Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình: Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP (fiber reinforced polymer composites) để gia cường kết cấu dầm thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC MẬN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM CFRP (FIBER REINFORCED POLYMER COMPOSITES)

ĐỂ GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM THÉP

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208

S K C0 0 5 8 6 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM CFRP (FIBER

REINFORCED POLYMER COMPOSITES)

ĐỂ GIA CƢỜNG KẾT CẤU DẦM THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD & CN

MÃ SỐ HỌC VIÊN: 1680834

HVTH: TRẦN NGỌC MẬN

GVHD: TS. TRẦN TUẤN KIỆT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2018

iii

vii

viii

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM

CFRP ĐỂ GIA CƢỜNG KẾT CẤU DẦM THÉP ” là công trình nghiên cứu của

cá nhân tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2018

Ngƣời thực hiện luận văn

Trần Ngọc Mận

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian đƣợc học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học sƣ phạm Thành

phố Hồ Chí Minh, em đã đƣợc học tập và nghiên cứu trong môi trƣờng hiện đại, đầy

đủ tiện nghi; đƣợc các Thầy cô nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý

báu. Những kiến thức đó giúp em vận dụng vào cuộc sống, công việc của mình,

đồng thời nó cũng không thể thiếu để giúp tiếp cận nghiên cứu sâu trong môi trƣờng

khoa học hiện đại và cụ thể đã giúp em hoàn thành Luận văn này. Em xin bày tỏ

lòng biết ơn sâu sắc đến nhà trƣờng và tất cả quý Thầy cô.

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy hƣớng dẫn Luận văn, Thầy TS. Trần

Tuấn Kiệt, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ cho em những kiến thức sâu rộng

trong suốt quá trình thực hiện Luận văn. Sự quan tâm chỉ bảo và hƣớng dẫn thƣờng

xuyên của các Thầy là động lực rất lớn giúp em hoàn thành tốt Luận văn.

Xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp - những ngƣời đã không

ngừng động viên, ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình

học tập và thực hiện hoàn thành Luận văn của mình.

Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều và trình độ có hạn, mặc dù em đã hết

sức cố gắng nhƣng trong luận văn không tránh khỏi những hạn chế khiếm khuyết

nhất định, rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng

các bạn để luận văn hoàn thiên hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2018

Ngƣời thực hiện luận văn

Trần Ngọc Mận

TÓM TẮT ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM CFRP ĐỂ GIA CƢỜNG

KẾT CẤU DẦM THÉP

Nhiệm vụ của đề tài luận văn này là dự đoán khả năng tăng cƣờng tải trọng

của dầm thép sau khi gia cƣờng tấm CFRP. Trọng tâm chính của luận văn là xây

dựng một chƣơng trình mô phỏng Abaqus và vận dụng lý thuyết để dự đoán khả

năng tăng cƣờng độ chịu lực của dầm gia cƣờng xây dựng quy trình tính toán.

Mô hình Abaqus để phân tích ứng xử qua nhiều mô hình có cấu trúc gia

cƣờng khác nhau sau đó chọn lọc ra các tham số của vật liệu gia cƣờng đem lại hiệu

quả nhất, để áp dụng vào bài toán ứng dụng việc nghiên cứu đề tài này nhằm tạo

thêm một cánh thức gia cƣờng đáng tin cậy đồng thời ứng dụng phần mềm nhằm

giảm bớt khối lƣợng trong phòng thí nghiệm.

Phần cuối của đề tài, trình bày việc kiểm nghiệm tính chính xác của chƣơng

trình thông qua so sánh kết quả từ mô hình phân tích số với kết quả lý thuyết và đề

xuất các tham số hiệu quả của vật liệu gia cƣờng CFRP trên kết cấu dầm thép.

Luận văn này đƣợc bố cục thành các phần chính sau đây:

- Chƣơng 1: Tổng quan

- Chƣơng 2: Ứng dụng Abaqus trong mô phỏng bài toán gia cƣờng cho dầm

thép

- Chƣơng 3: Khảo sát tham số

- Chƣơng 4: Bài toán ứng dụng

- Chƣơng 5: Kết luận kiến nghị

ABSTRACT

A PROJECT TO PROMOTE STEEL BEAM REINFORCED WITH CARBON FIBER REINFORCED POLYMER

Mission of this graduation thesis is the estimation of the ability to increase

load of steel beam with addition of CFRP plate. The main purposes focus on

building up a model of the ABAQUS then applying the theory to predict the ability

to improve load of strengthened steel beam creating method for calculation.

ABAQUS model is used to analyze the numerous models with distinct

structure for collecting the most effective data of different matter. Then the data is

applied in the created algorithm to establish the trusted method for enhancing as

long as reducing amount of work in lab.

The end of this project targets on the review of the accuracy within the

comparison of results those were gathered from theory method and model's data in

term of the statistic of the enhanced steel beam with CFRP plate.

The graduation thesis is composed of five chapters:

Chapter 1: Overview

Chapter2: Application of ABAQUS in building up the algorithm

Chapter 3: Examine the parameter

Chapter4: Application problem

Chapter5: Conclusion.

vii

MỤC LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ........................................................................................ i

LÝ LỊCH KHOA HỌC ....................................................................................................ii

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. v

TÓM TẮT ....................................................................................................................... vi

ABSTRACT .................................................................................................................. vii

A PROJECT TO PROMOTE STEEL BEAM REINFORCED WITH CARBON FIBER REINFORCED POLYMER ............................................................................ vii

CHƢƠNG 1 ...................................................................................................................... 1

TỔNG QUAN .................................................................................................................. 1

1.1. Giới thiệu chung ....................................................................................................... 1

1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 4

1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc ................................................ 5

1.1.2.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc ...................................................................................... 5

1.1.2.1. Nghiên cứu trong nƣớc ...................................................................................... 8

1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 14

1.3. Phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................... 14

1.4 Vật liệu composite FRP ........................................................................................... 16

1.4.1. Cấu tạo và đặc trƣng vật liệu composite CFRP ................................................. 16

1.5 Kết luận chƣơng ....................................................................................................... 17

CHƢƠNG 2 .................................................................................................................... 19

ỨNG DỤNG ABAQUS TRONG MÔ PHỎNG BÀI TOÁN GIA CƢỜNG CFRP CHO DẦM THÉP .......................................................................................................... 19

2.1 Tổng quan về Abaqus .............................................................................................. 19

viii

2.2 Mô tả thí nghiệm (Theo Talat Salama and Ahmed [17]) ...................................... 19

2.2.1 Quy trình thực hiện thí nghiệm ............................................................................ 20

2.2.1.1. Chuẩn bị chi tiết mẫu ....................................................................................... 20

2.2.1.2 Quá trình chuẩn bị gia cƣờng............................................................................ 21

2.2.1.3 Thiết bị đo thông số thí nghiệm ........................................................................ 24

2.2.1.4 Tiến hành thí nghiệm ......................................................................................... 25

2.2.1.5 Kết quả thí nghiệm ............................................................................................ 25

2.3 Mô phỏng bằng Abaqus và đối chiếu với kết quả thực nghiệm ........................... 27

2.3.1 Kỹ thuật lập mô hình ............................................................................................ 27

2.3.1.1 Các thành phần kết dính và mô hình vật liệu keo. .......................................... 28

2.3.1.2 Giới hạn bề mặt ................................................................................................. 29

2.3.2 Mô phỏng Abaqus từ kết quả thực nghiệm ......................................................... 30

2.3.2.1 Xây dựng mô hình ba chiều dầm chữ I ............................................................ 30

2.3.2.2 Xây dựng mô hình tấm CFRP........................................................................... 32

2.3.3 Khai báo vật liệu ................................................................................................... 33

2.3.3.1 Khai báo vật liệu thép ........................................................................................ 33

2.3.3.2 Vật liệu CFRP .................................................................................................... 34

2.3.4 Gán vật liệu ........................................................................................................... 37

2.3.4.1 Gán vật liệu cho phần tử dầm ........................................................................... 37

2.3.4.2 Gán vật liệu cho phần tử CFRP ........................................................................ 37

2.3.4 Ghép các phần tử .................................................................................................. 38

2.3.5 Chia mắt lƣới cho đối tƣợng ................................................................................ 39

2.3.6 Khai báo điều kiện biên ........................................................................................ 40

2.3.7 Khai báo bề mặt tƣơng tác ................................................................................... 41

2.3.8 Định nghĩa và gán tải trọng .................................................................................. 42

2.4. Phân tích kết quả ..................................................................................................... 43

2.5 Đánh giá kết quả giữa thí nghiệm và mô phỏng Abaqus ...................................... 43

CHƢƠNG 3 .................................................................................................................... 48

PHÂN TÍCH THAM SỐ ẢNH HƢỞNG TRONG DẦM GIA CƢỜNG .................. 48

3.1 Giới thiệu .................................................................................................................. 48

3.2 Đối tƣợng mô phỏng trong mô hình 3D ................................................................. 48

3.3 Khảo sát tham số bằng Abaqus ............................................................................... 51

3.3.1 Khảo sát chiều dài tấm gia cƣờng và vị trí gia cƣờng ........................................ 51

3.3.1.1 Dầm thép gia cƣờng tấm CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 4m) .................... 51

3.1.1.2 Dầm thép gia cƣờng tấm CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 6m) .................... 55

3.1.1.3 Dầm thép gia cƣờng tấm CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 8m) .................... 57

3.1.1.3 Dầm thép gia cƣờng hai tấm CFRP mép trên cánh dƣới –dầm 4 (L=4m) ..... 60

3.1.1.4 Dầm thép gia cƣờng hai tấm CFRP mép trên cánh dƣới –dầm 4 (L=8m) ..... 62

3.1.1.5 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới và mép trên cánh dƣới - dầm 5 (L=4m)63

3.1.1.6 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới và mép trên cánh dƣới - dầm 5 (L=8m)65

3.1.1.7 Dầm thép gia cƣờng CFRP hai lớp mép dƣới cánh dƣới-dầm 6 (L=4m) ...... 68

3.1.1.8 Dầm thép gia cƣờng CFRP hai mép dƣới cánh dƣới-dầm 6 (L=8m) ............. 69

3.1.2 Khảo sát chiều rộng tấm gia cƣờng ..................................................................... 71

3.2 Kết luận số liệu khảo sát tham số ........................................................................... 72

CHƢƠNG 4 .................................................................................................................... 74

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIA CƢỜNG CẤU KIỆN DẦM CHỮ I ........ 74

4.1. Giới thiệu chƣơng ................................................................................................... 74

4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................ 74

4.3. Bài toán ứng dụng ................................................................................................... 77

4.3.1. Tính toán thiết kế dầm gia cƣờng ....................................................................... 77

4.3.2 Tính toán thiết kế dầm không gia cƣờng ............................................................. 82

4.4 Kiểm tra mô phỏng ABAQUS so sánh kết quả với lý thuyết ............................... 84

CHƢƠNG V ................................................................................................................... 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 89

5.1 Kết luận: ................................................................................................................... 89

5.2 Kiến nghị .................................................................................................................. 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 90

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2. 1: Vị trí gia cƣờng tấm CFRP và sơ đồ kết cấu .............................................. 20

Hình 2. 2: Làm phẳng bề mặt CFRP ............................................................................. 21

Hình 2. 3:Thoa keo Epoxy trên bề mặt đã đƣợc chuẩn bị ........................................... 22

Hình 2. 4: Dán các tấm gia cƣờng vào dầm thép ......................................................... 22

Hình 2. 5: Cùm bề mặt tạo áp lực lên tấm CFRP ......................................................... 23

Hình 2. 6: Sơ đồ thí nghiệm, bố trí các thiết bị đo ....................................................... 23

Hình 2. 7: Kích thƣớc và vị trí đo biến dạng ................................................................ 24

Hình 2. 8: Dầm bị phá hủy khi kết thúc thí nghiệm ..................................................... 25

Hình 2. 9: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 1 và dầm 2 ........................... 26

Hình 2. 10: Định nghĩa tải trọng tập trung ................................................................... 28

Hình 2. 11: Định nghĩa điều kiện biên vị trí gối cố định ............................................. 28

Hình 2. 12: Định nghĩa điều kiện biên vị trí gối di động ............................................. 28

Hình 2. 13: Ràng buộc hai bề mặt tƣơng tác ................................................................ 30

Hình 2. 14: Cửa sổ Create Part ..................................................................................... 30

Hình 2. 15: Mặt cắt ngang dầm chữ I ............................................................................ 31

Hình 2. 16: Cửa sổ Edit Base Extrusion ....................................................................... 32

Hình 2. 17: Mô hình ba chiều dầm thép hình ............................................................... 32

Hình 2. 18: Cửa sổ Create Part ..................................................................................... 32

Hình 2. 19: Mô hình tấm CFRP .................................................................................... 33

Hình 2. 20: Mô hình bản kê đặt lực .............................................................................. 33

Hình 2. 21: Hộp thoại Edit Material ............................................................................. 34

Hình 2. 22: Hộp thoại Edit Material ............................................................................. 34

Hình 2. 23: Hộp thoại Damage Evolution .................................................................... 35

xii

Hình 2. 24: Hộp thoại Damage Stabilization ............................................................... 36

Hình 2. 25: Hộp thoại Elastic ........................................................................................ 37

Hình 2. 26: Gán vật liệu cho phần tử dầm thép ........................................................... 37

Hình 2. 27: Gán vật liệu cà chiều dày tấm CFRP ........................................................ 38

Hình 2. 28: Ghép phần tử .............................................................................................. 38

Hình 2. 29: Mô hình dầm gia cƣờng ............................................................................. 39

Hình 2. 30: Chia ô lƣới .................................................................................................. 39

Hình 2. 31: Chia ô lƣới các đối tƣợng .......................................................................... 40

Hình 2. 32: Định nghĩa điều kiện biên .......................................................................... 40

Hình 2. 33: Khai báo điều kiện biên ............................................................................. 41

Hình 2. 34: Liên bề mặt tiếp xúc ................................................................................... 42

Hình 2. 35: Liên kết chất kết dính ................................................................................. 42

Hình 2. 36: Khai báo và gán tải trọng ........................................................................... 43

Hình 2. 37: Kết quả mô hình phân tích ......................................................................... 43

Hình 2. 38: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng và không gia cƣờng (kết quả từ phòng thí nghiệm)............................................................................................... 44

Hình 2. 39: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng và không gia cƣờng (kết quả từ phòng mô phỏng Abaqus) .................................................................................. 45

Hình 2. 40: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị giữa trong phòng thí nghiệm và mô phỏng Abaqus ................................................................................................................. 46

Hình 2. 41: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng và không gia cƣờng ...... 46

Hình 3. 1: Giá trị biểu đồ momen chịu tải tập trung tƣơng ứng với ba cấp gia cƣờng49

Hình 3. 2: Sơ đồ cấu trúc gia cƣờng dầm thép hình chữ I ........................................... 50

Hình 3. 3: Mô hình dầm thép gia cƣờng ....................................................................... 52

Hình 3. 4: Mô hình dầm thép gia cƣờng CFRP trong môi trƣờng Abaqus ................ 52

xiii

Hình 3. 5: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng ....................................................... 52

Hình 3. 6: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng 60% .................. 53

Hình 3. 7: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng 75% .................. 54

Hình 3. 8: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng 90% .................. 54

Hình 3. 9: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị ba dầm gia cƣờng ..................... 55

Hình 3. 10: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng ..................................................... 56

Hình 3. 11: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị ba dầm gia cƣờng 60% - 75% - 90% ................................................................................................................................. 56

Hình 3. 12: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng 60%, 75%, 90%58

Hình 3. 13: Mô hình dầm thép gia cƣờng CFRP trong môi trƣờng Abaqus .............. 60

Hình 3. 14: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng ..................................................... 61

Hình 3. 15: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị ba dầm 60%, 75% và 90% ....... 61

Hình 3. 16: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng ..................................................... 62

Hình 3. 17: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị ba dầm gia cƣờng 60%, 75% và 90% ................................................................................................................................. 63

Hình 3. 18: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 4m (60%,75%,90%) ......... 64

Hình 3. 19: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 4m gia cƣờng mép dƣới và mép dƣới + mép trên cánh dƣới 60% .............................................................. 65

Hình 3. 20: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 8m (60%, 75%, 90%) ....... 66

Hình 3. 21: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 8m gia cƣờng mép dƣới và mép dƣới + mép trên cánh dƣới 60% .............................................................. 67

Hình 3. 22: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị (60%,75%,90%) ....................... 68

Hình 3. 23: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng hai tấm mép dƣới và một tấm mép dƣới cánh dầm (75%)......................................................................... 69

Hình 3. 24: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 8m (60%, 75%, 90%) ....... 70

xiv

Hình 3. 25: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 4m bề rộng 50%, 75%, 100% ............................................................................................................................... 72

Hình 4. 1: Mô hình dầm thép đơn giản gia cƣờng tấm CFRP..................................... 75

Hình 4. 2: Sơ đồ thiết kế dầm đơn giản gia cƣờng CFRP ........................................... 78

Hình 4. 3: Sơ đồ kết cấu dầm đơn giản ........................................................................ 83

Hình 4. 4: Sơ đồ, mặt cắt dầm không gia cƣờng ......................................................... 84

Hình 4. 5: Sơ đồ, mặt cắt dầm gia cƣờng CFRP ......................................................... 84

Hình 4. 6: Mô hình dầm thép gia cƣờng CFRP trong môi trƣờng Abaqus ............... 85

Hình 4. 7: Biểu đồ ứng suất bằng mô hình 3D ............................................................ 85

Hình 4. 8: Biểu quan hệ đồ ứng suất và chuyển vị ..................................................... 86

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1: So sánh các thuộc tính điển hình cho vật liệu gia cố ................................... 7

Bảng 1. 2: Khả năng chịu cắt của các dầm theo kết quả thực nghiệm ......................... 8

Bảng 2. 1: tổng hợp vị trí tấm gia cƣờng CFRP .......................................................... 20

Bảng 2. 2: Kết quả 2 dầm thí nghiệm ........................................................................... 26

Bảng 2. 3: Bảng kết quả so sánh độ lệch tải trọng theo thí nghiệm ............................ 44

Bảng 2. 4: Bảng kết quả so sánh độ lệch tải trọng theo Abaqus ................................. 46

Bảng 3. 1: Tổng hợp cấu trúc phần tử, tấm gia cƣờng CFRP ..................................... 50

Bảng 3. 2: Bảng tổng hợp độ lệch tải khi chiều dài CFRP thay đổi (dầm 3) ............. 59

Bảng 3. 3: Tổng hợp cấu trúc phần tử, tấm gia cƣờng CFRP khảo sát bề rộng ......... 71

Bảng 4. 1: Tính chất vật liệu của thép và CFRP và hệ số an toàn tƣơng ứng ............ 77

Bảng 4. 2: Bảng kết quả so sánh độ lệch tải trọng theo Abaqus ................................. 86

xvi

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung

Trong sự phát triển chung của thế giới, ngành công nghiệp xây dựng đóng

một vai trò rất quan trọng, luôn chiếm một vị thế không thể thiếu trong sự phát triển

chung của toàn xã hội, chính vì lẽ đó ngành xây dựng luôn luôn hƣớng đến một giải

pháp tối ƣu nhất để hoàn thiện một cánh hiện đại và bền vững nhất.

Trong đa số các công trình đƣợc xây dựng bằng kết cấu thép nhƣ công trình

dân dụng và công nghiệp, cầu đƣờng và một số công trình khác, qua thời gian sử

dụng của công trình, theo chu kỳ lão hóa của kết cấu nhƣ hiện tƣợng mỏi kết cấu, bị

xâm thực, ăn mòn bề mặt kết cấu, tác động đến khả năng suy giảm về chịu lực của

kết cấu gây ảnh hƣởng lớn đến quá trình sử dụng bình thƣờng của công trình.

Hơn nữa trong lĩnh vực xây dựng sử dụng kết cấu thép cần có một nghiên cứu

áp dụng một vật liệu mới trong việc gia cƣờng kết cấu thép để tăng thêm khả năng

chịu lực của kết cấu, làm giảm trọng lƣợng bản thân của công trình, đồng thời góp

phần thêm một phƣơng thức kết cấu thép có gia cƣờng.

Chính vì những vấn đề đƣợc nhận định này, nên cần có nhu cầu sửa chữa

khắc phục, thiết kế gia cƣờng đƣợc đề cập đến trong đề tài nghiên cứu này, bao gồm

cả công trình cầu, các tòa nhà, dàn khoan, thiết bị khai thác mỏ lớn và tháp bằng

thép, hiện đang có nhu cầu sửa chữa hoặc thay thế.

Việc khắc phục lại sự suy giảm về khả năng chịu lực của kết cấu trong điều

kiện tác động bên ngoài làm thay đổi khả năng chịu lực của kết cấu thép theo thời

gian nhƣ: do nhu cầu tăng tải trọng so với thiết ban đầu, do bị ăn mòn, đặc biệt là

trong môi trƣờng biển hoặc phát sinh từ việc sử dụng, và thiếu sự bảo dƣỡng thích

hợp. Tất cả những yếu tố này, kết hợp với sự hiện diện của tải trọng lặp theo chu kỳ,

có thể dẫn đến khả năng chịu lực kém dần của kết cấu, quá trình này bắt đầu với sự

hình thành của các vết nứt nhỏ, mà cuối cùng có thể phát triển thành các vết nứt lớn

hơn đủ để gây ra sự phá hoại của kết cấu. Vấn đề này, cùng với kinh phí hạn chế có

sẵn để thay thế các cấu kiện bị hƣ hỏng, đã tạo ra một nhu cầu cấp thiết cho các

nghiên cứu về vật liệu tăng cƣờng đáng tin cậy tạo ra độ bền vững bằng cách tăng

cƣờng và sửa chữa các loại cấu kiện.

Một số phƣơng pháp thông thƣờng cho việc tăng cƣờng và sửa chữa các kết

cấu thép bị giảm yếu do hƣ hỏng nhƣ: hàn bù kết cấu, thay thế phần diện tích bị hƣ

hỏng, sơn chống gỉ, chống xâm thực.

Dầm thép gốc

tấm thép hàn bù

a) Trƣớc khi gia cƣờng b) sau khi gia cƣờng

Hình 1. 1: Gia cƣờng bằng phƣơng pháp hàn bù vào dầm thép gốc

b) Trƣớc khi gia cƣờng b) sau khi gia cƣờng Hình 1. 2: Gia cƣờng bằng thay thế một phần dầm thép gốc

Phƣơng pháp gia cƣờng thông thƣờng nhƣ ở hình 1.1 để tăng cƣờng lại phần

kết cấu đã bị giảm yếu qua quá trình sử dụng, [1],[2],[3],[4] hoặc tăng thêm khả năng

chịu lực của kết cấu, ngƣời ta sử dụng thêm tấm thép bù vào vị trí đã đƣợc tính toán

sẵn. Hình 1.2 ngƣời ta dùng thép mới thay thế lại phần thép của dầm cũ đã bị ăn mòn

nhằm khắc phục lại khả năng làm việc của dầm gốc trở lại trạng thái ban đầu.

Tuy nhiên, mỗi phƣơng pháp này có ƣu điểm và hạn chế nhƣ sau

Phƣơng pháp hàn bù kết cấu: Phƣơng pháp này khắc phục đƣợc những

khuyết tật do quá trình ăn mòn, xâm thực gây ra và việc bù phần hƣ hỏng này thay

thế lại sự giảm yếu của kết cấu, việc hàn bù thƣờng phát sinh các ứng suất phụ làm

thay đổi tính năng cơ lý của kết cấu, hơn nữa về mặt thẩm mỹ cũng ảnh hƣởng, đặc

biệt các cấu kiện đòi hỏi có độ thẩm mỹ cao.

Phƣơng pháp thay thế phần diện tích hƣ hỏng: Phƣơng pháp này cũng khắc

phục đƣợc suy giảm của kết cấu, nhƣng việc thay thế phần diện tích hƣ hỏng này

cần phải tốn thời gian nhƣ cần phải chống đỡ kết cấu trong quá trình sửa chữa, vì

khi cắt bỏ phần bị hƣ hỏng phải chống tạm lại kết cấu, bên cạnh đó việc hàn thay thế

cũng thƣờng phát sinh ứng suất phụ gây thay đổi tính năng cơ lý của kết cấu.

Phƣơng pháp sơn chống gỉ: phƣơng pháp này thƣờng chỉ sử dụng đối với các

cấu kiện thép bị oxy hóa trong môi trƣờng sử dụng, sơn chống gỉ có tác dụng tăng

cƣờng tuổi thọ cho kết cấu thép, không có khả năng gia cƣờng cho cấu kiện.

Phƣơng pháp chống xâm thực: phƣơng pháp này thƣờng đƣợc sử dụng đối

với các kết cấu thép ở trong môi thƣờng có tính axit, việc chống xâm thực cho kết

cấu thƣờng sử dụng điện phân để bù lại phần kim loại bị ăn mòn. Phƣơng pháp này

cũng chỉ có tính bảo trì và kéo dài tuổi thọ cho kết cấu.

Qua việc phân tích, đánh giá các phƣơng pháp gia cƣờng kết cấu thép theo

phƣơng pháp truyền thống thƣờng dùng cho thấy những những mặt tích cực cũng

nhƣ những mặt hạn chế của từng phƣơng pháp. Chính vì điều này trong công tác gia

cƣờng kết cấu thép cần có có một cách thức mới tốt hơn để cải tạo kết cấu thép

nhằm tăng khả năng chịu lực lại nhƣ ban đầu và tăng thêm khả năng chịu tải trọng

của dầm thép gốc. Cách thức mới đó không những khắc phục lại khả năng chịu lực

nhƣ ban đầu mà còn có tăng cƣờng khả năng chịu lực của kết cấu thép trong quá

trình thiết kế, làm giảm tải trọng bản thân, vƣợt khẩu độ nâng cao hiệu suất làm việc

của kết cấu thép.

1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong kết cấu công trình bằng thép, do sự xâm thực đã làm cho nhiều công

trình nhƣ nhà xƣởng, nhà kho, các công trình tháp… xuống cấp nghiêm trọng,

không đảm bảo tuổi thọ thiết kế. Ngoài ra, những thay đổi do yêu cầu sử dụng

thƣờng có xu thế bất lợi đối với kết cấu công trình hiện hữu, một số công trình có

nhu cầu về không gian kiến trúc nhƣ vƣợt khẩu độ lớn nhƣng cần chiều cao dầm

thấp, trọng lƣợng bản thân nhẹ, vì vậy việc thực hiện các giải pháp sửa chữa, nâng

cấp, thay mới hoặc tăng khả năng chịu lực của kết cấu. Khi đó, sửa chữa, nâng cấp,

tăng cƣờng khả năng chịu tải của kết cấu khi thiết kế cần phải đƣợc nghiên cứu các

giải pháp gia cƣờng nhằm để duy trì, phục hồi, tăng khả năng chịu lực của kết cấu là

một yêu cầu cấp thiết.

Gần đây, ở nƣớc ta đã bắt đầu tiếp cận một số giải pháp gia cƣờng kết cấu

công trình bằng vật liệu sợi Cacbon Fiber Rifot Polyme CFRP trên vật liệu bê tông

cốt thép [5]. Tuy nhiên đối với kết cấu thép việc sử dụng vật liệu gia cƣờng tấm

CFRP hiện nay ở nƣớc ta chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều.

Vật liệu Copmosite (CFRP) đƣợc xem là một loại vật liệu mới để đƣa vào

ngành công nghiệp xây dựng, việc ứng dụng vật liệu này trong ngành công nghiệp

xây dựng đã mở ra một hƣớng mới trong lĩnh vực xây dựng ngày càng nâng cao tính

hiệu quả.

Vật liệu tăng cƣờng (CFRP) gần đây đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng gia

cƣờng cho các kết cấu sử dụng các loại vật liệu khác nhau nhƣ kết cấu gỗ [16], kết

cấu bê tông cốt thép [5]. Dựa vào đặt tính cơ lý của từng loại vật liệu gia cƣờng và

vật liệu đƣợc gia cƣờng, sự kết hợp của của các loại vật liệu này tạo thành một loại

vật tổng hợp có tính ƣu việt hơn so với mỗi loại vật liệu ban đầu chƣa kết hợp, sự

kết hợp này nhằm tận dụng đặc tính ƣu thế của từng loại vật liệu tạo nên một loại

kết cấu có khả năng làm việc tốt hơn so kết cấu ban đầu.

Một số nghiên cứu sử dụng vật liệu CFRP đã ứng dụng kết hợp gia cƣờng với

vật liệu thép để tăng cƣờng khả năng chịu lực của kết cấu. Một số các lý do đƣợc

đƣa ra cho sự gia tăng sử dụng CFRP trong các ứng dụng trong kết cấu nhƣ: độ bền

của chúng chống lại sự ăn mòn, hạn chế tác động của môi trƣờng, tăng khả năng

chịu tải trọng của kết cấu gốc.

Sự linh hoạt về hình dạng có thể dán gia cƣờng cho cấu kiện ở các vị trí có

hình dạng phức tạp rất dễ dàng và trọng lƣợng nhẹ và cƣờng độ chịu kéo rất lớn của

vật liệu CFRP nên sử dụng cho công tác gia cƣờng kết cấu rất khả quan. Tấm CFRP

đã từng ứng dụng trong việc gia cƣờng ngành công nghiệp hàng không nhƣ sử dụng

nó để gia cƣờng cho các kết cấu có sử dụng hợp kim nhôm, thép nhằm giảm trọng

lƣợng bản thân, hay các vật liệu có cƣờng độ thấp hơn vật liệu gia cƣờng [4].

1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và ngoài nƣớc

1.1.2.1. Nghiên cứu ngoài nƣớc

- Nghiên cứu gần đây trên thế giới nhƣ đăng trên “Tạp chí Nghiên cứu cấu

kiện thép số 78 (2012) 131-143” của tác giả JG Tenga và cộng sự [7] về việc sử

dụng tấm CFRP cho việc tăng khả năng chịu lực của kết cấu thép đã chỉ ra những

vật liệu có tiềm năng trong ứng dụng này. Những nghiên cứu này đã đƣợc áp dụng

đối với hầu hết các đối tƣợng đƣợc gia cƣờng. Tuy nhiên, những nghiên cứu này vẫn

còn hạn chế trong một số trƣờng hợp, chƣa nghiên cứu kỹ nhƣ vấn đề ảnh hƣởng

của từ tính, nhiệt độ môi trƣờng… làm thay đổi đặc tính của chất kết dính. Kết quả

của những nghiên cứu này không đƣợc mở rộng trực tiếp với các tình huống thực tế

hơn.

Một số nghiên cứu thực nghiệm cho thấy việc cải thiện đáng kể về khả năng

chịu nén và biến dạng dọc trục của cấu kiện trƣớc và sau gia cƣờng tấm CFRP, biện

pháp gia cƣờng bằng cách dán bọc xung quanh cấu kiện bằng tấm CFRP bằng keo

Epoxy và một cấu kiện nguyên gốc, sau đó tiến hành thí nghiệm để so sánh kết quả

của hai mẫu thí nghiệm, đánh giá sự phát triển khả năng chịu tải nén dọc trục. Kết

quả chịu nén giữa cấu kiện gia cƣờng lớn hơn khoảng 39% cấu kiện chƣa gia cƣờng.

- Tác giả S.T. Smith và J.G Teng [8] đã nghiên cứu cả hai thành phần ứng suất

tiếp và ứng suất pháp truyền ngang qua bề dày lớp kết dính và tập trung lớn nhất ở

mặt tiếp giáp đầu tấm gia cƣờng. Ngoài ra 2 tác giả L.D Lorenzis và D. Fernando

[10] cũng đã nghiên cứu mô hình phân tích ứng suất mặt tiếp giáp của vật liệu gia

cƣờng trên nền của cấu kiện gốc, xét đến sự bong tróc tấm gia cƣờng nơi đầu dầm

dựa trên nền tảng quy luật phá hoại về ứng suất và năng lƣợng kéo đứt gãy có liên

quan đến đặc trƣng vật liệu bề mặt tiếp giáp cũng nhƣ vết nứt mặt tiếp giáp.

- Tác giả P. R. Jagtap và cộng sự [9] Trên tờ tạp chí Tạp chí Quốc tế xu

hƣớng mới nhất trong Kỹ thuật và Công nghệ (IJLTET) đã đƣa ra sự cần thiết của

tăng cƣờng kết cấu thép với CFRP.

- Tác giả Kambiz Narmashiri và cộng sự [11], trên tờ Tạp chí Quốc tế về

Khoa học cơ học, trang 1360-1371, ngày 18 tháng 8 năm 2010, bài báo này đã

nghiên cứu việc sử dụng bulong neo phần cuối tấm CFRP vào dầm thép chữ I. Kết

quả qua hực nghiệm và mô phỏng cho thấy khả năng tăng cƣờng độ so với dầm

chƣa đƣợc gia cƣờng là 24% và các bulong lên kết gần nhau đem lại hiệu quả tốt

hơn.

- Tác giả Kambiz Narmashiri và công sự [12], đăng trên tờ Tạp chí Quốc tế

về Khoa học cơ học, trang 1620-1627, ngày 4 tháng 4 năm 2011, bài báo này nghiên

cứu trên tám dầm thép hình chữ I giống nhau và đƣợc gia cƣờng ở vị trí mép dƣới

cánh dƣới dầm chữ I, các tấm gia cƣờng CFRP có độ dày thay đổi 1.2mm, 1.4mm,

2mm và 4mm. Kết quả phân tích giữa thực nghiệm và phân tích số cho thấy khi độ

dày của tấm gia cƣờng CFRP khác nhau làm ảnh hƣởng đến các chế độ phá hoại của

dầm cũng khác nhau.

Đặc điểm cơ bản của vật liệu CFRP

Hiệu suất của bất kỳ vật liệu kỹ thuật nào trong một ứng dụng cụ thể đều phụ

thuộc vào tính chất cơ học, độ bền và chi phí, phần này tập trung vào các tính chất

cơ học của FRP, bao gồm đáp ứng các tính chất khác nhƣ: khả năng mỏi của vật

liệu, ứng suất, biến dạng, và liên kết. Các tính chất cơ học của FRP phụ thuộc vào

một số yếu tố bao gồm:

• Tỷ lệ tƣơng đối của các sợi và vật liệu nền;

• Tính chất cơ học của vật liệu cấu thành;

• Cấu trúc của các sợi trong một cấu trúc;

• Phƣơng pháp sản xuất.

Các tấm FRP đƣợc hình thành bằng cách nhúng các sợi dài liên tục trong một

lớp nhựa polyme nhựa kết hợp các sợi với nhau, các sợi thông thƣờng đƣợc sử dụng

trong tấm FRP bao gồm cacbon, thuỷ tinh, aramid và bazan trong khi các loại nhựa

thông thƣờng là nhựa epoxy, polyester và nhựa vinyl este. Các vật liệu composite

FRP đƣợc sử dụng rộng rãi nhất là hỗn hợp polyme bằng sợi thủy tinh (GFRP) và

vật liệu composite bằng sợi carbon tăng cƣờng bằng sợi cacbon (CFRP), vật liệu

polymer aramid tăng cƣờng sợi polyme (AFRP) và composit polyme tăng cƣờng

chất bazan (BFRP) ít thƣờng xuyên hơn đã sử dụng.

Hình 1. 3: Các loại tấm cấu trúc xơ khác nhau [Iternet] (từ Aramid bên trái, Bazan, Carbon, xơ dừa)

Vật liệu FRP bao gồm một số sợi liên tục, phi kim loại, đƣợc liên kết lại với

nhau tạo thành tấm, thông thƣờng phần số lƣợng sợi trong dãi FRP khoảng 50-70%

và trong các tấm FRP khoảng 25-35%, các sợi là thành phần chịu ứng suất chính,

trong khi nhựa chuyển các áp lực trong sợi và bảo vệ chúng [13]. Sự kết hợp giữa

các sợi FRP và nhựa polyme tạo thành một loại vật liệu có các đặc tính cơ học nhƣ

đƣợc thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1. 1: So sánh các thuộc tính điển hình cho vật liệu gia cố [13]

7900 -1200

2100- 1500

1600 -1200

1500

Đặc tính vật liệu Thép GFRP CFRP AFRP

483

690 - 517

1207 -1200

2410 -1200

Mật độ %

Độ bền kéo (Mpa)

200 - 30

55 - 147

250 - 50

>10

2- 4.5

1-1.5

2-2.6

Môđun đàn hồi (Gpa)

414 - 310

N/A

276

N/A

Độ giãn dài cuối cùng (%)

11.7

0.5

Sức chịu nén (Mpa)

7.9 - 1.5

2.0- 1.5

1.6 - 1.25

7.9 - 1.5

CTE* (10-6/°C)

Trọng lƣợng riêng (Kg/m3)

Các đặc điểm cơ bản về vật liệu Composite FRP, sự kết hợp giữa sợi và nhựa

bám dính tạo nên một loại vật liệu có đặc tính cơ học nhƣ Môđun đàn hồi, độ bền

kéo khá cao so với vật liệu bằng thép [13].

Các đặc tính vật liệu FRP tƣơng đối hiệu quả về khả năng chịu lực khi chúng

đƣợc sử dụng vật liệu này để gia cƣờng cho các loại kết cấu bê tông cốt thép, kết

cấu thép, đặc biệt gia cƣờng để tham gia chịu kéo rất tốt.

1.1.2.1. Nghiên cứu trong nƣớc

Tình hình trong nƣớc ta hiện nay có nhiều tác giả và nhiều công ty đã nghiên

cứu việc áp dụng vật liệu CFRP trong lĩnh vực xây dựng, cầu đƣờng, thủy lợi và đã

có một số ứng dụng ngoài thực tiển, hầu hết chủ yếu áp dụng gia cƣờng trên kết bê

tông cốt thép.

Tác giả Nguyễn Hùng Phong trên tờ Tạp chí KHCN Xây dựng - số 3/2014 đã

nghiên cứu thực nghiệm về gia cƣờng kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép bằng tấm

sợi tủy tinh [14].

Bài báo trình bày về một nghiên cứu thực nghiệm gia cƣờng chịu cắt cho các

dầm bê tông cốt thép. Bốn dầm giống nhau đƣợc chế tạo, trong đó, ba dầm đƣợc gia

cƣờng bằng tấm sợi thủy tinh với các hình thức gia cƣờng khác nhau.

Bảng 1. 2: Khả năng chịu cắt của các dầm theo kết quả thực nghiệm [14]

Tên Khả năng chịu cắt Hàm lƣợng tấm dầm của tấm GFRP Đặc điểm gia cƣờng tấm GFRP Khả năng chịu cắt của dầm (Vu = P/2)

GFRP f (%)

(kN) (Vf = Vu - V1)

53,53

D1 Không gia cƣờng

254,80

29,26

D2 Băng thẳng 30mm

293,77

8,23

D3 Băng xiên 30mm

423,77

33,23

D4 Băng thẳng 50mm

(kN)

Sơ đồ thí nghiệm là dầm đơn giản kê lên gối cố định và gối di động nhu hình

1.4, thiết bị gia tải là kích thủy lực loại 20 tấn, kết hợp với hệ khung phản lực và

dầm phân tải tạo nên hai tải trọng tập trung với khoảng cách 500mm. Tải trọng thí

nghiệm đƣợc đo bằng đầu đo tải trọng (load cell) ký hiệu là P. Các giá trị chuyển vị

(độ võng) của dầm đƣợc đo tại vị trí giữa nhịp và hai gối tựa bằng các đầu đo

chuyển vị ký hiệu I1, I2, I3.

Hình 1. 4: Sơ đồ thí nghiệm mẫu [4]

Hình 1. 5: Quan hệ tải trọng – độ võng của các dầm [14]

Hình 1.5 Thể hiện đƣờng cong quan hệ tải trọng và độ võng của các dầm

trong quá trình thí nghiệm, giá trị của tải trọng thể hiện khả năng chịu cắt của dầm,

các dầm đƣợc gia cƣờng D2, D3, D4 có khả năng chịu cắt tăng đáng kể so với dầm

D1, khả năng chịu cắt của các dầm đƣợc tóm tắt trong bảng 1.2, ta thấy mặc dù hai

dầm D3 và D4 có hàm lƣợng tấm GFRP lớn hơn so với dầm D2 nhƣng khả năng

chịu cắt của hai dầm này lại nhỏ hơn so với dầm D2 vì chúng bị phá hoại sớm do

các chi tiết cấu tạo trong quá trình gia tải.

Trong nghiên cứu của tác giả [14] cho thấy kết quả thí nghiệm của tấm sợi

thủy tinh làm gia tăng đáng kể khả năng chịu cắt và làm tăng độ cứng, độ dẻo của

dầm.

Bên cạnh các nghiên cứu về vật liệu FRP tăng cƣờng kết cấu còn có những

công ty đã ứng dụng thi công trong việc gia cƣờng kết cấu:

- Trong đó có công ty Fyfe Asia đã áp dụng loại vật liệu FRP vào gia cƣờng

công trình xây dựng ở Việt Nam, công nghệ dán tấm Composite FRP đƣợc các đơn

vị thi công lựa chọn của hãng Fyfe, sau khi phối hợp với một số chuyên gia kết cấu

và một số tƣ vấn tiến hành nghiên cứu một cách đầy đủ. Công nghệ này đƣợc sử

dụng cho nhiều loại kết cấu khác nhau, gia cƣờng với nhiều hình dạng kết cấu và

với nhiều mục đích khác nhau, nhƣ công trình tòa nhà Intan Buidling ở Thành Phố

Hồ Chí Minh; công việc mà họ thực hiện là gia cƣờng dầm sàn tầng lững và lầu 1

bằng vật liệu CFRP; mục đích là nhằm tăng khả năng chịu tải sàn từ 500KG/m2 lên

thành 1000KG/m2, đáp ứng nhu cầu công năng mới trong quá trình sử dụng. Công

trình Khách Sạn Movenpick ở Thành Phố Hồ Chí Minh: nội dụng thực hiện là gia

cƣờng mặt trên sàn tầng lầu 1 bằng vật liệu CFRP, mục đích là thay đổi công năng

của khu vực sàn hiện hữu thành Business Center.

Một công hình điển hình tiếp trong việc gia cƣờng là nhà máy dệt Duy Thanh

thuộc khu công nghiệp Tân Bình Thành Phố Hồ Chí Minh, do nhu cầu mở rộng kinh

doanh, Công Ty TNHH Duy Thanh họ đã xây dựng thêm một nhà máy 3 tầng mới

để chứa nhiều máy móc tăng năng suất sản xuất. Trƣớc khi hoàn thành, các vết nứt

đã đƣợc tìm thấy trên bề mặt của sàn bê tông cốt thép và đƣợc phát triển cùng nhịp

của dầm bê tông cốt thép. Sau đó, tƣ vấn giám sát của chủ đầu tƣ đã xác định ra rằng

cốt thép lớp trên đã không định vị đúng miền bị dịch chuyển xuống miền dƣới trong

quá trình đúc bê tông sàn. Do đó lƣợng thép cần thiết cho chịu lực momen âm bị

thiếu. Các yêu cầu đối với việc tăng cƣờng sàn bê tông trở nên rõ ràng hơn khi tải

trọng của các thiết bị đã đƣợc đặt lên. Với các vấn đề kết cấu sàn bê tông cốt thép

trên đang gây chậm trễ cho việc lắp đặt các thiết bị, tất cả các phƣơng pháp thông

thƣờng để tăng cƣờng sàn bê tông cốt thép theo phƣơng pháp truyền thống đã đƣợc

xem xét nhƣng không đƣợc chấp nhận. Với sự giới thiệu của hệ thống TyFo ®

Fibrwrap ® Composite, đơn vị tƣ vấn dự án quyết định công ty Fyfe Asia của

Singapore để thi công xử lý sự cố trên. Với tính cấp thiết cao của giải pháp, công ty

Fyfe Asia đƣa ra giải pháp tăng cƣờng dầm sàn BTCT sau khi đánh giá tình hình

thực tế, đề xuất với kế hoạch thi công đã đƣợc phê duyệt trong một khoảng thời gian

ngắn bốn ngày. Vật liệu tấm sợi carbon CFRP trong hệ thống TyFo® Fibrwrap®

Composite đã đƣợc đề xuất nhằm cải thiện khả năng chịu uốn của dầm sàn bê tông

cốt thép.

Đề xuất nhằm gia cƣờng dầm sàn bê tông cốt thép bằng cách sử dụng tấm

CFRP đã đƣợc tƣ vấn của chủ đầu tƣ nhà máy sẵn sàng chấp nhận, việc gia cƣờng

sử dụng tấm CFRP đƣợc hoàn thành trong vòng một thời gian ngắn và không làm

bất kỳ sự chậm trễ nào trong việc lắp đặt các thiết bị tại nhà máy mới xây dựng này.

Qua thời gian khai thác nhà máy đến nay, kết cấu dầm sàn bê tông cốt thép gia

cƣờng bằng vật liệu CFRP ổn định và đảm bảo khả năng chịu lực.

Ở hình 1.6 để tăng cƣờng khả năng chịu lực của sàn bê tông cốt thép, ngƣời ta

dán thêm một lớp CFRP trên bề mặt sàn bằng lớp keo bám dính đƣợc ép sát giữa

tấm CFRP lên bề mặt sàn thông qua lớp bám dính, sau khi dán tấm CFRP lên bề mặt

sàn đạt cƣờng độ sau đó tiến hành hoàn thiện mặt nền sàn và đƣa vào khai thác sử

dụng. Việc gia cƣờng bằng phƣơng pháp này rất nhanh và tiết kiệm thời gian khả

năng tăng cƣờng độ cao.

Hình 1. 6: Sử dụng tấm CFRP dán tăng cƣờng kết cấu [Internet]

- Để gia cƣờng khả năng chống cắt cho dầm Cầu Chà Là có 2 nhịp với tổng

chiều dài là 31,2m; dầm cầu ứng suất trƣớc dạng chữ I, công trình này các yếu tố hƣ

hỏng chính là: nứt vách dầm trên toàn bộ chiều dài dầm; tại gần gối vết nứt lớn hơn

và có nhiều vết nứt trên một mặt cắt, xuất hiện một số vết nứt vuông góc với trục

dầm do mômen gây ra, mối nối dọc hƣ hỏng nặng, khe co giãn hƣ hỏng. Cầu Chà Là

đƣợc thay bản mặt cầu bằng bản mặt bê tông liên tục nhiệt, chạy trực tiếp để khắc

phục triệt để sự hƣ hỏng của mối nối dọc, khe co giãn giữa các nhịp, bổ sung dầm

ngang và căng cáp dự ứng lực cho dầm ngang, gia cƣờng dầm chủ bằng tấm CFRP

(Tyfo SCH41) gồm gia cƣờng mômen, gia cƣờng cắt và gia cƣờng nách dầm để

chống lại ứng suất do lực cắt của hoạt tải gây ra.

Ở hình 1.7 thể hiện việc dán sợi tăng cƣờng chống cắt dầm chủ cầu, hiệu quả

của việc sửa chữa và gia cƣờng trên cầu Chà Là là hệ dầm đã tạo thành một khối

vững chắc, không có các biến dạng đột biến nhƣ trƣớc khi chƣa sửa chữa; giá trị của

biến dạng và độ võng động đã giảm từ 50% đến 60%. Theo đánh giá, hiệu quả mang

lại nhƣ trên là nhờ ba yếu tố: thay bản mặt cầu dày từ 14cm đến 16cm; làm dầm

ngang và căng cáp dự ứng lực ngang; gia cƣờng dầm bằng CFRP.

Hình 1. 7: Dán tấm CFRP tăng cƣờng chống cắt dầm chủ của cầu [Internet]

Qua việc áp dụng công nghệ gia cƣờng kết cấu này vào hai công trình thực

tiễn ở Việt Nam đã hoàn thành và đƣa công trình vào khai thác sử dụng, cho thấy

hiệu quả của giải pháp sử dụng vật liệu CFRP để gia cƣờng kết cấu đã đem lại hiệu

quả đáng khả quan.

Trong luận văn này, việc nghiên cứu sự kết hợp đồng thời giữa tấm gia cƣờng

CFRP với dầm thép, cách thức gia cƣờng cho kết cấu thép, khảo sát tham số gia tấm

gia cƣờng để rút ra đƣợc các tham số đem lại hiệu quả nhất trong công tác gia

cƣờng, đề xuất quy trình tính toán thiết kế dầm thép gia cƣờng tấm CFRP.

Thiết lập các mô hình phân tích số đƣợc sử dụng để xác định hiệu quả của các

tấm CFRP gia cƣờng trên kết cấu dầm, so sánh đánh giá kết quả thu đƣợc từ mô

hình số và thí nghiệm, các tham số gia cƣờng hiệu quả thu đƣợc để làm cơ sở số liệu

đầu trong bài toán ứng dụng gia cƣờng tấm CFRP trên kết cấu dầm thép.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu này là:

- Nghiên cứu phƣơng pháp gia cƣờng tấm CFRP trên dầm thép chữ I và sử

dụng tấm gia cƣờng phù hợp nhằm tăng cƣờng khả năng kháng uốn của cấu kiện.

- Phân tích và tính toán để dự đoán sự phát triển khả năng kháng uốn của dầm

gia cƣờng tấm CFRP và dầm chƣa đƣợc gia cƣờng.

- Xây dựng mô hình trong môi trƣờng mô phỏng 3D nhằm xác định hiệu quả

của từng mô hình nhằm đƣa ra tham số tối ƣu nhất trong việc gia cƣờng tấm CFRP

trên cấu kiện dầm thép chữ I.

- Đối với vật liệu gia cƣờng cho kết cấu sử dụng tấm CFRP ở Việt Nam đa số

các đề tài sử dụng trong lĩnh vực bê tông, còn đối với thép theo học viên đây là đề

tài đầu tiên đƣợc nghiên cứu gia cƣờng tấm CFRP trên trên kết cấu dầm thép.

- Một trong những vấn đề quan tâm trong việc nghiên cứu ứng xử dầm thép

gia cƣờng tấm CFRP là khảo sát sự làm việc đồng thời giữa vật liệu gia cƣờng

CFRP và liên kết gia cƣờng với dầm thép thông qua lớp keo bám dính.

Do đó, mục đích của đề tài là nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm thép đƣợc

gia cƣờng tấm CFRP, so sánh sự tăng cƣờng độ của dầm sau khi gia cƣờng tấm CFRP

nhằm phục vụ hiệu quả trong công tác thiết kế gia cƣờng kết cấu thép của công

trình xây dựng.

1.3. Phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu bao gồm:

Khảo sát thực nghiệm quá trình gia cƣờng tấm CFRP trên dầm thép chữ I, vị

trí tấm gia cƣờng đƣợc dán mép dƣới của cánh dƣới dầm.

Phạm vi nghiên cứu này bao gồm: Dùng mô hình phân tích số để đối chứng

với kết quả thực nghiệm và dùng mô hình này để kiểm tra làm việc đồng thời vật

liệu gia cƣờng CFRP trên kết cấu dầm thép.

Phân tích, tính toán, xác định điều kiện các giới hạn để bố trí vật liệu gia

cƣờng hiệu quả nhất đƣa ra một quy trình tính toán cho dầm thép chữ I gia cƣờng

vật liệu CFRP.

- Nội dung nghiên cứu:

Nghiên cƣờng độ chịu uốn của dầm không gia cƣờng và dầm gia cƣờng, so

sánh khả năng tăng cƣờng độ của hai dầm.

Nghiên cứu tham số để đƣa ra các kết quả tham số tối ƣu trong việc gia cƣờng

tấm CFRP.

Sử dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Abaqus để mô

phỏng và phân tích ứng xử dầm thép gia cƣờng tấm CFRP cũng đƣợc áp dụng trong

phần nghiên cứu này.

Vận dụng kết quả khảo sát tham số ứng dụng cho bài toán thực hành và đề

xuất quy trình tính toán dầm thép gia cƣờng tấm CFRP.

- Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu:

Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô phỏng Abaqus, phân tích các thông tin

khoa học liên quan đƣợc công bố qua các tài liệu nhƣ sách, báo, các tiêu chuẩn thiết

kế trong và ngoài nƣớc.

Khảo sát hai loại dầm thép nhịp đơn giản gia cƣờng tấm CFRP chịu tải trọng

tập trung ở vị trí giữa dầm và chịu hai tải trọng tập trung, sử dụng một dầm thép

hình chữ I có chiều dài L đƣợc gối trên một đầu gối cố định và một đầu gối di

động, dầm có chiều rộng là b, chiều cao là h, đƣợc dán bởi tấm gia cƣờng CFRP

bằng chất bám dính keo Epoxy.

Hình 1. 8: Sơ đồ kết cấu dầm gia cƣờng chịu uốn 4 điểm

Ở hình 1.8 là sơ đồ kết cấu dầm gia cƣờng sử dụng trong việc nghiên cứu

kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng Abaqus và thực nghiệm.

Hình 1. 9: Sơ đồ kết cấu dầm gia cƣờng chịu uốn ba điểm

Hình 1.9 là sơ đồ kết cấu sử dụng trong việc nghiên mô phỏng bằng phần

mềm Abaqus để khảo sát tham số tấm gia cƣờng CFRP

1.4 Vật liệu composite FRP

1.4.1. Cấu tạo và đặc trƣng vật liệu composite CFRP

Vật liệu FRP (Fiber Reinforced Polymer) là một dạng vật liệu composite

đƣợc chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó có ba loại vật liệu sợi thƣờng đƣợc sử

dụng là sợi carbon CFRP, sợi thủy tinh GFRP và sợi aramid AFRP. 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.

a)Dạng tấm b) Dạng cuộn c)dạng chế tạo sẵn d)Dạng thanh e) Dạng băng

Hình 1. 10: Các dạng vật liệu Composite FRP [Internet]

Các dạng CFRP ở hình 1.10 dùng trong xây dựng thƣờng có các dạng nhƣ:

CFRP dạng tấm, CFRP dạng thanh, CFRP dạng cáp, CFRP dạng vải, dạng cuộn …

Trong sửa chữa và gia cố công trình xây dựng thƣờng dùng các loại FRP dạng tấm

và dạng vải.

Trong xây dựng, các loại vật liệu FRP thƣờng đƣợc sử dụng nhất là của các

hăng sản xuất: MBrace, Tyfo, Sika, S&P …

Hình 1. 11: Cấu tạo vật liệu FRP [13]

Vật liệu composite FRP đã đƣợc thử nghiệm trong những điều kiện khắc

nghiệt để chứng thực độ bền theo thời gian [13]. Vật liệu composite FRP còn có

khả năng tăng cƣờng kháng chấn rất hiệu quả và đã đƣợc chứng minh trong trận động

đất lớn tại Đài Loan, Los Angeles, Salvador, Nhật Bản, Indoniesia và Trung Quốc.

Hình 1. 12: Quan hệ ứng suất và phần trăm biến dạng vật liệu FRP [13]

Ở hình 1.12 biểu đồ thể hiện ứng suất chịu kéo, nén của các loại vật liệu FRP,

đánh giá về khả năng chịu kéo, nén dối với từng loại sợi, trong các loại sợi trên sợi

cacbon có khả năng chịu kéo tốt nhất.

1.5 Kết luận chƣơng

Thông qua việc mô tả trong phần nghiên cứu sơ lƣợc đã giới thiệu chƣơng

này đã chỉ ra một số tác nhân dẫn đến sự suy giảm khả năng chịu lực của cấu kiện

thép trong công trình xây dựng, ƣu điểm và nhƣợc điểm của một số phƣơng pháp

gia cƣờng kết cấu thép cổ điển, giới thiệu ƣu điểm vật liệu CFRP về đặc tính cƣờng

độ, sự kết hợp làm việc giữa dầm thép và vật liệu gia cƣờng CFRP đáp ứng cho

công tác thiết kế, sơ lƣợc các nghiên cứu nƣớc ngoài về về sự làm việc, và khả năng

tăng sức chịu tải của dầm thép có tấm gia cƣờng CFRP. Qua đó, nhận thấy đƣợc tính

cấp thiết và thực tiễn của đề tài, trong việc nghiên cứu sử dụng tấm CFRP để tăng

cƣờng khả năng chịu tải của dầm thép là một vất đề cần quan tâm nghiên cứu kỹ

lƣỡng nhằm ứng dụng vào thực tiển một cách rộng rãi.

CHƢƠNG 2

ỨNG DỤNG ABAQUS TRONG MÔ PHỎNG BÀI TOÁN GIA

CƢỜNG CFRP CHO DẦM THÉP

2.1 Tổng quan về Abaqus

Hiện nay Abaqus là một phần mềm lớn dùng để mô phỏng công trình dựa

trên phƣơng pháp phần tử hữu hạn, phạm vi giải quyết bài toán từ phân tích tuyến

tính đơn giản đến phân tích bài toán phi tuyến phức tạp. Abaqus có kho phần tử

phong phú có thể mô phỏng với nhiều hình dạng kết cấu đơn giản đến phức tạp,

đồng thời kho mô hình vật liệu phong phú có thể mô phỏng đại đa số tính năng vật

liệu công trình điển hình, trong đó các vật liệu nhƣ kim loại, bê tông, gỗ, nhựa và

các loại vật liệu phức tạp. Abaqus không chỉ giải quyết vấn đề về phân tích kết cấu

mà còn mô phỏng đƣợc bài toán về dẫn nhiệt, truyền sóng, điện tử, môi trƣờng thổ

nhƣỡng, phân tích cơ học trong môi trƣờng điện áp.

Môi trƣờng trong Abaqus thân thiện với ngƣời sử dụng, sử dụng tƣơng đối

đơn giản, những vấn đề phức tạp nhất cũng có thể rất dễ dàng thiết lập mô hình, ví

dụ nhƣ công trình có nhiều bộ phận khác nhau có các đặc trƣng vật liệu khác nhau

có thể thông qua định nghĩa từng bộ phận và từng loại mô hình vật liệu sau đó gán

và ghép lại với nhau thành một mô hình hoàn chỉnh. Abaqus có khả năng lựa chọn

các giá trị tham số trong quá trình phân tích và không ngừng điều chỉnh tham số để

thu về hiệu quả cao nhất.

2.2 Mô tả thí nghiệm (Theo Talat Salama and Ahmed [15])

Trong toàn bộ thí nghiệm này học viên đã nêu lại kết quả thực nghiệm của tác

giả Dr. Talat Salama and Mr. Ahmed Abd-El-Meguid [15]. Phạm vi nghiên cứu này

chỉ giới hạn trong việc gia cƣờng dầm thép tăng khả năng chịu uốn, không có tăng

cƣờng khả năng chịu lực cắt. Dầm thép cho công việc thử nghiệm đã đƣợc lựa chọn

để có đủ khả năng chịu lực cắt xuyên suốt quá trình gia tải. Trọng tâm chính là tăng

khả năng chịu tải của dầm bằng cách sử dụng các cấu trúc của tấm gia cƣờng CFRP.

Chỉ thực hiện tăng cƣờng trong phòng thí nghiệm

2.2.1 Quy trình thực hiện thí nghiệm

2.2.1.1. Chuẩn bị chi tiết mẫu

Sử dụng 2 dầm thép hình chữ I đƣợc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm nhƣ

hình 2.1, để khảo sát hiệu quả sử dụng qua các cấu trúc gia cƣờng khác nhau của

tấm gia cƣờng CFRP để tăng cƣờng độ và độ cứng của dầm. Kích thƣớc dầm mẫu

chƣa đƣợc gia cƣờng là và dầm gia cƣờng có cùng kích thƣớc tiết diện, thông qua

thí nghiệm hai dầm này dùng để so sánh kết quả về khả năng tăng sức chịu tải của

dầm đƣợc gia cƣờng.

Bảng 2. 1: Tổng hợp vị trí và kích thƣớc tấm gia cƣờng CFRP [15]

Chiều Chiều

dài rộng Tên dầm Cấu trúc gia cƣờng CFRP CFRP CFRP

(mm) (mm)

(Dầm mẫu)

Dầm 1 Không gia cƣờng --- ---

Dầm 2 Một dải dƣới mặt dƣới của cánh dƣới 3200 100

Bảng 2. 2: Tính chất cơ học của CFRP với nhà sản xuất (Fyfe, 2006) [15]

Mô đun kéo, E 155 GPa

Độ bền kéo, fu 2790 MPa

Hàm lƣợng chất xơ 68%

Độ dày tấm CFRP (mm) 1.40-2.00

Hình 2. 1: Vị trí gia cƣờng tấm CFRP và sơ đồ kết cấu

Vật liệu CFRP sử dụng trong thí nghiệm này đƣợc lấy từ công ty FYFE, chất

kết dính Epoxy đƣợc sử dụng với độ dính kết cao, dầm thép chữ I cán nóng sử dụng

thép CT3, Epoxy là một chất kết dính acrylic hai thành phần, liên kết nhiều loại vật

liệu bằng kim loại và polyme đƣợc gia cố bằng sợi. Nó cung cấp cƣờng độ và va đập

cao ngay ở trong môi trƣờng thấp, đồng thời là chất cách điện giữa tấm CFRP và

thép để ngăn chặn sự ăn mòn do dòng điện trong quá trình điện phân.

2.2.1.2 Quá trình chuẩn bị gia cƣờng

Quá trình chuẩn bị gia cƣờng gồm việc chuẩn bị bề mặt, lắp ghép các tấm

CFRP và thiết bị đo biến dạng, định vị tấm gia cƣờng trên dầm thử nghiệm, và đặt

LVDT (biến áp biến đổi tuyến tính) ở điểm giữa. Tất cả các thiết bị đo lƣờng sau đó

đã đƣợc kết nối với hệ thống thu thập dữ liệu, để lắp các tấm CFRP mặt dƣới cánh

dƣới phải đƣợc chuẩn bị bằng các phƣơng pháp mài mòn. Epoxy đã đƣợc thoa đều

trên bề mặt bằng cách sử dụng dụng cụ súng thoa keo.

Trình tự thực biện công việc gia cƣờng đƣợc thực hiện nhƣ sau:

Tấm CFRP sau khi đã đƣợc cắt tành từng tấm chiều dài và chiều rộng theo

yêu cầu, tiến hành làm phẳng bề mặt tấm CFRP nhƣ ở hình 2.2, sử dụng máy

chuyên dụng để làm nhẵn bề mặt, đồng thời vệ sinh sạch bề mặt dán cánh dƣới của

dầm chữ I.

Hình 2. 2: Làm phẳng bề mặt CFRP [15]

Sau khi bề mặt tiếp giáp đã chuẩn bị xong, các vị trí dán đã đƣợc vạch sẵn trên dầm

chữ I, tiến hành thoa keo lên bề mặt tấm CFRP (keo Epoxy hai thành phần) nhƣ ở

hình 2.3, quá trình thoa keo đảm bảo cho trên bề mặt dán đƣợc đều, tránh trƣờng

hợp keo không đủ tiếp xúc.

Hình 2. 3:Thoa keo Epoxy trên bề mặt đã đƣợc chuẩn bị [15]

Khi bề mặt thoa keo đã phủ đều trên tấm dán CFRP tiến hành dán theo vị trí

đã định vị sẵn ở hình 2.4.

Hình 2. 4: Dán các tấm gia cƣờng vào dầm thép [15]

Để bề mặt tiếp xúc tốt nhất giữa tấm CFRP và dầm thép cần sử dụng tấm ván

để ép tấm CFRP đều lên bề mặt và dùng các cùm lực, nhằm tạo áp lực đồng đều và

lớp keo đƣợc phủ đều giữa hai phần tử liên kết nhƣ ở hình 2.5, quá trình này đƣợc

cố định đến khi keo đông kết cứng.

Hình 2. 5: Cùm bề mặt tạo áp lực lên tấm CFRP [15]

Khi thời gian hoàn thành việc gia cƣờng, tiến hành lắp đặt dầm vào vị trí

khung giá để lắp đặt thiết bị đo biến dạng ở hình 2.6

Hình 2. 6: Sơ đồ thí nghiệm, bố trí các thiết bị đo [15]

Các thiết bị đo đƣợc bố trí cụ thể nhƣ ở hình 2.6 và hình 2.7, gồm các Strain

Gages đo biến dạng.

Hình 2. 7: Kích thƣớc và vị trí đo biến dạng [15]

2.2.1.3 Thiết bị đo thông số thí nghiệm

Một số đầu ra đƣợc yêu cầu cho thử nghiệm: là thiết bị đo biến dạng, thiết bị

đọc tải trọng.

- Strain Gages

Các máy đo biến dạng đƣợc sử dụng trong thí nghiệm này có điện trở 350.0 ±

0.3% ohms, đủ để đo cƣờng độ thép và CFRP. Thiết bị đo độ bền cao là thích hợp

hơn vì nó làm giảm tỷ lệ tạo nhiệt bằng cho cùng một điện áp, áp dụng qua thiết bị

đo.

Thiết bị đo biến dạng là một thiết bị rất nhạy cảm có khả năng ghi nhận các

hiệu ứng rất nhỏ, vì vậy cần phải chú ý rất nhiều đến chi tiết để đảm bảo ổn định, lắp

đặt không bị cong vênh. Các máy đo biến dạng đƣợc dán bằng keo vào bề mặt dầm

và vị trí cần đo.

Các bƣớc dán dụng cụ Strain gages bao gồm: chuẩn bị bề mặt, liên kết Strain

gages bằng keo dán, và kết nối Strain gages vào hệ thống thu thập dữ liệu hình 2.7.

- Thiết bị đo tải trọng và chuyển vị

Thiết bị đo tải trọng là một thiết bị điện tử dùng để đo lực, nó chuyển đổi các

lực tƣơng ứng thành tín hiệu điện và thu thập vào máy thu dữ liệu. Thiết bị đo này

dung để xuất kết quả vẽ biểu đồ tải trọng và chuyển vị.

- Hệ thống thu thập dữ liệu

Hệ thống thu thập dữ liệu đƣợc sử dụng là máy đo VISHAY 5100B, đặc điểm

quan trọng nhất của thiết bị này là nó quét và số hóa 20 cổng đầu vào trong vòng

1ms. Thiết bị thu thập dữ liệu này cũng cung cấp dữ liệu ổn định, chính xác cao cho

hiệu suất tĩnh nhanh. Số kênh tối đa cần thiết trong bất kỳ thử nghiệm nào thƣờng là

19 cổng, thiết bị này đƣợc gắn dây đo đến hệ thống thu thập dữ liệu.

2.2.1.4 Tiến hành thí nghiệm

Sau khi dầm đƣợc đặt trong khung thử nghiệm và đƣợc gắn tất cả các thiết bị

đo, bắt đầu tiến hành thí nghiệm, quá trình gia tải và giám sát quá trình thu thập số

liệu từ các thiết bị đo đƣợc máy ghi và thu kết quả, đảm bảo tất cả các dữ liệu đƣợc

đo liên tục, quá trình gia tải ở mức độ chậm và đều, đảm bảo trải trọng tác dụng ở

trạng thái tĩnh cho đến giai đoạn phá hủy của dầm nhƣ hình 2.8, thí nghiệm kết thúc

khi đồng hồ đo áp lực báo áp lực giảm dần.

Hình 2. 8: Dầm bị phá hủy khi kết thúc thí nghiệm [15]

2.2.1.5 Kết quả thí nghiệm

Dựa vào các thiết bị đo đƣợc đặt trên hai dầm thí nghiệm, kết quả đƣợc biểu

thị qua đồ thị tải trọng và giới hạn chuyển vị ở gia đoạn đàn hồi chuyển sang trạng

thái dẻo theo TCVN 5574-2012 là L/200 [6], các số liệu đƣợc lập thành bảng tổng

hợp dƣới đây.

Hình 2. 9: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 1 và dầm 2 [15]

Bảng 2. 3: Kết quả 2 dầm thí nghiệm [15]

Đàn hồi Dẻo Độ lệch tải

Tên dầm Tỷ lệ độ dẻo Dẻo Chuyển vị (mm) Chuyển vị (mm) Đàn hồi

Dầm 1 Dầm 2 27 27 Tải trọng (kN) 100 113 97 97 Tải trọng (kN) 119 193 0.0 3.6 - 13% - 62%

Hình 2.9 kết quả cho thấy sau khi thí nghiệm 2 dầm trong giai đoạn đàn hồi,

dầm thứ nhất không đƣợc gia cƣờng có giá trị 100KN ở mức chuyển vị 27mm, dầm

thứ hai gia cƣờng tấm CFRP cùng độ chuyển vị tải trọng là 113KN, giai đoạn dẻo ở

cùng mức chuyển vị dầm thứ nhất 119KN, dầm thứ hai 193KN có độ lệch tải trọng

là 62%.

Qua việc khảo sát thí nghiệm của hai dầm thép hình chữ I, trong đó một dầm

gốc không gia cƣờng, một dầm còn lại đƣợc gia cƣờng theo cấu trúc gia cƣờng nhƣ

hình 2.1. Kết quả thực nghiệm này cho thấy khả năng làm việc đồng thời giữa tấm

CFRP và dầm thép, hơn nữa khả năng tăng sức chịu tải của dầm gia cƣờng tất cao,

vì vây đã mở ra hƣớng phát triển về việc gia cƣờng tấm CFRP cho kết cấu thép đầy

hứa hẹn trong tƣơng lai.

2.3 Mô phỏng bằng Abaqus và đối chiếu với kết quả thực nghiệm

2.3.1 Kỹ thuật lập mô hình

Dựa vào những đặt điểm tính năng đa dạng và thân thiện trong việc xây dựng

mô hình, nên học viên đã sử dụng phần mềm Abaqus để mô phỏng phân tích kết cấu

so sánh đối chứng với kết quả thực nghiệm đã đƣợc mô tả trên.

Chi tiết mô hình:

Bƣớc đầu tạo mô hình từ các mô hình thực nghiệm dựa vào kích thƣớc hình

học của dầm cùng với cấu trúc tấm gia cƣờng CFRP, lớp keo dính đƣợc định nghĩa

trên trên mô hình, đồng thời xác định vị trí gia cƣờng trên mỗi phần tử khác của

dầm khác nhau.

Các loại đặc tính cơ học của từng loại vật liệu đƣợc định nghĩa và gán tƣơng

ứng với từng lớp cấu tạo.

Tải đƣợc sử dụng nhƣ là tải trọng đơn vị đặt tập trung ở vị trí bản kê gắn

liên kết bề mặt tiếp xúc với dầm trong mô hình nhƣ hình 2.10.

Hình 2. 10: Định nghĩa tải trọng tập trung

Hình 2. 11: Định nghĩa điều kiện biên vị trí gối cố định

Hình 2. 12: Định nghĩa điều kiện biên vị trí gối di động

2.3.1.1 Các thành phần kết dính và mô hình vật liệu keo.

ABAQUS đƣa ra một mô hình phá hoại cho phép dự đoán sự phát phá hoại

đối với các vật liệu dòn-dẻo với vật liệu ứng xử đẳng hƣớng, chẳng hạn nhƣ tấm gia

cƣờng CFRP.

Mô hình này chủ yếu đƣợc sử dụng với các vật liệu gia cố sợi vì chúng

thƣờng có cùng tính chất ứng xử nhƣ vậy.

Trong môi trƣờng ABAQUS cung cấp một số thƣ viện các phần tử cố kết để

mô phỏng ứng xử của các mối nối keo, các giao diện trong vật liệu composite, và

các trƣờng hợp khác qua các giao diện thích hợp. Thành phần gắn kết COH3D8 đại

diện cho epoxy đƣợc sử dụng để gắn kết tấm gia cƣờng CFRP với dầm thép.

Mô hình hóa các thành phần gắn kết bao gồm việc lựa chọn loại phần tử

thích hợp và xác định ứng xử cơ học của các phần tử để chọn phƣơng pháp gắn kết

thích hợp, đối với mô hình này, việc khai báo các lớp trong vật liệu Composite

thƣờng liên quan đến sự liên kết với dầm qua vật liệu keo trung gian rất mỏng, ở đây

ta có thể bỏ qua độ dày của vật liệu keo.

Mô hình hóa với các thành phần gắn kết bao gồm các bƣớc: Bƣớc đầu tiên là

chọn loại nguyên tố thích hợp, bao gồm các phần tử cố kết trong mô hình phần tử

hữu hạn, kết nối chúng với các thành phần khác và tìm hiểu các vấn đề mô hình hóa

điển hình phát sinh trong quá trình mô hình bằng các phần tử gắn kết. Bƣớc thứ hai

là xác định hình dạng ban đầu của các phần tử cố kết. Thứ ba, ứng xử cơ học của

các thành phần gắn kết có thể đƣợc xác định bởi mô hình cấu thành liên tục, mô

hình cấu tạo dựa trên các thành phần tiếp xúc với nhau nhƣng không liên kết.

2.3.1.2 Giới hạn bề mặt

Hình 2.13 Khai báo điều kiện tƣơng tác giữu hai bề mặt đƣợc giới hạn đã

đƣợc xác định trƣớc, sau đó một bề mặt đƣợc chọn làm bề mặt chủ, còn mặt kia

đƣợc chọn làm bề mặt phụ và phụ thuộc theo sự biến dạng của bề mặt chủ.

Hình 2. 13: Ràng buộc hai bề mặt tƣơng tác

2.3.2 Mô phỏng Abaqus từ kết quả thực nghiệm

2.3.2.1 Xây dựng mô hình ba chiều dầm chữ I

Hình 2. 14: Cửa sổ Create Part

Từ Module trên thanh môi trƣờng, lựa chọn công năng Part

Trên vùng công cụ nhấn biểu tƣợng (Create Part) > Xuất hiện cửa sổ Create

Part nhƣ hình 2.14, trong cửa sổ này Name: Damdon; Modeling Space: 3D; Type:

Deformable; Base Feature > Shape: Solid; Base Feature > Type: Extrusion;

Approximate size: 1000; cuối cùng nhấn Continue…khởi động giao diện vẽ đồ họa

hai chiều

Sau khi khởi động giao diện vẽ đồ họa hai chiều, nhấn biểu tƣợng

(Create Lines: Connected)

trên vùng công cụ, ở vùng thông báo hiển thị “ Pick a starting point for the line – or

enter X,Y:” (chọn điểm bắt đầu của đƣờng thẳng hoặc nhập tọa độ X, Y), nhập tọa độ

X, Y sẽ đƣợc nhƣ Hình 1.5

Hình 2. 15: Mặt cắt ngang dầm chữ I

Sau khi hoàn thành vẽ mặt cắt dầm hình chữ I, vùng thông báo hiển thị nhƣ

hình 2.15, nhấn nút Done xuất hiện cửa sổ Edit Base Extrusion nhƣ hình 3.16. Depth: 4300, sau đó nhấn OK để xác nhận và thoát khỏi cửa sổ, mô hình dầm chữ I sau khi hoàn thành cho ở hình 3.17.

Hình 2. 16: Cửa sổ Edit Base Extrusion

Hình 2. 17: Mô hình ba chiều dầm thép hình

2.3.2.2 Xây dựng mô hình tấm CFRP

Trên vùng công cụ nhấn biểu tƣợng (Create Part) >

Xuất hiện cửa sổ Create Part nhƣ hình 2.18. Trong

cửa sổ này Name: Damdon; Modeling Space: 3D;

Type: Deformable; Base Feature > Shape: Shell;

Base Feature > Type: Extrusion; Approximate size:

1000; cuối cùng nhấn Continue…khởi động giao

diện vẽ đồ họa hai chiều.

Sau khi khởi động giao diện vẽ đồ họa hai chiều,

nhấn biểu tƣợng (Create Lines: Connected) trên

vùng công cụ, ở vùng thông báo hiển thị “

Hình 2. 18: Cửa sổ Create Part

Pick a starting point for the line – or enter X,Y:” (chọn điểm bắt đầu của đƣờng

thẳng hoặc nhập tọa độ X, Y), nhập tọa độ X, Y sẽ đƣợc giao diện Hình 4.19

Hình 2. 19: Mô hình tấm CFRP

Cũng từ trên hộp thoại (Create Part) thiết lập các bản kê đặt tải trọng, ở đây có

hai vị trí đặt lực nên có 2 mô hình bản kê ở hình 2.20.

Hình a. Bản kê 1 Hình b. Bản kê 2

Hình 2. 20: Mô hình bản kê đặt lực

2.3.3 Khai báo vật liệu

Dựa vào đặt trƣng của từng mô hình phần tử khác nhau, khai báo các thành

phần vật liệu tƣơng ứng cho từng phần tử

2.3.3.1 Khai báo vật liệu thép

Trên vùng thanh công cụ chọn Property > Material hộp thoại nhƣ hình 2.21

xuất hiện, trong hộp thoại này khai báo các thông số nhƣ mô đun đàn hồi, hệ số

poisson’s, cƣờng độ của thép.

Hình 2. 21: Hộp thoại Edit Material

2.3.3.2 Vật liệu CFRP

Trên vùng thanh công cụ chọn Property>Material hộp thoại nhƣ hình 2.21

xuất hiện, trong hộp thoại này khai báo vật liệu cho tấm CFRP theo mô hình

Hashin, trong hộp thoại khai báo các thong số.

- Độ kéo dọc (Longitudinal tensile strength) = 3790 N/mm2 - Độ nén dọc (Longitudinal compressive strength) = 2000 N/mm2 - Độ bền kéo ngang (Transverse tensile strength) = 1800 N/mm2 - Cƣờng độ nén ngang (Transverse compressive strength) = 1000 N/mm2 - Cƣờng độ cắt dọc (Longitudinal shear strength) = 500 N/mm2 - Độ sâu cắt ngang (Transverse shear strength) = 500 N/mm2

Các thông số này đƣợc khai báo trong hộp thoại hình 2.22

Hình 2. 22: Hộp thoại Edit Material

Trong thẻ Damage evolution khai báo các thông số:

- Năng lƣợng kéo nứt theo chiều dọc (Longitudinal tensile fracture energy)

= 50 kg.mm2/s2 (μJ)

- Năng lƣợng nứt gãy theo chiều dọc (Longitudinal compressive fracture

energy) = 50 kg.mm2/s2 (μJ)

- Năng lƣợng nứt của lực kéo ngang (Transverse tensile fracture energy) =

10 kg.mm2/s2 (μJ)

- Năng lƣợng nứt gãy ngang (Transverse compressive fracture energy) = 10

kg.mm2/s2 (μJ)

Thông số này đƣợc khai báo trong hộp thoại theo hình 2.23

Hình 2. 23: Hộp thoại Damage Evolution

Trong thẻ Damage Stabilization khai báo các thông số đƣợc tham khảo trong

giáo trình hƣớng dẫn sử dụng phân tích Abaqus 2007:

- Hệ số độ nhớt theo chiều dọc chịu kéo (Viscosity coefficient in the

longitudinal tensile direction) = 0.001

- Hệ số độ nhớt theo hƣớng nén dọc (Viscosity coefficient in the

longitudinal compressive direction) = 0.001

- Hệ số độ nhớt theo hƣớng kéo ngang (Viscosity coefficient in the

transverse tensile direction) = 0.005

- Hệ số độ nhớt theo hƣớng nén ngang (Viscosity coefficient in the

transverse compressive direction) = 0.005

Các thông số này đƣợc khai báo trong hộp thoại hình 2.23

Hình 2. 24: Hộp thoại Damage Stabilization

Thẻ Elastic khai báo các thông số đƣợc tham khảo trong giáo trình hƣớng dẫn

sử dụng phân tích Abaqus 2007:

- E1 Mô đun theo chiều dọc (Young’s modulus in Longitudinal Direction) =

231000 N/mm2

- E2 Mô đun theo chiều ngang (Young’s modulus in Transverse Direction)

= 200000 N/mm2

- Nu12 Hệ số poison’s (Poisson’s Ratio) = 0 N/mm2 - G12 Mô đun cắt (Shear Modulus) = 600 N/mm2

Các thông số này đƣợc khai báo ở Hình 2.25

Hình 2. 25: Hộp thoại Elastic

2.3.4 Gán vật liệu

2.3.4.1 Gán vật liệu cho phần tử dầm

Trên thanh công cụ chọn biểu tƣợng suất hiện hộp thoại Edit Section

Assignment, Cửa sổ Section chọn Stell đã đƣợc định nghĩa nhƣ trong Hình 4-26

Hình 2. 26: Gán vật liệu cho phần tử dầm thép

2.3.4.2 Gán vật liệu cho phần tử CFRP

Trên thanh công cụ chọn biểu tƣợng suất hiện hộp thoại Edit Section,

trong hộp thoại chọn chiều dày của tấm CFRP có độ dày 1.4mm tại mục Value,

đồng thời gán vật liệu cho phần tử tấm CFRP nhƣ trong Hình 2.27

Hình 2. 27: Gán vật liệu cà chiều dày tấm CFRP

2.3.4 Ghép các phần tử

- Mô hình dầm gia cƣờng đƣợc ghép các phần tử lại với nhau, trong đó gồm:

dầm thép hình chữ I, bản kê tại vị trí đặt lực và tấm gia cƣờng CFRP.

- Tại thanh công cụ chọn hộp thoại Create Instance xuất hiện nhƣ hình

2.28

Hình 2. 28: Ghép phần tử

Trong hộp thoại gồm có ba đối tƣợng đƣợc định nghĩa ở trên và chọn để ba

đối tƣợng này xuất hiện trên cùng một giao diện, sau đó chọn đối tƣợng nhƣ bản

kê ghép vào vị trí đặt lực tập trung, tấm gia cƣờng đặt ở vị trí dƣới bản cánh

dƣới của dầm chữ I. Việc thực hiện ghép các đối tƣợng này theo chế độ truy bắt

điểm, kết quả thực hiện việc ghép các đối tƣợng dầm gia cƣờng trở thành nhƣ

hình 2.29.

Hình 2. 29: Mô hình dầm gia cƣờng

2.3.5 Chia mắt lƣới cho đối tƣợng

- Việc chia lƣới cho các đối tƣợng cần quan tâm đến sự tƣơng tác giữa các

đỉnh của từng ô lƣới giữa đối tƣợng này với đối tƣợng kia, sao cho các đỉnh ô

lƣới trùng với nhau để tham gia lien kết trong một hệ làm việc tốt nhất.

- Ở thanh công cụ chọn hộp thoại Global Seeds nhƣ hình 2.30 chọn kích

thƣớc ô lƣới 50 và tƣơng tự nhƣ các đối tƣợng khác.

Hình 2. 30: Chia ô lƣới

Kết quả chia ô lƣới ở các đối tƣợng gồm bản đệm, dầm thép hình chữ I và tấm

gia cƣờng CFRP đƣợc thể hiện nhƣ hình 2.31

a) Ô lƣới tấm CFRP b) Ô lƣới bản kê

b) Ô lƣới dầm thép

Hình 2. 31: Chia ô lƣới các đối tƣợng

2.3.6 Khai báo điều kiện biên

Sơ đồ kết cấu sử dụng ở đây là dầm đơn giản, một đầu gối cố định và một gối

di động đƣợc gán cho mô hình.

Trên thanh công cụ chọn hộp thoại ở hình 2.32

Hình 2. 32: Định nghĩa điều kiện biên

Trong hộp thoại hình 2.33: đƣợc định nghĩa bởi hai gối, một gối cố định và

một gối di động, bằng cách gán điều kiện biên bởi các chuyển vị U1, U2, U3. Kết

quả định nghĩa đƣợc thể hiện ở hình 2.33

a) Gối cố định b) Gối di động c) Mô hình gán

Hình 2. 33: Khai báo điều kiện biên

2.3.7 Khai báo bề mặt tƣơng tác

Việc thiết lập bề mặt tƣơng tác giữa các đối tƣợng liên kết lại với nhau trong

cùng một mô hình tỏng quát rất quan trọng, vì các thành phần liên kết này nó quyết

định đến sự tƣơng tác lẫn nhau trong mô hình, kết quả phân tích khác nhau khi thiết

lập bề mặt tƣơng tác khác nhau.

Trong mô hình 3D chúng ta cần xây dựng hai đối tƣợng tƣơng tác, một là liên

kết cứng giữa tấm bản đệm đặt tải trọng với dầm, hai là tấm CFRP liên kết với dầm

thông qua chất kết dính.

Tƣơng tác bề mặt là liên kết dạng tiếp xúc đƣợc khai báo ở hình 2.34, bề mặt

tƣơng tác chính là mặt tiếp xúc cánh trên của dầm chữ I, còn bề mặt tiếp xúc phụ là

bề mặt dƣới của bản đệm đặt tải.

Tƣơng tác bề mặt là liên chất kết dính đƣợc khai báo ở hình 2.35, bề mặt

tƣơng tác chính là mặt tiếp xúc cánh dƣới của dầm chữ I, còn bề mặt tiếp xúc phụ là

bề mặt trên của tấm gia cƣờng CFRP.

Hình 2. 34: Liên bề mặt tiếp xúc

Hình 2. 35: Liên kết chất kết dính

2.3.8 Định nghĩa và gán tải trọng

Tải trọng đƣợc định nghĩa là lực tập trung, điểm đặt lực là vị trí trọng

tâm của bề mặt trên bản đệm theo hình 2.36 dƣới đây:

a) Khai báo tải trọng b) Điểm đặt tải trọng

Hình 2. 36: Khai báo và gán tải trọng

2.4. Phân tích kết quả

Sau khi hoàn tất các bƣớc thiết lập và khai báo mô hình nhƣ trên tiến hành

phân tích và xử lý kết quả

Hình 2. 37: Kết quả mô hình phân tích

Ở hình 2.37 đƣợc trích xuất từ việc phân tích, tính toán trong môi trƣờng

Abaqus, kết quả tính toán đƣợc hiện thị qua số và các dãi màu tƣơng ứng với giá trị

ứng xuất phát sinh trên suốt chiều dài dầm.

2.5 Đánh giá kết quả giữa thí nghiệm và mô phỏng Abaqus

Qua quá trình thí nghiệm của hai dầm, dầm không gia cƣờng và dầm có gia

cƣờng tấm CFRP của tác giả trên, kết quả đƣợc thể hiện qua biểu đồ liên hệ giữa tải

trọng và chuyển vị đƣợc thể hiện ở hình 2.38

Hình 2. 38: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng và không gia

cƣờng (kết quả từ phòng thí nghiệm)

Bảng 2. 4: Bảng kết quả so sánh độ lệch tải trọng theo thí nghiệm

Giai đoạn đàn Độ lệch tải STT Giai đoạn dẻo hồi trọng (%)

Tải Chuyển Tải Chuyển Đàn Tên dầm trọng vị trọng vị Dẻo hồi (KN) (mm) (KN) (mm)

Không gia cƣờng 100 45 120 175

Gia cƣờng CFRP 140 45 194 175 40% 62%

Dựa vào các thành phần tổ hợp gia cƣờng từ phòng thí nghiệm, xây dựng mô

hình phân tích trong môi trƣờng Abaqus kết quả đƣợc biểu thị thông qua biểu đồ tải

trọng và chuyển vị ở hình 2.39

Hình 2. 39: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng và không gia

cƣờng (kết quả từ phòng mô phỏng Abaqus)

Hình 2. 40: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị giữa trong phòng thí nghiệm và mô

phỏng Abaqus

Bảng 2. 5: Bảng kết quả so sánh độ lệch tải trọng theo Abaqus

Giai đoạn đàn Độ lệch tải STT Giai đoạn dẻo hồi trọng (%)

Tải Chuyển Tải Chuyển Đàn Tên dầm trọng vị trọng vị Dẻo hồi (KN) (mm) (KN) (mm)

Không gia cƣờng 100 25 120 175

Gia cƣờng CFRP 151 25 194 175 51% 62%

Hình 2. 41: Biểu đồ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng và không gia cƣờng

Nhận xét: Dựa vào kết quả biểu đồ ở hình 2.38, hình 2.39, hình 2.40, hình

2.41, bảng tổng hợp bảng 2.3, bảng tổng hợp 2.4 nhận thấy rằng:

Tải trọng trong giai đoạn đàn hồi giữa kết quả từ thí nghiệm ở dầm không gia

cƣờng là 151KN, từ Abaqus là 100KN, đối với dầm gia cƣờng kết quả từ thí nghiệm

151KN, từ Abaqus 149KN.

Tải trọng trong giai đọan dẻo kết quả từ thí nghiệm ở dầm không gia cƣờng

120KN, dầm gia cƣờng 120KN, đối với dầm gia cƣờng từ thí nghiệm 194KN, từ

Abaqus 194KN.

Giá trị chuyển vị ở giai đoạn đàn hồi, từ thí nghiệm giá trị chuyển vị 45mm,

từ Abaqus 25mm, giá trị chuyển vị ở giai đoạn dẻo từ thí nghiệm 175mm, từ

Abaqus 175mm.

Thông qua quá trình khảo sát tải trọng và chuyển vị ở hai giai đoạn, đàn hồi

và giai đoạn dẻo đƣợc mô phỏng bằng Abaqus để so sánh với kết quả thực nghiệm,

nhận thấy rằng kết quả mô phỏng có sự sai lệch về tải trọng cũng nhƣ chuyển vị ở

giai đoạn đàn hồi, đối với thí nghiệm tải trọng là 135KN, mô phỏng là 150KN, độ

lệch khoảng 10%, tuy nhiên trong suốt quá trình từ khi gia tải đến gia đoạn dẻo giá

trị cho thấy ở giai đoạn dẻo giá trị hội tụ về tải trọng và chuyển vị của dầm, đồng

thời độ lệch về tải trọng ở thí nghiệm và Abaqus là là không đáng kể.

Sở dĩ có sự sai số giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng Abaqus là trong quá

trình khai báo một số thông số chƣa chính xác so với sự làm việc của dầm thực tế,

cũng nhƣ kỹ thuật gia công của dầm gia cƣờng, mặt khác các thông số về chất bám

dính có thể có sự khác biệt nhau về tính cơ lý của từng công ty sản xuất.

Nhìn chung kết quả từ mô phỏng Abaqus để kiểm chứng với kết quả từ thực

nghiệm có sai số nhỏ nên học viên sử dụng Abaqus làm công cụ hỗ trợ cho công

việc nghiên cứu đề tài này.

Trong điều kiện hạn chế về việc thí nghiệm cho kết cấu dầm thép gia cƣờng

tấm CFRP nên sử dụng phần mềm mô phỏng tiến hành thêm bƣớc khảo sát tham số

đƣợc nghiên cứu ở chƣơng tiếp theo dƣới đây.

CHƢƠNG 3

PHÂN TÍCH THAM SỐ ẢNH HƢỞNG TRONG DẦM GIA

CƢỜNG

3.1 Giới thiệu

Phƣơng pháp nghiên cứu tham số đƣợc tiến hành bằng cách sử dụng mô hình

3D trong môi trƣờng Abaqus để khảo sát các tham số quan trọng làm ảnh hƣởng đến

ứng xử của dầm thép chữ I đƣợc gia cƣờng bởi tấm CFRP. Nghiên cứu tham số

đƣợc tiến hành khoảng ba mƣơi mô hình, và thông qua một quá trình loại trừ các

tham số không hiệu quả để chọn ra thông số hiệu quả nhất.

Các kết quả thông qua việc khảo sát tham số đƣợc đƣa ra bảng tham số tham

khảo và kết quả cho từng trƣờng hợp gia cƣờng tấm CFRP để phân tích.

Kết quả cuối cùng đƣợc trình bày trong bảng tham số với một số tham số tối

ƣu trong việc thiết kế gia cƣờng kết cấu thép dầm chữ I bởi tấm CFRP.

3.2 Đối tƣợng mô phỏng trong mô hình 3D

Trong phần nghiên cứu khảo sát tham số này đƣợc thực hiện khảo sát qua các

mô hình dầm nhƣ sau:

- Khảo sát so sánh kết quả tải trọng và chuyển vị giữa dầm gia cƣờng và dầm

không gia cƣờng đồng thời so sánh kết quả thực nghiệm và kết quả mô phỏng

- Khảo sát các dầm có chiều dài tấm gia cƣờng thay đổi theo tỷ lệ phần trăm

ứng với chiều dài dầm.

Hình 3. 1: Giá trị biểu đồ momen chịu tải tập trung tƣơng ứng với ba cấp gia cƣờng

Trên cơ sở biểu đồ từ hình 3.1 cho thấy giá trị momen lớn nhất ở giữa dầm và

giảm dần về không tại gối, giá trị momen tại chiều dài 60%L giảm 40% so với giữa

nhịp, và đồng thời nhƣ phần nghiên cứu ở chƣơng 2 khả năng kháng uốn tăng 62%,

so sánh kết quả tại vị trí trên biểu đồ 60%L gần bằng với giá trị momen lớn nhất của

dầm chƣa gia cƣờng. Dựa vào đánh giá này học viên đã chọn ra ba tỷ lệ chiều dài

60%, 75% và 90% làm cơ sở khảo sát tham số chiều dài tấm gia cƣờng.

Các tham số đƣợc xem xét cho nghiên cứu tham số là: chiều dài, vị trí gia

cƣờng mặt dƣới bản cánh dƣới, mặt trên bản cánh dƣới, chiều dày và bề rộng của

tấm gia cƣờng CFRP. Ba chiều dài của tấm gia cƣờng CFRP khác nhau đƣợc nghiên

cứu đã đƣợc xác định tƣơng ứng với chiều dài của dầm chữ I theo trị số phần trăm,

các độ dài của tấm gia cƣờng CFRP đƣợc kiểm tra là 60%, 75% và 90% so với

chiều dài của dầm. Các tấm gia cƣờng CFRP có chiều dày để kiểm tra là: 1.40 mm,

bề rộng bao phủ mép dƣới cánh dƣới theo tỷ lệ phần trăm là 50%, 75% và 100%.

a)Dầm 3 b) Dầm 4 c) Dầm 5 d) Dầm 6

Hình 3. 2: Sơ đồ cấu trúc gia cƣờng dầm thép hình chữ I

Bảng 3. 1: Tổng hợp cấu trúc phần tử, tấm gia cƣờng CFRP

% Chiều

Chiều Chiều dài Cấu trúc gia cƣờng Chiều rộng Tên dầm dài dầm dài CFRP CFRP CFRP (mm) (mm) CFRP (mm)

(%)

Dầm 1 Không gia cƣờng --- ---

60 2400 166

4000 75 3000 166

Một lớp mặt dƣới 90 3600 166

cánh dƣới 60 3600 166 Dầm 3 6000 75 4500 166

90 5400 166

60 4800 200

8000 75 6000 200

90 7200 200

60 2400 2x77.75 Hai lớp mặt trên Dầm 4 4000 75 3000 2x77.75 cánh dƣới 90 3600 2x77.75

60 4800 2x94.75

75 6000 2x94.75 8000 2x94.75 90 7200

Môt lớp mặt dƣới 2400 166&2x77.75 60

cánh dƣới và hai lớp 4000 3000 166&2x77.75 75

mặt trên cánh dƣới 90 3600 166&2x77.75

Dầm 5 60 4800 200&2x94.75

75 6000 200&2x94.75 8000

200&2x94.75 90 7200

60 2400 2x166 Hai lớp mặt dƣới

cánh dƣới 75 3000 2x166 4000

90 3600 2x166 Dầm 6 60 4800 2x200

75 6000 2x200 8000

90 7200 2x200

3.3 Khảo sát tham số bằng Abaqus

3.3.1 Khảo sát chiều dài tấm gia cƣờng và vị trí gia cƣờng

3.3.1.1 Dầm thép gia cƣờng tấm CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 4m)

Sử dụng dầm thép hình chữ I chiều dài L=4000mm, đƣợc gia cƣờng một tấm

CFRP ở vị trí mép dƣới cánh dƣới, có độ dày 1.4 mm, chiều rộng 166mm, chiều cao

dầm 250mm và chiều dài tấm CFRP có chiều dài 60%, 75% và 90% so với chiều dài

dầm thép và tấm CFRP sẽ đƣợc dán phủ kín ở cánh dƣới của dầm bởi lớp keo

Epoxy. Dầm gia cƣờng chịu một tải trọng tập trung tại vị trí giữa dầm theo hình 3.3,

các thông số cơ lý của vật liệu và chất kết dính đƣợc mô tả ở phần nghiên cứu ở

chƣơng 2.

Hình 3. 3: Mô hình dầm thép gia cƣờng

Việc thiết lập mô hình tƣơng tự nhƣ phần nghiên cứu ở chƣơng 2

Hình 3. 4: Mô hình dầm thép gia cƣờng CFRP trong môi trƣờng Abaqus

- Sau khi phân tích ba sơ đồ mô hình đƣợc thiết lập, kết quả đƣợc biểu thị

bởi các biểu đồ ở hình 3.4

Hình 3. 5: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng

Kết quả phân tích trong 3D đƣợc hiển thị màu sắc tƣơng ứng với các giá trị

ứng suất ở hình 3.4, đồng thời kết xuất ra số đƣợc biểu thị qua các biểu đồ sau:

- Ứng với cấp tải trọng và chuyển vị ở dầm gia cƣờng 60% chiều dài tấm

CFRP đƣợc dán kín mặt dƣới của cánh dƣới, giá trị đƣợc biểu thị thông qua biểu đồ

tải trọng và chuyển vị ở hình 3.5

Hình 3. 6: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng 60%

Ứng với cấp tải trọng và chuyển vị ở dầm gia cƣờng 75% chiều dài tấm CFRP

đƣợc dán kín mặt dƣới của cánh dƣới, giá trị đƣợc biểu thị thông qua biểu đồ tải

trọng và chuyển vị ở các hình 3.6, hình 3.7, hình 3.8 tƣơng ứng với các mức gia

cƣờng 60%, 75% và 90%.

Hình 3. 7: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng 75%

Hình 3. 8: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng 90%

Hình 3. 9: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị ba dầm gia cƣờng

Kết quả từ biều đồ ở hình 3.9 cho thấy độ cứng của dầm ở trong giai đoạn

đàn hồi đều cho kết quả nhƣ nhau, sau khi kết thúc giai đoạn đàn hồi chuyển sang

trạng thái dẻo giá trị của các dầm có sự thay đổi về cƣờng độ, cụ thể dầm gia cƣờng

CFRP có chiều dài 60% tƣơng ứng chiều dài L=2400mm có giá trị thấp hơn so với

hai dầm còn lại, giá trị dầm gia cƣờng 60% là 181KN, hai dầm còn lại có giá trị

189KN, độ lệch tải trọng 4.2%.

Hai dầm gia cƣờng CFRP 75% tƣơng ứng chiều dài L=3000mm và dầm gia

cƣờng CFRP 90% tƣơng ứng chiều dài L=3600mm có giá trị độ cứng tƣơng đƣơng

nhau và cao hơn dầm gia cƣờng 60% là 4.2%. Qua kết quả phân tích này nhận thấy

ứng với dầm chiều dài L=4000mm có vật liệu gia cƣờng CFRP ở mức chiều dài đạt

75% có cƣờng độ cao và kinh tế hơn so với hai dầm có chiều dài vật liệu gia cƣờng

60% và 90%.

3.1.1.2 Dầm thép gia cƣờng tấm CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 6m)

Tƣơng tự với việc thiết lập mô hình và khai báo các thông số cơ lý của vật

liệu và chất kết dính nhƣ phần khảo sát dầm L=4000mm, mô hình theo hình 3.3

Sau khi phân tích ba sơ đồ mô hình đƣợc thiết lập, kết quả đƣợc biểu thị bởi

các biểu đồ ở hình 3.10

Hình 3. 10: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng

Kết quả phân tích trong 3D đƣợc hiển thị màu sắc tƣơng ứng với các giá trị

ứng suất ở hình 3.10, đồng thời kết xuất ra số đƣợc biểu thị qua các biểu đồ sau:

Hình 3. 11: Biểu đồ biểu diễn tải trọng và chuyển vị ba dầm gia cƣờng 60% -

75% - 90%

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm gia cƣờng có các phần trăm

chiều dài tấm CFRP là 60%, 75% và 90%. Các kết qủa đƣợc biểu thị thông qua các

biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị nhƣ ở hình 3.11

Kết quả từ biều đồ ở hình 3.11 cho thấy độ cứng của dầm ở trong giai đoạn

đàn hồi đều cho kết quả nhƣ nhau, sau khi kết thúc giai đoạn đàn hồi chuyển sang

trạng thái dẻo giá trị của các dầm có sự thay đổi về cƣờng độ, cụ thể dầm gia cƣờng

CFRP có chiều dài 60% tƣơng ứng chiều dài L=3600mm có giá trị thấp hơn so với

hai dầm còn lại, giá trị dầm gia cƣờng 60% là 128KN, hai dầm còn lại có giá trị

136KN, độ lệch tải trọng 5.8%.

Hai dầm gia cƣờng CFRP 75% tƣơng ứng chiều dài L=4500mm và dầm gia

cƣờng CFRP 90% tƣơng ứng chiều dài L=5400mm có giá trị độ cứng tƣơng đƣơng

nhau và cao hơn dầm gia cƣờng 60%. Qua kết quả phân tích này nhận thấy ứng với

dầm chiều dài L=6000mm có vật liệu gia cƣờng CFRP ở mức chiều dài đạt 75% có

cƣờng độ cao và kinh tế hơn so với hai dầm có chiều dài vật liệu gia cƣờng 60% và

90% độ lệch tải trọng 5.8%.

3.1.1.3 Dầm thép gia cƣờng tấm CFRP mép dƣới cánh dƣới (dầm 8m)

Tƣơng tự với việc thiết lập mô hình và khai báo các thông số cơ lý của vật

liệu và chất kết dính nhƣ phần khảo sát dầm L=4000mm, mô hình theo hình 3.3

Hình 3. 12: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng

60%, 75%, 90%

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm có chiều dài L=8000, đƣợc

gia cƣờng có các phần trăm chiều dài tấm CFRP là 60%, 75% và 90%. Kết quả từ

biều đồ ở hình 3.12 cho thấy độ cứng của dầm ở trong giai đoạn đàn hồi đều cho kết

quả nhƣ nhau, sau khi kết thúc giai đoạn đàn hồi chuyển sang trạng thái dẻo giá trị

của các dầm có sự thay đổi về cƣờng độ, cụ thể dầm gia cƣờng CFRP có chiều dài

60% tƣơng ứng chiều dài L=4800mm có giá trị thấp hơn so với hai dầm còn lại, giá

trị dầm gia cƣờng 60% là 153KN, hai dầm còn lại có giá trị 165KN, độ lệch tải

trọng 7.2%.

Hai dầm gia cƣờng CFRP 75% tƣơng ứng chiều dài L=6000mm và dầm gia

cƣờng CFRP 90% tƣơng ứng chiều dài L=7200mm có giá trị độ cứng tƣơng đƣơng

nhau và cao hơn dầm gia cƣờng 60%. Qua kết quả phân tích này nhận thấy ứng với

dầm chiều dài L=8000mm có vật liệu gia cƣờng CFRP ở mức chiều dài đạt 75% có

cƣờng độ cao và kinh tế hơn so với hai dầm có chiều dài vật liệu gia cƣờng 60% và

90% độ lệch tải trọng là 7.2%.

Bảng 3. 2: Bảng tổng hợp độ lệch tải khi chiều dài CFRP thay đổi (dầm 3)

Tên dầm

(dầm 3)

Tải Chuyển L_dầm (% ) (%) độ Le_CFR STT trọng vị (mm) (mm) CFRP P (mm) lệch (KN)

181 80 4000 60 2400 -

1 189 80 4000 75 3000 4.2

Dầm chữ I 166x200x 11.8x10.5 189 80 4000 90 3600 4.2

128 80 6000 60 3600 -

2 136 80 6000 75 4500 5.8

Dầm chữ I 166x200x 11.8x10.5 136 80 6000 90 5400 5.8

153 122 8000 60 4800 -

3 165 122 8000 75 6000 7.2

Dầm chữ I 200x350x 11.8x10.5 165 122 8000 90 7200 7.2

Kết quả từ bảng tổng hợp bảng 3.2 cho thấy đối với dầm chữ I

(166x200x11.8x10.5) với chiều dài dầm là L=4000mm, ứng với các chiều dài tấm

gia cƣờng CFRP là 60% ,75%, 90% giá trị so sánh tại thời điểm có cùng độ chuyển

vị là 80mm, các tải trọng lần lƣợc là: gia cƣờng 60% có tải trọng 181 KN, gia cƣờng

75% và 90% đều có tải trọng 189 KN. Độ chênh lệch tải trọng dầm gia cƣờng 75%,

90% đối với dầm gia cƣờng 60% là 4.2%.

Dầm chữ I (166x200x11.8x10.5) với chiều dài dầm là L=6000mm, ứng với

các chiều dài tấm gia cƣờng CFRP là 60, 75%, 90%, giá trị so sánh tại thời điểm có

cùng độ chuyển vị là 80mm, các tải trọng lần lƣợc là: gia cƣờng 60% có tải trọng

128 KN, gia cƣờng 75% và 90% đều có tải trọng 136 KN. Độ chênh lệch tải trọng

dầm gia cƣờng 75%, 90% đối với dầm gia cƣờng 60% là 7.2%.

Dầm chữ I (200x350x11.8x10.5) với chiều dài dầm là L=8000mm, ứng với

các chiều dài tấm gia cƣờng CFRP là 60%, 75%, 90%, giá trị so sánh tại thời điểm

có cùng độ chuyển vị là 122mm, các tải trọng lần lƣợc là: gia cƣờng 60% có tải

trọng 153 KN, gia cƣờng 75%, 90% có tải trọng 165 KN. Độ chênh lệch tải trọng

dầm gia cƣờng 75%, 90% đối với dầm gia cƣờng 60% là 5.8%.

Kết luận gia cƣờng dầm 3: Quá trình phân tích đánh giá trên của ba dầm

(dầm 3) ứng với mỗi dầm có ba sơ đồ gia cƣờng có chiều dài tƣơng ứng khác nhau,

ứng với hai mức gia cƣờng 75% và 90%, cho ra giá trị gần tƣơng đƣơng nhau, mức

gia cƣờng 60% có giá trị chênh lệch so với hai mức gia cƣờng trên. Chính vì vậy

thông qua việc khảo sát tham số chiều dài gia cƣờng CFRP ở mức độ 75% ứng với

chiều dài dầm là hiệu quả về khả năng tăng cƣờng độ cũng nhƣ về hiệu quả kinh tế.

3.1.1.3 Dầm thép gia cƣờng hai tấm CFRP mép trên cánh dƣới –dầm 4

(L=4m)

Sử dụng dầm thép hình chữ I chiều dài L=4000mm, đƣợc gia cƣờng hai tấm

CFRP dán kín mép trên cánh dƣới dầm, có độ dày 1.4 mm, chiều rộng 77.75mm,

chiều cao dầm 250mm và chiều dài tấm CFRP tƣơng ứng là 60%, 75% và 90%, tấm

CFRP sẽ đƣợc dán phủ kín ở hai mép trên cánh dƣới của dầm. Sơ đồ dầm gia cƣờng

chịu một tải trọng tập trung tại vị trí giữa dầm theo hình 4.1, mô hình đƣợc thiết lập

trong môi trƣờng Abaqus nhƣ hình 3.13, hai tấm CFRP dán trực tiếp vào mép trên

cánh dƣới của dầm chữ I thông qua lớp keo bám dính.

Hình 3. 13: Mô hình dầm thép gia cƣờng CFRP trong môi trƣờng Abaqus

Kết quả ứng suất phân tích từ mô hình trong môi trƣờng Abaqus đƣợc thể

hiện qua các biểu đồ bằng số hay các dãy màu.

Hình 3. 14: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng

Hình 3.14 thể hiện giá trị ứng suất bằng dãy màu tƣơng ứng trong từng vị trí

của cấu kiện, dãy màu chủ yếu thể hiện bằng trực quan dễ quan sát sự biến đổi ứng

suất. Để cụ thể về giá trị đƣợc thông qua các biểu đồ dƣới đây:

Hình 3. 15: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị ba dầm 60%, 75% và 90%

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm có chiều dài L=4000, kết

quả từ biều đồ ở hình 3.15 cho thấy độ chuyển vị tƣơng ứng với cấp tải trọng trong

suốt quá trình gia tải của ba mô hình gia cƣờng có chiều dài tấm CFRP thay đổi

60%, 75% và 90% cho kết quả gần nhƣ bằng nhau, không có sự phát triển về cƣờng

độ.

3.1.1.4 Dầm thép gia cƣờng hai tấm CFRP mép trên cánh dƣới –dầm 4

(L=8m)

Sử dụng dầm thép hình chữ I chiều dài L=8000mm, đƣợc gia cƣờng hai tấm

CFRP dán kín mép trên cánh dƣới dầm, có độ dày 1.4mm, chiều rộng 77.75mm,

chiều cao dầm 350mm và chiều dài tấm CFRP tƣơng ứng là 60%, 75% và 90% so

với chiều dài dầm thép, tấm CFRP sẽ đƣợc dán phủ kín ở mép trên cánh dƣới của

dầm. Sơ đồ dầm gia cƣờng chịu một tải trọng tập trung tại vị trí giữa dầm theo hình

3.1.

Kết quả ứng suất phân tích từ mô hình trong môi trƣờng Abaqus đƣợc thể

hiện qua các biểu đồ bằng số hay các dãy màu.

Hình 3. 16: Mô hình ứng suất dầm thép gia cƣờng

Hình 3.16 thể hiện giá trị ứng suất bằng dãy màu tƣơng ứng trong từng vị trí

của cấu kiện, dãy màu chủ yếu thể hiện bằng trực quan dễ quan sát sự biến đổi ứng

suất, để cụ thể về giá trị đƣợc thông qua các biểu đồ dƣới đây:

Hình 3. 17: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị ba dầm gia cƣờng 60%,

75% và 90%

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm có chiều dài L=8000, đƣợc

gia cƣờng có các phần trăm chiều dài tấm CFRP là 60%, 75% và 90%, Kết quả từ

biều đồ ở hình 3.17 cho thấy độ chuyển vị tƣơng ứng với cấp tải trọng trong suốt

quá trình gia tải của ba mô hình gia cƣờng có chiều dài tấm CFRP thay đổi 60%,

75% và 90% cho kết quả gần nhƣ bằng nhau, không có sự phát triển về cƣờng độ.

3.1.1.5 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới và mép trên cánh dƣới -

dầm 5 (L=4m)

Sử dụng dầm thép hình chữ I chiều dài L=4000mm, đƣợc gia cƣờng hai tấm

CFRP dán kín mép dƣới cánh dƣới và mép trên cánh dƣới dầm, có độ dày 1.4mm,

chiều rộng mép dƣới 166mm và hai mép trên cánh dƣới 77.75mm, chiều cao dầm

250mm và chiều dài tấm CFRP tƣơng ứng là 60%, 75% và 90% so với chiều dài

dầm thép, tấm CFRP sẽ đƣợc dán phủ kín ở mép trên cánh dƣới của dầm. Sơ đồ dầm

gia cƣờng chịu một tải trọng tập trung tại vị trí giữa dầm theo hình 3.3.

Kết quả sau khi phân tích đƣợc thể hiện qua các biểu đồ quan hệ tải trọng và

chuyển vị dƣới đây:

Hình 3. 18: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 4m (60%,75%,90%)

Hình 3. 19: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 4m gia

cƣờng mép dƣới và mép dƣới + mép trên cánh dƣới 60%

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm có chiều dài L=4000, đƣợc

gia cƣờng có các phần trăm chiều dài tấm CFRP là 60%, 75% và 90%, kết quả từ

biều đồ ở hình 3.18 cho thấy độ chuyển vị tƣơng ứng với cấp tải trọng trong suốt

quá trình gia tải của ba mô hình gia cƣờng có chiều dài tấm CFRP thay đổi 60%,

75% và 90% cho kết quả gần nhƣ bằng nhau, không có sự phát triển về cƣờng độ.

Hình 3.19 so sánh kết quả giữa dầm gia cƣờng mép dƣới cánh dƣới và mép dƣới +

mép trên cánh dƣới mức gia cƣờng 60%, ở cùng độ chuyển vị và mức gia cƣờng,

mép dƣới + mép trên cánh dƣới có tải trọng là 205KN, dầm gia cƣờng mép dƣới

cánh dƣới là 181KN độ lệch tải trọng là 11.7%.

3.1.1.6 Dầm thép gia cƣờng CFRP mép dƣới và mép trên cánh dƣới -

dầm 5 (L=8m)

Sử dụng dầm thép hình chữ I chiều dài L=8000mm, đƣợc gia cƣờng hai tấm

CFRP dán kín mép dƣới cánh dƣới và mép trên cánh dƣới dầm, có độ dày 1.4mm,

chiều rộng mép dƣới 200mm và hai mép trên cánh dƣới 94.75mm, chiều cao dầm

350mm và chiều dài tấm CFRP tƣơng ứng là 60%, 75% và 90% so với chiều dài

dầm thép, tấm CFRP sẽ đƣợc dán phủ kín ở mép trên cánh dƣới của dầm. Sơ đồ dầm

gia cƣờng chịu một tải trọng tập trung tại vị trí giữa dầm theo hình 3.3.

Kết quả sau khi phân tích đƣợc thể hiện qua các biểu đồ quan hệ tải trọng và

chuyển vị dƣới đây:

Hình 3. 20: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 8m (60%, 75%, 90%)

Hình 3. 21: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 8m gia

cƣờng mép dƣới và mép dƣới + mép trên cánh dƣới 60%

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm có chiều dài L=8000, đƣợc

gia cƣờng có các phần trăm chiều dài tấm CFRP là 60%, 75% và 90%, kết quả từ

biều đồ ở hình 3.20 cho thấy độ chuyển vị tƣơng ứng với cấp tải trọng trong suốt

quá trình gia tải của ba mô hình gia cƣờng có chiều dài tấm CFRP thay đổi 60%,

75% và 90% cho kết quả gần nhƣ bằng nhau, không có sự phát triển về cƣờng độ.

Hình 3.21 so sánh kết quả giữa dầm gia cƣờng mép dƣới cánh dƣới và mép dƣới +

mép trên cánh dƣới mức gia cƣờng 60%, ở cùng độ chuyển vị và mức gia cƣờng,

mép dƣới + mép trên cánh dƣới có tải trọng là 178KN, dầm gia cƣờng mép dƣới

cánh dƣới là 167KN độ lệch tải trọng là 6.2%.

Kết luận: Dầm gia cƣờng dầm ở mép dƣới cánh dƣới và mép dƣới cánh dƣới

với mép trên cánh dƣới cho thấy có khả năng tăng cƣờng độ so với cùng mức chiều

dài tấm gia cƣờng, tuy nhiên khả năng tăng cƣờng độ không cao khoảng 6.2%-

11.7%, trong khi phải gia cƣờng thêm hai tấm CFRP ở mép trên cánh dƣới không

đem lại hiệu quả nhiều trong công tác gia cƣờng.

3.1.1.7 Dầm thép gia cƣờng CFRP hai lớp mép dƣới cánh dƣới-dầm 6

(L=4m)

Sử dụng dầm thép hình chữ I chiều dài L=4000mm, đƣợc gia cƣờng hai tấm

CFRP dán kín mép dƣới cánh dƣới và mép trên cánh dƣới dầm, có độ dày 1.4mm,

chiều rộng hai tấm mép dƣới 166mm chiều cao dầm 250mm và chiều dài tấm CFRP

tƣơng ứng là 60%, 75% và 90% so với chiều dài dầm thép, tấm CFRP sẽ đƣợc dán

phủ kín ở mép trên cánh dƣới của dầm. Sơ đồ dầm gia cƣờng chịu một tải trọng tập

trung tại vị trí giữa dầm theo hình 3.3.

Kết quả sau khi phân tích đƣợc thể hiện qua các biểu đồ quan hệ tải trọng và

chuyển vị dƣới đây:

Hình 3. 22: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị (60%,75%,90%)

Hình 3. 23: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm gia cƣờng hai tấm

mép dƣới và một tấm mép dƣới cánh dầm (75%)

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm có chiều dài L=4000, đƣợc

gia cƣờng có các phần trăm chiều dài tấm CFRP là 60%, 75% và 90%, kết quả từ

biều đồ ở hình 3.22 cho thấy độ chuyển vị tƣơng ứng với cấp tải trọng trong suốt

quá trình gia tải của ba mô hình gia cƣờng có chiều dài tấm CFRP thay đổi 60%,

75% và 90% cho kết quả ở mô hình gia cƣờng 60%có giá trị thấp nhất, ở hai mô

hình 75% và 90% có giá trị gần nhƣ nhau và cƣờng độ cao hơn, chứng tỏ mô hình

gia cƣờng này vẫn phát triển cƣờng độ giống nhƣ mô hình gi cƣờng một lớp mép

dƣới cánh dƣới. Hình 3.23 so sánh kết quả giữa dầm gia cƣờng một tấm mép dƣới

cánh dƣới và hai tấm mép dƣới cánh dƣới, mức gia cƣờng 75%, ở cùng độ chuyển

vị và mức gia cƣờng, hai lớp mép dƣới cánh dƣới có tải trọng là 191KN, dầm gia

cƣờng hai lớp mép dƣới cánh dƣới là 201KN độ lệch tải trọng là 5%.

3.1.1.8 Dầm thép gia cƣờng CFRP hai mép dƣới cánh dƣới-dầm 6

(L=8m)

Sử dụng dầm thép hình chữ I chiều dài L=4000mm, đƣợc gia cƣờng hai tấm

CFRP dán kín mép dƣới cánh dƣới và mép trên cánh dƣới dầm, có độ dày 1.4mm,

chiều rộng hai tấm mép dƣới 200mm chiều cao dầm 350mm và chiều dài tấm CFRP

tƣơng ứng là 60%, 75% và 90% so với chiều dài dầm thép, tấm CFRP sẽ đƣợc dán

phủ kín ở mép trên cánh dƣới của dầm. Sơ đồ dầm gia cƣờng chịu một tải trọng tập

trung tại vị trí giữa dầm theo hình 3.3.

Kết quả sau khi phân tích đƣợc thể hiện qua các biểu đồ quan hệ tải trọng và

chuyển vị dƣới đây:

Hình 3. 24: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 8m (60%, 75%, 90%)

Thông qua việc phân tích từ mô hình của ba dầm có chiều dài L=8000, đƣợc

gia cƣờng có các phần trăm chiều dài tấm CFRP là 60%, 75% và 90%, kết quả từ

biều đồ ở hình 3.24 cho thấy độ chuyển vị tƣơng ứng với cấp tải trọng trong suốt

quá trình gia tải của ba mô hình gia cƣờng có chiều dài tấm CFRP thay đổi 60%,

75% và 90% cho kết quả ở mô hình gia cƣờng 60%có giá trị thấp nhất, ở hai mô

hình 75% và 90% có giá trị gần nhƣ nhau và cƣờng độ cao hơn, chứng tỏ mô hình

gia cƣờng này vẫn phát triển cƣờng độ giống nhƣ mô hình gi cƣờng một lớp mép

dƣới cánh dƣới.

Kết luận: Dầm gia cƣờng dầm ở mép dƣới cánh dƣới và mép dƣới cánh dƣới

với mép trên cánh dƣới cho thấy có khả năng tăng cƣờng độ so với cùng mức chiều

dài tấm gia cƣờng, tuy nhiên khả năng tăng cƣờng độ không cao khoảng 5%, trong

khi phải gia cƣờng thêm một tấm CFRP ở mép dƣới cánh dƣới không đem lại hiệu

quả nhiều trong công tác gia cƣờng.

3.1.2 Khảo sát chiều rộng tấm gia cƣờng

Để nghiên cứu kỹ hơn về tham số tấm gia cƣờng, ở đây sử dụng tấm gia

cƣờng CFRP dán mép dƣới cánh dƣới ở cùng một chiều dài 75% , bề rộng tấm gia

cƣờng đƣợc thay đổi 50%, 75% và 100% so với bề mặt phủ cánh đáy.

Ở đây sử dụng mô hình nhƣ mô hình khảo sát ở trên, chiều dài dầm khảo sát

6m, đƣợc gia cƣờng CFRP ở vị trí mép dƣới cánh dƣới với ba mô hình có bề rộng

thay đổi.

Bảng 3. 3: Tổng hợp cấu trúc phần tử, tấm gia cƣờng CFRP khảo sát bề rộng

Chiều % bề Chiều dài Cấu trúc gia cƣờng dài rộng Chiều rộng Tên dầm dầm CFRP CFRP CFRP CFRP (mm) (mm) (mm)

4500 50 83 Mép dƣới Dầm 7 4500 75 124.5 6000 cánh dƣới

4500 100 166

Sau khi phân tích các mô hình trong môi trƣờng Abaqus, kết quả đƣợc biểu

thị thông qua các biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dƣới đây:

Hình 3. 25: Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị dầm 4m bề rộng 50%, 75%,

100%

Qua kết quả từ biểu đồ hình 3.25 cho thấy khi gia cƣờng tấm CFRP có bề

rộng thay đổi dẫn đến khả năng tăng cƣờng độ cũng phát triển dần, ở cùng một độ

chuyển vị dầm có bề rộng gia cƣờng 50% khả năng chịu tải trọng thấp nhất lần lƣợc

đến 75% và cao nhất là 100%. So về trị số biến thiên về tải trọng ở mức gia cƣờng

50% là 128KN, mức 75% là 132KN, mức 100% là 136KN độ lệch tải trọng theo

từng cấp gia cƣờng có sự tăng đều và độ lệch tải trọng từng cấp khoảng 3%. Tuy bề

rộng tấm gia cƣờng thay đổi lớn nhƣng độ lệch tải không thay đổi nhiều cho thấy có

thể tham khảo tham số bề rộng tấm gia cƣờng, trong công tác gia cƣờng, nhƣng

ngƣợc lại trong quá trình gia công phức tạp hơn độ chính xác không cao.

3.2 Kết luận số liệu khảo sát tham số

Qua kết quả nghiên cứu ở chƣơng 2 và chƣơng 3 các tham số đƣợc khảo sát

qua các mô hình mô phỏng rút ra đƣợc các kết luận nhƣ sau:

- Biện pháp gia cƣờng kết cấu dầm thép sử dụng tấm CFRP, đƣợc dán tại

nhiều vị trí đƣợc khảo sát, kết quả khi phân tích cho thấy vị trí dán mép dƣới cánh

dƣới đem lại hiệu quả gia cƣờng tối ƣu nhất.

- Chiều dài tấm CFRP gia cƣờng ở mức 75% có sự khác biệt lớn hơn so với

mức gia cƣờng 60% nhƣng đồng thời chênh lệch nhỏ so với mức gia cƣờng 90% vì

khi tấm gia cƣờng càng tiến về gần vị trí gối momen phát sinh trong dầm càng nhỏ,

nên việc dán tấm gia cƣờng càng gần gối không đem lại hiệu quả gia cƣờng.

- Qua việc gia cƣờng có khảo sát đến số lớp dán tấm gia cƣờng cụ thể ở đây

là hai lớp, mỗi lớp có chiều dày 1.4mm, sau khi phân tích cho kết quả không tăng

khả năng chịu tải giữa dầm dán một lớp nhiều.

- Bề rộng tấm gia cƣờng có chiều dài ứng với 75%, bề rộng ở mức 50% tăng

khả năng sức chịu tải của dầm là 56%, mức 75% tăng khả năng chịu tải của dầm lên

59% và mức 100% tăng khả năng chịu tải của dầm lên 62%.

CHƢƠNG 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIA CƢỜNG CẤU KIỆN

DẦM CHỮ I

4.1. Giới thiệu chƣơng

Kết cấu dầm thép gia cƣờng tấm CFRP là một hệ kết cấu hổn hợp, đây là một

hƣớng đi mới về việc gia cƣờng kết cấu thép trong lĩnh vực xây dựng, Phƣơng pháp

gia cƣờng này có nhiều ƣu điểm bao gồm khả năng ứng dụng cƣờng độ chịu kéo cao

của tấm CFRP, không ảnh hƣởng đến kiến trúc mỹ quan của kết cấu hiện có và khả

năng chống ăn mòn cao. Do đó, nhiều nghiên cứu ở nƣớc ngoài đã đƣợc tiến hành

tìm hiểu về quy luật ứng xử của dầm gia cƣờng tấm CFRP. Một vấn đề quan trọng

trong việc nghiên cứu này là xác định khả năng chịu lực của dầm thép sau khi đƣợc

gia cƣờng tấm CFRP.

Trong phần nghiên cứu này trình bày phƣơng pháp xác định dƣới tác dụng

của tải trọng tỉnh lên dầm thép hình chữ I có gia cƣờng tấm CFRP để xác định sức

chịu tải của dầm thép đó lớn hơn dầm thép chƣa đƣợc gia cƣờng tấm CFRP nhƣ thế

nào. Mô hình trong phần nghiên cứu xác định ứng suất thay đổi của dầm thép chƣa

đƣợc gia cƣờng và dầm đƣợc gia cƣờng tấm CFRP ở giai đoạn vật liệu ứng xử đàn

hồi và giai đoạn dẻo.

4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

Dựa trên lý thuyết của tác giả Xiao-Ling Zhao [19]

Giải pháp của của việc gia cƣờng dầm thép chữ I là dùng lớp keo bám dính

dán tấm gia cƣờng CFRP bên dƣới dầm, hình 4.1

Hình 4. 1: Mô hình dầm thép đơn giản gia cƣờng tấm CFRP

QUY TRÌNH TÍNH TOÁN DẦM GIA CƢỜNG

frp,d = min(frp, rup, d, frp, I,d) Bƣớc 1:

Xác định ứng suất giới hạn

của tấm FRP

Bƣớc 2:

Xác định ứng suất của tấm

gia cƣờng FRP tại chiều cao

vùng nén x:

Bƣớc 3:

Kiểm tra sự bong tróc lớp

kết dính

Bƣớc 4:

Thiết kế chống oằn cục bộ

Bƣớc 5:

Kiểm tra oằn cục bộ

4.3. Bài toán ứng dụng

4.3.1. Tính toán thiết kế dầm gia cƣờng

Dựa vào lý thuyết tính toán và các thông số đƣợc khảo sát trong chƣơng 3, từ

đó thiết kế một dầm đơn giản gia cƣờng tấm CFRP mép dƣới cánh dƣới của dầm

chịu một tải trọng tập trung.

Thông số thiết kế dầm đơn giản:

Để minh hoạ cho việc áp dụng các quy trình thiết kế trình bày trong phần

trƣớc, ví dụ thiết kế đƣợc trình bày trong phần này cho một dầm thép gia cƣờng tấm

CFRP đƣợc liên kết bởi chất kết dính.

Kích thƣớc của dầm thép đƣợc cho trong hình 4.2, dầm đơn giản có chiều dài

L=4000mm. đƣợc gia cƣờng một tấm CFRP có độ dày 1.4 mm, chiều rộng 166mm

và chiều dài tấm CGRP 3600mm (75%) sẽ đƣợc dán ở cánh dƣới của dầm, dầm gia

cƣờng chịu một tải trọng tập trung tại vị trí giữa dầm.

Các tính chất vật liệu của thép và CFRP (hƣớng sợi) và các hệ số an toàn

tƣơng ứng đƣợc sử dụng trong ví dụ thiết kế này đƣợc đƣa ra trong bảng 4.1.

Chất kết dính phi tuyến tính có các tính chất sau đây:

- Mô đun đàn hồi Ecfrp= 1.75 GPa

- Độ bền kéo = 1.47 x 10 MPa - Năng lƣợng phá hủy Gcfrp= 1.48 x 10-1 MPa.mm/mm - Trƣợt đầu tiên trong mô hình liên kết: δ1 = 1.80 × 10-2 mm - Trƣợt cuối mô hình liên kết: δ2 = 8.00 × 10-1 mm

- Độ trƣợt tối đa trong mô hình liên kết: δf = 1.28 mm

Bảng 4. 1: Tính chất vật liệu của thép và CFRP và hệ số an toàn tƣơng ứng

Số TT Cƣờng độ (Mpa) Hệ số an toàn Modun đàn hồi (Gpa)

Thép 200 1 275

CFRP 165 1.25 2800

Bond 1.25 s = frb = debond =

(a)

(b)

Hình 4. 2: Sơ đồ thiết kế dầm đơn giản gia cƣờng CFRP

Bƣớc 1: Xác định biến dạng giới hạn của tấm CFRP

frp,d = min(frp, rup, d, frp, I,d)

+ Năng lƣợng gây bong lớp CFRP tại vị trí giữa dầm

+ Biến dạng phá hoại của tấm CFRP

+ Kiểm tra chiều dài làm việc tấm CFRP

Chiều dài làm việc là:

Trong đó:

Xác định momen lớn nhất của dầm gia cƣờng Giả sử chiều sâu trục trung hòa x = 1.25 x 102mm

đƣợc tính nhƣ sau:

Lúc này

Chiều cao của vùng nén nén của dầm thép đƣợc xác định lại nhƣ sau:

Kiểm tra lại chiều cao vùng nén

Không thỏa mãn điều kiện cân bằng nên chiều sâu trục trung hòa đƣợc xác định lại

theo điều kiện dƣới đây dựa vào bảng tính Microsoft Excel để hổ trợ.

x = 1.83x102 mm

Dựa vào sơ đồ kết cấu xác định đƣợc tải trọng tập trung tác dụng lên dầm sẽ là:

Vậy kết quả giới hạn sức chịu tải của dầm sau khi gia cƣờng tấm CFRP có lực tập trung đặt tại vị trí giữa dầm là: P= 1.98x102 (KN)

4.3.2 Tính toán thiết kế dầm không gia cƣờng

Kiểm tra ổn định dầm bản nhịp L=4m, chịu tải trọng tập trung tại vị trí giữa

dầm nhƣ sơ đồ hình 2.4 có tải trọng tập trung. Sử dụng thép của có cƣờng độ Fy =

275Mpa.

Sơ đồ kết cấu:

(a) Sơ đồ kết cấu (b) Mặt cắt ngang

Hình 4. 3: Sơ đồ kết cấu dầm đơn giản

- Tính đặc trƣng hình học tiết diện:

+ Diện tích cánh: Af = 19.588 cm2

+ Diện tích bụng: Aw = 23.77cm2

+ Mômen quán tính: Ix = 8,577 cm4

+ Môđun kháng uốn: Wx= 720.15 cm3

- Kiểm tra phân cấp tiết diện:

=10.3. - Bản cánh: bf/ 2tf =16.6/2x1.18=9.794 <

Mặt khác tiết diện có =25/1.05= 23.801 < = 101

- Vậy bản cánh thuộc cấp tiết diện đặc

- Bản bụng: =22.64/1.05=21.56 < = =101.

Vậy: Bản bụng dầm thuộc cấp đặc.

Cho phép khả năng chịu mômen của dầm đạt đến mômen dẻo M=Mp do đó

ứng suất cho phép khi chịu uốn là Fb = 0.66Fy

- Vì bản cánh là tiết diện đặc nên ứng suất cho phép Fb phải nhân với hệ số giảm Fb = 0.66 Fy, suy ra ứng suất cho phép: Fb = 0.66x27500 = 18150 N/cm2 - Ứng suất giới hạn cho phép: Fb = 18150 N/cm2

Tải trọng giới hạn cho phép:

[P] =(4WxxFb)/L = 4x720.15x18150/400=130707.225 (N) =13.07 (T) Vậy dầm chịu lực tập trung giới hạn P =1.307x102 (KN)

4.4 Kiểm tra mô phỏng ABAQUS so sánh kết quả với lý thuyết

Để so sánh khả năng tăng cƣờng độ của dầm thép hình chữ I cần thiết lập hai mô

hình mô phỏng, mô hình dầm thép hình chữ I không có gia cƣờng nhƣ hình 4.4 và

mô hình dầm thép hình chữ I có gia cƣờng tấm CFRP nhƣ hình 4.5

(a) (b)

Hình 4. 4: Sơ đồ, mặt cắt dầm không gia cƣờng

(a) (b)

Hình 4. 5: Sơ đồ, mặt cắt dầm gia cƣờng CFRP

Dựa trên cơ sở các bƣớc thiết lập mô hình và khai báo thông số trong môi

trƣờng Abaqus ở phần nghiên cứu trên, kết quả mô hình nhƣ hình 4.6

Hình 4. 6: Mô hình dầm thép gia cƣờng CFRP trong môi trƣờng Abaqus

Hình 4. 7: Biểu đồ ứng suất bằng mô hình 3D

Sau bƣớc phân kết quả đƣợc hiển thị bằng các dãi màu thể hiện đặt trƣng về

ứng suất thay đổi trong từng vị trí của tiết diện dầm ở hình 4.7, đồng thời giá trị ứng

suất cũng đƣợc kết suất bằng số, và biểu thị thông qua các biểu đồ quan hệ nhƣ biểu

đồ quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ở hình 4.8.

Hình 4. 8: Biểu quan hệ đồ ứng suất và chuyển vị

Dựa vào kết quả từ đồ thị từ biểu đồ hình 4.8 để đánh giá sự gia tăng cƣờng độ của

dầm gia cƣờng CFRP và dầm không gia cƣờng, giá trị so sánh đƣợc tổng hợp trong

bảng 4.3.

Bảng 4. 2: Bảng kết quả so sánh độ lệch tải trọng theo Abaqus

Giai đoạn đàn Độ lệch tải STT Giai đoạn dẻo hồi trọng (%)

Tải Chuyển Tải Chuyển Đàn Tên dầm trọng vị trọng vị Dẻo hồi (KN) (mm) (KN) (mm)

Không gia cƣờng 100 25 120 175 - -

Gia cƣờng CFRP 151 25 194 175 51% 62%

Trong bảng kết quả bảng 4.2 và biểu đồ hình 4.8 cho thấy độ chuyển vị của

dầm cùng vị trí có giá trị bằng nhau trong giai đoạn đàn hồi là 25mm, ứng với dầm

không gia cƣờng có giá trị tải trọng là 100KN, dầm gia cƣờng là 151KN. Giá trị này

đánh giá đƣợc khả năng tăng sức chịu tải của dầm đƣợc gia cƣờng CFRP và độ tăng

tải trọng ở giai đoạn đàn hồi là 51%.

Giá trị chuyển vị tại thời điểm là 175mm, ứng với dầm không gia cƣờng có

giá trị tải trọng là 120KN, dầm gia cƣờng là 194KN. Giá trị này đánh giá khả năng

tăng sức chịu tải của dầm đƣợc gia cƣờng CFRP trong giai đoạn dẻo là 62%.

BẢNG TÍNH THỰC HÀNH DẦM GIA CƢỜNG

CHƢƠNG V

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua việc nghiên cứu đề tài sử dụng tấm CFRP gia cƣờng kết cấu dầm thép

chữ I đã đƣa ra một số kết luận và kiến nghị nhƣ sau:

5.1 Kết luận:

- Biện pháp gia cƣờng kết cấu dầm thép sử dụng tấm CFRP, đƣợc dán vị trí

mép dƣới cạnh dƣới đem lại hiệu quả gia cƣờng tối ƣu nhất.

- Chiều dài tấm CFRP gia cƣờng ở mức 75% so với chiều dài dầm và mức bề

rộng tấm gia cƣờng 100%, đem lại khả năng sức chịu tải của dầm lên 62%.

- Số lớp gia cƣờng là một lớp có chiều dày 1.4mm

- Bề rộng tấm gia cƣờng có chiều dài ứng với 75%, bề rộng ở mức 50% tăng

khả năng sức chịu tải của dầm là 56%, mức 75% tăng khả năng chịu tải của dầm lên

59% và mức 100% tăng khả năng chịu tải của dầm lên 62%. Tùy vào nhu cầu của

kết cấu cần đƣợc về khả năng tăng cƣờng độ của dầm mà có thể sử dụng bề rộng

tấm gia cƣờng theo yêu cầu đặt ra.

5.2 Kiến nghị

Cần nghiên cứu đầy đủ các yếu tố gây ảnh hƣởng đến cho dầm sau khi đƣợc

gia cƣờng nhƣ:

- Kiểm tra lại khả năng phá hoại cục bộ ở bản cánh trên, bản bụng

- Thay đổi vị trí gia cƣờng bản bụng

- Kiểm tra bài toán chống cắt cho dầm gia cƣờng

- Gia cƣờng đối với dầm thép hình có nhiều hình dạng tiết diện khác nhau

nhƣ: tiết diện hình hộp, hình tròn, hình chữ C

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình “Sổ tay xử lý sự cố công trình Xây dựng tập I” của Vƣơng

Hách, nhà xuất bản Xây Dựng.

[2] Giáo trình “Sổ tay xử lý sự cố công trình Xây dựng tập II” của Vƣơng

Hách, nhà xuất bản Xây Dựng.

[3] Giáo trình “Sổ tay xử lý sự cố công trình Xây dựng tập III” của Vƣơng

Hách, nhà xuất bản Xây Dựng .

[4] Giáo trình “Hƣ hỏng – sửa chữa – gia cƣờng kết cấu thép và gạch đá” của

Lê Văn Kiểm, nhà xuất bản Xây Dựng.

[5] Curriculum FRP-Strengthened Metallic Structures of Xiao-Ling Zhao.

[6] Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5575: 2012 kết cấu thép – tiêu chuẩn thiết kế.

[7] J.G. Tenga, T. Yub, D. Fernandoc. Strengthening of steel structures

with fiber-reinforced polymer composites. Journal of Constructional Steel

Research 78 pp. 131-143, 2012

[8] S.T. Smith, J.G. Teng. Interfacial stresses in plated beams. Engineering

Structures 23, pp. 857–871, 2001.

[9] P. R. Jagtap, S. M. Por Vipul Prakash. Necessity of Strengthening of Steel

Structures with FRP Composites. International Journal of Latest Trends in

Engineering and Technology (IJLTET) Vol. 5 Issue, pp. 390-394, 4 July 2015.

[10] L.D. Lorenzis, D. Fernando, J.G. Teng. Coupled mixed-mode cohesive

zone modeling of interfacial debonding in simply supported plated beams.

International Journal of Solids and Structures 50, pp. 2477–2494, 2013.

[11] Kambiz Narmashiri et al, Flexural strengthening of steel I-beams

by using CFRP Strips. International Journal of the Physical Sciences Vol.

6(7), pp. 1620-1627, 4 April, 2011

[12] Kambiz Narmashiri et al, Investigation on end anchoring of CFRP

strengthened steel I-beams. International Journal of the Physical Sciences

Vol. 5(9), pp. 1360-1371, 18 August, 2010

[13] Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP

Systems for Strengthening Concrete Structures. ACI 440.2R-08.

[14] Tác giả Nguyễn Hùng Phong, nghiên cứu thực nghiệm về gia cƣờng

kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép bằng tấm sợi thuỷ tinh đăng trên tờ Tạp chí

KHCN Xây dựng – số 3/2014 tr 23-29, 2014.

[15] Dr. Talat Salama and Mr. Ahmed Abd-El-Meguid Department of Civil,

Construction, and Environmental Engineering The University of Alabama at

Birmingham Birmingham “Strengthening Steel Bridge Girders Using

CFRP”

[16] Master’s Thesis in the International Master’s Programme

Structural Engineering “Flexural Strengthening of Glued Laminated Timber

Beams with Steel and Carbon Fiber Reinforced Polymers” of Jobin Jacob

[17] L.D. Lorenzis, J.G. Teng, L. Zhang. Elastic interfacial stresses in

curved members bonded with a thin plate. International Journal of Solids and

Structures 43 (25–26), pp. 7501–7517, 2006.

[18] J. Yang, J. Ye, Z. Niu, 2008. Simplified solutions for the stress transfer

in concrete beams bonded with FRP plates. Engineering Structures 30, pp. 533–545.

[19] Xiao-Ling Zhao's curriculum “FRP-Strengthened Metallic

Structures”

[20] L. Zhang, J.G. Teng. Simple general solution for interfacial stresses in

plated beams. Journal of Composites for Construction 14 (4), pp. 434–442, 2010.

[21] S.T. Smith, J.G. Teng. Interfacial stresses in plated beams. Engineering

Structures 23, pp. 857–871, 2001.

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình: Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP (fiber reinforced polymer composites) để gia cường kết cấu dầm thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC MẬN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM CFRP (FIBER REINFORCED POLYMER COMPOSITES)

ĐỂ GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM THÉP

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP – 60580208

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2018

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM CFRP (FIBER

REINFORCED POLYMER COMPOSITES)

ĐỂ GIA CƢỜNG KẾT CẤU DẦM THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD & CN

MÃ SỐ HỌC VIÊN: 1680834

HVTH: TRẦN NGỌC MẬN

GVHD: TS. TRẦN TUẤN KIỆT

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TẤM CFRP ĐỂ GIA CƢỜNG

KẾT CẤU DẦM THÉP

ABSTRACT

A PROJECT TO PROMOTE STEEL BEAM REINFORCED WITH CARBON FIBER REINFORCED POLYMER

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

CHƢƠNG 2

ỨNG DỤNG ABAQUS TRONG MÔ PHỎNG BÀI TOÁN GIA

CƢỜNG CFRP CHO DẦM THÉP

Hình a. Bản kê 1 Hình b. Bản kê 2

CHƢƠNG 3

PHÂN TÍCH THAM SỐ ẢNH HƢỞNG TRONG DẦM GIA

CƢỜNG

CHƢƠNG 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIA CƢỜNG CẤU KIỆN

DẦM CHỮ I

CHƢƠNG V

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ: Quản lý hoạt động phát triển nhận thức cho trẻ mẫu giáo ở các trường mầm non, huyện Hoàng Su Phì, tỉnh Hà Giang

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về điều kiện đầu tư kinh doanh trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo ở Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Sự nghiệp nghiên cứu phê bình văn học của Hoài Thanh

Luận văn Thạc sĩ: Tiểu thuyết của Đỗ Phấn từ góc nhìn sinh thái

Luận văn Thạc sĩ: Giải pháp ứng phó với nhập cư ở Liên minh Châu Âu

Luận văn Thạc sĩ: Diễn ngôn về giới nữ trong văn xuôi nữ Việt Nam đương đại (khảo sát sáng tác của Dạ Ngân, Y Ban, Lý Lan, Nguyễn Thị Thu Huệ)

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng mức phát thải tham chiếu rừng khu vực huyện Bảo Lâm tỉnh Lâm Đồng

Luận văn Thạc sĩ: Đặc điểm nhân vật chính trong ba tác phẩm của Franz Kafka: Lâu đài, Vụ án, Hóa thân

Kháo luận tốt nghiệp: Vận dụng lí thuyết học tập trải nghiệm vào dạy học Thống kê - Xác suất ở lớp Hai

Luận văn Thạc sĩ: Xây dựng hệ thống điều khiển và thu nhận dữ liệu cho Robot dịch vụ

Luận văn Thạc sĩ: Thế giới nhân vật trong truyện ngắn Lê Minh Khuê sau năm 1975

Luận văn Thạc sĩ: Tác động của cấu trúc vốn đến hiệu quả hoạt động của các ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Kiểm soát rủi ro tín dụng bán lẻ tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Đầu tư và Phát triển Việt Nam chi nhánh Thủ Thiêm

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh của ngân hàng thương mại cổ phần niêm yết trên thị trường chứng khoán Việt Nam

Luận văn Thạc sĩ: Các nhân tố ảnh hưởng đến hành vi sử dụng dịch vụ ngân hàng điện tử tại Ngân hàng Thương mại Cổ phần Ngoại thương Việt Nam – Chi nhánh Thủ Đức

Luận văn Thạc sĩ: Các yếu tố tác đồng đến nợ xấu tại Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn - Chi nhánh Tiền Giang

Luận văn Thạc sĩ: Yếu tố ảnh hưởng đến quyết định sử dụng dịch vụ thanh toán không dùng tiền mặt tại Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam (Vietinbank)

Luận văn Thạc sĩ tóm tắt: Pháp luật về du lịch biển, thực tiễn tại tỉnh Bình Định

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của các yếu tố thương hiệu với vai trò trung gian của Marketing truyền miệng đến quyết định chọn việc làm của nhân viên GenZ tại chuỗi nhà hàng gà rán Popeyes khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh

Luận văn Thạc sĩ: Ảnh hưởng của Marketing mix đến ý định học cao học của sinh viên khối ngành kinh tế thuộc Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phân loại chi cầu diệp – Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae) ở vùng Tây Nguyên bằng phương pháp hình thái và phân tử

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc điểm phân bố và dinh dưỡng của các loài lưỡng cư ở Vườn Quốc gia Bến En và Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông, tỉnh Thanh Hóa

Luận án Tiến sĩ: Tổng hợp luật dẫn và điều khiển cho một lớp tên lửa đối hải trên cơ sở ứng dụng mạng nơ ron và hệ mờ

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hệ điều khiển góc Pitch tua bin gió trong điều kiện có nhiễu tác động

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hóa học lipid của hai loài san hô thủy tức Millepora dichotoma và Millepora platyphylla ở Việt Nam

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu kiểm soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ động của ô tô con bằng ABS

Luận án Tiến sĩ: Ứng dụng phản ứng Domino vào tổng hợp các dẫn xuất Podophyllotoxin, Pyrimidine và đánh giá hoạt tính sinh học của các chất tổng hợp được

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và một số hoạt tính sinh học của cây chùm ngây (Moringa oleifera)

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và ứng dụng ức chế ăn mòn cho thép của cao chiết xuất từ cây Lộc vừng thuộc họ Lecythidaceae

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu