa trên tiêu chuẩn TCVN 5574:2018. Công thức đề


2

xuất được kiểm nghiệm qua các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong và ngoài
nước và cho kết quả phù hợp. Qua đó đóng góp vào việc tính tốn thiết kế, là tài
liệu tham khảo để thực hiện việc tính toán loại kết cấu sử dụng vật liệu mới này.


THƠNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lịng liên hệ với Trung Tâm Thơng tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Luận văn đã nghiên cứu tính tốn khả năng chịu cắt của dầm bê tơng cốt FRP theo
03 tiêu chuẩn tiến tiến ACI 440.1R-06, CSA S806-02 và JSCE-1997. Sau đó đề
xuất một cơng thức dự báo khả năng chịu cắt của bê tông dựa trên
TCVN5574:2018. Các kết quả tính tốn được so sánh với 63 kết quả thực nghiệm
của nhiều tác giả khác. Một số kết luận có thể rút ra như sau :
- Các tiêu chuẩn thiết kế khả năng chịu cắt cho dầm bê tông cốt dọc FRP, cốt đai
FRP hoặc đai thép thường đều cho kết quả thiên về an toàn nếu đánh giá qua tỷ số
Vexp/Vtotal.
- Hai tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 và JSCE-1997 có giá trị trung bình Vexp/Vtotal

gần tương đương nhau và lớn hơn giá trị trung bình khi tính theo tiêu chuẩn CSA
S806-02 khoảng 1,17 lần.
- Công thức đề xuất dự báo khả năng chịu cắt cho dầm bê tông cốt FRP cho tỷ số
Vexp/Vtotal thấp nhất so với 03 tiêu chuẩn trên.
- Kết quả khảo sát công thức đề xuất cho thấy tỷ số a/d ảnh hưởng lớn nhất đến khả
năng chịu cắt của dầm bê tông cốt FRP tương tự như dầm bê tông cốt thép.
Kiến nghị
- Tiếp tục kiểm chứng công thức đề xuất trên phạm vi các thí nghiệm rộng rãi hơn.
- Nghiên cứu khả năng chịu cắt của dầm bê tơng có cốt dọc lai FRP/thép.
- Nghiên cứu sử dụng cốt FRP gia cường khả năng kháng cắt cho dầm, sàn.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Chỉ dẫn thiết kế và thi công kết cấu bê tông thanh polyme cốt sợi (2015), Công ty
cổ phần đầu tư và phát triển công nghệ Đại Học Xây Dựng (NUCETECH) ,
Hà Nội.
2. Nguyễn Đức Hoàn (2014), Nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm bê tơng cốt
sợi thủy tinh có hàm lượng cốt thấp bằng phương pháp thực nghiệm, Luận văn
Thạc sỹ, Đại học Xây dựng, Hà Nội.
3. Đinh Trọng Huy (2015), Nghiên cứu khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt sợi
thủy tinh, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội.
4. TCVN 5574:2018, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - tiêu chuẩn thiết kế .
5. Nguyễn Trâm, Trần Quốc Ca (2012), Kết cấu composite, Nhà Xuất Bản Xây
Dựng, Hà Nội.
Tiếng Anh
6. ACI 440.1R-15 (2015), Guide for the design and construction of structural concrete reinforced with FRP bars, American Concrete Institute.
7. A. Ghani Razaqpur; Burkan O. Isgor, A.M.ASCE; S. Greenaway; and Alistair
Selley4 (2004), Concrete Contribution to the Shear Resistance of Fiber Reinforced Polymer Reinforced Concrete Members, JOURNAL OF COMPOSITES
FOR CONSTRUCTION.

8. Canadian Standards Association (2002), Design and construction of building
components with fiber-reinforced polymers , CAN/CSAS806-02, Mississauga,
ON, Canada.
9. Evan C. Bentz; Laurent Massam; and Michael P. Collins (2010) “Shear Strength
of Large Concrete Members with FRP Reinforcement”, M.ASCE, JOURNAL OF
COMPOSITES FOR CONSTRUCTION ASCE.
10. Ghazi Bahroz Jumaa, Ali Ramadhan Yousif (2019), Size effect on the shear
failure of high-strength concrete beams reinforced with basalt FRP bars and


stirrups, Construction and Building Materials 209.
11. Long Nguyen Minh, Marian Rovnak (2011) , Shear resistance of GFRPreinforced concrete beams, Magazine of Concrete Research.
12. Mohsen A. Issa, F.ASCE; Thilan Ovitigala, Ph.D, P.E , M.ASCE; and Mustapha
Ibrahim, S.M.ASCE (2016), Shear Behavior of Basalt Fiber Reinforced Concrete
Beams with and without Basalt FRP Stirrups, Journal of Composites for Construction ASCE.
13. Noor Azlina A. Hamid, Rendy Thamrin , Azmi Ibrahim , Hanizah Abdul Hamid
,Norhafizah Salleh , Zalipah Jamellodin , Masni A. Majid , and Nur Hafizah A.
Khalid (2016), Shear Strength Prediction for Concrete Beams Reinforced with
GFRP Bars , ISCEE.
14. Japan Society of Civil Engineers (1997), Recommendation for design and con
struction of concrete structures using continuous fiber reinforcing materials,
No.23, Research Committee on Continuous Fiber Reinforced Material, Tokyo.
Website
15.