Bài báo này trình bày phương pháp gia cường cột bê tông cốt thép trong các công trình cũ không có các chi tiết kháng chất sử dụng bê tông cốt sợi thép vô định hình. Kết quả thí nghiệm đã chỉ ra rằng phương pháp gia cường làm tăng khả năng chịu tải trọng ngang, khả năng tiêu tán năng lượng, và giảm hệ số cản so với mẫu tiêu chuẩn.
Cột là bộ phận kết cấu đặc biệt quan trọng trong các công trình xây dựng hiện nay khi chịu tác dụng của tải trọng ngang, đặc biệt là tải trọng động đất. Một số các khảo sát đã chỉ ra rằng sự sụp đổ của toàn công trình chủ yếu đến từ sự phá hoại của phần tử cột trong công trình đó [1,2,3]. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển nói chung và ở Việt Nam nói riêng, cột của các công trình bê tông cốt thép được thiết kế theo tiêu chuẩn cũ thường chỉ chịu tải trọng gió và tải trọng bản thân.
Trong các cột này, cốt đai thường có khoảng cách lớn và được uốn với góc 90°, bê tông có cường độ chịu nén thấp và không thỏa mãn các yêu cầu về cấu tạo cũng như khả năng chịu chuyển vị ngang khi chịu tải trọng động đất được đề ra trong các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện đại [4,5]. Vì vậy, khi chịu tải trọng ngang lớn, đặc biệt là tải trọng động đất, cột thường không có đủ khả năng chuyển vị ngang cần thiết và dễ bị sụp đổ.
Một số nghiên cứu trên thế giới đã được thực hiện nhằm phát triển các phương pháp gia cường cho cột để chống lại tải trọng ngang như sử dụng các tấm thép gia cố trong vùng khớp dẻo tiềm năng [6], sử dụng tấm FRPs để quấn quanh thân cột làm kiềm hãm sự biến dạng theo phương ngang [7], hay sử dụng bê tông cường độ cao [8].
Hiện nay, cốt sợi thép vô định hình (Amorphous steel fibers) là một loại cốt sợi phân tán mới được chế tạo với công nghệ hoàn tác khác so với cốt sợi thép truyền thống. Loại cốt sợi này có cường độ chịu kéo và khả năng chống ăn mòn cao hơn cốt sợi thép, mềm, dễ uốn, khả năng phân tán cao trong bê tông và đặc biệt là không có hiện tượng ăn mòn kim loại nên có thể ứng dụng để tăng khả năng kiểm soát vết nứt của cấu kiện bê tông cốt thép trong quá trình co ngót hay trong quá trình chịu tải trọng [9, 10].
Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất phương pháp sử dụng bê tông cốt sợi thép vô định hình cường độ cao để gia cố cho cột BTCT ở các công trình củ. Mẫu tiêu chuẩn với tỉ lệ 1/2 được thiết kế để phá hoại theo dạng cắt-uốn khi chịu tác dụng của tải trọng lặp mô phỏng tác dụng của tải trọng động đất. Sau đó, tác giả đề xuất phương pháp gia cố cột sử dụng bê tông cốt sợi thép vô định.
Trên cơ sở đó, tính hiệu quả của mẫu được gia cường được so sánh với mẫu tiêu chuẩn dựa trên các tiêu chí sau: khả năng chịu tải trọng và chuyển vị ngang, hình thái phá hoại mẫu, khả năng tiêu tán năng lượng và hệ số cản nhớt.
Bài báo đã trình bày kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm về việc gia cường kháng chấn cho cột bê tông cốt thép trong các công trình cũ sử dụng cốt sợi thép vô định hình. Các kết luận có thể rút ra từ kết quả thí nghiệm như sau:
- Mẫu được gia cường làm tăng khả năng chịu tải trọng ngang cũng như khả năng chuyển vị ngang ngoài giai đoạn đàn hồi so với mẫu tiêu chuẩn. Đồng thời, không có sự suy giảm về cường độ của mẫu được gia cường trong giai đoạn làm việc dẻo;
- Ở trạng thái cực hạn, sự phá hoại ở mẫu tiêu chuẩn tập trung chủ yếu ở hai đầu cột (vị trí hình thành khớp dẻo), các vết nứt xuất hiện nhiều và bề rộng các vết nứt mở rộng kèm theo bê tông bị ép vỡ một cách nặng nề. Trong khi đó, ở mẫu gia cường, số lượng và bề rộng các vết nứt tại vị trí hai đầu cột được giảm một cách đáng kể so với mẫu tiêu chuẩn. Đặc biệt, tại thời điểm ngừng gia tải, ứng với độ lệch tầng đạt 3.87%, không có hiện tượng ép vỡ bê tông tại vị trí khớp dẻo;
- Khả năng phân tán năng lượng của mẫu gia cường cao hơn so với mẫu tiêu chuẩn trong giai đoạn làm việc dẻo của kết cấu. Đồng thời, hệ số cản của mẫu gia cường cũng nhỏ hơn so với mẫu tiêu chuẩn ứng với từng cấp tăng của chuyển vị ngang.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
BuilData
