Phân tích ứng xử kháng cắt của dầm btct gia cường tấp frp dạng u dùng phần tử liên kết mặt bằng phương pháp pthh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN QUỐC CƯỜNG MSHV: 12210230 Ngày, tháng, năm sinh: 23/04/1988 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: XD Công trình Dân Dụng và Công Nghiệp Mã số :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 21 tháng 01 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

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)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN QUỐC CƯỜNG MSHV: 12210230

Ngày, tháng, năm sinh: 23/04/1988 Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: XD Công trình Dân Dụng và Công Nghiệp Mã số : 60 58 20

CƯỜNG TẤM FRP DẠNG U DÙNG PHẦN TỬ LIÊN KẾT MẶT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH

(a) Xây dựng chương trình thực nghiệm để khảo sát và phân tích ứng xử bám dính – trượt giữa bê tông và tấm CFRP bằng hai phương pháp:

• Phương pháp dựa vào sự phân phối biến dạng trong tấm CFRP;

• Phương pháp dựa vào quan hệ độ trượt - biến dạng tại đầu chịu lực của tấm CFRP; Cường độ chịu nén của bê tông được thay đổi lần lượt 30, 50, 70 và 90 MPa Loại tấm khảo sát là CFRP;

(b) Xây dựng 2 mô hình bám dính – trượt giữa bê tông và tấm FRP dựa trên kết quả thí nghiệm ở mục (a) và một số thí nghiệm đã có:

• Mô hình tổng quát dựa trên các tham số cường độ bê tông, độ cứng FRP, keo và ảnh hưởng hình học của bề rộng tấm FRP, mẫu bê tông thí nghiệm;

• Mô hình rút gọn dựa trên các tham số cường độ bê tông và ảnh hưởng hình học của

bề rộng tấm FRP, bê tông;

(c) Kiểm chứng tính chính xác của 2 mô hình bằng cách sử dụng các kết quả thực nghiệm; (d) Tìm hiểu mô hình vật liệu của bê tông, cốt thép; mô hình phần tử; chuẩn phá hoại của

bê tông và mô hình phần tử liên kết mặt;

(e) Thực hiện mô phỏng số thí nghiệm kéo trượt tấm FRP ra khỏi mẫu bê tông dùng phần

tử liên kết mặt:

• Phân tích tải trọng tới hạn của mẫu;

• Phân tích quan hệ lực - chuyển vị của mẫu; biến dạng lớn nhất trong tấm FRP

dầm BTCT gia cường tấm FRP dạng U dùng phần tử liên kết mặt:

• Phân tích ứng xử của dầm qua quan hệ tải trọng - chuyển vị giữa dầm, hình dạng vết nứt và kiểu phá hoại của dầm;

• Phân tích và đánh giá ảnh hưởng của cường độ bê tông, hàm lượng thép đai, thép dọc, hàm lượng tấm FRP, kiểu gia cường đến khả năng kháng cắt và dạng phá hoại của dầm;

(g) Sử dụng các kết quả thực nghiệm để đánh giá và kiểm chứng tính chính xác của việc

mô phỏng và xây dựng mô hình

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy hướng dẫn là Thầy Nguyễn Minh Long, đã nhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi làm luận văn trong suốt hơn một năm qua

Xin chân thành cảm ơn 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 trong quá trình thực hiện luận văn

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

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và đồng nghiệp ở Ban Quản lý các khu công nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ, quán xuyến công việc trong khi tôi học tập trên Đại học Bách khoa

Chân thành cám ơn

Đề tài nghiên cứu ứng xử bám dính – trượt của tấm CFRP và bê tông có cường độ thay đổi từ 30 đến 90 MPa Dựa trên kết quả từ thực nghiệm này và các nghiên cứu

đã có, đề tài xây dựng một mô hình bám dính – trượt mới giữa FRP và bê tông Một chương trình mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) dựa trên phần mềm phân tích phi tuyến kết cấu Abaqus được thực hiện trên các mẫu thí nghiệm bám dính giữa tấm CFRP và bê tông có sử dụng phần tử liên kết mặt để rà soát và đánh giá lại mô hình đề xuất Sau đó, tính hợp lý của mô hình đề xuất được kiểm chứng thông qua một thư viện dữ liệu thực nghiệm đủ rộng và tổng quát Mức

độ chính xác của mô hình được so sánh với một số các mô hình tiêu biểu hiện có Cuối cùng, đề tài tiến hành mô phỏng và phân tích ứng xử của dầm BTCT gia cường tấm FRP dạng U có dùng phần tử liên kết mặt đã được lồng ghép mô hình đề xuất Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thực nghiệm 10 mẫu dầm đã có

để kiểm tra tính hợp lý của mô hình trong thực tế

Tôi cam kết nội dung trong luận văn này là của tôi và không sao chép từ các luận văn khác

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

2.1 Sơ lược về vật liệu FRP

2.2 Các nghiên cứu thực nghiệm về khả năng bám dính của tấm FRP với bê tông 2.3 Các mô hình về ứng xử bám dính – độ trượt của bê tông gia cường FRP

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử dầm gia cường tấm FRP

2.2.1 Yếu tố tấm FRP

2.2.2 Yếu tố kiểu và phương dán

2.2.3 Yếu tố cường độ bê tông

2.2.4 Yếu tố hàm lượng cốt thép dọc, cốt thép đai

4.6.1 Kiểu phá hoại của mẫu bê tông

4.6.2 Quan hệ Lực – Chuyển vị của các mẫu

4.7 Thiết lập quan hệ ứng suất bám dính – độ trượt

4.7.1 Phương pháp dựa trên sự phân phối biến dạng

4.7.1.1 Tính toán ứng suất bám dính

4.7.1.2 Tính toán độ trượt tương ứng

4.7.1.3 Hồi quy theo công thức Popovic (1973)

4.7.1.4 Ảnh hưởng của cường độ bê tông lên các tham số của mô hình

4.7.2 Phương pháp dựa trên quan hệ độ trượt – biến dạng tại vị trí bóc tách

4.7.2.1 Phương pháp tính toán

4.7.2.2 Hàm dạng theo đề xuất của Dai và cộng sự (2005)

4.7.2.3 Ảnh hưởng của cường độ bê tông lên các tham số của mô hình

4.7.3 So sánh kết quả giữa hai phương pháp

5.1 Giới thiệu và nhận xét một số mô hình và công thức tính hiện nay

5.1.1 Mô hình ứng suất bám dính – độ trượt của một số tác giả hiện nay

5.1.2 Mô hình của một số hướng dẫn hiện nay

5.2 Xây dựng mô hình ứng suất bám dính – độ trượt giữa tấm FRP và bê tông

5.2.1 Xây dựng mô hình đầy đủ

5.2.1.1 Ứng suất bám dính lớn nhất

5.2.1.2 Độ trượt tương ứng với ứng suất bám dính lớn nhất

5.2.1.3 Tham số n

5.2.2 Xây dựng mô hình đơn giản

5.3 Kiểm chứng công thức đề xuất và so sánh với các công thức hiện có

5.3.1 Kiểm chứng độ chính xác của các công thức tính ứng suất bám dính lớn nhất

5.3.2 Kiểm chứng độ chính xác của các công thức tính độ trượt

6.1.5 Điều kiện biên

6.1.6 Điều kiện tải trọng

6.2.3 FRP

6.2.4 Keo

6.3 Phương pháp giải

6.3.1 Giải bài toán phi tuyến trong ABAQUS

6.3.2 Bước, bước tăng tải, và bước lặp (Steps, increments, and iterations)

b w Tỷ số kể đến ảnh hưởng bề rộng FRP và bê tông [-]

ε0 Biến dạng tương ứng với cường độ bê tông f’ c [-]

f c′ Cường độ chịu nén danh định của mẫu bê tông lăng trụ [MPa]

f cc,cube Cường độ chịu nén của mẫu bê tông lập phương [MPa]

f ct,sp,cube Cường độ chịu kéo chẻ của mẫu bê tông lập phương [MPa]

f t Cường độ chịu kéo chẻ đôi của mẫu bê tông lập phương [MPa]

P max,exp Tải trọng lớn nhất thực nghiệm [N]

s 0 Độ trượt tương ứng với ứng suất tiếp lớn nhất [mm]

s 0,pre Độ trượt tương ứng với ứng suất tiếp lớn nhất theo dự đoán [mm]

s 0,exp Độ trượt tương ứng với ứng suất tiếp lớn nhất theo thực

nghiệm

[mm]

τmax,exp Ứng suất tiếp lớn nhất theo thực nghiệm [MPa]

δ max Chuyển vị tới hạn ứng với tải trọng tới hạn [mm]

δ max,pred Chuyển vị tới hạn ứng với tải trọng tới hạn PTHH [mm]

δ max,exp Chuyển vị tới hạn ứng với tải trọng tới hạn thực nghiệm [mm]

ACI American Concrete Institute

BTCT Bê tông cốt thép

CFRP Carbon Fibre Reinforced Polymers

CEB-FIP Comite Euro-International du Beton (CEB) and the Federation

Internationale de la Precontrainte COV Hệ số biến thiên

CNR - DT The Italian National Research Council

FRP Fiber Reinforced Polymers

GFRP Glass Fibre Reinforced Polymers

Mean Giá trị trung bình

STD Độ lệch chuẩn

Chương 2

Bảng 2.1: Tính chất cơ lý của các lớp sợi thủy tinh 4

Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của các lớp sợi các-bon 5

Bảng 2.3: Tính chất cơ lý của chất nền 6

Chương 4 Bảng 4.1: a) Cấp phối bê tông M300, M500, M700 và M900 b) Cường độ chịu nén và chịu kéo chẻ của các mẫu thí nghiệm 40

Bảng 4.2: Các đặc trưng cơ học của tấm sợi các-bon Tyfo SCH 7UP 42

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm 54

Bảng 4.4: Kết quả hồi quy các mẫu theo hàm dạng Popovic 65

Bảng 4.5: Kết quả hồi quy các mẫu theo phương pháp của Dai (2005) 70

Bảng 4.6: Tổng hợp và so sánh kết quả tính toán theo hai phương pháp 72

Chương 5 Bảng 5.1: Các mô hình bám dính – trượt hiện nay 80

Bảng 5.2: Các mô hình tổng quát và đơn giản đề xuất 89

Bảng 5.3: Kết quả tính ứng suất lớn nhất từ mô hình đề xuất và các mô hình khác .90

Bảng 5.4: Kết quả tính độ trượt từ mô hình đề xuất và các mô hình khác 93

Chương 6 Bảng 6.1: Kích thước mẫu thí nghiệm của Yao (2004) 119

Bảng 6.2: Đặc trưng vật liệu các mẫu thí nghiệm của Yao (2004) 121

Bảng 6.3: So sánh kết quả PTHH và thực nghiệm (Exp) của Yao 125

Bảng 6.4: Đặc trưng vật liệu các mẫu thí nghiệm của Diễm (2011) 132

134

Bảng 6.6: So sánh biến dạng bê tông và tấm gia cường FRP theo PTHH và thực nghiệm 136

Bảng 6.7: Đặc trưng vật liệu các mẫu thí nghiệm của Grande (2009) 142

Bảng 6.8: So sánh tải trọng tới hạn 145

Bảng 6.9: So sánh giá trị thực nghiệm và PTHH 150

Bảng 6.10: So sánh hiệu quả gia cường giữa thực nghiệm và PTHH 151

Chương 2

Hình 2.1: Tấm sợi các-bon thô 5

Hình 2.2: Tấm sợi các-bon theo phương dọc với các sợi Aramid theo phương ngang 5

Hình 2.3: Thí nghiệm kéo một mặt của Chajes (1996) 7

Hình 2.4: Mẫu thí nghiệm 7

Hình 2.5: Thí nghiệm kéo uốn của Lorenzis (2001) .8

Hình 2.6: Thí nghiệm kéo hai mặt của Nakaba (2001) 9

Hình 2.7: Thí nghiệm kéo tấm của Santos (2003) 9

Hình 2.8: Thí nghiệm kéo của Xiao (2004) 10

Hình 2.9: Thí nghiệm kéo một mặt của McSweeny (2004) 11

Hình 2.10: Thí nghiệm kéo một mặt của Yao (2004) 11

Hình 2.11: Thí nghiệm kéo uốn của Guo (2005) 12

Hình 2.12: Thí nghiệm kéo một mặt của Dai (2005) 12

Hình 2.13: Thí nghiệm kéo một mặt của Cho (2005) 13

Hình 2.14: Thí nghiệm kéo uốn của Pan (2006) 13

Hình 2.15: Thí nghiệm kéo của Pellegrino (2007) 14

Hình 2.16: Thí nghiệm kéo hai mặt của Yang (2007) 15

Hình 2.17: Thí nghiệm kéo một mặt của Mazzotti (2007) 15

Hình 2.18: Thí nghiệm kéo một mặt cải tiến của Mazzotti (2008) 16

Hình 2.19: Thí nghiệm kéo một mặt chịu tải trọng lặp của Nigro (2008) 16

Hình 2.20: Thí nghiệm kéo hai mặt chịu tải trọng lặp của Yun (2008) 17

Hình 2.21: Thí nghiệm kéo một mặt trong dung dịch của Yun (2010) 17

Hình 2.22: Thí nghiệm kéo hai đầu của Yang (2010) 18

Hình 2.24: Thí nghiệm kéo một mặt của Carrara (2011) 19

Hình 2.25: Quan hệ ứng suất tiếp – độ trượt theo đề xuất của Neubauer (1999) 19

Hình 2.26: Quan hệ ứng suất tiếp – độ trượt theo đề xuất của Nakaba (2001) 20

Hình 2.27: Quan hệ ứng suất tiếp – độ trượt theo đề xuất của Monti (2003) 21

Hình 2.28: Quan hệ ứng suất tiếp – độ trượt theo đề xuất của Dai (2005) 22

Hình 2.29: Quan hệ ứng suất tiếp – độ trượt theo đề xuất của Lu (2005) 24

Hình 2.30: Quan hệ ứng suất tiếp – độ trượt theo CNR-DT-200 và CEB-FIB bulletin 14 26

Hình 2.31: Mô hình PTHH của Yang (2003) chiều dài nhịp dầm L p  2.2m 31

Hình 2.32: Vết nứt trong dầm dài 2.7m của Hu (2003) 32

Hình 2.33: Vết nứt trong dầm dài 1.4m của Hu (2003) 32

Hình 2.34: Mô hình PTHH của Godat (2007) 32

Hình 2.35: Mô hình bám dính – trượt song tuyến tính trong mô hình của Godat (2007) 33

Hình 2.36: Mô hình PTHH vết nứt trong dầm của Chen (2010) 33

Hình 2.37: Quan hệ dính – trượt giữa thép – bê tông theo CEB – FIP (1993) 34

Hình 2.38: Quan hệ dính – trượt giữa FRP – bê tông theo Lu (2005) 34

Hình 2.39: Quan hệ bám dính – trượt giữa FRP – bê tông trong mô hình PTHH của You (2011) 35

Hình 2.40: Mô hình PTHH vết nứt trong dầm của Chen (2011) 35

Chương 4 Hình 4.1: Thí nghiệm nén và kéo chẻ bê tông 41

Hình 4.2: Chi tiết mẫu thí nghiệm 43

Hình 4.3: Công tác ván khuôn 44

Hình 4.4: Công tác đổ bê tông 45

Hình 4.6: Công tác mài làm sạch bề mặt và cưa tạo vết nứt trên mẫu bê tông 47

Hình 4.7: Công tác chuẩn bị tấm FRP và pha keo 48

Hình 4.8: Các mẫu trước khi chuẩn bị được dán tấm CFRP 48

Hình 4.9: Công tác dán tấm FRP lên bề mặt bê tông 49

Hình 4.10: Các mẫu sau khi được lắp đặt tấm CFRP 50

Hình 4.11: Dán cảm biến (SG) đo biến dạng lên tấm CFRP 51

Hình 4.12: Bố trí thiết bị thí nghiệm 52

Hình 4.13: Lắp đặt mẫu thí nghiệm và dụng cụ đo đạc 53

Hình 4.14: Kiểu phá hoại do bong tách tấm FRP 55

Hình 4.15: Kiểu phá hoại do đứt tấm (mẫu S3-90) 56

Hình 4.16: Quan hệ lực – chuyển vị của 4 nhóm 56

Hình 4.17: Quan hệ lực – biến dạng của 4 nhóm 57

Hình 4.18: Sự phân phối biến dạng trung bình trong tấm FRP của nhóm 1 58

Hình 4.19: Sự phân phối biến dạng trung bình trong tấm FRP của nhóm 2 59

Hình 4.20: Sự phân phối biến dạng trung bình trong tấm FRP của nhóm 3 59

Hình 4.21: Sự phân phối biến dạng trung bình trong tấm FRP của nhóm 4 60

Hình 4.22: Tính toán ứng suất bám dính và độ trượt từ sự phân phối biến dạng 61

Hình 4.23: Mô hính tính toán ứng suất bám dính  62

Hình 4.24: Mô hình tính toán giá trị độ trượt 63

Hình 4.25: Ảnh hưởng của tham số n lên hình dạng của nhánh mềm hóa 64

Hình 4.26: Ảnh hưởng cường độ bê tông lên tham số max 66

Hình 4.27: Ảnh hưởng cường độ bê tông lên tham số s0 67

Hình 4.28: Ảnh hưởng cường độ bê tông lên năng lượng bóc tách G f 68

Hình 4.29: Ảnh hưởng cường độ bê tông lên tham số A 71

Hình 4.31: So sánh ứng suất tiếp max của hai phương pháp 73

Hình 4.32: So sánh độ trượt tương ứng với ứng suất bám dính lớn nhất của hai phương pháp 74

Hình 4.33: So sánh năng lượng bóc tách của hai phương pháp 75

Chương 5 Hình 5.1: Một số sơ đồ thí nghiệm kéo tấm FRP 76

Hình 5.2: Phân bố số lượng các sơ đồ thí nghiệm kéo tấm FRP 77

Hình 5.3: Bước 1 - Tương quan giữa cường độ bê tông và ứng suất bám dính lớn nhất 84

Hình 5.4: Bước 2 – Tương quan giữa độ cứng FRP và ứng suất bám dính lớn nhất .85

Hình 5.5: Bước 3 – Tương quan giữa Mô – đun đàn hồi của keo và ứng suất bám dính lớn nhất 85

Hình 5.6: Tương quan giữa cường độ bê tông và độ trượt tương ứng s0 86

Hình 5.7: Tương quan giữa độ cứng FRP và độ trượt tương ứng s0 87

Hình 5.8: Tương quan giữa cường độ bê tông và tham số n 88

Hình 5.9: Kiểm chứng độ chính xác của công thức tính max của mô hình tổng quát, mô hình đơn giản và mô hình của Lu (2005) 97

Hình 5.10: Kiểm chứng độ chính xác của công thức tính max của mô hình Dai (2005), Savioa (2003) và Nakaba (2001) 98

Hình 5.11: Kiểm chứng độ chính xác của công thức tính max của mô hình Guo (2005), Neubauer (1999) và Monti (2003) 99

Hình 5.12: Kiểm chứng độ chính xác của công thức tính max theo hướng dẫn của CNR-DT200 (2013) 100

Hình 5.13: Kiểm chứng độ chính xác của công thức tính s0 của mô hình tổng quát, mô hình đơn giản và mô hình của Lu (2005) 101

Savioa (2003) và Nakaba (2001) 102

Hình 5.15: Kiểm chứng độ chính xác của công thức tính s0 của mô hình Guo (2005), Neubauer (1999) và Monti (2003) 103

Hình 5.16: Kiểm chứng độ chính xác của công thức tính s0 theo hướng dẫn của CNR-DT200 (2013) 104

Chương 6 Hình 6.1: Phần tử khối C3D8R (ABAQUS User’s Manual) 105

Hình 6.2: Phần tử thanh T3D2 (ABAQUS User’s Manual) 106

Hình 6.3: Mô hình của phần tử liên kết mặt (ABAQUS User’s Manual) 106

Hình 6.4: Ứng xử của phần tử liên kết mặt 107

Hình 6.5: Phần tử COH3D8R (ABAQUS User’s Manual) 107

Hình 6.6: Mặt phá hoại của bê tông theo mô hình của Lubliner và công sự (1989) .109

Hình 6.7: Quan hệ ứng suất – biến dạng bê tông 110

Hình 6.8: Ứng xử kéo của bê tông 111

Hình 6.9: Quan hệ ứng suất – biến dạng của thép với ứng xử tái bền tuyến tính

112

Hình 6.10: Quan hệ ứng suất – biến dạng của FRP 113

Hình 6.11: Các ứng suất của phần tử liên kết mặt (ABAQUS User’s Manual) 114

Hình 6.12: Quan hệ ứng suất bám dính – độ trượt 115

Hình 6.13: Liên kết phần tử keo với phần tử FRP và bê tông (ABAQUS User’s Manual) 115

Hình 6.14: Ngoại lực và nội lực trên vật thể (ABAQUS, 2010) 116

Hình 6.15: Biểu diễn ứng xử phi tuyến của kết cấu với mộ số gia tải trọng nhỏ 117

Hình 6.16: Bước lặp thứ hai (ABAQUS, 2010) 118

Hình 6.18: Mô hình thí nghiệm kéo của Yao (2004) 120

Hình 6.19: Mô hình PTHH trong ABAQUS 121

Hình 6.20: Quan hệ lực – chuyển vị tại điểm đặt lực của mẫu VI-1, VI-2 122

Hình 6.21: Quan hệ lực – chuyển vị tại điểm đặt lực của mẫu VI-3, VI-4 123

Hình 6.22: Quan hệ lực – chuyển vị tại điểm đặt lực của mẫu VI-5, VI-6 123

Hình 6.23: Quan hệ lực – chuyển vị tại điểm đặt lực của mẫu VI-7, VI-8 124

Hình 6.24: Quan hệ lực – chuyển vị tại điểm đặt lực của mẫu VII-1, VII-2 124

Hình 6.25: Quan hệ lực – chuyển vị tại điểm đặt lực của mẫu VII-3, VII-4 125

Hình 6.26: Dạng phá hoại mẫu VI-3 126

Hình 6.27: Dạng phá hoại mẫu VI-7 126

Hình 6.28: Phân phối biến dạng trong tấm FRP của mẫu VI-3, VI-7 127

Hình 6.29: Chi tiết mẫu dầm thí nghiệm G1-RC-2, G1-GFRP-2 của Diễm (2011) .128

Hình 6.30: Mô hình PTHH ¼ dầm G1-GFRP-2 128

Hình 6.31: Mô hình PTHH tấm FRP và thép trong dầm G1-GFRP-2 129

Hình 6.32: Chi tiết mẫu dầm thí nghiệm G1-RC-3 của Diễm (2011) 129

Hình 6.33: Chi tiết mẫu dầm thí nghiệm G1-GFRP-3 của Diễm (2011) 130

Hình 6.34: Dầm thí nghiệm G1-GFRP-3 của Diễm (2011) 130

Hình 6.35: Mô hình PTHH dầm G1-GFRP-3 131

Hình 6.36: Mô hình PTHH tấm FRP và thép trong dầm G1-GFRP-3 131

Hình 6.37: Quan hệ lực chuyển vị của dầm nhóm 2 (G1-RC-2, G1-GFRP-2) 133

Hình 6.38: Quan hệ lực chuyển vị của dầm nhóm 3 (G1-RC-3, G1-GFRP-3) 133

Hình 6.39: Kiểu phá hoại của dầm G1-RC-2 134

Hình 6.40: Kiểu phá hoại của dầm G1-GFRP-2 135

Hình 6.42: Kiểu phá hoại của dầm G1-GFRP-3 135 Hình 6.43: Quan hệ lực biến dạng bê tông dầm nhóm 2 (G1-RC-2, G1-GFRP-2)

137 Hình 6.44: Quan hệ lực biến dạng bê tông dầm nhóm 3 (G1-RC-3, G1-GFRP-3)

138 Hình 6.45: Ứng suất cốt thép, tấm FRP trong dầm gia cường nhóm 3 (G1- GFRP-3)

139 Hình 6.46: Quan hệ lực biến dạng tấm FRP của dầm nhóm 2, 3 140 Hình 6.47: Chi tiết mẫu dầm thí nghiệm nhóm 400, 300, 200 của Grande (2009)

141 Hình 6.48: Mô hình PTHH dầm RS2U 141 Hình 6.49: Quan hệ lực chuyển vịdầm nhóm 400 (RS4NR, RS4U) 143 Hình 6.50: Quan hệ lực chuyển vịdầm nhóm 300 (RS3NR, RS3U) 144 Hình 6.51: Quan hệ lực chuyển vịdầm nhóm 200 (RS2NR, RS2U) 144 Hình 6.52: Kiểu phá hoại của dầm RS4NR 146 Hình 6.53: Kiểu phá hoại của dầm RS4U 146 Hình 6.54: Kiểu phá hoại của dầm RS3NR 147 Hình 6.55: Kiểu phá hoại của dầm RS3U 147 Hình 6.56: Kiểu phá hoại của dầm RS2NR 148 Hình 6.57: Kiểu phá hoại của dầm RS2U 148 Hình 6.58: Ứng suất trong cốt thép và tấm FRP của dầm gia cường nhóm 200

(RS2U) 149

CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ

Ở Việt Nam hiện nay, bên cạnh các công trình mới ngày càng được xây dựng nhiều nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt cho người dân và phát triển kinh tế đất nước, một số lượng lớn các công trình đã có, qua một thời gian sử dụng cũng dần xuống cấp nhanh chóng và

bị hư hại đáng kể do tác động của điều kiện tự nhiên và con người Việc xây dựng các công trình mới thay thế cho các công trình đã cũ, lạc hậu là rất cấp thiết nhằm đảm bảo các vấn đề về kinh tế và an sinh xã hội Tuy nhiên, công việc này lại đòi hỏi một nguồn kinh phí khổng lồ và là một bài toán kinh tế nan giải không chỉ đối với Việt Nam mà cho

cả các quốc gia khác trong khu vực Một giải pháp hợp lý có thể dung hòa được bài toán kinh tế và vấn đề kéo dài tuổi thọ của kết cấu công trình là gia cường, sửa chữa và nâng cấp chúng Hiện nay, vấn đề gia cường hay nâng cấp các kết cấu bê tông nhằm làm tăng khả năng chịu tải, khắc phục những hư hỏng có thể gây sụp đổ công trình, hoặc tăng độ dẽo dai cho kết cấu thường đuợc thực hiện bằng cách sử dụng các vật liệu và các biện

pháp kỹ thuật truyền thống như: (i) dán thép tấm lên bề mặt kết cấu; (2i) tăng kích thước tiết diện của kết cấu bằng cách phủ thêm lớp áo bê tông; và (3i) tạo thêm ứng suất bằng

phương pháp căng sau Giải pháp kỹ thuật thứ nhất đòi hỏi cần có máy móc cơ giới chuyên dụng dùng để lắp đặt tấm thép (do khối lượng riêng thép lớn), chi phí thi công và bảo trì không hề rẻ (do sự han gỉ của cốt thép) Giải pháp thứ hai gây ảnh hưởng đến kết cấu hiện hữu (do phải đục phá lớp bê tông cũ, neo nối cốt thép cũ và mới), làm tăng kích thước tiết diện vì vậy ảnh hưởng đến kiến trúc công trình, thời gian thi công lâu do cần thời gian cho bê tông đủ tuổi Giải pháp thứ ba đòi hỏi kỹ thuật cao, thi công phức tạp (tạo mô men ngược dấu dễ gây nứt cho kết cấu hiện hữu), ảnh hưởng đến mỹ quan công trình (cáp nằm lộ thiên bên ngoài) và giá thành không hề rẻ Gần đây, với những đặc tính nổi bật như có khối lượng riêng nhẹ, không bị ăn mòn, có cường độ chịu kéo cao, thi công đơn giản và nhanh chóng với giá thành hợp lý, kỹ thuật gia cuờng dùng vật liệu

“nhựa polymer gia cường sợi” (Fiber Reinforced Polymers - FRP) đang nổi lên như một giải pháp hiệu quả so với các vật liệu và kỹ thuật truyền thống đã đề cập Mặc dù vậy, ứng dụng gia cường kết cấu BTCT bằng tấm FRP chưa được sử dụng phổ biến nhiều ở Việt Nam bên cạnh lý do về yếu tố giá thành của tấm FRP, các hiểu biết chưa thật sự đầy

đủ về ứng xử, phương pháp luận cũng như quy trình tính toán cụ thể đối với kết cấu

Để tìm hiểu ứng xử của kết cấu nói chung hoặc kết cấu BTCT gia cường tấm FRP nói riêng, hiện nay, có hai phương pháp nghiên cứu được sử dụng rộng rãi là thực nghiệm hoặc mô phỏng số Phương pháp thực nghiệm được sử dụng phổ biến do hiệu quả rất cao của nó trong công tác nghiên cứu, cho kết quả nhanh chóng, trực quan và có độ tin cậy cao, tuy nhiên phương pháp này thường tốn kém, dẫn đến số lượng mẫu thí nghiệm thường bị hạn chế, kích thước mẫu đa phần không phản ánh đúng kích thước của cấu kiện thực tế và cùng một lúc khó có thể khảo sát nhiều tham số khác nhau Trong khi đó, phương pháp số giúp giảm chi phí, thực hiện được trên các cấu kiện hoặc kết cấu phức tạp và đúng kích thước, vì vậy là phương pháp này cần thiết có thể bổ sung hiệu quả cho phương pháp thực nghiệm

Trong kết cấu bê tông gia cường tấm FRP, ứng xử bám dính-trượt giữa bê tông và tấm FRP quyết định đến hiệu quả gia cường của tấm FRP và vì vậy ảnh hưởng mạnh đến ứng

xử và khả năng chịu lực của kết cấu Hiện nay, trong các bài toán mô phỏng cấu kiện BTCT (dầm, sàn…) gia cường dùng vật liệu FRP, tương tác giữa tấm gia cường FRP với

bê tông được khai báo theo hai mô hình: bám dính tuyệt đối và bám dính – trượt Mô hình bám dính tuyệt đối giữa vật liệu FRP và bê tông được sử dụng trong các nghiên cứu

đúng ứng xử thực tế của tấm gia cường FRP Vì vậy, một số tác giả đã sử dụng các mô hình bám dính - trượt trong việc mô phỏng ứng xử của cấu kiện BTCT gia cường tấm FRP nhằm có được những hiểu biết xác thực nhất về ứng xử của dạng kết cấu này (Godat

và cộng sự, 2007; Chen và cộng sự, 2010; You và cộng sự, 2011; Chen và cộng sự,

xây dựng dựa trên phương pháp thực nghiệm hoặc bán thực nghiệm (Neubauer và Rostasy, 1999; Nakaba và cộng sự, 2001; Savioa và cộng sự, 2003, Monti và cộng sự, 2003; Dai và cộng sự, 2005; Guo và cộng sự, 2005; Lu và cộng sự, 2005; Zhou và cộng

số này, một số mô hình chỉ mới đề cập đến ảnh hưởng đơn điệu của cường độ bê tông đến ứng xử bám dính – trượt, chưa xét đến các yếu tố khác như độ cứng của tấm và keo,

và được xây dựng dựa trên một số lượng mẫu hạn chế (Nakaba và cộng sự, 2001; Guo và cộng sự, 2005; Savioa và cộng sự, 2003; Dai và cộng sự, 2005; Biscaia và cộng sự,

2012) Bên cạnh đó, một số mô hình quá phức tạp vì chứa nhiều tham số khó xác định trong thí nghiệm (Baky và cộng sự, 2012) Ngoài ra, tất cả các mô hình trên đều chưa xét 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

Đề tài nghiên cứu ứng xử bám dính – trượt của tấm CFRP và bê tông có cường độ thay đổi từ 30 đến 90 MPa Dựa trên kết quả từ thực nghiệm này và các nghiên cứu đã có, đề tài xây dựng một mô hình bám dính –trượt mới giữa FRP và bê tông Một chương trình

mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) dựa trên phần mềm phân tích phi tuyến kết cấu Abaqus được thực hiện trên các mẫu thí nghiệm bám dính giữa tấm CFRP và bê tông có sử dụng phần tử liên kết mặt để rà soát và đánh giá lại mô hình đề xuất Sau đó, tính hợp lý của mô hình đề xuất được kiểm chứng thông qua một thư viện

dữ liệu thực nghiệm đủ rộng và tổng quát Mức độ chính xác của mô hình được so sánh với một số các mô hình tiêu biểu hiện có Cuối cùng, đề tài tiến hành mô phỏng và phân tích ứng xử của dầm BTCT gia cường tấm FRP dạng U có dùng phần tử liên kết mặt đã được lồng ghép mô hình đề xuất Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thực nghiệm 10 mẫu dầm đã có để kiểm tra tính hợp lý của mô hình trong thực tế

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN

2.1 Sơ lược về vật liệu FRP

FRP là vật liệu liên hợp gồm có 2 thành phần: vật liệu nền (chất nền – polymer) và vật liệu cốt (sợi – fiber) Chất nền có chức năng liên kết các sợi, phân phối lực đồng đều giữa các sợi và bảo vệ các sợi khỏi sự xâm thực của các tác động bất lợi từ môi trường Sợi có chức năng gia cường, là phần chịu lực chính của vật liệu FRP

Tính chất cơ lý của vật liệu sợi (fiber): sợi gồm hàng ngàn sợi nhỏ (đường kính khoảng vài m); các sợi liên tục với chiều dài không giới hạn thường dùng trong kết cấu xây dựng còn các sợi ngắn (chiều dài 10 50mm ) thường dùng để phủ lên tàu thủy Sợi liên tục chiếm tỷ lệ % lớn về khối lượng trong FRP hơn so với vật liệu nền (khoảng 60~70%) Hầu hết các tính chất cơ học đặc trưng của sợi đều tốt hơn chất nền Tuy nhiên, sợi không thể sử dụng độc lập được mà phải sử dụng chung với chất nền để có thể phát huy các đặc tính tốt của nó Vật liệu sợi gồm 3 loại chính: sợi thủy tinh; sợi các-bon; sợi aramid Ngoài ra, còn có các loại sợi khác như UHMW (ultrahigh-molecular-weight), PVA (polyvinyl alcohol)

(a) Sợi thủy tinh

Thành phần chủ yếu là SiO2 (chiếm 50% 70%  về khối lượng FRP) gồm các lớp sợi: E,

A, C, AR, S có đường kính   3 24 m (thường là 17 m ) với các tính chất vật lý như

có màu trắng sáng hoặc màu mắt rắn; được sản xuất ở nhiệt độ khoảng 0

1400 C với một lớp bề mặt (gọi là sizing); sợi thủy tinh cách điện, cách nhiệt rất tốt, không quá đắt; tuy nhiên có một số nhược điểm như bị xâm thực trong môi trường muối, kiềm; bị mỏi khi tải trọng đạt  60%tải trọng tới hạn Về tính chất cơ học, sợi thủy tinh là vật liệu đẳng hướng Tính chất cơ học của sợi được tổng hợp trong Bảng 2.1 (Bank, 2006)

Bảng 2.1: Tính chất cơ lý của các lớp sợi thủy tinh

Lớp sợi thủy

tinh

Khối lượng riêng

3

g cm

Mô-đun đàn hồi kéo

GPa

Cường độ chịu kéo

MPa

Biến dạng tối đa

(b) Sợi các-bon

Được dùng trong các ứng dụng của kỹ thuật công trình dưới dạng là các tấm đan, dệt, các dãy, dây gân gồm các lớp sợi: SM (standard modulus), IM (intermediate modulus), HS (high strength), UHM (ultrahigh modulus) có đường kính  5 10 m với các tính chất vật lý như có màu đen; được sản xuất ở nhiệt độ cao khoảng 0

1200 2400 C cũng có một lớp bề mặt như sợi thủy tinh; sợi các-bon không bị xâm thực bởi môi trường; có hệ số giản nở do nhiệt theo chiều dọc rất thấp, hầu như không có; tuy nhiên có một số nhược điểm như sợi các-bon dẫn điện và dẫn nhiệt; đồng thời giá thành cao Tính chất cơ học của sợi được tổng hợp trong Bảng 2.2 (Bank, 2006)

Bảng 2.2: Tính chất cơ lý của các lớp sợi các-bon

Lớp sợi các-bon

Khối lượng riêng

3

g cm

Mô-đun đàn hồi kéo

GPa

Cường độ chịu kéo

1.4 g cm tuy nhiên sợi Aramid có một số nhược điểm như nhiệt độ nóng chảy thấp (khoảng 0

425 C); giá thành cao; độ hút ẩm cao (khoảng 6% về trọng lượng) Về tính chất cơ học, sợi Aramid cực kỳ bền, phụ thuộc vào loại của sợi thì cường

độ khoảng 3400 4100 MPa   với mô-đun đàn hồi khoảng 70.000 125.000 GPa  

dọc với các sợi Aramid theo phương ngang

(d) Tính chất cơ lý của vật liệu nền (Polymer)

Có độ rỗng  1%; nhiệt độ sử dụng 0

180 C

 , khi nhiệt độ sử dụng cao hơn nhiệt độ nóng chảy thì cường độ và mô-đun của chất nền lẫn FRP đều giảm, chất nền trở nên giòn và xuất hiện nhiều vết nứt; chất nền không có khả năng chống cháy; không bị xâm thực bởi môi trường Gồm 5 loại chất nền chính: Polyester, Exposy, Vinylester, Phenolic, Polyurethane Ngoài ra, còn có các lại chất nền khác như: PET, Polypropylene, nylon Về tính chất cơ học, chất nền là vật liệu đẳng hướng Các tính chất cơ học đặc trưng của chất nền được trình bày trong Bảng 2.3 (Bank, 2006)

Bảng 2.3: Tính chất cơ lý của chất nền

Chất nền

Khối lượng riêng

3

g cm

Mô-đun đàn hồi kéo

GPa

Cường độ chịu kéo

2.2 Các nghiên cứu thực nghiệm về khả năng bám dính của tấm FRP với bê tông

Jonhon và Tait (1981) tiến hành thí nghiệm kéo trượt tấm FRP và tấm thép trên 16 mẫu

bê tông Các tham số được nghiên cứu trong thí nghiệm gồm: chiều dày lớp keo (1mm và 2mm) và chiều dài bám dính của tấm (300-700mm) Thí nghiệm cung cấp số liệu về sự phân phối biến dạng và dạng phá hoại của các mẫu thử Kết quả cho thấy tỷ lệ chiều dài dán của tấm và so với chiều dài mẫu bê tông là từ 0.7-0.8 cho hiệu quả gia cường tốt nhất, theo đó, tác giả đề xuất thiết kế mẫu thí nghiệm theo tỉ lệ 0.8

Chajes và cộng sự (1996) tìm hiểu khả năng bám dính của tấm FRP (Hình 2.3 và 2.4)

dựa trên chương trình thực nghiệm với các tham số khảo sát bao gồm: 3 sự chuẩn bị bề mặt mẫu khác nhau (bề mặt tự nhiên, mài bóng “Grinding”, mài mòn cơ học“Mechanical abrasion”), 4 loại keo (Sikadur, Tyrite, Chemglaze và Fusor) và 2 cường độ bê tông khác nhau (36.4MPa và 69.4MPa )

Các tác giả nhận xét rằng, sự chuẩn bị bề mặt là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến cường

độ bám dính Để đạt được tính bám dính tốt nhất có thể, bề mặt bê tông nên được mài mòn cơ học hoặc thổi cát; bề mặt tấm vật liệu cũng nên xù xì bằng cách thổi hạt và làm sạch với acetone (CH3COCH3) Loại keo Fusor cho thấy cường độ dính cao, khả năng làm việc tốt Sử dụng loại keo dẻo (ví dụ, độ cứng thấp và biến dạng cao khi bị phá hoại) dẫn đến độ bám dính thấp Tác giả cho rằng nếu phá hoại bong tách xảy ra là do bê tông bị phá hủy trước, thì lúc đó cường độ bám dính tỷ lệ thuận với căn bậc hai của cường độ chịu nén của bê tông

Taljsten (1997) khảo sát thực nghiệm kéo một mặt mẫu bê tông dán tấm CFRP và so sánh với trường hợp mẫu được dán tấm thép Các tham số khảo sát bao gồm: 3 loại cường độ

chịu kéo của bê tông (3.9MPa, 4.1MPa và 4.3MPa) và 4 chiều dài bám dính (100mm, 200mm, 300mm và 400mm) Tác giả không đề xuất chiều dài bám dính tới hạn nhưng khẳng định chiều dài neo của tấm lớn hơn chiều dài ảnh hưởng (300mm) cũng không làm tăng khả năng bám dính của tấm

Miller và Nani (1999), Lorenzis và cộng sự (2001) khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông (47.2MPa, 40.7 MPa và 24.5 MPa), chiều dài bám dính (101mm, 203mm và 305mm) và chiều dày tấm CFRP (0.16mm và 0.32mm) đến khả năng bám dính của tấm Chương trình thực nghiệm được tiến hành trên 18 mẫu (Hình 2.5) Kết quả cho thấy chiều dài bám dính, cường độ bê tông và bề rộng tấm không ảnh hưởng đến tải trọng phá hoại, tuy nhiên, chiều dày tấm CFRP ảnh hưởng đến tải trọng phá hoại

Hình 2.5: Thí nghiệm kéo uốn của Lorenzis (2001)

Nakaba và cộng sự (2001) khảo sát ảnh hưởng của loại tấm và cường độ bê tông đến khả năng bám dính của tấm FRP trên 36 mẫu bê tông Các tham số khảo sát gồm 3 loại tấm (tấm cac-bon tiêu chuẩn, cac-bon độ cứng cao và tấm aramid) và 4 loại cường độ bê tông (23.8MPa, 47.1MPa, 50.9MPa và 57.6MPa) Tác giả kết luận rằng, tải trọng lớn nhất tỷ

lệ thuận với độ cứng tấm FRP; tuy nhiên nếu tăng bề dày của tấm thì không ảnh hưởng đến tải trọng lớn nhất

Hình 2.6: Thí nghiệm kéo hai mặt của Nakaba (2001)

Santos và cộng sự (2003) nghiên cứu ứng xử kéo trượt của tấm CFRP trên mẫu bê tông trụ tròn Số lượng mẫu thí nghiệm là 7 Các tham số nghiên cứu gồm bề rộng tấm (20mm, 40mm, 60mm và 80mm) và chiều dài dán (25mm, 50mm, 75mm và 100mm) Kết quả cho thấy khi bề rộng và chiều dài dán nhỏ hơn một giá trị tối thiểu thì tỉ số giữa tải trọng lớn nhất với bề rộng và chiều dài dán là hằng số

Hình 2.7: Thí nghiệm kéo tấm của Santos (2003)

Xiao và cộng sự (2004) tiến hành 2 thí nghiệm với sơ đồ thí nghiệm kéo hai mặt và kéo uốn mẫu bê tông cốt thép gia cường tấm GFRP Tác giả cho rằng chiều dài dán ảnh hưởng là khoảng 100mm, ứng suất tiếp phân phối trong tấm là không đều và giá trị trung bình là khoảng 1.287MPa

a) Sơ đồ kéo hai mặt

b) Sơ đồ kéo uốn

Hình 2.8: Thí nghiệm kéo của Xiao (2004)

McSweeney và Lopez (2004) tiến hành thí nghiệm 42 mẫu kéo một mặt (3 mẫu cho một trường hợp) Các tham số nghiên cứu là: cường độ bê tông (35MPa và 46MPa), hàm lượng tấm (1, 2 và 3 lớp), bề rộng tấm (25.4 mm, 50.8 mm và 76.2 mm) và chiều dài dán tấm CFRP (76.2 mm, 152.4 mm và 203.2 mm) Kết quả cho thấy tải trọng lớn nhất tỷ lệ thuận với bề rộng và hàm lượng tấm FRP Tác dụng của yếu tố cạnh - Edge effects (các vết nứt xiên xuất hiện dọc hai bên của tấm FRP như Hình 2.9b) sẽ ảnh hưởng đến các mẫu có bề rộng FRP nhỏ hơn 50.8 mm

Hình 2.9a: Thí nghiệm kéo một mặt của McSweeny (2004) Hình 2.9b: Yếu tố cạnh

Yao và cộng sự (2004) thực hiện thí nghiệm 72 mẫu kéo một mặt Các tham số nghiên cứu gồm cường độ bê tông (18.9 đến 27.1MPa), bề rộng mẫu bê tông (100 và 150mm), ảnh hưởng của chiều cao tự do của mẫu bê tông (chiều cao hc như trên Hình 2.10) (5-120mm), bề rộng tấm FRP (25-100mm), loại tấm (CFRP và GFRP) và chiều dài bám dính (75-240mm) Tác giả đề xuất lấy thí nghiệm kéo một mặt là thí nghiệm tiêu chuẩn

về ứng xử bám dính với chiều dài bám dính bằng 2 lần chiều dài ảnh hưởng của Chen và Teng (2001); chiều cao mẫu bê tông hợp lý là 150mm; trong đó, chiều cao tự do của mẫu

bê tông là 50mm

Hình 2.10: Thí nghiệm kéo một mặt của Yao (2004)

Guo và cộng sự (2005) thực nghiệm trên 9 mẫu theo phương pháp kéo uốn Các tham số nghiên cứu là cường độ bê tông (33MPa và 43MPa) và chiều dài bám dính (80, 100, 120,

160, 200mm) Kết quả cho thấy cường độ bám dính không bị ảnh hưởng bởi chiều dài bám dính tuy nhiên nó lại tỷ lệ thuận với cường độ bê tông

Hình 2.11: Thí nghiệm kéo uốn của Guo (2005)

Dai và cộng sự (2005) khảo sát thực nghiệm 26 mẫu theo phương pháp kéo một mặt (3 mẫu cho một trường hợp) Các tham số nghiên cứu gồm loại tấm (CFRP, GFRP và Aramid), loại keo (CN-100, SX-325, FR-E3P và FP-NS) được cung cấp bởi công ty Sho-bond (Nhật Bản) Qua đó, tác giả đề xuất một phương pháp tiếp cận mới đối với việc xây dựng mô hình bám dính – độ trượt

Cho và cộng sự (2005) thực nghiệm trên 11 mẫu kéo một mặt, chia làm 4 nhóm theo yếu

tố bề mặt Tham số khảo sát là yếu tố chuẩn bị bề mặt bê tông gồm: phủ 3 lớp cát; 2 lớp cát; 1 lớp cát và phủ bằng epoxy Kết quả ông xây dựng được mô hình bám dính – độ trượt có dạng song tuyến tính chung cho các trường hợp FRP và bê tông

Hình 2.13: Thí nghiệm kéo một mặt của Cho (2005)

Pan và Leung (2006) tiến hành 9 thí nghiệm kéo uốn có xét ảnh hưởng của lực tách được chia làm 3 nhóm chính theo góc tách Các tham số trong nghiên cứu gồm chiều dài bám dính (150mm và 450mm), hàm lượng tấm (0.22mm và 0.44mm), 3 góc tách Qua đó, tác giả thiết lập quan hệ giữa ứng suất pháp tuyến lớn nhất và ứng suất tiếp tuyến lớn nhất Kết quả thí nghiệm còn cung cấp sự phân phối biến dạng trong tấm và tải trọng tới hạn của tất cả các mẫu

Hình 2.14: Thí nghiệm kéo uốn của Pan (2006)

Pellegrino và cộng sự (2007) thực hiện thí nghiệm trên 16 mẫu kéo hai mặt và 23 mẫu kéo uốn Các tham số trong nghiên cứu là cường độ bê tông (63MPa và 58MPa), loại tấm CFRP (C1 và C5 có mô-đun đàn hồi khác nhau), hàm lượng tấm (1-4 lớp, mỗi lớp dày 0.165mm) và chiều dài bám dính (65-136mm) Qua đó, tác giả đề xuất công thức tính chiều dài bám dính hiệu quả, ứng suất bám dính lớn nhất, độ trượt tương ứng và độ trượt tới hạn

a) Kéo hai mặt

b) Kéo uốn

Hình 2.15: Thí nghiệm kéo của Pellegrino (2007)

Yang và cộng sự (2007) thí nghiệm 8 mẫu kéo hai mặt Các tham số trong nghiên cứu là 2 cường độ bê tông (21MPa và 28MPa) và chiều dài bám dính (100mm, 150mm, 200mm

và 250mm) Tác giả kết luận rằng chiều dài bám dính hiệu quả là 200mm và cường độ bám dính đối với các mẫu có chiều dài bám dính của tấm FRP >200mm là từ 3-3.3Mpa

a) Các chiều dài dán b) Bố trí thí nghiệm và thiết bị đo

Hình 2.16: Thí nghiệm kéo hai mặt của Yang (2007)

Mazzotti và cộng sự (2007) thực hiện 8 mẫu kéo một mặt Tham số trong nghiên cứu là chiều dài bám dính (50, 100, 200, 400mm), bề rộng tấm (50mm và 80mm) Kết quả cho thấy, gia tăng bề rộng tấm làm cho đỉnh của ứng suất tiếp bám dính thấp hơn công thức

dự đoán; ông cũng tính toán quan hệ ứng suất bám dính – độ trượt cho trường hợp thí nghiệm

Hình 2.17: Thí nghiệm kéo một mặt của Mazzotti (2007)

Mazzotti và cộng sự (2008) thực hiện thí nghiệm trên 10 mẫu theo phương pháp kéo một mặt cải tiến (2 mẫu cho một trường hợp) Tham số trong nghiên cứu gồm loại tấm CFRP (loại vải dày 0.13mm và loại tấm dày 1.2mm) và công tác chuẩn bị bề mặt (phun cát, mài kiểu 1 và mài kiểu 2 với loại đá mài khác) Thí nghiệm kéo cải tiến mới được đề xuất này cho thấy sự bóc tách ổn định Yếu tố sự chuẩn bị bề mặt cũng ảnh hưởng đến keo và năng lượng bóc tách trong quy luật bề mặt

Hình 2.18: Thí nghiệm kéo một mặt cải tiến của Mazzotti (2008)

Nigro và cộng sự (2008) thực hiện 23 thí nghiệm kéo một mặt nhằm xem xét khả năng bám dính của tấm FRP với bề mặt bê tông khi chịu tải trọng lặp Các tham số trong nghiên cứu gồm loại tấm CFRP (với mô-đun đàn hồi là 230 và 170 GPa) và số vòng lặp (15, 40, 300) Kết quả cho thấy, khả năng chịu lực của mẫu còn 70% khi chịu tải trọng lặp; đối với số vòng lặp ít (40 vòng) tải trọng đạt 90% tải trọng tới hạn

Hình 2.19: Thí nghiệm kéo một mặt chịu tải trọng lặp của Nigro (2008)

Yun và cộng sự (2008) thực hiện 13 thí nghiệm kéo hai mặt chịu tải trọng lặp Các tham

số nghiên cứu: loại vật liệu FRP (GFRP và CFRP), hệ thống neo đầu tự do (NSM, EB,

HB và FB) và số vòng lặp Kế quả cho thấy hệ thống neo hybrid-bond FRP (HB-FRP) làm gia tăng cường độ bám dính nhất

a) Mẫu neo dạng NSM-FRP b) Mẫu neo dạng HB-FRP

Hình 2.20: Thí nghiệm kéo hai mặt chịu tải trọng lặp của Yun (2008)

Yun và Wu (2010) thực hiện 30 mẫu thí nghiệm kéo một mặt chịu tải trọng lặp được ngâm trong dung dịch nước muối và nước Các tham số nghiên cứu gồm cường độ bê tông (30MPa và 45MPa), loại keo dán (Sikadur 300 và Sikadur 30) và số vòng lặp Kết quả cho thấy cường độ bám dính, độ cứng, năng lượng bóc tách và độ trượt tới hạn đều giảm khi tăng số vòng lặp; chiều dài ảnh hưởng tăng khi tăng số vòng lặp Môi trường ảnh hưởng nhỏ đến tính chất bám dính của nhóm bê tông 30MPa; đối với nhóm bê tông 45MPa, cường độ bám dính trong môi trường nước muối giảm mạnh hơn so với trong môi trường nước

Hình 2.21: Thí nghiệm kéo một mặt trong dung dịch của Yun (2010)

Yang và cộng sự (2010) thực hiện 10 thí nghiệm kéo hai đầu Qua đó, ông đề xuất phương pháp thí nghiệm mới Nghiên cứu cho phép theo dõi toàn bộ quá trình bóc tách FRP ra khỏi bề mặt bê tông; đồng thời đề xuất độ trượt tới hạn từ 0.31mm – 0.52mm

Hình 2.22: Thí nghiệm kéo hai đầu của Yang (2010)

Biscaia và cộng sự (2011) thực hiện 13 thí nghiệm kéo hai mặt chịu ứng suất pháp tuyến Các tham số nghiên cứu là cường độ bê tông (18.6MPa, 43.6MPa và 60.4MPa) và ứng suất pháp tuyến (0.5, 1 và 2MPa) Đối với phương pháp thí nghiệm này, bê tông cường

độ 43.6MPa thích hợp với cường độ keo từ 1.72 – 3.44MPa và góc ma sát trong là 1.05 – 1.15 rad

Hình 2.23: Thí nghiệm kéo hai mặt của Biscaia (2011)