Luận án tiến sĩ kỹ thuật xây dựng ảnh hưởng của một số yếu tố chính đến ứng xử c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ LÊ NGỌC ĐIỀN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHÍNH ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH - NĂM 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ LÊ NGỌC ĐIỀN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHÍNH ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng và Công Nghiệp Mã số chuyên ngành: 62580208 Phản biện độc lập: TS.

Ngô Thanh Thủy Phản biện độc lập: PGS. Nguyễn Trung Hiếu Phản biện: PGS. Lê Anh Thắng Phản biện: PGS. Nguyễn Văn Hiếu Phản biện: PGS.

Hồ Đức Duy NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1. Nguyễn Minh Long 2. Hồ Hữu Chỉnh LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Minh Long và TS. Hồ Hữu Chỉnh.

Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận án Chữ ký Võ Lê Ngọc Điền i TÓM TẮT LUẬN ÁN Luận án này trình bày một nghiên cứu về ứng xử cắt của dầm bê tông ứng suất trước dùng cáp không bám dính (UPC) được gia cường kháng cắt bằng tấm CFRP/GFRP dạng U. Về phương diện thực nghiệm, luận án tập trung đánh giá và làm rõ ảnh hưởng của một số yếu tố chính như quỹ đạo căng cáp (thẳng và cong), cường độ bê tông (38, 55, và 73 MPa), tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm (1.3), hàm lượng và loại tấm gia cường (GFRP và CFRP), sơ đồ gia cường (dạng dải U rời rạc và liên tục), hệ neo (neo dải dọc và neo mũi dù cải tiến) và phân tích ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố này đến hiệu quả gia cường của tấm gia cường CFRP/GFRP đối với dầm UPC tiết diện chữ T.

Chương trình thực nghiệm được tiến hành trên 40 dầm UPC có tiết diện chữ T gia cường kháng cắt bằng tấm CFRP/GFRP. Về phương diện lý thuyết, luận án kiểm chứng, đánh giá và xây dựng mô hình và đề xuất công thức mới để dự đoán khả năng kháng cắt của dầm UPC gia cường tấm CFRP/GFRP có xét đến đầy đủ các cơ chế kháng cắt và sự tương tác giữa các cơ chế này. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm CFRP/GFRP trong dầm UPC thấp hơn nhiều, tối đa chỉ 27% so với 75% của dầm bê tông cốt thép (BTCT) từ các nghiên cứu đã có. Quỹ đạo cáp cong làm giảm góc vết nứt cắt, vì thế làm giảm đáng kể khả năng kháng cắt của tấm (trung bình 40%) so với trong dầm cáp thẳng; mặt khác, quỹ đạo cáp cong giúp chuyển đổi dạng phá hoại của dầm, dẫn đến ứng xử của dầm trở nên mềm dẻo hơn và làm tăng đáng kể khả năng biến dạng của dầm (trung bình 2.3 lần) và khả năng hấp thụ năng lượng (trung bình 3.0 lần) so với của dầm cáp thẳng.

Việc sử dụng hệ neo mũi dù cải tiến giúp gia tăng mạnh khả năng kháng cắt của tấm CFRP/GFRP (lên tới 118%), khả năng biến dạng và hấp thụ năng lượng của dầm (lần lượt lên tới 28 và 57%). Tương tự, tăng cường độ bê tông cũng giúp cải thiện đáng kể các chỉ số vừa nêu nhưng ở mức độ khiêm tốn hơn và tấm CFRP/GFRP làm việc hiệu quả hơn đối với dầm có cường độ bê tông cao. Các yếu tố số lớp, kiểu dán (dải U rời rạc và liên tục) và loại tấm FRP (CFRP và GFRP) chỉ ảnh hưởng nhẹ đến khả năng kháng cắt của dầm nhưng có tác động đáng kể đến biến dạng lớn nhất của tấm gia cường. Khả năng tham gia kháng cắt của tấm CFRP/GFRP dạng U bị suy giảm đáng kể (xấp xỉ 33%) khi tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm giảm.

Trong bối cảnh hầu hết các ii công thức hiện có đều được xây dựng dựa trên phương pháp thuần thực nghiệm, công thức đề xuất trong luận án này được xây dựng theo phương pháp giải tích đã phản ánh được gần hơn bản chất vật lý của kiểu phá hoại cắt, lồng ghép được trong nó mô hình làm việc của vật liệu, các điều kiện về cân bằng và sự tương thích về biến dạng, nhưng đồng thời vẫn tận dụng được tính đơn giản của nguyên lý cộng tác dụng truyền thống. Kết quả kiểm chứng cho thấy công thức đề xuất cho kết quả gần với thực nghiệm hơn và có độ ổn định tốt hơn so với các công thức từ ACI 440. Công thức đề xuất có thể dùng để thiết kế kháng cắt cho dầm UPC cho cả trường hợp dầm gia cường và không gia cường tấm FRP. iii ABSTRACT This dissertation presents a study on the shear behavior of unbonded post- tensioned concrete (UPC) beams shear-strengthened with CFRP/GFRP U-wraps.

Experimentally, the dissertation focuses on evaluating and clarifying the influence of a number of main factors such as tendon profile (harped or straight), concrete strength (38, 55, and 73 MPa), the shear span-to-depth ratio (1.3), ratio and FRP type (GFRP and CFRP), wrapping configurations (installed as continuous and discrete strips), FRP anchors for FRP U-wraps (flat FRP anchor and improved FRP spike anchor) and analyses the interaction effect among these factors to the strengthening efficiency of the CFRP/GFRP sheets for UPC T-beams. The experimental program was conducted on 40 large-scale UPC T-beams shear-strengthened with CFRP/GFRP sheets. Theoretically, the dissertation examines, evaluates, and builds a model and proposes a new formula to predict the shear resistance of UPC beams shear-strengthened with CFRP/GFRP sheets with full consideration of shear resistance mechanisms and their interactions. The research results show that the shear-strengthening efficiency of CFRP/GFRP sheets in UPC beams is much lower, up to only 27% compared to 75% of reinforced concrete (RC) beams from existing studies.

In comparison with the UPC beams with straight tendons, those with harped tendons exhibit a reduction in the shear contribution of CFRP/GFRP sheets (approximately 40%) and show a more ductile failure mode with an improvement of the beam deformation (up to 2.3 times) and energy absorption capacity (average 3. The use of improved FRP spike anchor greatly increases the shear resistance of the CFRP/GFRP sheets (up to 118%), the deformation and energy absorption capacity of the beams (up to 28 and 57% respectively). Similarly, increasing concrete strength also significantly improves the above indicators but to a more modest level and CFRP/GFRP sheets are more effective with higher concrete strength. The factors of layer number, wrapping configurations (continuous or discrete strips), and FRP type (GFRP and CFRP) have only a slight influence on the shear resistance of the beams but have a significant effect on the maximum strain of the FPR sheets.

The contribution in shear resistance of CFRP/GFRP U-wraps is significantly reduced iv (approximately 33%) when the shear span-to-depth ratio of the beams is decreases. In the context that most of the existing formulas are proposed by using empirical approach, the proposed formula in this dissertation, which is built by using the analytical method combined with experiments, has more closely reflected the physical nature of shear failure mode, incorporating in it the constitutive laws of the materials, the equilibrium and the deformation compatibility as well as taking advantage of the simplicity of the traditional superposition principle. The test results show that the proposed formula gives results closer to the experiments and has better stability than formulas from ACI 440. The proposed formula can be used to design shear resistance for UPC beams for both FRP-strengthened beams and un-strengthened beams.

v LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng biết ơn sâu sắc đối với người Thầy hướng dẫn, PGS. Nguyễn Minh Long và TS. Hồ Hữu Chỉnh đã tận tình hướng dẫn khoa học kỹ thuật, luôn khích lệ động viên, cho tôi những lời khuyên qúy và kỹ năng làm việc trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án này. Lời cám ơn chân thành xin được gửi đến quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong thời gian học các môn học.

Cám ơn các bạn học viên đã hỗ trợ trong quá trình thực hiện chương trình thí nghiệm tại phòng thí nghiệm kết cấu công trình, trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. Cám ơn các đồng nghiệp, ban lãnh đạo Khoa, trường Đại học Tiền Giang đã tạo điều kiện thời gian công tác để tôi tham gia học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin cám ơn chân thành sâu sắc đến Cha Mẹ và hai Chị đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi tham gia học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn.

vi MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. x DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. xv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.

xvi ĐẶT VẤN ĐỀ. 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN, MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .1 Vật liệu FRP .2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP .1 Kiểu phá hoại .2 Ảnh hưởng cường độ bê tông .3 Ảnh hưởng cốt thép dọc .4 Ảnh hưởng cốt thép đai .5 Ảnh hưởng cáp ứng suất trước .6 Ảnh hưởng của thông số vật liệu FRP .7 Ảnh hưởng tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc dầm (a/de) .8 Ảnh hưởng phương pháp neo.3 Mô hình và các công thức xác định khả năng kháng cắt của dầm BTCT và BUST gia cường bằng vật liệu FRP .1 Mô hình và công thức tính khả năng kháng cắt của tấm FRP gia cường dầm BTCT .2 Mô hình và công thức tính khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường bằng vật liệu FRP .2 MỤC TIÊU VÀ Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU .2 Ý nghĩa nghiên cứu.1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn .3 NÔI DUNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN .1 Nội dung nghiên cứu .2 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu.3 Cấu trúc và tổ chức của luận án. 26 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHÍNH ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP .1 CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM .2 Cốt thép thanh.3 Cáp ứng suất trước .4 Tấm gia cường CFRP/ GFRP .2 Dầm thí nghiệm .3 Sơ đồ thử tải và bố trí thiết bị thí nghiệm .2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA CÁC DẦM THÍ NGHIỆM.1 Hình thái vết nứt và kiểu phá hoại .2 Quan hệ lực và chuyển vị.3 Ảnh hưởng cường độ bê tông.