Đang tải... (xem toàn văn)
GIẢI PHÁP TIÊN TIẾN TRONG SỬA CHỮA, TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CHO KẾT CẤU BÊ TÔNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU CỐT SỢI CƯỜNG ĐỘ CAO DÍNH BÁM NGOÀI FRP. GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT LIỆU NÀY RẤT HIỆU QUẢ
NGUYEN TRQNG NGHiA ? , I\. 1\.' GIAI PHAP TlEN TlEN TRONG saA CHO'A, TANG ClflJNG KHA NANG CHIU LlfC CHO KET CAU BE TONG • ? - '" , ? '" • SU DUNG VAT liEU GOT sal• GUaNG DO• GAO • •• DfNH BAM NGoAI FRP , .A.A A' NHA XUAT BAN xAv Ol/NG HA NOI- 2014 ".A N6i dung cuon sach bao g6m giai thieu tong quan vJ img dung vgt liiu FRP tang cuong kha nang chiu lite cua kh cdu be tong, co sa tinh toan, thih ki tang cuong kha nang chiu luc cua kit cdu be tong cdt thep, be' tong du Ling luc sir dung vQt lieu FRP, chi dan thi cong, kidm tra, danh gia vel nghiem thu kit cdu tang cuong bimg vdt lieu FRP theo tieu chudn ACI440-2R tren h¢ don vi SI (N, 111m hoac KN, 111).Dac biet cuon sach n(IY giai thieu t6ng kit danh gia cac kh qua thi nghiem, CLle khuyen cao vJ Ling dung vQt li¢u FRP sua chua, tang cuong kha nang chiu luc kh cc7l!'be tong tis cac Nha cung cdp vdt liiu FRP (Quake Wrap, Fyfe, S&P, Gurit .), kit qua nghien cuutmg dung cua cdc truong dat h9C A:y thuQt tty tin tren thi giai WI t9i Vi¢t Nam nhu: truang D9i h9CIllinois, Chicago - My, truong a9i h9C Rourke/a - An D6, Trung tam tId nghi¢111Khoa h9C vQt li¢u vit cong ngh¢ EMPA ThljY S~ Tnfong D9i h9C giao thong VQn tai, Truang [)qi lwc Bach khoa Hd N6i, Vi¢n Khoa h9C va Cong ngh¢ giao thong VQn t(li va cong ty C6 ph6n Cong ngh¢ Tien tdn NhQt - Vi¢t. Sach g6m chuang va phlj hlc Chuang 1: T6ng quan vJ ung d~mg vQt li¢u FRP tang cUCmgkha llling chiu /{fCcua kit cdu be tong. Chuang 2: Ca sa tang cuang kh6 nang chiu hfC CLlakh cdu be tong sLr D Ja tri n~ th lie ta d~lI1gvQt li¢u FRP. Chuong 3: Tinh loan thdt ki tang CUO'11g kha nang chiu hfC cua kit cdu be tong c6t thep, be tong d~f{mg hfC sLrdljng vQt li¢u FRP. Chuang 4: Chi dan thi cong, kidm tra, tlcmh gia va nghi¢m thu kh cdu th fang cU'Cmgbrmg v«t li¢u FRP. Chuang 5: Kh qua thi nghi¢m, (mg dljng vgt li¢u FRP sLrachua, fang cuang khil nang chill hfC kit Cdllbe tong. Cac tac gia mong nh(m au9'c va xin chan cam an m9i Y kdn phan bi?l1,gop y cua tl6c gia (ti hoan thi?n Giao trinh Ian xlldt ban sau. M9i y kdn gop y xin gtri vJ aia chi hom thu: nghiant.hnuct@gmail.com Cl gl nl F (\ tlci s, cJ Cae tae giii t J(! { '-- L q P E Chuong TONG QUAN VE V ~T LI:E:UFRP UNG DVNG TRONG TANG CUONG KHA NANG CHIU LUC CVA KET cAu BE TONG . . 1.1. TONG QUAN VE UNG Dl)NG V!T LI~U FRP Giai phap tang cuong kha nang chiu hrc k~t du be tong (be tong c6t thep, be tong DVL) bang each su dung v~t lieu c6t soi cirong dQ cao dinh bam ngoai (ten tieng anh la Fibre Reinforced Polymer (FRP)), goi t~t la v~t lieu FRP, da diroc ap dung rong rai tren th~ gioi til gitra nhlrng nam 1980 a ca chau Au, My, Canada, Dc va Nhat Ban. Tai chau Au, v~t lieu FRP duoc phat tri~n d~ thay th~ phuong phap tang cuong kha nang chiu hrc k~t c~u be tong bang phuong phap dan ban thep, Phuong phap dan ban thep vung chiu keo cua be tong diroc coi la ky thuat kha thi d~ tang sire khang u6n cho k~t du be tong (Fleming va King 1967). Ky thuat da duoc sir dung d~ tang cuong nhieu cong trinh d.u va cac toa nha tren kh~p th~ gi6i. Tuy nhien, sau mQt thai gian su d\lng ban thep dan them ben ngoai k~t du cli co th~ bi an mon va lam giam kha nang chiu h!c dang k~. M~t khac, vi~c dan ban thep la kho thi cong t~i nhung dia di~m co di~n tich ch~t h~p. Cac nha nghien Clru da xem xet d~n cac v~t li~u FRP la mQt thay th~ cho ban thep dan. Cac nghien Clru v~ (rng d\lng FRP d~ tang cuang kha nang chiu h!c k~t c~u be tong da duQ'c bao cao vao dAu nam 1978 t~i D(rc (Wolf va Miessler 1989), t~i Th\lY S1 (Meier 1987; Rostasy 1987). T~i Nh~t Ban h~ th6ng FRP IAndAu tien duQ'c ap d\lng d~ tang cuang kha nang chiu dQng d~t cua k~t d.u cli vao nhung nam 1980 (Fardis va Khalili 1981; Katsumata et al 1987), d~c bi~t sau tr~n dQng dfit Hyogoken-Nanbu 1995 (Nanni 1995). a Cac nha nghien Clm My da co cac k~t qua nghien Clm (rng d\lng c6t sQ'itang cuang cho k~t d.u be tong k~ til nllfrng nam 1930. Tuy nhien, b~t dAu vao nhung nam 1980 thong qua cac sang ki~n cua Quy khoa hQc qu6c gia (NSF) va chinh quy~n lien bang (FHWA). Cac ho~t dQng nghien Clru da dful d~n vi~c xfty d\ffig Tieu chuin ky thu~t va Chi d~n thi~t k~ ACI 440R va cac bao cao (Neale 2000; Dolan et al. 1999; Sheheta et a1.l999; Sadatmanesh va Ehsani 1998; Benmokrane va Rahman 1998; Neale va Labossiere 1997; Hassan va Rizkalla 2002; Shield et al. 2005). Sl,fphat tri~n cua cac quy t~c va tieu chuin cho M th6ng v~t li~u FRP dinh bam ngoai duQ'cthl,fchi~n t~i chiu Au, Nh~t Ban, Canada, va Hoa Ky. Trong vong 10 nam qua, HQi ky su xfty dl,fngNh~t Bim (JSCE), Vi~n be tong Nh~t Ban (JCI), va Vi~n nghien Clru ky thu~t duang sat (R TRI) da cong b6 met s6 tai lieu, chi d§.n ky thuat lien quan d~n viec str dung v~t lieu FRP tang cirong kha nang chiu hrc cho k~t d.u be tong. . du Tai Chau Au, Lien doan quoc t~ v~ k~t cAu be tong (FIB) da cong b6 chi dan thi~t k~ irng dung h~ thong v~t lieu FRP dinh bam ngoai tang cuong kha nang chiu lire cua k~t cau be tong c6t thep (Lien doan quoc t~ v~ k~~cAube tong 2001). Hiep hQi tieu chuan ky thuat Canada (CSA) va ISIS da hoat dong tich cue viec phat trien chi dfrn thiet k~ cho h~ thong v~t lieu FRP. Muc 16, "ket cAugia c6 soi" cua tieu chuan thiet k~ dirong cao t6c Canada da diroc hoan nam 2006 (CAN/CSA-S6-06) va CSA S806-00. Tai My tieu chuan ky thu~t d~ danh gia h~ th6ng v~t li~u FRP duqc quy dinh cho nganh Xay dlJIlg (AC125; CALTRANS Division of Stmctures 1996; Hawkins et al. 1998). Cho d~n nay, cac Tieu chuftn ky thu~t v~ tang cUOngkha nang chiu h,rc k~t cAu be tong sfr d\mg v~t li~u FRP dinh bam ngoai da duqc chau Au, Nh~t Ban, Canada, va Hoa Ky quan tam phat tri~n. 1.1.1. Khai ni~m v~ v~t li~u FRP Fibre Reinforced Polymer (FRP) la mQt v~t li~u composite bao g6m c6t sqi cuemg dQ cao (sqi carbon, sqi Aramid (8qi Kenvlar) ho~c sqi thuy tinh) k~t hqp vo; chAt k~t dinh. Khi noi d~n FRP chung ta phai xem xet la v~t li~u Composite bao g6m ca chAt k~t dinh va 8qi lam vi~c d6ng thm chu khong duqc xet 8qi rieng va chAtk~t dinh rieng. . :.tttcac h~ th&ngv~t li~u FRP da ma car FR V~ h~ ve h~ H~ th6ng v~t li~u FRP chu y~u bao g6m h~ th6ng dan um (h~ th6ng vai) va h~ th6ng tAm ch~ tc;tOs~n. H~th6ng v~t li~u FRP co th~ duqc pharr loc;tidva tren cach thuc v~n chuy~n d~n dia di~m xay d\lllg va lApd~t. H~th6ng v~t li~u FRP nen duqc Iva ch9n dva tren loc;tik~t cAu c~n tang cuemg kha nang chiu Ivc (k~t cAu thep, k~t cAu be tong, k~t du da xay, gc;tchxay, k~tcAu g6 . ) Hf thang FRP dan uVt H~ v~t li~u dan um bao g6m cac t§m 8qi kho thea m(>thu6ng ho~c hai hu6ng ho~c cac to?i vai duqc ngam tAmv6i m(>tloc;tikeo da bao hoa t~i dia di~m thi congo Ch§t k~t . dinh bao hoa, cung v6i lap chAtk~t dinh lot va vua tuong thich d~ lien k~t h~ th6ng v~t li~u FRP v6i b~ m~t cua k~t duo H~ th6ng dim um bao hoa va dong rAntc;tich6, tuong tv nhu be tong dllCtc;tich6. Co ba loc;tiph6 bi~n cua h~ thong dan um nhu 8au: - TAm sqi ho~c vai kho dan hu6ng - cac 8qi chc;tychu y~u thea m(>t hu6ng tren m~t ph5ng. - TAm sqi da hu6ng ho~c vai da hu6ng kho rna cac 8qi duqc dinh hu6ng thea it nh§t hai hu6ng tren mot m~t ph5ng. hw hai r~ ." lWU - Bo soi kho diroc cuon hoac thi cong 'bang may tren b~ mat be tong. Bo soi khong duoc ngarn tim voi keo su6t qua trinh thuc hien cuon. t k~ cua vi~c cua :006 , long n of I U be Hoa LIang it k~t . chftt :ng. ~h6ng cv~ n dva g, k~t c) b) a) Hinh 1.1: H¢ th6ng vai sai cutmg 06 cao a) vai soi carbon, b) vciisai aramid va c) vai soi thuy tinh 1.1.3. H~ th6ng FRP tim chit k~t dinh trutrc (prepreg) H~ thong v~t lieu FRP tAm chftt k~t dinh tnroc bao g6m cac tftm soi dan huang hoac da huang hoac cac tftm vai da duoc xir ly bAng each tAm chftt k~t dinh bao hoa nha may san xuat. H~ thong v~t lieu FRP duoc lien k~t voi b~ m{lt be tong co hoac khong dn co them chftt k~t dinh, thuoc vao yeu du cu th~ cua cua v~t li~u FRP. H~ thong FRP tAm chftt k~t dinh truac thuang yeu cdu gia nhi~t them d~ giarn thai gian dong rful. V~t li~u FRP dong rful truac co uu di~rn la cUOngdQ va rna dun dan h6i rftt cao so vai h~ th6ng v~t li~u FRP nen tren. H~ th6ng v~t li~u FRP tAm chftt k~t dinh truac dn luu y v~ vftn d~ luu kho, khuy~n cao h~ sir.dl,lng va qua trinh dong rful. Ba lo~i ph6 bi~n cua h~ th6ng FRP tAm chftt k~t dinh truac la: _ Tftm sqi dan huang tAm chftt k~t dinh truac rna cac sqi chu y~u ch~y thee rnQt huang tren rn{ltphimg; - Tftrn sqi da huang tAm chftt k~t dinh truac rna cac sQ'iduQ'cdinh huang it nhftt hai huang tren mQt rn{ltph~ng; - Bo sgi !fun chftt k~t dinh truac duQ'ccUQnho{lcthi cong bkg may tren b~ rn{ltbe tong. ~ho{lc 1fttk~t ng v~t tuang .g tren a) it nhftt b) mnh 1.2: H¢ th6ng FRP ttim chat kit dinh truac a) vcii s(Jicarbon, b) vcii s(Jithily tinh 1.1.4. H~ th6ng FRP dong rin trurrc: H~ thong FRP dong rim truce bao g6m co cac tfun composite duoc san xuftt nha may cac tfun dinh hinh. Chftt k~t dinh cung voi lap l6t hoac vira tuong thich 11 duoc sir dung d~ dinh bam cac tftm d6 voi b~ m~t be tong. H~ thong dong rin tnroc n cung tuong ttr nhu be tong due sAn.Ba kieu thong thuong cua loai h~ thong la: v _ T~m don huang, thuong duoc chuyen toi dia di~m dum dang cac tftm phang Ian tl hoac nhu nhtrng dai mong diroc cuon mot cuon. _T~m da huang, thuong duoc chuyen toi dia di~m diroi dang cuon, !\ v; _ Tftm Ion, thuong diroc chuyen d~n dia di~m dum dang cac pharr doan da duoc cit thea chieu doc d~ giup chung c6 th~ dugc rna va lip d~t xung quanh cac cQtho~c cac pi c~u ki~n khac; nhi~u v~t li~u FRP duQ'clien k~t dinh bam vm be tong va dinh bam v6i nhfun tang nang ch6ng dQng d§.t. 1. ffinh 1.3: H? th6ng t6m s(li carbon, s(li thity tinh dong ran truae 160,000 ------~-;----~-------- (1000psi = 6.895 Mpa) _ 140,000 +------------------'iii a. '0' 120,000 +------------------- .Q) .:.t! ::J 100,000 -1------------------ :.c' (.) ,0, '0 80,000 +----------------- .5 60,000 +-------------'5 (.) 40,000 +-------------OJ 20,000 +---------- o 4--l--- i I ffinh 1.4: So simh euang d(Jella vQt li¢u FRP dong ran truae ella m(Jts6 hang scm xu6t vQt li¢u FRP (bao cao clia QuakeWrap 2010) J 1.1.5. H~ thang FRP dang cuong dQeao (NSM) rong thich nroc R~ thong V?t lieu FRP dang cirong dQ cao bao g6m cac hinh tron hoac hinh chtr nhat hoac cac hinh dang khac d~ l~p d~t va lien k~t vao cac ranh da duoc tao tren b~ m~t be tong. MQt chftt k~t dinh thich hop duoc sir dung d~ lien k~t FRP vao cac ranh va dong cirng tai ch6. Hai loai FRP ph6 bien nhat la: Ian - Cac tron thirong diroc san xuftt bang each sir dung sir dung bien phap due ep, tlurong duoc chuyen d~n cong tnrong duoi hinh thirc cac don hoac mot cuon vao duong kinh thanh; J ::> , rc cat .c cac n vai - Cac hinh chtr nhat va cac tAm thirong duoc san xuftt bang cach sir d\lng bi~n phap duc ep, thubng duqc chuy~n tm cong trubng dum d~ng cuQn. fflnh 1.5: H? th6ng FRP dt;mgthanh . 1.2. THANH PHAN cAu TAO CVA VAT LIEU FRP Thanh ph§.n v?t li~u duqc sir d\lng cac h~ th6ng ·,·?tli~u FRP hi~n bao g6m : Chftt k~t dinh (chftt k~t dinh nSn, chftt'dQn, chftt k~t dinh bao hoa) ; C6t sqi cubng dQcao (sqi Carbon, sqi thily tinh, sqi Aramid) va lap phil bao v~. Bang 1.1: D,e tlnh CO' ban eiia v~t li~u FRP (ISIS, 2001) Mo dun dim h6i V~t li~u BiSn d~ng CI,l'C Ty trQng h~n (GPa) (%) (g/cm3) CFRP 200-800 0,4-2,5 1,5-1,6 GFRP 70-87 2-5,6 1,2-2,1 AFRP 74-179 1,9-4,6 1,2-1,5 Bang 1.2: H~ sa daD n6' nhi~t eiia v~t li~u FRP FRP (ACI440.2R) Theo pl1LfO"ng DQc, at Ngang, ar H~ s6 gian nO'nhi~t, x 1O-6fF (l0-6fC) GFRP CFRP AFRP 3,3 dSn 5,6 -0,6 dSn (6 dSn 10) (-1 dSn 0) -3,3 dSn -1.1 (-6 dSn -2) 10,4 dSn 12,6 12 dSn 27 (19 dSn 23) (22 dSn 50) 33 dSn 44 (60 dSn 80) c( sal nit High modulus CUI Hink 1.6: cs« tao vdt lieu FRP (Gibson, 1994) Carbon HS cm cht 6000 CLII tru. the (Q 4000 to . .;ca cac Sgi thiJy tinh :::I [...]... thfrp: Ap dung trong di~u kien ch~t luong b~ mat be tong t6t, phang nhAn, khong yeu cAuthai gian dong r5n nhanh, ap dung cho cac Ioai soi co tn;mg luqng nh~ - Ch~t k~t dinh n~n d~ng s~t co d . nhi~t them d~ giarn thai gian dong rful. V~t li~u FRP dong rful truac co uu di~rn la cUOngdQva rna dun dan h6i rftt cao so vai 2 h~ th6ng v~t li~u FRP nen tren. H~ th6ng v~t li~u FRP tAmchftt. d~ng CI,l'C h~n Ty trQng (GPa) (%) (g/cm 3) CFRP 200-800 0,4-2,5 1,5-1,6 GFRP 70-87 2-5,6 1,2-2,1 AFRP 74-179 1,9-4,6 1,2-1,5 Bang 1.2: H~sa daD n6'nhi~t eiia v~t li~uFRP FRP (ACI440.2R) Theo pl1LfO"ng H~ s6 gian nO'nhi~t, x 1O- 6 fF (l0-6fC) GFRP CFRP AFRP DQc, at 3,3 dSn 5,6 -0,6 dSn 0 -3,3 dSn -1.1 (6 dSn 10) (-1 dSn 0) (-6 dSn -2) 10,4 dSn 12,6 12 dSn 27 33 dSn 44 Ngang, ar (19 dSn 23) (22 dSn 50) (60 dSn 80) 9 High. (N, 111m hoac KN, 111).Dac biet trong cuon sach n(IY giai thieu t6ng kit danh gia cac kh qua thi nghiem, CLle khuyen cao vJ Lingdung vQt li¢u FRP trong sua chua, tang cuong kha nang chiu luc kh cc7l!'be