Triển vọng của bê tông gia cường với cốt thanh thủy tinh FRP

Tác giả: ThS. NCS. NGUYỄN VĂN NGÔN
              Trường Cao đẳng Giao thông Huế
              PGS. TS. PHẠM DUY ANH
              Trường Đại học Giao thông vận tải

Mặt cắt ngang cầu

 Bản mặt cầu là bộ phận chịu tác động trực tiếp của tải trọng xe chạy và các tác nhân từ môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ăn mòn hóa học... Tổng hợp các tác động này dẫn đến sự thoái hóa của lớp bê tông bảo vệ cốt thép, làm cho cốt thép bị ăn mòn gây hư hỏng kết cấu. Vật liệu cốt thanh FRP và đặt biệt là thanh GFRP đã cho thấy triển vọng thay thế cốt thép trong bản mặt cầu nhờ khả năng kháng ăn mòn, cường độ cao và chi phí thấp. Tính đến năm 2016, ở Mỹ đã ứng dụng vật liệu thanh FRP cho 65 dự án cầu tại 27 bang, Canada đã ứng dụng cho 220 dự án cầu tại 4 tỉnh. Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu đã tiến hành [2,3,4,5,6,7,8] đều chứng minh mô hình phá hoại của kết cấu bản mặt cầu khi chịu tải trọng bánh xe là do cắt hai chiều, với khả năng chịu tải thực tế lớn hơn khoảng 3 lần giá trị dự báo theo lý thuyết. Điều này được giải thích dựa trên sự hình thành tác động vòm nén trong kết cấu bản mặt cầu.

Hiện nay, tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế bản mặt cầu sử dụng cốt thanh GFRP, do đó nghiên cứu này sẽ hệ thống hóa lý thuyết tính toán kết cấu bản mặt cầu cốt thanh GFRP, phân tích, so sánh khối lượng cốt tính theo các phương pháp, so sánh chi phí vật liệu của các phương án bố trí cốt cho bản mặt cầu nhằm xác định phương án tối ưu áp dụng trong thiết kế bản mặt cầu cốt thanh GFRP tại Việt Nam.

Bài báo trình bày kết quả phân tích so sánh các phương pháp thiết kế kết cấu bản mặt cầu bê tông cốt thanh GFRP. Phương pháp của AASHTO LRFD-09 tính toán dựa trên lý thuyết uốn sẽ cho một tỷ lệ cao cốt thanh GFRP, do thanh GFRP có mô-đun đàn hồi thấp. Tiêu chuẩn thiết kế cầu của Canada cho phép áp dụng cả hai phương pháp thiết kế uốn và thiết kế theo kinh nghiệm. Phương pháp thiết kế kinh nghiệm với yêu cầu tối thiểu là cốt có đường kính 16 mm, cách khoảng 300 mm (Ef = 40 GPa), áp dụng cho phần bản mặt cầu được bao quanh bởi các dầm đỡ, thỏa mãn các yêu cầu về cấu tạo mặt cắt. Phương pháp này cho phép giảm tỷ lệ cốt so với phương pháp thiết kế uốn. Ngoài ra, so sánh về chi phí vật liệu cốt cho thấy, các phương án sử dụng toàn bộ cốt thanh GFRP và phương án sử dụng kết hợp cốt thép và cốt thanh GFRP có chi phí vật liệu thấp hơn phương án sử dụng cốt thép thực tế tương ứng là 33% và 37%.

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây