BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

TRỊNH LIÊN HƯƠNG

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT GFRP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

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

TRỊNH LIÊN HƯƠNG
KHÓA 2013-2015

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT GFRP


Tác giả luận văn

Trịnh Liên Hương


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài

1

Mục đích nghiên cứu

2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2

Phương pháp nghiên cứu

2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài


14

1.2.3 Ưu và nhược điểm của cốt FRP

20

1.2.4 Tình hình phát triển của vật liệu FRP trong lĩnh vực xây dựng

21

1.2.5 Một số công trình đã sử dụng bê tông cốt sợi thủy tinh (GFRP)

25

1.2.6 Các nghiên cứu về bê tông cốt sợi GFRP ở Việt Nam

29


CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU CẤU KIỆN CHỊU UỐN SỬ DỤNG CỐT GFRP

31

2.1 Tính toán cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép và bê tông cốt GFRP 31
theo trạng thái giới hạn I
2.1.1 Tính toán cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép

31

KIẾN NGHỊ

85

TÀI LIỆU THAM KHẢO

86


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
a

chiều cao khối ứng suất trong mặt cắt theo Whitney

Af

diện tích tăng cường FRP

bw

bề rộng của bụng cấu kiện với dầm tiết diện chữ nhật



tỉ số khoảng cách từ trục trung hòa đến mặt kéo và trọng tâm cốt

d

hệ số suy giảm



biến dạng phá hoại (%)

 fu

suất biến dạng phá hủy thiết kế của cốt FRP

 *fu

suất biến dạng phá hủy của thanh FRP (MPa)

 cu

giới hạn biến dạng nén danh định

 fu

biến dạng phá hoại của cốt FRP

fc’

cường độ chịu nén mẫu trụ của bêtông

ff

ứng suất của cấu kiện cốt FRP tại vùng bê tông bị nén

f fu'

cường độ giới hạn thiết kế của GFRP (MPa)

Ie

mô men quán tính hữu hiệu

kb

hệ số xét đến độ dính giữa thanh FRP với môi trường

Ma

mô men uốn lớn nhất do tải trọng tiêu chuẩn gây ra

Mu

mômem uốn lớn nhất do tải trọng tính toán gây ra

Mn

khả năng chịu mômen danh nghĩa của tiết diện

M cr

momen gây nứt

M n

khả năng chịu lực thiết kế

nf


αT

hệ số giãn nở nhiệt của GFRP biến đổi theo hướng ngang

ρf

hệ số gia cường FRP mặt cắt ngang chữ nhật

ρfb

hệ số cân bằng FRP mặt cắt ngang chữ nhật (hàm lượng cốt
FRP trong trường hợp cân bằng)

'

hàm lượng cốt thép chịu nén ở tiết diện giữa nhịp của dầm đơn
giản hoặc dầm liên tục



hệ số, phụ thuộc thời gian duy trì của tải trọng


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1.

Đặc tính kỹ thuật của một số loại sợi thủy tinh

Bảng 1-2.

Tải trọng-độ võng của dầm GFRP 212, P từ 0-4,5 (T)

Bảng 2-6.

Tải trọng-độ võng của dầm GFRP214, P từ 0-4,5 (T)

Bảng 2-7.

Tải trọng-độ võng của dầm GFRP316, P từ 0-4,5 (T)

Bảng 2-8.

Tải trọng-độ võng của dầm BTCT-212, P từ 0-4,5 (T)

Bảng 2-9.

Tải trọng-độ võng của dầm BTCT-214, P từ 0-4,5 (T)

Bảng 2-10.

Tải trọng-độ võng của dầm BTCT-3 16, P từ 0-4,5 (T)

Bảng 3-1.

Kết quả thí nghiệm cường độ mẫu lập phương

Bảng 3-2.

Kết quả thí nghiệm cường độ mẫu lăng trụ


Hình 1-4.

Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông

Hình 1-5.

Biến dạng dẻo của cốt thép

Hình 1-6.

Biểu đồ    của các loại thép

Hình 1-7.

Sợi thủy tinh

Hình 1-8.

Hình dạng thanh cốt sợi thủy tinh

Hình 1-9:

Ứng suất - biến dạng của các loại vật liệu FRP và thép

Hình 1-10.

Thi công chế tạo dầm bản, vách ngăn cốt Composite

Hình 1-11.



Hình 1-19.

Bê tông cốt composite dùng khu vực điện cao thế

Hình 1-20.

Cầu bộ hành qua đường cao tốc Poznan-Kornik BaLan

Hình 1-21.

Cầu bộ hành Apatech ở Moscow Nga

Hình 1-22.

Cầu bộ hành Aberfeldy ở Scotland


Hình 1-23.

Cầu Lleida ở Tây Ban Nha

Hình 1-24.

Kênh thoát nước ở Nga

Hình 1-25.

Ga tàu điện ở Nhật Bản



Biến dạng, ứng suất, lực trong điều kiện cân bằng mặt
cắt cấu kiện cốt FRP

Hình 2-4.

Biến dạng, ứng suất và hợp lực trong mặt cắt bố trí
nhiều cốt FRP

Hình 2-5.

Biến dạng, ứng suất và hợp lực trong mặt cắt cấu kiện
bố trí ít cốt FRP

Hình 2-6.

Sơ đồ tính và cấu tạo của dầm bê tông cốt FRP

Hình 3-1.

Gia tải nén phá hoại mẫu lập phương

Hình 3-2.

Gia tải nén phá hoại mẫu trụ

Hình 3-3.

Tổ mẫu gồm 3 thanh cốt sợi GFRP



Thí nghiệm bám dính thanh GFRP và thép D16

Hình 3-12.

Thí nghiệm bám dính thanh GFRP và thép D18

Hình 3-13.

Ván khuôn dầm thí nghiệm

Hình 3-14.

Dầm được đổ bê tông

Hình 3-15.

Sơ đồ thí nghiệm dầm

Hình 3-16.

Sơ đồ bố trí dụng cụ đo

Hình 3-17.

Thí nghiệm dầm bê tông chịu uốn

Hình 3-18.

Sự phát triển vết nứt của dầm thép và dầm GFRP 2phi12


Hình 3-25.

Biểu đồ quan hệ P-f của dầm BTCT và GFRP 2phi14 đã
bị nứt trước khi gia tải

Hình 3-26.

Biểu đồ quan hệ P-f của dầm BTCT và GFRP 3phi16 đã
bị nứt trước khi gia tải


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Xu hướng xây dựng trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng hiện
nay là xây dựng các công trình với tiến độ nhanh, độ bền tuổi thọ cao, khả
năng chịu lực tốt, trọng lượng công trình giảm và bền vững trong môi trường
nước.
Do địa hình tiếp giáp với biển và có nền khí hậu khắc nghiệt, các công
trình xây dựng ở Việt Nam chịu ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố thời tiết và hơi
nước biển. Các kết cấu công trình như kết cấu thép, kết cấu bêtông cốt thép
sau một thời gian đưa vào khai thác và sử dụng, các vết nứt xuất hiện với bề
rộng và mật độ lớn hơn giới hạn cho phép dẫn đến cốt thép bị ăn mòn làm cho
kết cấu bị suy giảm về khả năng chịu lực.
Ngoài ra, do yêu cầu bảo mật ở các công trình quân sự đòi hỏi phải sử
dụng các kết cấu không dẫn nhiệt, không dẫn điện và đặc biệt không dẫn từ
[6].

năng chịu lực, độ võng, vết nứt).
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
- Thu thập các tài liệu, tiêu chuẩn liên quan đến cốt sợi GFRP và bê tông
cốt sợi GFRP.
- Tìm hiểu các vấn đề liên quan tới tính toán cấu kiện bêtông cốt GFRP
chịu uốn.
- Tổng hợp, phân tích số liệu từ kết quả thí nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ở nước ta, vật liệu cốt sợi GFRP là mới nhưng có tiềm năng ứng dụng là
rất lớn bởi yêu cầu đầu tư xây dựng công trình ở các vùng biển, ven biển và
hải đảo mới bắt đầu phát triển và lợi thế về giá thành của loại vật liệu này trên
thị trường Việt Nam hiện nay quy đổi tương đương cốt thép có cùng khả năng
chịu lực. Việc sử dụng cốt GFRP thay thế cho cốt thép sẽ tiết kiệm từ 7-10%


3

giá trị dự toán xây dựng do không phải chi phí cho khoản mạ kẽm bảo quản
cốt thép [7].
Nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần thúc đẩy phát triển cơ sở kỹ thuật hạ
tầng cho các vùng biển, hải đảo và an ninh quốc phòng cho đất nước. Ứng
dụng của đề tài sẽ mang lại hiệu quả lớn hơn khi kết hợp đồng bộ với giải
pháp kết cấu bê tông sử dụng cát và nước nhiễm mặn.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

bê tông cốt GFRP đặt nhiều thanh tiết diện lớn, độ võng và vết nứt ít hơn so
với dầm bê tông cốt GFRP có hàm lượng cốt thấp.
Nếu làm việc ở trạng thái giới hạn thứ hai thì dầm bê tông cốt GFRP
bất lợi nhiều hơn so với dầm bê tông cốt thép cùng loại (do độ cứng của dầm
bê tông cốt GFRP nhỏ hơn 2 đến 3 lần so với dầm bê tông cốt thép thường).


84

Khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt sợi FRP cao hơn khả năng chịu
lực của dầm bê tông cốt thép có cùng kích thước, cùng loại vật liệu và cùng
đường kính cốt dọc chịu lực. Lực phá hoại của dầm cốt GFRP lớn hơn dầm bê
tông cốt thép. Đối với dầm nhiều thanh GFRP tiết diện lớn, lực phá hoại nhỏ
hơn dầm bê tông cốt thép, do bê tông vùng nén trong dầm cốt GFRP bị ép vỡ
phá hủy trước.


85

KIẾN NGHỊ
- Vật liệu thanh cốt sợi composite rất thích hợp với các công trình được
xây dựng trong môi trường ngập mặn, chế tạo các loại cọc bê tông cốt
composite, móng của công trình cầu hay bờ kè gia cố ven biển.
- Thanh GFRP không thể hiện vùng chảy trước khi bị kéo đứt, mô đun
đàn hồi và lực bám dính với bê tông thấp hơn so với thép. Bên cạnh đó, thanh
GFRP chịu tải trọng không đổi quá lâu có thể bị phá hỏng sau một khoảng
thời gian, hiện tượng này được gọi là phá hủy do từ biến hay sự mỏi tĩnh.
Do vậy, không nên sử dụng vật liệu thanh cốt sợi GFRP cho những kết
cấu có yêu cầu khắt khe về điều kiện sử dụng (độ võng, vết nứt). Khi tính
toán thiết kế cần phải có hệ số an toàn tương đối cao để tránh sự phá hoại đột


[3]

PGS.TS. Phan Quang Minh (chủ biên), Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình
Cống (2006), Giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép, nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[4]

PGS.TS.Trần Mạnh Tuân (2005), Giáo trình Tính toán kết cấu bê tông
cốt thép tiêu chuẩn ACI 318-2002, nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

[5]

Nguyễn Đức Hoàn (2014), Nghiên sự làm việc chịu uốn của dầm bê
tông cốt sợi thủy tinh có hàm lượng cốt thấp bằng phương pháp thực
nghiệm, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Xây dựng.

[6]

Nguyễn Thanh Trung (2014), Nghiên cứu tính toán cấu kiện bê tông
cốt composite, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Đà Nẵng.

[7]

Đỗ Đức Thắng (2012), “Triển vọng ứng dụng cốt sợi thủy tinh gia
cường Polymer thay thế cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép ở Việt
Nam”, tạp chí Khoa học công nghệ xây dựng, (số 14/12-2012).

Tiếng Anh


tải

lăng

Lực
Biến dạng

Số đọc đồng hồ tương ứng PTN

Biến dạng tương đối

tương đối

(x0,001mm)

trung bình

trụ

1

2

3

Lực nén
tạo ứng
suất ban
đầu (kN)


tải

(N/mm2)

/(1- 0)

mẫu E

E (N/mm2)

E (N/mm2)

E (Mpa)

E (Mpa)

Pmax

ĐH1

ĐH2

ĐH3

ĐH4

€1

€2


0.00014

0.00016

0.00014

0.00015

0.00015

0.5

0.05

0.2

43

22

4.30

29243.12

CK1

122

2055


CK2

122

2056

2126

2127

2252

0.00014

0.00015

0.00014

0.00015

0.00014

0.5

0.05

0.2

44


0.06

0.2

43

22

4.30

30576.92

CK4

140

2053

2126

2127

2251

0.00013

0.00015

0.00014


0.00012

0.00015

0.00016

0.00012

0.00014

0.5

0.05

0.2

42

21

4.20

29088.79

CK1

122

3154


CK2

122

3152

2848

2928

4307

0.00012

0.00015

0.00015

0.00014

0.00014

0.5

0.05

0.2

42


0.05

0.2

42

21

4.20

26155.46

CK4

128

3152

2847

2929

4309

0.00011

0.00015

0.00016


0.00012

0.00014

0.00013

0.00012

0.00013

0.5

0.05

0.2

42

21

4.20

31760.20

CK1

122

5132


CK2

122

5134

3943

3492

4309

0.00014

0.00013

0.00013

0.00012

0.00013

0.5

0.05

0.2

42


0.05

0.2

41

21

4.10

29779.41

CK4

133

5137

3945

3487

4306

0.00014

0.00015

0.00012

15.8
17.5
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0

f (cm)
G-2ϕ12
0
0.0170
0.0344
0.0522
0.0537
0.0601
0.6548
1.0467
1.4351
1.8198
2.2336
2.6318

f (cm)
G-2ϕ14
0
0.0158
0.0320
0.0497

0.0560
0.0633
0.1894
0.2614
0.3875
0.5671
0.7092
0.8217

f (cm)
S-2ϕ14
0
0.0174
0.0348
0.0535
0.0551
0.0617
0.1727
0.2411
0.3175
0.4014
0.4812
0.5538

f (cm)
S-3ϕ16
0
0.0165
0.0332
0.0515

0.8305
0.9765
1.1155
1.2839
1.4890
1.7106
2.0996
2.4660

f (cm)
G-2ϕ14
0
0.1147
0.4099
0.5568
0.6788
0.5945
0.7736
0.9288
1.1319
1.2623
1.6458
1.7258

f (cm)
G-3ϕ16
0
0.0918
0.1522
0.3503

0.2120
0.1273
0.3287
0.3152
0.3600
0.4541
0.4951
0.5311

f (cm)
S-3ϕ16
0
0.0306
0.0782
0.1155
0.1272
0.1142
0.1261
0.1660
0.2192
0.2376
0.2829
0.3196