Tổng quan nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố như quỹ đạo cáp, cường độ bê tông, tỉ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm a/d, hàm lượng và loại tấm gia cường (GFRP và CFRP), hàm lượng cốt đai, kiểu dán (dạng dải và liên tục) đến hiệu quả gia cường của tấm gia cường đối với dầm bê tông UST tiết diện chữ T; và ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố này đến hiệu quả gia cường của tấm CFRP/GFRP đối với dầm UST dựa trên các nghiên cứu đã có liên quan; ghi nhận các tồn tại chưa được giải quyết hoặc giải quyết chưa được đầy đủ, tường minh. Sau đó, nhóm nghiên cứu đề xuất mục tiêu nghiên cứu tổng quát cho đề tài và các tham số cần khảo sát. Mục tiêu tổng quát được cụ thể hóa bằng các mục tiêu nhỏ và chi tiết hơn. Dựa trên các mục tiêu chi tiết này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất các nội dung nghiên cứu cụ thể cũng như phạm vi nghiên cứu của đề tài.

Một chương trình thực nghiệm lớn trên 36 mẫu dầm bê tông UST căng sau gia cường kháng cắt bằng tấm CFRP/GFRP và 9 mẫu dầm bê tông UST căng sau kích thước lớn gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP, có và không có hệ neo đã được xây dựng. Các tham số khảo sát bao gồm quỹ đạo cáp, cường độ bê tông, tỉ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm a/d, hàm lượng và loại tấm gia cường (GFRP và CFRP), hàm lượng cốt đai, kiểu dán (dạng dải và liên tục), và hệ neo. Nhóm nghiên cứu tiến hành thực nghiệm, đo đạc, xử lý số liệu thực nghiệm, xây dựng các mối tương quan giữa lực và chuyển vị, bề rộng vết nứt, biến dạng của tấm CFRP/GFRP, của cốt đai, cốt dọc, cáp UST, của bê tông và phân tích kết quả theo mục tiêu và các nội dung đã đề xuất, cụ thể như sau:

A. phân tích và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố về quỹ đạo cáp, cường độ bê tông, tỷ số nhịp cắt trên chiều cao dầm (a/d), tương tác cốt đai và tấm CFRP/GFRP, loại tấm (CFRP hoặc GFRP), hệ neo đến hiệu quả làm việc của tấm CFRP/GFRP, tương tác giữa tấm CFRP/GFRP với cốt đai, cáp UST và bê tông và khả năng kháng cắt dầm bê tông UST gia cường tấm CFRP/GFRP.

B. phân tích và đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng tấm gia cường CFRP và dạng neo đến ứng xử của dầm bê tông UST tiết diện chữ T gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP (kiểu phá hoại, hiệu quả gia cường và khả năng kiểm soát nứt của tấm CFRP, khả năng biên dạng và kháng uốn), tương tác giữa tấm CFRP với hệ neo, với cáp UST.

Nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ QG cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài PGS.TS Nguyễn Minh Long đã tìm hiểu và tổng hợp đầy đủ các mô hình lý thuyết và phương pháp xác định khả năng kháng cắt và uốn của dầm bê tông cốt thép (BTCT) và bê tông UST gia cường tấm CFRP/GFRP dựa trên các công bố khoa học đã được xuất bản cho đến thời điểm hiện tại. Từ đó, đề tài thực hiện việc phân tích và đánh giá các ưu nhược điểm của các mô hình lý thuyết và phương pháp tính toán hiện có, rút ra những tồn tại, những vấn đề chưa được làm rõ và xét dến trong các mô hình hiện có. Bằng cách sử dụng các dữ liệu thực nghiệm trong các nghiên cứu đã có trước đây và từ nghiên cứu này, mức độ chính xác và sự hợp lý của các mô hình tính toán được kiểm chứng, làm cơ sở cho việc đề xuất mô hình và phương pháp tính toán mới. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình giải tích kết hợp với các kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu này (mô hình bán thực nghiệm) và đề xuất mô hình phân tích và công thức mới phục vụ cho việc dự đoán khả năng kháng cắt, uốn của dầm bê tông UST căng sau gia cường bằng tấm CFRP/GFRP. Dựa trên các kết quả thực nghiệm của các nghiên cứu đã có trước đây, mô hình và công thức đề xuất được kiểm chứng về mức độ chính xác và tính hợp lý của nó. Kết quả kiểm chứng ở Bước 4 cho thấy mô hình, công thức và qui trình tính toán được đề xuất cho kết quả rất gần và phù hợp với thực nghiệm. Mô hình và công thức đề xuất được sử dụng để tính toán và xác định định lượng sự tham gia của của thành phần như tấm CFRP/GFRP, cáp UST, cốt đai và bê tông trong tổng khả năng kháng cắt, uốn của dầm bê tông UST căng sau gia cường bằng tấm CFRP/GFRP.

Các kết quả nghiên cứu từ đề tài đã làm rõ được ảnh hưởng của các yếu tố quỹ đạo cáp, cường độ bê tông, tỉ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm a/d, hàm lượng và loại tấm gia cường (GFRP và CFRP), hàm lượng cốt đai, kiểu dán (dạng dải và liên tục), hệ neo đến ứng xử cắt, uốn của dầm bê tông UST tiết diện chữ T gia cường bằng tấm CFRP/GFRP, đồng thời cung cấp được những thông tin có giá trị về mặt khoa học cho cộng đồng nghiên cứu và các kỹ sư làm việc trong lĩnh vực xây dựng liên quan đến vấn đề sửa chữa và nâng cấp kết cấu, cụ thể như sau:

A. Sử dụng tấm GFRP/CFRP dạng U gia cường kháng cắt cho các dầm làm tăng khả năng kháng nứt xiên (đến 32%) và kháng cắt (đến 29%) cho dầm, mức độ tăng này tăng theo cường độ bê tông dầm, hay nói cách khác hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm tăng theo cường độ bê tông dầm. Mặc dù, độ cứng của tấm CFRP gấp 2.8 lần so với tấm GFRP, nhưng hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm CFRP lớn hơn của tấm GFRP không đáng kể, chỉ xấp xỉ 7%. Điều này hàm ý rằng hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm FRP trong trường hợp dầm bê tông UST có xu hướng không bị chi phối nhiều bởi độ cứng của tấm. Ngoài ra, thông qua cơ chế kiểm soát vết nứt xiên, tấm GFRP/CFRP kháng cắt làm giảm tốc độ phát triển nứt, làm chậm quá trình suy giảm độ cứng của dầm, tăng tính dẻo và khả năng chuyển vị của dầm (lên tới 1.7 lần).

B. Biến dạng lớn nhất của tấm CFRP kháng cắt dao động từ 2.2 đến 3.6‰ (dạng liên tục) và từ 5.3 đến 7.2‰ (dạng rời rạc); của tấm GFRP kháng cắt từ 4.6 đến 5.5‰ (dạng liên tục) và từ 5.9 đến 8.5‰ (dạng rời rạc). Giá trị biến dạng này tăng theo sự gia tăng của cường độ bê tông. Tấm GFRP/CFRP kháng cắt dạng rời rạc có giá trị biến dạng cuối cùng (lớn nhất) lớn hơn nhiều so với tấm dạng liên tục. Mức độ chêch lệch về giá trị biến dạng lớn nhất giữa hai kiểu gia cường này rất lớn, xấp xỉ từ 2 đến 2.3 lần (đối với tấm CFRP) và từ 1.3 đến 1.5 lần (đối với tấm GFRP) do hiện tượng tập trung ứng suất và biến dạng cục bộ trong tấm dạng rời rạc.

C. Tỉ số a/d làm tăng khả năng kháng cắt của dầm nhưng làm suy giảm đáng kể biến dạng trong tấm CFRP kháng cắt. Cụ thể, tỉ số a/d giảm từ 2.3 về 1.5 làm tăng khả năng kháng cắt trung bình khoảng 27%, nhưng làm giảm biến dạng lớn nhất trong tấm xấp xỉ 29%. Nguyên nhân là do tấm gia cường làm tăng góc nứt xiên (theo quan sát thực nghiệm) dẫn đến góc giữa trục tấm FRP và vết nứt xiên nhỏ đi làm cho lực kéo trong tấm FRP nhỏ và biến dạng trong tấm FRP giảm theo. Ngoài ra, tỉ số a/d càng nhỏ, dầm chuyển sang ứng xử theo cơ cấu vòm, hiệu quả gia cường của tấm FRP vì thế cũng kém đi.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15334/2018) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)