ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

N

C

NG
NC
NG
TR BÊ TÔNG
CỐT THÉP G CƯỜNG
C RBON
TRÊN
N
Ố ÀT
C NG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số: 8580205

TÓM TẮT LUẬN ĂN T ẠC Ĩ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠ

ỌC BÁC


sông khó khăn cho việc ti p cận.
Trong thời gian gần đây, vật liệu Composit được áp dụng khá
rộng rãi trong ây dựng, đặc biệt là ng dụng trong sữa chữa, nâng
cấp k t cấu ây dựng do ưu điểm cường độ vật liệu cao và thi công
dễ dàng. Tại Việt Nam trong vài chục năm gần đây đã ng dụng vật
liệu CFRP gia cường k t cấu ch u nén, ch u uốn khá nhi u.
Trong khuôn kh một luận văn thạc sĩ kỹ thuật ng dụng, học
vi n lựa chọn đ tài: “
ụ bê tông cốt thép
car
ố
” có t nh ng
dụng thực tiễn và cần thi t.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Đánh giá s c kháng k t cấu trụ BTCT.
- Thực nghiệm ng ử k t cấu trụ mô hình chưa có và có gia
cường CFRP trong ph ng th nghiệm.
- So sánh k t uả thực nghiệm s c kháng và mô hình t nh toán
l thuy t th o ti u chu n và mô hình phần tử hữu hạn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


2
- Đối tượng nghiên c u là trụ vuông BTCT gia cường b ng vải
sợi Carbon d nh bám ngoài ch u nén lệch tâm.
- Trụ vuông BTCT được gia cường b ng CFRP Carbon fiber
reinforced polymer) ch u nén lệch tâm trên mô hình số và thực
nghiệm
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghi n c u lý thuy t k t hợp thực nghiệm

â
ỏng
1.2.2.1. Sai sót trong giai đoạn thiết kế
1.2.2.2. Những sai sót trong giai đoạn thi công
1.2.2.3. Hư hỏng trong quá trình khai thác sử dụng
1.3. Các c ng nghệ ửa chữa, gia cường k t c t ụ BTCT
1.3.1. Công ngh ă
ng kh ă
ịu l c kết cấu bê
tông bằ p ơ p áp
ọc bê tông cốt thép
1.3.2. Công ngh ă
ng kh ă
ịu l c trụ BTCT
bằng công ngh dán b n thép
1.3.3. Công ngh ă
ng kh ă
ịu l c kết cấu bê
tông bằng d ng l c (DUL) ngoài
1.3.4. Công ngh ă
ng kh ă chịu l c kết cấu bê
tông bằng vật li u CFRP.
1.3.4.1. Giới thiệu về vật liệu CFRP
Bảng 1.3. Một số đặc trưng tiêu biểu của hệ thống tấm sợi FRP

Hệ thống FRP

Loại sợi

Trọng

575

26,1

Tấm Tyfo SCH41

Carbon

644

1

985

95,8

Tấm Hex 100G

Thủy
tinh

915

0,36

2.300

72

Tấm Hex 103C


Loại sợi

lượng
(g/m2)

đàn hồi
(GPa)

Tấm Carbodur S

Carbon

2.100

1,2-1,4

2.800

165

Tấm Carbodur M

Carbon

2.240

1,2

2.400


Tấm Mbrace AK
60

Aramid

600

0,28

2.000

120

Mbrace CF 130

Carbon

300

0,17

3.800

227

Mbrace CF 160

Carbon


- Có thể áp dụng được tại những v trí yêu cầu độ m cao
hoặc dưới nước
* Nhược điểm của c ng nghệ này là:
- Hiệu quả của giải pháp tăng cường b ng vật liệu CFRP phụ
thuộc chính vào vật liệu chất k t dính EPOXY và quy trình kiểm soát
chất lượng thi công của nhà thầu thi công. Việc kiểm soát chất lượng
thi công phải được nhà cung cấp vật liệu CFRP chấp thuận trước khi
đưa công trình vào sử dụng.
1.4. K t luận
K t cấu BTCT ch u nén uốn được sử dụng khá nhi u trong xây
dựng như trụ cầu, trụ nhà, trụ cọc cầu cảng, công trình tháp,…Do
nhi u nguy n nhân như tải trọng môi trường, tải trọng khai thác, tải
trọng do sự cố k t cấu BTCT b xuống cấp hoặc hư hỏng cần phải
sửa chửa, bảo trì hoặc gia cường để đạt được khả năng ch u tải trọng
mong muốn. Có nhi u biện pháp gia cường trụ BTCT ch u nén uốn
như m rộng ti t diện, thay đ i sơ đồ k t cấu, dùng cáp dự ng lực
ngoài, dán bản thép, dán vải sợi thủy tinh hoặc dán vải sợi cán bon.
Nhờ ưu điểm cường độ cao, thi công đơn giản n n phương pháp gia
cường k t cấu BTCT b ng vải sợi các bon dính bám ngoài (CFRP)
ngày nay được sử dụng khá rộng rải.
Nhi u nghi n c u cho thấy việc sử dụng vật liệu sợi carbon để
gia cường, sửa chữa k t cấu b tông cốt th p mang lại hiệu uả cao


6
C ƯƠNG 2
CƠ Ở THIẾT KẾ TR BTCT CHỊU NÉN UỐN
2.1. Thi t k trụ BTCT chịu nén uốn th o các tiê ch n
2.1.1 Theo AASHTO LRFD, ACI 318 [2]
2.1.1.1. Nguyên tắc tính toán theo độ bền



7
- Đối với các cấu kiện ch u nén lệch tâm mà trạng thái giới
hạn được đặc trưng b ng sự phá hoại của bê tông ch u nén, thì khi
tính toán không kể đ n sự làm việc của bê tông ch u k o. Độ b n
ch u nén của bê tông được uy ước là ng suất nén của bê tông, có
giá tr b ng Rb và phân bố đ u trên vùng ch u nén của ti t diện - vùng
ch u n n uy ước và sau đây được gọi tắt là vùng ch u nén của bê
tông.
2.1.2.2. Tính toán cấu kiện BTCT chịu nén lệch tâm
- Cấu kiện bê tông ch u nén lệch tâm cần được tính toán theo
đi u kiện:
N ≤ RbAb

(2.5)

Trong đó: Ab là diện tích bê tông vùng ch u n n, được xác
đ nh t đi u kiện trọng tâm vùng ch u nén trùng với điểm đặt của
hợp các ngoại lực.
Đối với cấu kiện có ti t diện chữ nhật, Ab được ác đ nh theo
công th c:


2
Ab = bh 1 


e  
0

nén bất lợi nhất b ng ccuvà ng suất kéo của lớp cốt thép dọc gần b
mặt ch u kéo b ng sy.
Biểu đồ tương tác thường có dạng 3 trục, thể hiện các giá tr
lực dọc Nx, Mx, My. Khả năng ch u lực của một cấu kiện ch u nén uốn
lệch tâm được biểu th thông qua mặt cong của biểu đồ tương
tác.Mặt cong này giới hạn phần không gian mà n u tất cả điểm biểu
diễn nội lực của ti t diện n m trong đó thì có thể k t luận ti t diện
đảm bảo khả năng ch u lực.

Hình 2.4. Biểu đồ tương tác
2.3. Phân tích sức kháng trụ bằng các phần mềm phân tích
2.3.1. Phần mềm CSiCOL
2.3.1.1. Giới thiệu về Phần mềm CSiCOL [11]
CSiCOL là một gói phần m m toàn diện được sử dụng để
phân t ch và thi t k các trụ. Thi t k CSiCOL cung cấp công cụ
' uick D sign Wizard' để hướng dẫn người d ng t ng bước, thông
ua toàn bộ uá trình của trụ thi t k . T nh toán và kiểm tra s c
kháng của trụ.
2.3.2. Phần mềm ATENNA


9
2.3.2.1. Giới thiệu về phần mềm ATENA [9,10]
ATENA là phần m m phân tích phi tuy n PTHH do công ty
Cervenka của Tiệp phát triển bắt đầu t năm 1992. Phần m m này
chuyên dụng cho k t cấu bê tông cốt thép. ATENA có khả năng phân
tích ng xử thật của bê tông và bê tông cốt thép bao gồm sự phát
triển n t, sự phá hoại do bê tông và sự chảy dẻo của thép.
2.4. Ví dụ số thi t k trụ BTCT chưa gia cường và gia
cường CFRP

và Mu yêu cầu
Bảng 2.1. Bảng so sánh điểm A-B-C của trụ BTCT chưa gia cường
và gia cường CFRP
Điểm

n=0 không gia cường)

n=1 lớp

j.Pn(T)

j.Mn(T.m)

j.Pn(T)

j.Mn(T.m)

A

59.0

0.0

63.14

0.00

B

55.0

Kiểm ch ng các ng xử như bi n dạng, độ m rộng v t n t và
chuyển v của trụ.
- Sử dụng các phần m m ng dụng CSICOL9 là phần m m
thực hành rất thuận lợi nhanh chóng thi t k và kiểm tra s c kháng
của trụ khi chưa gia cường và có gia cường CFRP.


12
C ƯƠNG 3
T
C NG
Đ ĐẠC NG
TR BTCT VÀ TR
BTCT G CƯỜNG C RP C ỊU NÉN L CH TÂM
3.1. Thi t k chương t ình thực nghiệm:
3.1.1. Các yêu cầ ơ
để thiết kế ă
ng kh ă
chịu l c cho trụ BTCT
3.1.2. Các gi định trong thiết kế h ă
ng kh ă
chịu l c cho trụ bê tông cốt thép s dụng vật li u CFRP
3.1.3. Mục tiêu th c nghi m
- Nghiên c u ng xử trụ BTCT không gia cường và có gia
cường CFRP ch u nén lệch tâm
- So sánh s c kháng trụ BTCT có và không có CFRP nh m
đánh giá được tác dụng của việc gia cường b ng CFRP.
3.1.4. C ơ
c nghi m
Gia công công đúc 4 trụ: 2 trụ được đúc với bê tông cốt thép

Trụ BTCT 1

612.02

1.01

Trụ BTCT 2

610.40

1.32

Trụ BTCT CFRP1

726.30

0.98

Trụ BTCT CFRP2

780.40

1.16

Tên trụ

3.3.2. Kết qu mối quan h giữa l c, biến dạng, chuyển vị
của trụ BTCT
ng
3.3.2.1. Kết quả mối quan hệ giữa lực, biến dạng, chuyển vị

BTCT 2

(µ)

20
0

Strain 1

0

200

-20

400

600

800

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1

cột BTCT 2

Hình 3.8. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 1 trên trụ
BTCT1 và BTCT2
Strain 2 (µ)


200

300

400

500

600

700

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1

cột BTCT 2


15
Hình 3.10. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 3 trên trụ
BTCT
Strain 4 (µ)

0
0

100

200


0

100 200
Cột CFRP 1

300

400 500 600 700 800
Cột CFRP2 TẢI TRỌNG (KN)

Strain 2 (µ)

Hình 3.12. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị trụ BTCT CFRP 1 và
CFRP2
0

0

200

400

600

800

1000

-200


Cột BTCT CRFP 2

Hình 3.14. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 3 trên trụ
CFRP1 và CFRP2
Strain 4
(µ)

0

0

200

400

600

800

1000

-1000

TẢI TRỌNG (KN)

Côt BTCT CFRP1

Cột BTCT CRFP 2

Hình 3.15. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 4 trên trụ

á P-M
3.4.2.1. Biểu đồ tương tác P-M khi trụ BTCT chưa gia cường

3.4.2.2. Biểu đồ tương tác P-M khi trụ BTCT gia cường
CFRP

3.4.2.3. So sánh l c tác dụng khi trụ BTCT
và trụ BTCT
ng CFRP
3.5. So sánh k t quả thực nghiệm-phân tích:
3.5.1. L c tác dụng
Bảng 3.8. Bảng so sánh lực tác dụng
P(KN)

L thuy t
Thực
nghiệm

T ụ BTCT

T ụ BTCT gia
cường C RP

T ụ1

T ụ2

T ụ1

T ụ2

cường C RP

T ụ BTCT
T ụ1

T ụ2

T ụ1

Ghi chú

T ụ2
sánh
Lấy chỉ số v t nứt

ATENA

260

260

620

0,38mm làm m c so

620

sánh
Lấy lực phá hủy
CSICOL

29,57

ATENA

138

CSICOL 9

25


19

CRACK (mm)

3.5.2. So sánh giữa th c nghi m và mô hình ATENA
3.5.2.1. Quan hệ giữa tải trọng và độ mở rộng vết nứt
2.000
1.000
0.000

0

200

Cột BTCT1,2

400

600


TẢI TRỌNG (KN)
Côt BTCT2

CHUYỆN VỊ (mm)

Hình 3.18. Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa thực
nghiệm và ATENA khi trụ BTCT chưa gia cường
b. Trụ BTCT có gia cường CFRP
1.5
1

0.5
0
0

200

400

600

800

Cột BTCT1 TẢI TRỌNG
atena (KN) Côt BTCT2

Hình 3.19. Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa thực
nghiệm và ATENA khi trụ BTCT có gia cường CFRP


nghiệm của trụ BTCT và BTCT CFRP
3.5.3.2. So sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng.

Strain 2
(µ)

100

0
0

100
Cột BTCT1

200

300
400
cột BTCT 2

500

600

700

TẢI TRỌNG (KN)

Strain 2 (µ)



500
0
0

200

400

600

800

1000

-500

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1

cột BTCT 2

Strain 4 (µ)

Hình 3.23. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của
strain 3 của trụ BTCT và BTCT CFRP
0
0

200


22
- Khả năng làm việc của trụ được gia cường vải sợi CFRP phụ
thuộc vào độ dính bám của b mặt bê tông và vải sợi CFRP nên quá
trình thi công sẽ ảnh hư ng đ n giá tr s c kháng thực t của trụ.
- K t quả thực nghiệm và phân tích lý thuy t th o các phương
pháp khác nhau đ u cho thấy cả s c kháng nén lệch tâm và độ c ng
uốn ngang của trụ gia cường cao hơn trụ chưa gia cường. Với trụ
kích thước 20 20 cm, gia cường 1 lớp vải sợi carbon dày 0.22mm
độ tăng s c kháng nén lệch tâm theo thực nghiệm 29.57%. K t quả
phân tích s c kháng nén theo các phần m m chênh lệch nhau khá
nhi u.


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. K t l ận:
Nội dung thực hiện luận văn “
ụ BTCT
á
ố
” với
phạm vi nghi n c u trụ BTCT ch u n n lệch tâm, luận văn thu được
k t uả như sau:
- Khi cần thi t gia tăng s c kháng n n-uốn của trụ BTCT thì
sử dụng giải pháp dán vải CFRP b ng k o po y chuy n dụng là giải
pháp thi công dể dàng và hiệu uả.
- K t uả t nh toán s c kháng n n lệch tâm trụ gia cường
CFRP th o phương pháp ACI318, TCVN 5574-2012 đ u cao hơn trụ
chưa gia cường 6.6%.