Nghiên cứu, các loại vật liệu sơn polyurea và sợi FRP trong gia cường kết cấu chính công trình chịu tác động của tải trọng nổ
N G H I Ê N C Ứ U K H O A H Ọ C
nNgày nhận bài: 21/5/2021 nNgày sửa bài: 18/6/2021 nNgày chấp nhận đăng: 9/7/2021
Nghiên cứu, các loại vật liệu sơn polyurea
và sợi FRP trong gia cường kết cấu chính
công trình chịu tác động của tải trọng nổ
Research, materials of polyurea paint and FRP fiber in main structure reinforcement are
affected by explosive loads
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
> TS NGUYỄN HỮU THẾ
Hiện nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các loại vũ
khí công nghệ cao được phát triển và ứng dụng ngày càng nhiều
trong các cuộc chiến tranh, khủng bố. Trong khi đó các công trình
phục vụ an ninh quốc phòng, dân sinh lại được tính toán, thiết kế ở
những giai đoạn trước, do vậy cần được gia cường, nâng cấp
kháng lực cho các công trình để từng bước đáp ứng yêu cầu nhiệm
vụ trong tình hình mới.
Học viện Kỹ thuật Quân sự - Bộ Quốc phòng
Email: thepp@mta.edu.vn
TÓM TẮT
Nội dung bài báo khoa học trình bày kết quả thí nghiệm hiện
trường xác định biến dạng của các kết cấu chính trong các công
trình phục vụ nhiệm vụ quốc phòng, an ninh hoặc công trình dân
sự khi chịu tác động của tải trọng đặc biệt (tải trọng nổ) ở các
khoảng cách khác nhau, trọng lượng thuốc nổ thay đổi trong điều
kiện thời tiết bình thường khi được gia cường bằng vật liệu Sơn
Pulyurea hoặc sợi FRP. Từ các kết quả thí nghiệm các chuyên gia
sẽ lựa chọn vật liệu để ứng dụng trong gia cường kết cấu công
trình nhằm tăng cường khả năng kháng lực cho công trình phục vụ
những nhiệm vụ đặc biệt.
2. ĐẶT BÀI TOÁN VÀ CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM
2.1. Đặt bài toán
Trong các công trình phục vụ nhiệm vụ quốc phòng, an ninh
và các công trình dân sự bao giờ cũng có những kết cấu chịu lực
chính, chính vì vậy nhóm nghiên cứu đã sử các vật liệu mới như
Sơn Pulyurea và tấm FRP để gia cường, nâng cấp kháng lực cho
công trình phục vụ các nhiệm vụ cụ thể theo yêu cầu của quốc
phòng, an ninh.
2.2. Công tác thí nghiệm
Sử dụng vật liệu có tính năng hấp thụ năng lượng như Sơn
Pulyurea hoặc tấm FRP để gia cường kết cấu chính của công trình
như cột bê tông cốt thép, dầm bê tông cốt thép hoặc tường gạch.
Nhằm nâng cao khả năng kháng lực cho công trình để sử dụng
cho các nhiệm vụ đặc biệt quốc phòng, an ninh.
Sử dụng các lượng nổ khác nhau, đặt ở các khoảng cách khác
nhau, đây là loại tải trọng đặc biệt tác động lên các kết cấu chính
của công trình.
Từ khóa: Sơn polyurea, Sợi FRP, tải trọng đặc biệt.
ABSTRACT:
Content of scientific articles presenting results of field tests to
determine deformations of major structures in works serving
national defense, security or civil works when affected by special
loads (blast load) at different dictances, the explosive weight
varies under normal weather conditions when reinforced with
pulyurea or frp fiber paint material. From the experimental
results, experts will choose materials to be used in reinforcing
structures in order to increase the resistance of the building to
serve special tasks.
Sử dụng các Tenso dán vào một số vị trí trọng yếu của kết cấu
để đo biến dạng của kết cấu khi chịu tác động của dạng tải trọng
đặc biệt.
2.2.1. Thiết bị thí nghiệm
Keywords: Sơn Poluyrea, FRP fiber, Special load.
Hình 1. Máy đo động NI SCXI–1000DC
104
07.2021
ISSN 2734-9888
Máy đo động đa kênh NI SCXI–1000DC là thiết bị đo động đa
kênh hiện đại do hãng National Instrument của Mỹ chế tạo. Tốc độ
đo lấy mẫu của máy có thể đạt tới 9600 mẫu/s với mức nhiễu cực
thấp. Trên máy bố trí 4 khe cắm dùng để cắm các loại cạc đo khác
nhau. Các loại cạc này có thể đo được rất nhiều các phép đo khác
nhau như đo gia tốc, đo biến dạng, chuyển vị, đo điện áp. Máy đo
NI SCXI–1000DC được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính thông
qua kết nối USB. Phần mềm điều khiển LABVIEW là một phần mềm
đo - phân tích nổi tiếng trên thế giới.
Đặt các Tenso (điểm đo) tại các vị trí trọng yếu của các kết cấu
chính đối với công trình để ghi nhận sự biến dạng của kết cấu khi
chịu tải trọng đặc biệt (tải trọng nổ).
Hình 4: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
Sử dụng lượng nổ với khối lượng từ 200g ÷ 400g, với khoảng cách
thay đổi từ 0÷50 (cm).
Hình 5: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 2. Mô hình thí nghiệm các kết cấu chính
2.2.2. Công tác hiệu chuẩn
Chuẩn bị bãi thí nghiệm cụ thể bố trí vị trí đặt các máy đo, vị trí
bố trí lực lượng cảnh giới, vị trí của lực lượng gây nổ.
Làm công tác hiệu chuẩn các thiết bị đo, kiểm tra thông mạch
đối với thiết bị gây nổ.
2.2.3. Công tác chuẩn bị
Làm vệ sinh các cấu kiện trước khi tiến hành làm thí nghiệm,
kiểm tra các thiết bị đo, thông mạch của máy gây nổ, dây điện
nhận tín hiệu từ Tenso đến máy đo.
Hình 6: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
b) Đối với cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật liệu Sợi
FRP
Tiến hành đặt thuốc nổ với lượng nổ từ 200g ÷ 800g và khoảng
cách thay đổi từ 0 ÷ 750 cm
2.3. Kết quả thí nghiệm đối với cột, dầm bê tông cốt thép
Mác 250, kích thước 20 cm x 20 cm
Phần 1: Sử dụng thuốc nổ TNT với khối lượng thuốc nổ
M=200 (g) và khoảng cách đến vị trí đặt điểm đo R=750 (mm)
a) Đối với kết cấu cột, dầm bê tông (BTCT) chưa được gia cường
Hình 7: Sơ đồ bố trí các điểm đo biến dạng
Hình 3: Sơ đồ bố trí các điểm đo biến dạng
Hình 8: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
07.2021
105
ISSN 2734-9888
N G H I Ê N C Ứ U K H O A H Ọ C
Hình 9: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 12: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
Hình 10: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
c) Đối với cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật liệu Sơn
Polyurea
Hình 13: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 11: Sơ đồ bố trí các điểm đo biến dạng
Hình 14: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
Bảng 1. Khảo sát giá trị biến dạng của cột, dầm BTCT, sử dụng thuốc nổ TNT với M = 200 (g); R=750 (mm)
Dầm, Cột Bê tông cốt thép (BTCT)
Tỷ lệ %
Tỷ lệ %
STT
Vị trí đo
giữa (4) và giữa (5) và
Gia cường bằng vật
liệu Sợi FRP
Gia cường bằng vật
liệu Sơn Polyurea
Chưa gia cường
(3)
(3)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
1.
CH0
CH1
0.000180
0.000175
0.000225
0.000193
0.000063
0.000092
0.000094
0.000083
0.00007
0.00006
0.00007
0.00007
35,00%
52,57%
41,78%
43,00%
38,89%
34,28%
31,11%
36,26%
2.
3.
4.
CH2
Giá trị Trung bình
Nhận xét: Kết cấu cột, dầm BTCT khi được gia cường bằng vật
liệu Sợi FRP, Sơn Pulyurea đã tăng khả năng chịu biến dạng lên
hơn 30% so với khi chưa được gia cường bằng vật liệu hấp thụ
năng lượng mới.
Phần 2: Sử dụng thuốc nổ TNT với khối lượng M=400 g và
khoảng cách đến vị trí đo R=750 mm
a) Đối với cột, dầm BTCT chưa được gia cường
Hình 15: Sơ đồ bố trí các điểm đo biến dạng
106
07.2021
ISSN 2734-9888
Hình 16: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
Hình 21: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 17: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 22: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
c) Đối với cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật liệu
Polyurea
Hình 18: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
b) Đối với cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật liệu Sợi
Hình 23: Sơ đồ bố trí các điểm đo biến dạn
FRP
Hình 24: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
Hình 19: Sơ đồ bố trí các điểm đo biến dạng
Hình 25: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 20: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
07.2021
107
ISSN 2734-9888
N G H I Ê N C Ứ U K H O A H Ọ C
Hình 26: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
Bảng 2. Khảo sát giá trị biến dạng của cột, dầm BTCT, sử dụng thuốc nổ TNT với M = 400 (g); R=750 (mm)
Dầm, Cột Bê tông cốt thép (BTCT)
Tỷ lệ %
Tỷ lệ %
STT
Vị trí đo
giữa (4) và giữa (5) và
Gia cường bằng vật
liệu Sợi FRP
Gia cường bằng vật
liệu Sơn Polyurea
Chưa gia cường
(3)
(3)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
1.
CH0
CH1
0.000240
0.000223
0.000315
0.000259
0.00021
0.00022
0.00023
0.00022
0.000085
87,50%
98,65%
73,01%
84,94%
35,42%
53,81%
41,27%
43,24%
2.
3.
4.
0.00012
0.00013
CH2
Giá trị Trung bình
0.000112
Nhận xét: Khi kết cấu cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật
liệu Sợi FRP, Sơn Pulyurea đã làm tăng khả năng chịu biến dạng lên
hơn 40% so với khi chưa được gia cường bằng vật liệu hấp thụ
năng lượng mới.
Phần 3: Sử dụng thuốc nổ TNT với khối lượng M=200 (g) và
khoảng cách đến vị trí đặt điểm đo R=200 (mm)
a) Đối với cột, dầm BTCT chưa được gia cường vật liệu
Hình 29: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
b) Đối với cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật liệu Sợi FRP
Hình 27: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
Hình 30: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
Hình 28: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 31: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
108
07.2021
ISSN 2734-9888
Hình 32: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
c) Đối với cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật liệu Sơn
Polyurea
Hình 34: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH1)
Hình 35: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH2)
Hình 33: Biểu đồ giá trị biến dạng tại vị trí (CH0)
Bảng 3. Khảo sát giá trị biến dạng của cột, dầm BTCT, sử dụng thuốc nổ TNT với M = 200 (g); R=750 (mm)
Dầm, Cột Bê tông cốt thép (BTCT)
Tỷ lệ %
giữa (5) và
(3)
Tỷ lệ % giữa
(4) và (3)
STT
Vị trí đo
Gia cường bằng vật
liệu Sợi FRP
Gia cường bằng vật
liệu Sơn Polyurea
Chưa gia cường
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
1.
2.
3.
4.
CH0
CH1
0.00025
0.00040
0.00040
0.00035
0.000125
0.000127
0.000055
0.000102
0.00014
0.000225
0.00008
0.000148
50,00%
31,75%
13,75%
29,14%
56,00%
56,25%
20,00%
42,28%
CH2
Giá trị Trung bình
Nhận xét: Khi kết cấu cột, dầm BTCT được gia cường bằng vật
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Saleeb AF. Constitutive models for soils in landslides. Ph.D. Thesis, Purdue
University, 2018.
[2]. AUTODYN Theory Manual, revision 3.0, Century Dynamics, San Ramon, California,
2017.
liệu Sợi FRP, Sơn Pulyurea đã làm tăng khả năng chịu biến dạng
gần 30% so với khi chưa được gia cường bằng vật liệu hấp thụ
năng lượng mới.
2.4. Kết luận
[3]. Shamsher P. Soil Dynamics, Chapter 4. McGraw-Hill: New York, 2016.
[4]. Pande GN, Zienkiewicz OC. Soil Mechanics}Transient and Cyclic Loads, Chapter 2.
Wiley: Chichester, 2015.
[5]. Fredlund DG, Rahardjo H. Soil Mechanics for Unsaturated Soils, Chapters 9 and 12.
Wiley: Chichester, 2009.
[6]. Cole RH. Underwater Explosions. Princeton University Press: Princeton, NJ, 2008.
[7]. Chen WF, Baladi GY. Soil Plasticity Theory and Implementation. Elsevier:
Amsterdam, 2007.
[8]. Drucker DC, Prager W. Soil mechanics and plastic analysis or limit design.
Quarterly of Applied Mathematics 2006; 10:157–165
Sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu, ứng dụng
vật liệu mới như Sợi FRP và Sơn Pulyurea trong việc gia cường các
kết cấu chịu lực chính như cột, dầm để nâng cao sức kháng lực cho
công trình phục vụ nhiệm vụ bảo vệ an ninh, quốc phòng và công
trình dân sự khi chịu dạng tải trọng đặc biệt như tải trọng nổ, tải
trọng động đất. Do vậy việc ứng dụng vật liệu mới để nâng cao sức
kháng lực cho công trình rất có giá trị thực tiễn trong việc cải tạo,
sửa chữa và gia cố các công trình hiện đang khai thác do thời gian
đã xuống cấp, mà vẫn đảm bảo được kiến trúc, công năng của
công trình.
07.2021
109
ISSN 2734-9888
6 trang
20/04/2022
1620
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu, các loại vật liệu sơn polyurea và sợi FRP trong gia cường kết cấu chính công trình chịu tác động của tải trọng nổ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_cac_loai_vat_lieu_son_polyurea_va_soi_frp_trong_g.pdf
