Khảo sát thực nghiệm ứng xử bám dính của tấm cfrp với bê tông chịu tải trọng lặp

Xây dựng chương trình thực nghiệm, sử dụng phương pháp kéo trượt một mặt, khảo sát ứng xử bám dính của tấm CFRP với bê tông với các biến số: bề rộng tấm và cường độ bê tông.. TÓM TẮT LUẬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HOÀNG ANH TUẤN

KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ BÁM DÍNH CỦA TẤM CFRP VỚI BÊ TÔNG CHỊU TẢI TRỌNG LẶP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã ngành: 60580208

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2018

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Mã số: 60580208

TẤM CFRP VỚI BÊ TÔNG CHỊU TẢI TRỌNG LẶP

1 Xây dựng chương trình thực nghiệm, sử dụng phương pháp kéo trượt một mặt, khảo sát ứng xử bám dính của tấm CFRP với bê tông với các biến số: bề rộng tấm và cường độ bê tông

2 Làm rõ ảnh hưởng của bề rộng tấm CFRP và cường độ bê tông đến ứng xử bám dính CFRP - bê tông

3 Xây dựng mô hình ứng suất bám dính – trượt (bond stress – slip model) tổng quát giữa tấm CFRP và bê tông có xét đến nhiều yếu tố như bề rộng tấm, cường độ bê tông, độ cứng và chiều dài dán tấm

4 Kiểm chứng độ chính xác của mô hình bond stress – slip đề xuất với các mô hình của các tác giả trước đây

5 Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng lặp đến ứng xử và sự làm việc của tấm CFRP gia cường ngoài cho bê tông

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: TS TRẦN THÁI MINH CHÁNH

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC

Sau đây là công trình khoa học dựa trên các kết quả của nghiên cứu này:

Tạp chí trong nước:

Hoàng Anh Tuấn, Trần Thái Minh Chánh, Lê Văn Phước Nhân và Nguyễn Minh

Long, 2018 “Ứng xử bám dính của liên kết CFRP - bê tông: Ảnh hưởng của bề rộng

dán tấm”, Tạp chí Xây Dựng, 57(8), pp.124-128 (ISSN 0866-8762)

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Giảng viên hướng dẫn

là PGS.TS Nguyễn Minh Long và TS Trần Thái Minh Chánh, đã nhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức vô giá cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt chương trình Cao học vừa qua

Bên cạnh đó, xin chân thành cảm ơn toàn thể Cán bộ Phòng thí nghiệm kết cấu công trình - Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng (BKSel) - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tạo điều kiện và giúp đỡ nhiệt tình cho tôi trong quá trình thực hiện chương trình thực nghiệm

Xin chân thành cảm ơn Sở Khoa học và Công nghệ Cà Mau đã tài trợ một phần cho nghiên cứu này thông qua đề tài mã số 07/2016/HĐ-SKHCN

Xin chân thành cảm ơn gia đình đã động viên, tạo điều kiện và luôn là hậu phương vững chắc cho tôi hoàn thành luận văn nói riêng và chương trình đào tạo sau Đại học nói chung

Mặc dù đã nỗ lực rất nhiều nhưng không thể tránh được những sai sót Kính mong nhận được những góp ý từ quý Thầy Cô để tôi hoàn thiện thêm những kiến thức và bản thân mình hơn

Chân thành cảm ơn

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của bề rộng tấm CFRP đến ứng xử bám dính giữa tấm với bê tông trong hai điều kiện tải trọng tĩnh đơn điệu và tải trọng lặp Chương trình thực nghiệm áp dụng phương pháp kéo trượt một mặt (single-shear pull-out test) thực hiện trên mười hai mẫu bê tông được gia cường bằng các tấm CFRP với bề rộng tấm và cường độ bê tông thay đổi Các kết quả của nghiên cứu đã cho thấy cường độ bê tông và bề rộng tấm CFRP có ảnh hưởng rõ nét đến dạng phá hoại của tấm CFRP Bề rộng của tấm CFRP có ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng lớn nhất, cường độ bám dính và độ trượt của tấm Các giá trị này có xu hướng giảm dần theo sự gia tăng của bề rộng tấm Ngoài ra, việc tăng bề rộng tấm CFRP trong các mẫu thực nghiệm còn gây nên hiện tượng phân bố không đều của biến dạng tấm theo phương ngang của tấm Cường độ bám dính và độ trượt của tấm CFRP có xu hướng tăng theo cường độ bê tông Phân tích ứng xử lặp cho thấy, tấm CFRP làm việc tốt dưới điều kiện tải trọng lặp 500,000 chu kỳ với biên

độ tải 5-55% Pmax, và hầu như không bị từ biến Biến dạng và năng lượng tiêu tán có

một sự gia tăng đáng kể ở những chu kỳ đầu, sau đó mức tăng giảm dần và trở nên

ổn định ở những giai đoạn sau Nghiên cứu này chỉ ra rằng việc bỏ qua hiện tượng chêch lệch biến dạng theo phương bề rộng tấm (đặc biệt đối với tấm có bề rộng lớn hơn 100 mm) làm cho việc đánh giá ứng xử bám dính của tấm chưa phản ánh được chính xác ứng xử thực của tấm và trở nên thiếu tin cậy khi tấm gia cường có bề rộng lớn như thường thấy trong các ứng dụng thực tiễn Mô hình ứng suất bám dính – độ trượt tổng quát được xây dựng dựa trên phương pháp hồi quy hàm dạng Popovic Các

kết quả kiểm chứng công thức tính ứng suất lớn nhất và độ trượt tương ứng cho thấy

mô hình đề xuất có độ chính xác đáng tin cậy

ABSTRACT

This thesis presents the results of empirical study on the effect of CFRP sheet width on bond behavior between the sheet and concrete in two monotonic static load and cyclic load conditions The experimental program applied single-shear pull-out test (SSPO) on twelve concrete speciments reinforced with CFRP sheets with varying sheet widths and concrete strengths The results of the study showed that concrete strength and CFRP sheet width significantly affected failure modes of FRP-to-concrete bonded joints, maximum strain, bond strength and slip of the sheet These values increase with increase in concrete strength but decrease with the increase in sheet width Moreover, the increase in the CFRP sheet width has also caused non-uniform distribution of CFRP sheet strain in transverse direction (perpendicular to fiber orientation), which results in spliting failure and rupture of the CFRP sheets Cyclic behavior analysis shows that the CFRP works well under 500,000 cyclic load

conditions with a load range of 5-55% Pmax, the sheet was not affected by creep An

increase in train and energy dissipation is significant in the early cycles, but decreases and becomes stable at later cycles This study also indicates that without taking non-uniform distribution of CFRP sheet strain in transverse direction (perpendicular to fiber orientation) into consideration will cause the assessment of bond behavior that does not accurately reflect the actual behavior of the sheet and becomes unreliable when the reinforcement sheet is as large as in practical applications The bond stress – slip model is based on the Popovics regression method Comparisons of predicted and experimental the maximum bond stress and the corresponding slip indicate that the proposed model is reliable

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Minh Long và TS Trần Thái Minh Chánh

Các kết quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp H ồ Chí Minh, ngày 22 tháng 06 năm 2018

Học viên thực hiện

Hoàng Anh Tuấn

M ỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC KÝ HIỆU vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Giới thiệu về vật liệu polymer cốt sợi gia cường 3

2.1.1 Sơ lược về vật liệu FRP 3

2.1.2 Bám dính giữa FRP và bê tông 6

2.2 Tình hình nghiên cứu 11

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên Thế giới 11

2.2.1.1 Ứng xử bám dính dưới tác dụng của tải tĩnh (monotonic loading) 11

2.2.1.2 Ứng xử bám dính dưới tác dụng của tải lặp (cyclic loading) 12

2.2.1.3 Ảnh hưởng của bề rộng tấm 15

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 18

2.3 Các vấn đề còn tồn đọng 21

2.4 Mục tiêu nghiên cứu 22

2.5 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu 22

2.5.1 Ý nghĩa khoa học 22

2.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 23

2.6 Nội dung nghiên cứu 23

Chương 3 PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM 24

3.1 Chương trình thực nghiệm 24

3.2 Vật liệu 24

3.2.1 Bê tông 24

3.2.2 Vải sợi các-bon và keo epoxy 25

3.2.3 Mẫu thí nghiệm 26

3.2.4 Dán tấm gia cường 29

3.2.5 Thiết bị 30

3.3 Sơ đồ thí nghiệm 32

3.4 Quy trình thực nghiệm 33

3.5 Kết quả thực nghiệm 35

3.5.1 Dạng phá hoại 35

3.5.2 Quan hệ lực – biến dạng 37

3.5.3 Sự phân bố biến dạng trong tấm 40

3.5.3.1 Phân bố theo chiều dọc tấm 40

3.5.3.2 Phân bố theo chiều ngang tấm 42

3.5.4 Ứng suất và độ trượt 44

Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ KIỂM CHỨNG 50

4.1 Các mô hình bám dính – trượt hiện nay 50

4.2 Phương pháp xây dựng mô hình 51

4.3 Xây dựng mô hình ứng suất bám dính – trượt mới 52

4.3.1 Ứng suất bám dı́nh lớn nhất 52

4.3.2 Độ trượt tương ứng 54

4.3.3 Tham số n 57

4.4 Kiểm chứng 58

Chương 5 ỨNG XỬ BÁM DÍNH DƯỚI TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG LẶP 76

5.1 Biến dạng trong tấm 76

5.2 Năng lượng tiêu tán 78

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

6.1 Kết luận 80

6.2 Một số kiến nghị 82

DANH M ỤC HÌNH ẢNH

dạng dải; (c) dạng thanh 3

Hình 2.2: Gia cố kết cấu bê tông cốt thép với FRP 4

Hình 2.3: Quan hệ ứng suất - biến dạng của vật liệu FRP (CNR DT200, 2013) 5

Hình 2.4: Các kiểu phá hoại kết cấu gia cường FRP 7

Hình 2.5: Các dạng phá hoại kết cấu BTCT gia cường FRP chịu uốn 8

Hình 2.6: Phân bố ứng suất dọc theo tấm FRP (ACI 440.2R, 2017) 8

Hình 2.7: Kiểu phá hoại do lớp bê tông bảo vệ bị bóc tách (ACI 440.2R, 2017) 9

Hình 2.8: Một số mô hình bám dính – trượt hiện nay cho trường hợp tải tĩnh (Lu et al., 2005) 9

Hình 2.9: Biểu đồ quan hệ ứng suất bám dính – chuyển vị trượt: (a) tải đơn điệu; (b) tải lặp 12

Hình 2.10: Nghiên cứu của Ko and Sato (2007) (a) Phân bố ứng suất bám dính, trượt, biến dạng trong tấm FRP (b) Mô hình chu kỳ trễ của quan hệ ứng suất bám dính – độ trượt 13

Hình 2.11: So sánh ứng xử trượt của các kiểu gia cường tấm FRP dưới tác dụng tải lặp (Yun et al., 2008) 13

Hình 2.12: Mẫu thí nghiệm của Nigro et al (2011) (a) Mẫu thí nghiệm; (b) Sơ đồ bố trí cảm biến (strain gauges) 14

Hình 2.13: Chiều rộng ảnh hưởng của bê tông (Neto et al., 2016) 16

Hình 2.14: Ảnh hưởng bề rộng tấm FRP bf đến hệ số bề rộng (Lin et al., 2017) 17

Hình 2.15: Hiệu quả gia cường khả năng chịu uốn theo cường độ bê tông, (N.H Tuân và cộng sự., 2015) 19

Hình 2.16: Mô hình ứng suất độ trượt trong môi trường: (a) Không ngâm; (b) Nước ngọt; (c) nước mă ̣n; (d) Nước kiềm 20

Hình 3.1: Nén mẫu lập phương kiểm tra cường độ 25

Hình 3.2: Cốp pha sử dụng để đúc mẫu thí nghiệm 27

Hình 3.3: Bê tông thương phẩm được đưa đến phòng thí nghiệm 28

Hình 3.4: Đúc mẫu và dán nhãn nhận diện 28

Hình 3.5: Bảo dưỡng và lưu mẫu trong phòng thí nghiệm 29

Hình 3.6: Keo epoxy dùng trong dán tấm CFRP 30

Hình 3.7: Công tác dán tấm CFRP và bảo quản mẫu thí nghiệm 30

Hình 3.8: Thiết bị ghi nhận dữ liệu cảm biến 31

Hình 3.9: Chi tiết gá giữ tấm CFRP 31

Hình 3.10: Sơ đồ thí nghiệm 32

Hình 3.11: Sơ đồ bố trí cảm biến (SG) 33

Hình 3.12: Công tác cân chỉnh mẫu thí nghiệm 34

Hình 3.13: Kiểu phá hoại của các mẫu 36

Hình 3.14: Sự thay đổi biến dạng lớn nhất theo bề rộng tấm CFRP 38

Hình 3.15: Sự thay đổi ứng suất bám dính trung bình theo cường độ bê tông 38

Hình 3.16: Sự thay đổi ứng suất bám dính trung bình theo tỉ số bề rộng tấm CFRP và bề rộng mẫu bê tông, bf /b c 38

Hình 3.17: Quan hệ lực – biến dạng các nhóm mẫu 39

Hình 3.18: Phân bố biến dạng dọc tấm của các nhóm mẫu 41

Hình 3.19: Biến dạng dọc lớn nhất theo bề rộng tấm của tất cả mẫu 42

Hình 3.20: Phân bố biến dạng dọc trên bề mặt tấm CFRP (các mẫu có bề rộng tấm = 150 mm) 43

Hình 3.21: Sự thay đổi ứng suất và độ trượt theo cường độ bê tông 45

Hình 3.22: Sự thay đổi ứng suất và độ trượt theo tỉ số bề rộng tấm CFRP và bề rộng mẫu bê tông, bf/bc 45

Hình 3.23: Biểu đồ quan hệ ứng suất – độ trượt thực nghiệm - nhóm C25 46

Hình 3.24: Biểu đồ quan hệ ứng suất – độ trượt thực nghiệm - nhóm C45 47

Hình 3.25: Biểu đồ quan hệ ứng suất – độ trượt thực nghiệm - nhóm C60 48

Hình 4.6: Tương quan độ trượt và cường độ bê tông 56

Hình 4.7: Kiểm chứng công thức τmax của mô hình hiện tại với Vĩ (2017) và Cường (2014) 72

Hình 4.8: Kiểm chứng công thức τmax của Neubauer (1999), Lu (2005), Nakaba (2001), Monti (2003) 72

Hình 4.9: Kiểm chứng công thức s0 của mô hình hiện tại với Vĩ (2017) và Cường (2014) 73

Hình 4.10: Kiểm chứng công thức s0 của Gou (2005), Monti (2003), Nakaba (2001), Savioa (2003) 73

Hình 4.11: Mô hình ứng suất – độ trượt đề xuất theo nhóm cường độ 75

Hình 5.1: Cận trên (upper) và cận dưới (lower) biến dạng mẫu C25-W10-C 77

Hình 5.2: Biến dạng cận trên và cận dưới từ SG1 đến SG4 mẫu C25-W10-C 77

Hình 5.3: Quan hệ lực – chuyển vị tổng thể 79

Hình PL.1: Phân bố biến dạng dọc tấm theo cấp lực 89

Hình PL.2: Biểu đồ phân bố ứng suất và độ trượt theo chiều dài dán (nhóm C25) 92

Hình PL.3: Biểu đồ phân bố ứng suất và độ trượt theo chiều dài dán (nhóm C45) 93 Hình PL.4: Biểu đồ phân bố ứng suất và độ trượt theo chiều dài dán 94

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

DT200 (2013)] 5

B ảng 2.2: Tỉ số dị hướng tấm FRP một phương (CNR DT200, 2013) 6

B ảng 2.3: Hệ số ảnh hưởng dài hạn (CNR DT200, 2013) 10

B ảng 3.1: Thành phần cấp phối vật liệu cho 1 m3 bê tông 25

B ảng 3.2: Thông số mẫu thí nghiệm 26

B ảng 3.3: Thông số thiết bị gia tải 31

B ảng 3.4: Kết quả thực nghiệm 49

B ảng 4.1: Mô hình ứng suất bám dính – trượt tổng quát 58

B ảng 4.2: Tính toán và kiểm chứng công thức tính ứng suất lớn nhất 59

B ảng 4.3: Tính toán và kiểm chứng công thức tính độ trượt tương ứng 66

B ảng PL.1: Kết quả lực – biến dạng (nhóm C25) 87

B ảng PL.2: Kết quả lực – biến dạng (nhóm C45) 87

B ảng PL.3: Kết quả lực – biến dạng (nhóm C60) 88

B ảng PL.4: Tham số và các yếu tố tương quan 95

DANH M ỤC CHỮ VIẾT TẮT

ACI American Concrete Institute – Viện bê tông Hoa Kỳ

CFRP Carbon Fiber Reinforced Polymer – Tấm gia cường sợi các-bon

EB-FRP Externally Bonded FRP reinforcement – Gia cường FRP dán ngoài FRP Fiber Reinforced Polymer – Vật liệu sợi gia cường

NSM-FRP Near-Surface Mounted FRP reinforcement – Gia cường FRP dưới

SSPO Single-shear pull-out test – Phương pháp thí nghiệm kéo trượt một mặt

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

Chương 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nước, nhiều công trình mới liên tục được xây dựng nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển sản sản xuất, kinh doanh và chổ ở cho người dân Bên cạnh đó, các công trình hiện hữu cần được duy tu, sửa chữa, gia cố và nâng cấp cũng là một nhu cầu thiết thực và cấp bách Công tác duy tu, sửa chữa hoặc gia cố này xuất phát không những từ những yếu tố chủ quan như sai sót trong quá trình tính toán thiết kế, thay đổi công năng sử dụng công trình, mà còn đến

từ nhiều yếu tố khách quan như sự xâm thực của môi trường, động đất, cháy nổ, Việc phá dỡ, xây mới thường rất tốn kém và có thể không phải là giải pháp phù hợp

về kinh tế trong nhiều trường hợp; đồng thời việc tìm kiếm một giải pháp kỹ thuật gia cố kết cấu mà không làm thay đổi kiến trúc, không quá phức tạp về mặt thi công

và đặc biệt là tiết kiệm được chi phí và thời gian là thật sự cần thiết “Vật liệu polymer cốt sợi gia cường” (Fiber Reinforced Polymer - FRP) với nhiều đặc tính nổi trội như cường độ kéo cao, trọng lượng nhẹ, không bị ăn mòn; kỹ thuật gia cường với vật liệu FRP không làm thay đổi kiến trúc, thi công đơn giản, tiết kiệm thời gian, hiện nay được xem như một giải pháp hợp lý đáp ứng được những yêu cầu đó

Nhiều nghiên cứu đều có chung quan điểm rằng hiệu quả gia cường của vật liệu FRP phụ thuộc rất lớn vào khả năng bám dính của vật liệu này với kết cấu được gia cường, trong đó, tỉ số bề rộng tấm dán FRP và bề rộng mẫu bê tông thí nghiệm

b f/bc là một yếu tố có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử bám dính của tấm CFRP (Chen and Teng, 2001; Subramaniam et al., 2007; Lin et al., 2017; Neto et al., 2016) Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại, chỉ có một số rất ít nghiên cứu tập trung vào tác động của bề rộng dán của tấm FRP (Neto et al., 2016) Tấm gia cường như tấm CFRP thường là loại tấm trực hướng (theo phương sợi) nên theo phương còn lại, lưới sợi thường có hiện tượng bị “tẻ ra” khi làm việc, đặc biệt khi bề rộng tấm CFRP lớn, xác suất xuất hiện của hiện tượng này càng cao và nó có thể ảnh hưởng bất lợi đến sự làm việc của tấm FRP Điều đáng nói rằng các nghiên cứu nêu trên chỉ thực hiện trên các mẫu thực nghiệm chịu tải đơn điệu (tải tĩnh) Các nghiên cứu về ảnh hưởng của yếu

tố bề rộng tấm dán FRP đến ứng xử bám dính của tấm FRP hầu như chưa thấy được công bố Thực tế này làm cho các hướng dẫn thiết kế gia cường kết cấu sử dụng vật

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

liệu FRP dán ngoài hiện nay như ACI 440.2R (2017) và CNR-DT200 (2013) vẫn chưa có các chỉ dẫn rõ ràng về trường hợp tải lặp Các công thức tính toán chủ yếu vẫn dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm tải tĩnh, cùng với các hệ số ảnh hưởng dài hạn định sẵn nếu không có số liệu thực nghiệm cụ thể (Daud et al., 2017) Trong khi, dưới tác dụng của tải trọng lặp, hiện tượng biến dạng dư của lớp keo nền (chất kết dính giữa tấm CFRP với bề mặt bê tông) có thể xảy ra do sự tích lũy biến dạng của lớp keo nền qua từng chu kỳ lặp; điều này gây nên sự gia tăng độ trượt của tấm FRP

và làm suy giảm khả năng bám dính của nó Các vấn đề vừa nêu trên cho thấy rất cần

có những nghiên cứu liên quan đến việc khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của bề rộng tấm đến ứng xử bám dính của tấm FRP, đặc biệt với kết cấu gia cường chịu tải lặp; đồng thời cần thiết xem xét cả ảnh hưởng của tương tác giữa tấm FRP và cường độ

bê tông đến khả năng bám dính nói riêng và hiệu quả gia cường của tấm FRP khi chịu tải lặp

Đề tài này khảo sát và phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của bề rộng tấm polymer cốt sợi carbon (CFRP) và cường độ bê tông đến ứng xử bám dính của tấm CFRP với bê tông dưới tác dụng của tải trọng tĩnh đơn điệu và tải trọng lặp Dựa trên kết quả thực nghiệm và mô hình lý thuyết từ một số nghiên cứu đã có, mô hình ứng suất bám dính – trượt tổng quát của tấm CFRP với bê tông được thiết lập phục vụ cho công tác nghiên cứu và tính toán trong lĩnh vực gia cường và sửa chữa kết cấu BTCT

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Chương 2 TỔNG QUAN

Vật liệu polymer cốt sợi (Fiber Reinforced Polymer - FRP) là vật liệu composite gồm hai thành phần chính là cốt sợi (reinforcement) và vật liệu nền (matrix material) Sợi gia cường có thể là thủy tinh, carbon, aramid, quyết định tính chất, cường độ của FRP Vật liệu nền thường làm từ nhựa polymer, ví dụ như epoxy Tùy vào nhu cầu sử dụng, vật liệu FRP có thể được sản xuất dưới dạng thanh hoặc tấm Với đặc tính cường độ kéo cao, trọng lượng nhẹ, không bị ăn mòn vật liệu FRP thường được ứng dụng trong ngành chế tạo máy bay, ô tô, xây dựng,

Vật liệu nền và chất kết dính trong vật liệu FRP là một loại nhựa polymer nhiệt rắn (resin) Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ), các loại nhựa thường được sử dụng là Epoxy, Polyester Epoxy có đặc trưng kháng

ẩm, các chất hóa học, và có đặc tính kết dính tốt nên đây là loại nhựa thường được sử dụng nhất trong ứng dụng vật liệu FRP ngành xây dựng; Polyester có độ nhớt thấp hơn so với nhựa epoxy, tính hoạt hóa cao, nhưng độ bền cơ học và đặc tính kết dính thường thấp hơn so với các loại nhựa epoxy Chất kết dính liên kết vật liệu FRP với vật liệu được gia cường và còn liên kết các tấm FRP với nhau

(a) dạng tấm; (b) dạng dải; (c) dạng thanh

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Mặc dù chi phí sản xuất cốt sợi và nhựa tương đối đắt so với các vật liệu truyền thống như bê tông và thép, nhưng chi phí nhân công và thiết bị để lắp đặt hệ gia cường FRP thường thấp hơn FRP thường được áp dụng trong các khu vực mà các kỹ thuật truyền thống khó thực hiện Vật liệu FRP ngoài ưu điểm về cường độ, trọng lượng, khả năng chống ăn mòn mà còn đơn giản trong thi công, đảm bảo được tính thẩm mỹ, tiết kiệm chi phí và thời gian hơn so với một số phương pháp truyền thống (căng sau bên ngoài – external post-tensioning, gia cường bằng bản thép, tăng kích thước tiết diện) hay thay thế, xây mới một kết cấu

Tấm FRP cốt sợi carbon (CFRP) thường được sử dụng rộng rãi trong công tác gia

cường cho kết cấu nhờ những tính chất nổi trội hơn so với các loại cốt sợi khác (Hình

Bảng 2.1) Sợi carbon có module đàn hồi và độ bền rất cao theo phương của

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Bảng 2.1: So sánh thuộc tính của cốt sợi, keo và thép

[giá trị điển hình theo CNR DT200 (2013)]

Young’s Modulus

E

Cường độ kéo

r

σ

Biến dạng phá hoại

(CNR DT200, 2013)

Quan hệ bám dính của tấm FRP và bê tông là một yếu tố quan trọng trong kiểm soát ứng xử chịu lực của kết cấu BTCT gia cường với vật liệu FRP (Yao et al., 2005) Gia cường kết cấu với FRP đòi hỏi việc lựa chọn sử dụng chất kết dính phù hợp cũng như công tác xử lý bề mặt dựa trên cơ sở vật liệu cần gia cường (bê tông) và các thuộc tính của loại FRP chuẩn bị triển khai Chất kết dính là một vật liệu có khả năng tạo

ra liên kết giữa ít nhất hai bề mặt và có thể chia sẻ tải trọng Có rất nhiều loại chất kết dính tự nhiên và tổng hợp như chất đàn hồi, nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn đơn hoặc 2 thành phần (mono/bi-component); keo dán phù hợp nhất cho vật liệu FRP dùng cho kết cấu thường dựa trên nhựa epoxy 2 thành phần Có rất nhiều ưu điểm trong việc sử dụng chất kết dính so với sử dụng neo cơ khí, như khả năng liên kết nhiều loại vật liệu khác nhau, cho độ cứng lớn hơn, phân bố tải đồng đều và tránh tập trung ứng suất tại lỗ neo Tuy nhiên, chất kết dính rất nhạy cảm với điều kiện môi trường, chẳng hạn như độ ẩm và không thích hợp khi tiếp xúc với nhiệt độ cao Chen and Teng (2001) phân loại nguyên nhân phá hoại của kết cấu BTCT gia

cường với CFRP thành ba dạng chính: (i) mất bám dính giữa CFRP và bê tông; (ii)

phá hoại lớp keo epoxy do ứng suất cắt quá lớn hơn so với sức kháng cắt của epoxy;

và (iii) CFRP bị đứt dưới tác dụng của tải trọng kéo dọc trục Tuy nhiên, CFRP bị đứt khi chịu kéo dọc trục là rất hiếm xảy ra do thực tế CFRP có cường độ kéo dọc trục rất cao Trong nhiều trường hợp, CFRP mất bám dính với bề mặt bê tông hoặc mặt

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

CNR-DT200 (2013) phân loại kiểu phá hoại liên kết bám dính như sau (Hình 2.4):

• Phá hoại lớp keo dán (Adhesive fracture): xảy ra tại mặt tiếp xúc giữa lớp chất kết dính và vật liệu (gia cường hoặc được gia cường) Bề mặt phá hoại thường phẳng Kiểu phá hoại này thường do dùng chất kết dính không đúng;

• Phá hoại liên kết bám dính (Cohesive fracture): xảy ra bên trong một trong những vật liệu tạo thành liên kết Bề mặt phá hoại có thể là phẳng hoặc lởm chởm;

• Phá hoại hỗn hợp (Mixed fracture): xảy ra đồng thời 2 kiểu phá hoại kể trên, phá hoại ở cả chất kết dính và liên kết bám dính Bề mặt phá hoại thường lởm chởm

Theo CNR-DT200 (2013), khi gia cường kết cấu BTCT bằng vật liệu FRP, vai trò bám dính giữa bê tông và vật liệu FRP ảnh hưởng rất lớn đến độ dòn của phá hoại cơ học do sự mất bám dính Theo đó, phá hoại cơ học không được xảy ra trước phá hoại uốn hoặc cắt của kết cấu được gia cường Với kết cấu chịu uốn gia cường tấm FRP

có 4 dạng phá hoại như sau (Hình 2.5):

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Theo ACI 440.2R (2017), sự phân bố thực tế của ứng suất bám dính trong tấm

FRP rất phức tạp do bê tông bị nứt Hình 2.6 thể hiện sự phân bố của ứng suất cắt

mặt tiếp xúc (Interfacial shear stress) và ứng suất dọc trục (Normal stress) dọc theo chiều dài dán của tấm FRP khi bê tông chưa nứt Tiêu chuẩn này đề cập hai dạng phá hoại chính của kết cấu gia cường như sau:

• Tấm FRP bị mất bám dính: xảy ra tại vùng có vết nứt do uốn hoặc cắt, gần vùng moment cực đại Kiểu phá hoại này rất thường xuất hiện trong vùng có tỷ lệ lực cắt/moment lớn

• Tấm FRP bị bóc tách ở phía đầu tấm: do sự phát triển của ứng suất kéo trượt tại đầu tấm FRP Tại đây nếu cốt thép không được cấu tạo hợp lý, còn có khả năng

lớp bê tông bảo vệ bị tách ra dẫn đến sự bóc tách tấm FRP khỏi kết cấu (Hình 2.7)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Vấn đề xây dựng mô hình ứng suất bám dính – trượt cho liên kết FRP và bê tông là rất cần thiết để phục vụ cho các nghiên cứu chuyên sâu cũng như việc thực hành tính toán của các kỹ sư Đã có rất nhiều mô hình được đề xuất từ các nghiên cứu

đã có cho trường hợp tải trọng tĩnh (Hình 2.8) Ứng xử bám dính của liên kết FRP và

bê tông chịu tải trọng lặp đang được quan tâm trong những năm trở lại đây (Cruz et al., 2004; Dai et al., 2005; Ko and Sato, 2008; Carloni et al., 2012; Fernandes et al., 2014; Daud et al., 2015), nhưng mô hình bám dính cho trường hợp tải lặp hiện nay còn rất hạn chế

(Lu et al., 2005)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Theo CNR-DT200 (2013), hiệu suất làm việc của hệ gia cường FRP trong điều kiện mỏi cần phải được xem xét kỹ lưỡng Hiệu suất này phụ thuộc tương đối vào thành phần chất nền và loại cốt sợi Với tấm FRP một chiều, cốt sợi thường có vài khiếm khuyết; do đó ảnh hưởng đến khả năng ngăn cản sự hình thành vết nứt Để chống sự phá hoại do kết cấu gia cường FRP chịu ứng suất liên tục hoặc tải lặp chu kỳ, hệ số ảnh hưởng dài hạn, ηl, được đề xuất trong Bảng 2.3

Theo ACI 440.2R (2017), ứng suất trong tấm CFRP trong kết cấu chịu tải lặp cần được giới hạn khoảng 60-70% giới hạn bền của trường hợp tải tĩnh để tránh hiện tượng mỏi trong tấm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.2.1.1 Ứng xử bám dính dưới tác dụng của tải tĩnh (monotonic loading)

Chen and Teng (2001) thực hiện kiểm chứng các mô hình bám dính của liên kết FRP với bê tông hiện có với số liệu thực nghiệm thu được từ các nghiên cứu đã được công bố Các tác giả chỉ ra thiếu sót của các mô hình hiện nay và đề xuất một mô hình đơn giản và hợp lý mới được dựa trên phân tích cơ học rạn nứt và khảo sát thực

nghiệm Mô hình đề xuất công thức tính cường độ bám dính cực hạn (Pu) phụ thuộc

vào kích thước, cường độ bê tông, kích thước tấm FRP và chiều dài bám dính hiệu

quả (Le) Công thức xác định cường độ bám dính của Chen and Teng (2001) có dạng như sau:

E t f

có ứng suất và trượt cục bộ, xác định từ quan hệ giữa lực pullout và trượt tại vị trí đặt tải Hai tham số quan trọng trong mô hình này là năng lượng phá hoại mặt tiếp xúc

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

(Interfacial fracture energy) và chỉ số dẻo mặt tiếp xúc (Interfacial ductility index) có thể đưa vào tính toán tác động của tất cả các thành phần mặt tiếp xúc

2.2.1.2 Ứng xử bám dính dưới tác dụng của tải lặp (cyclic loading)

Cruz et al (2004) nghiên cứu ứng xử bám dính của tấm CFRP dán kiểu NSM khi

chịu tải tĩnh và tải lặp Nghiên cứu chỉ ra yếu tố chiều dài dán tấm CFRP Lb (bonded

length) ảnh hưởng lớn đến cường độ bám dính, ứng suất kéo trong tấm, lực trượt đầu tấm; đường bao của đồ thị quan hệ ứng suất bám dính – trượt trường hợp tải lặp có

dạng tương đồng với trường hợp tải tĩnh (Hình 2.9)

Ko and Sato (2007) tiến hành thí nghiệm trên 54 mẫu chịu tải trọng lặp để nghiên cứu mối quan hệ ứng suất bám dính – trượt giữa tấm FRP và bê tông Mô hình ứng suất bám dính – trượt được dựa trên hàm của Popovics với 7 tham số thực nghiệm: ứng suất bám dính cực đạiτmax, biến dạng trượt tương ứng smax, hằng số dạng đồ thị a, độ

cứng khi chưa có tải K, biến dạng trượt cực hạnsu, ứng suất ma sát τfp, ứng suất ma sát âmτfn Phân tích số được thực hiện để kiểm chứng mô hình và so sánh với kết quả thực nghiệm

(a) tải đơn điệu; (b) tải lặp

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Yun et al (2008) thực hiện nghiên cứu và so sánh ứng xử bám dính của vật liệu FRP với bê tông dưới tác động của tải trọng gây mỏi Nghiên cứu thực hiện so sánh trên nhiều dạng liên kết như dạng dán ngoài externally bonded FRP (EB-FRP), near-surface mounted FRP (NSM-FRP), loại neo sợi fiber anchored FRP (FB-FRP) và một loại mới được phát triển là hệ hỗn hợp hybrid bonded FRP (HB-FRP)

Nigro et al (2011) thực hiện thí nghiệm single-shear test mẫu bê tông gia cường tấm CFRP dưới tác động tải tĩnh đơn điệu và lặp Kết quả từ thực nghiệm được so sánh với các tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017); CNR-DT200 (2013); fib Bulletin 14 (2001) Tác giả kết luận rằng ảnh hưởng của một vài chu kỳ tải có biên độ lên đến 70% của

P max là không đáng kể đối với độ cứng và cường độ bám dính của tấm CFRP (kể cả chiều dài dán dài hơn hay ngắn hơn so với tính toán lý thuyết); các công thức dự đoán chiều dài dán hiệu quả trong các tiêu chuẩn phù hợp với kết quả thực nghiệm cho tấm

(a) Phân bố ứng suất bám dính, trượt, biến dạng trong tấm FRP

(b) Mô hình chu kỳ trễ của quan hệ ứng suất bám dính – độ trượt

(b) (a)

dưới tác dụng tải lặp (Yun et al., 2008)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

bề rộng 50 mm nhưng không chính xác cho tấm bề rộng 100 mm Chiều dài bám dính

hiệu quả Le thu được từ thực nghiệm cho tấm bề rộng 100 mm (khoảng 150 mm) thấp hơn của lý thuyết (giữa 227 và 320 mm)

Fernandes et al (2014) nghiên cứu ứng xử bám dính và uốn của hệ gia cường CFRP dạng NSM dưới tác dụng của tải trọng gây mỏi Kết quả từ thí nghiệm pull-out cho thấy, phá hoại do mất bám dính giữa lớp keo và tấm xảy ra khi đạt khoảng 60% ứng suất mỏi lớn nhất Ở mức 50% ứng suất mỏi lớn nhất các mẫu chưa bị phá hoại sau khi đã đạt 3 triệu chu kỳ Các tấm sàn BTCT được gia cường thanh CFRP có độ võng giữa nhịp thấp hơn và có độ cứng lớn hơn so với tấm sàn không được gia cường khi kết thúc 2 triệu chu kỳ Sau khi chịu tải mỏi, các tấm sàn được chất tải tĩnh và khảo sát ứng xử sau lặp Nghiên cứu kết luận rằng sự tích lũy thiệt hại do các chu kỳ tải

mỏi không ảnh hưởng đến khả năng cực hạn của sàn gia cường NSM-CFRP

(a) Mẫu thí nghiệm; (b) Sơ đồ bố trí cảm biến (strain gauges)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.2.1.3 Ảnh hưởng của bề rộng tấm

Subramaniam et al (2007) nghiên cứu ảnh hưởng của bề rộng tấm CFRP đến khả năng chịu lực của kết cấu gia cường Các tác giả sử dụng kỹ thuật xử lý hình ảnh (digital image correlation - DIC) để khảo sát sự lan truyền vết nứt và phân bố biến dạng trong suốt quá trình bong tách Một số kết luận từ nghiên cứu:

- Có sự chênh lệch ứng suất cắt lớn (high shear gradients) theo phương ngang của tấm CFRP, đặc biệt là vùng biên của tấm Bề rộng vùng biên gần như hằng số theo quá trình bong tách và không đổi theo bề rộng tấm CFRP;

- Bề rộng phần trung tâm tăng khi bề rộng tấm tăng Vì bề rộng vùng biên là không đổi, sự gia tăng ứng suất khi bề rộng tấm tăng được giải thích bởi sự tăng của vùng trung tâm mà chủ yếu là do sự truyền ứng suất giữa các thành phần dán;

- Các đặc tính phá hoại được xác định từ phần trung tâm tấm xa vùng biên được tìm thấy hầu như không đổi, độc lập với bề rộng tấm CFRP;

- Bề rộng bê tông lớn hơn bề rộng tấm cho phép thiết lập đầy đủ vùng biên, sự gia tăng bề rộng FRP sẽ làm tăng khả năng chịu lực

Subramaniam et al (2011) chỉ ra rằng ứng suất bám dính tăng khi tỉ số bề rộng tấm CFRP-bê tông tăng Ứng suất bám dính nhỏ hơn với mẫu có bề rộng tấm lớn hơn Một vùng có bề rộng không đổi với biến dạng lớn được thấy ở biên tấm CFRP trong quá trình bong tách Khi tỉ số bề rộng tấm CFRP-bê tông nhỏ hơn 0.5 Sự tham gia ngăn cản biến dạng của bê tông tăng theo bề rộng tấm FRP Các tác giả rút ra một số kết luận sau:

- Hình dạng của đồ thị đồ thị tải trọng – biến dạng giống nhau ở tất cả các mẫu Với cùng bề rộng mẫu bê tông, ứng suất bong tách tăng khi bề rộng tấm FRP tăng;

- Biến dạng của tấm CFRP theo phương bề rộng của mẫu cho thấy sự hiện diện của các vùng biên được đặc trưng bởi sự chênh lệch ứng suất cắt lớn ở cả chiều dọc

và chiều ngang của tấm Các vùng biên mở rộng từ giữa tấm CFRP ra đến vùng bê tông liền kề Chiều rộng của vùng biên gần như không đổi trong suốt quá trình bong tách Mặt tiếp xúc CFRP-bê tông ngay tại các vùng biên có kiểu phá hoại hỗn hợp;

- Biến dạng của tấm CFRP xa vùng biên dần trở nên đơn hướng Bề rộng tấm

CFRP tăng kéo theo bề rộng phần trung tâm của tấm CFRP tăng;

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

- Ứng suất tại thời điểm bong tách tăng khi bề rộng FRP tăng được giải thích bởi sự phát triển của vùng trung tâm (rộng hơn), mà chủ yếu là do sự truyền ứng suất giữa các thành phần dán;

- Khi bề rộng mẫu bê tông lớn hơn cần thiết, bề rộng tấm CFRP tăng làm tăng khả năng chịu lực; khi bề rộng tấm CFRP không đổi, ứng suất bong tách thấp hơn khi

bề rộng mẫu bê tông lớn hơn;

- Ứng suất bám dính cực hạn giảm khi bề rộng mẫu bê tông tăng; điều này có thể được giải thích là do vùng trung tâm tấm CFRP bị suy giảm

Neto et al (2016) đề xuất một phương pháp phân tích dựa trên mô hình phần tử hữu hạn 3 chiều để xác định chiều rộng ảnh hưởng của vị trí truyền ứng suất giữa CFRP

và bê tông, từ đó đánh giá ảnh hưởng của bề rộng của mặt tiếp xúc bê tông-CFRP đến cường độ bám dính Một số thực nghiệm được sử dụng để hiệu chỉnh các mô hình vật liệu, xác định số lượng các thông số vật liệu làm cơ sở tham khảo cho nghiên cứu

này Tác giả nhận định: (i) nếu chiều rộng bê tông lớn hơn chiều rộng tấm CFRP dán,

biến dạng cắt phân bố không đồng đều trong bê tông phát triển ở cả khu vực bên trong

và bên ngoài chiều rộng dán tấm CFRP; và (ii) ảnh hưởng của yếu tố chiều rộng bê

tông tăng theo sự gia tăng của bề rộng mẫu bê tông cho đến một giá trị cực đại Với

một chiều rộng bê tông đủ lớn, chiều rộng ảnh hưởng (binf) được giới hạn bởi giá trị,

b inf,lim, tùy thuộc vào bề rộng của tấm CFRP

( ) 0.5/ bff cf

b b

1 b 53e

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Lin et al (2017) cho rằng hệ số bề rộng là một thông số quan trọng thể hiện khả năng bám dính của liên kết tấm FRP-bê tông Hệ số này phản ánh trực tiếp cường độ bám dính do sự thay đổi bề rộng mẫu với một bề rộng nhất định của tấm trong thí nghiệm kéo trượt Tuy nhiên tồn tại những sự phân tán đáng chú ý trong các kết quả thực nghiệm ảnh hưởng bất lợi cho hệ số bề rộng thu được từ thực nghiệm Một phân tích chi tiết về hệ số bề rộng được tiến hành bằng cách sử dụng FEM kết hợp lý thuyết đàn hồi, từ đó đề xuất một mô hình mới cho hệ số bề rộng của liên kết FRP-bê tông

Hệ số bề rộng được tìm thấy là một hàm của không chỉ của bề rộng tấm FRP và bê tông mà còn của cường độ bê tông và độ cứng tấm Thấy rằng hầu hết các mô hình

hệ số bề rộng hiện tại có thể đánh giá chưa sát, thậm chí quá cao ảnh hưởng bề rộng

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Việc ứng dụng kỹ thuật gia cường kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu FRP

đã và đang phát triển tại Việt Nam trong những năm vừa qua Tuy nhiên, số lượng nghiên cứu được công bố về ứng xử trong trường hợp tải lặp còn rất hạn chế

Nguyễn-Hùng và Phạm-Quang (2013) nghiên cứu thực nghiệm dùng tấm carbon, aramid, thủy tinh, gia cường nhằm tăng khả năng kháng chấn cho cột BTCT Kết quả cho thấy tấm sợi gia cường làm tăng tính dẻo cho cột Độ dẻo này phụ thuộc vào hàm lượng, cường độ và khả năng biến dạng của tấm FRP và lực bám dính giữa tấm FRP với bề mặt bê tông

N.P.T Minh (2015) thực hiện thí nghiệm khảo sát và đánh giá ảnh hưởng tương tác của cường độ bê tông và chiều dài dán của tấm FRP đến ứng xử bám dính trượt giữa tấm FRP và bê tông Kết quả cho thấy cường độ bám dính lớn nhất giữa tấm CFRP

và bê tông nằm trong khoảng 3.32 MPa đến 4.15 MPa; khi tăng cường độ bê tông từ

31 MPa đến 92.7 MPa, cường độ bám dính lớn nhất tăng 25% và biến dạng lớn nhất tăng 54%

Nghiên cứu của Trần-Quốc và Nguyễn-Minh (2015) chỉ ra rằng cường độ bám dính

và độ trượt tương ứng giữa bề mặt tấm FRP và bê tông tăng khi cường độ bê tông tăng, sự gia tăng này không tuyến tính Mô hình ứng suất bám dính – trượt đề xuất trong nghiên cứu này dự đoán cường độ bám dính phù hợp với kết quả thực nghiệm thể hiện qua giá trị trung bình (Mean) và hệ số biến thiên tương ứng (COV) của tỷ

số (τmax,pred / τmax,exp) lần lượt là 1.17 và 0.34, 1.09 và 0.35 Mô hình đề xuất đã kể được ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố như cường độ, độ cứng tấm FRP và của lớp keo dán, tỉ số của bề rộng tấm FRP trên bề rộng của mẫu bê tông

Nguyễn-Hữu và cộng sự (2015) nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng hiệu quả gia cường dầm BTCT bằng vật liệu FRP Các tác giả nhận định hiệu quả gia cường phụ thuộc

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

(Trần-Quốc, 2014) đề xuất hai mô hình ứng suất bám dính – trượt gồm mô hình tổng quát và mô hình đơn giản dự đoán cường độ bám dính Các mô hình đề xuất đã kể được ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố như cường độ, độ cứng tấm FRP và của lớp keo dán, tỉ số của bề rộng tấm FRP trên bề rộng của mẫu bê tông Bên cạnh đó,

kết quả mô phỏng thí nghiệm kéo trượt tấm FRP dùng phần tử liên kết mặt sử dụng phần mềm ABAQUS cho kết quả phù hợp với thực nghiệm Tải trọng lớn nhất thu được từ mô hình không có chênh lệch đáng kể với kết quả từ 14 mẫu thực nghiệm, thể hiện qua giá tri ̣ trung bı̀nh (Mean) và hê ̣ số biến thiên tương ứng (COV) của tỷ số

trượt của tấm FRP thông qua phần tử liên kết mặt đã mô phỏng ứng xử cắt của dầm BTCT gia cường tấm FRP dạng U khá tương đồng với ứng xử của 14 mẫu dầm thực nghiệm, thể hiện qua giá tri ̣ trung bı̀nh (Mean) và hê ̣ số biến thiên tương ứng (COV)

của tỷ số lực phá hủy (Pmax,pred / Pmax,exp) là 1.08 và 0.09; giá tri ̣ trung bı̀nh (Mean) và

hê ̣ số biến thiên tương ứng (COV) của tỷ số chuyển vị (δmax,pred / δmax,exp) là 1.09 và 0.15; giá tri ̣ trung bı̀nh (Mean) và hê ̣ số biến thiên tương ứng (COV) của tỷ số biến dạng tấm (εf,max,pred / εf,max,exp) là 1.05 và 0.44 Ngoài ra, mô hình PTHH đã dự đoán khá chính xác hiệu quả gia cường kháng cắt của dầm gia cường tấm FRP với mức độ chênh lệch chỉ 6.6% so với thực nghiệm

Huỳnh-Nguyên (2017) xây dựng mô hình ứng suất bám dính – độ trượt dựa trên số

liệu thực nghiệm trong các điều kiện môi trường xâm thực khác nhau và phân tích

bê tông, Nguyễn-Hữu và cộng sự (2015)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

làm rõ ảnh hưởng của yếu tố môi trường đến ứng xử bám dính của tấm CFRP với bê

tông (Hình 2.16)

0 1 2 3 4 5

0 1 2 3 4 5

(a) Không ngâm; (b) Nước ngọt; (c) nước mă ̣n; (d) Nước kiềm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Từ tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài ứng xử bám dính của kết cấu CFRP-Bê tông, có thể thấy các vấn đề còn tồn tại như sau:

 Nhiều nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung vào yếu tố chiều dày bám dính

hiệu quả Le; các nghiên cứu về bề rộng dán tấm b f còn khá khiêm tốn Bên cạnh đó, các nghiên cứu thực nghiệm về bề rộng thường sử dụng tấm có bề rộng dưới 100 mm, chưa thể bao quát được ứng xử thực tế của như tấm bề rộng lớn như phân bố biến dạng không đều theo phương ngang, lưới sợi dễ bị tẻ ra (do sự không đồng đều của các sợi gia cường trong quá trình chế tạo và thi công) Bên cạnh đó cũng cần phải nghiên cứu sự tương tác của cường độ bê tông và hàm lượng dán tấm ảnh hưởng đến ứng xử bám dính của tấm CFRP với bê tông;

 Tồn tại sự phân tán trong các nghiên cứu ứng xử bám dính; nhận định chung của nhiều nghiên cứu là các mô hình ứng suất bám dính – trượt hiện có đều cho kết quả tương đối lệch so với thực nghiệm, đặc biệt là giá trị độ trượt tương ứng với ứng suất bám dính lớn nhất;

 Nhu cầu về gia cường cho kết cấu chịu tải lặp rất nhiều nhưng các điều khoản trong các tiêu chuẩn hay hướng dẫn thiết kế chưa rõ ràng và thường dựa trên tính toán cho tải tĩnh Các hệ số kể đến sự làm việc theo thời gian chưa đủ độ tin cậy, gây lãng phí hoặc thậm chí thiếu an toàn trong nhiều trường hợp;

 Số lượng nghiên cứu dựa trên thực nghiệm về ứng xử bám dính khi chịu tải lặp còn hạn chế nên chưa có nhiều mô hình bám dính – trượt đủ độ tin cậy phục vụ cho công tác tính toán thiết kế và các nghiên cứu về sau

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Dựa trên những phân tích đã nêu, đề tài nghiên cứu đề ra những mục tiêu cụ thể như sau:

 Khảo sát và làm rõ ảnh hưởng của của bề rộng tấm CFRP và cường độ bê tông đến cường độ bám dính và độ trượt của tấm với bê tông;

 Xây dựng mô hình quan hệ giữa ứng suất bám dính – trượt của tấm CFRP với

bê tông có xét đến các yếu tố về bề rộng tấm dán và cường độ bê tông; và kiểm chứng mức độ chính xác của mô hình;

 Đánh giá ảnh hưởng tải trọng lặp của đến ứng xử bám dính giữa tấm CFRP và