Bài báo trình bày nghiên cứu về khả năng ứng dụng của vật liệu nhựa gia cố bằng sợi (FRP) trong việc gia cường cho kết cấu công trình nói chung và kết cấu bằng bê tông cốt thép nói riêng, cũng như việc ứng dụng giải pháp sử dụng tấm dán FRP dạng vải sợi để gia cường cho kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép chịu tác dụng của tải trọng động dạng va chạm. Nội dung nghiên cứu của bài báo đã góp phần làm sáng tỏ hơn hiệu quả gia cường khả năng chống uốn của vật liệu nhựa gia cường sợi carbon (CFRP) cho tấm bê tông cốt thép làm việc một phương, thông qua phương pháp thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Tấm bê tông cốt thép không gia cường (nứt mặt trên) và Tấm bê tông gia cường CFRP (không nứt)
Tấm dán FRP (Fiber Reinforced Polymer) dạng vải sợi là một giải pháp gia cường hiệu quả cho các kết cấu chịu lực trong công trình xây dựng và cầu đường. Hệ thống này bao gồm sợi cường lực (carbon, thủy tinh, aramid) ngâm tẩm trong nhựa polymer, tạo thành lớp vật liệu có khả năng chịu kéo cao, nhẹ và chống ăn mòn [1, 2].
Ứng dụng chính của FRP gồm tăng cường khả năng chịu uốn, cắt và chịu tải trọng cho dầm, cột, sàn và tường bê tông [3, 4]. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong sửa chữa, nâng cấp kết cấu cũ bị suy giảm do tải trọng gia tăng, môi trường khắc nghiệt hoặc động đất. So với các phương pháp truyền thống như bọc thép hay đổ bê tông cốt thép bổ sung, tấm dán FRP có ưu điểm là thi công nhanh, không làm tăng đáng kể trọng lượng kết cấu và đạt được khả năng chịu lực trong thời gian ngắn [5]. Bên cạnh đó tấm FRP vải sợi có khả năng chống ăn mòn cao và khả năng chịu kéo vượt trội nên là giải pháp hiệu quả để gia cường cho kết cấu bê tông thường có tính giòn [6, 7].
Tuy nhiên hiện nay ở trong nước việc sử dụng tấm dán FRP vẫn chỉ chủ yếu áp dụng cho kết cấu công trình chịu tải trọng tĩnh và tải trọng di động (kết cấu cầu) mà mới có một số ít nghiên cứu hay ứng dụng với tải trọng xung ngắn hạn như va chạm hoặc tải trọng nổ (các tải trọng cực hạn) [8].
Trọng tâm của bài báo là nghiên cứu sức chịu tải của tấm bê tông cốt thép làm việc một phương (tấm BTCT) trước và sau khi gia cường bằng vật liệu CFRP khi chịu tác động của tải trọng động do va chạm. Cụ thể, thí nghiệm này sử dụng một quả nặng rơi tự do va chạm lên tấm BTCT. Qua đó, ta có thể đánh giá được sự khác biệt về khả năng chịu lực của tấm BTCT trước và sau khi gia cường bằng CFRP, giúp tối ưu hóa ứng dụng của vật liệu này trong thực tế. Ngoài ra nghiên cứu cũng đóng góp thêm vào việc phát triển phương pháp bảo vệ kết cấu công trình chịu tác dụng của tải trọng cực hạn, giúp giảm thiểu thiệt hại của tải trọng cực hạn và đảm bảo an toàn cho con người.
Từ kết quả nghiên cứu và khảo sát của bài báo cho phép rút ra một số nhận định như sau:
Từ kết quả thí nghiệm về khả năng bị phá hoại khi so sánh giữa kết cấu tấm BTCT thường và kết cấu tấm BTCT có gia cố khi chịu tải trọng động do va chạm cho thấy giải pháp gia cường làm giảm khả năng kết cấu bị phá hoại cục bộ, giảm sự hình thành vết nứt khi kết cấu được gia cường.
Kết quả khảo sát chuyển vị điểm giữa tấm BTCT cho thấy kết quả phù hợp với quy luật ứng xử của kết cấu tấm BTCT khi gia cường sẽ được tăng cứng hơn và làm giảm chuyển vị. Kết quả khảo sát cho thấy chuyển vị có thể giảm 30% đến 38,2%, điều này thể hiện hiệu quả kháng uốn của tấm BTCT thí nghiệm được gia tăng đáng kể.
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cũng cho thấy: với phương án dán hai tấm vuông góc phương dệt với nhau (PA02) thu được hiệu quả giảm chuyển vị và biến dạng tăng cao hơn phương án dán hai tấm cùng phương dệt (PA01) lần lượt là 38,2% (so với 30%) và 90,7% (so với 49,9%), điều này góp phần cho thấy độ cứng của kết cấu tấm BTCT được gia tăng đáng kể khi có phương án gia cố phù hợp.
Kết quả nghiên cứu cũng gợi mở thêm các nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng giải pháp gia cường FRP với các dạng vật liệu nền khác nhau, cũng như phương án gia cường và các dạng tải trọng động khác nhau, đặc biệt cần có những nghiên cứu và thử nghiệm về kết cấu chịu tác dụng động cực hạn như va chạm tốc độ cao hay áp lực xung kích từ vụ nổ gây ra. Kết quả nghiên cứu của bài báo có đóng góp một phần nhỏ cho tham khảo của các nghiên cứu tiếp sau về gia cường kết cấu BTCT bằng vật liệu FRP dạng vải dệt.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
