Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng của cường độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt thép gia cường tấm CFRP chịu nén lệch tâm một phương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN ---------------------------------------

TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH

T Ố N G N G U Y Ễ N T H A N H B Ì N H

Đề tài:

ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG

ĐẾN ỨNG XỬ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP

GIA CƯỜNG TẤM CFRP CHỊU NÉN

LỆCH TÂM MỘT PHƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 8.580.201

L U Ậ N V Ă N T H Ạ C S Ĩ N G À N H K Ỹ T H U Ậ T X Â Y D Ự N G

N ă m 2 0 1 9

Long An - Năm 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH

Đề tài:

ẢNH HƢỞNG CỦA CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG ĐẾN

ỨNG XỬ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA

CƢỜNG TẤM CFRP CHỊU NÉN LỆCH TÂM

MỘT PHƢƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Long An, năm 2019

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH

Đề tài:

ẢNH HƢỞNG CỦA CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG ĐẾN ỨNG

XỬ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƢỜNG TẤM

CFRP CHỊU NÉN LỆCH TÂM MỘT PHƢƠNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 8.580.201

Ngƣời hƣớng dẫn Khoa học: PGS.TS. NGUYỄN MINH LONG

Long An, Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan đây là đề tài luận văn thạc sĩ do chính tôi thực hiện dưới sự

hướng dẫn của thầy Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Minh Long.

Các kết quả trong luận văn thạc sĩ là đúng sự thật và chưa được công bố ở các

nghiên cứu khác.

Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung nghiên cứu của mình.

Long An, ngày 19 tháng 4 năm 2019

Tác giả

Tống Nguyễn Thanh Bình

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng tri ân đến thầy hướng dẫn Nguyễn Minh Long, đã tận tâm

hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.

Xin cảm ơn các cán bộ quản lý Phòng Thí nghiệm kết cấu công trình - Khoa kỹ

thuật xây dựng - Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều

kiện thuận lợi giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian thực hiện chương trình thực

nghiệm luận văn thạc sĩ.

Xin cảm ơn quí Thầy Cô đã truyền đạt cho tôi những kiến thức cơ bản, các bạn

học viên đã tạo điều kiện, giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian học tập tại Trường

Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Long An, ngày 19 tháng 4 năm 2019

Tác giả

Tống Nguyễn Thanh Bình

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tên đề tài: Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt thép gia

cƣờng tấm CFRP chịu nén lệch tâm một phƣơng.

Tác giả luận văn: Tống Nguyễn Thanh Bình, Khóa: K3

Người hướng dẫn: PGS, TS Nguyễn Minh Long

Lý do chọn đề tài

Trong hệ kết cấu khung của công trình, cột là một bộ phận quan trọng, tiếp

nhận đồng thời toàn bộ tải trọng đứng từ các cấu kiện sàn, dầm và tải trọng ngang.

Hiện nay, sau một thời gian dài sử dụng, hàng loạt các công trình xây dựng (dân

dụng và giao thông) đã và đang có dấu hiệu xuống cấp. Trong bối cảnh việc xây

mới để thay thế các công trình này đòi hỏi cần có một nguồn vốn rất lớn và thật sự

tốn kém; việc sửa chữa hoặc nâng cấp nhằm kéo dài thời gian sử dụng của chúng,

trong đó vấn đề gia cường và gia cố kết cấu chịu lực chính như cột được đặc biệt

quan tâm. Bên cạnh công tác gia cường sử dụng các vật liệu và các kỹ thuật truyền

thống như dán thép tấm lên bề mặt kết cấu, tăng kích thước tiết diện của kết cấu

bằng cách phủ thêm lớp áo bê tông, hoặc tạo thêm ứng suất có lợi bằng phương

pháp căng sau, gần đây, kỹ thuật dùng vật liệu “composite epoxy - sợi” (Fiber

Reinforced Polymers - FRP) đang nổi lên như một giải pháp hiệu quả nhờ vào

những đặc tính nổi bật như khối lượng riêng nhẹ, không bị ăn mòn, có cường độ

chịu kéo cao, dễ thi công. Tuy vậy, cho đến hiện nay, mức độ ứng dụng kỹ thuật gia

cường sử dụng tấm FRP vào trong thực tế xây dựng vẫn còn khá khiêm tốn. Một

trong những nguyên nhân chính được cho là do sự hiểu biết về dạng kết cấu này

chưa được thật sự đầy đủ cả về mặt phương pháp luận cũng như qui trình tính toán

cụ thể.

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt

thép gia cường tấm CFRP chịu nén lệch tâm một phương, trong đó tập trung vào ba

mục tiêu cụ thể sau: (1) Khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của cường độ bê tông đến

hiệu quả gia cường của tấm CFRP gia cường dán dọc và bó hông cho cột bê tông

cốt thép chịu nén lệch tâm một phương; (2) Phân tích và đánh giá mức độ chính xác

của các công thức dự đoán khả năng chịu lực của cột BTCT gia cường tấm CFRP

trong các tiêu chuẩn hiện hành cho trường hợp cột chịu nén lệch tâm một phương

dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ đề tài này và một số nghiên cứu trước đây; và (3)

Đề xuất một hiệu chỉnh cho quy trình tính toán khả năng chịu lực của cột được gia

cường sử dụng tấm CFRP dán dọc và bó hông trong tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017),

trong đó xét đến ảnh hưởng tương tác giữa cường độ bê tông và biến dạng hiệu quả

của tấm CFRP nhằm giúp cho việc dự đoán được hợp lý và chính xác hơn.

Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

Để thực hiện được mục tiêu trên, một số nội dung nghiên cứu chủ yếu được

triển khai như sau:

 Nghiên cứu và phân tích tổng quan về các đề tài đã nghiên cứu đã thực hiện

có liên quan đến nội dung đề tài đang nghiên cứu;

 Xây dựng chương trình thực nghiệm trên 25 mẫu cột có kích thước

200x200x800mm được chia làm 4 nhóm, với cách gia cường khác nhau. Mỗi

nhóm gồm các mẫu cột với 3 độ lệch tâm khác nhau 0mm, 25mm và 50mm,

và 3 loại cường độ (25, 40, 60MPa), cụ thể:

- Nhóm 1(mẫu đối chứng, không gia cường kháng uốn và kháng nở hông):

gồm 9 mẫu với 3 độ lệch (0mm, 25mm, 50mm) và 3 loại cường độ (fc

=25, 40, 60MPa) khác nhau.

- Nhóm 2 (gia cường 1 lớp kháng uốn) gồm 6 mẫu : 2 mẫu fc = 25MPa với

2 độ lệch tâm (0mm, 50mm); 2 mẫu fc = 40MPa với 2 độ lệch tâm (0mm,

50mm) và 2 mẫu fc = 60MPa với 2 độ lệch tâm (0mm, 50mm).

- Nhóm 3 (gia cường 2 lớp kháng uốn và 1 lớp bó hông toàn cột) gồm 3

mẫu fc = 40MPa với 3 độ lệch tâm (0mm, 25mm, 50mm).

- Nhóm 4 (gia cường 2 lớp kháng uốn và 1 lớp bó hông quấn cách quãng)

gồm 7 mẫu tương tự như nhóm 2.

 Triển khai thực nghiệm ghi nhận các thông số gồm khả năng chịu lực dọc

trục, chuyển vị dọc trụ và chuyển vị ngang của mẫu cột thực nghiệm; biến

dạng tấm CFRP gia cường bó hông và dán dọc, của cốt thép dọc, cốt đai, và

của bê tông; Thiết lập các quan hệ giữa tải trọng, chuyển vị và biến dạng;

phân tích kết quả thực nghiệm;

 Phân tích hình thái vết nứt và kiểu phá hoại của các mẫu cột thực nghiệm;

 Phân tích khả năng chịu lực, chuyển vị của mẫu cột; đánh giá và lượng hóa

ảnh hưởng của cường độ bê tông đến các thông số này;

 Phân tích ứng xử của tấm CFRP gia cường bó hông và dán dọc; đánh giá ảnh

hưởng của cường độ bê tông đến biến dạng hiệu quả của tấm CFRP gia

cường dán dọc và bó hông;

 Phân tích biến dạng của bê tông và cốt đai và sự biến thiên của chúng theo sự

thay đổi cấu hình gia cường của tấm CFRP và cường độ bê tông của mẫu cột

thực nghiệm;

 Phân tích và đánh giá mức độ chính xác của các công thức dự đoán khả năng

chịu lực của cột BTCT gia cường tấm CFRP trong các tiêu chuẩn hiện hành

cho trường hợp cột chịu nén lệch tâm một phương dựa trên dữ liệu thực

nghiệm từ đề tài này và một số các nghiên cứu trước đây;

 Đề xuất hiệu chỉnh, trong đó xét đến ảnh hưởng tương tác giữa cường độ bê

tông và biến dạng hiệu quả của tấm CFRP nhằm giúp cho việc dự đoán được

hợp lý và chính xác hơn.

Phƣơng pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương nghiên thực nghiệm.

Kết luận

Từ kết quả đạt được bổ sung thêm cơ sở khoa học và thực tiễn để dự báo khả

năng chịu lực của cột khi chịu nén lệch tâm, đề xuất phương pháp tính cũng như xây

dựng mô hình tính để phù hợp hơn so với thực tiễn.

ABSTRACT

Topic: Effect of concrete strength on eccentric - compressive behavior

of reinforced concrete columns strengthened by CFRP sheets.

Author: Tong Nguyen Thanh Binh, Course: K3

Instructor: Assoc. Prof. Dr.Eng. Nguyen Minh Long

Preamble

In the structural system of buildings, columns are the important structural

members, simultaneously receiving all vertical loads from floor, beam and

horizontal loads. Currently, after a long time of usage, a series of civil structures

and bridges have been showing the signs of degradation. In the context the

construction of new facilities which is to replace the degraded ones requires a huge

capital and actually expensive; the repair or upgrade to extend their lifespan, in

which the strengthening of the main bearing members such as the columns have

been particularly interested in. In addition to the conventional techniques such as the

application of steel plates to the structural surfaces, increase of the cross-sectional

size of the structure by adding a concrete coat, or creating the useful stress by the

post-tensioning method; recently, the technique of "composite epoxy - fiber" (Fiber

Reinforced Polymers - FRP) has been emerged as an effective solution which thanks

to the outstanding features such as light weight, free from corrosion, high tensile

strength, easy construction. However, until now, the application of reinforcement

techniques with FRP sheets in the actual construction has still been quite modest.

One of the main reasons is that the understanding of this type of structure has not

been fully in terms of methodology as well as specific calculation process.

Purpose, objects and scope of thesis

compressive behavior of reinfforced concrete columns strengthened by CFRP

sheets, including three specific objectives: (1) Experimental survey of the effect of

The thesis focuses on the effect of concrete strength on eccentric -

the concrete strength on the reinforcement efficiency of CFRP sheets on vertical

reinforcement and side bundles for reinforced concrete columns under the one-sided

eccentric axial load; (2) Analysis and evaluation of the accuracy of the formulas of

estimated reinforced concrete columns with Carbon Fiber Reinforced Polymer

(CFRP) sheets in the current standards applied to the columns under the one-sided

eccentric axial load on experimental data from this topic and some previous studies;

and (3) Recommendation of an adjustment for the calculation of load bearing of the

reinforced columns with CFRP sheets on vertical reinforcement and side binding in

standard ACI 440.2R (2017), in which it is considered interaction between the

concrete strength and deformation effiency of CFRP sheets in order to support the

more reasonable and accurate prediction.

Brief of main contents and new contributions of the author

To realize such objectives, some main contents of the study shall be executed

as follows:

 Research and analyze an overview of the topics that have been completed in

relation to the content of the topic under the study;

 Develop an experimental program on 25 samples of 200x200x800mm

divided into 4 groups, at different ways of reinforcement. Each group

consists of samples with 3 different eccentricities, 0mm, 25mm and 50mm,

and 3 types of strength (25, 40, 60MPa), specifically:

- Group 1 (Control sample, no resistance to bending and side binding):

including 9 samples with 3 different eccentricities (0mm, 25mm, 50mm)

and 3 types of strength (fc =25, 40, 60MPa).

- Group 2 (reinforcement, 1 layer of resistence to bending) including 6

samples: 2 samples fc = 25MPa with 2 eccentricities (0mm, 50mm); 2

samples fc = 40MPa with 2 eccentricities (0mm, 50mm) and 2 samples fc

= 60MPa with 2 eccentricities (0mm, 50mm).

- Group 3 (reinforcement, 2 layers of resistence to bending and 1 layer of

side binding of the whole column) including 3 samples fc = 40MPa with 3

eccentricities (0mm, 25mm, 50mm).

- Group 4 (reinforcement, 2 layers of resistence to bending and 1 layer of

side binding with distance) including 7 samples similar to group 2.

 Experimental development of recognizing the parameters including axial

load bearing capacity, cylindrical displacement and horizontal displacement

of experimental samples; deformation of CFRP sheets under side binding

and longitudinal application, of vertical reinforcing, and of concrete;

Establish the relationships between load, displacement and deformation;

analyze the experimental results;

 Analyze the morpholoty of crack and destructive patterns of experimental

samples;

 Analyze the load bearing capacity and displacement of samples; assess and

quantify the effect of concrete strength on such parameters;

 Analyze the behavior of CFRP sheets under side binding and longitudinal

application; assess the effect of the concrete strength on the effective

deformation of CFRP sheets under side binding and longitudinal application;

 Analyze the deformation of concrete and reinforcement and their variation

according to the change of reinforcement configuration of CFRP sheets and

the concrete strength of the experimental sample;

 Analyze and evaluate the accuracy of the predictability formulas of load

bearing capacity of the reinforced concrete columns with the CFRP sheets in

the current standards applied to column under the one-sided eccentric axial

load based on the experimental data from this topic and some previous

studies;

 Recommend the correction, which takes into account the interaction between

the concrete strength and the effective deformation of CFRP sheets to make

the more reasonable and accurate predictions.

Research method

The thesis applies the experimental research methods.

Conclusion

From the achieved results, add the scientific and practical basis to predict the

load bearing capacity of the column under the eccentric axial load, recommend the

calculation method as well as establish the more actually suitable calculation model.

MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................... i

DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... v

DANH MỤC KÝ HIỆU .......................................................................................... viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮC .................................................................................. x

CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................... 1

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ......................................................... 3

2.1. Sơ lƣợc lịch sử phát triển và đặc tính kỹ thuật của lƣới sợi FRP ..................... 3

2.1.1. Sơ lƣợc lịch sử phát triển............................................................................ 3

2.1.2. Tính chất của lƣới sợi carbon (CFRP)........................................................ 4

2.1.3. Tính chất của của keo kết dính ................................................................... 5

2.2. Tổng quan nghiên cứu về ứng xử của cột BTCT gia cƣờng kháng uốn và

kháng nở hông bằng vật liệu CFRP ......................................................................... 6

2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................. 6

2.3. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 10

2.4. Ý nghĩa nghiên cứu ......................................................................................... 10

2.4.1. Ý nghĩa khoa học ...................................................................................... 10

2.4.2. Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................... 11

2.5. Nội dung nghiên cứu....................................................................................... 11

2.6. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 12

CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM ............................................ 13

3.1. Vật liệu ............................................................................................................ 13

3.1.1. Bê tông ..................................................................................................... 13

3.1.2. Cốt thép .................................................................................................... 15

3.1.3. Vải sợi carbon và keo kết dính ................................................................. 15

3.2. Mẫu cột thí nghiệm ......................................................................................... 16

3.3. Thiết bị tạo độ lệch tâm .................................................................................. 18

3.4. Quá trình đúc mẫu thí nghiệm ........................................................................ 19

3.4.1. Công tác ván khuôn và lắp đặt cốp pha .................................................... 19

3.4.2. Gia công cốt thép và lắp cảm biến đo biến dạng thép .............................. 20

3.4.3. Đổ bê tông và công tác bảo dƣỡng ........................................................... 20

3.4.4. Công tác gia cƣờng mẫu cột bằng tấm CFRP .......................................... 21

3.5. Bố trí thiết bị đo và sơ đồ thí nghiệm ............................................................. 24

3.5.1. Bố trí thiết bị đo biến dạng thép đai và thép dọc...................................... 24

3.5.2. Bố trí thiết bị đo biến dạng bê tông .......................................................... 24

3.5.3. Bố trí thiết bị đo biến dạng tấm CFRP ..................................................... 25

3.5.4. Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị đứng và nở hông ................................. 26

3.6. Quy trình thí nghiệm ....................................................................................... 26

3.6.1. Thiết bị thí nghiệm ................................................................................... 26

3.6.2. Quy trình gia tải ........................................................................................ 27

CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ....................................... 29

4.1. Kết quả thí nghiệm .......................................................................................... 29

4.2. Hình thái vết nứt và kiểu phá hoại của mẫu ................................................... 33

4.2.1. Mẫu không gia cƣờng ............................................................................... 33

4.2.2. Mẫu gia cƣờng .......................................................................................... 35

4.3. Ứng xử của các mẫu cột thí nghiệm ............................................................... 38

4.3.1. Quan hệ lực – chuyển vị dọc trục ............................................................. 38

4.3.2. Quan hệ lực - chuyển vị nở hông ............................................................. 41

4.3.3. Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị của cột ..................... 44

4.3.4. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị của cột khi độ lệch tâm thay

đổi ....................................................................................................................... 48

4.3.5. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị của cột ............................... 53

4.3.6. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả năng chịu nén của cột khi độ lệch

tâm thay đổi ........................................................................................................ 56

4.3.7. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả năng chịu nén của cột ................. 58

4.3.8. Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả năng chịu nén của cột ....... 60

4.4. Quan hệ lực - biến dạng của tấm CFRP ......................................................... 62

4.4.1. Tấm CFRP bó hông .................................................................................. 62

4.4.2. Biến dạng của tấm CFRP dán dọc chịu kéo ............................................. 67

4.5. Quan hệ lực - biến dạng nén dọc trục của bê tông.......................................... 72

iii

4.5.1. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng dọc bê tông ........................ 75

4.5.2. Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc của bê tông ....... 77

4.5.3. Tính tƣơng tác giữa các thông số có ảnh hƣởng đến ứng xử nén của cột

gia cƣờng tấm CFRP .......................................................................................... 79

4.5.4. Tƣơng tác giữa tấm CFRP bó hông và cốt đai ......................................... 79

4.5.5. Tƣơng tác giữa tấm CFRP dán dọc và cốt dọc ......................................... 80

4.5.6. Tƣơng tác giữa tấm dán dọc và tấm bó hông ........................................... 82

4.6. Hiệu quả gia cƣờng của tấm CFRP ................................................................ 83

4.6.1. Cải thiện khả năng chịu lực của bê tông .................................................. 83

4.6.2. Khả năng biến dạng của mẫu cột ............................................................. 84

4.6.3. Biến dạng của tấm CFRP ......................................................................... 86

4.6.4. Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng của cốt dọc và cốt

đai ....................................................................................................................... 89

CHƢƠNG 5: KIỂM CHỨNG CÔNG THỨC ...................................................... 94

5.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................ 94

5.1.1. Cột chịu nén đúng tâm.............................................................................. 94

5.1.2. Cột bê tông cốt thép gia cƣờng bó hông bằng tấm CFRP chịu nén lệch

tâm ...................................................................................................................... 98

5.2. Kết quả kiểm chứng và nhận xét .................................................................. 100

CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 109

6.1. Kết luận ......................................................................................................... 109

6.2. Kiến nghị....................................................................................................... 111

CHƢƠNG 7: TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 112

CHƢƠNG 8: PHỤ LỤC TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG KHÁNG NÉN CỦA CỘT

THEO TIÊU CHUẨN ACI 440.2R-17 ................................................................ 115

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Tính chất cơ lý của vật liệu CFRP (theo ACI 440.2R, 2017). ................... 5

Bảng 4.1: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 25MPa. .......................................... 13

Bảng 4.2: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa. .......................................... 13

Bảng 4.3: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa. .......................................... 14

Bảng 4.4: Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông ........................................ 14

Bảng 4.5: Tổng hợp kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép. ............................................ 15

Bảng 4.6: Các đặc trƣng cơ học của vải sợi carbon và keo ...................................... 15

Bảng 4.7: Thống kê mẫu thí nghiệm (Kích thước mẫu: 200mm x 200mm x 800mm)

................................................................................................................................... 17

Bảng 5.1: Tổng hợp kết quả thực .............................................................................. 30

Bảng 6.1: Tổng hợp kết quả tính khả năng kháng nén của cột BTCT đƣợc gia cƣờng

kháng nở hông bằng tấm CFRP .............................................................................. 102

Bảng 6.2: Tổng hợp kết quả tính khả năng kháng nén của cột BTCT không gia

cƣờng kháng nở hông bằng tấm CFRP ................................................................... 103

Bảng 6.3: So sánh sự suy giảm khả năng chịu nén của mẫu cột không gia cƣờng và

gia cƣờng khi độ lệch tâm thay đổi theo tiêu chuẩn và theo thực nghiệm .............. 108

Bảng 9.1: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm A

................................................................................................................................. 115

Bảng 9.2: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm B

................................................................................................................................. 118

Bảng 9.3: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm C

................................................................................................................................. 122

Bảng 9.4: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm A

................................................................................................................................. 128

Bảng 9.5: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm B

................................................................................................................................. 131

Bảng 9.6: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông ................ 136

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Một số dạng sản phẩm lƣới sợi carbon. ...................................................... 4

Hình 2.2: Khả năng tự thẩm thấu của keo Epoxy. ...................................................... 5

Hình 4.1: Cấu tạo cốt thép mẫu cột thí nghiệm ........................................................ 16

Hình 4.2 :Cơ cấu truyền tải, (a) – mặt bằng; (b) – mặt cắt A-A ............................... 18

Hình 4.3: Thiết bị tạo độ lệch tâm: (a) con bi tạo độ lệch tâm; (b) đầu chụp; và (c)

lắp đặt mẫu cột với độ lệch tâm 50mm ..................................................................... 18

Hình 4.4: Công tác ván khuôn................................................................................... 19

Hình 4.5: Công tác cốt thép....................................................................................... 20

Hình 4.6: Công tác đổ bê tông và đầm dùi. ............................................................... 20

Hình 4.7: Công tác bảo dƣỡng bê tông. .................................................................... 21

Hình 4.8: Công tác mài cột để chuẩn bị dán cảm biến bê tông và dán tấm CFRP ... 22

Hình 4.9: Công tác chuẩn bị và dán tấm CFRP. ....................................................... 23

Hình 4.10: Sơ đồ lắp đặt cảm biến thép .................................................................... 24

Hình 4.11: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng của bê tông. .................................. 25

Hình 4.12: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng tấm CFRP. ................................... 25

Hình 4.13: Sơ đồ bố trí chuyển vị kế đo chuyển vị hông và chuyển vị đứng. .......... 26

Hình 4.14: Quá trình tiến hành thí nghiệm nén lệch tâm mẫu cột ............................ 28

Hình 5.1: Nhóm mẫu nén đúng tâm không gia cƣờng .............................................. 34

Hình 5.2: Nhóm mẫu không gia cƣờng, nén lệch tâm 25mm ................................... 34

Hình 5.3: Nhóm mẫu không gia cƣờng, nén lệch tâm 50mm ................................... 34

Hình 5.4: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén đúng tâm. .............................. 35

Hình 5.5: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén lệch tâm 50mm ..................... 35

Hình 5.6: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục ..... 37

Hình 5.7: Cột có fc = 28MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc+1 lớp bó hông cách quãng 37

Hình 5.8: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc+1 lớp bó hông cách quãng 37

Hình 5.9: Cột có fc = 61MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc+1 lớp bó hông cách quãng 38

Hình 5.10: Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục của cột với độ lệch tâm e khác nhau . 39

Hình 5.11: Quan hệ lực – chuyển vị nở hông của cột với độ lệch tâm khác nhau. .. 42

Hình 5.12: Ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị dọc trục của cột

................................................................................................................................... 45

Hình 5.13: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị nở hông của cột ..... 48

Hình 5.14: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị dọc trục của cột ......................... 50

Hình 5.15: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông của cột ......................... 52

Hình 5.16: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị dọc trục của cột ............... 54

Hình 5.17: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông của cột ......................... 55

Hình 5.18: Ảnh hƣởng của độ lệch tâm đến khả năng chịu nén của cột ................... 58

Hình 5.19: Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến khả năng chịu nén của cột ......... 59

Hình 5.20: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả năng chịu nén của cột ...... 62

Hình 5.21: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng của tấm CFRP bó hông ....................... 63

Hình 5.22: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng của tấm CFRP bó hông có cùng độ lệch

tâm ............................................................................................................................. 64

Hình 5.23: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng bó hông của tấm

CFRP ......................................................................................................................... 64

Hình 5.24: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hông của tấm CFRP ... 66

Hình 5.25: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hông của tấm CFRP khi

độ lệch tâm thay đổi .................................................................................................. 66

Hình 5.26: Quan hệ lực - biến dạng tấm CFRP dán dọc của cột chịu nén lệch tâm

50mm với cách gia cƣờng khác nhau ........................................................................ 68

Hình 5.27: Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến biến dạng dọc tấm CFRP của

nhóm mẫu lệch tâm 50mm ........................................................................................ 69

Hình 5.28: Ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng của tấm CFRP

dán dọc của nhóm mẫu nén lệch tâm 50mm ............................................................. 70

Hình 5.29: Ảnh hƣởng của độ lệch tâm đến biến dạng tấm CFRP dán dọc ............. 71

Hình 5.30: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tông của nhóm mẫu không gia cƣờng,

gia cƣờng 2 lớp dán dọc và gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng. . 74

Hình 5.31: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tông của nhóm mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=28MPa, 49MPa, 61MPa. .............................................................................. 75

Hình 5.32: Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến biến dạng bê tông ...................... 77

Hình 5.33: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc bê tông ............ 77

Hình 5.34: Tƣơng tác giữa tấm CFRP bó hông và cốt đai của nhóm mẫu gia cƣờng

2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng ............................................................... 79

vii

Hình 5.35: Tƣơng tác giữa tấm CFRP bó hông và cốt đai nhóm mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa tƣơng ứng. ........................................................................................ 80

Hình 5.36: Tƣơng tác giữa tấm dán dọc và cốt dọc .................................................. 81

Hình 5.37: Quan hệ lực – biến dạng tấm CFRP dán dọc và biến dạng thép dọc. ..... 82

Hình 5.38: Tƣơng tác giữa tấm dán dọc và tấm bó hông ở nhóm mẫu gia cƣờng 2

lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng ứng với độ lệch tâm 50mm. ..................... 83

Hình 5.39: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông ......... 83

Hình 5.40: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng đến khả năng biến dạng dọc

................................................................................................................................... 84

Hình 5.41: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng ngang .................. 86

Hình 5.42:Hiệu quả gia cƣờng dán dọc tấm CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ của bê tông

................................................................................................................................... 87

Hình 5.43:Hiệu quả gia cƣờng dán ngang tấm CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ của bê

tông ............................................................................................................................ 88

Hình 5.44: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt dọc ................ 90

Hình 5.45: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt đai ................. 91

Hình 5.46: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng bê tông................ 93

Hình 6.1: Mô hình ứng suất - biến dạng của bê tông gia cƣờng bó hông bằng tấm

CFRP (Lam và Teng 2003) ....................................................................................... 94

Hình 6.2: Tác động của ứng suất nở hông lên tấm CFRP trong tiết diện tròn .......... 95

Hình 6.3: Mặt cắt ngang tròn tƣơng đƣơng (Lam và Teng 2003) ............................ 96

Hình 6.4: Biều đồ tƣơng tác ...................................................................................... 98

Hình 6.5: Phân bố biến dạng cho điểm B và điểm C ................................................ 99

Hình 6.6: Một số biểu đồ tƣơng tác điển hình ........................................................ 104

Hình 6.7: So sánh khả năng chịu nén của mẫu cột gia cƣờng tính toán từ tiêu chuẩn

ACI 440.2R-17 với kết quả thực nghiệm. ............................................................... 106

Hình 6.8: So sánh khả năng chịu nén của mẫu cột không gia cƣờng (ứng với cƣờng

độ bê tông f’c=22.4; 39.2; 48.8MPa) tính toán từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết

quả thí nghiệm. ........................................................................................................ 107

viii

Hình 6.9: So sánh khả năng chịu nén của mẫu cột không gia cƣờng (ứng với độ lệch

tâm thay đổi 0, 25, 50mm) tính toán từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết quả thí

nghiệm. .................................................................................................................... 107

DANH MỤC KÍ HIỆU

Ae: Diện tích chịu nén hiệu quả tiết diện cột

Ag: Diện tích tiết diện cột

Ac: Diện tích phần tiết diện bê tông cột (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) Ast: Tổng diện tích tiết diện thép chịu lực dọc cột

b: Chiều rộng tiết diện cột (mm)

D: Chiều dài đƣờng chéo tiết diện cột (mm)

(MPa) Ef: Mô đun đàn hồi chịu kéo của CFRP

(MPa) fl: Ứng suất bó hông do lớp CFRP gia cƣờng tạo ra

(MPa) fy: Giới hạn chảy dẻo thép dọc

(MPa) f’c: Cƣờng độ chịu nén của bê tông

(MPa)

fu: Cƣờng độ chịu kéo của vật liệu CFRP gia cƣờng

f’cc: Cƣờng độ chịu nén của bê tông khi chịu bó hông f* (MPa)

h: Chiều dài tiết diện cột (mm)

n: Số lớp tấm CFRP gia cƣờng

nd: Số lớp gia cƣờng dán dọc

nn: Số lớp gia cƣờng bó hông

(kN) Pun : Khả năng kháng nén tối đa của cột

(kN) Pu: Tải trọng cực hạn của mẫu

(kN) Pu,exp: Khả năng chịu nén của mẫu cột thí nghiện

(kN) Pu,ACI : Khả năng chịu nén của mẫu cột tính theo ACI 440.2R (2017)

(mm) rc: Bán kính góc bo tiết diện cột

(mm) tf: Chiều dày tấm lƣới sợi CFRP gia cƣờng

(mm/mm) f: Biến dạng của tấm CFRP

e: Độ lệch tâm (mm)

(MPa) fc: Cƣờng độ bê tông của mẫu thí nghiệm

(mm) u,v: Chuyển vị dọc trục cực hạn của mẫu

(mm) u,h: Chuyển vị nở hông cực hạn của mẫu

cu: Biến dạng cực hạn của bê tông

CFRP,v1, CFRP,v2, CFRP,v3 : lần lƣợt là biến dạng cực hạn của tấm CFRP dán dọc tại

các vị trí đầu, giữa và chân cột

CFRP,h1, CFRP,h2, CFRP,h3 : lần lƣợt là biến dạng cực hạn của tấm CFRP quấn ngang

tại các vị trí đầu, giữa và chân cột

st1, st2, st3, st4, st5 : lần lƣợt biến dạng cực hạn của thép dọc tại vị trí mặt cắt

ngang giữa cột của mẫu

sw1, sw2 : lần lƣợt là biến dạng cực hạn của thép đai tại vị trí mặt cắt

ngang ở giữa và chân cột

(mm/mm)

fu: Biến dạng giới hạn của tấm CFRP

fe: Biến dạng hiệu quả của tấm CFRP * (mm/mm)

t: Biến dạng chuyển tiếp trong mô hình ứng suất – biến dạng cho bê tông đƣợc

ccu : Biến dạng cực hạn của bê tông khi đƣợc bó hông ’

bó hông bằng FRP

si: Biến dạng của lớp thép thứ i

a: Hệ số hiệu quả gia cƣờng CFRP, xác định theo ACI 440.2R (2017)

b: Hệ số hiệu quả gia cƣờng CFRP, xác định theo ACI 440.2R (2017)

: Hệ số biến dạng hữu hiệu, = 0.55 theo ACI 440.2R (2017)

g: Hàm lƣợng thép dọc

f: Hệ số giảm cƣờng độ CFRP, = 0,95 cho trƣờng hợp bó toàn bộ chu vi

tiết diện mặt cắt cột

sf: Khoảng cách trục giữa các tấm bó hông

wf: Bề rộng tấm sợi cacbon CFRP

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Mean : Giá trị trung bình;

COV : Hệ số biến thiên, = STDEV/Mean, với STDEV là độ lêch chuẩn.

CFRP: Vật liệu lƣới sợi carbon dùng để gia cƣờng kháng nở hông cột.

BTCT: Bê tông cốt thép

N1: Nhóm không gia cƣờng.

N2: Nhóm gia cƣờng 2 lớp dán dọc.

N3: Nhóm gia cƣờng 2 lớp dán dọc – 1 lớp quấn ngang toàn cột.

N4: Nhóm gia cƣờng 2 lớp dán dọc – 1 lớp quấn ngang cách quãng.

M1: Bê tông có cƣờng độ fc=28MPa;

M2: Bê tông có cƣờng độ fc=49MPa;

M3: Bê tông có cƣờng độ fc=61MPa

ĐẶT VẤN ĐỀ

CHƢƠNG 1:

Trong hệ kết cấu khung của công trình, cột là một bộ phận quan trọng, tiếp

nhận đồng thời toàn bộ tải trọng đứng từ các cấu kiện sàn, dầm và tải trọng ngang

(gió…). Hiện nay, sau một thời gian dài sử dụng, hàng loạt các công trình xây dựng

(dân dụng và giao thông) đã và đang có dấu hiệu xuống cấp. Trong bối cảnh việc

xây mới để thay thế các công trình này đòi hỏi cần có một nguồn vốn rất lớn và thật

sự tốn kém;việc sửa chữa hoặc nâng cấp nhằm kéo dài thời gian sử dụng của chúng,

trong đó vấn đề gia cƣờng và gia cố kết cấu chịu lực chính nhƣ cột đƣợc đặc biệt

quan tâm. Bên cạnh công tác gia cƣờng sử dụng các vật liệu và các kỹ thuật truyền

thống nhƣ dán thép tấm lên bề mặt kết cấu, tăng kích thƣớc tiết diện của kết cấu

bằng cách phủ thêm lớp áo bê tông, hoặc tạo thêm ứng suất có lợi bằng phƣơng

pháp căng sau, gần đây, kỹ thuật dùng vật liệu “composite epoxy - sợi” (Fiber

Reinforced Polymers - FRP) đang nổi lên nhƣ một giải pháp hiệu quả nhờ vào

những đặc tính nổi bật nhƣ khối lƣợng riêng nhẹ, không bị ăn mòn, có cƣờng độ

chịu kéo cao, dễ thi công. Tuy vậy, cho đến hiện nay, mức độ ứng dụng kỹ thuật gia

cƣờng sử dụng tấm FRP vào trong thực tế xây dựng vẫn còn khá khiêm tốn. Một

trong những nguyên nhân chính đƣợc cho là do sự hiểu biết về dạng kết cấu này

chƣa đƣợc thật sự đầy đủ cả về mặt phƣơng pháp luận cũng nhƣ qui trình tính toán

cụ thể (Pellegrino và Sena-Cruz, 2016).

Tấm FRP gia cƣờng bó hông đã cho thấy hiệu quả cao trong việc gia tăng khả

năng chịu nén, biến dạng dọc trục và nở hông, mức độ hấp thu năng lƣợng và độ

dẻo dai của cột bê tông và bê tông cốt thép (BTCT) chịu nén đúng tâm

(Saadatmanesh và cộng sự, 1994; Matthyss và cộng sự, 2006; Wu và cộng sự 2009;

Toutanji và cộng sự, 2010; Luca và cộng sự, 2011; Herwig and Motavalli, 2012;

Abdelrahman and El-Hacha, 2012; Wang và cộng sự, 2012; Pham và Hadi, 2013;

Parvin and Brighton, 2014; Taghreed và cộng sự, 2015). Trong thực tế, cột trong

công trình đa phần chịu nén lệch tâm và ứng xử của cột chịu nén lệch tâm có sự

khác biệt lớn so với nén đúng tâm. Hiện tƣợng biến dạng không đều của tấm FRP

gia cƣờng do ứng xử nén lệch tâm của cột làm giảm đáng kể hiệu quả gia cƣờng

kháng nở hông của tấm CFRP so với trƣờng hợp cột nén đúng tâm (Parvin vàWang,

2001). Một số các nghiên cứu khácvềứng xử nén lệch tâm một phƣơng của cột bê

tông và BTCT gia cƣờng tấm CFRP theo dạng bó hông và dán dọc nhƣ của

Mirmiran và cộng sự (1998),Li và Hadi (2003), Hadi (2005, 2006, 2007, 2009), El-

Maaddawy (2009); Sadeghian và cộng sự (2010), Hadi và Widiarsa (2012), Song và

cộng sự (2013), Gajdosova và Bilcik(2013) cho thấycác yếu tố nhƣ là cƣờng độ bê

tông, hình dạng và kích thƣớc tiết diện cột, tỉ lệ mô hình của mẫu thí nghiệm, hàm

lƣợng cốt đai, số lớp FRP gia cƣờng bó hông và dán dọc, kiểu gia cƣờng bó hông

toàn phần hay bán phần, góc sợi gia cƣờng, và độ mảnh của mẫu cột có ảnh hƣởng

đáng kể đến ứng xử cơ học của cột gia cƣờng tấm CFRP bó hông và dán dọc. Các

nghiên cứu cũng nhận xét rằng tấm CFRP bó hông làm tăng hiệu quả gia cƣờng

kháng uốn của tấm CFRP dán dọc, tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại, vấn đề

lƣợng hóa ảnh hƣởng này vẫn chƣa thấy đề cập trong các nghiên cứu vừa nêu.

Ngoài ra, vấn đề ảnh hƣởng của tƣơng tác giữa cốt thép dọc, cƣờng độ bê tông và

tấm FRP gia cƣờng dán dọc đến hiệu quả gia cƣờng của tấm FRP cũng nhƣ ứng xử

cơ học của cột BTCT gia cƣờng bó hông và dán dọc bằng tấm CFRP vẫn chƣa đƣợc

trình bày tƣờng minh.

Đề tài này nghiên cứu về ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến ứng xử cột bê

tông cốt thép gia cƣờng tấm CFRP chịu nén lệch tâm một phƣơng. Chƣơng trình

thực nghiệm đƣợc thực hiện trên 25 mẫu cột có kích thƣớc 200 x 200 x 800 mm.

Mục tiêu chính của đề tài gồm: (1) Khảo sát thực nghiệm ảnh hƣởng của cƣờng độ

bê tông đến hiệu quả gia cƣờng của tấm CFRP gia cƣờng dán dọc và bó hông cho

cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm một phƣơng; (2) Phân tích và đánh giá mức

độ chính xác của các công thức dự đoán khả năng chịu lực của cột BTCT gia cƣờng

tấm CFRP trong các tiêu chuẩn hiện hành cho trƣờng hợp cột chịu nén lệch tâm một

phƣơng dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ đề tài này và một số nghiên cứu trƣớc đây;

và (3) Đề xuất một hiệu chỉnh cho quy trình tính toán khả năng chịu lực của cột

đƣợc gia cƣờng dùng tấm CFRP dán dọc và bó hông trong tiêu chuẩn ACI 440.2R

(2017), trong đó xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác giữa cƣờng độ bê tông và biến dạng

hiệu quả của tấm CFRP nhằm giúp cho việc xuất phƣơng pháp tính cũng nhƣ xây

dựng mô hình tính đƣợc phù hợp hơn so với thực tiễn.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

CHƢƠNG 2:

2.1. Sơ lƣợc lịch sử phát triển và đặc tính kỹ thuật của lƣới sợi FRP

2.1.1. Sơ lƣợc lịch sử phát triển

Vật liệu gia cƣờng FRP đƣợc giới thiệu lần đầu vào thập niên 50 (Bank,

2006), vật liệu này đƣợc cấu tạo từ 2 thành phần chính là chất kết dính và sợi. Chất

kết dính đƣợc làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, phổ biến nhất hiện nay nhựa

polymer. Sợi là thành phần chủ yếu tạo nên các đặc tính cơ lý cho FRP, sợi đƣợc

làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, phổ biến nhất hiện nay là từ thủy tinh (glass

fibers), aramid (aramid fibers) và carbon (carbon fibers). Đặc tính của các loại sợi

này là có cƣờng độ chịu kéo rất cao, mô đun đàn hồi rất lớn, trọng lƣợng nhỏ, khả

năng chống mài mòn cao, cách điện, chịu nhiệt tốt, bền theo thời gian …Tùy vào

loại sợi đƣợc sử dụng mà vật liệu FRP sẽ đƣợc phân loại và có tên gọi tƣơng ứng

khác nhau là GFRP, AFRP và CFRP (viết tắt của chữ tiếng Anh Carbon Fiber

Reinforced Polymer hoặc Carbon Fiber Reinforced Plastic).

Sợi cacbon trên thị trƣờng thƣờng có đƣờng kính 7 - 10μm đƣợc cấu tạo từ

khoảng 30.000 sợi đơn. Sản phẩm này đƣợc sản xuất chủ yếu bởi một số công ty

nhƣ Toray, Toho Rayon và Mitsubishi Rayon của Nhật; Hexcel, Zoltek, Aldila,

Hughes Brothers, Strongwell và FyfeCo của Mỹ; SGL của Đức; Tai-Quang của Hàn

Quốc; Formosa của Đài Loan-Trung Quốc; Clever Reinforcement AG, Sika của

Thụy Sĩ; S&P ở Áo; và số ít các công ty khác nắm đƣợc kỹ thuật công nghệ để sản

xuất sợi cacbon. Theo nhu cầu sử dụng khác nhau, các nhà sản xuất tạo thành bán

thành phẩm và sản phẩm định hình dƣới dạng cuộn sợi, dạng thanh, lƣới (vải) sợi

dệt sẵn. Đối với lƣới sợi carbon hiện nay có 4 dạng phổ biến là: dệt trơn; dệt chéo;

trơn mịn và sọc đơn (Hình 2.1).

Hình 2.1: Một số dạng sản phẩm lƣới sợi carbon.

Việc sử dụng vật liệu FRP để gia cƣờng kết cấu bê tông đã đƣợc triển khai

thực hiện cuối những năm 1980 ở châu Âu (đặc biệt là Thụy Sĩ) và ở Nhật Bản. Một

thời gian sau nó đƣợc nghiên cứu ứng dụng tại Hoa Kỳ và Canada. Ban đầu, việc

nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc gia cƣờng cho kết cấu chịu uốn bê tông và

gỗ. Tiếp theo nối là các nghiên cứu sử dụng các loại tấm và vải FRP để phục hồi các

cột bê tông ; đặc biệt là các trụ cầu đƣờng cao tốc chịu tải trọng ngang do động đất.

Gia cƣờng chống cắt bằng vật liệu FRP cho dầm bê tông đã đƣợc nghiên cứu từ

những năm đầu thập niên 1990 và đƣợc ứng dụng nhiều trong các kết cấu bê tông,

đặc biệt là kết cấu bê tông dự ứng lực dầm chữ T (Bank, 2006).

Việc kết dính tấm, vải gia cƣờng FRP lên bề mặt kết cấu dầm bê tông chịu uốn

đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng đầu tiên ở Thụy Sĩ vào cuối những năm 1980 bởi

Meier và các đồng nghiệp của tại Trung tâm EMPA (1995). Vải sợi FRP đã đƣợc sử

dụng trong hàng trăm tòa nhà, cây cầu và các ống khói ở châu Âu (Taerwe và

Matthys, 1999). Kể từ giữa năm 1990, sau khi dùng cho kết cấu ứng lực bằng vật

liệuFRP đƣợc thƣơng mại hóa, hàng trăm dự án nghiên cứu và hàng ngàn ứng dụng

FRP để gia cƣờng cho kết cấu chịu tải trọng tĩnh hoặc động (tải trọng xe cộ, gió) đã

đƣợc thực hiện trên toàn thế giới (Bank, 2006).

2.1.2. Tính chất của lƣới sợi carbon (CFRP)

Các loại lƣới sợi cacbon đều có đặc điểm chung là có độ bền rất cao, dễ uốn

theo hình dạng bất kỳ, trơ về mặt hóa học nên không chịu tác động của môi trƣờng

xâm thực. Cƣờng độ chịu kéo và độ dẻo dai phụ thuộc vào kiểu sợi, hƣớng sợi và

chất lƣợi sợi. Các tính chất của vật liệu này đƣợc thể hiện tại Bảng 2.1 dƣới đây.

Bảng 2.1: Tính chất cơ lý của vật liệu CFRP (theo ACI 440.2R, 2017).

Tính chất cơ lý

Giá trị 1,5 - 1,6

(-1) - 0

22 - 50

Khối lƣợng riêng (tấn/m3) Hệ số giãn nở nhiệt Theo chiều dọc (x106/ oC) Theo chiều ngang (x106/ oC) Tính chất cơ học

Mô đun đàn hồi nhỏ nhất (GPa) 100 - 1040

Cƣờng độ chịu kéo (MPa) 2.050 - 6.200

Biến dạng nhỏ nhất (%) 0,2 – 1,5

2.1.3. Tính chất của của keo kết dính

Chất kết dính giữa các sợi carbon và giữa tấm, sợi carbon với bê tông gồm có

keo epoxy, polyester, vynil-ester,trong đó, hiện nay sử dụng phổ biến là keo epoxy,

keo dán này có những đặc tính nhƣ:

 Có khả năng tự thẩm thấm xuyên qua các lỗ siêu nhỏ trong bê tông, nhằm

tạo sự liên kết gắn chắc giữa vật liệu gia cƣờng và bê tông (Hình 2.2);

 Thẩm thấu sâu và liên kết đồng đều giữa các sợi carbon;

 Có độ nhớt thấp, nhằm đảm bảo sự thấm đồng đều khi thi công;

 Keo dán bền với hầu hết môi trƣờng xâm thực, có độ bám dính rất cao.

Hình 2.2: Khả năng tự thẩm thấu của keo Epoxy.

2.2. Tổng quan nghiên cứu về ứng xử của cột BTCT gia cƣờng kháng uốn và

kháng nở hông bằng vật liệu CFRP

2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Mirmiran và cộng sự (1998) [1] nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng của hình

dạng tiết diện, chiều cao của cột, liên kết bề mặt bê tông và tấm sợi FRP đến hiệu

quả gia cƣờng bó hông của tấm FRP. Để khảo sát ảnh hƣởng của hình dạng tiết diện

cột, 18 mẫu cột vuông, kích thƣớc 152.5x152.5x305mm và 49 mẫu cột tròn, kích

thƣớc 152.5x305 mm. Riêng ảnh hƣởng của tỉ số chiều cao trên đƣờng kính cột L/D

đƣợc thực nghiệm trên 36 mẫu cột tròn, đƣờng kính 152.5mm có tỉ số L/D thay đổi

lần lƣợt là 2:1, 3:1, 4:1, và 5:1. Ảnh hƣởng của liên kết bề mặt tấm sợi CFRP và bê

tông đƣợc đánh giá trên tổng cộng 32 mẫu cột tròn kích thƣớc 152.5x305 mm với

hai loại liên kết mặt: keo và neo cơ học. Tất cả các cột đƣợc gia cƣờng lần lƣợt 6,

10 và 14 lớp tấm GFRP. Tác giả đánh giáhiệu quả gia cƣờng của tấm GFRP qua chỉ

số MCR là một hàm của bán kính góc và cƣờng độ tấm GFRP. Kết quả cho thấy

hiệu quả gia cƣờng của tiết diện vuông thấp hơn tiết diện tròn và các mẫu đều có giá

trị MCR>15%. Tỉ số độ mảnh của cột từ 2:1 đến 5:1 không ảnh hƣởng đáng kể đến

cƣờng độ cũng nhƣ độ dẻo của tiết diện. Trong khi, liên kết dạng keo không ảnh

hƣởng đến khả năng chịu lực của cột gia cƣờng, nhƣng dạng cơ học cải thiện đáng

kể khả năng chịu lực của tiết diện doứng suất kháng nở hông của tấm FRP gia

cƣờng đƣợc phân bố đều đặn hơn theo chu vi của tiết diện cột.

Parvin and Wang (2001) [2] phân tích thực nghiệm ứng xử cơ học của cột

vuông gia cƣờng tấm CFRP chịu nén lệch tâm. Thí nghiệm đƣợc thực hiện trên 9

mẫu (108x108x305mm) với số lớp CFRP gia cƣờng bó hông thay đổi (0,1, và 2

lớp). Các cột đƣợc nén lệch tâm với độ lệch tâm lần lƣợt là0, 7.6, và 15.2mm. Kết

quả nghiên cứu cho thấy tấm FRP làm tăng đáng kể cƣờng độ và độ dẻo của cột

dƣới tải trọng lệch tâm, tuy nhiên hiện tƣợng biến dạng không đều của tấm CFRP

(do ảnh hƣởng của nén lệch tâm) làm giảm hiệu quả gia cƣờng của tấm. Đối với cột

vuông chịu nén lệch tâm, độ cứng củatấm CFRP là thông số quan trọng. Tấm CFRP

phải đủ cứng để tạo nên hiệu ứng bó hông cho cột. Hiệu quả gia cƣờng của tấm

CFRP tỉ lệ với độ cứng của tấm. Ngoài ra, nhờ cơ chế kiểm soát hiện tƣợng phình

hông, tấm CFRP làm tăng đáng kể khả năng nở hông của cột.

Hadi (2006) [3] khảo sát ứng xử của cột tròn đƣợc gia cƣờng tấm CFRP bó

hông trong cột bê tôngchịu nén lệch tâm có và không có cốt thép dọc trong cột.

Chƣơng trình thực nghiệm đƣợc dựa trên 6 cột, kích thƣớc 150x1400mm; tại vị trí

tác dụng lực, tiết diện cột đƣợc mở rộng về một phía để tạo độ lệch tâm cho cột. Cột

C1 đƣợc bố trí cốt thép dọc (6d10) không gia cƣờng tấm CFRP. Cột C2 đƣợc bố trí

cốt thép dọc tƣơng tự cột C1và gia cƣờng bó hông bằng 1 lớp tấm CFRP; cột C3

không có cốt dọc và đƣợc gia cƣờng bó hông bằng 1 lớp tấm CFRP tƣơng tự cột

C2. Cột C4 và C5, tƣơng tự nhƣ cột C3, nhƣng đƣợc bố trí bó hông bằng 2 lớp tấm

CFRP. Cuối cùng, cột C6 đƣợc gia cƣờng 5 lớp tấm CFRP. Kết quả cho thấy khả

năng chịu lực, độ dẻo và khả năng hấp thụ năng lƣợng của cột đƣợc gia cƣờng bó

hông bằng tấm CFRP đều cao hơn so với cột BTCT truyền thống tƣơng ứng.

Hadi (2007) [4] thực nghiệm trên 6 mẫu cột tròn (d=205mm, h=925mm), chia

làm 2 nhóm mẫu không bố trí cột dọc và cốt đai, đƣợc gia cƣờng bó hông và kháng

uốn bằng tấm CFRP và GFRP với độ lệch tâm = 50mm. Mỗi nhóm mẫu gồm có

một mẫu không gia cƣờng dán dọc, một mẫu gia cƣờng dán dọc 1 lớp FRP và một

mẫu gia cƣờng dán dọc 3 lớp FRP; tất cả các mẫu đƣợc gia cƣờng bó hông bằng 3

lớp FRP. Ngoài ra, một cột với hình dạng và kích thƣớc tƣơng tự đƣợc bố trí cốt

dọc (6d12) và cốt đai (d10s60) đƣợc sử dụng để đối chứng. Nghiên cứu đƣa ra kết

luận rằng khả năng chịu lực và độ dẻo của cột đƣợc gia cƣờng bằng CFRP hay

GFRP đều tốt hơn so với cột BTCT đối chứng. Khả năng chịu lực của cột đƣợc gia

cƣờng bằng tấm GFRP tăng nhẹ so với cột đối chứng. Mặc dù đƣợc thí nghiệm nén

lệch tâm, ứng xử của cột gia cƣờng bằng tấm CFRP vẫn tốt hơn so với cột đối

chứng và cột gia cƣờng bằng tấm GFRP.

Maaddaway (2009) [5] khảo sát thực nghiệm ứng xử cơ học của cột gia cƣờng

bó hông bằng tấm CFRP chịu nén lệch tâm trên 12 cột vuông (125x125x1200mm).

Các cột đƣợc mở rộng tiết diện ở vùng chịu tải với kích thƣớc 250x250mm nhằm

tạo ra độ lệch tâm. Tỉ số giữa độ lệch tâm và chiều cao tiết diện cột e/h trong thí

nghiệm lần lƣợt là 0.3, 0.43, 0.57 và 0.86. Thí nghiệm đƣợc chia làm 3 nhóm: cột

không gia cƣờng (UW); cột gia cƣờng toàn phần (full wrapping, FW); và cột gia

cƣờng bán phần (partial wrapping, PW). Kết quả cho thấy gia cƣờng 1 lớp tấm

CFRP kiểu FW (toàn phần) làm tăng khả năng chịu tải của cột lên 37% với e/h=0.3,

trong khi chỉ làm tăng 3% với e/h=0.86. Mức độ gia tăng tỉ lệ nghịch với tỉ số độ

lệch tâm. Hiệu quả gia tăng khả năng chịu tải do gia cƣờng kiểu PW (bán phần)

thấp hơn so với kiểu FW khoảng 5%. Kiểu gia cƣờng FW làm tăng biến dạng chịu

nén tới hạn của bê tông từ 64 đến 124% so với cột không đƣợc gia cƣờng, trong khi

kiểu gia cƣờng PW làm tăng thấp hơn khoảng 12% so với kiểu FW.

Hadi (2009) [6] nghiên cứu về ứng xử cơ học của cột BTCT cƣờng độ cao

đƣợc gia cƣờng bằng vật liệu CFRP chịu nén lệch tâm. Nghiên cứu đƣợc thực hiện

trên 16 mẫu với 12 mẫu cột tiết diện tròn (h=925mm, d=205mm) và 4 mẫu dầm.

Thí nghiệm chia làm 4 nhóm: nhóm 1 gồm các mẫu cột BTCT đối chứng; nhóm 2

gồm 4 mẫu cột BTCT đƣợc gia cƣờng bó hông bằng 3 lớp CFRP; nhóm 3 gồm 4

mẫu BTCT đƣợc gia cƣờng thêm 1% sợi thép vào bê tông; và nhóm 4 gồm 4 mẫu

cột BTCT gia cƣờng thêm 1% sợi thép và đồng thời đƣợc gia cƣờng bó hôngbằng 3

lớp CFRP. Các mẫu trong mỗi nhóm đƣợc thí nghiệm với độ lệch tâm lần lƣợt là 0,

25, và 50mm; mẫu cuối cùng đƣợc thí nghiệm nhƣ mẫu dầm. Kết quả cho thấy tấm

CFRP gia cƣờng bó hônglàm tăng đáng kể khả năng chịu lực của cột. Sợi thép bổ

sung vào mẫu cột làm tăng độ dẻo của cột. Thí nghiệm uốn 4 điểm chỉ ra rằng tấm

FRP làm tăng khả năng kháng uốn của cột, giảm biến dạng nở hông. Sợi thép không

làm tăng khả năng chịu lực của cột nhiều nhƣ tấm CFRP nhƣng làm tăng mạnh độ

dẻo cho cột.

Sadeghian và cộng sự (2010) [7] phân tích thực nghiệm ứng xử cơ học của cột

chữ nhật đƣợc gia cƣờng bằng vật liệu CFRP chịu nén lệch tâm. Chƣơng trình đƣợc

thực hiện trên 7 mẫu cột (200x300x2700mm) có độ lệch tâm (200 và 300mm), số

lớp gia cƣờng (2, 3 và 5) và góc sợi gia cƣờng so với trục cột thay đổi (0, 45, và 90o). Hai mẫu không gia cƣờng (U); hai mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc trục và 1 lớp

bó hông (L2T); hai mẫu khác gia cƣờng dán 4 lớp dọc trục và 1 lớp bó hông (L4T);

và cột cuối cùng đƣợc gia cƣờng bằng 2 lớp bóchéo (DD’). Độ lệch tâm của cột

trong thí nghiệm nén lần lƣợt là 200 và 300mm. Kết quả cho thấy các mẫu gia

cƣờng có ứng xử tƣơng tự nhau. Phá hoại của tấm FRP phần lớn xảy ra ở giữa cột.

Các lớp gia cƣờng bó hông cải thiện tốt liên kết giữa những lớp gia cƣờng dán dọc

và bê tông. Khả năng chịu lực của mẫu S300-L4T tăng 127% so với mẫu U300

(mẫu không gia cƣờng), và tăng 51% so với mẫu S300-L2T. Lớp gia cƣờng bó hông

không cải thiện hiệu quả khả năng chịu lực của cột khi chịu nén lệch tâm. Các mẫu

có chuyển vị ngang nhƣ nhau.

Hadi và Widiarsa (2012) [8] nghiên cứu về ảnh hƣởng số lớp CFRP gia cƣờng

dán dọc, độ lệch tâm, lớp CFRP gia cƣờng bó hông đến ứng xử của cột BTCT chịu

nén lệch tâm. Nghiên cứu đƣợc thực hiện trên 12 mẫu cột vuông (200x200x800mm)

nén lệch tâm. Cột sử dụng bê tông cƣờng độ cao (HSC). Mẫu thí nghiệm đƣợc chia

làm 3 nhóm: không gia cƣờng, bó 1 lớp, bó 3 lớp, và dán 1 lớp dọc đồng thời bó 2

lớp với 3 độ lệch tâm khác nhau 0, 25, 50mm. Kết quả nghiên cứu cho thấy các lớp

CFRP gia cƣờng bó hông tăng đáng kể khả năng chịu lực lên tới 84% và cải thiệt rỏ

rệt độ dẻo của cột.

Wang và cộng sự (2012) [9] nghiên cứu ảnh hƣởng của tỉ lệ mô hình, hàm

lƣợng cốt thép dọc và đai của cột, số lớp CFRP bó hông và bản chất tải trọng (tải

trọng đơn điệu, tải lặp) đến ứng xử nén dọc trục của 34 mẫu cột vuông. Nghiên cứu

chỉ ra rằng tấm CFRP làm tăng đáng kể khả năng biến dạng dọc trục của cột, nhƣng

chỉ làm tăng nhẹ cƣờng độ dọc trục của nó. Quan hệ ứng suất biến dạng của mẫu

chịu nén tĩnh và mẫu chịu nén lặp tƣơng đồng nhau. Vùng giữa của tấm CFRP bó

hông có khả năng biến dạng tốt hơn so với vùng góc cho thấy sự nguy hiểm của

vùng góc. Hệ số làm việc hiệu quả của tấm CFRP bó hông tại vùng góc đối với cột

kích thƣớc lớn và trung bình theo nghiên cứu này lần lƣợt là 0.4 và 0.6. Nghiên cứu

cũng chỉ ra hàm lƣợng cốt thép đai ảnh hƣởng đến khả năng biến dạng, quan hệ ứng

suất - biến dạng, và giá trị biến dạng dẻo của cột gia cƣờng bó hông bằng tấm

CFRP.

Một số những nghiên cứu khác trong cùng lĩnh vực nhƣ của Pessiki et al.

(2001), Shao và cộng sự (2006), Lam và cộng sự (2006),Rocca (2007), Ilki và cộng

sự (2008), Lam và Teng (2009), Turgat và cộng sự (2010), De Luca và Nanni

(2011), Song và cộng sự (2013), và Gajdoso và và Bilcik (2013) phân tích ảnh

hƣởng của yếu tố kích thƣớc hình học của cột, hàm lƣợng cốt thép đai trong cột, tải

trọng lặp và độ mảnh của cột đến ứng xử của cột BTCT gia cƣờng tấm CFRP và kết

quả cho thấy hiệu quả gia cƣờng kháng nở hông của tấm CFRP giảm so với trƣờng

hợp cột nén đúng tâm; đồng thời không giống nhƣ trong trƣờng hợp nén đúng tâm,

hiệu quả gia cƣờng của tấm CFRP chịu ảnh hƣởng đáng kể bởi hàm lƣợng cốt đai, tỉ

lệ mô hình và yếu tố độ mảnh của cột.

2.3. Mục tiêu nghiên cứu

Dựa vào kết quả đã trình bày ở phần tổng quan, đề tài nghiên cứu này tập

trung vào ba mục tiêu cụ thể sau:

[1] Khảo sát thực nghiệm ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến hiệu quả gia

cƣờng của tấm CFRP gia cƣờng dán dọc và bó hông cho cột bê tông cốt thép chịu

nén lệch tâm một phƣơng;

[2] Phân tích và đánh giá mức độ chính xác của các công thức dự đoán khả

năng chịu lực của cột BTCT gia cƣờng tấm CFRP trong các tiêu chuẩn hiện hành

cho trƣờng hợp cột chịu nén lệch tâm một phƣơng dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ

đề tài này và một số nghiên cứu trƣớc đây;

[3] Đề xuất một hiệu chỉnh cho quy trình tính toán khả năng chịu lực của cột

đƣợc gia cƣờng dùng tấm CFRP dán dọc và bó hông trong tiêu chuẩn ACI 440.2R

(2017), trong đó xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác giữa cƣờng độ bê tông và biến dạng

hiệu quả của tấm CFRP nhằm giúp cho việc xuất phƣơng pháp tính cũng nhƣ xây

dựng mô hình tính đƣợc phù hợp hơn so với thực tiễn.

2.4. Ý nghĩa nghiên cứu

2.4.1. Ý nghĩa khoa học

Cƣờng độ bê tông đƣợc biết là làm tăng hiệu quả gia cƣờng kháng uốn của

tấm CFRP dán dọc trong trƣờng hợp cột BTCT nén lệch tâm một phƣơng, tuy

nhiên, cho đến thời điểm hiện tại, vấn đề lƣợng hóa ảnh hƣởng này vẫn chƣa thấy

đề cập trong các nghiên cứu vừa nêu. Ngoài ra, vấn đề ảnh hƣởng của tƣơng tác

cƣờng độ bê tông và tấm FRP gia cƣờng dán dọc đến hiệu quả gia cƣờng của tấm

FRP cũng nhƣ ứng xử của cột BTCT gia cƣờng bó hông và dán dọc bằng tấm CFRP

vẫn chƣa đƣợc trình bày tƣờng minh. Qui trình tính toán khả năng chịu lực của cột

BTCT gia cƣờng kháng nở hông và kháng uốn bằng tấm CFRP hiện nay trong các

tiêu chuẩn hiện hành vẫn chƣa xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác này. Đề tài này góp

phần làm sáng tỏ những vấn đề vừa nêu.

2.4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Vật liệu CFRP với những lợi thế nổi bật nhƣ dễ thi công, tỷ số giữa cƣờng độ

chịu kéo cao và khối lƣợng cao (high-strength-to-weight ratio), không bị ăn mòn và

độ bền hóa học cao (chemical resistance) có thể là một giải pháp gia cƣờng hiệu quả

bên cạnh các vật liệu và phƣơng pháp gia cƣờng truyền thống. Phƣơng pháp gia

cƣờng sử dụng tấm CFRP rất đơn giản, thời gian thi công nhanh với chi phí cho

nhân công và thiết bị dùng trong kỹ thuật FRP rẻ hơn so với các phƣơng pháp

truyền thống và có khả năng ứng dụng đa dạng cho tất cả các loại công trình. Tuy

nhiên, hiện nay kỹ thuật gia cƣờng dùng tấm CFRP cho kết cấu nói chung và kết

cấu BTCT nói riêng vẫn còn khá mới đối với các kỹ sƣ trong nƣớc và các nghiên

cứu vẫn còn hạn chế đặc biệt là với cấu kiện cột chịu nén lệch tâm. Đề tài này đƣợc

kì vọng sẽ cung cấp những thông tin hữu ích cho các kỹ sƣ và các nhà nghiên cứu

đang làm việc trong lĩnh vực sửa chữa và gia cố công trình ở Việt Nam.

2.5. Nội dung nghiên cứu

Để thực hiện đƣợc mục tiêu đề tài đặt ra thì cần thực hiện một số nội dung

nghiên cứu chủ yếu sau:

 Nghiên cứu và phân tích tổng quan về các đề tài đã nghiên cứu đã thực hiện

có liên quan đến nội dung đề tài đang nghiên cứu;

 Xây dựng chƣơng trình thực nghiệm trên 25 mẫu cột có kích thƣớc

200x200x800mm đƣợc chia làm 4 nhóm, với cách gia cƣờng khác nhau. Mỗi nhóm

gồm các mẫu cột với 3 độ lệch tâm khác nhau 0mm, 25mm và 50mm, và 3 loại

cƣờng độ (25, 40, 60MPa), cụ thể:

 Nhóm 1(mẫu đối chứng, không gia cƣờng kháng uốn và kháng nở hông):

gồm 9 mẫu với 3 độ lệch (0mm, 25mm, 50mm) và 3 loại cƣờng độ (25, 40, 60MPa)

khác nhau.

 Nhóm 2 (gia cƣờng 1 lớp kháng uốn) gồm 6 mẫu : 2 mẫu fc = 25MPa với 2

độ lệch tâm (0mm, 50mm); 2 mẫu fc = 40MPa với 2 độ lệch tâm (0mm, 50mm) và 2

mẫu fc = 60MPa với 2 độ lệch tâm (0mm, 50mm).

 Nhóm 3 (gia cƣờng 2 lớp kháng uốn và 1 lớp bó hông toàn cột) gồm 3 mẫu

fc = 40MPa với 3 độ lệch tâm (0mm, 25mm, 50mm).

 Nhóm 4 (gia cƣờng 2 lớp kháng uốn và 1 lớp bó hông quấn cách quãng)

gồm 7 mẫu tƣơng tự nhƣ nhóm 2.

 Triển khai thực nghiệm ghi nhận các thông số gồm khả năng chịu lực dọc

trục, chuyển vị dọc trụ và chuyển vị ngang của mẫu cột thực nghiệm; biến dạng tấm

CFRP gia cƣờng bó hông và dán dọc, của cốt thép dọc, cốt đai, và của bê tông;

Thiết lập các quan hệ giữa tải trọng, chuyển vị và biến dạng; phân tích kết quả thực

nghiệm;

 Phân tích hình thái vết nứt và kiểu phá hoại của các mẫu cột thực nghiệm;

 Phân tích khả năng chịu lực, chuyển vị của mẫu cột; đánh giá và lƣợng hóa

ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến các thông số này;

 Phân tích ứng xử của tấm CFRP gia cƣờng bó hông và dán dọc; đánh giá

ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến biến dạng hiệu quả của tấm CFRP gia cƣờng

dán dọc và bó hông;

 Phân tích biến dạng của bê tông và cốt đai và sự biến thiên của chúng theo

sự thay đổi cấu hình gia cƣờng của tấm CFRP và cƣờng độ bê tông của mẫu cột

thực nghiệm;

 Phân tích và đánh giá mức độ chính xác của các công thức dự đoán khả

năng chịu lực của cột BTCT gia cƣờng tấm CFRP trong các tiêu chuẩn hiện hành

cho trƣờng hợp cột chịu nén lệch tâm một phƣơng dựa trên dữ liệu thực nghiệm từ

đề tài này và một số các nghiên cứu trƣớc đây;

 Đề xuất hiệu chỉnh, trong đó xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác giữa cƣờng độ bê

tông và biến dạng hiệu quả của tấm CFRP nhằm giúp cho việc dự đoán đƣợc hợp lý

và chính xác hơn.

2.6. Phƣơng pháp nghiên cứu

Phƣơng nghiên cứu đƣợc lựa chọn là nghiên cứu tổng quan về mặt lý thuyết

kết hợp với thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.

CHƢƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM

CHƢƠNG 3:

3.1. Vật liệu

3.1.1. Bê tông

Bê tông dùng cho nghiên cứu này có cƣờng độ chịu nén mục tiêu lần lƣợt là

25, 40 và 60 MPa; trong đó bê tông có cƣờng độ chịu nén 25MPa đƣợc trộn thủ

công và bê tông có cƣờng độ chịu nén 40 và 60MPa đƣợc cung cấp bởi nhà máy.

Cƣờng độ chịu nén của bê tông đƣợc xác định dựa trên thí nghiệm mẫu lập phƣơng

150×150×150 mm (Hình 4.1), lấy trung bình trên 3 mẫu tƣơng ứng với mỗi cƣờng

độ bê tông (Bảng 4.4). Để đảm bảo sự đồng nhất các mẫu và cho kết quả chính xác,

các mẫu cùng nhóm đƣợc sử dụng chung một mẻ trộn bê tông. Cấp phối bê tông

theo Bảng 4.1 , 4.2 và 4.3.

Bảng 3.1: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 25MPa.

Thành phần vật liệu Khối lƣợng/m3 vữa bê tông

Xi măng Holcim PC40 344 (kg)

Cát vàng 638 (kg)

Đá 1x2 1395 (kg)

Nƣớc 195 (lít)

Bảng 3.2: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa.

Thành phần vật liệu Khối lƣợng/m3 vữa bê tông

Xi măng 344 (kg)

Phụ gia khoáng 70 (kg)

Cát 401 (kg)

Cát nghiền 401 (kg)

Đá (5x13) 263 (kg)

Đá (5x23) 788 (kg)

Nƣớc 185 (lít)

Phụ gia 4.024 (lít)

Bảng 3.3: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa.

Thành phần vật liệu Khối lƣợng/m3 vữa bê tông

Xi măng 471 (kg)

Cát 410 (kg)

Cát nghiền 410 (kg)

Đá (5x13) 263 (kg)

Đá (5x23) 788 (kg)

Nƣớc 165 (lít)

Phụ gia 5.88 (lít)

Bảng 3.4: Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông

Cƣờng độ chịu nén (MPa) Số thứ tự Tên mẫu bê tông thí nghiệm Từng mẫu Trung bình

1 Mẫu M1-1 26.13

2 Mẫu M1-2 28.78 28.12

3 Mẫu M1-3 29.46

4 Mẫu M2-1 48.67

5 Mẫu M2-2 46.16 49.01

6 Mẫu M2-3 52.20

7 Mẫu M3-1 59.75

8 Mẫu M3-2 60.31 60.99

9 Mẫu M3-3 62.90

3.1.2. Cốt thép

Thép dọc đƣờng kính 12mm và thép đai có đƣờng kính 6mm đƣợc sử dụng

cho các mẫu cột. Mỗi loại đƣờng kính cốt thép đều đƣợc lấy mẫu thí nghiệm (mỗi

loại lấy 3 mẫu) để xác định các chỉ tiêu cơ lý. Kết quả thí nghiệm đƣợc tổng hợp

trong Bảng 4.5.

Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép.

Tên thông số Thép dọc Thép đai

Đƣờng thép, (mm) 12 6

Loại thép Giới hạn kéo chảy, (MPa) Giới hạn kéo đứt, (MPa) Thép vằn 528 620 Thép trơn 302 470

Trọng lƣợng riêng, (g/mm) 0.888 0.222

3.1.3. Vải sợi carbon và keo kết dính

Vật liệu vải sợi carbon dùng trong nghiên cứu này là loại vải dệt đơn hƣớng có

đặc trƣng cơ lý theo Bảng 4.6. Keo kết dính lƣới sợi với mặt ngoài bê tông sử dụng

loại keo epoxy hai thành phần chuyên dụng đƣợc cung cấp đi kèm với vải sợi

carbon.

Bảng 3.6: Các đặc trƣng cơ học của vải sợi carbon và keo

Đặc tính cơ học Vải sợi carbon

Trọng lƣợng, (g/m2) 300

0.166

Độ dày, (mm) Cƣờng độ chịu kéo, (N/mm2) 4900

Độ dãn dài tới đứt, (%) >2%

Mô đun đàn hồi, (GPa) 240

Keo

Modun đàn hồi, (GPa) 3.5

Cƣờng độ chịu nén, (MPa) 90

Cƣờng độ chịu kéo, (MPa) 60

Độ nhớt, (mPa.s) ±3700

3.2. Mẫu cột thí nghiệm

Chƣơng trình thực nghiệm đƣợc thực hiện trên 25 mẫu cột BTCT kích thƣớc

200x200x800mm có cƣờng độ bê tông khác nhau trong đó fc = 28MPa (7 mẫu), fc =

49MPa (11 mẫu), và fc = 60MPa (7 mẫu). Các mẫu cột đều có cấu tạo cốt thép

giống nhau, gồm có 8 thanh thép dọc đƣờng kính 12mm đƣợc bố trí đều theo chu vi

và thép đai đƣờng kính 6mm với bƣớc cốt đai s = 100mm (riêng hai đầu cột trong

khoảng 200 mm, đƣợc bố trí dày hơn với bƣớc cốt đai s = 50 mm nhằm tránh hiện

tƣợng bể đầu cột do sự tập trung ứng suất). Cấu tạo mẫu cột đƣợc mô tả chi tiết

trong Hình 4.1. Chi tiết các mẫu cột thí nghiệm đƣợc tổng hợp trong Bảng 4.7

Hình 3.1: Cấu tạo cốt thép mẫu cột thí nghiệm

Bảng 3.7: Bảng thông số mẫu thí nghiệm

Bó hông

Tên mẫu

Ghi chú

fc (MPa)

e (mm)

Nhóm mẫu

nn

Không gia cƣờng

2 lớp dán dọc

2 lớp dán dọc + bó hông liên tục

2 lớp dán dọc + bó hông cách quãng

C0-M1-N1 C25-M1-N1 C50-M1-N1 C0-M2-N1 C25-M2-N1 C50-M2-N1 C0-M3-N1 C25-M3-N1 C50-M3-N1 2VC0-M1-N2 2VC50-M1-N2 2VC0-M2-N2 2VC50-M2-N2 2VC0-M3-N2 2VC50-M3-N2 2V1HC0-M2-N3 2V1HC25-M2-N3 2V1HC50-M2-N3 2V1HC0-M1-N4 2V1HC50-M1-N4 2V1HC0-M2-N4 2V1HC25-M2-N4 2V1HC50-M2-N4 2V1HC0-M3-N4 2V1HC50-M3-N4

Dán dọc (nd) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

wf (mm) 500 500 500 50.12 50.12 50.12 50.12 50.12 50.12 50.12

s (mm) 0 0 0 50 50 50 50 50 50 50

0 25 50 0 25 50 0 25 50 0 50 0 50 0 50 0 25 50 0 50 0 25 50 0 50

Ghi chú:

: Cƣờng độ bê tông, MPa; fc

: Độ lệch tâm, mm; e

: Số lớp gia cƣờng dán dọc; nd

: Số lớp gia cƣờng bó hông; nn

: Khoảng cách quấn bó hông, mm; sf

wf : Bề rộng tấm lƣới sợi cacbon CFRP; mm.

3.3. Thiết bị tạo độ lệch tâm

Hình 3.2 :Cơ cấu truyền tải, (a) – mặt bằng; (b) – mặt cắt A-A

(a) (b) (c)

Hình 3.3: Thiết bị tạo độ lệch tâm: (a) con bi tạo độ lệch tâm; (b) đầu chụp; và (c)

lắp đặt mẫu cột với độ lệch tâm 50mm

3.4. Quá trình đúc mẫu thí nghiệm

3.4.1. Công tác ván khuôn và lắp đặt cốp pha

Cốp pha dùng để đóng tạo khuôn là cốp pha phim dầy 18mm và gỗ chống

(Hình 4.4).

Hình 3.4: Công tác ván khuôn

3.4.2. Gia công cốt thép và lắp cảm biến đo biến dạng thép

Cốt thép đƣợc gia công chính xác theo bản vẽ, thép dọc có đƣờng kính 12mm,

thép đai đƣờng kính 6mm (Hình 4.5). Để chống phá vỡ đầu cột khi nén, các đầu cột

đều bố trí 3 lƣới thép đƣờng kính 6mm.

Hình 3.5: Công tác cốt thép

3.4.3. Đổ bê tông và công tác bảo dƣỡng

Vữa bê tông đối với bê tông có fc = 28 MPa, đƣợc trộn bằng tay theo đúng cấp

phối; đối với bê tông có fc = 49 và 61 MPa sử dụng bê tông tƣơi từ nhà máy. Bê

tông đƣợc đổ đều cùng lúc cho tất cả các cột và thực hiện đầm dùi để đảm bảo độ

lèn chặt, loại trừ bọt khí, lỗ rỗng trong bê tông (Hình 4.6). Sau khi đổ bê tông xong,

mẫu cột đƣợc dƣỡng hộ bằng cách đậy bao vải đã nhúng nƣớc, đồng thời thƣờng

xuyên tƣới nƣớc để giữ ẩm trong thời gian bê tông đông kết (Hình 4.7). Công tác

tháo dỡ cốp pha đƣợc tiến hành sau 2 tuần đổ bê tông.

Hình 3.6: Công tác đổ bê tông và đầm dùi.

Hình 3.7: Công tác bảo dƣỡng bê tông.

3.4.4. Công tác gia cƣờng mẫu cột bằng tấm CFRP

Trƣớc khi gia cƣờng dán tấm CFRP, mẫu cột đƣợc mài nhẵn và bo góc 4 cạnh.

Để dán cảm biến đo biến dạng bê tông, tại vị trí dán cảm biến (Hình 4.8) cột đƣợc

mài sâu 1-2mm, để cảm biến bê tông không bị hƣ bởi lớp keo dán tấm thì sau khi

dán cảm biến tiến hành phủ 1 lớp nhựa nilon lên trên bề mặt chữ T.

Công tác gia cƣờng tấm CFRP (Hình 4.9) đƣợc thực hiện cụ thể nhƣ sau:

 Cột đƣợc lau sạch, loại bỏ bụi bẩn bám trên bề mặt cột;

 Tiến hành cắt tấm theo kích thƣớc:

Loại 1: 170x800 (mm), 96 tấm.

Loại 2: 500x830 (mm), 3 tấm; 375x830 (mm), 3 tấm;

Loại 3: 50x830 (mm), 35 tấm; 125x830 (mm), 34 tấm.

 Keo dán tấm đƣợc trộn theo tỉ lệ của nhà sản xuất.

 Đánh dấu vị trí dán tấm.

 Phủ 1 lớp keo lên bề mặt cột, đồng thời tấm cũng đƣợc phủ keo lên 2 mặt

để dán lên cột. Đối với những mặt có dây cảm biến đƣợc đƣa ra (dây cảm biến thép

dọc, thép đai, cảm biến bê tông) dùng kéo khoét lỗ nhỏ (tránh gây đứt tấm) để đƣa

dây ra ngoài. Tiến hành dán tấm dán dọc trƣớc (tấm kháng uốn) sau đó mới quấn

tấm bó hông.

Đối với các mẫu gia cƣờng bằng tấm CFRP, mẫu đƣợc thí nghiệm sau khi dán

tấm khoảng 1 tuần.

Hình 3.8: Công tác mài cột để chuẩn bị dán cảm biến bê tông và dán tấm CFRP

Hình 3.9: Công tác chuẩn bị và dán tấm CFRP.

3.5. Bố trí thiết bị đo và sơ đồ thí nghiệm

3.5.1. Bố trí thiết bị đo biến dạng thép đai và thép dọc

Mỗi mẫu thí nghiệm đều bố trí 2 cảm biến đo biến dạng thép đai và 5 cảm biến

đo biến dạng thép dọc. Vị trí lắp đặt các cảm biến đƣợc thể hiện trên Hình 4.10.

a) vị trí đặt cảm biến thép đai b) vị trí đặt cảm biến thép dọc

Hình 3.10: Sơ đồ lắp đặt cảm biến thép

3.5.2. Bố trí thiết bị đo biến dạng bê tông

Mỗi mẫu thí nghiệm đều bố trí 2 cảm biến đo biến dạng dọc bê tông và 2 cảm

biến đo biến dạng ngang bê tông. Vị trí lắp đặt các cảm biến đƣợc thể hiện trên

Hình 4.11.

Hình 3.11: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng của bê tông.

3.5.3. Bố trí thiết bị đo biến dạng tấm CFRP

Mỗi mẫu cột gia cƣờng CFRP đều đƣợc bố trí cảm biến đo biến dạng của tấm

CFRP theo phƣơng vuông góc và dọc trục mẫu, cảm biến đƣợc dán ở cả 2 mặt A và

B. Vị trí bố trí cảm biến đƣợc thể hiện trên Hình 4.12.

(a) nhóm N2 (b) nhóm N4 (c) nhóm N3

Hình 3.12: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng tấm CFRP.

Ghi chú: N2: 2 lớp dán dọc N4: 2 lớp dán dọc – 1 lớp bó hông cách quãng. N3: 2 lớp dán dọc – 1 lớp bó hông liên tục

3.5.4. Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị đứng và nở hông

Chuyển vị đứng và nở hông của các mẫu đƣợc xác định bằng các chuyển vị kế

điện tử có độ chính xác tới 0.001mm. Sơ đồ bố trí các chuyển vị kế đƣợc thể hiện

trên Hình 4.13.

Hình 3.13: Sơ đồ bố trí chuyển vị kế đo chuyển vị hông và chuyển vị đứng.

3.6. Quy trình thí nghiệm

3.6.1. Thiết bị thí nghiệm

- Khung gia tải bằng thép hình đƣợc liên kết các thanh trong khung bằng bulon

và chân đế liên kết xuống nền bê tông (khả năng chịu tải 1000 tấn).

- Kích thủy lực tự động có khả năng tạo lực đến 550 tấn (đƣờng kính piston,

hành trình piston, bề rộng bản đế).

- Đồng hồ đo chuyển vị (displacement transducers, LVDTs).

- Đồng hồ đo lực (load-cell).

- Máy bắn tia laser tự động cân bằng, sử dụng đồng thời bắn tia vuông góc

theo phƣơng ngang và phƣơng thẳng đứng.

- Thƣớc thủy bằng nhôm đƣợc gắn các bọt nƣớc cân bằng theo phƣơng vuông

góc và phƣơng nghiêng.

- Hệ thống ghi nhận số liệu tự động (datalogger) TDS của hãng TML, ghi

nhận cùng lúc 60 kênh.Quy trình gia tải

Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm, các thiết bị đo đạc đƣợc kiểm tra khả năng

hoạt động và cân chỉnh nhằm đảm bảo độ chính xác khi đo đạc. Các mẫu trƣớc khi

thí nghiệm đƣợc gia công mài phẳng 2 đầu, định vị tim cột và vị trí dán cảm biến

sau đó đƣa mẫu vào khung gia tải, dùng máy laser để cân chỉnh mẫu nhằm đảm bảo

độ chính xác về mặt hình học theo hai phƣơng trong và ngoài mặt phẳng khung gia

tải. Sau quá trình cân chỉnh, cảm biến đo lực, các chuyển vị kế, cảm biến đo biến

dạng bê tông, cốt thép, và tấm CFRP đƣợc kết nối với bộ ghi nhận số liệu. Trƣớc

khi gia tải, các thiết bị đo đƣợc kiểm tra và vận hành thử với tải tác dụng bằng 10%

tải phá hoại dự kiến (50-80 kN); sau đó, mẫu thí nghiệm đƣợc tiến hành thí nghiệm

theo quy trình với tốc độ gia tải xấp xỉ 30-40 kN/ phút. Trong suốt quá trình thực

nghiệm, toàn bộ thông số của các thiết bị đo các ở cấp tải trọng khác nhau đƣợc

theo dõi và ghi chép chi tiết. Quá trình gia tải và ghi nhận số liệu thí nghiệm hoàn

toàn tự động. Các bƣớc trong quá trình thí nghiệm đƣợc thể hiện qua Hình 4.14.

(1) - Cân chỉnh trục piston thủy lực, độ lệch tâm đế. (2) - Lắp đặt cột vào bệ nén.

(3) - Lắp thiết bị đo chuyển vị... (4),(5) - Máy đo, ghi nhận số liệu. (6) - Mẫu đã nén.

Hình 3.14: Quá trình tiến hành thí nghiệm nén lệch tâm mẫu cột

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

CHƢƠNG 4:

4.1. Kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm đƣợc tổng hợp trong Bảng 5.1.

Bảng 4.1: Tổng hợp kết quả thực nghiệm

e Nhóm fc Pu u,v u,h cu CFRP,v1 CFRP,v2 CFRP,v3 CFRP,h CFRP,h CFRP,h Tên mẫu (MP (mm (KN) mẫu

a) 28

Nhóm 49 N1

Nhóm 49 N2

Nhóm 49 N3

Nhóm 49 N4

61 0 ) 25 50 0 25 50 0 25 50 0 50 0 50 0 50 0 25 50 0 50 0 25 50 0 50 1436.1 895.7 635.6 1819.2 1283.6 1043.5 2257 1853.1 1354.2 1487.9 718.8 1855.6 1158.3 2285 1473.6 2087 1703.8 1293.9 1539.8 800.9 1964.8 1532.9 1273.1 2453.3 1611.5 (mm 4.7 ) 3.6 3.2 3.6 3.1 2.9 2.6 2.4 2.3 5.2 3.9 3.9 3.3 2.8 2.4 4.7 4.3 3.9 6.1 4.4 4.3 4.10 3.74 3.10 2.72 (mm -0.7 ) -0.7 -0.5 -0.6 -0.5 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3 -0.8 -0.6 -0.7 -0.4 -0.4 -0,3 -0.8 -0.5 -0.5 -0.8 -0.7 -0.7 -0.5 -0,4 -0.4 -0.3 (‰) - - - - - - - - - -3.2 4.8 -3.1 1.7 -2.7 1.6 -3.2 1.3 0.9 -3.3 4.7 -3.1 8.6 1.2 -2.8 1.2 (‰) 1.7 2.5 2.9 1,6 2.5 2.7 1.5 2.2 2.1 1.9 2.7 1.6 2,5 1.6 2.3 1.8 2.7 3.6 2,1 2,9 1,8 2.2 2,7 1.6 2.6 (‰) - - - - - - - - - -3.3 5.2 -2.6 2.3 -3.2 1.6 -2.9 1.6 1.6 -3.5 4.6 -2.8 1.6 2.5 -3.4 1.1 (‰) - - - - - - - - - -4.5 2.7 -3.1 2.2 non 1.6 -3.5 0.8 1.2 -4.8 2.8 -3.3 0.6 1.4 non 1.3

1 (‰) - - - - - - - - - - - - - - - 3.4 5.5 5.2 5.1 3.4 3.4 4.3 1.2 4.5 2.5

2 (‰) - - - - - - - - - - - - - - - 5.4 3.5 5.8 6.4 5.7 5.4 3.9 3.4 4.9 1.4

3 (‰) - - - - - - - - - - - - - - - 3.4 1.4 0.7 3.3 2.9 2.7 3.7 1.8 2.3 1.4

Bảng 5.1(tt): Tổng hợp kết quả thực nghiệm

Nhóm e fc Pu st1 st2 st3 st4 st5 sw1 sw2 Tên mẫu (MPa) (mm) (KN) mẫu

Nhóm 49 N1

Nhóm 49 N2

Nhóm 49 N3

Nhóm 49 N4

61 C0-M1-N1 C25-M1-N1 C50-M1-N1 C0-M2-N1 C25-M2-N1 C50-M2-N1 C0-M3-N1 C25-M3-N1 C50-M3-N1 2VC0-M1-N2 2VC50-M1-N2 2VC0-M2-N2 2VC50-M2-N2 2VC0-M3-N2 2VC50-M3-N2 2V1HC0-M2-N3 2V1HC25-M2-N3 2V1HC50-M2-N3 2V1HC0-M1-N4 2V1HC50-M1-N4 2V1HC0-M2-N4 2V1HC25-M2-N4 2V1HC50-M2-N4 2V1HC0-M3-N4 2V1HC50-M3-N4 0 25 50 0 25 50 0 25 50 0 50 0 50 0 50 0 25 50 0 50 0 25 50 0 50 1436.1 895.7 635.6 1819.2 1283.6 1043.5 2257 1853.1 1354.2 1487.9 718.8 1855.6 1158.3 2285 1473.6 2087 1703.8 1293.9 1539.8 800.9 1964.8 1532.9 1273.1 2453.3 1611.5 (‰) - -0.7 0.9 - 0.7 0.3 -0.6 0.3 non 0.99 -2.0 0.3 -1.9 non -2.4 1.6 non -2.5 1.8 -2.0 1.1 0.3 -2.0 (‰) - -1.0 0.9 - 0.5 0.3 -0.9 0.3 -2.5 0.9 -2.1 0.3 -1.99 0.3 -2.6 non 0.36 -2.78 1.63 -2.31 0.79 0.34 -2.16 (‰) - -0.6 0.7 - 0.3 0.2 -0.6 0.4 -2.4 0.7 -2.0 0.2 -1.9 0.4 -2.3 0.6 non -2.6 1.3 -2.1 0.4 0.2 -2.0 (‰) - -1.9 non - -1.5 -1.1 -1.8 -0.9 -2.4 -1.6 -2.1 -1.2 -1.9 -0.9 -2.6 -2.3 -1.4 -2.5 -3.0 -2.4 -2.1 -1.3 -2.0 (‰) -2.3 -2.7 -1.5 -2 -1.7 -1.2 -1.8 -2.3 -0.9 -2.4 -1.7 -2.0 -1.2 -1.9 -1.0 -2.8 -2.6 -3.3 -2.6 -3.4 -2.2 -2.3 -1.4 2.1 (‰) 2.9 1.5 0.99 3.4 1.9 0.6 2.3 1.4 0.7 non 1.3 0.7 0.6 2.4 0.8 0.9 3.8 0.9 4.1 3.3 0.8 3.0 0.9 3.4 (‰) non 1.4 0.6 non 0.4 0.7 0.6 1.6 1.1 3.5 0.8 3.6 0.7 0.6 1.2 4.7 0.8 3.0 non non 3.9 0.7 2.87 0.69

Ghi chú:

N1 : Nhóm không gia cƣờng.

N2 : Nhóm gia cƣờng 2 lớp dán dọc.

N3 : Nhóm gia cƣờng 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hôngliên tục.

N4 : Nhóm gia cƣờng 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng.

Pu : Tải trọng phá hoại của mẫu thí nghiệm, KN;

: Độ lệch tâm, mm; e

: Cƣờng độ bê tông mẫu lập phƣơng của mẫu thí nghiệm, MPa; fc

u,v : Chuyển vị dọc trục lớn nhất của mẫu thí nghiệm, mm;

u,h : Chuyển vị nở hông lớn nhất của mẫu thí nghiệm, mm;

cu : Biến dạng nén lớn nhất của bê tông của mẫu thí nghiệm;

CFRP,v1, CFRP,v2, CFRP,v3 : Biến dạng lớn nhất của tấm CFRP dán dọc tại các vị trí đầu,

giữa và chân cột;

CFRP,h1, CFRP,h2, CFRP,h3 : Biến dạng lớn nhất của tấm CFRP bó hông tại các vị trí đầu,

giữa và chân cột;

st1, st2, st3, st4, st5 : Biến dạng lớn nhất của thép dọc tại vị trí mặt cắt ngang giữa cột

của mẫu;

sw1, sw2 : Biến dạng lớn nhất của thép đai tại vị trí mặt cắt ngang ở giữa và chân cột.

4.2. Hình thái vết nứt và kiểu phá hoại của mẫu

4.2.1. Mẫu không gia cƣờng

Các mẫu đƣợc gia tải cho đến khi bị phá hoại. Đối với những mẫu không gia

cƣờng, cột bị phá hoại đột ngột do lớp bê tông bảo vệ bị vỡ, kéo theo đó là sự cong

vênh của cốt thép dọc chịu lực. Sự phá hoại của cột chủ yếu xảy ra ở vị trí giữa cột.

Hình dạng phá hủy và vết nứt đƣợc thể hiện ở Hình 5.1, 5.2, và 5.3.

Mẫu nén đúng tâm

Các vết nứt đầu tiên trong cột bắt đầu xuất hiện (nhận biết nhờ vào âm thanh

lách tách, quá trình này tiếp tục với tần suất ngày càng nhiều cho đến khi phá hủy) ở

cấp tải 35% tải trọng phá hủy (Pu) với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc = 28MPa; ở

cấp tải khoảng 45%Pu với mẫu cột có fc = 49MPa; và ở cấp tải khoảng 55%Pu với

mẫu cột có fc = 61MPa. Đến cấp tải 80%Pu, tốc độ phát triển vết nứt diễn ra rất

nhanh. Mẫu cột có cƣờng độ bê tông càng lớn, độ cứng của mẫu càng lớn, cột càng

giòn dẫn đến tốc độ phá hủy của cột nhanh hơn so với mẫu cột có cƣờng độ bê tông

bé hơn.

Mẫu nén lệch tâm

Các vết nứt đầu tiên hình thành dọc theo trục cột tại thớ chịu nén ở cấp tải

24% Pu với mẫu cột có fc = 28MPa; ở cấp tải khoảng 32%Puvới mẫu cột có fc =

49MPa; và ở cấp tải khoảng 39%Pu với mẫu cột có fc = 61MPa. Sau giai đoạn này,

vết nứt phát triển nhanh dần. Đến cấp tải từ 75% - 83%Pu, vết nứt trong cột phát

triển rất nhanh với bề rộng có thể quan sát rõ bằng mắt thƣờng; chúng liên kết với

nhau làm cho cột bị phá hủy và cốt thép trong vùng nén bị cong vênh. Mẫu có

cƣờng độ bê tông và độ lệch tâm càng lớn, sự hình thành và phát triển của vết nứt

và tốc độ phá hủy của chúng càng nhanh.

(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa

Hình 4.1: Nhóm mẫu nén đúng tâm không gia cƣờng

(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa

Hình 4.2: Nhóm mẫu không gia cƣờng, nén lệch tâm 25mm

(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.3: Nhóm mẫu không gia cƣờng, nén lệch tâm 50mm

4.2.2. Mẫu gia cƣờng

Nhóm mẫu được gia cường hai lớp dán dọc

Hình thái phá hủy của mẫu cột gia cƣờng hai lớp dán dọc đƣợc thể hiện ở

Hình 5.4 và Hình 5.5. Vết nứt đầu tiên hình thành ở cấp tải từ 37% đến 58%Pu tại

vùng gần với thớ dán tấm, hình dạng vết nứt theo đƣờng xiên trục cột. Ở cấp tải

khoảng 51%Pu -63%Pu, tốc độ phát triển của các vết nứt tăng nhanh dần (tiếng nổ

lách tách nghe rất rõ) và các vết nứt có thể quan sát đƣợc rõ bằng mắt thƣờng. Hình

thái vết nứt đi theo đƣờng xiên trục cột với sự tập trung lớn ở vùng góc cột và vị trí

gần với thớ dán tấm CFRP dán dọc (Hình 5.4). Khi cột bị phá hủy, bê tông bị vỡ ở

vùng góc cột, tấm CFRP bị bong tách kéo theo lớp bê tông bảo vệ ra khỏi bề mặt

cột dầy hay mỏng khác nhau tùy thuộc vào cƣờng độ bê tông thấp đến cao.

(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.4: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén đúng tâm.

(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc =61MPa

Hình 4.5: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén lệch tâm 50mm

Nhóm mẫu gia cường hai lớp dán dọc và một lớp bó hông

Hình thái phá hủy và vết nứt trong các cột đƣợc thể hiện ở Hình 5.6, 5.7, 5.8,

và 5.9.

Đối với các mẫu nén đúng tâm, khi cột bị nén dọc trục, phần lõi bê tông giữa cốt đai

nở hông tác động lên cốt đai, làm cho thép đai bị căng kéo để chống lại sự nở hông,

dẫn đến hình thành ứng suất kéo và biến dạng lớn trong cốt đai. Tuy vậy, tại vị trí

khoảng cách ở giữa hai cốt thép đai, bê tông ít bị bó hông nên sự nở hông của bê

tông cột cũng lớn hơn. Khi thép đai bị biến dạng, bê tông cột tiếp tục nở hông và tác

động lên tấm CFRP bao bọc bề mặt bê tông cột. Lúc này, tấm CFRP bên ngoài bị

kéo để chống lại sự bó hông, hình thành nên ứng suất kéo trong tấm CFRP. Do cột

có tiết diện vuông, nên mức độ nở hông tại các điểm khác nhau theo chu vi mặt cắt

tiết diện cột cũng khác nhau; vùng giữa hai góc cạnh cột bị nở hông nhiều nhất.

Chính sự nở hông không đều dẫn đến sự trƣợt giữa lớp vật liệu CFRP gia cƣờng và

bê tông cột. Các mẫu cột gia cƣờng bó hông bởi tấm CFRP cơ bản đều giống nhau

về hình dạng phá hoại. Vị trí tấm CFRP bị đứt và bê tông bị phá hoại nằm ở phía

dƣới gần giữa cột. Tại cấp tải mẫu cột bị phá hoại, tấm CFRP bị xé rách phát ra

tiếng nổ; bê tông có cƣờng độ và số lớp gia cƣờng càng cao, tiếng nổ phát ra càng

lớn. Khi bị phá hoại tấm CFRP bị đứt và vị trí đứt tấm là ở cạnh của tiết diện cột.

Sau khi tấm bị đứt, bê tông bị bắn ra xung quanh thành những mảnh vụn; điều này

cho thấy bê tông đã bị phá hủy trƣớc khi tấm bị đứt. Thép dọc và thép đai bị biến

dạng lớn.

Thời điểm bong tách của tấm CFRP trong các cột có cƣờng độ bê tông khác

nhau có sự khác biệt. Đối với mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc và bó hông cách

quãng, chịu nén lệch tâm 50mm, tấm CFRP trong cột với fc = 28MPa có dấu hiệu

bị bong ở cấp tải xấp xỉ khoảng 49%Pu, và tấm CFRP trong cột với fc = 49MPa và

= 61MPa có dấu hiệu bị bong lần lƣợt ở cấp tải 72%Pu và 75%Pu. Đối với mẫu gia

cƣờng hai lớp dán dọc và bó hông cách quãng, nén lệch tâm 25 mm, tấm CFRP

trong cột với fc = 49MPa có dấu hiệu bị bong ở cấp tải 63%Pu. Đối với những mẫu

cột có fc = 49MPa, gia cƣờng hai lớp dán dọc và bó hông liên tục, nén lệch tâm

25mm và 50mm, tấm CFRP trong cột có dấu hiệu bong tách lần lƣợt ở cấp tải

82%Pu và 87%Pu.

(a) Nén đúng tâm (b) Nén lệch tâm 25mm (c) Nén lệch tâm 50mm

Hình 4.6: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

(a) Nén đúng tâm (b) Nén lệch tâm 50mm Hình 4.7: Cột có fc = 28MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(a) đúng tâm (b) lệch tâm 25mm (c) lệch tâm 50mm Hình 4.8: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng

(a) đúng tâm (b) lệch tâm 50mm

Hình 4.9: Cột có fc = 61MPa, gia cƣờng 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng

4.3. Ứng xử của các mẫu cột thí nghiệm

4.3.1. Quan hệ lực – chuyển vị dọc trục

a) Mẫu cột không gia cường

Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục của nhóm mẫu không gia cƣờng đƣợc thể

hiện ở Hình 5.10a. Trong giai đoạn đầu, từ cấp tải 0 cho đến cấp tải xấp xỉ 35-

45%Pu, quan hệ lực - chuyển vị dọc trục của các mẫu là quan hệ tuyến tính. Sau giai

đoạn này, vết nứt bắt đầu xuất hiện; quan hệ lực - chuyển vị dọc trục của các mẫu

bắt đầu có xu hƣớng phi tuyến. Khi tải trọng tác dụng đạt đến khoảng 80%Pu,

chuyển vị đứng tăng nhanh cho tới khi mẫu bị phá hủy. Nhìn chung, xét tại cấp tải

phá hoại của mẫu cột chịu nén lệch tâm lớn nhất (e = 50mm), chuyển vị dọc trục

của mẫu có độ lệch tâm bé (e = 0 và 25mm) nhỏ hơn đáng kể so với mẫu có độ lệch

tâm lớn nhất; tuy nhiên, xét tại cấp tải cuối cùng của từng mẫu (tải phá hoại),

chuyển vị dọc trục cuối cùng của mẫu nén với lệch tâm càng lớn có xu hƣớng càng

nhỏ hơn so với mẫu chịu nén có độ lệch tâm bé và sự chênh lệch này giảm dần khi

cƣờng độ bê tông của mẫu cột tăng. Kết quả cụ thể nhƣ sau:

Mẫu nén lệch tâm

Xét tại cấp tải phá hoại của từng mẫu, chuyển vị dọc trục của mẫu có cƣờng

độ chịu nén của bê tông fc = 28MPa, chịu nén lệch tâm 25mm và 50mm, giảm lần

lƣợt 22.9% và 31% so với chuyển vị dọc trục của mẫu chịu nén đúng tâm; chuyển

vị dọc trục của mẫu có fc = 49MPa, chịu nén lệch tâm 25mm và 50mm, giảm lần

lƣợt 12.8% và 16.8% so với mẫu chịu nén đúng tâm; và chuyển vị dọc trục của mẫu

có fc = 61MPa, chịu nén lệch tâm 25mm và 50mm, giảm lần lƣợt 10% và 13.1% so

với mẫu chịu nén đúng tâm.

a) (b)

c) d)

Hình 4.10: Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục của cột với độ lệch tâm e khác nhau

(a) không gia cƣờng; (b) 2 lớp dán dọc; (c) 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông liên tục

(d) 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng

Mẫu nén đúng tâm

Xét tại cấp tải phá hoại của từng mẫu, mẫu có fc = 49MPa và = 61MPa có

chuyển vị dọc trục giảm lần lƣợt 23.4% và 56.4% so với mẫu có fc = 28MPa.

b) Mẫu cột được gia cường bằng tấm CFRP

Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục của các mẫu đƣợc thể hiện ở Hình 5.10b, c,

và d. Giai đoạn đầu (từ cấp tải 0 đến cấp tải 58%Pu), đƣờng quan hệ lực và chuyển

vị của các mẫu gia cƣờng giống với mẫu không gia cƣờng; so với nhóm mẫu không

gia cƣờng, giai đoạn cột làm việc đàn hồi của cột đƣợc gia cƣờng kéo dài hơn. Sau

đó (từ cấp tải =52%Pu), vết nứt trong mẫu cột bắt đầu xuất hiện (quan sát đƣợc bằng

mắt thƣờng), quan hệ lực - chuyển vị dọc trục của mẫu chuyển qua phi tuyến và tấm

bắt đầu tham gia vào quá trình chịu lực. Khi tải trọng tiếp tục tăng, tấm CFRP bắt

đầu có dấu hiệu bong tách ra khỏi bề mặt bê tông làm phát ra tiếng kêu lách tách (tại

cấp tải =59%Pu); quá trình này có thể nhận biết rõ qua các âm thanh nghe đƣợc

trong quá trình thực nghiệm. Sau giai đoạn này, ứng xử phi tuyến của mẫu cột thực

nghiệm ngày càng rõ ràng. Ứng xử của cƣờng độ bê tông khi mẫu gia cƣờng 2 lớp

dán dọc tƣơng đối giống với mẫu không gia cƣờng, nhóm mẫu này tấm dán dọc

tham gia không nhiều vào quá trình cột chịu nén (do tấm dán dọc chỉ có vai trò

kháng uốn). Trong khi, sự khác biệt về ứng xử của cƣờng độ bê tông giữa nhóm

mẫu gia cƣờng bó hông cách quãng và bó hông liên tục với nhóm mẫu không gia

cƣờng, có thể thấy đƣợc sự khác biệt rõ. Tấm bó hông với vai trò kháng nở hông

tham gia vào quá trình chịu nén của cột; điều này đƣợc thể hiện qua chuyển vị dọc

trục của mẫu cột có gia cƣờng bó hông tại cấp tải phá hoại lớn hơn so với nhóm

mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc. Đối với nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, tấm dán

dọc bị bong ra khỏi bề mặt bê tông nhƣng tấm chƣa bị đứt tại thời điểm mẫu bị phá

hoại; đối với nhóm mẫu có bó hông, tấm bó hông bị xé rách kéo theo sự bong tách

của tấm dán dọc. Tấm CFRP làm cho ứng xử của cột đƣợc dẻo dai hơn và chuyển vị

lớn nhất tại cấp tải phá hoại cũng tăng lên; trong đó, tấm CFRP dán dọc làm chuyển

vị dọc trục lớn nhất của cột tăng lên không đáng kể, nhƣng khi cột đƣợc bó hông,

tấm CFRP bó hông làm tăng rõ rệt khả năng kháng biến dạng (chuyển vị dọc trục

cuối cùng của cột). Một số kết quả cụ thể đƣợc trình bày sau đây:

Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc

Tại cấp tải phá hoại của từng mẫu, chuyển vị dọc trục của các mẫu có cƣờng

độ bê tông fc =28MPa, 49MPa và 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt

24%, 15.2% và 12.6% so với mẫu cột chịu nén đúng tâm có cùng cƣờng độ bê tông.

Tại cấp tải phá hoại của từng mẫu, chuyển vị dọc trục của các mẫu có cƣờng

độ bê tông fc = 49MP và = 61MPa, chịu nén đúng tâm, giảm lần lƣợt 25.1% và

46.5% so với mẫu có fc = 28MPa. Tƣơng tự, chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 49MPa

và = 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt 16.5%, 38.5% so với mẫu có fc

= 28MPa.

Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc và một lớp bó hông cách quãng

Tại cấp tải phá hoại của từng mẫu, chuyển vị dọc trục của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc = 49MPa, chịu nén lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt 5.4% và 13.9%

so với chuyển vị dọc trục của mẫu chịu nén đúng tâm; tƣơng tự, chuyển vị dọc trục

của mẫu có fc = 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm 12.2% so với mẫu chịu nén

đúng tâm.

Tại cấp tải phá hoại của từng mẫu, chuyển vị dọc trục của mẫu có fc = 49MPa

và fc= 61MPa, chịu nén đúng tâm, giảm lần lƣợt 29% và 49.3% so với mẫu có fc =

28MPa; chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 49MPa và fc= 61MPa, chịu nén lệch tâm

50mm, giảm lần lƣợt 16.9% và 39.5% so với mẫu có fc = 28MPa.

Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc và một lớp bó hông liên tục

Tại cấp tải phá hoại của từng mẫu, chuyển vị dọc trục của mẫu có fc = 49MPa,

chịu nén lệch tâm 25mm và 50mm, giảm lần lƣợt 9.1% và 16.9% so với chuyển vị

dọc trục của mẫu chịu nén đúng tâm.

4.3.2. Quan hệ lực - chuyển vị nở hông

a) Mẫu cột không gia cường

Quan hệ lực - chuyển vị nở hông của nhóm mẫu không gia cƣờng đƣợc thể

hiện ở hình 5.11a. Trong giai đoạn đầu, từ cấp tải 0 cho đến cấp tải xấp xỉ 35-45%

tải trọng phá hủy Pu, quan hệ lực - chuyển vị nở hông của các mẫu là quan hệ tuyến

tính. Sau giai đoạn này, vết nứt bắt đầu xuất hiện, quan hệ lực - chuyển vị nở hông

của các mẫu bắt đầu có xu hƣớng phi tuyến. Khi tải trọng tác dụng đạt đến khoảng

80%Pu, chuyển vị nở hông tăng nhanh cho tới khi mẫu bị phá hủy. Nhìn chung, xét

tại cấp tải phá hoại của mẫu cột chịu nén lệch tâm lớn nhất (e = 50mm), chuyển vị

nở hông của các mẫu có độ lệch tâm bé (e = 0 và 25mm) nhỏ hơn đáng kể so với

mẫu có độ lệch tâm lớn nhất; tuy nhiên, xét tại cấp tải cuối cùng của từng mẫu (tải

phá hoại), chuyển vị nở hông cuối cùng của các mẫu nén với lệch tâm càng lớn có

xu hƣớng càng nhỏ hơn so với các mẫu chịu nén có độ lệch tâm bé và sự chênh lệch

này giảm dần khi cƣờng độ bê tông của mẫu cột tăng. Kết quả cụ thể nhƣ sau

(a) không gia cƣờng (b) 2 lớp dán dọc

quãng

Hình 4.11: Quan hệ lực – chuyển vị nở hông của cột với độ lệch tâm khác nhau.

Ghi chú: C0, 25, 50 - Độ lệch tâm 0, 25, 50mm

M1 - Cường độ bê tông fc=28MPa

M2 - Cường độ bê tông fc=49MPa

M3 - Cường độ bê tông fc=61MPa

N1 - Mẫu không gia cường

N2 - Mẫu gia cường 2 lớp dán dọc

N3 - Mẫu gia cường 2 lớp dán dọc+1 lớp bó hông toàn cột

N4 - Mẫu gia cường 2 lớp dán dọc+1 lớp bó hông cách quãng

Xét tại cấp tải phá hoại, mẫu lệch tâm 0mm, có fc = 49MPa và fc = 61MPa có

chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 11.5% và 44.8% so với mẫu fc = 28MPa; mẫu lệch

tâm 25mm, có fc = 49MPa và fc = 61MPa có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt

34.9% và 57.8% so với mẫu có fc = 28MPa; mẫu lệch tâm 50mm, có fc = 49MPa và

fc = 61MPa có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 32.7% và 50.8% so với mẫu có fc =

28MPa.

Mẫu nén lệch tâm

Xét tại cấp tải phá hoại, mẫu có fc = 28MPa, mẫu lệch tâm 25mm và 50mm có

chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 3.5% và 19.3% so với mẫu đúng tâm; mẫu có fc =

49MPa, mẫu lệch tâm 25mm và 50mm có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 23.7%

và 38.6% so với mẫu đúng tâm; mẫu có fc = 61MPa, mẫu lệch tâm 25mm và 50mm

có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 20.9% và 28% so với mẫu đúng tâm.

Mẫu đúng tâm

Xét tại cấp tải phá hoại, mẫu cột có fc = 49MPa và fc= 61MPa có chuyển vị nở

hông giảm lần lƣợt 11.9% và 44.8% so với mẫu cột có fc = 28MPa.

b) Mẫu cột được gia cường bằng tấm CFRP

Giai đoạn đầu (từ cấp tải 0 đến cấp tải 58%Pu), quan hệ lực và chuyển vị của

các mẫu gia cƣờng giống với mẫu không gia cƣờng. Sau đó (từ cấp tải 52%Pu), vết

nứt trong mẫu cột bắt đầu xuất hiện (quan sát bằng mắt thƣờng), quan hệ lực -

chuyển vị nở hông của mẫu chuyển qua phi tuyến và tấm bắt đầu tham gia vào quá

trình chịu lực. Khi tải trọng tiếp tục tăng, tấm CFRP bắt đầu có dấu hiệu bong tách

ra khỏi bề mặt bê tông làm phát ra tiếng kêu lách tách (tại cấp tải 59%Pu), quá trình

này có thể nhận biết rõ qua các âm thanh nghe đƣợc trong quá trình thực nghiệm.

Sau giai đoạn này, ứng xử phi tuyến của mẫu cột thực nghiệm ngày càng rõ ràng.

Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc

Tại cấp tải phá hoại, chuyển vị nở hông của mẫu có fc = 28MPa, 49MPa,

61MPa, nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt giảm 17.7%, 37.7% và 28.9% so với

mẫu đúng tâm.

Tại cùng một cấp tải phá hoại, chuyển vị nở hông của mẫu có fc = 49MPa và fc

= 61MPa, nén đúng tâm, giảm lần lƣợt 13.7% và 47% so với mẫu có fc = 28MPa;

trong khi, chuyển vị nở hông của mẫu fc = 49MPa và fc = 61MPa, chịu nén lệch tâm

50mm, giảm lần lƣợt 34.7% và 54.2% so với mẫu của có fc = 28MPa.

Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc và một lớp bó hông cách quãng

Tại cấp tải phá hoại, mẫu có fc = 49MPa, nén lệch tâm 25mm và 50mm,

chuyển vị nở hông của mẫu giảm lần lƣợt 27% và 38.1% so với mẫu nén đúng tâm;

mẫu có fc = 61MPa, nén lệch tâm 50mm, chuyển vị nở hông của mẫu giảm 25.1%

so với mẫu đúng tâm.

Tại cùng một cấp tải phá hoại, mẫu nén đúng tâm, chuyển vị nở hông của mẫu

có fc= 49MPa và fc = 61MPa giảm lần lƣợt 14.4% và 48% so với mẫu có fc =

28MPa; mẫu lệch tâm 50mm, mẫu có fc = 49MPa và fc = 61MPa, chuyển vị nở hông

của mẫu giảm lần lƣợt 35.3% và 52.4% so với mẫu có fc = 28MPa.

Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc và một lớp bó hông liên tục

Tại cấp tải phá hoại, chuyển vị nở hông của mẫu có fc = 49MPa, nén lệch tâm

25mm và 50mm, giảm lần lƣợt 29.6% và 42.1% so với mẫu nén đúng tâm.

4.3.3. Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị của cột

a) Chuyển vị dọc trục u,v

Ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị dọc trục (u,v) của cột

đƣợc thể hiện ở Hình 5.12. Nhóm mẫu đƣợc gia cƣờng tấm CFRP làm tăng đáng kể

giá trị chuyển vị dọc trục cuối cùng (u,v) của cột. Tuy nhiên, sự gia tăng này của

nhóm mẫu N2 (gia cƣờng 2 lớp dán dọc) không đáng kể so với sự gia tăng của các

mẫu gia cƣờng dán dọc có bó hông (cách quãng - nhóm N4 và liên tục - nhóm N3),

do 2 lớp dán dọc không tạo ra đƣợc hiệu ứng bó hông. Giá trị chuyển vị dọc trục

cuối cùng u,v của nhóm N4 (2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng), chịu nén

đúng tâm, là 4.34mm, tăng 1.23 lần so với của nhóm N2 (2 lớp dán dọc); trong khi

đó, giá trị chuyển vị dọc trục cuối cùng u,v của nhóm N3 (2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông liên tục), chịu nén đúng tâm là 4.75mm tăng 1.29 lần so với nhóm N2 (2 lớp

dán dọc). So sánh chuyển vị dọc trục cuối cùng của mẫu cột nhóm N3 (2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông liên tục) và mẫu cột nhóm N4 (2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông

cách quãng), chuyển vị của nhóm N3 chỉ lớn hơn của nhóm N4 xấp xỉ 9.5%, trong

khi, diện tích gia cƣờng tấm bó hông của nhóm cột N3 lớn hơn của nhóm cột N4

đến hai lần.

(a) e = 0mm (b) e = 50mm

Hình 4.12: Ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị dọc trục của cột

Tỉ số u,v/N1 là tỉ số giữa chuyển vị dọc của từng mẫu cột với chuyển vị của cột

không gia cường (xét từng nhóm lệch tâm e=0, 25, 50mm).

Điều này cho thấy, nếu xét về hiệu quả của việc cải thiện khả năng biến dạng

dọc trục của cột, phƣơng pháp gia cƣờng bó hông liên tục không thật sự nổi trội so

với phƣơng pháp gia cƣờng bó hông cách quãng. Một số kết quả so sánh cụ thể về

chuyển vị cuối cùng giữa các mẫu có phƣơng pháp gia cƣờng khác nhau nhƣ sau:

Nhóm mẫu cột có e=0 (đúng tâm)

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của

mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 10.3% và 30.2% so với

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1). Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc

(nhóm N2), của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4), và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm

N3) tăng lần lƣợt 7.8%, 20.4%, và 31.7% so với mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của

mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 4.5% và 16.7% so với

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Nhóm mẫu cột có e=25mm

Chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa,

đƣợc gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) và 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 30.7% và 37.2% so với mẫu

không gia cƣờng (nhóm N1).

Nhóm mẫu có e=50mm

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của

mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 21.5% và 20.5% so với

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1). Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc

(nhóm N2), của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4), và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm

N3) tăng lần lƣợt 9.9%, 21.7%, và 31.7% so với mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v

của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp

dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 5.0% và 17.9% so với

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

b) Chuyển vị nở hông

Ảnh hƣởng của cách thức gia cƣờng đến chuyển vị nở hông của cột đƣợc thể

hiện ở Hình 5.13. Theo đó, phƣơng pháp gia cƣờng có ảnh hƣởng khá lớn đến

chuyển vị nở hông (u,h) của cột. Tấm bó hông liên tục làm tăng khả năng biến dạng

nở hông của cột đáng kể so với tấm bó hông cách quãng. Điều này cho thấy nếu xét

về tính hiệu quả trong việc cải thiện khả năng kháng biến dạng nở hông, mặc dù

cách gia cƣờng bó hông cách quãng tiết kiệm đƣợc chi phí đáng kể so với bó hông

liên tục, nhƣng hiệu quả thật sự không cao. Cụ thể nhƣ sau:

Nhóm mẫu cột có e=0 (đúng tâm)

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của

mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 11.8% và 17.3% so với

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1). Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc

(nhóm N2), của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4), và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm

N3) tăng lần lƣợt 9.6%, 14.5%, và 23.3% so với mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h

của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp

dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 8.2% và12.1% so với

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Nhóm mẫu cột có e=25mm

Chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa,

đƣợc gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) và 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 10.6% và 16.9% so với mẫu

không gia cƣờng (nhóm N1).

Nhóm mẫu có e=50mm

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của

mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 13.5% và 18.4% so với

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1). Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc

(nhóm N2), của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4), và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm

N3) tăng lần lƣợt 10.9%, 15.1%, và 18.6% so với mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của

mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 7.1% và 15.5% so với

fc=28MPa

1,400

fc=49MPa

fc=61MPa

1,300

mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

1,200 1 N  / u 1,100 

1,200 1 N  / 1,100 u 

1,00

,900

N1 N2 N3 N4

(a) e = 0mm (b) e = 50mm

fc=49MPa

1,400

Ghi chú:

1,300

N1 – Nhóm mẫu không gia cường

N2 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc

N3 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

1,200 1 N  / u 1,100 

1,00

hông liên tục

,900

N4 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng

N1 N4 N3

Hình 4.13: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị nở hông của cột

Tỉ số u,h /N1 là tỉ số giữa chuyển vị nở hông của từng mẫu cột với chuyển vị

của cột không gia cường (xét từng nhóm lệch tâm).

4.3.4. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị của cột khi độ lệch tâm thay

đổi

a) Chuyển vị dọc trục u,v

Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị dọc trục của cột đƣợc thể hiện ở Hình

5.14. Trong cùng nhóm mẫu (cùng hình thức gia cƣờng và cùng cƣờng độ bê tông),

mẫu có độ lệch tâm lớn hơn, chuyển vị dọc trục bé hơn.

Nhóm mẫu cột không gia cường (nhóm N1)

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của

mẫu cột chịu nén lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt 22.9% và 31% so với mẫu

cột đúng tâm. Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, chuyển vị dọc

trục lớn nhất u,v của mẫu cột chịu nén lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt

12.8% và 16.8% so với của mẫu cột đúng tâm. Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột lệch tâm 25mm và

50mm giảm lần lƣợt 10% và 13.1% so với mẫu cột đúng tâm.

Nhóm mẫu cột gia cường 2 lớp dán dọc (nhóm N2)

Chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, =

49MPa, và fc =61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 24%, 15.2% và

12.6% so với mẫu cột đúng tâm.

Nhóm mẫu cột gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm

N4)

Chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa,

nén lệch tâm 50mm, giảm 28.01% so với mẫu cột đúng tâm. Tƣơng tự, chuyển vị

dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, nén lệch tâm

25mm và 50mm giảm lần lƣợt 5.4% và 13% so với mẫu cột đúng tâm. Chuyển vị

dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, nén lệch tâm

50mm, giảm 12.2% so với mẫu cột đúng tâm.

Nhóm mẫu cột gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3)

Chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa,

lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt 9.1% và 16% so với mẫu cột đúng tâm.

fc=28MPa

1,200

fc=49MPa

fc=61MPa

1,00

0 e  / u 

,800

,600

e(mm)

fc=28MPa

fc=49MPa

1,200

fc=49MPa

1,200

fc=61MPa

1,00

(a) Nhóm N1 (b) Nhóm N2

0 e  / u 

,800

,600

e(mm)

Hình 4.14: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị dọc trục của cột

Tỉ số u,v/e0 là tỉ số giữa chuyển vị dọc trục của từng mẫu cột với chuyển vị

của cột nén đúng tâm (xét từng nhóm gia cường N1, N2, N3, N4).

Ghi chú: N1 - Nhóm mẫu không gia cường

N2 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc

N3 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông liên tục

N4 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng.

b) Chuyển vị nở hông u,h

Nhóm mẫu cột không gia cường (nhóm N1)

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của

mẫu cột lệch tâm 25mm và của mẫu cột lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 3.54% và

19.31% so với mẫu cột đúng tâm. Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột lệch tâm 25mm và của mẫu

cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 23.79% và 38.6% so với mẫu cột đúng tâm.

Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h

của mẫu cột lệch tâm 25mm và của mẫu cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt

20.95% và 28.07% so với mẫu cột đúng tâm.

Nhóm mẫu cột gia cường 2 lớp dán dọc (nhóm N2)

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của

mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 17.73% so với mẫu cột đúng tâm. Tƣơng tự, mẫu cột

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột lệch

tâm 50mm giảm 37.71% so với mẫu cột đúng tâm. Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột lệch tâm 50mm giảm

28.92% so với mẫu cột đúng tâm.

Nhóm mẫu cột gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4)

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của

mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 18.24% so với mẫu cột đúng tâm. Tƣơng tự, mẫu cột

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột lệch

tâm 25mm và của mẫu cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 27.08% và 38.19% so

với mẫu cột đúng tâm. Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, chuyển vị

nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 25.16% so với mẫu cột

đúng tâm.

Nhóm mẫu cột gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3)

Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của

mẫu cột lệch tâm 25mm và của mẫu cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 29.65%

và 42.15% so với mẫu cột đúng tâm.

Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông u,h của cột đƣợc thể hiện ở

Hình 5.15. Qua đó cho thấy, yếu tố độ lệch tâm có ảnh hƣởng khá lớn đến u,h của

cột. Mẫu có độ lệch tâm càng lớn dẫn đến u,h của cột càng giảm.

fc=28MPa

1,250

fc=49MPa

fc=61MPa

1,000

0 e  / u 

,750

,500

e(mm)

fc=28MPa

fc=49MPa

1,250

fc=49MPa

fc=61MPa

1,000

(a) Nhóm N1 (b) Nhóm N2

0 e  / u 

,750

,500

e(mm)

Hình 4.15: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông của cột

Lƣu chú: Tỉ số u,h/e0 là tỉ số giữa chuyển vị nở hông của từng mẫu cột với chuyển

vị của cột nén đúng tâm (xét từng nhóm gia cường N1, N2, N3, N4).

Ghi chú: N1 - Nhóm mẫu không gia cường

N2 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc

N3 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hôngliên tục

N4 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng.

4.3.5. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị của cột

a) Chuyển vị dọc trục

Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị dọc trục của cột đƣợc thể hiện ở

Hình 5.16.

Nhóm mẫu cột đúng tâm

Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm

lần lƣợt 23.3% và 43.5% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu cột

gia cƣờng 2 lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần

lƣợt 25.1% và 46.5% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu cột gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v

của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 29.1% và 49.3% so với mẫu cột có cƣờng độ

fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 25mm

Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm

lần lƣợt 13.3% và 34.1% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm

lần lƣợt 7.6% và 28.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu cột

gia cƣờng 2 lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần

lƣợt 16.4% và 38.5% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu cột gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,v

của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 15.1% và 38.2% so với mẫu cột có cƣờng độ

fc=28MPa.

không gia cường

1,200

2 lớp dán dọc

1,200

2 lớp dán dọc

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

1,00

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

1,00

8 2 c

,800

8 2 c

f  / u 

,600

,400

49 61

fc

49 61 fc

không gia cường

1,200

1,00

(a) e=0mm (b) e=50mm

8 2 c

,800

f  / u 

,600

,400

49 61

fc

Hình 4.16: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị dọc trục của cột

Mẫu có cƣờng độ bê tông càng lớn, mẫu càng giòn dẫn đến chuyển vị cột càng

bé. Đồng thời, đối với mẫu bê tông cƣờng độ thấp khi đƣợc gia cƣờng, tấm CFRP

làm tăng mức độ dẻo dai của cột nhiều hơn so với cột cƣờng độ cao. Đối với bê

tông có cƣờng độ lớn độ giảm của chuyển vị dọc trục giảm ít hơn so với bê tông có

cƣờng nhỏ.

không gia cường

1,200

2 lớp dán dọc

1,00

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

,800

b) Chuyển vị nở hông

8 2 c

f  / u 

,600

,400

49 61

fc

không gia cường

1,200

1,00

(a) e = 0mm (b) e = 50mm

8 2 c

,800

f  / u 

,600

,400

49 61

fc

Hình 4.17: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông của cột

Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị nở hông của cột đƣợc thể hiện ở

Hình 5.17. Mẫu có cƣờng độ bê tông càng cao, mức độ giảm chuyển vị càng lớn.

Kết quả cụ thể đƣợc trình bày dƣới đây:

Nhóm mẫu cột đúng tâm

Chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột không gia cƣờng, có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và fc=61MPa, giảm lần lƣợt 11.6% và 44.8% so với mẫu cột có

cƣờng độ fc=28MPa. Chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp

dán dọc, có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa, giảm lần lƣợt 13.7% và

47.0% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 14.5% và 48.0% so với mẫu cột có

cƣờng độ fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 25mm

Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 34.9% và 57.8% so với mẫu cột

có cƣờng độ fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm

lần lƣợt 32.7% và 50.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu cột

gia cƣờng 2 lớp dán dọc, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt

34.7% và 54.2% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu cột gia cƣờng

2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 35.3% và 52.4% so với

mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa.

4.3.6. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả năng chịu nén của cột khi độ lệch

tâm thay đổi

Hình 5.18 cho thấy ảnh hƣởng của độ lệch tâm đến khả năng chịu nén của các

cột thực nghiệm. Xu hƣớng chung là, cột có cƣờng độ bê tông thấp và độ lệch tâm

càng lớn, khả năng chịu nén của cột càng bé. Sự giảm khả năng chịu lực của cột khi

độ lệch tâm tăng diễn ra rõ ràng hơn đối với mẫu cột không gia cƣờng khi so với

những cột đƣợc gia cƣờng, đặc biệt là với các mẫu đƣợc gia cƣờng bó hông. Kết

quả cụ thể nhƣ sau:

Nhóm mẫu có cường độ bê tông fc=28MPa

Khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu không gia cƣờng (nhóm N1), chịu

nén lệch tâm với e =25 và 50mm, giảm lần lƣợt 37.6% và 55.7% so với mẫu chịu

nén đúng tâm, e = 0. Khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán

dọc (nhóm N2) và mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm

N4), chịu nén lệch tâm với e= 50mm, giảm lần lƣợt 51.7% và 92.3% so với mẫu

chịu nén đúng tâm, e = 0.

Nhóm mẫu có cường độ bê tông fc=49MPa

Khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu không gia cƣờng (nhóm N1), chịu

nén lệch tâm với e =25 và 50mm, giảm lần lƣợt 29.4% và 42.6% so với mẫu chịu

nén đúng tâm, e = 0. Khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán

dọc (nhóm N2), chịu nén lệch tâm với e =50mm, giảm 37.6% so với mẫu chịu nén

đúng tâm, e = 0. Nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách

quãng (nhóm N4) và các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

(nhóm N3), chịu nén lệch tâm với e =25 và 50mm, có Pu giảm lần lƣợt 28.2% và

54.3%, và 22.5% và 61.3% so với mẫu chịu nén đúng tâm, e = 0.

Nhóm mẫu có cường độ bê tông fc=61MPa,

Nhóm các mẫu không gia cƣờng (nhóm N1), chịu nén lệch tâm với e =25 và

50mm, có Pu giảm lần lƣợt 17.9% và 40% so với mẫu chịu nén đúng tâm, e = 0.

Tƣơng tự, khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm

N2) và của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4), chịu nén lệch tâm với e =50mm, giảm lần lƣợt 35.5% và 51.2% so với

mẫu chịu nén đúng tâm

fc=28MPa

1,200

fc=49MPa

fc=61MPa

1,00

,800

0 e P / u P

,600

,400

e(mm)

fc=28MPa

1,200

fc=49MPa

fc=61MPa

1,00

,800

(a) Nhóm N1 (b) Nhóm N2

0 e P / u P

,600

,400

e(mm)

Hình 4.18: Ảnh hƣởng của độ lệch tâm đến khả năng chịu nén của cột

Ghi chú: Tỉ số Pu/Pe0 là tỉ số giữa lực phá hủy của từng cột với cột có độ lệch tâm

e=0mm (nén đúng tâm).

4.3.7. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả năng chịu nén của cột

Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến khả năng chịu nén của cột đƣợc thể hiện

ở Hình 5.19. Đối với mẫu cột không gia cƣờng, sự gia tăng khả năng chịu nén của

cột ứng với mẫu cƣờng độ bê tông fc=49MPa khoảng 1.27 đến 2.0 lần so với mẫu

bê tông cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng tự, sự gia tăng khả năng chịu nén của cột ứng

với mẫu cƣờng độ bê tông fc=61MPa khoảng 1.57 đến 2.13 lần so với mẫu bê tông

cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu gia cƣờng, khi cƣờng độ bê tông tăng, sự gia tăng

khả năng chịu nén của cột ứng với mẫu bê tông cƣờng độ fc=49MPa và mẫu bê tông

cƣờng độ fc=61MPa lần lƣợt là 1.29 đến 2.0 lần và 1.59 đến 2.54 lần so với mẫu bê

tông cƣờng độ fc=28MPa.

không gia cường

2 lớp dán dọc

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

2,600 2,400 2,200 2,00 0 P 1,800 / u P 1,600 1,400 1,200 1,00 ,800

2,600 2,400 2,200 2,00 1,800 0 P / 1,600 u P 1,400 1,200 1,00 ,800

49 61 fc

không gia cường

2 lớp dán dọc

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

(a) e = 0mm (b) e = 25mm

2,600 2,400 2,200 2,00 0 1,800 P / u P 1,600 1,400 1,200 1,00 ,800

49 61 fc

Hình 4.19: Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến khả năng chịu nén của cột

Nhóm mẫu cột nén đúng tâm

Khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu không gia cƣờng (nhóm N1), mẫu

cột có cƣờng độ bê tông fc= 49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, tăng

lần lƣợt 21.5% và 36.37% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc= 28MPa. Khả năng

chịu nén,Pu, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc= 61MPa, tăng lần

lƣợt 19.81% và 34.88% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Khả năng chịu

nén, Pu, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4), mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa, tăng lần lƣợt 21.36% và 37.24% so với mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 25mm

Khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu không gia cƣờng (nhóm N1), mẫu

cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa,

tăng lần lƣợt 30.22% và 30.73% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc= 28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Khả năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu không gia cƣờng (nhóm N1), mẫu

cột có cƣờng độ bê tông fc= 49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc= 61MPa,

tăng lần lƣợt 39.09% và 53.06% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Khả

năng chịu nén, Pu, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, tăng lần

lƣợt 37.95% và 51.22% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Khả năng chịu

nén, Pu, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4), mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa, tăng lần lƣợt 37.09% và 50.3% so với mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=28MPa.

4.3.8. Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả năng chịu nén của cột

Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả năng chịu nén của cột đƣợc thể

hiện ở Hình 5.20. Nhìn chung, tấm CFRP gia cƣờng làm tăng đáng kể khả năng

chịu nén của cột. Các phƣơng pháp gia cƣờng khác nhau (2 lớp dán dọc, 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, và 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục), có ảnh

hƣởng đến khả năng chịu nén, Pu, của chúng, nhƣng không đáng kể. Phƣơng pháp

gia cƣờng bó hông liên tục, mặc dù có diện tích tấm gia cƣờng gấp đôi so với

phƣơng pháp gia cƣờng bó hông cách quãng, nhƣng hiệu quả của cách gia cƣờng

cách quãng mang lại không cao, khi mà khả năng chịu nén, Pu , của nhóm mẫu gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng 1.1 lần so với

nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2), và khả năng chịu nén, Pu, của nhóm

mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3) chỉ tăng 1.12 lần

so với nhóm N2. Một số kết quả so sánh cụ thể nhƣ sau:

Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=28MPa

Mẫu chịu nén đúng tâm, khả năng chịu nén Pu, của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp

dán dọc (nhóm N2) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách

quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 3.5% và 6.7% so với của nhóm mẫu không gia

cƣờng (nhóm N1). Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, khả năng chịu nén Pu, của

nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc

+ 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 11.6% và 20.6% so với của

nhóm mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=49MPa

Mẫu chịu nén đúng tâm, khả năng chịu nén Pu, của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp

dán dọc (nhóm N2), của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4) và của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

(nhóm N3) tăng lần lƣợt 2%, 7.4% và 12.8% so với của nhóm mẫu không gia cƣờng

(nhóm N1). Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 25mm, khả năng chịu nén Pu, của nhóm

mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) và của mẫu

gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 16.3% và

24.7% so với của nhóm mẫu không gia cƣờng (nhóm N1). Đối với mẫu nén lệch

tâm 50mm, khả năng chịu nén Pu, của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm

N2), của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) và

của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3) tăng lần

lƣợt 9.9%, 18.0% và 19.4% so với của nhóm mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=61MPa

Mẫu chịu nén đúng tâm, khả năng chịu nén Pu, của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp

dán dọc (nhóm N2) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách

quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 1.2% và 8.0% so với của nhóm mẫu không gia

cƣờng (nhóm N1). Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, khả năng chịu nén Pu, của

nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (nhóm N2) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc

+ 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 8.1% và 16.0% so với của

nhóm mẫu không gia cƣờng (nhóm N1).

fc=28MPa

1,400

fc=49MPa

fc=61MPa

1,300

1,200

1 N P / u P

1,200 1 N P / u P 1,100

1,100

1,00

,900

N1 N2 N4 N3

fc=49MPa

1,400

(a) e = 0mm (b) e = 50mm

1,300

Ghi chú:

1,200

N1 - không gia cường

N2 - 2 lớp dán dọc

1 N P / u P

1,100

N3 -2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

1,00

N4 - 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách

,900

quãng

N1 N4 N3

Hình 4.20: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả năng chịu nén của cột

4.4. Quan hệ lực - biến dạng của tấm CFRP

4.4.1. Tấm CFRP bó hông

Tấm CFRP đóng vai trò kháng lại sự nở hông của cột. Mức độ kháng nở hông

càng lớn, cột càng tăng khả năng chịu nén dọc trục. Quan hệ lực và biến dạng của

tấm CFRP gia cƣờng đƣợc tổng hợp trên Hình 5.21. Nhìn chung, ứng xử của tấm

CFRP trong các mẫu cột có cùng cƣờng độ bê tông là khá tƣơng đồng nhau. Các

mẫu cột bê tông gia cƣờng có cƣờng độ khác nhau thì độ dốc ở giai đoạn đầu của

biểu đồ khác nhau, bê tông có cƣờng độ càng cao thì độ dốc của biểu đồ càng lớn.

Trong giai đoạn đầu (từ cấp tải 0 đến cấp tải 52%Pu), cột làm việc đàn hồi, tấm

CFRP làm việc hầu nhƣ không đáng kể, sau giai đoạn này, khi mà các vết nứt trong

bê tông cột xuất hiện dƣới tác dụng của ứng suất nén, lúc này đƣờng cong lực - biến

dạng tấm CFRP bắt đầu phi tuyến. Vết nứt bắt đầu xuất hiện trong mẫu cột có

fc=28MPa, 49MPa, và 61MPa lần lƣợt ở cấp tải xấp xỉ 35%Pu, 45%Pu, và 55%Pu.

Điều này cho thấy sự khác biệt ở giai đoạn làm việc tuyến tính của các mẫu cột có

cƣờng độ khác nhau, tấm CFRP bắt đầu tham gia vào quá tình chịu lực sớm hơn với

bê tông có cƣờng độ thấp. Sau giai đoạn này, khi mà các vết nứt trong bê tông cột

xuất hiện ngày càng nhiều dƣới tác dụng của ứng suất nén, sự khác biệt về biến

dạng trong tấm CFRP giữa các cột rất rõ ràng.

(a) 2 lớp dán dọc+1 bó hông cách quãng (b) 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên

tục

Hình 4.21: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng của tấm CFRP bó hông

Ghi chú:

C0, C50 - Tương ứng với độ lệch tâm 0mm và50mm;

M1, M2, M3 - Tương ứng với cường độ bê tông fc=28MPa, 49MPa, và 61MPa.

Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng của tấm CFRP bó hông

(CFRP,h )

Ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng bó hông của tấm CFRP

đƣợc thể hiện ở Hình 5.22. Mẫu chịu nén đúng tâm, biến dạng bó hông lớn nhất của

tấm CFRP CFRP,h của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm

N3) tăng 0.6% so với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4). Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 25mm, biến dạng bó hông lớn nhất của

tấm CFRP CFRP,h của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm

N3) tăng 28.5% so với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

(nhóm N4). Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng bó hông lớn nhất của tấm

CFRP CFRP,h của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục (nhóm N3)

tăng 50.4% so với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (nhóm

N4).

(a) e = 0mm (b) e =2 5mm

Ghi chú:

N3 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 bó hông

toàn cột.

N4 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 bó hông

cách quãng.

Hình 4.22: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng của tấm CFRP bó hông có cùng độ lệch

e = 0mm

1,600

e = 25mm

e = 50mm

1,400

tâm

4 N - P R F C  /

1,200

3 N - P R F C 

1,00

,800

N4 N3

Hình 4.23: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng bó hông của tấm

CFRP

Ghi chú:

Tỉ số CFRP-N3/CFRP-N4 là tỉ số giữa biến dạng của tấm bó hông nhóm N3 với biến

dạng bó hông của tấm nhóm mẫu N4 (xét từng nhóm lệch tâm e=0, 25, 50mm).

N3 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 bó hông toàn cột.

N4 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 bó hông cách quãng.

Ảnh hƣởng cƣờng độ đến biến dạng bó hông của tấm CFRP (CFRP-h)

Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hông của tấm CFRP đƣợc

thể hiện ở Hình 5.23. Đối với mẫu cột chịu nén đúng tâm, cột chỉ chịu nén, cơ chế

phá hoại của mẫu đƣợc quyết định do biến dạng nở hông của bê tông. Cơ chế này

giúp cho tấm CFRP bó hông phát huy gần nhƣ tối đa khả năng làm việc của chúng;

vì vậy, biến dạng bó hông cực hạn của tấm CFRP bó hông xấp xỉ gần nhƣ nhau đối

với mẫu có cƣờng độ bê tông khác nhau (fc=28MPa, 49MPa, và 61MPa). Đối với

mẫu chịu nén lệch tâm, cơ chế phá hủy đƣợc bắt đầu bởi ứng suất kéo của bê tông ở

thớ chịu kéo của cột và đƣợc quyết định bởi ứng suất nén ở thớ chịu nén của cột

(mẫu cột bị phá hoại do bê tông bị nén vỡ trong khi tấm CFRP chƣa đạt đến giới

hạn phá hủy); vì vậy, sự tham gia của tấm CFRP bó hông vào khả năng chịu lực của

cột sẽ không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén đúng tâm. Cơ chế này làm cho yếu tố độ

lớn của cƣờng độ bê tông đóng vai trò quyết định và vai trò của tấm CFRP bó hông

chỉ là thứ yếu; vì vậy, cƣờng độ bê tông càng cao, tính chất quyết định của bê tông

càng thể hiện rõ nét và sự đóng góp của tấm CFRP càng giảm. Kết quả cụ thể nhƣ

Nhóm mẫu đúng tâm

Mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng bó hông

lớn nhất của tấm CFRP CFRP,h của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và

fc=61MPa tăng lần lƣợt 16.2% và 23.7% so với mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=28MPa.

Nhóm mẫu lệch tâm 50mm

Mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng bó hông

lớn nhất của tấm CFRP CFRP,h của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và

fc=61MPa giảm lần lƣợt 32.0% và 56.5% so với mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=28MPa.

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

1,200

1,00

,800

8 2 c f - P R F C  /

c f - P R F C 

,600

,400

49 61

fc

(a) e = 0mm (b) e = 50mm

Hình 4.24: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hông của tấm CFRP

Tỉ số CFRP-fc/CFRP-fc28 là tỉ số giữa biến dạng bó hông của tấmCFRP của mẫu

có cường độ bê tông bất kỳ với của tấm CFRP của mẫu có cường độ fc=28MPa (xét

từng nhóm lệch tâm).

Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hông của tấm CFRP khi độ

fc=28MPa

1,200

fc=49MPa

fc=61MPa

1,00

lệch tâm thay đổi

0 e - P R F C  /

,800

fc=49MPa

e - P R F C 

,600

,400

(mm)

(a) nhóm N3 (b) nhóm N4

Hình 4.25: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hông của tấm CFRP khi

độ lệch tâm thay đổi

Ghi chú: N3 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông toàn cột

N4 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hông của tấm CFRP khi độ

lệch tâm thay đổi đƣợc thể hiện ở Hình 5.24. Mẫu có độ lệch tâm lớn làm biến dạng

bó hông của tấm CFRP CFRP,h giảm đáng kể so với mẫu có độ lệch tâm bé hơn. Mẫu

lệch tâm 50mm có biến dạng bó hông lớn nhất của tấm CFRP CFRP-h tăng gấp đôi so

với mẫu lệch tâm 25mm. Cụ thể nhƣ sau:

Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

Mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, biến dạng bó hông lớn nhất của tấm

CFRP CFRP-h của mẫu lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt là 29.65% và 42.15%

so với mẫu nén đúng tâm.

Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

Mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, biến dạng bó hông lớn nhất của tấm

CFRP CFRP-h của mẫu nén lệch tâm 50mm giảm 18.24% so với mẫu nén đúng tâm.

Tƣơng tự, mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, biến dạng bó hông lớn nhất của tấm

CFRP CFRP-h của mẫu nén lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt là 27.08% và

38.19% so với mẫu nén đúng tâm. Đối với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa,

biến dạng bó hông lớn nhất của tấm CFRP CFRP-h của mẫu nén lệch tâm 50mm giảm

25.16% so với mẫu nén đúng tâm.

4.4.2. Biến dạng của tấm CFRP dán dọc chịu kéo

Tấm CFRP dán dọc ở thớ kéo đóng vai trò kháng uốn trong quá trình cột chịu

nén lệch tâm. Quan hệ lực và biến dạng của tấm CFRP gia cƣờng dán dọc đƣợc

tổng hợp trên Hình 5.25. Nhìn chung, ứng xử của tấm CFRP trong các mẫu trong

cùng một cƣờng độ là khá tƣơng đồng nhau. Các mẫu cột bê tông gia cƣờng có

cƣờng độ khác nhau, độ dốc ở giai đoạn đầu (cấp tải 0 đến cấp tải 60%Pu) của biểu

đồ khác nhau, bê tông có cƣờng độ càng cao, độ dốc của biểu đồ càng lớn. Trong

giai đoạn đầu (cấp tải 0 đến cấp tải 65%Pu), cột làm việc đàn hồi, tấm CFRP làm

việc hầu nhƣ không đáng kể. Sau giai đoạn này, khi mà các vết nứt trong bê tông

cột xuất hiện (mẫu cột có fc=28MPa - 44%Pu, mẫu cột có fc=49MPa - 58%Pu, và

mẫu cột có fc=61MPa – 67%Pu), quan hệ lực - biến dạng tấm CFRP dán dọc bắt đầu

dần phi tuyến. Giai đoạn làm việc tuyến tính của các mẫu cột có cƣờng độ khác

nhau không giống nhau, mẫu cột có cƣờng độ bê tông thấp bắt đầu làm việc phi

tuyến sớm hơn và tấm CFRP bắt đầu tham gia vào quá trình chịu lực nhanh hơn (tốc

phát triển biến dạng nhanh hơn). Sau giai đoạn này, khi mà các vết nứt trong bê

tông cột xuất hiện ngày càng nhiều, sự khác biệt về biến dạng trong tấm CFRP giữa

các cột rất rõ ràng. Cụ thể đối với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, nén lệch tâm

50mm, biến dạng dọc lớn nhất của tấm CFRP của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và fc=61MPa lần lƣợt là 2.82‰ và 1.82‰ nhỏ hơn biến dạng dọc lớn

nhất của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa (=5.2‰) là 0.54 và 0.35 lần; tƣơng tự,

mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, nén lệch tâm 50mm, biến

dạng dọc lớn nhất của tấm CFRP của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và

fc=61MPa lần lƣợt là 2.62‰ và 1.38‰ nhỏ hơn biến dạng dọc lớn nhất của mẫu có

2500

2000

cƣờng độ bê tông fc=28MPa (=4.98‰) 0.53 và 0.28 lần.

)

1500

2VC50-M1-N2 2VC50-M2-N2 2VC50-M3-N2 2V1HC50-M1-N4 2V1HC50-M2-N4 2V1HC50-M3-N4

N K

(

P

1000

500

4 (‰)

Hình 4.26: Quan hệ lực - biến dạng tấm CFRP dán dọc của cột chịu nén lệch tâm

50mm với cách gia cƣờng khác nhau

M1, M2, M3 - Tương ứng với cường độ bê tông fc=28MPa, 49MPa, và 61MPa

N2 - Gia cường 2 lớp dán dọc

N4 - Gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

C50 - Nén lệch tâm với e =50mm

2 lớp dán dọc

1,200

1,00

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

,800

Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng của tấm CFRP dán dọc

8 2 c f - P R F C  /

,600

c f - P R F C 

,400

,200

49 61

fc

Hình 4.27: Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến biến dạng dọc tấm CFRP của

nhóm mẫu lệch tâm 50mm

Ghi chú: Tỉ số CFRP-v /CFRP,v-fc28 là tỉ số giữa biến dạng của tấm dán dọc của mẫu

cột có cường độ bê tông bất kỳ với biến dạng của tấm của mẫu có cường độ

fc=28MPa (xét nhóm lệch tâm 50mm).

Hình 5.26 thể hiện ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến biến dạng của tấm

CFRP dán dọc của nhóm mẫu chịu nén lệch tâm 50mm. Kết quả cho thấy khi cƣờng

độ bê tông tăng lên, biến dạng của tấm CFRP dán dọc giảm đi. Cụ thể, mẫu gia

cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng lớn nhất của tấm dán dọc của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 49.6% và 68.5% so với mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông

cách quãng, biến dạng lớn nhất của tấm dán dọc của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 51.1% và 71.3% so với mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=28MPa.

1,000

fc=49MPa

,950

Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng của tấm CFRP dán dọc

,

,900

,

,850

2 N - v P R F C  / v P R F C 

,800

N2 N4 N3

Hình 4.28: Ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng của tấm CFRP

dán dọc của nhóm mẫu nén lệch tâm 50mm

Ghi chú: Tỉ số CFRP-v /CFRP,v-fc28 là tỉ số giữa biến dạng của tấmdán dọc của mẫu

cột có fc = 49 MPa, gia cường có bó hông và không có bó hông,chịu nén lệch tâm

50 mm.

Biến dạng lớn nhất của tấm CFRP dán dọc của mẫu có fc = 49MPa, đƣợc gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông liên tục lớn hơn (là 2.96‰ và 3.02‰) lần lƣợt 62.6% và 65.9%

so với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (Hình 5.27). Điều này là vì, mẫu đƣợc gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục dẻo dai hơn, tấm bó hông liên tục làm

việc hiệu quả hơn tấm bó hông cách quãng nên khi mẫu bị phá hoại, tấm bó hông bị

xé rách kéo theo sự bong tách của tấm dán dọc, biến dạng lớn nhất của tấm CFRP

dán dọc của mẫu đƣợc gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục lớn hơn của

mẫu đƣợc gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng.

Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng của tấm CFRP dán dọc khi độ

fc=28MPa

fc=49MPa

1,200

fc=49MPa

1,00

fc=61MPa

,800

lệch tâm thay đổi

,

,800

,600

,

,400

0 e - v P R F C  / v P R F C 

,200

,00

(mm)

1,200

fc=28MPa fc=49MPa fc=61MPa

1,00

,800

(a) 2 lớp dán dọc (b) 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

,

,600

0 e - v P R F C  /

,

,400

v P R F C 

,200

,00

(mm)

Hình 4.29: Ảnh hƣởng của độ lệch tâm đến biến dạng tấm CFRP dán dọc

Ghi chú: Tỉ số CFRP-v /CFRP,v-e0 là tỉ số giữa biến dạng của tấmdán dọc của mẫu nén

lệch tâm với biến dạng của tấm mẫu nén đúng tâm.

Ảnh hƣởng của độ lệch tâm đến biến dạng tấm CFRP dán dọc đƣợc thể hiện ở

Hình 5.28.

Nhóm gia cường 2 lớp dán dọc

Biến dạng lớn nhất của tấm CFRP dán dọc của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=28MPa, 49MPa, và 61MPa, chịu nén lệch tâm e =50mm, giảm lần lƣợt 24.08%,

15.23% và 12.69% so với mẫu đúng tâm.

Nhóm gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

Mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, biến dạng lớn nhất của tấm CFRP dán

dọc của mẫu lệch tâm 50mm giảm 28.01% so với mẫu đúng tâm. Tƣơng tự, mẫu có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa, biến dạng lớn nhất của tấm CFRP dán dọc của mẫu

nén lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt 5.43% và 13.90% so với mẫu đúng tâm.

Đối với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, biến dạng lớn nhất của tấm CFRP dán

dọc của mẫu lệch tâm 50mm giảm 12.25% so với mẫu đúng tâm.

Nhóm gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

Mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49Mpa, biến dạng lớn nhất của tấm CFRP dán

dọc của mẫu nén lệch tâm 25mm và 50mm giảm lần lƣợt 9.19% và 16.9% so với

mẫu đúng tâm.

4.5. Quan hệ lực - biến dạng nén dọc trục của bê tông

Quan hệ lực - biến dạng bê tông của các cột thực nghiệm đƣợc thể hiện trên

Hình 5.29 và 5.30. Tấm CFRP gia cƣờng bó hông làm tăng đáng kể khả năng biến

dạng của bê tông cột, trong khi tấm CFRP dán dọc hầu nhƣ không làm thay đổi khả

năng biến dạng của bê tông cột do chúng không tham gia kháng nén trong quá trình

cột làm việc chịu nén. Điều này đƣợc nhận thấy rõ ở nhóm mẫu lệch tâm 50mm,

mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, biến dạng của bê tông tại cấp tải phá hủy của

nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc là 2.51‰, xấp xỉ biến dạng bê tông của mẫu

không gia cƣờng; trong khi, biến dạng bê tông của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng và của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp

bó hông liên tục lần lƣợt là 2.73‰ và 3.63‰, lớn hơn 20% và 30% so với mẫu

không gia cƣờng. Nhóm mẫu gia cƣờng bó hông cách quãng tuy diện tích bó hông

giảm đi một nửa so với nhóm mẫu gia cƣờng bó hông liên tục; nhƣng, khả năng

kháng biến dạng của bê tông ở nhóm mẫu này không giảm đáng kể so với của nhóm

mẫu bó hông liên tục, cụ thể biến dạng dọc của bê tông của mẫu gia cƣờng 2 lớp

dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãngchỉ nhỏ hơn 2% so với của nhóm mẫu gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục.

Yếu tố độ lệch tâm cũng làm thay đổi đáng kể biến dạng của bê tông. Nhóm

mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, tại cấp tải phá hủy, nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp

dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng của bê tông của mẫu lệch tâm

25mm (=2.24‰) và của mẫu lệch tâm 50mm (=2.73‰) lớn hơn lần lƣợt là 1.2 và

1.48 lần so với mẫu đúng tâm. Tƣơng tự, nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1

lớp bó hông liên tục, biến dạng của bê tông tại cấp tải phá hủy của mẫu lệch tâm

25mm (=2.25‰) và của mẫu lệch tâm 50mm (=2.89‰) lớn hơn lần lƣợt là 1.02 và

1.31 lần so với mẫu đúng tâm.

Yếu tố cƣờng độ bê tông dƣờng nhƣ ảnh hƣởng không đáng kể đến giá trị biến

dạng cuối cùng của bê tông các mẫu thực nghiệm. Cụ thể:

Nhóm mẫu không gia cường

Mẫu đúng tâm, biến dạng dọc của bê tông tại cấp tải phá hủy của mẫu có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa là 1.55‰

và 1.45‰ nhỏ hơn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa (=1.58‰) lần lƣợt là 5.93%

và 12.09%. Tƣơng tự, mẫu lệch tâm 25mm, biến dạng dọc của bê tông tại cấp tải

phá hủy của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=61MPa là 2.45‰ và 2.22‰ nhỏ hơn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa

(=2.52‰) lần lƣợt là 2.82% và 12.14%. Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng dọc

của bê tông tại cấp tải phá hủy của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=61MPa là 2.58‰ và 1.99‰ nhỏ hơn mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=28MPa (=2.77‰) lần lƣợt là 7.03% và 27.26%.

Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc

Mẫu đúng tâm, biến dạng dọc của bê tông tại cấp tải phá hủy của mẫu có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa là 1.56‰

và 1.46‰ nhỏ hơn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa (=1.91‰) lần lƣợt là 16.2%

và 20.24%. Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng dọc của bê tông tại cấp tải phá

hủy của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=61MPa là 2.43‰ và 2.19‰ nhỏ hơn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa

(=2.65‰) lần lƣợt là 7.88% và 19.55%.

Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng

Mẫu đúng tâm, biến dạng dọc của bê tông tại cấp tải phá hủy của mẫu có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa là 1.77‰

và 1.55‰ nhỏ hơn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa (= 2.03‰) lần lƣợt là

12.44% và 24.24%. Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng dọc của bê tông tại cấp

tải phá hủy của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa là 2.72‰ và 2.48‰ nhỏ hơn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa

(=2.75‰) lần lƣợt là 4.73% và 10.66%.

(a) không gia cƣờng (b) 2 lớp dán dọc

Ghi chú:

N1 – Nhóm mẫu không gia cường

N2 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc

hông cách quãng

N4 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

Hình 4.30: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tông của nhóm mẫu không gia cƣờng,

gia cƣờng 2 lớp dán dọc và gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng.

(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa

Ghi chú:

N1 – Nhóm mẫu không gia cường

N2 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc

N3 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông liên tục

N4 – Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng. (c) fc=61MPa

Hình 4.31: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tông của nhóm mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=28MPa, 49MPa, 61MPa.

4.5.1. Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng dọc bê tông

Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bê tông đƣợc thể hiện ở Hình 5.31

Nhóm mẫu đúng tâm

Nhóm mẫu không gia cƣờng, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần

lƣợt là 5.93% và 12.09% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Tƣơng tự,

nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần

lƣợt là 16.2% và 20.24% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Đối với nhóm

mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng dọc lớn nhất

của bê tông cu của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa giảm lần lƣợt là 12.44 và 24.24% so với mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=28MPa.

Nhóm mẫu lệch tâm 25mm

Nhóm mẫu không gia cƣờng, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cucủa mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm

lần lƣợt là 2.82% và 12.14% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa.

Nhóm mẫu lệch tâm 50mm

Nhóm mẫu không gia cƣờng, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm

lần lƣợt là 7.03% và 27.26% so với mẫu có cƣờng độ bê fc=28MPa. Tƣơng tự, đối

với nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng dọc

lớn nhấtcủa bê tông cu của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu có

cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt là 4.73% và 10.66% so với mẫu có

không gia cường

1,100

2 lớp dán dọc

1,00

2 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng

,900

cƣờng độ bê tông fc=28MPa.

8 2 c f . u c  / u c 

,800

,700

49 61

fc

(a) e=0mm (b) e = 50mm

không gia cường

1,100

Ghi chú:

1,00

Tỉ số cu/cu,fc28 là tỉ số giữa biến dạng bê

,900

tôngcủa mẫu cột với cường độ bê tông bất kì

8 2 c f . u c  / u c 

,800

và biến dạng bê tông của mẫu cột cường độ fc

,700

49 61

= 28MPa.

fc

Hình 4.32: Ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến biến dạng bê tông

fc=28MPa

1,500

fc=49MPa

1,400

fc=61MPa

1,300

4.5.2. Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc của bê tông

,

1,200

1,100

1 N u c  / u c 

1,00

,900

,800

N1 N2 N4 N3

1,500

fc=49MPa

(a) e = 0mm (b) e = 50mm

1,400

Ghi chú:

1,300

N1 - Nhóm mẫu không gia cường

,

1,200

1,100

N2 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc

1 N u c  / u c 

1,00

N3 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

,900

hông liên tục

,800

N4 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

N1 N2 N4 N3

hông cách quãng.

Hình 4.33: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc bê tông

Ghi chú: Tỉ số cu/cu,N1 là tỉ số giữa biến dạng bê tông của mẫu cột được gia cường

và biến dạng bê tông của mẫu cột không gia cường (nhóm N1)

Ảnh hƣởng của phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc của bê tông đƣợc

thể hiện ở Hình 5.33.

Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=28MPa

Mẫu nén đúng tâm, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu gia cƣờng

2 lớp dán dọc (nhóm N2) (=1.95‰) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng (nhóm N4) (=2.11‰) tăng lần lƣợt 13.91% và 23.27% so với mẫu

không gia cƣờng (=1.71‰). Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, biến dạng dọc lớn

nhất của bê tông cu của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (= 2.73‰) và của mẫu gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (=2.87‰) tăng lần lƣợt -4.69% và

0.14% so với mẫu không gia cƣờng (=2.86‰).

Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=49MPa

Mẫu nén đúng tâm, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu gia cƣờng

2 lớp dán dọc (nhóm N2) (=1.63‰), của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng (nhóm N4) (=1.84‰) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp

bó hông liên tục (nhóm N3) (=2.22‰) tăng lần lƣợt 1.47%, 14.73% và 38.10% so

với mẫu không gia cƣờng (=1.61‰). Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 25mm, biến dạng

dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách

quãng (=2.24‰) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

(=2.55‰) tăng lần lƣợt -8.88% và 3.94% so với mẫu không gia cƣờng (=2.45‰).

Đối với mẫu nén lệch tâm 50mm, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu

gia cƣờng 2 lớp dán dọc (=2.73‰) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng (=2.89‰) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông

liên tục (=2.89‰) tăng lần lƣợt -5.57% và 2.62% và 25.5 so với mẫu không gia

cƣờng (=2.66‰)

Nhóm mẫu cường độ bê tông fc = 61MPa

Mẫu nén đúng tâm, biến dạng dọc lớn nhất của bê tông cu của mẫu gia cƣờng

2 lớp dán dọc (nhóm N2) (=1.55‰) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng (nhóm N4) (=1.60‰) tăng lần lƣợt 3.35% và 6.23% so với mẫu

không gia cƣờng (=1.50‰). Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, biến dạng dọc lớn

nhất của bê tông cu của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc (= 2.19‰) và của mẫu gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng (=2.55‰) tăng lần lƣợt 5.45% và

23.0% so với mẫu không gia cƣờng (=2.08‰).

4.5.3. Tính tƣơng tác giữa các thông số có ảnh hƣởng đến ứng xử nén của cột

gia cƣờng tấm CFRP

Nội dung này trình bày đánh giá định lƣợng mức độ tƣơng tác giữa các thông

số có ảnh hƣởng đến ứng xử nén của cột và hiệu quả gia cƣờng của tấm CFRP. Mức

độ tƣơng tác này đƣợc đánh giá dựa trên hệ số tƣơng quan CORR do Magiure và

các cộng sự (2017)[29] đề xuất. Theo Magiure và các cộng sự, hệ số tƣơng quan

(CORR - tính theo công thức 5.1) có thể đƣợc dùng để đánh giá mức độ tƣơng

quan của 2 đại lƣợng bất kỳ, biến x là giá trị của đại lƣợng thứ nhất cần xét đến

, biến là giá trị của đại lƣợng thứ 2 cần xét . Nếu hệ số

CORR tiến tới 1 thì hai biến có mối quan hệ tƣơng quan tuyến tính mạnh. Nếu hệ số

CORR bé hơn 0.2 thì hai biến có mối quan hệ tƣơng quan tuyến tính yếu.

(5.1)

e=0 mm e=50mm

CORR= 0.93

4.5.4. Tƣơng tác giữa tấm CFRP bó hông và cốt đai

) h ( P R F C  / w s 

CORR=-0.88

28 49 61

fc(MPa)

Hình 4.34: Tƣơng tác giữa tấm CFRP bó hông và cốt đai của nhóm mẫu gia cƣờng

2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

Xét mối quan hệ tƣơng quan giữa 2 đại lƣợng, biến x – biến đạng bó hông lớn

nhất của tấm CFRP của mẫu cột nén đúng tâm, lệch tâm 50mm với 3 loại cƣờng độ

bê tông khác nhau fc=28MPa, 49MPa, 61MPa; biến y – biến dạng cốt đai lớn nhất

Nhóm N3

Nhóm N4

CORR= 0.86

của mẫu cột tƣơng ứng.

) h ( P R F C  / w s 

CORR=-0.96

0 25 50

e (mm)

Hình 4.35: Tƣơng tác giữa tấm CFRP bó hông và cốt đai nhóm mẫu có cƣờng độ

bê tông fc=49MPa tƣơng ứng.

Ghi chú:

N3 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

N4 - Nhóm mẫu gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

Hình 5.34 và Hình 5.35 biểu diễn tƣơng tác giữa tấm CFRP bó hông và cốt

đai. Đối với nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, hệ số

CORR của nhóm mẫu đúng tâm và của nhóm mẫu lệch tâm 50mm tƣơng ứng là -

0.88 và 0.93, hệ số này xấp xỉ bằng 1, điều này cho thấy 2 đại lƣợng đang xét có sự

tƣơng tác mạnh với nhau trong quá trình cột làm việc chịu nén, kể cả nén đúng tâm

và lệch tâm 50mm. Tƣơng tự, nhóm mẫu cƣờng độ bê tông fc=49MPa, tƣơng tác

giữa tấm bó hông CFRP và cốt đai của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng (nhóm N4) và của mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông

liên tục (nhóm N3) là tƣơng tác mạnh thông qua hệ số CORR lần lƣợt là -0.96 và

0.86.

4.5.5. Tƣơng tác giữa tấm CFRP dán dọc và cốt dọc

Tƣơng tác giữa tấm dán dọc và thép dọc là tƣơng tác mạnh. Tấm CFRP chịu

kéo tham gia chịu kéo cùng với cốt thép.

Xét tƣơng tác giữa 2 đại lƣợng biến dạng thép dọc và biến dạng tấm CFRP

dán dọc của nhóm mẫu lệch tâm 50mm ứng với 3 loại cƣờng độ fc=28MPa, 49MPa,

và 61MPa (Hình 5.36a, b). Đối với nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, xét từng

cấp tải 25%Pu, 50%Pu và 75%Pu hệ số CORR lần lƣợt là 0.88, 0.32 và 0.83, điều

này cho thấy tấm dán dọc và cốt dọc tƣơng tác với nhau khá lớn trong quá trình cột

chịu nén. Tƣơng tự, đối với nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông

cách quãng, với từng cấp tải 25%Pu, 50%Pu và 75%Pu hệ số CORR lần lƣợt là 0.94,

0.94 và 1.00.

Tƣơng tác giữa 2 đại lƣợng biến dạng thép dọc và biến dạng tấm CFRP dán

dọc của nhóm mẫu lệch tâm 50mm ứng với cƣờng độ bê tông fc=49MPa (Hình

5.36c). Xét với từng cấp tải 25%Pu, 50%Pu và 75%Pu hệ số CORR lần lƣợt là 0.82,

0.9 và 0.64.

Tại cùng một cấp tải, giá trị biến dạng của tấm CFRP dán dọc lớn hơn biến

dạng cốt dọc (Hình 5.37). Do tấm dán dọc làm việc chịu kéo nên cốt dọc tham gia ít

hơn trong quá trình cột làm việc chịu nén.

(a) 2 lớp dán dọc (b) 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

Ghi chú:

+ N2 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc

+ N3 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông liên tục

+ N4 - Nhóm mẫu 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng

Hình 4.36: Tƣơng tác giữa tấm dán dọc và cốt dọc

Ghi chú: Tỉ số st/CFRP(v) là tỉ số giữa biến dạng thép dọc của từng mẫu cột bất kì

và biến dạng tấm CFRP dán dọc của mẫu cột tương ứng

(a) Nhóm 2 – e = 50mm (b) Nhóm 4 – e = 50mm

Hình 4.37: Quan hệ lực – biến dạng tấm CFRP dán dọc và biến dạng thép dọc.

4.5.6. Tƣơng tác giữa tấm dán dọc và tấm bó hông

Xét tƣơng tác giữa 2 đại lƣợng biến dạng của tấm CFRP dán dọc và biến dạng

tấm CFRP bó hông của nhóm mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách

quãng chịu nén lệch tâm 50mm (Hình 5.38). Trong giai đoạn đầu, ở cấp tải trọng

25%Pu hệ số CORR bằng -0.13 < 0.2, điều này cho thấy trong giai đoạn này tấm

dán dọc và tấm bó hông tham gia tƣơng tác yếu trong quá trình cột làm việc. Khi tải

trọng tiếp tục tăng lên, tấm dán dọc và tấm bó hông tƣơng tác mạnh với nhau thể

hiện qua hệ số CORR xấp xỉ bằng 1 ở các cấp tải tiếp theo (Hình 5.38). Tấm bó

hông đóng vai trò nhƣ các neo ở hai đầu từ đó phát huy đƣợc khả năng chịu kéo của

tấm làm tăng khả năng chịu lực và độ dẻo dai của cột.

Hình 4.38: Tƣơng tác giữa tấm dán dọc và tấm bó hông ở nhóm mẫu gia cƣờng 2

lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng ứng với độ lệch tâm 50mm.

Ghi chú: Tỉ số CFRP,v(v+h)/CFRP(v) là tỉ số giữa biến dạng tấm dán dọc có bó hông và

biến dạng tấm dán dọc không bó hông tương ứng với cường độ bê tông fc=28MPa,

49MPa, 61MPa.

4.6. Hiệu quả gia cƣờng của tấm CFRP

4.6.1. Cải thiện khả năng chịu lực của bê tông

Ảnh hƣởng gia cƣờng của tấm CFRP đến khả năng chịu lực của bê tông đƣợc

thể hiện ở Hình 5.39. Xu hƣớng chung là, cột có cƣờng độ bê tông cao và độ lệch

tâm càng nhỏ, hiệu quả gia cƣờng tấm dán dọc đến khả năng chịu nén của cột càng

giảm đi.

(a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm

Hình 4.39: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 0mm

Hiệu quả gia cƣờng khả năng chịu nén, Pu,CFRP, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2

lớp dán dọc, mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc= 49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa, giảm lần lƣợt 45% và 65% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=

28MPa. Đối với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, hiệu quả

gia cƣờng khả năng chịu nén, Pu,CFRP, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc,

mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc= 49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê tông

fc=61MPa, tăng lần lƣợt 11% và 21% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc= 28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Hiệu quả gia cƣờng khả năng chịu nén, Pu,CFRP, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2

lớp dán dọc, mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc= 49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê

tông fc=61MPa, giảm lần lƣợt 16% và 33% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=

28MPa. Đối với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, hiệu quả

gia cƣờng khả năng chịu nén, Pu,CFRP, của nhóm các mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc,

mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc= 49MPa và mẫu cột có cƣờng độ bê tông

fc=61MPa, giảm lần lƣợt 15% và 27% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc= 28MPa.

4.6.2. Khả năng biến dạng của mẫu cột

a) Khả năng biến dạng dọc của mẫu cột

Ảnh hƣởng gia cƣờng tấm CFRP đến chuyển vị dọc trục của cột đƣợc thể hiện

ở Hình 5.40. Trong cùng nhóm mẫu (cùng hình thức gia cƣờng và cùng cƣờng độ

bê tông), mẫu có độ lệch tâm lớn, sự tham gia của tấm trong chuyển dị dọc trục lớn

hơn.

(a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm

Hình 4.40: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng đến khả năng biến dạng dọc

Nhóm mẫu cột đúng tâm

Mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn nhất uv,CFRP của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông

fc=61MPa giảm lần lƣợt 24% và 56% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng

tự, mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, chuyển vị dọc trục

lớn nhất uv,CFRP của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có

cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 13.6% và 43.8% so với mẫu cột có

cƣờng độ fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn nhất u,CFRP của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông

fc=61MPa giảm lần lƣợt 53.6% và 78% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối

với mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, chuyển vị dọc

trục lớn nhất u,CFRP của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông

có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 30% và 50.4% so với mẫu cột có

cƣờng độ fc=28MPa.

Mẫu có cƣờng độ bê tông càng lớn, mẫu càng giòn dẫn đến chuyển vị cột càng

bé. Đồng thời, đối với mẫu bê tông cƣờng độ thấp khi đƣợc gia cƣờng, tấm CFRP

làm tăng mức độ dẻo dai của cột nhiều hơn so với cột cƣờng độ cao. Đối với bê

tông có cƣờng độ lớn độ giảm của chuyển vị dọc trục giảm ít hơn so với bê tông có

cƣờng nhỏ.

b) Khả năng biến dạng ngang của mẫu cột

Ảnh hƣởng gia cƣờng tấm CFRP đến chuyển vị ngang của cột đƣợc thể hiện ở

Hình 5.41. Mẫu có cƣờng độ bê tông càng cao, độ lệch tâm tăng, mức độ giảm

chuyển vị càng lớn.

(a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm

Hình 4.41: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng ngang

Nhóm mẫu cột đúng tâm

Chuyển vị ngang lớn nhất u,h,CFRP của mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc, có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa, giảm lần lƣợt 22.5% và 47% so với mẫu

cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h,CFRP của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 24.5% và 39.8% so với mẫu cột có cƣờng độ

fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc, chuyển vị nở hông lớn nhất u,h,CFRP của

mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và của mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa

giảm lần lƣợt 16.7% và 33.3% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng tự,

mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, chuyển vị nở hông

lớn nhất u,h,CFRP của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61Mpa giảm lần

lƣợt 12.5% và 25% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa.

4.6.3. Biến dạng của tấm CFRP

a) Biến dạng của tấm CFRP dán dọc

Hình 5.42 thể hiện ảnh hƣởng đến biến dạng của tấm CFRP dán dọc khi cƣờng

độ bê tông và nhóm mẫu chịu nén có độ lệch tâm thay đổi. Kết quả cho thấy:

Nhóm mẫu cột đúng tâm

Khi cƣờng độ bê tông tăng lên, biến dạng của tấm CFRP dán dọc giảm đi. Cụ

thể, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng lớn nhất của tấm dán dọc của mẫu có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 21.3% và 38.8% so với

mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1

lớp bó hông cách quãng, biến dạng lớn nhất của tấm dán dọc của mẫu có cƣờng độ

bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 24.5% và 40.6% so với mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Mẫu cƣờng độ bê tông tăng lên, biến dạng của tấm CFRP dán dọc giảm đi. Cụ

thể, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng lớn nhất của tấm dán dọc của mẫu có

cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 10% và 31.04% so với mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Đối với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó

hông cách quãng, biến dạng lớn nhất của tấm dán dọc của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 9.3% và 22.6% so với mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=28MPa.

(a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm

Hình 4.42:Hiệu quả gia cƣờng dán dọc tấm CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ của bê tông

b) Biến dạng của tấm CFRP dán ngang

Ảnh hƣởng biến dạng ngang của tấm CFRP đến cƣờng độ bê tông đƣợc thể

hiện ở Hình 5.23. Đối với mẫu cột chịu nén đúng tâm, cột chỉ chịu nén, quy luật phá

hoại của mẫu đƣợc quyết định do biến dạng ngang của bê tông. Quy luật này giúp

cho tấm CFRP biến dạng ngang phát huy gần nhƣ tối đa khả năng làm việc của

chúng; vì vậy, biến dạng ngang cực hạn của tấm CFRP bó hông xấp xỉ gần nhƣ

nhau đối với mẫu có cƣờng độ bê tông khác nhau (fc=28MPa, 49MPa, và 61MPa).

Đối với mẫu chịu nén lệch tâm, quy luật phá hủy đƣợc bắt đầu bởi ứng suất kéo của

bê tông ở thớ chịu kéo của cột và đƣợc quyết định bởi ứng suất nén ở thớ chịu nén

của cột (mẫu cột bị phá hoại do bê tông bị nén vỡ trong khi tấm CFRP chƣa đạt đến

giới hạn phá hủy), vì vậy, sự tham gia của tấm CFRP bó hông vào khả năng chịu

lực của cột sẽ không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén đúng tâm. Quy luật này làm cho

yếu tố độ lớn của cƣờng độ bê tông đóng vai trò quyết định và vai trò biến dạng

ngang của tấm CFRP chỉ là thứ yếu, vì vậy, cƣờng độ bê tông càng cao, tính chất

quyết định của bê tông càng thể hiện rõ nét và sự đóng góp của tấm CFRP càng

giảm.

Hình 4.43:Hiệu quả gia cƣờng dán ngang tấm CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ của bê

tông

Kết quả cụ thể nhƣ sau:

Nhóm mẫu đúng tâm

Mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng ngang

lớn nhất của tấm CFRP CFRP,h đối với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và

fc=61MPa giảm lần lƣợt 8.9% và 19% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa.

Nhóm mẫu lệch tâm 50mm

Mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng ngang

lớn nhất của tấm CFRP CFRP,h của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và

fc=61MPa giảm lần lƣợt 4,4% và 10.94% so với mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=28MPa.

4.6.4. Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng của cốt dọc và cốt

đai

a) Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng của cốt dọc

Tấm CFRP dán dọc ở thớ kéo đóng vai trò kháng uốn nhiều hơn trong quá

trình cột chịu nén lệch tâm so với cột chịu nén đúng tâm, giúp cản trở sự biến dạng

của cốt dọc tại thớ chịu kéo đƣợc thể hiện ở Hình 5.44.

Nhóm mẫu cột đúng tâm

Mẫu cột không gia cƣờng, biến dạng cốt dọc st của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt

13,04% và 22.17% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu cột gia

cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng cốt dọc st của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa

và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 13.19% và

18.72% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu cột gia cƣờng 2 lớp

dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng cốt dọc st của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần

lƣợt 12.55% và 20.39% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa.

Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm

Mẫu cột không gia cƣờng, biến dạng cốt dọc st của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt

0.96% và 3.37% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu cột gia

cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng cốt dọc st của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa

và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 5.76% và

7.48% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa. Đối với mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán

dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng cốt dọc st của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và của mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt

4.01% và 10.19% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa.

không CFRP dán dọc dán dọc + cách quãng

)

(

‰ s

28 49 61 fc (MPa)

(a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm

Hình 4.44: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt dọc

b) Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng của cốt đai

Ảnh hƣởng gia cƣờng của tấm CFRP đến biến dạng cốt đai đƣợc thể hiện ở

Hình 5.45. Đối với mẫu cột chịu nén đúng tâm, cột chỉ chịu nén, cơ chế phá hoại

của mẫu đƣợc quyết định do kết hợp giữa biến dạng nở hông của bê tông và biến

dạng của cốt đai. Cơ chế này giúp cho tấm CFRP bó hông phát huy hiệu quả gần

nhƣ tối đa khả năng làm việc của chúng so với tấm CFRP dán dọc; vì vậy, biến

dạng bó hông cực hạn của tấm CFRP bó hông xấp xỉ gần nhƣ nhau đối với mẫu có

cƣờng độ bê tông khác nhau (fc=28MPa, 49MPa, và 61MPa). Đối với mẫu chịu nén

lệch tâm, cơ chế phá hủy đƣợc bắt đầu bởi ứng suất kéo của cốt đai và bê tông ở thớ

chịu kéo của cột và đƣợc quyết định bởi ứng suất nén ở thớ chịu nén của cột (mẫu

cột bị phá hoại do ứng suất kéo tới hạn chảy dẽo và bê tông bị nén vỡ trong khi tấm

CFRP chƣa đạt đến giới hạn phá hủy), vì vậy, sự tham gia của tấm CFRP bó hông

vào khả năng chịu lực của cột sẽ không rõ ràng so với tấm dán dọc nhƣ trƣờng hợp

nén đúng tâm. Cơ chế này làm cho yếu tố độ lớn của cƣờng độ bê tông và khả năng

chịu kéo của cốt đai đóng vai trò quyết định và vai trò của tấm CFRP chỉ là thứ yếu,

vì vậy, cƣờng độ bê tông càng cao và bƣớc đai càng gần, tính chất quyết định của

các đại lƣợng này thể hiện rõ nét và sự đóng góp của tấm CFRP càng giảm. Kết quả

cụ thể nhƣ sau:

Nhóm mẫu đúng tâm

Mẫu không gia cƣờng, biến dạng cốt đai st,w lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 19.6% và 33.3% so với mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng cốt đai

st,w lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt

24.8% và 35.1% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Đối với mẫu gia cƣờng

2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng cốt đai st,w lớn nhất của mẫu

có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 12.38% và 28.96% so

với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa.

Nhóm mẫu lệch tâm 50mm

Mẫu không gia cƣờng, biến dạng cốt đai st,w lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 31.31% và 34.34% so với mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=28Mpa. Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng cốt đai

st,w lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 38.35% so với

mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Đối với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp

bó hông cách quãng, biến dạng cốt đai st,w lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê tông

fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 12.92% và 19.66% so với mẫu có cƣờng độ

bê tông fc=28MPa.

(a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm

Hình 4.45: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt đai

c) Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng bê tông

Ảnh hƣởng gia cƣờng tấm CFRP đến biến dạng của bê tông đƣợc thể hiện ở

Hình 5.46. Đối với mẫu cột chịu nén đúng tâm, cơ chế phá hoại của mẫu đƣợc quyết

định do biến dạng nở hông của bê tông. Tấm CFRP bó hông phát huy hơn dán dọc

gần nhƣ tối đa khả năng làm việc của chúng giúp cho cột bê tông chậm phá hoại; vì

vậy, mẫu có cƣờng độ bê tông càng cao hiệu quả gia cƣờng của tấm CFRP càng

giảm. Đối với mẫu chịu nén lệch tâm, cơ chế phá hủy đƣợc bắt đầu bởi ứng suất kéo

của bê tông ở thớ chịu kéo của cột và đƣợc quyết định bởi ứng suất nén ở thớ chịu

nén của cột (mẫu cột bị phá hoại do bê tông bị nén vỡ trong khi tấm CFRP chƣa đạt

đến giới hạn phá hủy); vì vậy, sự tham gia của tấm CFRP vào khả năng chịu lực của

cột sẽ không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén đúng tâm. Cơ chế này làm cho yếu tố độ

lớn của cƣờng độ bê tông đóng vai trò quyết định và vai trò của tấm CFRP bó hông

chỉ là thứ yếu; vì vậy, cƣờng độ bê tông càng cao, tính chất quyết định của bê tông

càng thể hiện rõ nét và sự đóng góp của tấm CFRP càng giảm. Kết quả cụ thể nhƣ

Nhóm mẫu đúng tâm

Mẫu không gia cƣờng, biến dạng bê tông cu lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 7.58% và 16.11% so với mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=28Mpa. Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng bê tông

cu lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt

5.89% và 11.77% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Đối với mẫu gia

cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng bê tông cu lớn nhất của

mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 2.48% và 7.85% so

với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa.

Nhóm mẫu lệch tâm 50mm

Mẫu không gia cƣờng, biến dạng bê tông cu lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 6.42% và 10.7% so với mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=28MPa. Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc, biến dạng bê tông

cu lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 4.43% và 8,87%

so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa. Đối với mẫu gia cƣờng 2 lớp dán dọc +

1 lớp bó hông cách quãng, biến dạng bê tông cu lớn nhất của mẫu có cƣờng độ bê

tông fc=49MPa và fc=61MPa giảm lần lƣợt 2.7% và 10.81% so với mẫu có cƣờng

độ bê tông fc=28MPa.

không CFRP dán dọc dán dọc + cách quãng

2,500

)

‰

2,000

‰

2,000

( u

c

1,500

28 49 61 fc (MPa)

(a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm

Hình 4.46: Hiệu quả gia cƣờng tấm CFRP ảnh hƣởng biến dạng bê tông

KIỂM CHỨNG CÔNG THỨC

CHƢƠNG 5:

5.1. Cơ sở lý thuyết

5.1.1. Cột chịu nén đúng tâm

Việc tính toán khả năng kháng nén của cột bê tông cốt thép (BTCT) gia cƣờng

tấm sợi CFRP trong luận văn này đƣợc dựa trên hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R

(2017). Các điều khoản tính toán khả năng chịu nén của cột BTCT gia cƣờng tấm

CFRP trong tiêu chuẩn này đƣợc xây dựng trên mô hình của Lam and Teng (2003)

(Hình 6.1). Theo đó, khả năng kháng nén của cột BTCT gia cƣờng bằng tấm CFRP

đƣợc xác định dựa trên khả năng chịu lực của tiết diện cột có xét đến hiệu ứng

kháng nở hông bị động của tấm gia cƣờng CFRP.

Hình 5.1: Mô hình ứng suất - biến dạng của bê tông gia cƣờng bó hông bằng tấm

CFRP (Lam và Teng 2003)

Trong đó:

(6.1)

(6.2)

(6.3)

(6.4)

cc : cƣờng độ chịu nén của bê tông có gia cƣờng bó hông;

Với : f’ f’ : cƣờng độ chịu nén của bê tông không gia cƣờng bó hông;

c : biến dạng nén của bê tông không bó hông;

ccu : biến dạng lớn nhất của bê tông đƣợc bó hông; ’

t : biến dạng chuyển tiếp trong mô hình ứng suất – biến dạng cho bê tông đƣợc

’

bó hông bằng FRP.

Ec : mô đun đàn hồi của bê tông.

E2 : mô đun của bê tông trong giai đoạn phi tuyến (xem Hình 6.1), GPa;

cc của bê tông trong cột BTCT gia cƣờng tấm

Cƣờng độ chịu nén bó hông f’

CFRP đƣợc xác định trên cƣờng độ chịu nén của bê tông và ứng suất bó hông của

tấm CFRP nhƣ sau:

(6.5)

Ứng suất bó hông trong tấm CFRP ban đầu đƣợc tính toán trên cột BTCT có

tiết diện hình tròn (Hình 6.2) theo công thức:

với d = 2R (6.6)

Hình 5.2: Tác động của ứng suất nở hông lên tấm CFRP trong tiết diện tròn

Trong đó:

: Mô đun đàn hồi chịu kéo của tấm CFRP, GPa; Eh

: Đƣờng kính của mẫu cột gia cƣờng, mm; d

fFRP : Ứng suất kéo của tấm CFRP, MPa;

: Chiều dày tấm CFRP, mm; t

: Bán kính của mẫu cột gia cƣờng, mm; R

: Ứng suất bó hông trong tấm CFRP, MPa. σh

Đối với cột tiết diện hình chữ nhật, ứng suất bó hông trong tấm CFRP đƣợc

tính toán tƣơng ứng với ứng suất bó hông trong cột có tiết diện hình tròn tƣơng

đƣơng có đƣờng kính là D bằng đƣờng chéo của mặt cắt ngang hình chữ nhật (Hình

6.3). Ứng suất bó hông của tấm CFRP cho cột có tiết diện chữ nhật fl đƣợc xác định

nhƣ sau:

(6.7)

(6.8)

Trong đó:

D : Đƣờng kính tƣơng đƣơng của mẫu cột gia cƣờng, mm;

: Mô đun đàn hồi khi kéo của tấm CFRP, GPa; Ef

b : Chiều rộng của tiết diện cột, mm;

h : Chiều cao của tiết diện cột, mm;

n : Số lớp gia cƣờng tấm CFRP;

: Chiều dày tấm CFRP, mm. tf

Hình 5.3: Mặt cắt ngang tròn tƣơng đƣơng (Lam và Teng 2003)

Trong công thức (6.7), biến dạng hiệu quả của tấm CFRP, εfe, tính toán theo

công thức (6.9):

(6.9)

Hệ số biến dạng hiệu quả theo nghiên cứu của Lam và Teng (2003a) là

0.586; nghiên cứu của Harries và Carey (2003) là 0.58; nghiên cứu của Carey và

Harries (2005) cho mẫu cột có tỉ lệ trung bình và lớn tƣơng ứng là 0.57 và 0.61;

nghiên cứu của Spoelstra và Monti (1999) lấy hệ số này có giá trị nhỏ nhất là 0.55

ứng với trƣờng hợp fl/f’c =0.08. Để đảm bảo an toàn, ACI 440.2R (2017) lấy bằng

0.55.

Đối với trƣờng hợp cột tiết diện hình chữ nhật có cạnh dài không quá hai lần

cạnh ngắn và kích thƣớc cạnh tối đa không quá 900mm, hƣớng dẫn thiết kế ACI

440.2R-17 xác định hệ số dựa trên nghiên cứu của Pessiki và các cộng tác

(2001), Wang và Restrepo (2001), Harries và Carey (2003), Youssef (2003), Rocca

và cộng sự (2008), cụ thể:

(6.10)

Vùng nén hiệu quả Ae của cột đƣợc giới hạn trong 4 đƣờng parabol (Hình 6.3).

Hình dạng của các đƣờng cong đƣợc phụ thuộc vào 4 thông số: kích thƣớc của tiết

diện cột (b và h); bán kính góc của cột (rc); và hàm lƣợng cốt thép dọc trong cột (

Tỉ số diện tích làm việc hiệu quả của bê tông Ae/Ac phụ thuộc vào hình dạng

tiết diện cột và hàm lƣợng cốt thép dọc. Tỉ số này đƣợc tính toán nhƣ sau:

(6.11)

Trên cơ sở nghiên cứu của Demers và Neale (1999), Pessiki và cộng sự

(2001), Harries và Carey (2003), Youssef (2003), Matthys và cộng sự (2005),

Rocca và cộng sự (2006), ACI 440.2R (2017) giả thiết hệ số kể đến ảnh hƣởng của

yếu tố hình dạng của tiết diện cột trong công thức (6.11) bằng 1.0 cho trƣờng

cột có tiết diện tròn.

Khả năng chịu nén dọc trục của cột BTCT gia cƣờng bó hông bằng tấm CFRP

đƣợc tính nhƣ sau:

Đối với trường hợp đai xoắn

(6.12)

Đối với trường hợp đai đơn

(6.13)

Các thông số còn lại trong các công thức từ (6.1) đến (6.13) đã đƣợc trình bày

chi tiết tại phần Danh mục ký hiệu.

5.1.2. Cột bê tông cốt thép gia cƣờng bó hông bằng tấm CFRP chịu nén lệch

tâm

Hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R (2017) trình bày phƣơng pháp tính toán và

kiểm tra khả năng chịu lực của cột BTCT gia cƣờng bó hông bằng tấm CFRP dựa

trên biểu đồ tƣơng tác (Hình 6.4), trong đó phƣơng pháp xây dựng biểu đồ tƣơng

tác này chƣa kể đến trƣờng hợp cột đƣợc gia cƣờng thêm các lớp CFRP dán dọc,

cũng nhƣ chƣa phản ánh đƣợc sự khác biệt giữa gia cƣờng bó hông liên tục hay

cách quãng.

Hình 5.4: Biều đồ tƣơng tác

Biểu đồ tƣơng tác đƣợc xây dựng dựa trên 3 điểm A, B, C nhƣ trên Hình 6.4.

 Điểm A đƣợc tính cho trƣờng hợp chịu nén đúng tâm, khi đó momen M=0.

 Điểm B đƣợc xây dựng với sự phân bố biến dạng tƣơng ứng với biến dạng bằng

0 tại lớp thép dọc chịu kéo gần mặt chịu kéo nhất, và biến dạng nén ccu ở mặt chịu

nén (Hình 6.5a).

 Điểm C đƣợc xây dựng với sự phân bố biến dạng tƣơng ứng với biến dạng nén

lớn nhất ccu và biến dạng chảy sy ở lớp thép dọc gần mặt chịu kéo nhất (Hình 6.5b).

Hình 5.5: Phân bố biến dạng cho điểm B và điểm C

Đối với mẫu cột gia cƣờng, điểm B và điểm C đƣợc tính nhƣ sau:

(D-1)

(D-2)

Trong đó:

(D-3a)

(D-3b)

(D-3c)

(D-3d)

(D-3e)

(D-3f)

(D-3g)

100

(D-3h)

(D-3i)

(D-4), trong đó (th-1) – tính điểm B; (th-2) – tính điểm C.

(D-5)

Từ các công thức (D-3a) đến (D-3i):

Với fsi là ứng suất của lớp thép thứ i, phụ thuộc vào vị trí trục c (Hình 6.5); fsi

mang dấu (+) nếu chịu nén và mang dấu (-) nếu chịu kéo.

5.2. Kết quả kiểm chứng và nhận xét

Quy trình tính toán khả năng chịu lực của cột BTCT gia cƣờng bó hông bằng

tấm CFRP trong hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R (2017) dựa trên phƣơng pháp xây

dựng biểu đồ tƣơng tác trình bày trong mục 6.1.2 đƣợc kiểm chứng dựa trên kết quả

thực nghiệm gồm 15 mẫu cột từ nghiên cứu này, gồm: 03 mẫu cột có độ lệch tâm

khác nhau (e=0, 25, 50mm) với cƣờng độ bê tông fc = 39.2MPa, đƣợc gia cƣờng 2

lớp dán dọc + 1 lớp bó liên tục; 03 mẫu cột có độ lệch tâm khác nhau (e=0, 25,

50mm) với cƣờng độ bê tông fc = 39.2MPa, đƣợc gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp

bó hông cách quãng; và 09 mẫu cột có độ lệch tâm thay đổi (e = 0, 25, và 50mm)

không gia cƣờng với cƣờng độ bê tông là fc = 22.4MPa, 39.2MPa và 48.8MPa . Các

hệ số liên quan đến vật liệu và kết cấu trong công thức tính của ACI 440.2R (2017)

đều đƣợc cho bằng 1. Kết quả tính toán khả năng kháng nén của cột bê tông cốt

101

thép gia cƣờng lƣới sợi CFRP theo hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R (2017) (trình

bày chi tiết tại Phụ lục) đƣợc tổng kết trong Bảng 6.1 và Bảng 6.2.

102

Bảng 5.1: Tổng hợp kết quả tính khả năng kháng nén của cột BTCT đƣợc gia cƣờng kháng nở hông bằng tấm CFRP

Số lớp

Độ lệch tâm

Ef

tf

Pu(exp)

Pu,ACI

Nhóm

Mẫu

Pu,ACI/Pu,exp

f' c (MPa)

N3

n 1 1 1

e 0 25 50

39.2 39.2 39.2

(GPa) 240 240 240

(mm) 0.17 0.17 0.17

(kN) 2087.0 1703.8 1293.9

2V1HC0-M2-N3 2V1HC25-M2-N3 2V1HC50-M2-N3

MEAN COV

(kN) 1910 1228 537

0.9 0.7 0.4 0.7 0.4

Số lớp

Độ lệch tâm

Ef

tf

Pu(exp)

Pu,ACI

Nhóm

Mẫu

Pu,ACI/Pu,exp

f' c (MPa)

N4

n 1 1 1

e 0 25 50

39.2 39.2 39.2

(GPa) 240 240 240

(mm) 0.17 0.17 0.17

(kN) 1964.8 1532.9 1273.1

2V1HC0-M2-N4 2V1HC25-M2-N4 2V1HC50-M2-N4

MEAN COV

(kN) 1910 1228 537

0.97 0.8 0.4 0.7 0.4

Ghi chú: N3 là nhóm cột gia cƣờng 2 lớp CFRP dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục;

N4 là nhóm cột gia cƣờng 2 lớp CFRP dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng.

103

Bảng 5.2: Tổng hợp kết quả tính khả năng kháng nén của cột BTCT không gia cƣờng kháng nở hông bằng tấm CFRP

(GPa)

(mm)

(MPa)

(kN)

/ fl (exp)

Số lớp Ef tf fl (exp) fl (ACI) fl (ACI) Pu(exp) Pu,ACI Nhóm Mẫu Pu,ACI/Pu,exp fc (MPa) εflexp (‰)

e0

C0-M1-N1 C0-M2-N1 C0-M3-N1

- - -

22.4 39.2 48.8

0 0 0

- - -

1436.2 1819.2 2257.0

1222 1780 2099

- - -

MEAN COV

0.85 0.98 0.93 0.92 0.07

(kN)

(GPa)

(mm)

(MPa)

Ef tf fl (exp) fl (ACI) fl (ACI) Pu(exp) Pu,ACI Nhóm Mẫu Pu,ACI/Pu,exp (MPa) εflexp (‰) Số lớp n

e25

C25-M1-N1 C25-M2-N1 C25-M3-N1

- - -

22.4 39.2 48.8

0 0 0

- - -

/ fl (exp) - - -

895.8 1283.6 1853.1

794 1131 1298

- - -

MEAN

0.89 0.88 0.70 0.82

COV

0.13

(kN)

(GPa)

(mm)

(MPa)

Ef tf fl (exp) fl (ACI) fl (ACI) Pu(exp) Pu,ACI Nhóm Mẫu Pu,ACI/Pu,exp (MPa) εflexp (‰) Số lớp n

e50

C50-M1-N1 C50-M2-N1 C50-M3-N1

- - -

22.4 39.2 48.8

0 0 0

- - -

/ fl (exp) - - -

635.7 1043.5 1354.2

280 463 554

- - -

MEAN COV

0.44 0.44 0.41 0.43 0.04

104

Ghi chú: Mean : Giá trị trung bình;

COV : Hệ số biến thiên, = STDEV/Mean, với STDEV là độ lêch chuẩn.

(a) nhóm mẫu N3 (gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục)

Biểu đồ tƣơng tác

ϕPn (kN) 2500

ACI

EXP

2000

1500

1000

500

60 ϕMn (kNm)

(b) nhóm mẫu N4 (gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng)

Hình 5.6: Một số biểu đồ tƣơng tác điển hình

Ghi chú:

: Số lớp tấm CFRP gia cƣờng; n

: Cƣờng độ chịu nén trung bình mẫu lăng trụ của bê tông cột, MPa; fc

: Cƣờng độ chịu nén của bê tông khi chịu bó hông, MPa; f’cc

: Mô đun đàn hồi chịu kéo của tấm CFRP, MPa; Ef

: Mô đun đàn hồi của bê tông, GPa; Ec

: Mô đun của bê tông trong giai đoạn phi tuyến (xem Hình 6.1), GPa; E2

: Chiều dày lƣới sợi CFRP gia cƣờng, mm; tf

: Khả năng chịu nén lớn nhất của mẫu cột thí nghiệm, KN; Pu,exp

Pu,ACI : Khả năng chịu nén lớn nhất của mẫu cột tính theo ACI 440.2R (2017), KN.

105

Nhóm mẫu gia cường

Kết quả kiểm chứng mức độ chính xác của công thức dự đoán khả năng chịu

nén của mẫu cột gia cƣờng 2 tấm CFRP dán dọc và 1 lớp CFRP bó hông liên tục

(nhóm N3) và gia cƣờng 2 tấm CFRP dán dọc và 1 lớp CFRP bó hông cách quãng

(nhóm N4) theo ACI 440.2R (2017) đƣợc thể hiện qua Hình 6.7a và b. Kết quả cho

thấy công thức từ tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017) dự đoán khả năng chịu nén lệch

tâm đối với mẫu cột gia cƣờng tấm CFRP nhỏ hơn rất nhiều so với kết quả thực

nghiệm và có độ phân tán cao, thể hiện qua giá trị trung bình của tỉ số Pu,ACI / Pu,exp,

Mean = 0.68 và hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.37 (cho nhóm mẫu cột gia

cƣờng 2 tấm CFRP dán dọc và 1 lớp CFRP bó hông liên tục - nhóm N3), và Mean =

0.73 và hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.38 (cho nhóm mẫu cột gia cƣờng 2 tấm

CFRP dán dọc và 1 lớp CFRP bó hông cách quãng - nhóm N4). Có thể thấy rõ rằng,

công thức dự đoán rất chính xác khả năng chịu nén của các mẫu cột đúng tâm (e =

0) và có độ lệch tâm nhỏ (e = 25mm); nhƣng đối với các cột có độ lệch tâm lớn hơn

(e = 50mm), kết quả dự đoán rất thấp so với thực nghiệm. Nhìn chung, khi độ lệch

tâm của cột các tăng, kết quả dự đoán theo công thức từ tiêu chuẩn càng thiên về an

toàn. Kiểu gia cƣờng bó hông liên tục hay cách quãng có ảnh hƣởng đến kết quả

tính toán từ công thức, nhƣng hầu nhƣ không đáng kể.

Nhóm mẫu không gia cường

Kết quả kiểm chứng mức độ chính xác của công thức dự đoán khả năng chịu

nén đối với mẫu cột không gia cƣờng tấm CFRP theo cƣờng độ bê tông đƣợc thể

hiện ở Hình 6.8 và theo độ lệch tâm thể hiện ở Hình 6.9. Kết quả cho thấy sự thay

đổi cƣờng độ bê tông có ảnh hƣởng rất nhỏ đến tính chính xác khả năng dự đoán

của công thức; tuy nhiên, tƣơng tự cho nhóm mẫu gia cƣờng, độ lệch tâm ảnh

hƣởng rất đáng kể đến tính chính xác của công thức tính khả năng chịu nén của cột

từ tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017). Theo đó, công thức dựa đoán rất chính xác khả

năng chịu nén của mẫu cột chịu nén đúng tâm, thể hiện qua giá trị trung bình của tỉ

số Pu,ACI / Pu,exp, Mean = 0.92 và hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.07; tuy nhiên,

khi mẫu chịu nén lệch tâm, mức độ chính xác của công thức tính bị giảm đi theo sự

gia tăng của độ lệch tâm, thể hiện qua giá trị trung bình của tỉ số Pu,ACI / Pu,exp, Mean

= 0.82 và hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.13 (mẫu nén lệch tâm 25mm); và giá

106

trị trung bình của tỉ số Pu,ACI / Pu,exp, Mean = 0.43 và hệ số biến thiên tƣơng ứng

COV = 0.04 (mẫu lệch tâm 50mm).

Bảng 6.3 đánh giá sự suy giảm khả năng chịu nén của cột chịu nén lệch tâm

25mm và cột chịu nén lệch tâm 50mm so với cột đúng tâm theo kết quả thực

nghiệm và theo kết quả tính từ tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017). Kết quả này cho

thấy, đối với mẫu lệch tâm 25mm, mức độ giảm khả năng chịu nén của cột theo

thực nghiệm nhỏ hơn tiêu chuẩn; nhƣng đối với mẫu lệch tâm 50mm, mức độ giảm

của cột theo thực nghiệm lại lớn hơn tiêu chuẩn.

(a) mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục

(b) mẫu cột gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng

Hình 5.7: So sánh khả năng chịu nén của mẫu cột gia cƣờng tính toán từ tiêu chuẩn

ACI 440.2R-17 với kết quả thực nghiệm.

107

Ghi chú:

M:Mean – giá trị trung bình;

c =

C: COV – hệ số biến thiên. M40 – mẫu cột gia cường 2 lớp dán dọc – 1 lớp bó hông cách quãng, cường độ f’

48.8MPa.

Hình 5.8: So sánh khả năng chịu nén của mẫu cột không gia cƣờng (ứng với cƣờng

độ bê tông f’c=22.4; 39.2; 48.8MPa) tính toán từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết

quả thí nghiệm.

Hình 5.9: So sánh khả năng chịu nén của mẫu cột không gia cƣờng (ứng với độ

lệch tâm thay đổi 0, 25, 50mm) tính toán từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết quả

thí nghiệm.

108

Ghi chú:

c = 22.4MPa.

c = 39.2MPa.

M:Mean – giá trị trung bình;

c = 48.8MPa.

C: COV – hệ số biến thiên. M25 – mẫu cột không gia cường, cường độ f’ M40 – mẫu cột khôn gia cường, cường độ f’ M60 – mẫu cột không gia cường, cường độ f’

Bảng 5.3: So sánh sự suy giảm khả năng chịu nén của mẫu cột không gia cƣờng và

gia cƣờng khi độ lệch tâm thay đổi theo tiêu chuẩn và theo thực nghiệm

Cƣờng độ

Tên mẫu

Pu(exp)

Pu(ACI)

Pu(exp- e25)/ Pu(exp-e0)

Pu(exp- e50)/ Pu(exp-e0)

Pu(ACI- e25)/ Pu(ACI- e0)

Pu(ACI- e50)/ Pu(ACI- e0)

0.62

0.44

0.65

0.23

f’ c=22.4 MPa

0.71

0.57

0.64

0.26

f’ c=39.2 MPa

0.57

0.60

0.62

0.26

f’ c=48.8 MPa

1436.2 895.8 635.7 1819.2 1283.6 1043.5 2257.0 1283.6 1354.2

1222 794 280 1780 1131 463 2099 1298 554

2087.0

1910

1703.8

1228

0.82

0.62

0.64

0.28

f’ c=39.2 MPa

1293.9

537

1964.8

1910

1532.9

1228

0.78

0.65

0.64

0.28

f’ c=39.2 MPa

1273.1

537

C0-M1-N1 C25-M1-N1 C50-M1-N1 C0-M2-N1 C25-M2-N1 C50-M2-N1 C0-M3-N1 C25-M3-N1 C50-M3-N1 2V1HC0- M2-N3 2V1HC25- M2-N3 2V1HC50- M2-N3 2V1HC0- M2-N4 2V1HC25- M2-N4 2V1HC50- M2-N4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

109

CHƢƠNG 6:

6.1. Kết luận

Đề tài khảo sát thực nghiệm về ảnh hƣởng của cƣờng độ bê tông đến ứng xử

cột bê tông cốt thép gia cƣờng tấm CFRP chịu nén lệch tâm một phƣơng; ứng xử

chịu nén và lệch tâm của cột bê tông cốt thép (BTCT) có cƣờng độ bê tông và độ

lệch tâm thay đổi, đƣợc gia cƣờng tấm CFRP với các cấu hình gia cƣờng khác nhau

(2 lớp CFRP dán dọc, 2 lớp CFRP dán dọc + 1 lớp CFRP bó hông cách quãng, và 2

lớp CFRP dán dọc + 1 lớp CFRP bó hông liên tục). Dựa trên các kết quả đã đạt đƣợc,

một số kết luận có thể đƣợc rút ra nhƣ sau:

1. Sử dụng cấu hình gia cƣờng kết hợp giữa tấm CFRP bó hông và dán dọc

giúp cải thiện mạnh khả năng biến dạng (chuyển vị cuối cùng) của các mẫu cột thực

nghiệm cho cả trƣờng hợp chịu nén đúng tâm (chuyển vị dọc trục và nở hông cuối

cùng lần lƣợt tăng đến 31.7% và 30.2%) và trƣờng hợp chịu nén lệch tâm (chuyển vị

dọc trục và nở hông cuối cùng lần lƣợt tăng đến 37.2% và 22.8%); mức độ cải thiện

này hầu nhƣ không bị chi phối bởi độ lệch tâm, nhƣng có xu hƣớng giảm dần khi

cƣờng độ bê tông của mẫu cột tăng. Đồng thời, cấu hình gia cƣờng này cũng làm tăng

khá đáng kể khả năng chịu nén của cột (14.7% cho trƣờng hợp nén đúng tâm và 32.7%

cho trƣờng hợp nén lệch tâm); và sự gia tăng này tăng theo độ lệch tâm, nhƣng giảm

theo sự gia tăng cƣờng độ bê tông của mẫu cột.

2. Phƣơng pháp gia cƣờng dùng tấm CFRP bó hông liên tục không thật sự

nổi trội so với việc dùng tấm CFRP bó hông cách quãng trong việc cải thiện khả

năng chịu lực và biến dạng của mẫu cột. Phƣơng pháp gia cƣờng bó hông liên tục,

mặc dù có diện tích tấm gia cƣờng gấp đôi so với phƣơng pháp gia cƣờng bó hông

cách quãng, nhƣng hiệu quả gia cƣờng lại không cao; theo đó, chuyển vị dọc trục và

nở hông lớn nhất của mẫu cột nén lệch tâm đƣợc gia cƣờng bó hông liên tục chỉ

tăng trung bình là 5% và 8% so với của mẫu cột gia cƣờng bó hông cách quãng.

Đồng thời, khả năng chịu nén của mẫu cột gia cƣờng bó hông liên tục chỉ tăng tối

đa xấp xỉ 11% so với của mẫu cột gia cƣờng bó hông cách quãng. Phát hiện này cho

thấy phƣơng pháp gia cƣờng bó hông cách quãng có thể là giải pháp gia cƣờng hợp

lý cho cột BTCT trong môi trƣờng làm việc bình thƣờng; nó giảm đáng kể chi phí

cho công tác thi công mà không ảnh hƣởng nhiều đến hiệu quả gia cƣờng của hệ.

110

3. Tấm CFRP bó hông và cốt đai trong các mẫu cột có sự tƣơng tác rất mạnh,

thể hiện qua hệ số tƣơng quan (CORR) dao động từ 0.88 đến 0.96; theo đó, tấm CFRP

bó hông làm tăng đáng kể biến dạng cuối cùng của cốt đai trong các cột chịu nén đúng

tâm (từ 8 đến 40%) và làm tăng rất mạnh biến dạng cuối cùng của cốt đai trong các cột

chịu nén lệch tâm (từ 2.2 đến 4.5 lần). Tƣơng tự, tấm CFRP gia cƣờng dọc cũng có sự

tƣơng tác mạnh với cốt thép dọc trong cột, đặc biệt khi có kết hợp với tấm CFRP bó

hông, thể hiện qua CORR dao động từ 0.82 đến 0.98. Tấm CFRP gia cƣờng dọc làm

tăng đáng kể biến dạng cuối cùng của cột thép dọc trong cột chịu nén lệch tâm (từ 10

đến 22%). Trong bối cảnh các mô hình tính toán khả năng chịu lực của cột BTCT gia

cƣờng tấm CFRP hiện nay hầu hết đều dựa trên nguyên lý cộng tác dụng và bỏ qua ảnh

hƣởng tƣơng tác giữa các thành phần tham gia chịu lực trong cột, các kết quả thực

nghiệm này là rất hữu dụng, có thể là cơ sở để phát triển mô hình tính toán mới trong

đó có kể đến sự tƣơng tác giữa các thành phần nhƣ đã trình bày nhằm giúp cho việc dự

đoán phản ánh đƣợc đầy đủ và chính xác hơn bản chất vật lý của ứng xử cột.

4. Tấm CFRP bó hông có sự tƣơng tác và ảnh hƣởng lớn đến biến dạng của tấm

CFRP gia cƣờng dọc, thể hiện qua hệ số CORR = 0.75; theo đó, tấm CFRP bó hông

đóng vai trò nhƣ hệ neo làm tăng rõ rệt biến dạng cuối cùng của tấm CFRP dán dọc

(lên tới 68.6%) và sự gia tăng không bị ảnh hƣởng bởi cƣờng độ bê tông cột và phƣơng

pháp bó hông (liên tục và cách quãng).

5. Cơ chế phá hoại của mẫu nén đúng tâm đƣợc dựa trên biến dạng nở hông

của bê tông. Cơ chế này giúp cho tấm CFRP bó hông phát huy gần nhƣ tối đa khả

năng làm việc của chúng; vì vậy, biến dạng bó hông lớn nhất của tấm CFRP bó

hông gần nhƣ không phụ thuộc vào cƣờng độ bê tông của cột. Tuy nhiên, đối với

mẫu chịu nén lệch tâm, cơ chế phá hủy đƣợc bắt đầu bởi ứng suất kéo của bê tông ở

thớ chịu kéo của cột và đƣợc quyết định bởi ứng suất nén ở thớ chịu nén của cột

(mẫu cột bị phá hoại do bê tông bị nén vỡ trong khi tấm CFRP làm việc còn rất hạn

chế), vì vậy, sự tham gia của tấm CFRP bó hông vào khả năng chịu lực của cột

không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén đúng tâm. Cơ chế này làm cho yếu tố độ lớn của

cƣờng độ bê tông và độ lệch tâm đóng vai trò quyết định và vai trò của tấm CFRP

bó hông chỉ là thứ yếu; vì vậy, cƣờng độ bê tông càng cao và độ lệch tâm càng lớn,

111

biến dạng và sự đóng góp của tấm CFRP vào khả năng chịu lực của các cột càng

giảm.

6. Công thức tính toán theo tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017) dự đoán rất chính

xác khả năng chịu nén của các mẫu cột có và không có gia cƣờng, chịu nén đúng

tâm và lệch tâm có độ lệch tâm nhỏ (e/h = 0.03), thể hiện qua giá trị trung bình của

tỉ số khả năng chịu nén tính toán và thực nghiệm, Pu,ACI / Pu,exp, cho trƣờng hợp cột

đƣợc gia cƣờng Mean = 0.92 và 0.97 (nén đúng tâm), = 0.72 và 0.8 (nén lệch tâm);

nhƣng đối với các cột có độ lệch tâm lớn hơn (e/h = 0.06), kết quả dự đoán lại rất

thấp so với thực nghiệm, thể hiện qua giá trị trung bình của tỉ số, Pu,ACI / Pu,exp, cho

trƣờng hợp cột gia cƣờng Mean = 0.42. Kết quả dự đoán theo công thức từ tiêu

chuẩn có xu hƣớng càng thấp so với thực nghiệm khi độ lệch tâm của cột tăng. Kiểu

gia cƣờng bó hông liên tục hay cách quãng có ảnh hƣởng đến kết quả tính toán từ

công thức, nhƣng hầu nhƣ không đáng kể.

6.2. Kiến nghị

Do số lƣợng mẫu cột thí nghiệm trong nghiên cứu này (25 mẫu) và số lƣợng

các thông số khảo sát vẫn còn khá khiêm tốn nên số liệu thí nghiệm có thể chƣa

phản ảnh hết đƣợc đầy đủ và trọn vẹn ứng xử của cột chịu nén lệch tâm trong điều

kiện thực tế. Cho nên, rất cần có thêm nhiều nghiên cứu đầy đủ và sâu hơn liên

quan đến vấn đề phân tích và đánh giá độ bền của cột BTCT đƣợc gia cƣờng bằng

tấm CFRP (dán dọc và bó hông) chịu nén lệch tâm một phƣơng để có một dữ liệu

đầy đủ hơn, nhằm có thể đánh giá đƣợc một cách thật tổng quát ứng xử của cấu kiện

cột BTCT gia cƣờng tấm CFRP cũng nhƣ phục vụ cho công tác kiểm chứng một

cách chính xác mức độ an toàn của công thức cũng nhƣ qui trình tính toán cột gia

cƣờng tấm CFRP chịu nén lệch tâm một phƣơng trong hƣớng dẫn ACI 442.2R

(2017) hiện hành, giúp đảm bảo đƣợc tính kinh tế của thiết kế nhƣng không ảnh

hƣởng đến tính an toàn của công trình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

112

CHƢƠNG 7:

[1] Mirmiran, A., Shahawy, M., Samaan, M., Echary, H.E., Mastrapa, J.C.,

Pico, O. (1998), “Effect of Columns Parameters on FRP- Confined

Concrete”. Journal of Composites for Construction, Vol. 2, pp. 175-185.

[2] Parvin, A., Wang, W. (2001), “Behavior of FRP jacketed concrete columns

under eccentric loading”. Journal of Composites for Construction, Vol.5, pp.

146-152.

[3] Hadi, M.N.S. (2006), “Behavior of FRP wrapped normal strength concrete

columns under eccentric loading”, Composites Structures, Vol. 72, pp. 503-

511.

[4] Hadi, M.N.S. (2007), “Behavior of FRP strengthened concrete columns

columns under eccentric compression loading”. Journal of Composites for

Construction, Vol. 77, pp. 92-96.

[5] Maaddawy, T.E. (2009), “Strengthening of Eccentrically Loaded Reinforced

Concrete Columns with Fiber-Reinforced Polymer Wrapping System:

Experimental Investigation and Analytical Modeling”, Journal of

Composites for Construction, Vol. 13, pp. 13 – 24.

[6] Hadi, M.N.S., Widiarsa, I.B.R. (2012), “Axial and Flexural Performance off

Square RC Columns Wrapped wwith CFRP under Eccentric Loading”,

American Society of Civil Engineers, Vol. 16, pp. 640-649.

[7] Li J., Hadi M.N.S. (2003), “Behavior of externally confined high strength

concrete columns under eccentric loading”, Journal of Composites for

Construction, Vol. 62, pp. 145-53.

[8] Sadeghian, P., Rahai, A.R., Ehsani, M.R. (2010), “ Experimental Study of

Rectangular RC Columns Strengthened with CFRP Composites under

Eccentric Loading”, Journal of Composites for Construction, Vol. 14, pp.

443 – 450.

[9] Hadi, M.N.S. (2009), “Behavior of eccentric loading of FRP confined fibre

steel reinforced concrete columns”, Constructionand Building Materials,

Vol. 23, pp. 1102-1108.

113

[10] Wang, Z., Wang, D., Smith, M.C., Lu, D. (2012), “CFRP – Confined

Square RC Columns. I : Experimental Investigation”, Journal of Composites

for Construction, Vol. 16, pp. 150-160.

[11] Faustino, P., Chastre, C., Paula R. (2014), “Design model for square RC

columns under compression confined with CFRP”. Composites: Part B

engineering, Vol. 57, pp.187–198.

[12] Mander, J.B., Priestley, M.J.N., Park, R. (1988), “Theoretical Stress –

strain Model for Confined Concrete”. Journal of Structural Engineering,

Vol.114, pp. 1804-1826.

[13] Saadatmanesh, H., Ehsani, M.R., Li, M.W., (1994), “Strength and Ductility

of Concrete columns Externally Reinforced with Fiber Composites Straps”,

ACI Structural Journal, Vol. 91, pp. 434-447.

[14] Popovics, S. “Numerical Approach to the Complete Stress – strain Curves

for Concrete”, Cement and concrete Research, Vol. 3, pp. 583-599.

[15] Song, X., Gu, X., Li, Y., Chen, T., Zhang, W. (2013), “Mechanical

behavior of FRP-strengthened concrete columns subjected to concentricand

eccentric compression loading”, Journal of Composites for Construction,

Vol. 17, pp. 336–346.

[16] Gajdosova, K., Bilcik, J., (2013), “Full-scale testing of CFRP-strengthened

slender reinforced concrete columns”, Journal of Composites for

Construction, Vol. 17, pp. 239–248.

[17] Luca, A.D., A.; Nardone, F., Matta, F., Nanni, A., Lignola, G., Prota, A.

(2011), “Structural evaluation of full-scale FRP-confined reinforced concrete

columns”, Journal of Composites for Construction, Vol. 15, pp. 112–123.

[18] Wu, H., Wang, Y., Yu, L., Li, X. (2009), “Experimental and computational

studies on high-strength concrete circular columns confined by aramid fiber-

reinforced polymer sheets”, Journal of Composites for Construction, Vol. 13,

pp. 125–134.

[19] Toutanji, H., Han, M., Gilbert, J., Matthys, S. (2010), “Behavior of large-

scale rectangular columns confined with FRP composites”, Journal of

Composites for Construction, Vol. 14, pp. 62–71.

114

[20] Herwig, A., Motavalli, M., (2012), “Axial behavior of square reinforced

concrete columns strengthened with lightweight concrete elements and

unbonded GFRP wrapping”, Journal of Composites for Construction, Vol.

16, pp. 747–752.

[21] Abdelrahman, K., El-Hacha, R. (2012), “Behavior of large-scale concrete

columns wrapped with CFRP and SFRP sheets”, Journal of Composites for

Construction, Vol. 16, pp. 430–439.

[22] Matthys, S., Toutanji, H., Taerwe, L. (2006), “Stress–strain behavior of

large-scale circular columns confined with FRP composites”, Journal of

Structural Engineering, Vol. 132, pp. 123–133.

[23] Parvin, A., Brighton, D. (2014), “FRP Composites Strengthening of

Concrete Columns under Various Loading Conditions”, Polymers, Vol. 6,

pp. 1040-1056.

[24] ACI 440.2R-17. (2017): Guide for the Design and Construction of

Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures.

Farmington Hills, MI: American Concrete Institute.

[25] CSA S806-02. (2002): Design and Construction of Building Components

with Fibre-Reinforced Polymers. Canadian Standards Association.

[26] Khánh. P.N., Hùng, L.M., Thanh, N.C. (2013), “Phân tích hiệu quả kỹ thuật

giải pháp gia cƣờng kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu cốt sợi tổng hợp”.

Tạp chí khoa học thủy lợi và môi trường, số đặc biệt tháng 11/2013.

[27] Tƣờng, N.Q. (2007), “Sửa chữa và gia cố công trình bê tông cột thép

bằng phƣơng pháp dán nhờ sử dụng vật liệu FRP”. Tạp chí Phát triển khoa

học và công nghệ, số 10/2007.

[28] ACI 318-14. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI

318-14). Farmington Hills, Michigan, USA: American Concrete Institue

(ACI); 2014.

[29] Maguire M, Chang M, Collins WN, Sun Y. Stress increase of unbonded

tendons in continuous posttensioned members. J Bridge Eng 2017;

22:04016115.

PHỤ LỤC TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG KHÁNG

115

CHƢƠNG 8:

NÉN CỦA CỘT THEO TIÊU CHUẨN ACI 440.2R-17

Phụ lục 1: Mẫu cột đƣợc gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục, fc =

49MPa, với độ lệch tâm thay đổi e= 0, 25, 50mm.

Bảng 8.1: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm A

SỐ TÊN ĐƠN PHƢƠNG PHÁP XÁC KẾT THỨ THÔNG GHI CHÚ VỊ ĐỊNH QUẢ TỰ SỐ TÍNH TÍNH

Thông số hình dạng cột

Theo mô hình thí nghiệm

200

Theo mô hình thí nghiệm

200

1

Theo thiết kế mô hình cột và tiêu chuẩn thi công vật liệu CFRP

mm2

39803

Tính toán theo hình dạng mặt cắt tiết diện cột

282.8

Chiều rộng tiết diện cột (b) Chiều dài tiết diện cột (h) Bán kính góc vát cạnh cột (rc) Diện tích mặt cắt tiết diện cột (Ag) Chiều dài đường chéo tiết diện (D)

Bê tông

2

MPa

39.2

Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột

Cường độ giới hạn bê tông (f'c)

Cốt thép

MPa

528

Kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép

3

mm2

904.3

Theo mô hình thép dọc gồm 8 thanh 

2.23

Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g)

g= (Ast/Ag)x100%

116

Vật liệu CFRP

Chiều dày

Theo số liệu nhà sản xuất

0.166

cung cấp

tấm (tf)

Cường độ

chịu kéo

Theo số liệu nhà sản xuất

MPa

4 900

giới hạn

cung cấp

định danh

(f*fu)

Cường độ

Công thức

chịu kéo

(9-4a) tiêu

giới hạn

MPa

4655

chuẩn ACI

tính toán

4

440.2R-17

(ffu)

Biến dạng

Theo số liệu nhà sản xuất

định danh

mm/mm

0.0167

cung cấp

Công thức

Biến dạng

(9-4b) tiêu

tính toán

mm/mm

0.0159

chuẩn ACI

(fu)

440.2R-17

Công thức

Modun đàn

(9-4c) tiêu

GPa

240

chuẩn ACI

hồi (Ef)

440.2R-17

(fu)

Các hệ số dùng để tính toán

Hệ số điều

kiện làm

Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn

việc của vật

0.95

5

440.2R-17

liệu CFRP

(CE)

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn

0.55

Hệ số ()

440.2R-17

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn

0.95

Hệ số (f)

440.2R-17

Lấy theo mục 9.3.2.2

Hệ số (P)

Biến dạng

Công thức

hiệu quả

(12.1i) tiêu

Tính theo công thức (6.10) mm/mm

0.0087

117

6

của CFRP

chuẩn ACI

440.2R-17

(fe)

Cường độ bó hông (fl)

7

MPa

Công thức (12-1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

2.5

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Kiểm tra tỉ số nén nhỏ nhất

8

FAILSE

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 fl/f'c >0.08

Tính theo công thức (6.9)

0.55

9

Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện

Tính theo công thức (6.11)

0.55

10

Tính hệ số a

Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Cường độ chịu nén khi bị bó hông (f'cc)

11

43.1

Tính theo công thức (6.5)

MPa

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tải trọng giới hạn của cột khi gia cường CFRP (Pn)

12

Tính theo công thức (6.13)

1910

Khi gia cường 1 lớp CFRP (Pn1)

Công thức (12-1b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17; không tính hệ số giảm

tả

118

Bảng 8.2: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm B

SỐ TÊN ĐƠN PHƢƠNG PHÁP XÁC KẾT GHI THỨ THÔNG SỐ VỊ ĐỊNH QUẢ CHÚ TỰ TÍNH TÍNH

Thông số hình dạng cột

Theo mô hình thí nghiệm

200

Theo mô hình thí nghiệm

200

1

Theo thiết kế mô hình cột và tiêu chuẩn thi công vật liệu CFRP

mm2

39803

Tính toán theo hình dạng mặt cắt tiết diện cột

282.8

Bê tông

2

MPa

Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột

Cường độ giới hạn bê tông (f'c)

Cốt thép

MPa

528

3

mm2

904.3

Kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép Theo mô hình thép dọc gồm 8 thanh 

2.23

Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g)

g = (Ast/Ag)x100%

Vật liệu CFRP

0.166

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

MPa

4 900

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Chiều dày tấm (tf) Cường độ chịu kéo giới hạn định danh (f*fu)

4

MPa

4655

Cường độ chịu kéo giới hạn tính toán (ffu)

Công thức (9-4a) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

mm/mm

0.0167

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Biến dạng định danh (fu)

mm/mm

0.0159

Biến dạng tính toán (fu)

Công thức (9-4b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

GPa

240

Modun đàn hồi (Ef)

Công thức (9-4c) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

119

Các hệ số dùng để tính toán

0.95

Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn 440.2R-17

Hệ số điều kiện làm việc của vật liệu CFRP (CE)

5

0.55

Hệ số (

0.95

Hệ số (f)

Hệ số (P)

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 9.3.2.2 tiêu chuẩn ACI 318R-08

6

Tính theo công thức (6.10)

mm/mm

0.004

Biến dạng hiệu quả của CFRP (fe)

Công thức (12.1i) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Cường độ bó hông (fl)

7

MPa

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

1.1

Công thức (12-1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Kiểm tra tỉ số nén nhỏ nhất

8

FAILSE

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 fl/f'c >0.08

9

Tính theo công thức (6.9)

0.55

Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện

10

0.55

Tính hệ số a Tính theo công thức (6.11)

Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Cường độ chịu nén khi bị bó hông (f'cc)

11

Tính theo công thức (6.5)

MPa

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

120

12

0.002

Lấy theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng nén của bê tông không bó hông, ’ c

14

0.507

Hệ số b

Tính toán theo công thức 12.1.2c

15

0.0035

Tính toán theo công thức 12.1j

Biến dạng lớn nhất của bê tông được bó hông, ccu

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán các hệ số cho điểm B

164

Vị trí trục trung hòa c

Tính toán theo công thức D-4

Mpa

515

Tính toán theo công thức 12.1e

Tính toán hệ số E2

Mpa

0.00269

Tính toán ’ t

Tính toán theo công thức 12.1f

Tính toán theo công thức D-5

127

Tính toán hệ số yt

16

Tính toán theo Fig D-1,

0.0027

Biến dạng lớp thép 1, s1

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

MPa

528

fs1 = Es x s1

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d1 Ứng suất lớp thép 1, fs1

Tính toán theo Fig D-1,

0.0014

Biến dạng lớp thép 2, s2

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d2

MPa

289

fs2 = Es x s2

Ứng suất lớp thép 1, fs2

Tính toán theo Fig D-1,

Biến dạng lớp thép 2, s3

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo Fig D-1,

-64

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

MPa

fs3 = Es x s3

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d3 Ứng suất lớp thép 1, fs3

N/mm3

-0.16

Hệ số A

Tính toán theo công thức D- 3a

MPa

Hệ số B

Tính toán theo công thức D- 3b

N/mm

7840

Hệ số C

Tính toán theo công thức D- 3c

1315145

Hệ số D

Tính toán theo công thức D- 3d

N/mm3

-0.121

Hệ số E

Tính toán theo công thức D- 3e

Hệ số F

Tính toán theo công thức D-3f MPa

Hệ số G

N/mm

-7870

Tính toán theo công thức D- 3g

Hệ số H

501760

Tính toán theo công thức D- 3h

Hệ số I

Tính toán theo công thức D-3i

kNm

24.5

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

121

Tải trọng giới hạn và momen tới hạn của cột khi đƣợc gia cƣờng tấm CFRP

17

Tính toán theo công thức D-1

1228

Pu(B)

18

Tính toán theo công thức D-2

kNm

Mn(B)

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

122

Bảng 8.3: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm C

PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KẾT QUẢ GHI CHÚ SỐ THỨ TỰ TÊN THÔNG SỐ TÍNH ĐƠN VỊ TÍNH

Thông số hình dạng cột

Theo mô hình thí nghiệm

200

Theo mô hình thí nghiệm

200

1

Theo thiết kế mô hình cột và tiêu chuẩn thi công vật liệu CFRP

mm2

39803

Tính toán theo hình dạng mặt cắt tiết diện cột

282.8

Bê tông

2

MPa

Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột

Cường độ giới hạn bê tông (f'c)

Cốt thép

MPa

528

Kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép

3

mm2

904.3

Theo mô hình thép dọc gồm 8 thanh 

2.23

Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g)

g = (Ast/Ag)x100%

Vật liệu CFRP

0.166

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

4

MPa

4 900

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Chiều dày tấm (tf) Cường độ chịu kéo giới hạn định danh (f*fu)

MPa

4655

Cường độ chịu kéo giới hạn tính toán (ffu)

Công thức (9- 4a) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

mm/mm

0.0167

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Biến dạng định danh (fu)

mm/mm

0.0159

Biến dạng tính toán (fu)

GPa

240

Modun đàn hồi (Ef)

Công thức (9- 4b) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Công thức (9- 4c) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

123

Các hệ số dùng để tính toán

0.95

Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn 440.2R-17

Hệ số điều kiện làm việc của vật liệu CFRP (CE)

5

0.55

Hệ số (

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17

0.95

Hệ số (f)

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17

Hệ số (P)

Lấy theo mục 9.3.2.2 tiêu chuẩn ACI 318R-08

Tính theo công thức (6.10)

mm/mm

0.004

6

Biến dạng hiệu quả của CFRP (fe)

7 Cường độ bó hông (fl)

Công thức (12.1i) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Công thức (12-

MPa

1.13

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

124

Kiểm tra tỉ số nén nhỏ nhất

8

FAILSE

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 fl/f'c >0.08

Tính theo công thức (6.9)

0.55

9

Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện

Tính theo công thức (6.11)

0.55

10

Tính hệ số a

Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

Cường độ chịu nén khi bị bó hông (f'cc)

11

Tính theo công thức (6.5)

MPa

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

0.002

12

Lấy theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng của bê tông không bó ’ hông,c

0.507

13

Hệ số b

Tính toán theo công thức 12.1.2c

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

0.0034

125

14

Tính toán theo công thức 12.1j

Biến dạng lớn nhất của bê tông được bó hông, ccu

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

Tính toán các hệ số cho điểm C

95.2

Vị trí trục trung hòa c

Tính toán theo công thức D-4

Tính toán theo công thức 12.1e

Mpa

515

Tính toán hệ số E2

Tính toán theo công thức 12.1f

Mpa

0.00269

Tính toán ’ t

15

Tính toán theo công thức D-5

73.7

Tính toán hệ số yt

Tính toán theo Fig D-1,

0.00216

Biến dạng lớp thép 1, s1

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d1

MPa

454

fs1 = Es x s1

Ứng suất lớp thép 1, fs1

Tính toán theo Fig D-1,

-0.0002

Biến dạng lớp thép 2, s2

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

MPa

-37

fs2 = Es x s2

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d2 Ứng suất lớp thép 1, fs2

Tính toán theo Fig D-1,

-0.0025

Biến dạng lớp thép 2, s3

Tính toán theo Fig D-1,

-64

Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

MPa

-528

fs3 = Es x s3

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d3 Ứng suất lớp thép 1, fs3

Hệ số A

Tính toán theo công thức D-3a

N/mm3

-0.48

Hệ số B

Tính toán theo công thức D-3b

MPa

106

Hệ số C

Tính toán theo công thức D-3c

N/mm

-7840

Hệ số D

Tính toán theo công thức D-3d

763327

Hệ số E

Tính toán theo công thức D-3e

N/mm3

-0.36

Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R-

126

Hệ số F

Tính toán theo công thức D-3f

MPa

68.57

Hệ số G

Tính toán theo công thức D-3g

N/mm

-3408

Hệ số H

Tính toán theo công thức D-3h

-37728

Hệ số I

Tính toán theo công thức D-3i

kNm

40.3

Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

127

Tải trọng giới hạn và momen tới hạn của cột khi đƣợc gia cƣờng tấm CFRP

16

Tính toán theo công thức D-1

537

Pu(C)

17

Tính toán theo công thức D-2

kNm

Mn(C)

Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

128

Phụ lục 2: Mẫu cột đƣợc gia cƣờng 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng,

fc = 49MPa, với độ lệch tâm thay đổi e= 0, 25, 50mm.

Bảng 8.4: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm A

SỐ TÊN ĐƠN PHƢƠNG PHÁP XÁC KẾT THỨ THÔNG GHI CHÚ VỊ ĐỊNH QUẢ TỰ SỐ TÍNH TÍNH

Thông số hình dạng cột

Theo mô hình thí nghiệm

200

Theo mô hình thí nghiệm

200

1

Theo thiết kế mô hình cột và tiêu chuẩn thi công vật liệu CFRP

mm2

39803

Tính toán theo hình dạng mặt cắt tiết diện cột

282.8

Bê tông

2

MPa

Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột

Cường độ giới hạn bê tông (f'c)

Cốt thép

MPa

528

Kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép

3

mm2

904.3

Theo mô hình thép dọc gồm 8 thanh 

2.23

Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g)

g = (Ast/Ag)x100%

Vật liệu CFRP

4

0.166

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Chiều dày tấm (tf)

MPa

4 900

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

MPa

4655

Công thức (9-4a) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

mm/mm

0.0167

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Cường độ chịu kéo giới hạn định danh (f*fu) Cường độ chịu kéo giới hạn tính toán (ffu) Biến dạng định danh (fu)

mm/mm

0.0159

Biến dạng tính toán (fu)

Công thức (9-4b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

GPa

240

Modun đàn hồi (Ef)

Công thức (9-4c) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

129

Các hệ số dùng để tính toán

0.95

Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn 440.2R-17

Hệ số điều kiện làm việc của vật liệu CFRP (CE)

5

0.55

Hệ số (

0.95

Hệ số (f)

Hệ số (P)

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 9.3.2.2 tiêu chuẩn ACI 318R-08

Tính theo công thức (6.10)

mm/mm

0.0087

6

Công thức (12.1i) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng hiệu quả của CFRP (fe)

Cường độ bó hông (fl)

7

MPa

2.5

Công thức (12-1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Kiểm tra tỉ số nén nhỏ nhất

8

FAILSE

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 fl/f'c >0.08

Tính theo công thức (6.9)

0.55

130

9

Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện

Tính theo công thức (6.11)

0.55

10

Tính hệ số a

Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Cường độ chịu nén khi bị bó hông (f'cc)

43.1

11

Tính theo công thức (6.5)

MPa

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tải trọng giới hạn của cột khi gia cường CFRP (Pn)

12

Tính theo công thức (6.13)

1910

Khi gia cường 1 lớp CFRP (Pn1)

Công thức (12-1b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17; không tính hệ số giảm tải 

131

Bảng 8.5: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông tại điểm B

PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KẾT QUẢ GHI CHÚ ĐƠN VỊ TÍNH SỐ THỨ TỰ TÊN THÔNG SỐ TÍNH

Thông số hình dạng cột

Theo mô hình thí nghiệm

200

Theo mô hình thí nghiệm

200

1

Theo thiết kế mô hình cột và tiêu chuẩn thi công vật liệu CFRP

mm2

39803

Tính toán theo hình dạng mặt cắt tiết diện cột

282.8

Bê tông

2

MPa

Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột

Cường độ giới hạn bê tông (f'c)

Cốt thép

Kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép MPa

528

mm2

904.3

3

Theo mô hình thép dọc gồm 8 thanh 

2.23

Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g)

g = (Ast/Ag)x100%

Vật liệu CFRP

0.166

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

4

MPa

4 900

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Chiều dày tấm (tf) Cường độ chịu kéo giới hạn định danh (f*fu)

MPa

4655

Công thức (9-4a) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

mm/mm

0.0167

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Cường độ chịu kéo giới hạn tính toán (ffu) Biến dạng định danh (fu)

mm/mm

0.0159

Biến dạng tính toán (fu)

Công thức (9-4b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

GPa

240

Modun đàn hồi (Ef)

Công thức (9-4c) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

132

Các hệ số dùng để tính toán

0.95

Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn 440.2R-17

5

Hệ số điều kiện làm việc của vật liệu CFRP (CE)

0.55

Hệ số (

0.95

Hệ số (f)

Hệ số (P)

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 9.3.2.2 tiêu chuẩn ACI 318R-08

Tính theo công thức (6.10)

mm/mm

0.004

6

Công thức (12.1i) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng hiệu quả của CFRP (fe)

Cường độ bó hông (fl)

7

MPa

1.1

Công thức (12-1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Kiểm tra tỉ số nén nhỏ nhất

8

FAILSE

Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 fl/f'c >0.08

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Tính theo công thức (6.9)

0.55

133

9

Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện

Tính theo công thức (6.11)

0.55

10

Tính hệ số a

Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Cường độ chịu nén khi bị bó hông (f'cc)

11

Tính theo công thức (6.5)

MPa

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

0.002

12

Lấy theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng nén của bê tông không bó hông, ’ c

Tính toán theo công thức 12.1.2c

0.507

14

Hệ số b

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo công thức 12.1j

0.0035

15

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng lớn nhất của bê tông được bó hông, ccu

Tính toán các hệ số cho điểm B

164

Tính toán theo công thức D-4

Vị trí trục trung hòa c

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

16

Tính toán theo công thức 12.1e

Mpa

515

Tính toán hệ số E2

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo công thức 12.1f

Mpa

0.00269

Tính toán ’ t

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

134

Tính toán theo công thức D-5 mm 127 Tính toán hệ số yt

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 Tiêu Biến chuẩn dạng lớp Tính toán theo Fig D-1, 0.0027 ACI thép 1, 440.2R- s1 17

Tính toán theo Fig D-1, mm 64

Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

MPa 528 fs1 = Es x s1

Tính toán theo Fig D-1, 0.0014

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d2

MPa

289

fs2 = Es x s2

Ứng suất lớp thép 1, fs2

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo Fig D-1,

-64

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng lớp thép 2, s3 Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d3

Biến dạng lớp thép 2, s2 Tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17

MPa

fs3 = Es x s3

Ứng suất lớp thép 1, fs3

Hệ số A

Tính toán theo công thức D-3a

N/mm3

-0.16

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số B

Tính toán theo công thức D-3b

MPa

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số C

Tính toán theo công thức D-3c

N/mm

7840

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số D

Tính toán theo công thức D-3d

1315145

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số E

Tính toán theo công thức D-3e

N/mm3

-0.121

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số F

Tính toán theo công thức D-3f

MPa

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số G

Tính toán theo công thức D-3g

N/mm

-7870

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số H

Tính toán theo công thức D-3h

501760

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số I

Tính toán theo công thức D-3i

kNm

24.5

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

135

Tải trọng giới hạn và momen tới hạn của cột khi đƣợc gia cƣờng tấm CFRP

17

Tính toán theo công thức D-1

1228

Pu(B)

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

18

Tính toán theo công thức D-2

kNm

Mn(B)

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

136

Bảng 8.6: Bảng tính khả năng kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông

ĐƠN SỐ TÊN PHƢƠNG PHÁP XÁC KẾT GHI VỊ THỨ THÔNG ĐỊNH QUẢ CHÚ TÍNH TỰ SỐ TÍNH

Thông số hình dạng cột

Theo mô hình thí nghiệm

200

Theo mô hình thí nghiệm

200

1

Theo thiết kế mô hình cột và tiêu chuẩn thi công vật liệu CFRP

mm2

39803

Tính toán theo hình dạng mặt cắt tiết diện cột

282.8

Bê tông

2

MPa

Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột

Cường độ giới hạn bê tông (f'c)

Cốt thép

MPa

528

Kết quả thí nghiệm kéo mẫu thép

3

mm2

904.3

Theo mô hình thép dọc gồm 8 thanh 

2.23

Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g)

g = (Ast/Ag)x100%

Vật liệu CFRP

0.166

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

4

MPa

4 900

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Chiều dày tấm (tf) Cường độ chịu kéo giới hạn định danh (f*fu)

MPa

4655

Công thức (9-4a) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

mm/mm

0.0167

Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp

Cường độ chịu kéo giới hạn tính toán (ffu) Biến dạng định danh (f*fu)

mm/mm

0.0159

Biến dạng tính toán (ffu)

Công thức (9-4b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

GPa

240

Modun đàn hồi (Ef)

Công thức (9-4c) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

137

Các hệ số dùng để tính toán

0.95

Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn 440.2R-17

5

Hệ số điều kiện làm việc của vật liệu CFRP (CE)

0.55

Hệ số (

0.95

Hệ số (f)

Hệ số (P)

Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 9.3.2.2 tiêu chuẩn ACI 318R-08

6

Tính theo công thức (6.10)

mm/mm

0.004

Công thức (12.1i) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng hiệu quả của CFRP (fe)

Cường độ bó hông (fl)

7

MPa

1.13

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Công thức (12-1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Kiểm tra tỉ số nén nhỏ nhất

8

FAILSE

Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R- 17 fl/f'c >0.08

9

Tính theo công thức (6.9)

0.55

Khi gia cường n=1 lớp CFRP Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện

Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

138

10

Tính theo công thức (6.11)

0.55

Tính hệ số a

Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Cường độ chịu nén khi bị bó hông (f'cc)

11

Tính theo công thức (6.5)

MPa

Khi gia cường n=1 lớp CFRP

Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

12

0.002

Lấy theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng của bê tông không bó ’ hông,c

13

0.507

Hệ số b

Tính toán theo công thức 12.1.2c

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

14

0.0034

Tính toán theo công thức 12.1j

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng lớn nhất của bê tông được bó hông, ccu

Tính toán các hệ số cho điểm C

95.2

Vị trí trục trung hòa c

Tính toán theo công thức D-4

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo công thức 12.1e Mpa

515

Tính toán hệ số E2

15

0.00269

Tính toán ’

t Tính toán theo công thức 12.1f Mpa

Tính toán theo công thức D-5

73.7

Tính toán hệ số yt

Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo Fig D-1,

0.00216

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Biến dạng lớp thép 1, s1

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

MPa

454

fs1 = Es x s1

Tính toán theo Fig D-1,

-0.0002

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo Fig D-1,

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

MPa

-37

fs2 = Es x s2

Tính toán theo Fig D-1,

-0.0025

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Tính toán theo Fig D-1,

-64

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

MPa

-528

fs3 = Es x s3

Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d1 Ứng suất lớp thép 1, fs1 Biến dạng lớp thép 2, s2 Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d2 Ứng suất lớp thép 1, fs2 Biến dạng lớp thép 2, s3 Khoảng cách lớp thép 1 đến trọng tâm tiết diện, d3 Ứng suất lớp thép 1, fs3

Hệ số A

Tính toán theo công thức D-3a N/mm3

-0.48

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số B

Tính toán theo công thức D-3b MPa

106

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17

Hệ số C

Tính toán theo công thức D-3c N/mm

-7840

Tiêu chuẩn ACI 440.2R-17