BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM THỊ THU THỦY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP TRONG SỬA CHỮA, NÂNG CẤP CỐNG DƯỚI ĐẬP CÁC HỒ CHỨA QUY MƠ VỪA VÀ NHỎ KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM THỊ THU THỦY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP TRONG SỬA CHỮA, NÂNG CẤP CỐNG DƯỚI ĐẬP CÁC HỒ CHỨA QUY MƠ VỪA VÀ NHỎ KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC Chun ngành : Xây dựng Cơng trình thủy Mã số : 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN QUANG CƯỜNG HÀ NỘI – 2012 1.MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Sự phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật nói chung khoa học xây dựng nói riêng ngày tạo thêm nhiều hội thách thức cho chuyên gia xây dựng, đặc biệt giai đoạn phát triển ứng dụng loại vật liệu Nhiều cơng trình xây dựng sau hồn thành, sau thời gian sử dụng có biểu xuống cấp, cần phải có giải pháp sửa chữa, khắc phục; hạng mục cơng trình cống đê, đập thuộc cơng trình đầu mối thủy lợi, thủy điện; việc sửa chữa, khắc phục gặp nhiều khó khăn, địi hỏi phải sử dụng tiến khoa học vật liệu, giải pháp mới, thi công nhanh giảm giá thành Trong điều kiện công nghệ, vật liệu xây dựng điều kiện môi trường Việt Nam nay, nhiều hạng mục cơng trình cống đập thuộc cơng trình đầu mối thủy lợi, thủy điện phát sinh vết nứt, rỗ bề mặt, bê tơng bị bào mịn dịng chảy, xuất hiện tượng nhũ vôi, hư hỏng phận nối tiếp kết cấu giai đoạn thi công sau thời gian sử dụng Có nhiều nguyên nhân gây vết nứt hư hỏng vị trí khớp nối co ngót, từ biến, cường độ chịu kéo bê tông chất lượng thi cơng kém… Hậu xuất dịng thấm, rị rỉ qua cơng trình, làm suy giảm khả chịu lực cơng trình, dẫn đến làm ảnh hưởng đến mức độ an tồn q trình khai thác, vận hành bình thường cơng trình Mặt khác, công tác nâng cấp, sửa chữa công trình đầu mối thủy lợi, yêu cấp cấp thiết đặt cho hạng mục cống lấy nước đập cần tăng cường khả chịu lực (do thay đổi cột nước tác dụng, thay đổi chế độ làm việc từ khơng áp thành có áp) mà khơng làm thay đổi kết cấu chịu lực cống Như vậy, có nhu cầu quan trọng là: sửa chữa gia cường kết cấu bê tông cốt thép; xử lý chống thấm vết nứt, vị trí khớp nối, khe co dãn bị hư hỏng… cống đập cơng trình ngầm Mục đích đề tài: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nghiên cứu ứng dụng tiến kỹ thuật vật liệu tổng hợp Composite vào sửa chữa, nâng cấp cống lấy nước đập có kích thước vừa nhỏ đạt hiệu kinh tế - kỹ thuật Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Tổng quan công nghệ sử dụng vật liệu tổng hợp, đề xuất giải pháp nâng cấp sửa chữa cống đập Nghiên cứu lý thuyết sử dụng vật liệu tổng hợp để gia cường kết cấu; sử dụng mơ hình số để làm rõ điểm cần thiết tính tốn kết cấu cống đập có sử dụng vật liệu tổng hợp Composite Nghiên cứu biện pháp thi công sửa chữa, nâng cấp cống đập ứng dụng vật liệu tổng hợp Composite Ứng dụng để thiết kế sửa chữa cống đập Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Điều tra đánh giá trạng: Thu thập tài liệu, phân tích đánh giá phân loại theo nhóm nguyên nhân hư hỏng cống đập; Nghiên cứu phòng: Nghiên cứu giải pháp nâng cấp, sửa chữa cống đập; đề xuất giải pháp ứng dụng vật liệu tổng hợp vào sửa chữa, nâng cấp cống đập; Nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu mơ hình số thơng qua số chương trình tính hành Áp dụng thiết kế cho 01 cống đập có kích thước từ 80÷120cm; chiều dài từ 50÷100m Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2.CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP COMPOSITE GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH 1.1 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Theo thời gian, hầu hết cơng trình xây dựng vật liệu bê tơng, bê tông cốt thép bị suy giảm khả chịu lực tiếp xúc thường xun với mơi trường khơng thuận lợi nắng, mưa, nước mặn, chua, Các kết cấu chịu lực khơng cịn giữ ngun vẹn điều kiện khả chịu tải ban đầu Điển hình vết nứt xuất với bề rộng mật độ lớn giới hạn cho phép Bề mặt cấu kiện diện tích cốt thép bị ăn mịn xâm thực rỉ Ngồi ra, tác động phụ thuộc thời gian từ biến, co ngót, mỏi, cường độ bê tơng bị suy giảm nhiều dẫn đến kết cấu làm việc điều kiện bất lợi Như vậy, để đảm bảo cho việc trì khai thác, kéo dài thời gian làm việc cơng trình, loạt phương pháp thay sửa chữa nâng cấp ứng dụng Phương pháp thay hoàn toàn kết cấu địi hỏi kinh phí lớn để giải cho hệ thống gồm nhiều cơng trình thủy lợi thể khơng khả thi hiệu kinh tế, ngắn hạn lẫn lâu dài Phương pháp sửa chữa, gia cường, cải thiện điều kiện sức kháng điều chỉnh tải trọng tác động tỏ hiệu kinh tế kỹ thuật điều kiện nước ta Một số giải pháp gia cường kết cấu cũ việc sử dụng sợi thủy tinh sợi cácbon để dán vào bề mặt phía chịu kéo cấu kiện Giải pháp làm phục hồi trở lại phần nâng cao sức chịu tải kết cấu để phù hợp với yêu cầu khai thác Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ứng suất (MPa) 1000 Carbon FRP Glass FRP Thép 500 0.015 0.03 Biến dạng a) b) Hình 1 a) Ứng suất-biến dạng vật liệu cốt sợi carbon sợi thủy tinh b) Ví dụ kết cấu tăng cường sợi composite Vật liệu tổng hợp cốt sợi thủy tinh các-bon có độ bền chống xâm thực cao, nói bị ảnh hưởng điều kiện môi trường xâm thực Đây ưu điểm so với vật liệu thép Ngồi ra, mặt chịu lực vật liệu phi kim loại có mơ đun đàn hồi thường nhỏ thép cường độ chịu lực tới hạn thường lớn nhiều so với thép (Hình 1a) Nhờ mô đun đàn hồi nhỏ thép vật liệu phù hợp cho việc tăng cường độ cứng chịu lực mặt cắt cấu kiện cho phép phần độ biến dạng kết cấu vùng chịu kéo Kết hợp với ưu điểm cường độ chịu lực cao việc sử dụng composite từ sợi các-bon thủy tinh cho phép vừa tăng tính dẻo vừa tăng khả chịu lực cấu kiện, điều khơng thích hợp cho tải trọng tĩnh hoạt tải thông thường, mà cịn thích hợp cho việc chịu lực động lớn động đất Sử dụng composite để gia cường sức chịu tải cho cấu kiện chịu lực thực cách dùng keo dán bề mặt cấu kiện (Hình 1b) Tùy theo mục đích gia cường mà composite dán vị trí thích hợp Đối với cấu kiện chịu uốn gia cường thường dán bề mặt vùng chịu kéo (vùng xuất vết nứt uốn) Nếu mục đích gia cường sức kháng cắt cịn dán cạnh bên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật mặt cắt Đối với cấu kiện chịu nén cột, gia cường dán xung quanh tạo thành lớp vỏ bọc quanh cột, điều không giúp cột thêm sức kháng uốn mà sức kháng nén cải thiện nhiều nhờ hiệu ứng nén kiềm chế (confined) kích hoạt có mặt lớp vỏ bọc chất liệu chịu kéo tốt nhiều so với bê tơng Keo dính dùng để liên kết composite bê tông đóng vai trị định đến làm việc chung kết cấu bê tông cốt thép gia cường Với phát triển mạnh mẽ công nghệ vật liệu đảm bảo dính bám hai loại vật liệu trường hợp chịu tải trọng lớn Tuy nhiên, tùy theo mức độ sử dụng gia cường vị trí phá hoại hệ kết cấu liên hợp khơng phải vùng dính bám mà vùng khác mặt cắt bê tông phân bố lại ứng suất biến dạng mặt cắt sau gia cường Ứng xử kết cấu sau gia cường phức tạp, phụ thuộc vào trạng thái làm việc trước thân Ngồi ra, cấu kiện bê tông cốt thép, yếu tố từ biến, co ngót, phi tuyến vật liệu ảnh hưởng vết nứt làm cho ứng xử kết cấu thêm phức tạp Như vậy, làm việc kết cấu sau gia cường dựa tích lũy ứng suất biến dạng kết cấu trước phân bố lại độ cứng gia cường tham gia chịu lực Do bê tông cấu kiện bị suy giảm cường độ, nên việc gia cường với mật độ hay nhiều sợi thủy tinh hay các-bon dẫn đến trạng thái phá hoại kết cấu bất lợi không hiệu công tác gia cường Việc xác định mức độ gia cường, vậy, vấn đề quan trọng định tính hiệu phương pháp gia cường Trong hướng dẫn thiết kế thi công kết cấu gia cường composite ACI 440.2R-08 [6], tính phức tạp ứng xử chịu tải kết cấu gia cường nên có số điểm tính tốn thiết kế thơng thường bỏ qua, ví dụ điều kiện trạng thái giới hạn sử dụng chuyển vị bề rộng vết nứt bê tông vùng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chịu kéo So với kết cấu sử dụng cốt thép bình thường, việc gia cường composite làm thay đổi ứng xử bê tông vùng chịu kéo mà hiệu ứng chịu kéo chung bê tông cốt thép, với gia cường composite (effect of tension stiffening) Hiệu ứng phụ thuộc vào trạng thái biến dạng thớ chịu kéo thể tính phi tuyến ứng xử kết cấu bê tông cốt thép gia cường composite Một số dạng phá hoại điển hình kết cấu bê tơng cốt thép gia cường composite bóc tách gia cường khỏi bề mặt cấu kiện Ứng xử định chất lượng keo dính, độ nhám chất lượng bê tơng bề mặt cấu kiện vùng gia cường cường độ tải trọng Khi kết cấu bị nứt xiên lực cắt, chuyển vị không hai phần cạnh vết nứt tạo lực gây tách gia cường dẫn đến kết cấu bị phá hoại Trong khoảng 10 năm gần đây, có nhiều nghiên cứu làm việc gia cường composite với loại vật liệu khác gỗ, bê tông cốt thép với nhiều dạng cơng trình khác nhau, đặc biệt cơng trình cầu, cơng bố giới Các ứng dụng phương pháp gia cường ngồi cơng trình cầu thấy cơng trình nhà cơng trình dân dụng khác Đối với cơng trình thủy lợi cống, độ ẩm cơng trình ln mức độ cao điều yêu cầu phẩm chất đặc biệt keo dính gia cường bề mặt kết cấu bê tông cốt thép Do đặc thù phức tạp điều kiện làm việc kết cấu chịu lực cơng trình thủy lợi nên nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia cường để mở số nghiên cứu tìm thấy 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước Ở Việt Nam, phương pháp gia cường sợi composite mẻ chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu để xem xét phù hợp phương pháp kết cấu cơng trình Có số tài liệu khoa học liên quan chủ yếu mang tính giới thiệu Trong ngành giao thơng có vài cơng trình cầu nghiên cứu theo Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hướng sử dụng phương pháp gia cường để nâng cao khả chịu tải cầu nhằm đáp ứng lưu lượng xe nặng ngày lớn Tuy nhiên, việc tính tốn thiết kế cho cơng tác gia cường hoàn toàn phụ thuộc vào đơn vị tư vấn nước Những hiểu biết lĩnh vực từ dự án triển khai hạn chế Trong ngành thủy lợi, giải pháp gia cường chưa áp dụng cho cơng trình Như vậy, để ứng dụng làm chủ công nghệ gia cường kết cấu bê tông cốt thép vật liệu composite việc nghiên cứu ứng xử cấu kiện BTCT thông qua quan trắc phân tích quan hệ ứng suất - biến dạng diễn biến chúng theo thời gian loại tải trọng tác dụng khác cần thiết Việc quan trắc phân tích cần tiến hành cách lý thuyết, khảo sát mơ hình vật lý mơ hình số, thử nghiệm cơng trình thực tế 1.2 ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN LOẠI NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG, MỨC ĐỘ SUY GIẢM KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CÁC CỐNG DƯỚI ĐẬP Trên sở kết khảo sát trạng số cống đập khu vực miền núi phía Bắc, phân loại ngun nhân hư hỏng, mức độ suy giảm khả chịu lực cơng trình sau: a) Hỏng khớp nối: Nền cống lún không địa chất xấu không xử lý, biện pháp xử lý chưa hợp lý Phân đoạn cống bố trí khớp nối khơng hợp lý Thiết kế khớp nối chưa hợp lý Thi công khớp nối không đảm bảo kỹ thuật b) Đáy cống bị xói Thiết kế khơng có biện pháp chống xói lưu tốc lớn chân khơng gây Thi công đáy cống không đảm bảo chất lượng Bê tông đáy cống giảm cường độ nước hồ có chất gây ăn mịn, xâm thực c) Cống bị dột mục Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Thiết kế thành cống q mỏng, khơng có biện pháp chống thấm ngồi thành cống cho bê tơng cống Thi công thân cống thực biện pháp chống thấm không đảm bảo chất lượng Bê tông thân cống giảm cường độ nước hồ có chất gây ăn mịn d) Hỏng tiêu hạ lưu Tính tốn sai chế độ nối tiếp thủy lực sau cống Thiết kế biện pháp tiêu chưa hợp lý Thi công phần tiêu khơng đảm bảo chất lượng Vận hành đóng mỏ cống khơng qui trình e) Kẹt hư cửa cống Thiết kế không đảm bảo chất lượng: kết cấu bất hợp lý khơng thích hợp Chọn sai tổ hợp tải trọng, chọn sai sơ đồ phương pháp tính Gia cơng, chế tạo, lắp đặt khơng đảm bảo chất lượng Duy tu, bảo dưỡng cửa không đảm bảo chất lượng Vận hành sai qui trình f) Gãy cống Do nguyên nhân sau đây: - Đánh giá sai địa chất cống; - Nền cống bị thoái hóa, rỗng - Thiết kế khơng đủ khả chịu lực (thành cống mỏng, bố trí cốt thép khơng đủ, ) - Thi công bê tông không đảm bảo chất lượng; - Bê tơng thân cống bị thối hóa 1.3 CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG TẤM SỢI TỔNG HỢP COMPOSITE Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 105 - PHỤ LỤC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 106 MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T CHƯƠNG T T TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP T COMPOSITE GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH T 1.1 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ T T T TƠNG CỐT THÉP TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH T 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước T T T T 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước T T T T 1.2 ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN LOẠI NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG, MỨC ĐỘ SUY T T T GIẢM KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CÁC CỐNG DƯỚI ĐẬP T 1.3 CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG KẾT CẤU BTCT BẰNG TẤM SỢI TỔNG HỢP T T T COMPOSITE T 1.3.1 Vật liệu cốt sợi tổng hợp T T T T 1.3.2 Các ưu điểm vật liệu composite sửa chữa, gia cố cơng trình BTCT 13 T T T T 1.3.3 Khả ứng dụng 15 T T T T CHƯƠNG 18 T T CƠ SỞ LÝ LUẬN CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP T BẰNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP, ỨNG DỤNG SỬA CHỮA, NÂNG CẤP CỐNG DƯỚI ĐẬP 18 T 2.1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG XỬ CỦA VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU 18 T T T T 2.1.1 Giới thiệu chung 18 T T T T 2.1.2 Ứng xử vật liệu 18 T T T T 2.1.3 Ứng xử vật liệu bê tông 19 T T T T 2.1.4 Ứng xử vật liệu thép 22 T T T T 2.1.5 Ứng xử vật liệu gia cường 23 T T T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T - 107 2.1.6 Ứng xử kết cấu BTCT gia cường composite 24 T T T T 2.2 ỨNG XỬ CỦA VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ 25 T T T T 2.2.1 Giới thiệu chung 25 T T T T 2.2.2 Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn 26 T T T T 2.2.3 Phương pháp phân tích kết cấu khung bê tơng cốt thép 31 T T T T 2.3 KHẢO SÁT MẶT CẮT CHỊU LỰC 38 T T T T 2.4 TÍNH TOÁN KẾT CẤU BTCT GIA CƯỜNG BẰNG TẤM COMPOSITE 41 T T T T 2.4.1 Về lý thuyết tính tốn bê tơng cốt thép 41 T T T T 2.4.2 Thiết kế bê tơng cốt thép có sử dụng vật liệu FRP 42 T T T T 2.5 TỔNG KẾT CHƯƠNG 49 T T T T CHƯƠNG 51 T T NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ KHẢ NĂNG BÁM DÍNH, CÁC ĐẶC TRƯNG T CƠ HỌC, VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU TỔNG HỢP GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP [4] 51 T 3.1 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 51 T T T T 3.2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA T T T VẬT LIỆU COMPOSITE GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 51 T 3.2.1 Mục đích nghiên cứu 51 T T T T 3.2.2 Xác định khả chịu kéo mô đun đàn hồi 51 T T T T 3.2.3 Xác định khả bám dính (thí nghiệm nhổ) 53 T T T T 3.2.4 Khả chống trượt 56 T T T T 3.3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA DẦM BÊ T T T TÔNG CỐT THÉP CHỊU UỐN GIA CƯỜNG BẰNG TẤM COMPOSITE 57 T 3.3.1 Mục tiêu thí nghiệm tham số 58 T T T T 3.3.2 Mẫu thí nghiệm – Hình học vật liệu 58 T T T T 3.3.3 Thực thí nghiệm 59 T T T T 3.3.4 Kết thí nghiệm thảo luận 60 T T T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T - 108 3.3.5 Tổng kết 64 T T T T 3.4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH SỨC CHỊU TẢI CỦA BẢN BÊ T T T TÔNG CỐT THÉP CHỊU UỐN GIA CƯỜNG BẰNG TẤM COMPOSITE 65 T 3.4.1 Mục tiêu thí nghiệm tham số 66 T T T T 3.4.2 Mẫu thí nghiệm – Hình học vật liệu 66 T T T T 3.4.3 Thực thí nghiệm 67 T T T T 3.4.4 Kết thí nghiệm thảo luận 68 T T T T 3.4.5 Tổng kết 73 T T T T CHƯƠNG 74 T T QUY TRÌNH THI CÔNG KẾT CẤU SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP 74 T T 4.1 CHỈ DẪN VẬN CHUYỂN VÀ BẢO QUẢN VẬT LIỆU FRP 74 T T T T 4.1.1 Vận chuyển 74 T T T T 4.1.2 Bảo quản lưu kho 74 T T T T 4.1.3 Thời gian thi công keo Epoxy 74 T T T T 4.1.4 Xử lý vật liệu không quy cách 74 T T T T 4.2 CHỈ DẪN TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC CÔNG NGHỆ THI CÔNG TĂNG CƯỜNG T T T KẾT CẤU SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP: 74 T 4.2.1 Trình tự bước cơng nghệ thi công tăng cường kết cấu sử dụng vật liệu FRP 75 T T T T 4.2.2 Các yêu cầu công tác chuẩn bị bề mặt, xử lý bề mặt trước tiến hành thi T T T công vật liệu FRP 75 T 4.2.3 Yêu cầu thiết bị thi công 78 T T T T 4.2.4 Pha trộn thành phần keo Epoxy 78 T T T T 4.2.5 Cắt vải 79 T T T T 4.2.6 Lớp keo Epoxy lót 80 T T T T 4.2.7 Tẩm keo Epoxy cho sợi 80 T T T T 4.2.8 Thi công sợi tẩm keo Epoxy 80 T T T T 4.2.9 Mối nối dán sợi Carbon/ Sợi thủy tinh 81 T T T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T - 109 4.2.10 Hướng sợi 81 T T T T 4.2.11 Cơng tác hồn 82 T T T T 4.2.12 Các ý khác 82 T T T CHỈ DẪN KIỂM TRA, GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG THI CÔNG VẬT LIỆU FRP 82 4.3 T T T T T 4.3.1 Kiểm tra vật liệu 82 T T T T 4.3.2 Công tác kiểm tra hàng ngày 83 T T T T 4.3.3 Công tác kiểm tra sau dán sợi FRP 83 T T T T 4.4 CHỈ DẪN SỬA CHỮA HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU SAU KHI TĂNG CƯỜNG T T T BẰNG VẬT LIỆU FRP 84 T 4.4.1 Các biểu không gọi hư hỏng 84 T T T T 4.4.2 Sửa chữa lớp phủ bảo vệ 84 T T T T 4.4.3 Tiêm keo Epoxy xử lý hư hỏng nhỏ 85 T T T T 4.4.4 Vá hư hỏng nhỏ 85 T T T T 4.4.5 Sửa chữa hư hỏng lớn 85 T T T T 4.5 CÔNG TÁC NGHIỆM THU 86 T T T T 4.6 CÁC LƯU Ý KHI THI CÔNG VẬT LIỆU FRP 86 T T T T 4.6.1 Cắt tấm/ sợi Carbon, sợi thủy tinh 86 T T T T 4.6.2 An tồn thi cơng với vật liệu FRP 87 T T T T 4.6.3 An toàn lao động 87 T T T T 4.6.4 Các thông tin an toàn khác 87 T T T T 4.6.5 Vệ sinh bề mặt kết cấu thiết bị thi công 87 T T T T CHƯƠNG 89 T T THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 89 T T 5.1 HIỆN TRẠNG CƠNG TRÌNH: 89 T T T T 5.2 PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA: 91 T T T T Gia cường kết cấu chống thấm vật liệu Tyfo Fibrwrap System (FRP): 91 T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T - 110 5.3 MƠ HÌNH HĨA VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỐNG DƯỚI ĐẬP GIA CƯỜNG T T T BẰNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP 91 T 5.3.1 Giới thiệu chung 91 T T T T 5.3.2 Cơng trình kết cấu cống lấy nước hồ Hồng Khếnh 91 T T T T 5.4 SO SÁNH PHƯƠNG ÁN 100 T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 T T PHỤ LỤC 105 T T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 111 - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 a) Ứng suất-biến dạng vật liệu cốt sợi carbon sợi thủy tinh b) Ví dụ U T kết cấu tăng cường sợi composite T U Hình : Cấu tạo vật liệu cốt sợi tổng hợp 10 U T T U Hình 1: Biểu đồ lực – chuyển vị ứng xử chiều 18 U T T U Hình 2: Ứng xử mẫu bê tông chịu kéo theo Hillerborg (1983) 19 U T T U Hình 3: Thí nghiệm nén mẫu bê tơng hình trụ 20 U T T U Hình 4: Bê tông bị kéo nén ba trục 21 U T T U Hình 5: Bê tơng chịu kéo nén trục 22 U T T U Hình 6: Thí ngihệm kéo mẫu thép có chiều dài tự 750mm 23 U T T U Hình 7: Các dạng phá hoại điển hình cấu kiện chịu uốn gia cường U T sợi tổng hợp 25 T U Hình 8: Một số phần tử hữu hạn hay dùng ABAQUS 28 U T T U Hình 9: Đường cong ứng suất – biến dạng vật liệu 33 U T T U Hình 10: Mặt biến dạng trạng thái ứng suất mặt cắt 34 U T T U Hình 11: Tính toán nội lực cách chia nhỏ mặt cắt 35 U T T U Hình 12: Phương pháp lặp Newton-Raphson với độ cứng tiếp tuyến 36 U T T U Hình 13: Mơ hình phần tử với phương pháp ma trận chuyển tiếp 36 U T T U Hình 14: Quan hệ mô men độ cong mặt cắt 39 U T T U Hình 15: Quan hệ chiều cao vùng chịu nén bê tông mô men 39 U T T U Hình 1: Mẫu thí nghiệm kéo để xác định giới hạn bền mô đun đàn hồi vật liệu U T Composite 53 T U Hình 2: Hai khối bê tông chưa nối 53 U T T U Hình 3: Hai khối bê tơng dán vào keo Epoxy sợi thuỷ tinh 54 U T T U Hình 4: Bê tơng bị phá hủy :Liên kết cịn ngun vẹn 54 U T T U Hình 5: Mẫu thí nghiệm xác định độ bán dính lắp vào máy kéo 55 U T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T U - 112 - Hình 6: Bê tơng bị phá hủy :Liên kết cịn nguyên vẹn 55 U T T U Hình Thí nghiệm 56 U T T U Hình Bê tơng bị phá hoại 56 U T T U Hình 9: Mơ hình thí nghiệm điểm đo chuyển vị biến dạng 59 U T T U Hình 10: Dầm bê tơng cốt thép thí nghiệm điểm 60 U T T U Hình 11: Biểu đồ quan hệ chuyển vị-tải trọng vị trí dầm 62 U T T U Hình 12: Biểu đồ biến dạng mặt cắt dầm D02 (gia cường lớp) 63 U T T U Hình 13: Biểu đồ biến dạng mặt cắt dầm D05 (gia cường lớp) 63 U T T U Hình 14: Sự gia tăng sức chịu tải dầm với mức độ gia cường khác 64 U T T U Hình 15: Mơ hình thí nghiệm điểm đo chuyển vị biến dạng 67 U T T U Hình 16: Thí nghiệm bê tơng cốt thép gia cường composite 68 U T T U Hình 17: Hình ảnh kết thí nghiệm trạng thái phá hoại 70 U T T U Hình 18: Dạng phá hoại gia cường 71 U T T U Hình 19: Biểu đồ quan hệ chuyển vị-tải trọng vị trí dầm 72 U T T U Hình 20: Biểu đồ biến dạng mặt cắt B03 73 U T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T U - 113 - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Khối lượng riêng loại vật liệu cốt sợi 11 U T T U Bảng 2: Hệ số dãn nở nhiệt loại vật liệu cốt sợi 11 U T T U Bảng 1:Bảng kết thí nghiệm xác định khả chống nhổ trực tiếp với keo Tyfo S U T T U 56 Bảng 2:Bảng kết thí nghiệm xác định khả chịu cắt keo Tyfo S 57 U T T U Bảng 3: Các thơng số chương trình thí nghiệm 58 U T T U Bảng 4: Kết thí nghiệm mẫu bê tông 61 U T T U Bảng 5: Các thơng số chương trình thí nghiệm 66 U T T U Bảng 6: Kết thí nghiệm mẫu bê tông 69 U T T U Bảng 1:Tính toán tải trọng tác dụng lên cống trường hợp thiết kế 91 U T T U Bảng 2:Tính tốn tải trọng tác dụng lên cống trường hợp nâng chiều cao đất đắp 95 U T T U Bảng 3:So sánh giá thành hai phương án: 100 U T Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T U - 114 - LỜI CẢM ƠN ♥ Luận văn ”Nghiên cứu ứng dụng vật liệu tổng hợp sửa chữa, nâng cấp cống đập hồ chứa quy mô vừa nhỏ khu vực miền núi phía Bắc” hồn thành Ngoài cố gắng thân, tác giả giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo, gia đình bạn bè Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS.Nguyễn Quang Cường, ThS Nguyễn Chí Thanh người trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho tác giả hồn thành Luận văn Tuy nhiên thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế, số liệu cơng tác xử lý số liệu với khối lượng lớn nên thiếu xót Luận văn khơng thể tránh khỏi tác giả mong tiếp tục nhận bảo giúp đỡ thầy cô giáo ý kiến đóng góp bạn bè đồng nghiệp Cuối tác giả xin chân thành cảm ơn lòng người thân gia đình, bạn bè động viên giúp đỡ khích lệ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn./ Hà Nội, tháng năm 2012 Tác giả Phạm Thị Thu Thủy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 115 - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trích dẫn trung thực Các kết nghiên cứu luận văn chưa người công bố cơng trình khác./ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật PL 5.2: dù to¸n kinh phÝ sưa chữa cống lấy n-ớc ph-ơng án gia c-ờng đoạn cống hộp (từ cửa vào đến tháp cống) vật liệu tyfo fibrwrap systems Công trình: cống lấy n-ớc - hồ chøa n-íc hång khÕnh STT chi phÝ c«ng thøc kÝ hiệu đồng a2 14.481.600 đồng b2 đồng Chi phí nhân công theo đơn giá chiết tính đơn vị 144.816.000 Chi phí vật liệu theo đơn giá chiết tính Giá trị c2 Chi phí máy xây dựng theo đơn giá chiết tÝnh I Chi phÝ trùc tiÕp 1.1 Chi phÝ vËt liệu a2 144.816.000 đồng vl 1.2 Chi phí nhân công b2 14.481.600 đồng nc 1.3 Chi phí máy xây dựng c2 ®ång m 2.389.464 ®ång t 161.687.064 ®ång tt tt *6% 9.701.224 ®ång cpc (tt +cpc) *5,5% 9.426.356 ®ång tl 180.814.644 đồng z Chi phí trực tiếp khác (vl +nc +m)*1,5% Céng chi phÝ trùc tiÕp vl +nc +m +t Chi phÝ chung Thu nhËp chÞu thuÕ tÝnh trước II Giá trị dự toán xây lắp trước thuế tt +cpc +tl Thuế giá trị gia tăng đầu III z *10% 18.081.464 đồng vat Tổng gía trị dự toán z+ vat 198.896.108 đồng gxl ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM THỊ THU THỦY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP TRONG SỬA CHỮA, NÂNG CẤP CỐNG DƯỚI ĐẬP CÁC HỒ CHỨA QUY MƠ VỪA VÀ NHỎ KHU VỰC... cấu cống đập có sử dụng vật liệu tổng hợp Composite Nghiên cứu biện pháp thi công sửa chữa, nâng cấp cống đập ứng dụng vật liệu tổng hợp Composite Ứng dụng để thiết kế sửa chữa cống đập Cách... THÉP BẰNG VẬT LIỆU TỔNG HỢP, ỨNG DỤNG SỬA CHỮA, NÂNG CẤP CỐNG DƯỚI ĐẬP 2.1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG XỬ CỦA VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU 2.1.1 Giới thiệu chung Trong phần trình bày tổng quan ứng xử vật liệu kết