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

Chia sẻ: ViJiji ViJiji | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:161

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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: 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; 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;

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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 TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN --------------------------------------- TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG 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 Năm 2019 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 The thesis focuses on the effect of concrete strength on eccentric - compressive behavior of reinfforced concrete columns strengthened by CFRP sheets, including three specific objectives: (1) Experimental survey of the effect of
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.
i 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
ii 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
iv 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
v 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
vi 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 Ac: Diện tích phần tiết diện bê tông cột (mm2) Ae: Diện tích chịu nén hiệu quả tiết diện cột (mm2) Ag: Diện tích tiết diện cột (mm2) Ast: Tổng diện tích tiết diện thép chịu lực dọc cột (mm2) b: Chiều rộng tiết diện cột (mm) D: Chiều dài đƣờng chéo tiết diện cột (mm) 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) f’cc: Cƣờng độ chịu nén của bê tông khi chịu bó hông (MPa) f*fu: Cƣờng độ chịu kéo của vật liệu CFRP gia cƣờng (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 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) (kN) rc: Bán kính góc bo tiết diện cột (mm) tf: Chiều dày tấm lƣới sợi CFRP gia cƣờng (mm)  f: Biến dạng của tấm CFRP (mm/mm) e: Độ lệch tâm (mm)
ix fc: Cƣờng độ bê tông của mẫu thí nghiệm (MPa) u,v: Chuyển vị dọc trục cực hạn của mẫu (mm) u,h: Chuyển vị nở hông cực hạn của mẫu (mm) 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 fe: Biến dạng hiệu quả của tấm CFRP (mm/mm) *fu: Biến dạng giới hạn của tấm CFRP (mm/mm) ccu : Biến dạng cực hạn của bê tông khi đƣợc bó hông  ’ t: Biến dạng chuyển tiếp trong mô hình ứng suất – biến dạng cho bê tông đƣợc 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