Luận văn:Nghiên cứu tăng cường kết cấu bê thông cốt thép bằng tấm dán fiber reinforced polymer

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

157
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'luận văn:nghiên cứu tăng cường kết cấu bê thông cốt thép bằng tấm dán fiber reinforced polymer', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu tăng cường kết cấu bê thông cốt thép bằng tấm dán fiber reinforced polymer

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N ĐÌNH KHANH NGHIÊN C U TĂNG CƯ NG K T C U BÊ TÔNG C T THÉP B NG T M DÁN FIBER REINFORCED POLYMER Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y Mã s : 60.58.40 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2011
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Hoàng Phương Hoa Ph n bi n 1: TS. Nguy n Đình Xân Ph n bi n 2: TS. Tr n Đình Qu ng Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 10 tháng 12 năm 2011. Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
3 M Đ U 1. Tính c n thi t c a ñ tài Hi n nay, các công trình xây d ng ph c v dân sinh sau m t th i gian ñưa vào s d ng, m t s công trình ñã xu ng c p c n ph i có các bi n pháp s a ch a, c i t o và nâng c p. Nguyên nhân d n ñ n nh ng h ng hóc và công trình xu ng c p có th k ra như sau: Nh ng sai sót trong giai ño n thi t k - Nh ng l i do thi t k bao g m: • Các quy ñ nh v t i tr ng, d báo m c tăng trư ng c a t i tr ng chưa chính xác; • Các quy ñ nh v v t li u chưa ñ ng b ; • Tiêu chu n thi t k còn ch p vá không th ng nh t. - Sai sót trong b n v thi t k : Các l i trong b n v do khâu ki m soát ch t lư ng kém. Nh ng sai sót trong giai ño n thi công - Thi công không ñ t ch t lư ng theo thi t k : • L p bêtông b o v không ñ ñ m b o yêu c u ch ng ăn mòn gây ra hi n tư ng r c t thép; • Đ ñ m ch t kém, bêtông b r ng nhi u; • B o dư ng không ñúng qui trình yêu c u, làm bêtông không ñ cư ng ñ theo thi t k , v t n t xu t hi n. - Thi u vi c ki m soát ch t lư ng các công trình; - Công tác giám sát công trình còn chưa ñư c quan tâm ñúng m c. S c trong giai ño n s d ng
4 - Các công trình thư ng xuyên làm vi c trong ñi u ki n quá t i do công tác qu n lý và khai thác s d ng các công trình còn nhi u b t c p; - Vi c thay ñ i công năng s d ng các công trình cũng là m t trong nh ng nguyên nhân làm cho công trình xu ng c p nhanh chóng; - Nh ng y u t v nh hư ng môi trư ng làm vi c c a các công trình d n ñ n hi n tư ng các công trình b ăn mòn gây ra nh ng hư h ng trư c th i h n như thi t k ban ñ u và; - Thi u vi c b o trì theo ñúng quy ñ nh khi ñưa công trình vào s d ng. Hi n nay, có nhi u phương pháp gia cư ng k t c u công trình b ng bêtông c t thép ñư c ng d ng trong th c t nư c ta như: - Phương pháp bao b c nh ng ch hư h ng b ng l p bêtông ho c BTCT; - Phương pháp dùng b n thép gia cư ng (dán b n thép); - Phương pháp dùng bêtông d ng l c căng ngoài và - Phương pháp s d ng lo i v t li u composite s i cư ng ñ cao FRP (Fiber-Reinforced Polymer). Ngo i tr phương pháp gia cư ng b ng bi n pháp s d ng các t m v t li u composite s i cư ng ñ cao. Các phương pháp khác có nh ng như c ñi m như sau: Phương pháp: Bao b c b ng bê tông ho c BTCT - Ván khuôn l p ghép c ng k nh; - Thi công ph c t p và khó khăn; - Ph i phá b m t ph n k t c u cũ;
5 - Liên k t gi a bêtông cũ và m i r t khó khăn và thư ng không ñ m b o s dính k t c n thi t; - S co ngót khác nhau gi a bêtông cũ và l p bêtông m i; - Phát sinh thêm tĩnh t i gây b t l i cho công trình; - Làm tăng kích thư c ti t di n c u ki n và; - Thay ñ i ki n trúc t ng th c a k t c u sau khi gia cư ng. Phương pháp: Dán b n thép - L p ñ t các t m thép khó khăn; - Th i gian thi công kéo dài c n nhi u th i gian t n kém nhân công; - B n thép c n ph i ñi u ch nh ch t o và gia công trư c ph c t p; - Khó khăn trong c u l p, thi công t i nh ng khu v c ch t h p; - Khoan và b t bulông vào bêtông có th phát sinh nh ng s c như làm gi m ti t di n ch u l c c a k t c u; - Công vi c hàn thép t m có th x y ra hi m h a cháy, n và; - Khó khăn trong vi c qu n lý ch t lư ng. Phương pháp: D ng l c căng ngoài - L p ghép c ng k nh; - T n nhi u th i gian thi công, l p ñ t và căng kéo; - Ph i thi công gia c thêm các neo và chuy n hư ng; - Yêu c u v t li u d m ph i có cư ng ñ cao ñ t ti n m i phát huy hi u qu c a cáp DƯL; - Hi u qu gi i pháp tăng cư ng b ng DƯL ph thu c vào vi c ki m soát các m t mát DƯL, công vi c này ñòi h i nhân công th c hi n ph i có trình ñ cao;
6 - Khó khăn trong bi n pháp b o v c t thép căng ngoài ch u nh hư ng tác ñ ng c a môi trư ng và; - nh hư ng ñ n thông thuy n n u công trình giao thông có yêu c u thông thuy n. Xu t phát t th c t ñó, ñ tài Nghiên c u gia cư ng k t c u bêtông c t thép b ng t m dán Fiber Reinforced Polymer s nghiên c u nh ng ưu ñi m c a công ngh dán t m ch t d o s i carbon, nh m ng d ng r ng rãi công ngh này Vi t Nam. Trong lĩnh v c s a ch a, c i t o và nâng c p các công trình xây d ng dân d ng, giao thông và th y l i. 2. M c tiêu nghiên c u c a lu n văn - Nghiên c u quá trình xu ng c p, hư h ng k t c u BTCT và phương pháp ñánh giá m c ñ hư h ng c a k t c u BTCT; - Nghiên c u các ñ c trưng cơ h c c a v t li u FRP và ñánh giá nh ng ưu ñi m c a v t li u FRP so v i các v t li u truy n th ng; - T ng h p các cơ s lý thuy t, k t qu nghiên c u th c nghi m s d ng công ngh dán t m ch t d o s i cacbon c a các tác gi trên th gi i. Thi t l p các sơ ñ kh i t các công th c c a ACI, tính toán hi u qu d m BTCT tăng cư ng t m s i FRP cho m t d m c th và thí nghi m d m; - Đánh giá v công ngh dán t m ch t d o s i cacbon trong s a ch a và tăng cư ng k t c u bêtông c t thép và kh năng áp d ng công ngh này trong ñi u ki n c th c a nư c ta. 3. Ph m v nghiên c u - Các cơ s lý thuy t, mô hình tính toán lý thuy t tăng cư ng cho d m BTCT b ng công ngh dán t m ch t d o s i carbon;
7 - Nghiên c u s d ng công ngh dán t m ch t d o s i cacbon ñ tăng cư ng kh năng ch u l c cho k t c u d m BTCT. 4. Phương pháp nghiên c u - Phương pháp nghiên c u lý thuy t, vi c tính toán d a trên mô hình lý thuy t; - Thu th p s li u th c t , t ng h p, th ng kê và phân tích các s li u; - Tính toán hi u qu tăng cư ng thông qua lý thuy t tính toán và thí nghi m d m. 5. C u trúc lu n văn C u trúc c a lu n văn bao g m: Ph n m ñ u gi i thi u khái quát chung v BTCT trong quá trình khai thác s d ng và m t s bi n pháp s a ch a, c i t o và gia cư ng các c u ki n ñã b hư h ng, xu ng c p ñ khôi ph c l i kh năng làm vi c c a công trình. Ti p theo Ph n m ñ u là các chương gi i thi u các n i dung nghiên c u như sau: Chương 1: T ng quan v bêtông c t thép, và các phương pháp gia cư ng k t c u BTCT. Chương 2: Sơ lư c v v t li u FRP, l ch s phát tri n, các ñ c trưng cơ h c c a v t li u FRP, gi i thi u các ng d ng v t li u FRP trong s a ch a và tăng cư ng k t c u BTCT. Chương 3: Cơ s lý thuy t, tính toán tăng cư ng d m bêtông c t thép b ng t m v t li u FRP. Chương 4: Đánh giá v công ngh dán t m ch t d o s i cacbon và tri n v ng áp d ng công ngh này nư c ta. Cu i cùng là nh ng k t lu n và ki n ngh c a ñ tài.
8 CHƯƠNG 1 T NG QUAN BÊTÔNG C T THÉP VÀ GI I THI U CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯ NG K T C U BÊTÔNG C T THÉP 1.1. BÊTÔNG 1.1.1. V t li u c u thành bêtông 1.1.2. Tính ch t c a bêtông 1.2. QUÁ TRÌNH XU NG C P VÀ HƯ H NG C A BÊTÔNG C T THÉP 1.2.1. Các quá trình xu ng c p 1.2.2. Ăn mòn sun phát 1.2.3. Ph n ng ki m-silica 1.2.4. Các d ng phá ho i khác 1.3. KI M Đ NH CH T LƯ NG C A BÊTÔNG 1.3.1. Phương pháp va ñ p 1.3.2. Phương pháp bóc tách 1.3.3. Phương pháp nh b t 1.3.4. Phương pháp siêu âm 1.3.5. Thăm dò ñ sâu khe n t b ng siêu âm 1.3.6. Thăm dò khuy t t t b ng siêu âm 1.3.7. Ki m ñ nh ch t lư ng bêtông sau h a ho n 1.3.8. Phương pháp chi u x 1.4. NGUYÊN NHÂN D N Đ N HƯ H NG TRONG K T C U BTCT 1.4.1. Bêtông b r 1.4.2. Bêtông b r ng
9 1.4.3. Bêtông b n t n 1.4.4. Bêtông b v l 1.4.5. Bêtông quá khô 1.4.6. Suy thoái c a bêtông 1.4.7. S làm vi c m i c a BTCT thư ng 1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯ NG K T C U BTCT: 1.5.1. Gia cư ng k t c u b ng cách tăng ti t di n 1.5.2. Gia cư ng c t b ng thép hình 1.5.3. Gia cư ng d m b ng g i t a c ng 1.5.4. Gia cư ng d m b ng thanh căng ng su t trư c 1.5.5. Gia cư ng k t c u BTCT theo công ngh dán b n thép 1.6. GIA CƯ NG K T C U BTCT B NG T M DÁN FRP 1.6.1. Đ c ñi m c a phương pháp gia cư ng k t c u BTCT b ng t m dán FRP 1.6.2. Các phương pháp thi công s a ch a, gia c k t c u b ng t m FRP 1.7. K T LU N CHƯƠNG Trong chương 1 nghiên c u v c u trúc c a v t li u bê tông, quá trình xu ng c p c a bê tông, phương pháp ñánh giá ki m ñ nh ch t lư ng c a bê tông c n ñư c gia cư ng, nêu các nguyên nhân chính gây hư h ng k t c u bê tông, ñ xu t các phương pháp gia cư ng k t c u bê tông trong ñó ñ c p ñ n phương pháp gia cư ng k t c u bê tông b ng t m dán FRP. Trong chương 2 ti p theo s nghiên c u nhi u hơn v quá trình hình thành và phát tri n, các ñ c trưng cơ h c c a v t li u FRP.
10 CHƯƠNG 2 T NG QUAN V V T LI U FIBER REINFORCED POLYME 2.1. SƠ LƯ C V V T LI U FRP VÀ L CH S PHÁT TRI N 2.2. C U TRÚC VÀ CÁC Đ C TRƯNG CƠ H C C A V T LI U FRP 2.2.1. C u trúc v t li u FRP 2.2.1.1. C t s i: S i carbon S i aramid: S i th y tinh: 2.2.1.2. Ch t d o n n: 2.2.2. Các ñ c trưng cơ h c c a v t li u FRP 2.3. K T LU N CHƯƠNG Qua nghiên c u quá trình ra ñ i và phát tri n v v t li u FRP, có th nh n th y r ng v t li u FRP r t ña d ng v ch ng lo i, có c u trúc và các ñ c trưng cơ h c vư t tr i, m ra m t tri n v ng r t l n cho ngành xây d ng. Trong chương 3 ti p theo s trình bày cơ s tính toán v v t li u FRP.
11 CHƯƠNG 3 CƠ S TÍNH TOÁN 3.1. GI I THI U CÁC NGHIÊN C U LÝ THUY T VÀ TH C NGHI M 3.1.1. Nghiên c u lý thuy t c a Triantafillou, T. và Plevris, N. (1991) 3.1.2. Nghiên c u th c nghi m c a Meier et al 3.2. CÁC CƠ S LÝ THUY T TÍNH TOÁN S C KHÁNG U N VÀ S C KHÁNG C T C A K T C U D M BTCT 3.2.1. Mô hình tính toán s c kháng u n c a k t c u tăng cư ng t m FRP 3.2.2. Mô hình tính toán s c kháng c t c a k t c u ñư c tăng cư ng t m FRP 3.3. TÍNH TOÁN TĂNG CƯ NG S C KHÁNG U N C A D M BTCT B NG T M S I FRP: 3.3.1. M t s hình th c phá ho i do u n ñ i v i d m BTCT tăng cư ng t m s i FRP 3.3.2. H s s c kháng 3.3.3. Kh i ng su t ch nh t tương ñương 3.3.4. D m BTCT thư ng có ti t di n ch nh t có c t thép ch u kéo 3.3.4.1. Hình th c phá ho i do bêtông b nén v 3.3.4.2. Hình th c phá ho i do ñ t t m s i FRP 3.3.4.3. Hình th c phá ho i ñ ng th i
12 3.3.4.4. Sơ ñ kh i tính toán s c kháng u n d m BTCT ti t di n ch nh t ñư c tăng cư ng b ng t m s i FRP 3.3.5. D m BTCT thư ng có ti t di n ch T 3.3.6. D m BTCT DƯL ti t di n ch T 3.4. TĂNG CƯ NG S C KHÁNG C T CHO D M BTCT: 3.4.1. Tính toán tăng cư ng s c kháng c t 3.4.4. Neo t m s i FRP trong mô hình tăng cư ng s c kháng c t 3.5. KI M TRA NG SU T THEO T I TR NG KHAI THÁC 3.5.1. D m bêtông c t thép thư ng 3.5.2. D m bêtông c t thép d ng l c 3.6.VÍ D TÍNH TOÁN S C KHÁNG U N C A D M T BTCT THƯ NG B ng 3.3. S li u ban ñ u và k t qu tính tăng cư ng s c kháng u n cho d m BTCT thư ng S li u ban ñ u và k t qu tính toán Đơn v D mT 1. Kích thư c hình h c m t c t Chi u cao d m mm 1100 Chi u dày b n cánh mm 200 Chi u r ng b n cánh mm 2040 Chi u dày sư n d m mm 190
13 2. Đ c trưng v t li u 2.1 Bê tông T tr ng c a bê tông Kg/m3 2300 Cư ng ñ ch u nén c a bê tông MPa 30 Bi n d ng c c h ng c a bê tông 0.003 2.2 C t thép Gi i h n ch y c a c t thép MPa 400 Mô ñun ñàn h i c a c t thép MPa 200000 Bi n d ng ch y c a c t thép 0.002 S thanh c t thép d c thanh 12φ28 2.3 T m s i cacbon Bi n d ng c c h n c a t m s i CFRP 0.017 Chi u r ng tăng cư ng c a t m CFRP mm 180 Chi u dày t m CFRP mm 1.4 Mô ñun ñàn h i c a t m CFRP MPa 165000 H s s c kháng c a t m CFRP 0.75 S l p 4 3. K t qu tính toán - Tr c trung hòa ñi qua b n cánh (Tính theo ti t di n ch nh t) Mô hình phá ho i c a d m Bê tông v Mô men kháng u n trư c khi tăng KN.m 2482.18 cư ng
14 Mô men kháng u n sau tăng cư ng KN.m 4288.17 4. Hi u qu tăng cư ng % 72.76 5. Ki m tra ng su t dư i tác d ng c a t i tr ng khai thác Tĩnh t i wDL=qtt N/m 15.631 Ho t t i wLL=qht N/m 36.380 Chi u dài nh p tính toán mm 11.400 ng su t tính toán trong c t thép N/mm2 132.54 Gi i h n ng su t cho phép trong c t N/mm2 320 thép 0.8 fy ng su t trong t m s i 134.02 Gi i h n ng su t trong t m s i N/mm2 1705 ff,s=0.55ffu 3.7. VÍ D TÍNH TOÁN S C KHÁNG U N C A D M T BTCT DƯL B ng 3.4. S li u ban ñ u và k t qu tính toán tăng cư ng s c kháng u n d m BTCT DƯL (gi ñ nh) S li u ban ñ u và k t qu tính toán Đơn v D m DƯL 1. Kích thư c hình h c m t c t Chi u cao d m mm 1000 Chi u dày b n cánh mm 130 Chi u r ng b n cánh mm 1300 Chi u dày sư n d m mm 200
15 < 2. Đ c trưng v t li u 2.1 Bê tông T tr ng bê tông Kg/m3 2300 Cư ng ñ ch u nén c a bê tông MPa 35 Bi n d ng c c h ng c a bê tông 0,003 2.2 C t thép Gi i h n ch y c a c t thép MPa 400 Mô ñun ñàn h i c a c t thép MPa 200000 Bi n d ng ch y c a c t thép 0,002 2 Di n tích c t thép thư ng mm 1472 Cư ng ñ ch u kéo qui ñ nh c t thép DƯL MPa 1860 Di n tích c t thép DƯL mm2 690.97 ng su t trư c có hi u c a c t thép DƯL MPa 930 2.3 T m s i cacbon Bi n d ng c c h n c a t m s i 0.017 B r ng tăng cư ng c a t m FRP mm 180 Chi u dày t m FRP mm 1.4 Mô ñun ñàn h i t m s i FRP MPa 227586 S l p l p 2 Di n tích t m s i mm2 504 3. K t qu tính toán Mô hình phá ho i c a d m t ms i ñ t
16 Mô men kháng u n trư c khi tăng cư ng KN.m 1656 Mô men kháng u n sau tăng cư ng KN.m 2719.39 4. Hi u qu tăng cư ng % 64.21 5. Ki m tra ng su t dư i tác d ng c a t i tr ng khai thác Tĩnh t i qtt N/m 16.479 Ho t t i N/m 19.058 Chi u dài tính toán ltt mm 20.400 ng su t trong c t thép thư ng 249.19 Gi i h n ng su t cho phép trong c t thép MPa 320 0,8 fy ng su t trong c t thép DƯL 1279 Gi i h n ng su t trong c t thép DƯL 0,74 MPa 1376 fpu ng su t trong t m s i 302.34 MPa Gi i h n ng su t trong t m s i 1023 ng su t trong bê tông 9.03 MPa Gi i h n ng su t trong bê tông 15.75
17 3.8. VÍ D TÍNH TOÁN S C KHÁNG C T C A D M T BTCT THƯ NG B ng 3.5. S li u ban ñ u và k t qu tính toán tăng cư ng s c kháng c t cho d m BTCT S li u ban ñ u và k t qu Đơn v D mT tính toán 1. Kích thư c hình h c c a d m B r ng cánh d m mm 2040 B r ng b n cánh mm 130 B dày sư n d m mm 190 Chi u cao có hi u c a d m (d) mm 962 Chi u cao c a d m mm 1100 2. Đ c trưng v t li u T tr ng c a bê tông kg/m3 2.300 Cư ng ñ ch u nén c a bê tông MPa 30 Mô ñun ñàn h i c a bê tông MPa 25.979 C t thép ñai (φ, kho ng cách) mm φ8a200 Gi i h n ch y c a c t thép MPa 400 Mô ñun ñàn h i c a c t thép MPa 200000 Mô ñun ñàn h i c a t m s i MPa 165000 Bi n d ng c c h n c a t m s i 0.017 S l p dán L p 2
18 S li u ban ñ u và k t qu Đơn v D mT tính toán B r ng tăng cư ng c a t m s i mm 60 Chi u dày t m s i FRP mm 1.4 Chi u cao c a t m s i FRP mm 832 Góc nghiêng c a t m s i ñ 45 Kho ng cách gi a các t m s i mm 240 3. K t qu tính toán S c kháng c t trư c tăng cư ng KN 329.70 S c kháng c t sau tăng cư ng KN 515.56 Hi u qu tăng cư ng % 56.37 3.9. K T LU N CHƯƠNG Trong chương 3 ñã trình bày cơ s lý thuy t tính toán và mô hình phân tích tăng cư ng s c kháng u n và kháng c t b ng t m s i FRP cho d m BTCT. K t qu c a ví d tính toán d m BTCT thư ng d ng ch T, s d ng 4 l p t m s i Sika carbodur S614 tăng cư ng s c kháng u n cho d m thì hi u qu tăng cư ng c a s c kháng u n tăng lên 72.76%, s d ng 2 l p t m s i Sika carbodure S614 tăng cư ng s c kháng c t thì hi u qu tăng cư ng c a s c kháng c t tăng lên 56.37%. Đ i v i k t c u d m T BTCT DƯL thì gia cư ng 2 l p t m s i Sika carbodure S614 thì hi u qu gia cư ng là 64.21%.
19 Qua ñó có th nh n th y vi c tăng cư ng kh năng ch u l c cho d m BTCT b ng t m s i cacbon c i thi n ñáng k kh năng làm vi c c a d m so v i trư c khi tăng cư ng.
20 CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ V CÔNG NGH DÁN T M CH T D O S I CARBON VÀ TRI N V NG ÁP D NG CÔNG NGH NÀY VI T NAM 4.1. NG D NG C A V T LI U TYFO® FIBRWRAP® COMPOSITE SYSTEMS TRÊN TOÀN TH GI I 4.2. QUY TRÌNH THI T K TĂNG CƯ NG K T C U S D NG V T LI U FRP 4.2.1. Các tài li u yêu c u cho thi t k 4.2.2. Trình t thi t k 4.2.3. Ph n m m phân tích thi t k tăng cư ng k t c u s d ng v t li u TYFO® 4.3. CÁC LƯU Ý THI T K GIA CƯ NG K T C U S D NG V T LI U TYFO® FIBRWRAP® SYSTEMS 4.3.1. Các yêu c u chung 4.3.2. Nh ng gi ñ nh trong thi t k h FRP 4.3.3. Các lưu ý trong thi t k 4.4. CÔNG NGH DÁN T M D O S I CARBON 4.5. CÁC LƯU Ý KHI THI T K , THI CÔNG TĂNG CƯ NG K T C U S D NG V T LI U FRP 4.6. THI T B THI CÔNG 4.6.1. Thi t b doa và mài bo tròn các góc c nh c a bêtông