Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Khả năng kháng chấn của khung BTCT gia cường kháng uốn bằng FRP

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ tên học viên: NGUYEN CHAU MSHV: 7140728Ngày tháng năm sinh: 01/03/1990 Nơi sinh: Đồng NaiChuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng dân dụng vả công nghiệp.Mã số: 60 58

KHA NANG KHANG CHAN CUA KHUNG BTCT GIA

CUONG KHANG UON BANG FRP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng va công nghiệpMã số: 60 58 02 08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH thang 8 năm 2017

Cán bộ hướng dẫn 1: TS Cao Văn Vui

Cán bộ hướng dẫn 2: PGS TS Lương Văn Hải

Cán bộ cham nhận xét 1: TS Trần Thai Minh Chánh

Cán bộ cham nhận xét 2: TS Trần Cao Thanh Ngọc

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa-DHQG-Tp HCMngày 21 tháng 08 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:1 PGS TS Nguyễn Minh Long

2 TS Trần Thái Minh Chánh3 TS Trần Cao Thanh Ngọc4 TS Bùi Duc Vinh

5 TS Trần Tuan Kiệt

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRUONG KHOA KY THUẬT XÂY DỰNG

PGS TS Nguyễn Minh Long PGS TS Nguyễn Minh Tâm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYEN CHAU MSHV: 7140728Ngày tháng năm sinh: 01/03/1990 Nơi sinh: Đồng NaiChuyên nghành: Kỹ thuật xây dựng dân dụng vả công nghiệp.Mã số: 60 58 02 08LTEN DE TÀI: KHẢ NĂNG KHANG CHAN CUA KHUNG BTCT GIACUONG KHANG UON BANG FRP

NHIEM VU VA NOI DUNG:o Nghiên cứu giải pháp gia cường kháng uốn cho BTCT băng FRP.o_ Phân tích quan hệ phi tuyến mô men — độ cong của BTCT theo mô hình vật

liệu có và không có FRP khi gia cường.o Phan tích phi tuyến theo thời gian khung BTCT có va không có gia cường chịu

động đất.o_ Phân tích hư hại của khung BTCT có và không có gia cường chịu động đất.o_ Đánh giá hiệu quả giảm mức độ hư hại của gia cường kháng uống băng FRP

cho khung BTCT.H.NGÀY GIAO NHIEM VU: 04-— 07 - 2016IH.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 26 — 06 - 2017IV.CÁN BỘ HUONG DAN 1: TS Cao Văn Vui

CÁN BỘ HƯỚNG DAN 2: PGS TS Lương Van Hải

Thanh phố HCM ngày thắng năm 2017CBHD 1 CBHD 2 CHU TICH HOI DONG NGANH

TS Cao Văn Vui PGS TS Luong Van Hai PGS.TS Bùi Công Thanh

TRUONG KHOA KY THUAT XAY DUNG

PGS TS Nguyén Minh Tam

Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp năm trong hệthống bài luận cuối khóa nhằm trang bị cho học viên cao học khả năng tự nghiêncứu, biết cách giải quyết những van dé cụ thé đặt ra trong thực tế xây dựng Đó làtrách nhiệm và niêm tu hào của mối học viên cao học.

Đê hoàn thành luận văn này, ngoài sự cô găng và nô lực của bản thân, tôi đãnhận được sự giúp đỡ nhiêu từ tập thê và các cá nhân Tôi xin ghi nhận và tỏ lòngbiết ơn đến tập thé và các cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thay TS Cao Văn Vui va thayPGS.TS Lương Văn Hải Các thầy đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ýtưởng của đề tài và góp ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong nhữngvân đê nghiên cứu, cũng như cách tiép cận nghiên cứu hiệu quả.

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thay Cô Khoa Kỹ Thuật Xây dựng, trườngĐại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho tôi, đócũng là những kiến thức không thé thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học và sựnghiệp của tôi sau này.

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản

thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý Thây Cô chỉdẫn thêm để tôi bố sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn.

Thành phố HCM ngày 26 tháng 6 năm 2017

Nguyễn Châu

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong thời đại công nghệ vật liệu phát triển như hiện nay, một giải pháp tốtđể gia cường, nâng cấp công trình nhằm tăng khả năng chịu động đất mà đem lạinhiều ưu điểm đó là việc gia cường bang vật liệu Fiber Reinforced Polymer (FRP).Khả năng gia cường của vật liệu này đã được chứng minh qua nhiều thí nghiệm lẫnmô phỏng.

Luận văn đã phân tích đánh giá hiệu quả gia cường kháng uốn băng FRP chokhung BTCT chịu các mức độ động đất khác nhau Hiệu quả gia cường được đánhgiá không những dựa vào mức độ gia tăng của lực cắt đáy mà còn dựa vào mức độgiảm chỉ số hư hại của khung BTCT có gia cường so với khung không có giacuong.

Đề đánh giá hiệu quả gia cường, một khung BTCT 8 tầng được lựa chọn đểgia cường kháng uốn bang CFRP Sau đó, khung được mô phỏng trong SAP2000 sửdụng các phần tử LINK tuyến tính và phi tuyến Thực hiện phân tích đây dần chokhung và đường cong day dan được so sánh với đường cong đây dan của nghiêncứu trước đây Kết quả cho thay sự xấp xi rất tốt Phân tích đây dần cũng được thựchiện cho khung có gia cường Sau đó, phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gianđược thực hiện với các cường độ động đất khác nhau Tiếp theo, sử dụng mô hìnhhư hại dé đánh giá hư hại cho khung có và không có gia cường FRP

Kết quả phân tích cho thấy lực cắt đáy tăng lên đáng kể Mức độ hư hại củakhung được gia cường giảm so với khung không được gia cường Cụ thể, với cườngđộ động dat là 0.3g, thì khung có gia cường CFRP giảm khá ít về mức độ hư hai,nhưng khi cường độ động đất tăng lên 0.45g và 0.6g thì khung gia cường có mức độgiảm chỉ số hư hại cao hơn Giải pháp gia cường kháng uốn bằng FRP làm tăng lựccắt đáy và giảm mức độ hư hại, từ đó làm tăng khả năng chịu tải trọng động đất củakết cau BTCT

In the era of material technology development today, a good solution forstrengthening and upgrading works to increase earthquake resistance that bringsmany advantages is the reinforcement with Fiber Reinforced Polymer ( FRP) Thestrength of this material has been demonstrated in many experiments andsimulations.

The thesis analyzed and evaluated FRP reinforcement resistance strengths forreinforced concrete frames subjected to different earthquake levels Reinforcementefficiency was assessed not only on the increase in bottom cut force, but also on theextent of the deterioration index of the reinforced concrete frame compared to thereinforced concrete frame.

To evaluate the reinforcing effect, an eight-storey reinforced concrete framewas chosen to enhance the CFRP bending resistance Then, the framework wassimulated in SAP2000 using linear and nonlinear LINK elements Performing agradual analysis of the frame and the graduated curve is compared to the gradualcurve of the previous study The results show very good approximation Pushanalysis is also done for reinforced frames Then, nonlinear historical analysis oftime is made with different earthquakes Next, use the damage model to assessdamage to the frame with and without FRP reinforcement.

The analysis results show that the bottom cutting force significantlyincreased The damage level of the reinforced frame is reduced compared to theunpowered frame Specifically, with the earthquake magnitude of 0.3g, the CFRPreinforced frame reduced quite a bit in terms of damage, but when the earthquakestrength increased to 0.45g and 0.6g, the reinforcing frame had a reduced indexhigher damage The FRP bending reinforcement solution increases the bottom cutforce and reduces the level of damage, thereby increasing the load capacity of thereinforced concrete structure.

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn

của thầy TS Cao Văn Vui và thầy PGS TS Lương Văn Hải Các kết quả trongluận văn là đúng sự that và chưa được công bô ở các nghiên cứu khác.

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của minh.

Thành phố HCM ngày 26 tháng 6 năm 2017

Nguyễn Châu

LOI CẢM ON G0 1H 1 1 1112112111511 1121111 111111011111 0111 1111111111111 11g re iTOM TAT LUẬN VAN THAC Sluw.ecccecccseccccscescscsscsescssestssssesssssesssssssssssessssensseaes iiLOI CAM DOAN ooiecccccccccccsescssssesscscsssscscsvsscsvsssscscsssacsvsssscsssssscsvsssscsvsesstavseeseavseeseaes ivMUC LUC 2 VDANH MỤC CÁC HINH VỈ - - 25c 1 S3 E5 12111513 111111 1111111113111 cxe viiiDANH MỤC CAC BANG BIÊU - 5-22 S2 SE E2 SE E5 1211115211115 11 111.1 ke, xiMOT SO KY HIEU VIET TẮTT 52 2 52 SE2E‡ESEE2E‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrkerrrkd xiiChương 1 MO DAU w.ceeeccccccccscsssssssssssesvscscscsesececscscscacacavavsvavsvsesesecececscacasasavavavavavsevans |1.1 Lý do chọn để tải - - - tt E1 11919151511 111 1 1T 1g 111101 1xx |

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu -¿- - kE+E+E+ESEeEEEEkvEekekekekeeeereeed 21.4 Ý nghĩa nghiên €ỨU - - E119 9 9E SE Tc cv E1 E1111151 1111k 21.4.1 Ý nghĩa khoa hỌC - EkkEE 391919 5E ExSSvccv v11 g1 exreci 21.4.2 Ý nghĩa thực tiỄn G3111 E15E 5E 1 1 1 111g g1 g1 E1 rvo 21.5 Cau trúc luận văn - ¿SE 12k 1 121515 1111511 1115111151101 15 11111111 L0 3Churong 2 TONG QUAN 022 42.1 Sơ lược về vật liệu FRP + ¿+ S2 SE E9 E23 1511231511 211115 1111111111112 42.1.1 Cau tạo vật liệu FRP -¿- 5< SE SE 1E 3 15112121215 111111 11111111 cxe 42.1.2 Tinh chất cơ lý của vật liệu FlRP + kkk#E#E#E#ESEeEeEEkrkrkrkekcees 62.2 Các dạng phá hoại và sự làm việc của FRP SSSSS S355 x%2 82.2.1 Cac dang pha hI 0011 1+1 82.2.2 Sự làm việc của FlRP - - << CS E11 cv nà 8

2.3 Cac nhóm vật liệu FRP thông dụng hiện nay 555555555 ++<<<<<<<<ss2 92.3.1 Nhóm vat liệu tam MbraceTM «0.0 escessssssesssesseeseeseeesneeseeesneesncenneenneenseenes 92.3.2 Nhóm vật liệu FRP Relark eecccccccsesssesccceeeesssesscsseeeesessseeees 102.3.3 Nhóm vật liệu FRP Syka -.G 1 11111 SH TH ng ng vết 112.3.4 Nhóm vật liệu Tyf0 đÑ LH HH kg 122.4 Các mô hình gia cường kết cầu BTCT bang tắm dán FRP - 132.5 Ưu nhược điểm của vật liệu FRP c¿-5c¿cct2cxtsrxtsrttsrtrrrrrrrrrrrrreg 142.5.1 UU on 142.5.2 Nhược GEM : c++cct tt th HH2 H22 152.6 Phạm vi sử dụng của vật liệu FlRP <1 111 EEEESSSSESEEesse 162.7 Tình hình nghiên cứu trong NGC c1 0111111111111 19133332332 172.8 Tình hình nghiên cứu trên thé giỚi -¿- - - E+E+E+E+ESESEEEEEEEkekekekeeeeeerrred 222.9 Tinh cấp thiết của dé tải - c1 1 1191515 1 11111 1v ng g1 ro 28Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUUYÊT - 6-6 EE#E#E#ESESEEEEE SE gvrvreeree 293.1 00/8301 1 293.2 Các biện pháp thi công gia cường FRP c5 S52 2S S S552 303.3 Quan hệ ứng suat-bién dang của các loại vật liỆu -<<<<<<<+<+2 313.3.1 Quan hệ ứng suất biến dạng của bê tông - + s + +x+x+x+xexexeEeeesee 313.3.2 Quan hệ ứng suất biến dạng của thép ccccsssesessssescsesesescecesesssevevens 343.3.3 Quan hệ ứng suất biến dạng của FRP + << cxekevexeeeeeree 353.4 Mỗi quan hệ giữa mô men - OC XOâY - - + St EEEEeEeEeEerrerees 363.5 Ứng xử trễ của cau kiện bê tông cốt thép ¿+ +k+k+k+E#EeEeEeEererererees 373.6 Mô hình phân tích phi tuyÊn - + + St #EEEEEEESEeEerkrsrerrerees 383.7 Mô hình hư hạI - - << - E222 6611013030 118111035 199kV vớ 38

Chương 4 MO HINH PHAN TICH uu cececccccsesecscscecesssssesecsescsessececscscacasavsvenecavavevens 434.1 Mô tả khung 3 tầng -.- s1 E111 5111 11111111111 H11 1 ri 434.2 Mô hình và kiỂm tra ¿5s t2 t2 tre 454.3 Phân tích hư hại và so sánh - + + << + E111 1111113 111 1v ve 48NN4) 8g EỆaÝÝỶ 524.4.1 Mô tả khung 8 tầng - - k1 E1 919151 1111111 1 111g 11g11 ru 524.4.2 Mô hình khung 8 tang sử dung phan tử LINK phi tuyến - 544.4.3 Xác minh mô hình sử dụng phân tích day dan (pushover) - 554.4.4 So sánh đường cong day dan khi có gia cường CFRP 5 55c: 574.5 Lựa chon băng gia tỐC s11 T111 5111111111111 ng 1 ro 594.6 Những hạn chế của mô hình phan tử LINK trong SAP2000 - 60Chương 5 PHAN TICH KET QŨ Ả - - - SE SE SE£k+EeEEEeEeEeerereereree 625.1 Chỉ số hư hại DI trung bình của khung ¿c6 xxx £E£E+EeEeEsEerererees 625.2 Ứng xử trễ của các phần tử LINKK -c- E kk+k+E#E#EEESESESEEEkrkrkrkrecees 685.3 Góc xoay của phan tử LINK theo thời gian - ¿66s k+E+E+E+EsEsEeEererees 755.4 Mô men của phan tử LINK theo thời gian ¿2s kk+E£E+E+EsEsEeEererees 795.5 Chỉ số hư hại DI của phan tử LINK theo thời gian - 5 5s s se: 83Chương 6 KET LUẬN VA KIÊN NGHI.uu ccccccccccscssssssesscsesesesesececscscscssassveveveveveeees 886.1 Ket atc 887.4.0 10 89CÔNG TRINH CONG BÓ ch Hee 90I.)00I900057.),/8.47 00101 99LY LICH TRÍCH NGANG SG te S133 8381158 1585118 151515815511 15 151551 Ee se 106

DANH MUC CAC HINH VE

Hình 2.1 Câc dạng vật liệu FRP [1] 00 cccccesssssssssseeeeeeeceeeeseeseesssssaeaaaeeeeeees 6Hình 2.2 Mô hình gia cường tam FRP cho câc bộ phận kết cau [3] 13Hình 3.1 Mô hình gia cường cho nút khung [29] . +55 5+++<<<<s++ssss 30Hình 3.2 Mô hình quan hệ ứng suất — biến dạng của Hognestad [43] 31Hình 3.3 Mô hình quan hệ ứng suất — biến dạng của bí tông có vă không có cốt dai,Kent va Park [44] oc ằằằ ằẳằẰằŠ 32Hình 3.4 Mô hình quan hệ ứng suất — biến dạng của bí tông, Park vă cộng sự [45]

aă.ăăaăaăaôađaÂẦÂúÂÂAẽAaă ::::1DD 33

Hình 3.5 Mô hình quan hệ ứng suất — biến dạng của thĩp Park vă Paulay [46] 34Hình 3.6 Mô hình quan hệ ứng suất — biến dạng của FRP [47] - - -<s: 35Hình 3.7 Minh hoa phần mô men-góc xoay của FRP gia cường - - s: 36

Hình 3.8 Mô hình ứng xử trễ của Takeda [50] - ¿+5 s+s+s£s£+E+Eeeee+ersesed 37

Hình 3.9 Phan tử LINK phi tuyến vă tuyến tính - + + xxx ckexeveeeeeree 38Hình 3.10 Kết cau hoăn tất ứng xử trễ dựa trín mô hình Takeda [57] - 41Hình 4.1 Khung 3 tầng [5Ñ] . - << s3 E111 E111 gxgv ng greg 44Hình 4.2 Kích thước vă cau tao của khung 3 tầng [58] - 5 << cscececee: 44Hình 4.3 Mô hình khung 3 tang với phan tử LINK phi tuyến .- 5-5-5: 45Hình 4.4 Phđn tích dao động - - - << 1100 111111111111119982331 1111111 ng ng 47Hình 4.5 Câc trường hợp hư hại — Taft 0.0 ø 1 ng 49Hình 4.6 Câc trường hợp hư hại — Taft Ô.2Ø 221011 1111111 ng 50Hình 4.7 Câc trường hợp hư hại — Taft 38 - 11111111 vn gă 51Hình 4.8 Khung 8 tầng [29] (+ SE S111 E111 1111111 ng greg 52Hình 4.9 Mặt cắt cột vă đầm [29] c-c- Sex St EềEEESESESESE SE rrrerree 53

Hình 4.10 Mô hình khung 8 tầng sử dung phần tử LINK phi tuyến 54Hình 4.11 Chu kỳ của khung 8 tang với mode Ì << + + sx+x+x+xeeeeeeseee 55Hình 4.12 So sánh đường cong day dần khung 8 tầng + << +cscsrerree 56Hình 4.13 Mô hình các phần tử LINK trong SAP2000 2-2- + s+cs£erecxd 57Hình 4.14 So sánh đường cong day dan khung 8 tang có gia cường CFRP 58Hình 4.15 So sánh đường cong day dan của khung gia cường va khung ban dau 59Hình 4.16 Ví dụ về một kết quả ty lỆ - + skk+E+E#E#E£E#ESESESEEEEEkrkrererees 60Hình 5.1 Sự hư hại của khung 8 tầng với cường độ PGA = 0.3g -cs: 63Hình 5.2 Sự phân bố chỉ số hư hai ở các tầng với cường độ PGA = 0.3g 63Hình 5.3 Sự hư hại của khung 8 tầng với cường độ PGA = 0.45g -: 64Hình 5.4 Sự phân bố chỉ số hư hại ở các tầng với cường độ PGA = 0.45g 64Hình 5.5 Sự hư hại của khung 8 tầng với cường độ PGA = 0.6g cs: 65Hình 5.6 Sự phân bố chỉ số hư hại ở các tang với cường độ PGA = 0.6g 65Hình 5.7 Chỉ số hư của khung ban đầu và khung gia cường FRP - - +: 67Hình 5.8 Ung xử trễ của phan tử LINK số 33 với PGA = 0.3g - se: 69Hình 5.9 Ứng xử trễ của phan tử LINK số 49 với PGA = 0.3g -cccccscee 70Hình 5.10 Ung xử trễ của phan tử LINK số 33 với PGA = 0.45g - 7]Hình 5.11 Ứng xử trễ của phan tử LINK số 49 với PGA = 0.45g se: 72Hình 5.12 Ứng xử trễ của phan tử LINK số 33 với PGA = 0.6g c-cs: 73Hình 5.13 Ứng xử trễ của phan tử LINK số 49 với PGA = 0.6g - se: 74Hình 5.14 Góc xoay của phan tử LINK số 33 theo thời gian với PGA = 0.3g 75Hình 5.15 Góc xoay của phan tử LINK số 49 theo thời gian với PGA = 0.3g 7ÓHình 5.16 Góc xoay của phan tử LINK số 33 theo thời gian với PGA = 0.45g 76Hình 5.17 Góc xoay của phan tử LINK số 49 theo thời gian với PGA = 0.45g 77

Hình 5.20 Mô men của phan tử LINK số 33 theo thời gian với PGA = 0.3g 80

Hình 5.21 Mô men của phan tử LINK số 49 theo thời gian với PGA = 0.3g 80

Hình 5.22 Mô men của phan tử LINK số 33 theo thời gian với PGA = 0.45g 81

Hình 5.23 Mô men của phan tử LINK số 49 theo thời gian với PGA = 0.45g 81

Hình 5.24 Mô men của phan tử LINK số 33 theo thời gian với PGA = 0.6g 82

Hình 5.25 Mô men của phan tử LINK số 49 theo thời gian với PGA = 0.6g 82

Hình 5.26 Chỉ số hư hại DI theo thời gian của phần tử LINK số 33 với cường độHình 5.28 Chỉ số hư hại DI theo thời gian của phần tử LINK số 33 với cường độ6/06)" .aa 84Hình 5.29 Chi số hư hại DI theo thời gian của phần tử LINK số 49 với cường độT5 85Hình 5.30 Chỉ số hư hại DI theo thời gian của phần tử LINK số 33 với cường độ

DANH MUC CAC BANG BIEU

Bảng 2.1 Tinh chat co lý của vật liệu FRP [2] - - + + + + +E+x+k+k+xeeeeeesese 7Bảng 2.2 Đặc tính kỹ thuật của tâm cacbon Mbrace TM [3] 2 s+s+s+Esxezexezxd 10Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của tam sợi thủy tinh Mbrace TM [3] se: 10Bảng 2.4 Đặc tính của tấm sợi cacbon Relark ® [3] - + +x+esesrsrerree 1]Bảng 2.5 Đặc tính một số tam Syka Carbodur [3] c.cccccccccscsssessssesesesessscecssesesevens 12Bảng 2.6 Đặc tinh tam vải cuộn Syka Wrap Hex [3] - 5-5-5 sxsesesrsrererees 12Bảng 2.7 Đặc tính kỹ thuật sợi tam thủy tỉnh Tyfo ® [3] 5 sec cececees 13Bang 3.1 Các đặc tính của CFRP [29] . - 5555222333333 33335656555555xxxsrrses 30Bảng 3.2 Mức độ hư hat | Š7] - - - (<< << <c11111118333111111588533111 11111111 kg v2 41Bảng 4.1 Đặc trưng của các loại cốt thép [5] - - + + + + sx+x+k+x+xeeeeeeseee 43Bang 4.2 Lực dọc trong Các COt - -ccc 1111111111110 1 1111 1 vn re 45Bảng 4.3 Tần số dao dộng - - -ksESE ST 1111151111111 greg 46Bảng 4.4 So sánh giữa thí nghiệm và kết quả phân tích - <5 s sex: 48Bảng 4.5 Chi tiết cốt thép khung 8 tầng [29] - 5-5 + + Ex SE E£k+E+keEeveeeeeeee 53Bảng 4.6 Luc dọc tác dụng xuống cột của khung 8 tầng - 5 sec: 55Bảng 4.7 Số lớp CFRP gia cường cho khung [29] - + 2 s5 +*+E+E+E£E+E+Essse 57Bang 4.8 Số liệu các trận động đất với hệ số ty lệ của 0.3g, 0.45g, 0.6g 60Bang 5.1 Mức độ hư hat | Š7] - - - ( - - < << <c11111118333111311998533111 11111111 kg v2 62Bang 5.2 Sự giảm bớt của chỉ số hư hại c6 SE #E#ESESESEEEkrkrkrkrecees 67Bảng 5.3 Độ giảm góc xoay của phần tử LINK - + + <SsSxsxsxsk+kexeeeeeeeeee 79Bang 5.4 Độ giảm của chỉ số IDliwas 5-5 5-52 S2 SESEE‡E‡ESEEEE+EEESEEEEEErkrkerrrerererkd 87

MOT SO KY HIỆU VIET TAT

Chữ viết tắtBTCT Bé tông cốt thép

FRP Vật liệu sợi gia cường (Fiber Reinfored Polymer)

DI Chỉ số hư hại (Damage index)NSM Gần bề mặt gan kết (Near surface mouted)PGA Gia tốc đỉnh

SDOF Hệ một bậc tự do

AFRP Vật liệu sợi gia cường aramid

CFRP Vật liệu sợi gia cường cacbon

GFRP Vật liệu sợi gia cường thủy tinhNGA# Số hiệu trận động đất

MAX Giá trị lớn nhất (Maximum)MIN Giá trị nhỏ nhất (Minimum)Ký hiệu

p Tỷ số thể tích của thép đai với thể tích lõi bê tôngK Hệ số tăng cường độ do bê tông được cốt đai bao bọc

ƒ, Ứng suất của bê tông lớn nhất, MPaVÀ Độ dốc đường quan hệ

Cường độ chảy dẻo của thép đai, MPa

b` Bề rộng của lõi bê tông tính từ mép ngoài của cốt dai, mmA Bước cốt dai, mm

f,> Ung suat chay déo, MPaf, Ung suất cực hạn của thép, MPaE, Biến dạng chảy dẻo của thép, mm/mmE., Bién dang cuc han cua thép, mm/mmE,, E„ Mô dun dan hôi của thép, MPa

Mô đun đàn hồi của FRP, MPaSin Ung suất cực hạn của FRP, MPaEy, Bién dang cuc han cua FRP, mm/mm

, Biến dạng cực han của cốt dai, mm/mmu,, Chuyén vị lớn nhất của hệ một bậc tự do (SDOF)u, Chuyén vị cực hạn dưới tai đơn

F Lực chảy dẻo, N

8 Tham số bao gồm ảnh hưởng của tải tuần hoàn.2, Góc xoay lớn nhất trong thời gian chịu tải0 Góc xoay tới han

øØ_ Góc xoay phục hồi khi dở tải

M Mô men dẻo, Nmm

Ei, 1eollapse Nang lượng trễ của một chu ky giới hạn

E,,, Nang lượng trễ của một chu kỳ chảy dẻo

E, Nang lượng vòng trễ tích lũy

E„ Nang lượng trễ được phục héiN Số chu ky chảy dẻo dé hiện tượng sụp đồ xảy rai Số chu ky chảy dẻo trong thời gian hiện tai (i < N),

a — Hệ số điều chỉnh/ Chiều dai khớp dẻo, mm

1.1 Lý do chọn đề tài

Nhiều công trình bê tông cốt thép (BTCT) đã được thiết kế theo các tiêuchuẩn cũ, trong đó khả năng kháng chấn của các công trình chưa được quan tâm đầyđủ, cũng như sự hạn chế của các nghiên cứu về lĩnh vực kháng chân Nếu căn cứtheo tiêu chuẩn động đất hiện hành, những công trình đó không đáp ứng đủ yêu cầuvề kháng chấn Ngoài ra, qua thời gian sử dụng, các công trình đó phần nảo bịxuống cấp Sự sụp đồ hoặc hư hỏng nặng của các tòa nhà trong các trận động đấtgan đây như Northridge (1994), Kobe (1995), Chi-Chi (1999), Bam (2003) lànhững minh chứng cho van dé trên.

Cac công trình đó đứng trước hai lựa chon: 1) pha hủy va xây lai mới hoàntoàn; 2) gia cường nâng cấp Giải pháp thứ hai rõ ràng tiết kiệm hơn so với giảipháp đầu tiên và ngày càng được các nhà nghiên cứu xem xét So với các giải pháptruyền thống như giăng thép, các giải pháp không chiếm không gian và thay đổikích thước hiện tại được ưa thích hon Fiber Reinforced Polymer (FRP) có nhữngđặc tính cơ lý nổi bật như cường độ chịu kéo cao, trọng lượng nhẹ, dễ gia cường vàliên kết tốt với BTCT nên có thể cung cấp các giải pháp thích hợp để gia cường,nâng cap kết cau.

Đã có nhiều nghiên cứu về kết cau BTCT gia cường bằng FRP như đượctrình bày trong phan tổng quan Những nghiên cứu này đều khang định hiệu quả giacường bang FRP cho dam, cột, nút va khung Đối với khung, hiệu quả gia cườngbăng FRP được nhiều tác giả nghiên cứu thông qua các tham số như tăng lực cắtđáy, độ lệch tang, chuyén vi đỉnh, v.v Tuy nhiên, đây là các tham số trung gian,không phản ánh day đủ kết quả cuối cùng của công trình chịu động đất — mức độ hưhại.

Một trong những ứng dụng của FRP là gia cường kháng uốn, từ đó làm tăngkhả năng chịu động đất cho kết câu BTCT Trong dé tài “Khả năng kháng chan của

nghiên cứu mà còn dựa vào mức độ hư hại của kết cấu Qua đó, một số kết luận vềhiệu quả gia cường kháng uốn của FRP được rút ra.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá độ tăng lực cắt đáyvà mức độ giảm chỉ số hư hại cho kết câu khung BTCT khi gia cường kháng uốnbởi FRP.

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là khả năng chịu động đất của khungBTCT có gia cường kháng uốn băng FRP

1.4 Y nghĩa nghiên cứu1.4.1 Y nghĩa khoa học

Công trình thường bị hư hại ở các mức độ khác nhau khi động đất xảy ra.Khả năng chịu động đất của kết câu BTCT được đánh giá bằng các tham số như lựccắt đáy, độ lệch tang, chuyén vị đỉnh, v.v có thé chưa được hợp lý vì chúng là cácchỉ số trung gian Để minh hoa cho vẫn dé này, một ví dụ được xem xét như sau.Một thanh công xôn chịu tải lặp ở đầu thanh với biên độ giỗng nhau hư hại tích lũycho đến chu kỳ thứ (n-1) sẽ nhỏ hơn so với chu kỳ thứ n Do đó, hiệu quả gia cườngkháng uốn băng FRP sẽ được đánh giá đầy đủ hơn thông qua chỉ số hư hại

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễnTrong bồi cảnh ngày nay, các công trình xây dựng ngảy càng nhiều, đa số cáccông trình đều phải tính toán chịu động đất cũng như phải gia cường khi công trìnhxuống cấp Việc tính toán thiết kế, gia cường cho công trình bằng các giải pháptruyền thống như dán tam thép lên bề mặt kết cau, tăng ứng suất có lợi bằng cáchcăng sau nhưng đêu có những ưu khuyêt điêm của nó Với những tính năng nôi

nghiên cứu về lĩnh vực gia cường FRP cho công trình chịu động đất Điều này làmcho các nghiên cứu liên quan đến kết cấu nhất là trong lĩnh vực kháng chấn chocông trình thực sự cần thiết phải thực hiện Kết quả nghiên cứu từ dé tai này chothay hiệu quả gia cường FRP và có thé là giải pháp kinh tế Mặt khác kết qua từ détài góp phan b6 sung kiến thức về ứng xử của cau kiện BTCT có gia cường FRP.1.5 Câu trúc luận văn

Luận văn gôm 6 chương:Chương 1: Mo dau Giới thiệu chung về dé tài, mục tiêu và ý nghĩa nghiêncứu

Chương 2: Tông quan Giới thiệu về vật liệu FRP và các nghiên cứu trong vàngoài nước liên quan dén dé tai.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết.Trình bày chỉ tiết lý thuyết tính toán để xác định quan hệ mô men — độ congcủa vật liệu BTCT có và không gia cường FRP Mô hình hư hại tích lũy cũng đượctrình bày trong chương này.

Chương 4: Mô hình phân tíchGiới thiệu mô hình khung 3 tầng và 8 tầng dùng trong phân tích số và kiểmtra tinh đúng dan của phương pháp

Chương 5: Phân tích kết quảTừ kết quả co sở lý thuyết, khả năng chịu động đất của khung 8 tang đượcphân tích Thông qua chỉ số hư hại DI để đánh giá hư hại của khung BTCT có vàkhông có gia cường FRP.

Chương 6: Kết luận và kiến nghịKết luận và kiến nghị dựa trên cơ sở những kết quả phân tích thu được

2.1 Sơ lược về vật liệu FRP2.1.1 Cấu tạo vật liệu FRP

Vật liệu FRP là một loại vật liệu composite được chế tạo từ các vật liệu sợi,sử dụng các chất kết dính để liên kết với các cau kiện Trong đó các sợi đóng vai tròchịu lực chủ yếu Chất kết dính như nhựa Expoxy, nhựa Vinyl esters và nhựaPolyesters đóng vai trò liên kết giữ 6n định cho các sợi va phân phối tải trọng chocác sợi làm việc cùng nhau Kiểu vật liệu sợi thường được sử dụng là sợi thủy tinh(GFRP), sợi các bon (CFRP) và sợi aramid (AFRP).

a) Soi thuy tinh (Glass fiber)Là loại sợi được chế tạo từ dung dịch thủy tinh long nung nóng đến nhiệt độkhoảng 1600°C, dung dịch thủy tinh có thành phan từ cát, kaolin, limeston Saukhi thôi dung dịch thủy tinh nóng chảy qua những 16 nhỏ trên khuôn làm bang bạchkim và làm nguội cho đến khi tạo thành các sợi nhỏ, mảnh Những sợi thủy tỉnh nàysau đó được làm sạch và phủ lớp chất hóa học dé bảo vệ Sau đó người fa mangnhững sợi thủy tỉnh nhỏ mảnh này se xoắn thành những sợi chỉ và lại dệt những sợichỉ nay với nhau thành những tam vai sợi thủy tinh Soi thủy tinh có giá thành thấphơn sợi cacbon và cường độ kéo cũng thấp hơn nhưng van được sử dụng trong vaitrường hop cho cau kiện muốn tăng độ dẻo

b) Soi cacbon (Cacbon fiber)La mot san pham của quá trình các bon hóa, một loại sợi tiền ché từ các caophân tử polymer nhân tạo Các sợi tiền chế được kéo qua trong lò khí trơ có nhiệtđộ khoảng 2000°C Tùy theo nhiệt độ và lực kéo căng khi gia công mà sẽ quyếtđịnh cường độ và độ cứng của sợi Với nhiệt độ cao trong lò, các tạp chất sẽ bị đốtcháy chỉ còn lại thuần túy các bon, những sợi này sau đó sẽ được làm sạch và phủlớp hóa chất để bảo vệ Sau đó đem đi se xoắn tạo thành những sợi chỉ và dệt thành

rất cao, có thể cao hơn thép từ 5 đến 10 lần.c) Soi Aramid (Aramid fiber)

Là một loại sợi cực kỳ bên chắc, được lam từ hợp chất cao phân tử aromaticpolyamide Mặc dù rất bền nhưng nó vẫn có vài nhược điểm khi gia cường sữa chửacho kết cấu BTCT Trước tiên, soi Aramid có tính hút 4m nên nó chi có thể làmviệc ở môi trường khô ráo Hơn nữa, loại sợi này có tính tự mài mòn, đặc biệt dướitải trọng lặp, các sợi này sẽ cọ sát vào nhau và bào mòn lẫn nhau, làm cho bản thânsợi càng nhỏ, mỏng va yếu đi Mặc khác, sợi aramid rất khó cắt khi gia cường, buộcphải sử dụng các dụng cụ chuyên dụng Tuy nhiên, nó sẽ phát huy tác dụng rất caonêu như gia cường cho các kết câu có yêu cau chong nô, va đập.

đ) Vat liệu nhựa kêt dinhNgười ta thương dùng keo Expoxy là hợp chất của 2 polymer thành phần, màtrong quá trình lưu hóa và khô cứng thì chuỗi phân tử này càng cứng chắc Tùy theoyêu cầu sử dụng mà người ta chế tạo những loại keo có những đặc tính phù hợp Cóloại keo có cường độ cao, nhưng don, dé vở, độ bám dính thấp hoặ loại keo cócường độ kéo thấp nhưng cường độ bám dính lại cao Thông thường trong lĩnh vựcsử dụng FRP dé gia cường sữa chửa cho kết cấu, người ta chỉ quan tâm đến yếu tốbám dính của keo vì nó làm giúp FRP phát huy hết khả năng của vật liệu Thànhphan hóa học của keo Expoxy giúp cho nó không dễ bay hoi và không bắt lửa.Trong qua trình chế tạo, keo Expoxy được làm trơ hóa, giúp cho nó dễ sử dụng saunày.

ˆ-Dạng tắm ˆ-Dạng cuộn ˆ-Dạng chế tạo ˆ-Dạng thanh ˆ-Dạng băng

sản

Hình 2.1 Các dang vật liệu FRP [1].Các dạng FRP thường dùng trong xây dựng như trong (Hình 2.1) bao gồm:FRP dạng tâm, thanh, cáp, cuộn Trong sửa chữa và gia cố công trình thường có 2dạng cơ bản: dạng chế tạo tại hiện trường thi công và dạng chế tạo sẵn trong nhàmáy và sau đó được lắp ráp tại công trường Dạng vật liệu FRP chế tạo sẵn trongnhà máy có những kích thước và kiểu dáng đã được chuẩn hóa, nên có thể sản xuấthàng loạt, giúp tiết kiệm thời gian thi công trên công trường Tuy nhiên nhược điểmcủa nó là khó thi công cho những kết cấu có kích thước đặc biệt, hoặc kết cầu có sựthay đôi kích thước hình dáng trên công trình Dạng chế tao sẵn có thé là tam,thanh có thể bố trí gia cường bên ngoài hay bên trong bê tông như cốt thép Dạngvật liệu FRP chế tạo tại công trường tốn nhiều thời gian hơn, vì phương pháp chếtạo tùy thuộc vào từng hoàn cảnh cụ thé trên công trình Tuy nhiên nó có khả năngthích ứng tốt với những kết cau phức tap, có sự thay đổi hình dáng, vị trí, kíchthước Những loại sản phẩm FRP chế tạo tại công trường chỉ có thé gia cường bênngoài bê tông như dán gia cường vào vùng chịu kéo

2.1.2 Tinh chất co ly của vat liệu FRPVật liệu FRP có ứng xu đàn hồi, không có giai đoạn chảy dẻo trước khi bịphá hủy Cường độ chịu kéo và độ dẻo dai của vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào kiểu

sợi, hướng sợi và chât lượng sợi Ưng xử kéo của vật liệu này được biêu diễn băng

FRP là thành phan chiu luc chinh nén kiéu cét soi, chiéu sap xép của cốt sợi, lượngcốt sợi và phương pháp chế tạo cũng ảnh hưởng đến đặc tính của vật liệu này Tínhchất cơ lý của vật liệu FRP được thé hiện trong (Bảng 2.1) [2].

Bảng 2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu FRP [2].„ Vật liệuTT Tính chất cơ lý

GERP CFRP AFRP| Khối lượng riêng (T/m?) 1.2—2.1 1.5 — 1.6 1.2— 1.5

Hệ số giãn nở vì nhiệt theo2 ị 6 - 10 (-1)-0 (-6) — (-2)

Do thành phan cấu tạo của FRP khác han so với cốt thép dẫn đến đặc tính colý của FRP cũng khác biệt FRP là vật liệu không đăng hướng, có trọng lượng riêngkhá nhẹ so với thép, dễ bị phá hủy bởi các tỉa cực tím bên ngoài Có hệ số giãn nởdo nhiệt khác nhau theo phương dọc và phương ngang, phụ thuộc vào kiểu loại cốtsợi, vật liệu kết dính và tỉ lệ cốt sợi Trong Bảng 2.1 cho ta thấy khả năng biến dạngcủa CFRP nhỏ hơn GFRP và AFRP nhưng cường độ kéo của CFRP rất lớn, nên nórất tốt trong gia cường kháng uốn cho kết cấu Nhìn chung, mô đun đàn hồi củaFRP không cao, trong 3 loại thì GFRP có mô đun thấp nhất, sau đó đến AFRP rồiđến CFRP Tuy có cường độ chịu kéo cao, nhưng về mặt chịu nén, FRP khá thấp,với dạng sợi vải thì hầu như không có chiu nén, chi một số vật liệu FRP dạng thanhthì có chịu nén.

2.2.1 Cac dạng pha hoại

Cac dạng phá hoại sau đây can phải khảo sát đôi với mặt cat cau kiện cânđược gia cường vật liệu FRP.

- Su phá hoại của bê tông trong vùng nén trước khi cốt thép thường bị chảyđẻo.

- Su chảy dẻo của cốt thép thường trong vùng chịu kéo sau khi xảy ra sự pháhoại của tam gia cường.

- Su chảy dẻo của cốt thép trong vùng chịu kéo sau khi xảy ra sự phá hoại bêtông trong vùng chịu nén.

- Su bong tách của lớp bê tông bảo vệ.

- Su bong tách của lớp gia cường khỏi bê tông.Sự phá hoại do nén của bê tông được giả định xảy ra nếu biến dạng nén trongbê tông đạt đến biến dạng cực hạn (ec = £ø) Sự phá hoại của lớp gia cường đượcgiả định là xảy ra khi sự biến dạng của tâm gia cường đạt đến biến dạng trong thiếtkế (e7 = ef)

2.2.2 Su lam viéc cua FRP

Khi sử dụng tam FRP dé gia cường cho dâm ở vùng chịu kéo sẽ làm cho damtăng khả năng chịu tải, mà không làm gia tăng độ võng Mặt khác, khi dùng tamFRP để gia cường cho vùng chịu kéo của bê tông sẽ làm hạn chế vết nứt của bêtong, tạo điều kiện cho BTCT làm việc cùng nhau tốt hơn, giúp cho cốt thép tiễnđến giới hạn dẻo trong khi bê tông chưa bị phá hoại

Trong kết cau cột BTCT thì cốt thép đóng vai trò chịu mô men uốn là chủyếu Đặc biệt khi cột chịu tải trọng động như động đất, 210 giat, xe x0 trong cột sẽxuât hiện m6 men uôn một phía và nén một phía Vêt nut sẽ xuât hiện ở vùng chịu

mỗi lần lặp của tải trọng Vết nứt sẽ lan dần vào bên trong, bê tông không còn liêntục để phân phối tải trọng và cùng làm việc với cốt thép Lúc nảy, bê tông khôngcòn đủ khả năng định vị cho cốt thép khỏi bị lệch tâm, cột sẽ gãy đồ Tam giacường FRP bên ngoai của cột sẽ làm cho bê tông không bị nở hông, hạn chế vết nứtcủa bê tong, ngăn không khí oxi hóa va ăn mòn cốt thép Ngoài ra, khi gia cườngphía chịu kéo của cột, tấm FRP tham gia chịu mô men uốn, làm tăng khả năng chịutải tuần hoàn cho cốt thép.

Đối với kết cấu tường gạch cũng vậy, vữa là một loại vật liệu chịu nén tốthơn chịu kéo Do vậy, khi bức tường bị uốn cong, vữa của bức tường phía chịu kéosẽ bi nut, bức tường do vay sé bi cong xuống và dưới tác động của trọng lượng bảnthân, bức tường sẽ sụp đồ Khi sử dụng tấm FRP để bao bọc cho tường, với khảnăng chịu kéo tốt, tam FRP sẽ ngăn không cho vữa bị nứt Do đó, gia cường FRP sẽlàm cho tường chịu uốn tốt hơn nhiều so với lúc chưa gia cường

2.3 Các nhóm vật liệu FRP thông dụng hiện nayHiện nay trên thế giới có hàng ngàn nhà sản xuất vật liệu FRP và các phụ giađi kèm Các dạng vật liệu dùng trong xây dựng có những yêu cầu khác như khảnăng chịu lực cao, khả năng chống ăn mòn, bén với môi trường, giá thành thấp Một số hãng sản xuất vật liệu FRP hiện nay như là MbraceTM, Replark®, Syka,Tyfo®

2.3.1 Nhóm vật liệu tam MbraceTM- Tam sợi cacbon (CFRP): là loại tấm sợi các bon khô, bao gồm Các SỢI các

bon đơn hướng trên nên Expoxy có các thông số kỹ thuật cho trong Bảng 2.2sau:

Bảng 2.2 Đặc tính kỹ thuật của tam cacbon Mbrace TM [3].

Tên sản phẩm loại cuộn FTS C1-20 FTSCI-30 FTS5-30

Trọng lượng (kg/m’) | 1820 | 1820 | 1820

Chiều day tính toán (mm) | 0.11 | 0.165 | 0.165

Khả năng chịu kéo (KG/cm bề rộng tấm) | 390 | 590 | 500

Khả năng chịu kéo TT(KG/cm bề rộng tấm) | 35500 | 35500 | 30000

Môđuyn dan hồi chịu kéo (KG/cmbéréng tấm) | 25900 | 38800 | 62700Môđuyn dan hồi kéo TT(KG/cm béréng tấm) | 2.35x10° | 2.35x10° | 3.8x10°

Độ dan dai phá hoại (%) | 15 | 1.5 | 0.8- Tam sợi thủy tinh (GFRP): là loại tam dán khô, bao gồm các sợi thủy tinh

đơn hướng trên nền keo Expoxy, đặc tính kỹ thuất của tam thủy tinh MbraceTM được cho trong Bảng 2.3.

Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật của tam sợi thủy tỉnh Mbrace TM [3]

Chiểu dày thiết kế Khả năng chịu kéo Môđuynđànhổi | Độ dan dài phá

(mm/lớp) (KG/cm”) chịu kéo (KG/cm?) hoại (%)(0.118 15500 740000 2.1

2.3.2 Nhóm vat liệu FRP Relark ®Loại tam cacbon Relark ® do công ty hóa chất Mitsubishi sản xuất là loại tamcác bon khô dạng cuộn dài 100m, bề rộng từ 250 đến 330mm, độ dày khoảng0.167mm Tam được dệt từ những sợi đơn hướng với những sợi phụ góc 60° danxen khoảng 10-20mm Đặc tính của tam sợi cacbon Relark ® được cho trong Bảng2.4

Bang 2.4 Đặc tinh của tam sợi cacbon Relark ® [3].

STT Tính chất Loại tấm cuộn

1 | Màusắc Trang Đen Đen

2 Trọng lượng riêng (g/cm”) 1.8 1.8 1.8

3 | Khối lượng thể tích (g/cm’) 200 300 300

+ | Chiều day khô (mm) 0.11 | 0.17 | 0.14

5 | Chiều day tính toán (mm) 0.46 | 0.51 | 0.516 | Khả năng chịu kéo tính toán (MPa) 2.94 | 2.94 | 1.96

7 | Mô đun đàn héichiukéo (GPa) 0.23 | 0.23 | 0.64

8 | Độ din dài pha hoại 1.2 | 1.2 | 0.3

2.3.3 Nhóm vat liệu FRP SykaTam sợi cacbon Syka Carbodur là loại tam ghép có 68% các bon, với nhiềukích thước khá phong phú khổ rộng 50mm, 80mm, 100mm, chiều dày tính toánkhoảng 1.2mm Tam các bon Syka được dán vào mặt bê tông bang keo dán ExpoxySykadur có cường độ và mô đun đàn hồi cao Đặc tính của một số tam các bon Sykađược cho trong Bang 2.5.

Tam soi thủy tinh Syka Wrap Hex (GFRP) là loại sợi không don hướng, đượcdệt theo góc 45° theo chiều dài tam nên nó thích hợp cho gia cường chống cat Vaiđược sản xuất theo dạng cuộn có bề dày 1270mm, chiều dày tiêu chuẩn là Imm.Đặc tính của tâm sợi thủy tỉnh Syka Wrap Hex được cho trong Bảng 2.6

Bảng 2.5 Đặc tính một số tam Syka Carbodur [3].

Tên sản phẩm CFRP Sika Carbodur® Sika Sika Sika

Carbodur®S Carbodur®M | Carbodur®H

Màu sắc Đen Đen ĐenChiều dày tính toán mm 1.2 1.4 1.4Khánăng chịu kéo TT (kG/cm?) 28.552 24.473 13.256

Mô đuyn dan hồi chịu kéo TT (kG/cm”) 1.682.531 2.141.404 3.059.149

Độ dan dai pha hoại 1.9 1.4 0.8

Bảng 2.6 Đặc tinh tam vải cuộn Syka Wrap Hex [3]

Ta sản phẩm CFRP SikaWrap®Hex SikaWrap® Hex 103C

Màu sắc ĐenChiều dày tính toán Imm

Khanang chịu kéo (kG/cm’) 35.180Môđuyn đàn hồi (kG/cm”) 2.391.234

Biến dạng phá hoại (%) | 1.5

2.3.4 Nhóm vat liệu Tyfo ®Tam sợi các bon (CFRP): là loại tam các bon dán ướt do công ty Fyfe (Mỹ)sản xuất bao gém sợi các bon đơn hướng và đa hướng trên nền keo Tyfo Expoxy, làloại keo hai thành phần được pha trộn theo tỉ lệ nhất định

Tam soi thủy tinh (GFRP) là loại vải thủy tinh E-glass đơn hương trên nềnkeo Tyfo Expoxy Đặc tinh của tam sợi thủy tinh được cho trong Bảng 2.7

Bang 2.7 Đặc tinh kỹ thuật sợi tam thủy tinh Tyfo ® [3].

Sợi thủy tỉnh _ Sợi thủy tinh

Tên sản phẩm Carbon Soi thủy

Tyfo® | Tyfo® SHE Tyfo®SHE © tinh Tyfo®| 51 SIA SHE 35

Chiều dày tính toán (mm) 1 13 1.3 0.89

Kha nang chiu kéo 00 (GPa) 876 575 575 991Môđuyn đàn hồi chịu kéo (GPa) 72.4 26.1 26.1 78.6

Kha nang chiu kéo 900 (GPa) 34.5 34.5 20.7 0

Độ dan dai phá hoại (%) 121 2.2 22 1.26

2.4 Các mô hình gia cường kết cầu BTCT băng tấm dán FRPĐề gia cường tam FRP cho kết cau, có nhiều cách khác nhau, cũng như nhiềucầu kiện khác nhau thì cách gia cường cũng không giống nhau Hình 2.2 chỉ ra mộtsố cách gia cường cho từng bộ phận kết cau khác nhau

Hình 2.2 Mô hình gia cường tam FRP cho các bộ phận kết cấu [3]

Đối với cột người ta thường sử dụng các tấm FRP quấn ngang thân cột, giacường như vậy sẽ làm giảm độ nở hông của bê tông và làm tăng khả năng chịu tảicủa cột Hơn nữa, gia cường cho cột bằng cách quấn sợi FRP xung quanh giúp chocột dẻo hơn, giảm thiểu được hiện tượng uốn dọc xảy ra đối với cột Trong trườnghợp dán tam FRP doc theo chiều dài của cột, cách gia cường này sẽ làm cho cột cóđộ cứng lớn hơn, làm tăng khả năng chịu mô men của cột khi chịu tải trọng nganghay tuân hoàn Vì vậy, tùy vào trường hợp cụ thể mà có thể sử dụng 2 cách giacường khác nhau Nếu kết hợp cả hai cách gia cường thì sẽ có tất cả ưu điểm củahai phương pháp Mặt dù lý thuyết thì có thể gia cường cho tất cả các tiết diện cộtbách kỳ, nhưng trên thực tế một số tiết diện cột thích hợp cho gia cường như hìnhtròn, oval, chữ nhật

Đối với kết cau sàn hay dang tam nói chung (sàn, vách, bancony ) khi giacường tam FRP cho san, nó giúp sàn tăng khả năng chịu tải Như trong trường hợpmở rộng công năng cho tầng, cần phải cắt cột, bây giờ tải sẽ truyền trực tiếp lên sànthay vì lên cột Lúc nay, những tam dán FRP sẽ giúp cho san đủ độ cứng dé truyềnlực sang các vùng bên cạnh Ngoai ra, nó còn giúp cho sàn chống chọc thủng ởnhững vị trí mà cột tầng trên truyền lực trực tiếp xuống sàn Như vậy, cách giacường tot nhât cho san là dán các tâm FRP ở phía chịu uôn hay chiu cat của san.

Đôi với kêt cầu dâm, người ta thường dan tâm FRP dưới đáy dâm dé tăng khanăng kháng uôn cho dâm, hoặc dán cả mặt đáy và hai mặt bên của dâm Nhăm tăngkhả năng chịu cat của dâm, người ta dán các dai FRP vuông góc với trục dâm hoặcxiên một góc 45° tại những vi trí có lực cắt lớn

2.5 Ưu nhược điểm của vật liệu FRP2.5.1 Uu điểm

Vé tính chất co ly, vật liệu FRP có cường độ chịu kéo theo hướng sợi cao vakhối lượng nhẹ so với vật liệu truyền thống Do đó, đối với dầm được bọc bên ngoàibởi tâm FRP thì sẽ làm tăng khả năng chịu cắt và chịu uốn Đối với sàn BTCT, giacường FRP thì sẽ làm tang kha năng chịu mô men, hạn chê vét nứt Đôi với cột, sẽ

lam tăng khả năng chịu uốn va chống nở hông khi boc FRP quanh tiết diện cột Đốivới các công trình chịu động đất, 210 giật, kết câu chịu lực của công trình đòi hỏiphải đủ độ mềm dẻo dé hap thu các xung động, nên tam FRP là một lựa chọn tối ưuđể sử dụng cho những công trình như vậy.

Về phương diện thi công, do trọng lượng tam FRP khá nhẹ, chiều dài lớn nêncó thể cắt theo kích thướt tùy vào mục đích sử dụng, góp phần giảm chi phí nhâncông Tam FRP mỏng và linh hoạt nên có thé chèn vào các đường ống, dây cápđiện, tạo thuận lợi cho viêc thi công được dễ dàng Với việc sử lý nhiệt, keo Expoxycó thé đạt cường độ thiết kế trong vài giờ làm giảm thiểu tối đa thời gian thi công,sớm đưa công trình vào sử dụng Trong quá trình thi công không gây ra tiếng ôn,ảnh hưởng đến các công trình lân cận Trong quá trình sử dụng, không cần bảodưỡng định ky vì tính chong ăn mòn va mài mòn cơ học tot.

Đối với công trình hiện hữu khi đã bị xuống cấp, cần phải gia có sửa chữa thiviệc hạn chế thay đổi công năng và thâm mỹ công trình là mục đích và yêu cầu củachủ đầu tư Do đó việc lựa chọn vật liệu FRP dé gia cố cho công trình là giải pháphàng đầu vì nó không làm thay đổi kích thướt tiết diện dam, cột và sàn hiện hữu,giữ được phong cách kiên trúc vôn có của công trình.

Hiện nay, FRP đã có những nhiều ứng trong ngành xây dựng công nghiệp vàngành cầu đường ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Ấn Độ và các nước châuAu Mac dù vật liệu FRP đã được biết đến cách đây vài thập kỷ, nhưng ban đầungười ta chỉ sử dụng nó trong ngành hàng không vì tính năng bền chắc, chịu va đậptốt, trọng lượng bản thân nhỏ, chống lại sự ăn mòn của môi trường Ngày nay, vớinhững tiễn bộ về kỹ thuật công nghệ và nghiên cứu ứng dụng của loại vật liệu này,nên giá thành FRP ngày càng rẻ Vì vậy, FRP bắt đầu đóng vai trò nhất định tronglĩnh vực xây dựng hiện dai.

2.5.2 Nhược điểm

Hiện nay vật liệu FRP giá thành vẫn còn khá cao nên chỉ phí khi sử dụng FRPđề gia cô, sửa chữa cho công trình tăng đáng kê Tuy nhiên, khi có nhiêu nghiên cứu

thực nghiệm lẫn lý thuyết cho thấy tinh ưu việt của loại vật liệu FRP, kết hợp vớicải tiến trong công nghệ sản xuất thì nhược điểm về giá thành có thể khắc phụcđược.

Một nhược điểm nhỏ nữa mà vật liệu FRP mang lại đó là sự bong tách giữabê tông và vật liệu FRP trước khi nó bị phá hoại Do đó, trong quá trình thi công,cần tính toán bố trí các dạng neo chống lại sự bong tách của FRP

2.6 Pham vi sử dụng cua vật liệu FRP

Người ta thường sử dụng vật liệu FRP để gia cường cho các kết cau bang bêtong, gỗ, thép, gach đá như:

Câu đường (dam cau, trụ câu, ông thoát nước )Cac ket câu xây dung dan dụng và công nghiệp như cột, dam, tường vasản

Ông khói nhà máy, silo các loại, tường chắn, tháp hồ nước Ngoài ra vật liệu FRP thường được gia cô cho một số kết cau trong cáctrường hợp sau:

Công trình chịu tải rung động do động đất, gió giật, đòi hỏi kết cau chịu lựccủa công trình phải đủ độ mềm dẻo dé lắc lu chuyển động và hap thụ nănglượng tốt nhất Vật liệu FRP có tính mềm dẻo và khả năng chịu kéo cao sẽ làmột lựa chọn thích hợp cho các công trình này.

Do có sự thay doi về công năng sử dụng, công năng của công trình có sựthay đối dé phù hợp với nhu cầu của thực tế Như mở rộng khu buôn bán, lắpđặt các thiết bị máy móc, lắp đặt ống khói trên mái nhà

Do sai sót trong thiết kế và thi công: Trong một số trường hợp, sau khi thicông công trình xong, đưa vào su dụng, người ta phát hiện ra sai sót trongquá trình thiết kế hoặc thi công, những trường hợp như vậy, vật liệu FRP làmột lựa chọn dé khắc phục sửa chữa những sai sót nay

- Sua chữa hu hỏng và bảo dưỡng định ky: Trong qua trình sử dụng công trìnhtheo thời gian va tác động của môi trường làm cho một số kết cấu công trìnhbị xuống cấp, nó cần phải sửa chữa bảo dưỡng để có thé làm việc như trước.Trong trường hợp như vay, lựa chọn FRP là một lựa chọn thích hợp va khảthi.

- Những kết cấu có yêu cầu chống cháy nổ: Vật liệu FRP rất kha dụng trongcác trường hợp kết cầu có yêu cầu chống cháy nỗ, nhất là trong công nghiệpbình hơi, khí nén

- Những kết cầu cần chống mài mòn cơ học và ăn mòn hóa học cao thì vật liệuFRP là sự lựa chọn tối ưu

2.7 Tình hình nghiên cứu trong nước

Việc sử dụng vật liệu FRP để sửa chữa và gia cường cho kết cầu BTCT ởnước ta còn nhiều hạn chế do sự thiếu hụt về nguồn dt liệu tính toán Vì vậy, cần cónhiều nghiên cứu cả thực nghiệm lẫn lý thuyết trong lĩnh vực này Do đó, vài nămtrở lại đây, nhiều luận văn thạc sĩ về FRP đã được thực hiện và cho ra kết quả khảquan.

Theo Võ Văn Tuan [1] đã nghiên cứu về phương pháp gia có, sửa chữa côngtrình BTCT bang tắm FRP Tác giả đã đưa ra các phương pháp thi công vả các côngthức tính toán thiết kế sửa chữa, gia cỗ công trình BTCT băng tam dán FRP Kếtquả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng FRP cho các công trình ở Việt Nam là hoàntoàn kha thi.

La Hồng Hải [2] đã phân tích ảnh hưởng hiệu ứng chốt chặn đến ứng xử vakhả năng kháng cắt của dam BTCT gia cường bang tam GFRP Tác giả đã khảo sátthực nghiệm hàm lượng chốt chặn, hàm lượng tam gia cường GFRP và sự tương tácgiữa chúng đến độ lớn của lực chốt chặn Một vài dầm BTCT gia cường tam GFRPdang chữ U, có ti lệ mô hình thay đồi Kết qua nghiên cứu thu được cho thấy, yếu tốtỉ lệ mô hình không có ảnh hưởng đáng kế đến giá tri biến dạng cốt dọc chịu kéo

trong nhịp cat của dầm Tuy nhiên, yếu tố này anh hưởng đến tỉ trọng đóng góp củalực chốt chặn vào kha năng kháng cat của dam.

Năm 2006 Trương Tuấn Duy [3] đã nghiên cứu ứng sử động lực học củadầm BTCT có gia cường tắm dán FRP Tác giả đã trình bày phương pháp tính toánđộ cứng tương đương của dàm BTCT có gia cường tâm FRP qua các gia đoạn làmviệc của vật liệu bằng phương pháp phân tích mặt cắt Kết quả cho thấy, dầm có giacường FRP luôn có tần số dao động tự do và chuyền vị lớn hơn dầm bình thường.Khi dầm chịu thêm các tải trọng tĩnh khác thì chuyển vị của dầm có gia cường FRPnhỏ hơn so với dầm không gia cường (51.7%) Hiệu quả gia cường đáng kể khi damcó khe nứt, chuyền vị giảm đến 57.7 %

Đặng Văn Tài [4] đã phân tích và tính toán cột BTCT có gia cường bằng tắmdán FRP Tác giả đã kiểm tra khả năng chịu lực của cột khi có gia cường FRP, quađó khảo sát khung BTCT trên SAP 2000 Kết quả chỉ ra rằng, khả năng chịu lực củacột tăng lên 367% ở tiết diện tròn và 196% ở tiết diện chữ nhật với điều kiện dùnglớp dán dày 7.6mm Chiêu day lớp gia cường càng lớn thì khả năng chịu nén của bêtông càng cao, nhưng khi cường độ bê tông càng cao thì hiệu quả lớp gia cườngcàng giảm.

Nguyễn Trường Điểm [5] nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tổ ty lệ mô hìnhđến khả năng kháng cắt của dầm BTCT có gia cường tâm GFRP Kết quả thé hiệnrang, hiệu quả gia cường tam GFRP dang chữ U sẽ giảm dan theo sự gia tăng kíchthướt của dầm thực nghiệm Ngoài ra, tam gia cường GFRP sẽ giúp giảm chuyền vi,tái phân bố ứng suất trong vùng cat, góp phần giảm bề rộng vết nứt và làm mém hóakiêu phá hoại nguy hiêm của dâm.

Võ Trí Toàn [6] đã phân tích ứng xử số của dầm BTCT có gia cường tamFRP bằng phần mềm ABAQUS Tác giả đã kết luận răng, việc gia cường FRP giúpcho dầm tăng khả năng kháng uốn và độ cứng Phá hoại chủ yếu của dầm là do sựbong tách giữa bê tông và FRP Khi dầm bị phá hoại, cường độ của vật liệu FRP chỉđạt một phần và lớn nhất là 37% trong thí nghiệm của tác giả Chiều dài tốt nhất của

tâm FRP dé gia cường cho dâm chính là chiêu dài của dâm Ngoài ra, có thê xácđịnh chính xác tải trọng cực hạn tác dụng lên dầm bang phan mém ABAQUS.

Nguyễn Tan Độ [7] đã mô phỏng số phân tích ứng xử của dam BTCT có giacường tam FRP khi chịu uốn bang phần mềm ANSYS Kết quả cho thấy, tat cả cácdầm gia cường thì có tải trọng phá hoại lớn hơn dầm kiểm chứng và tương thích vớikết quả thực nghiệm Do đó, có thể kiểm tra được tải trọng phá hoại của dầm có giacường FRP bằng phần mềm ANSYS Sử dụng vật liệu FRP và tắm thép neo chốngtrượt là biện pháp gia cường hiệu qua dé tăng khả năng kháng uốn va kháng cat chodầm BTCT Chiều dài neo tối ưu cũng có thé xác định được thông qua phần mémphân tử hữu hạn

Nguyễn Hùng Phong và Phạm Quang Đạo [8] nghiên cứu thực nghiệm vềgia cường chống động đất cho cột BTCT băng tắm sợi liên tục FRP Kết quả thựcnghiệm cho thấy giải pháp gia cường này thực hiện đơn giản mà có hiệu quả cao,làm tăng đáng kế độ dẻo của cột Do đó, khả năng phân tán năng lượng của cột tănglên đáng kể Tác giả còn kết luận răng, độ dẻo của cột liên quan mật thiết đến hìnhdạng của vết nứt khi phá hoại

Ngô Quang Tường [9] đã đưa ra phương pháp sửa chữa và gia cố công trìnhBTCT băng phương pháp dán nhờ sử dụng vật liệu FRP Tác giả đã đề xuất quytrình thi công dán tam FRP theo phương pháp khô và ướt Qua nghiên cứu, tác giảđã kết luận rằng, vật liệu FRP có độ bền cao, thi công dễ dàng nhanh chóng, ít toncông nhân, không cần máy móc đặc biệt, có thé thi công trong điều kiện mat bangchật hẹp, không gây ảnh hưởng đến xung quanh nên có thể thi công khi công trìnhvan đang hoạt động

Nguyễn Hùng Phong [10] nghiên cứu thực nghiệm về gia cường kháng cắtcho dam BTCT bang tam sợi thủy tinh Sử dụng 4 mẫu dầm D1, D2, D3, D4, với 4đặc điểm gia cường khác nhau và hàm lượng GFRP cũng khác nhau Cho các mẫuchịu tải tập trung đến lúc phá hoại rồi so sánh với kết quả tính toán bằng lý thuyết.Kết quả thực nghiệm thu được khá gần so với tính toán lý thuyết Dầm có gia cường

GFRP có độ dẻo cao hon han so với dâm không có gia cường và làm việc an toànhơn.

Nguyễn Chí Thanh và các cộng sự [11] phân tích hiệu quả kỹ thuật giả phápgia cường kết cầu BTCT băng vật liệu cốt sợi tổng hợp FRP Tác giả đã phân tíchsức kháng uốn của mặt cắt được gia cường bằng phương pháp số thông qua ứngdụng chương trình BMAP với thuật toán Newton-Raphson Kết quả nghiên cứu chothay vat liệu gia cường có giới hạn biến dạng cao, nên sự phá hoại của mặt cắt chịulực chủ yếu xảy ra do bê tông vùng chịu nén vượt quá khả năng chịu lực Sự chuyểnđối từ dang phá hoại dẻo do cốt thép thường sang phá hoại giòn ở bê tông đã khaithác tối đa sự chịu lực của bê tông Do đó, hiệu quả gia tăng kha năng chịu lực cuaFRP là cao (300% cho trường hợp trong bài báo).

Trịnh Quang Minh và các cộng sự [12] đã sử dụng thanh FRP cốt sợi các bonCFRP gia cường cho dầm theo phương pháp NSM (near surface mouted), bangcách đặt các thanh CFRP trong các rãnh tao trước trên lớp bê tông bao vệ vung chiucắt lớn Tác giả tiễn hành thí nghiệm với các dạng phá hoại khác nhau Kết quả thínghiệm chi ra rang gia cường theo phương pháp NSM cải thiện đáng ké khả năngchịu cat và hạn chê đáng kê sự xuât hiện của các vet nứt trên dâm BTCT.

Năm 2013 Phạm Hồng Sơn [13] đã phân tích ứng xử nứt do uốn của dầm bêtông cốt phi kim GFRP Tác giả đã sử dụng 8 mẫu bê tông cốt phi kim GFRP và 4mẫu BTCT thường để so sánh Sau khi cho các mẫu chịu uốn, tác giả kết luận rằng,bề rộng vết nứt của dầm bê tông cốt GFRP lớn hon 2.5 đến 5 lần so với dam BTCT,tốc độ phát triển vết nứt cũng nhanh hơn Hàm lượng cốt thép dọc làm giảm đángkế bé rộng vết nứt Khoảng cách các vết nứt và chuyển vị của dầm cốt GFRP lớnhơn đáng ké so với dầm BTCT, nhưng cường độ bám dính của cốt phi kim lại nhỏhơn so với dầm BTCT

Phan Trí Nhân [14] đã đánh giá các yếu t6 về cường độ và loại tam FRP ảnhhưởng đến khả năng kháng cắt của dầm có gia cường FRP Sử dụng 9 mau thí

nghiệm, trong đó có 3 mẫu là BTCT, 3 mẫu có gia cường GERP và 3 mẫu có gia

cường CFRP Sau khi thi nghiệm tác giả đã kết luận như sau: 1) giá trị biến dangcủa dầm có gia cường FRP gia tăng khi mà cường độ của bê tông tăng lên; 2) tấmgia cường dạng chữ U làm gia tăng khả năng kháng cat và phục hồi đáng kể độcứng của dầm; 3) tại thời điểm phá hoại, tất cả cốt đai đều bị chảy dẻo, tuy nhiên,biến dạng trong cốt đai của dầm có gia cường nhỏ hơn nhiều so với dầm BTCTthường: 4) giá trị biến dạng, khả năng kháng cat cũng như sự phục hồi độ cứng củaloại CFRP cao hơn so với loại GFRP.

Phan Vũ Phương [15] phân tích ảnh hưởng yếu tố kích thướt tiết diện đếnứng xử và khả năng kháng cắt dầm cao BTCT gia cường tam FRP Tác giả sử dụng9 mẫu thí nghiệm, chia làm 3 nhóm theo tỉ lệ 1:2:3 Trong đó mỗi nhóm có 2 dầmgia cường CFRP theo dải dạng U giống nhau trong nhịp cắt và 1 dầm đối chứng.Sau khi thí nghiệm, tác giả đã kết luận, biến dạng hữu hiệu của tam CFRP dang Utrong dam cao BTCT có sẵn vết nứt bị anh hưởng đáng kế của yếu tố kích thướt tiếtdiện Khi kích thướt tiết diện tăng, tam FRP có xu hướng làm việc kém hiệu quảhơn so với cốt đai Sự gia tăng khả năng kháng cat của dam cao BTCT gia cườngtắm CFRP dạng U có xu hướng giảm khi tăng dan chiều cao của dầm

Nguyễn Tan Dũng và các cộng sự [16] đã nghiên cứu giải pháp gia cườngdầm BTCT bằng tâm vật liệu sợi các bon (phần 1) Tác giả đã xác định hướng củacác vết nứt của dầm, từ đó gia cường theo hai hướng chính là 45° và 90° so vớihướng vết nứt của dầm Sử dụng mô hình tính toán lý thuyết để áp dụng cho côngtrình thực tế Kết quả chứng minh, răng kết cau dầm đã tăng được khả năng chịu lựclên đến 40% so với kết cau trước khi dùng giải pháp gia cường FRP

Nguyễn Trung Hiếu [17] đã nghiên cứu hiệu quả gia cường kháng uốn chodầm BTCT bang vật liệu tâm sợi các bon Tác giả đã sử dụng 3 dầm có cùng kíchthước hình học và cấu tạo vật liệu Trong đó, có 1 dầm không gia cường và 2 dầmcó gia cường vật liệu CFRP với diện tích tam gia cường khác nhau Sau khi chodầm chịu uốn, tác giả kết luận rang, phương pháp gia cường FRP cho kết cau chịuuôn đơn giản, nhanh chóng và cho hiệu quả rõ rệt trong việc tăng sức kháng uôn của

dầm BTCT Cả hai tắm FRP đều bị bong khỏi bề mặt bê tông, điều này cho thấy cầnphải nghiên cứu ảnh hưởng của lớp keo liên kết và tình trạng bề mặt bê tông của kếtcâu ở vùng gia cường, nhăm nâng cao hiệu quả nhat.

Lê Văn Hân [18] đã đánh giá khả năng chịu động đất của khung BTCT giacường băng GFRP Tác giả sử dụng phần mém SAP2000 dé phân tích khả năngchịu động đất của khung thông qua chỉ số hư hại DI Nghiên cứu chỉ ra rằng, khiquân GFRP xung quanh cột, điều này giúp cho khung tăng khả năng chịu động đấttừ 1,5 đến 2 lần so với khung không gia cường FRP Ngoài ra, khi ở cùng 1 mức độhư hại, khung có gia cường chịu được những trận động đất lớn hơn 1,5 đến 3 lần.2.8 Tình hình nghiên cứu trên thé giới

Các nghiên cứu trên thé giới về vật liệu FRP dé nâng cấp cho kết cầu BTCTđã có từ những năm 1990 Thực tế thu được những kết quả rất khả quan, nên FRPđã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia như Nhật Bản, Thụy Sỹ, Mỹ Một sốnghiên cứu tiêu biêu như sau:

Esra M.Guneyisi và các cộng sự [19] đã phân tích động và tĩnh phi tuyến củakhung 5 tầng có gia cường FRP để so sánh với khung tương đương nhưng không cógia cường Kết quả nghiên cứu cho thấy chuyền vị đỉnh và độ lệch của các tầng códán tâm FRP giảm đáng kế so với không gia cường FRP, làm tăng khả năng chịu tảitrọng ngang va độ dẻo của kết cau Dưới tác dụng của tải động đất, khung không cógia cường đã sụp đồ trong khi khung có gia cường FRP thi vẫn ở mức độ an toàn

Cao Van Vui and Hamid Zera Ronagh [20][21] thông qua chỉ số hư hại đểđánh giá khả năng giảm chan cho khung BTCT 3 tang và 8 tang với những phươngpháp gia cường khác nhau Tác giả đã sử dụng phần tử LINK phi tuyến trongSAP2000 để mô phỏng cho kết cầu BTCT có gia cường FRP Một là sử dụng FRPdé dịch chuyển vị trí khớp dẻo, hai là sử dụng FRP để quấn ngang thân cột, giúpcho cột ít bị phá họai hơn khi chịu lực Sau đó, phân tích phi tuyến theo lịch sử thờigian được thực hiện trong SAP2000 Ứng xử trễ của kết cầu BTCT tuân theo môhình của Takeda Đăc trưng của phần tử LINK phi tuyến được xác định dựa vào

phân tích mô men góc xoay Mô men độ cong và mô men góc xoay được tính toándựa trên phân tích mặt cắt tiết diện sử dụng mô hình thớ (fiber) Chiều dài khớp dẻolp = h (với h là chiều cao tiết diện) được sử dụng trong tính toán mô men góc xoay Kết quả chỉ ra rang, mức độ hư hại của kết cau đã giảm đi khá nhiều, nên có thé sửdụng FRP để nâng cấp khả năng chịu động đất cho kết cấu Nền tảng lý thuyết môhình phần tử LINK phi tuyến của hai tác giả này là cơ sở cho nghiên cứu được sửdụng trong luận văn.

X.K Zou và các cộng sự [22] đã tối ưu hóa kết cau dựa trên hiệu quả của sựgia cường FRP nhăm tăng khả năng kháng chấn cho khung BTCT Độ dày của cáctắm FRP gia cường cho cột được xem như các biến thiết kế Việc giảm thiểu khốilượng cũng như chỉ phí của vật liệu FRP là mục tiêu thiết kế trong quá trình tối ưuhóa Sau đó, bằng cách theo dõi sự hình thành các khớp dẻo được tạo ra trong quátrình phân tích đây dan, sự dịch chuyển ngoài miễn đàn hồi thé hiện rõ nguyên tắclàm việc ảo và xấp xỉ của chuỗi Taylor Các tiêu chí tối ưu (OC) được sử dụng choviệc tìm kiếm giải pháp thiết kế độ lệch tầng Kết quả phân tích số cho thấy khảnăng kháng chan của khung tăng đáng kể Các kỹ thuật tối ưu hóa có thé thiết kế độdày FRP gia cường cho cột nhằm phân phối và kiểm soát có hiệu quả hư hại toànkêt câu.

S.S.Mahini [23] đã nghiên cứu đánh giá sự hu hại và hiệu quả kháng chân khigia cường FRP cho khung BTCT 8 tầng Tác giả đã mô phỏng nút khung có giacường FRP bằng phần mềm ANSYS Sau đó, sử dụng phần tử LINK trongSAP2000 dé phân tích phí tuyến cho khung BTCT Ngoài ra, tác giả đã sử dụng kếtquả của một nghiên cứu khác về khung có gia cường tam thép dé so sánh với khungcó gia cường FRP Thông qua chỉ số hư hại và chuyền vị của kết cau, tác giả đã kếtluận răng, độ dẻo của khung có gia cường FRP cao hơn so với khung gia cườngbăng thép tam và mức độ hư hại của khung có gia cường FRP giảm đáng ké so vớikhung không có gia cường.