Cột gia cố

Trong kết cấu khung bê tông cốt thép nhiều tầng, cường độ bê tông của 9 cột khung không đáp ứng được yêu cầu thiết kế trong quá trình nghiệm thu thi công, dẫn đến tỷ số nén dọc trục quá cao, không đáp ứng được yêu cầu về độ dẻo theo giá trị giới hạn của tỷ số nén dọc trục. Việc bọc CFRP một mặt có thể làm tăng cường độ nén dọc trục của bê tông ở một mức độ nhất định. Mặt khác, hiệu ứng hạn chế ngang của lớp bọc sợi carbon trên các cột cũng có thể cải thiện đáng kể độ dẻo của cột dưới tải trọng ngang và đáp ứng yêu cầu về độ dẻo của tỷ số nén dọc trục.

Dựa trên khả năng chịu lực và độ dẻo, ba cột có độ bền thấp hơn sẽ được bọc ba lớp CFRP dọc theo toàn bộ chiều cao cột. Đối với 6 cột còn lại, 2 lớp sợi carbon sẽ được bọc dọc theo chiều cao cột.

Phân tích khả năng chịu lực và độ dẻo của cốt thép bọc CFRP

Sau khi gia cường bằng sợi carbon, khả năng chịu cắt và độ dẻo của cột khung có thể được cải thiện đáng kể.

Kết cấu ban đầu là cột khung 800 x 800 mm với chiều cao 3,6m. Theo kết quả nghiên cứu liên quan, khả năng chịu cắt của lớp bọc CFRP có thể được cải thiện thông qua tính toán nén.

Đối với toàn bộ sơ đồ bao bọc của dự án, công thức là

Cường độ thiết kế của bê tông là C40. Theo tính toán này, khả năng chịu cắt của một cột đơn phải là 1312KN. Đối với ba cột có cường độ thấp hơn, cường độ bê tông thấp nhất là 28,3 Mpa và khả năng chịu cắt là 1031 KN khi không có cốt thép. Khi bọc ba lớp CFRP, khả năng chịu lực tăng thêm là 319KN và tổng khả năng chịu lực là 1350KN, cao hơn khả năng chịu lực thiết kế. Đối với 6 cột còn lại, cường độ bê tông tối thiểu là 35Mpa và cường độ chịu cắt là 1209KN khi không có cốt thép. Khi bọc hai lớp sợi carbon, khả năng chịu lực tăng thêm là 246KN và tổng khả năng chịu lực là 1455KN, cao hơn khả năng chịu lực thiết kế.

Theo kết quả thí nghiệm, khi xác định được tỷ số nén dọc trục, hệ số dẻo của cột bọc CFRP tăng tuyến tính theo cường độ cắt và hệ số uốn yếu Vs/Vm. Khi tỷ số nén dọc trục bằng 0,48, có công thức tính toán như sau.

μ=-1.278+5.233V_s/V_M

Từ công thức trên, có thể thấy rằng cường độ cắt của sợi carbon càng lớn thì hệ số Vs/VM và hệ số dẻo càng lớn.

Ngoài ra, theo tài liệu, khi hệ số dẻo không đổi, hệ số đặc trưng đai có mối quan hệ sau với tỷ số nén dọc trục:

Công thức trên cho thấy khi tỷ lệ nén dọc trục tăng, tỷ lệ vòng đai cần được tăng lên một cách thích hợp để duy trì hệ số dẻo không đổi.

Theo ước tính thận trọng, giả sử tỷ lệ nén dọc trục của cột tăng 0,3 do cường độ bê tông giảm, hệ số đặc trưng cốt thép đai tương ứng tăng 0,066, và hệ số đặc trưng cốt thép đai CFRP mới là 0,097, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu.

Từ phân tích trên, có thể thấy rằng lượng lớp bọc CFRP cần được xác định theo khả năng chịu lực và chỉ số dẻo khi cột bê tông cốt thép được gia cường bằng lớp bọc CFRP để cải thiện khả năng chịu động đất.