ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KIỀU QUỐC LAI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG THÁP CẦU CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NGÃI DO NHIỆT THỦY HÓA GÂY RA TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS VÕ DUY HÙNG Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Phi Lân Phản biện 2: GVC.TS Huỳnh Phương Nam Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 25 tháng 11 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Đại học Bách khoa MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, với phát triển công nghệ đại thi cơng cầu giới nói chung, Việt Nam có cơng trình cầu đại, với quy mô lớn, khả vượt nhịp lớn Ví dụ cầu Mỹ Thuận, cầu Cần Thơ, cầu Thị Nại, cầu Thuận Phước, cầu Bãi Cháy… cầu treo dây văng, dây võng, nước ta xây dựng cầu với công nghệ EXTRADOSED, có cầu Cửa Đại, tỉnh Quảng Ngãi vừa khởi công xây dựng vào đầu năm 2018, bắt qua sông Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi Để xây dựng cầu có quy mơ lớn bên cạnh phải có hệ thống móng, trụ tháp với kích thước lớn Trong q trình đổ bê tông khối lớn, thường xảy tượng nhiệt thủy hóa bê tơng, nghĩa bê tơng ninh kết chuyển từ thể lõng sang thể rắn, thủy hóa xi măng, lượng nhiệt lớn sinh làm cho nhiệt độ bê tông tăng lên, chênh lệch nhiệt độ lớn so với bên ngoài, gây nên ứng suất nhiệt làm nứt nẻ bê tông, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình Qua đó, câu hỏi đặt nhu cầu thiết làm để biết trình phát sinh nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn, từ tránh xảy tượng nứt nẻ bê tông đổ bê tông Đồng thời, việc nghiên cứu nhiệt thủy hóa bê tơng sở để đề xuất biện pháp đối phó để nâng cao chất lượng cơng trình Do đó, việc nghiên cứu ứng xử bê tơng nhiệt thủy hóa gây thi cơng tháp cầu, phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ, chuyển vị bê tông trụ tháp cầu có sở ý nghĩa thiết thực Đặc biệt, cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi cầu lớn gồm tháp với khối lượng bê tông lớn, đặc biệt lượng bê tơng cho bệ tháp Do đó, việc tiến hành phân tích nghiên cứu ứng xử bê tơng tháp cầu Cửa Đại nhiệt thủy hóa cần thiết Mục tiêu nghiên cứu a Mục tiêu tổng qt - Nghiên cứu q trình nhiệt thủy hóa thi công trụ tháp cầu Cửa Đại, tỉnh Quảng Ngãi Đồng thời đưa đánh giá ứng xử ứng suất, chuyển vị nứt so với ứng suất cho phép bê tông tháp cầu - Đề xuất biện pháp để giảm nhiệt độ bê tông trụ cầu sau đổ bê tông - Đưa kết luận hướng phát triển đề tài b Mục tiêu cụ thể - Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ, chuyển vị bệ trụ tháp cầu - Đề xuất quan hệ ứng suất tính tốn so với ứng suất gây nứt (Crack ratio), đồ thị - Các biện pháp hạn chế Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu: Nhiệt thủy hóa - tháp cầu Cửa Đại - Quảng Ngãi - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu đánh giá tác động nhiệt thủy hóa q trình đổ bê tơng tháp cầu Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu phát triển lý thuyết phục vụ đề tài - Mơ hình kết cấu tháp cầu phần tử khối phần mềm Midas Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn đề tài - Xác định ảnh hưởng nhiệt thủy hóa đến ứng xử Tháp cầu Cửa Đại - Quảng Ngãi - Xác định thay đổi nhiệt độ ứng suất q trình đơng cứng bê tông - Đưa khuyến cáo tác động nhiệt thủy hóa đến bê tơng khối lớn thi công Tháp cầu Cửa Đại- Quảng Ngãi Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm chương: Chương Giới thiệu Tổng quan đề tài Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn tác động nhiệt thủy hóa Chương Phân tích ảnh hưởng nhiệt thủy hóa đến thi cơng tháp cầu Cửa Đại, tỉnh Quảng Ngãi CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan Cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi Cầu Cửa Đại nằm quy hoạch tuyến đường ven biển Việt Nam Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quyết định số 129/QĐ-TTg ngày 18/01/2010 Đây cơng trình quan trọng kết nối giao thông khu vực ven biển tỉnh, thành phố khu vực Vùng kinh tế trọng điểm miền Trung; khơng góp phần khai thác có hiệu tài nguyên biển vùng ven biển mà tăng cường củng cố quốc phòng, an ninh nhằm bảo vệ vững chủ quyền biển đảo đất nước; mở rộng không gian đô thị, điểm nhấn kiến trúc bố trí khơng gian thành phố Quảng Ngãi tương lai với mục tiêu xây dựng thành phố Quảng Ngãi thành “thành phố hướng biển”; Vì vậy, việc đầu tư xây dựng cầu Cửa Đại cần thiết, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng việc thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội khu vực ven biển tỉnh Quảng Ngãi, kết nối phát triển vùng ven biển duyên hải miền Trung, phân luồng giao thông, giảm áp lực cho Quốc lộ 1, giữ vững quốc phòng, an ninh biển đảo; tạo điều kiện lưu thông thuận lợi, rút ngắn thời gian lại nhân dân; Các thông số kỹ thuật cầu Cửa Đại, tỉnh Quảng Ngãi: Bố trí chung tồn cầu: Cầu gồm 37 nhịp bố trí từ phía đầu tuyến sang cuối tuyến theo sơ đồ sau: (39+4x40) + (6x40) + (5x40+39) + (75+4x120+75) + (39+4x40) + (5x40) + (3x40+39)m Chiều dài toàn cầu Lc= 1876.8m Kết cấu phần trên: Toàn cầu gồm 01 liên dầm EXTRADOSED nhịp 31 nhịp dẫn giản đơn super T BTCT DƯL Phần cầu chính: Liên nhịp dầm EXTRADOSED nhịp BTCT DƯL sơ đồ (75+4x120+75)m chiều cao dầm thay đổi h=4,0m đỉnh trụ, h=2,4m nhịp đầu dầm 1.2 Nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn Kết cấu bê tơng khối lớn tích tụ nhiệt thủy hóa xi măng đủ lớn để gây nên thay đổi đáng kể thể tích bê tơng q trình đóng rắn Sự thay đổi thể tích khơng tạo ứng suất kéo khối bê tông ứng suất vượt giới hạn kéo bê tơng bị nứt Sự thay đổi thể tích phát sinh từ yếu tố như: trình co khô nước, co nở nhiệt bê tông không chênh lệch nhiệt độ ΔT phần khối bê tơng Sự hình thành phân bố trường nhiệt độ bê tông khối lớn phụ thuộc vào yếu tố nội bê tông yếu tố bên ngồi liên quan đến mơi trường cơng nghệ thi cơng Các yếu tố nội bê tơng kể đến: số lượng phần tử; loại phần tử (dạng tam giác, chữ nhật); thông số nhiệt vật liệu; loại hàm lượng xi măng; tính chất nhiệt nguyên vật liệu; nhiệt độ bê tông đổ; nhiệt dung riêng bê tông; tốc độ tỏa nhiệt; hình dạng, kích thước kết cấu; cấp phối bê tơng Các yếu tố bên ngồi khối bê tông điều kiện biên như: thông số mơi trường (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió…); phương pháp bảo dưỡng bê tông; ràng buộc nhiệt khối bê tông với mặt tiếp xúc (ván khuôn, đất); giá trị nhiệt mặt thoáng khối bê tông; hệ số trao đổi nhiệt 1.2.1 Các yếu tố gây nứt bê tông khối lớn 1.2.1.1 Nứt chênh lệch nhiệt độ Độ chênh nhiệt độ  T > 200C - Điều kiện cần Môdun độ chênh nhiệt độ M T ≥ 500C/m - Điều kiện đủ Vậy để khơng bị nứt ta cần loại trừ điều kiện cần, nghĩa cho có  T < 200C 1.2.1.2 Nứt co khô Biến dạng co  c bề mặt bê tông nước bê tông bốc bị kìm giữ sinh ứng suất kéo khối bê tông Khi ứng suất vượt giới hạn cường độ kéo bê tơng bê tơng bị nứt Các vết nứt thường xuất bề mặt bê tông bị bốc Vết nứt vết nứt mặt 1.2.1.3 Nứt thay đổi nhiệt độ mơi trường Nhiệt độ khơng khí nóng lạnh thay đổi theo chu kỳ ngày đêm theo mùa làm cho lớp bề mặt bê tông co nở thường xuyên, phát sinh ứng suất kéo Yếu tố thường tác dụng kết cấu có tuổi thiết kế mác bê tông sau 3, tháng năm, đặc biệt có qua thời kỳ mùa Đơng, có chênh lệch nhiệt độ ngày đêm cao Vết nứt trường hợp nứt mặt 1.2.1.4 Nứt mỏi Bê tông chịu ứng suất kéo lặp nhiều chu kỳ theo thay đổi thường xuyên thời tiết, lâu ngày bị mỏi, sức kháng nứt kém, dẫn đến bị nứt mặt Như để đánh giá ngun nhân nứt bê tơng khối lớn cần quan tâm đến tất yếu tố gây nứt nêu 1.2.2 Các giai đoạn nứt bê tông khối lớn - Giai đoạn nâng nhiệt: bê tông phát mạnh (do thuỷ hoá xi măng) làm cho kết cấu bê tơng nóng lên: Giai đoạn kéo dài khoảng 10 ngày đầu sau đổ bê tơng, bao gồm q trình nâng nhiệt giữ nhiệt trước nguội Các vết nứt giai đoạn thường vết nứt mặt, sâu vào khoảng vài chục centimet không gây nguy hiểm khả chịu lực cơng trình - Giai đoạn hạ nhiệt: bê tông kết cấu nguội dần, tiếp sau giai đoạn nâng nhiệt Giai đoạn kéo dài nhiều ngày nhiều năm sau tuỳ theo khối tích kết cấu bê tơng Kết cấu khơng lớn nguội nhanh, kết cấu lớn nguội chậm Các đập lớn, có khối tích bê tơng hàng triệu mét khối, q trình nguội phải tính tới hàng chục năm Các vết nứt giai đoạn có loại: Nứt mặt nứt kết cấu Trong nứt kết cấu nứt gây nguy hiểm cho cơng trình 1.2.3 Biện pháp phòng chống nứt bê tơng - Hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hoá xi măng bê tông - Loại bỏ điều kiện cần  T>200C, nghĩa giữ cho  T< 200C - Hạn chế lượng co khô bê tông bị bốc q trình thi cơng 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu Kết cấu bê tơng khối lớn tích tụ nhiệt thủy hóa xi măng đủ lớn để gây nên thay đổi đáng kể thể tích bê tơng q trình đóng rắn Sự thay đổi thể tích không tạo ứng suất kéo khối bê tông ứng suất vượt giới hạn kéo bê tơng bị nứt Sự thay đổi thể tích phát sinh từ yếu tố như: q trình co khơ nước, co nở nhiệt bê tông không chênh lệch nhiệt độ ΔT phần khối bê tông Vì vậy, việc chống nứt nhiệt cho bê tơng khối lớn việc kiểm sốt phân bố nhiệt độ ứng suất khối bê tông Sự hình thành phân bố trường nhiệt độ bê tông khối lớn phụ thuộc vào yếu tố nội bê tông yếu tố bên ngồi liên quan đến mơi trường công nghệ thi công Các yếu tố nội bê tơng kể đến: số lượng phần tử; loại phần tử (dạng tam giác, chữ nhật); thông số nhiệt vật liệu; loại hàm lượng xi măng; tính chất nhiệt nguyên vật liệu; nhiệt độ bê tông đổ; nhiệt dung riêng bê tơng; tốc độ tỏa nhiệt; hình dạng, kích thước kết cấu; cấp phối bê tông Các yếu tố bên ngồi khối bê tơng điều kiện biên như: thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió…); phương pháp bảo dưỡng bê tơng; ràng buộc nhiệt khối bê tông với mặt tiếp xúc (ván khuôn, đất); giá trị nhiệt mặt thống khối bê tơng; hệ số trao đổi nhiệt 1.4 Những vấn đề cần giải - Đề tài tập trung giải toán thủy nhiệt cầu Cửa Đại - tỉnh Quảng Ngãi Cụ thể đề tài xây dựng mơ hình tháp cầu phần mềm Midas sử dụng Midas civil dể phân tích thủy nhiệt Tập trung khảo sát thay đổi ứng suất, nhiệt độ, tỉ số nứt, chuyển vị q trình thi cơng tháp cầu - Từ đưa khuyến cáo ảnh hưởng nhiệt độ việc đổ bê tông khối lớn Cầu Cửa Đại- Tỉnh Quảng Ngãi 10 vòng tháng Trường hợp xi măng PC thay phần phụ gia khác tro bay, tăng trưởng cường độ xảy chậm tiếp tục vài tháng chí năm Ferrite bắt đầu phản ứng nhanh chóng nước thêm vào, sau chậm lại, hình thành lớp gel hydroxit sắt, phủ ferrit đóng vai trò rào cản, ngăn ngừa phản ứng 2.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn nhiệt thủy hóa Phân tích thủy nhiệt bao gồm phân tích truyền nhiệt phân tích ứng suất nhiệt 2.2.1 Phân tích truyền nhiệt: liên quan đến số khái niệm sau: - Dẫn nhiệt (conduction): dạng truyền nhiệt có quan hệ với trao đổi lượng từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt độ thấp - Đối lưu (convection) dạng dẫn nhiệt mà đó, nhiệt trao đổi từ bề mặt khối rắn lên môi trường chất lỏng hay chất khí thơng qua chuyển động phân tử chất lỏng hay khí Dòng chất lỏng/chất khí dòng tự nhiên hay dòng nhân tạo - Nguồn nhiệt (Heat Source) thể lượng nhiệt phát sinh q trình thủy hóa Nguồn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ phát sinh q trình thủy hóa, nhiệt dung riêng, trọng lượng thể tích bê tơng, v.v… - Sự làm nguội ống tản nhiệt (pipe cooling) biện pháp làm giảm nhiệt độ bê tông q trình thủy hóa cách đưa ống dẫn chất lỏng làm nguội vào bê tông Bản chất việc làm nguội đối lưu nhiệt chất lỏng với thành ống sau bê tơng 11 2.2.2 Phân tích ứng suất nhiệt Ứng suất bê tông khối lớn giai đoạn thi cơng tính tốn với việc sử dụng kết phân tích truyền nhiệt, phân bố nhiệt độ nút, xét đến thay đổi thuộc tính vật liệu theo thời gian nhiệt độ, co ngót theo thời gian, từ biến phụ thuộc thời gian ứng suất, v.v… Các tính tốn liên quan đến số khái niệm tuổi tương đương bê tơng tính theo nhiệt độ thời gian nhiệt độ cộng dồn Tốc độ thủy hóa ximăng tăng với tăng nhiệt độ tăng nhiệt độ lại ảnh hưởng đến tính chất học bê tơng phát triển tính chất theo thời gian Sự phụ thuộc định lượng cách sử dụng phương pháp luận tuổi bê tông Tuổi bê tông điều chỉnh thành tuổi tương đương để xét đến ảnh hưởng lịch sử tác động nhiệt độ (nhiệt độ cộng dồn) đến tính chất học 2.3 Giới thiệu phần mềm Midas MiDAS/Civil sản phẩm tiếng xây dựng vào năm 1989 phục vụ mục đích tính tốn kết cấu cầu với nhiều tính chuyên nghiệp hãng MiDAS It Co.,Ltđ Hàn Quốc Phần mềm áp dụng phổ biến nước châu Á Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc, Malaysia, Việt nam Phần mềm có nhiều tính đặc biệt, có tính liên quan đến nội dung đề tài mô hình hóa phân tích giai đoạn thi cơng có xét đến thay đổi tính vật liệu theo thời gian (co ngót, từ biến, chùng rão vật liệu) 2.4 Cơ sở phân tích tác động nhiệt thủy hóa Midas civil Trình tự việc mơ hình hóa phân tích thủy nhiệt cho kết cấu bê tông khối lớn thực sau: 12 - Xây dựng mơ hình kết cấu phản ánh cấu trúc hình học, vật liệu, tải trọng, trình thi cơng - Xác định biến thiên đặc trưng học vật liệu co ngót, từ biến cường độ theo thời gian - Xác định đặc trưng nhiệt vật liệu kết cấu, như: Nhiệt dung riêng hệ số dẫn nhiệt bê tông; Bề mặt tiếp xúc khối bê tông với môi trường hay với phận kết cấu khác q trình thi cơng; Nhiệt độ môi trường; Hàm mô tả nguồn nhiệt - Xây dựng hàm hệ số đối lưu - Mô tả hệ thống làm nguội (nếu có) - Phân tích xử lý kết 2.5 Cơ sở phân tích phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn có từ sớm, xuất từ năm 1940 phát triển mạnh vào năm 60 kỉ Được lập trình máy tính nên cho kết có tính xác cao, phương pháp phân tử hữu hạn sử dung rộng rãi nhiều lĩnh vực kỹ thuật cơng trình, khí, truyền nhiệt, thấm, trường điện thế, điện từ, chất lỏng Với phương pháp phần tử liên tục xem tập hợp phần tử hữu hạn kết nối nối với số vị trí (nút) Các nút thường nằm vị trí biên phần tử liền kề Sự biến thiên thực biến trường (ứng suất, chuyển vị, nhiệt độ, áp suất…) bên vật thể (môi trường liên tục) chưa biết trước, nên biến thiên biến trường bên phần tử hữu hạn giả thiết xấp xỉ với hàm đơn giản Hàm xấp xỉ (hay hàm nội suy) xác định theo biến trường nút Khi phương trình biến trường viết cho tồn miền tính toán, ẩn số 13 giá trị nút biến trường Bằng cách giải hệ phương trình ta xác định giá trị biến trường nút từ hàm nội suy giả thuyết ta xác đinh biến thiên biến trường miền tính tốn 14 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT THỦY HĨA ĐẾN THI CÔNG THÁP CẦU CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NGÃI 3.1 Thông số thiết kế tháp cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi Cầu Cửa Đại xây dựng bắt qua sơng Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi Cầu có chiều dài Lc= 1876,8m gồm 37 nhịp, 01 liên dầm EXTRADOSED nhịp 31 nhịp dẫn giản đơn dầm super T BTCT DƯL theo sơ đồ sau: (39+4x40)+(6x40)+ (5x40+39) + (75+4x120+75) + (39+4x40)+ (5x40) +(3x40+39)m, bề rộng mặt cầu B=22m Trụ tháp cầu Cửa Đại có tiết diện hình chữ nhật, chiều cao trụ tháp 20m (tính từ đỉnh mặt cầu), chiều ngang 2,0m, chiều rộng thay đổi từ 3,0 đến 6,0m Bệ trụ tháp có kích thước lớn với kích thước 25x25x3,5+ 11,5x11,5x1,5; đặt hệ cọc khoan nhồi gồm 28 cọc đường kính D=1,5m, tổng khối lượng bê tông bệ 2.400m3; 3.2 Phân tích ảnh hưởng nhiệt thủy hóa đến thi cơng tháp cầu Cửa Đại 3.2.1 Mơ hình hóa Midas Civil - Xác định hệ thống đơn vị: Hệ thống đơn vị sử dụng cho lực N, cho chiều dài mm, cho nhiệt Kcal - Khai báo vật liệu: Vật liệu tháp cầu bê tông Mac 40Mpa - Khai báo phụ thuộc vật liệu vào thời gian: (Co ngót từ biến) - Xây dựng lưới phần tử: Đối với toán phân tích thủy nhiệt, cần thơng tin thể tích nên phần tử mơ hình phải chọn phần tử khối (Solid element) Do kết cấu đối xứng hai trục nên cần xây dựng mơ hình cho ¼ kết cấu Các nút 15 nằm trục đối xứng gán liên kết thích hợp đảm bảo phản ánh trạng thái ứng suất - biến dạng kết cấu Việc xây dựng lưới phần tử thực theo sau: - Gán vật liệu tương ứng cho phần tử: - Dự kiến q trình thi cơng: (theo biện pháp thi công thực tế phê duyệt): thi công đổ bê tông bệ chia làm giai đoạn: giai đoạn thi công đến chiều cao bệ 3,5m, giai đoạn thi cơng với chiều cao 1,5m lại; - Định nghĩa nhóm kết cấu: tương ứng với q trình thi cơng nên ta chia làm nhóm kết cấu, nhóm Giai đoạn thi cơng 2; - Định nghĩa nhóm điều kiện biên: Nhóm điều kiện biên định nghĩa phụ thuộc vào thay đổi kết cấu trạng thái truyền, dẫn nhiệt q trình thi cơng + Ở giai đoạn thi công 1, kết cấu tiếp xúc với đất (bê tông bịt đáy) gán nhiệt độ cố định mặt (bằng nhiệt độ môi trường, ta chọn 25oC), tiếp xúc với ván khuôn thép xung quanh với khơng khí mặt + Ở giai đoạn thi công 2, điều kiện tiếp xúc phần kết cấu thi công giai đoạn thay đổi: bề mặt xung quanh tiếp xúc với khơng khí phần bề mặt khơng tiếp xúc với bên ngồi Khối bê tông thi công giai đoạn tiếp xúc với ván khuôn thép xung quanh tiếp xúc với khơng khí mặt - Gán điều kiện biên kết cấu: Điều kiện biên kết cấu gán cho nút tiếp xúc với đất nút nằm trục đối xứng Các nút tiếp xúc với đất gán điều kiện biên hạn chế chuyển vị theo phương thẳng đứng cho phép chuyển vị tự theo phương lại Các nút nằm mặt đối xứng song song với trục X khơng 16 có chuyển vị theo phương Y tương tự, nút nằm mặt đối xứng song song với trục Y khơng có chuyển vị theo phương X - Định nghĩa hàm nhiệt độ mơi trường: Nhiệt độ mơi trường nhiệt độ bên kết cấu Sự chênh lệch nhiệt độ bên bên kết cấu ảnh hưởng đến độ lớn tốc độ truyền nhiệt Với tốn phân tích thủy nhiệt, sử dụng nhiều hàm nhiệt độ môi trường khác tùy thuộc vào địa điểm khác định nghĩa hàm nhiệt độ môi trường khác - Định nghĩa hàm hệ số đối lưu: Hàm hệ số đối lưu thể hệ số đối lưu cho điều kiện tiếp xúc Ở đây, hai hàm hệ số đối lưu hàm hệ số đối lưu cho ván khuôn thép cho khơng khí - Xác định phần tử biên tiếp xúc: Để thực việc phân tích thủy nhiệt, cần xác định phần tử nằm biên tiếp xúc hàm hệ số đối lưu hàm nhiệt độ bên tương ứng - Xác định miền có nhiệt độ cố định (Prescribed Temperature): Một ràng buộc (điều kiện biên) phân tích thủy nhiệt khu vực có nhiệt độ cố định Đây nơi có nhiệt độ khơng thay đổi tồn q trình thi cơng, ví dụ phần tiếp xúc với đất - Xác định hàm nguồn nhiệt: hàm nguồn nhiệt mơ tả q trình sinh nhiệt thủy hóa khối bê tơng - Gán hàm nguồn nhiệt cho phần tử: Các hàm nguồn nhiệt định nghĩa cần gán cho phận kết cấu tương ứng - Mơ hình hóa q trình thi cơng: Như trình bày trên, việc thi công kết cấu bệ trụ chia làm giai đoạn chính, giai đoạn cho phần bệ giai đoạn cho phần vát Mơ hình khối bê tơng dùng phân tích có hình dáng sau: 17 Hình 3.1.Mơ hình khối móng dùng để phân tích Hình 3.2.Vị trí nút mơ hình dùng phân tích 3.2.2 Phân tích kết - Nhiệt độ (Temperature): Theo kết phân tích, nhiệt độ khối bê tông kết đặc trưng phân tích thủy nhiệt Do q trình thủy hóa, nhiệt độ bê tông giai đoạn đầu tăng lên sau giảm dần theo thời gian Ở nhiệt độ cao xuất giai đoạn thi công 1, vào thời điểm 72 sau đổ bắt đầu đổ bê tông với nhiệt độ 72,7oC (nhiệt độ nút N2727 - nút tâm bệ) Vùng nhiệt độ cao tập trung bệ giảm dần xung quanh bệ Biểu đồ trường phân bố nhiệt độ thời điểm khác cho thấy thời gian đầu nhiệt độ phân bố điểm lòng khối bê tơng, sau vùng xung quanh tâm khối nhiệt độ tăng cao với thể tích vùng co nhỏ lại Điều có 18 thể giải thích sau: thời gian đầu sau đổ bê tông, vữa bê tông dạng lỏng, khả đối lưu truyền nhiệt tốt nên nhiệt độ phân bố Càng sau, bê tơng bắt đầu đóng rắn, nhiệt lượng phát từ phản ứng thủy hóa xi măng bị tích tụ lòng khối làm nhiệt độ vùng xung quanh tâm tăng cao Từ kết phân tích biểu đồ nhiệt độ nút, ta nhận thấy nhiệt độ cao tập trung tâm khối bê tông (Nút N2727 nút N2745), hai vị trí diễn biến nhiệt độ giảm dần Tại nút N4759 nút N4772 khoảng thời gian từ 130 gần diễn biến giống nhau, sau nhiệt độ nút N4772 bắt đầu tăng lên tiến hành đổ bê tông giai đoạn Tương tự nút N4759 nút N4772, nút N6801 nằm mặt thoáng nên biểu đồ nhiệt độ diễn biến tương đối giống nhau, nhiệt độ tăng nhanh khoảng thời gian 20 sau đổ bê tông bắt đầu giảm dần nhiệt độ môi trường Tại biên, đặc biệt biên tự (mặt thoáng khối bê tơng) nhiệt độ có tăng khơng lớn nhanh chóng giảm nhiệt độ nhiệt độ mơi trường Tuy nhiên, chênh lệch nhiệt độ điểm nằm biên tự tâm khối lớn Tại tuổi 72 giờ: nhiệt độ tâm 72,70C nhiệt độ mặt thoát nhiệt tự 32,70C, chênh lệch nhiệt độ ΔT = 400C Hình 3.3 Biểu đồ nhiệt độ nút 19 Hình 3.4 Trường nhiệt độ cao - Ứng suất (Stress): Các giá trị ứng xuất phần tử khối thủy nhiệt hoàn toàn tương tự toán khác Để xem kết ứng suất mong muốn, người dùng chọn giai đoạn thi công, thời gian (bước thi công) phương ứng suất Từ kết phân tích ta thấy ứng suất khối bê tơng thời gian đầu sau đổ bê tông chủ yếu ứng suất nén, ứng suất kéo xuất chủ yếu mặt thống xung quanh góc cạnh ván khn Điều giải thích khoảng thời gian giai đoạn tăng nhiệt khối bê tơng, phần bê tơng phía có xu hướng nở nhiệt nên ứng suất phát sinh chủ yếu khối ứng suất nén Trong mặt thống góc ván khn bê tông bị giảm nhiệt độ nhanh (ra môi trường khơng khí qua ván khn) có xu hướng co, bị lớp phía có nhiệt độ cao kìm giữ nguyên nhân phát sinh ứng suất kéo lớp bê tông vị trí Khi ứng suất kéo vượt giới hạn kéo bê tơng bê tơng bị nứt Thay đổi ứng suất tâm khối bê tông phát triển cường độ chịu kéo bê tơng thể hình 3.31 Qua biểu 20 đồ nhận thấy rằng: giai đoạn tăng nhiệt độ khối bê tông (60 - 80 đầu đóng rắn) ứng suất nén tâm khối tăng dần Trong giai đoạn hạ nhiệt (sau 90 - 100 giờ) ứng suất nén giảm dần có cân với ứng suất kéo bắt đầu xuất tâm khối Trị số ứng suất kéo tăng dần tùy theo mức độ chênh lệch nhiệt độ tâm biên khối bê tơng (hình 3.31) Nếu giá trị ứng suất kéo vượt cường độ chịu kéo bê tơng thời điểm bê tông bị nứt Căn vào kết phân tích dự đốn qui luật phát triển giá trị nhiệt độ ứng suất bê tông để đưa phương án thi công kết cấu bê tông hợp lý biện pháp xử lý kịp thời trình bảo dưỡng phòng chống nứt, đảm bảo chất lượng cho bê tông khối lớn Từ biểu đồ ứng suất nút N4759 (nút bề mặt) ta nhận thấy sau đổ bê tông 20 giờ, ứng suất bề mặt bắt đầu vượt ứng suất kéo cho phép, dẫn đến thời điểm bắt đầu xuất vết nứt Giai đoạn kéo dài đến thời điểm khoảng 130 Ứng suất cao 4,46Mpa trùng với thời điểm nhiệt độ khối bê tông đạt nhiệt độ cao Từ biểu đồ trường phân bố ứng suất ta nhận thấy ứng suất kéo lớn xuất bề mặt khối bê tông chênh lệch nhiệt độ vị trí lớn Vì vậy, nguy xuất vết nứt bề mặt cao Điều chứng tỏ thay đổi nhiệt độ khối bê tông ảnh hưởng lớn đến ứng suất khối bê tơng 21 Hình 3.5 Biểu đồ ứng suất nút N2745 N4772 Hình 3.6 Trường ứng suất lúc nhiệt độ cao (72 giờ) - Chuyển vị (Displacement): Thông qua biểu đồ trường chuyển vị, chuyển vị lớn khối xảy lúc nhiệt độ khối bê tông giai đoạn phát triển nhiệt mạnh với giá trị 5,4mm xuất vị trí biên khối bê tơng từ thời điểm 50-72 Sau đó, chuyển vị giảm dần theo nhiệt độ giảm dần khối bê tông Điều chứng tỏ thay đổi nhiệt độ khối bê tông ảnh hưởng lớn đến chuyển vị khối bê tơng 22 Hình 3.7 Trường chuyển vị Lúc 140 - Quan hệ ứng suất kéo cho phép so với ứng suất gây nứt (Crack ratio) Hình 3.8 Biểu đồ ứng suất gây nứt nút N4759 Hình 3.9 Biểu đồ ứng suất gây nứt nút N2727 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua phân tích thảo luận chương 3, luận văn đến số kết luận cụ thể sau: 1.1 Tác động nhiệt thủy hóa đến bê tơng tháp cầu Cửa Đại lớn, cần xem xét kỹ vấn đề thi công 1.2 Đối với bệ trụ tháp cầu Cửa Đại với kích thước 25x25x3,5+ 11,5x11,5x1,5m, mác bê tông 40MPa, nhiệt độ môi trường 25oC nhiệt độ lớn nhiệt thủy hóa gây tâm bệ trụ thời điểm 72 sau đổ bê tông 72,7°C, chênh lệch nhiệt độ tâm bệ bề mặt bệ 40°C Do cần có biện pháp nhiệt thủy hóa cho bê tơng tháp cầu 1.3 Ứng suất kéo lớn xuất trình đổ bê tông xuất bề mặt bệ tháp 4.46Mpa Khoảng từ 20h-140h sau đổ bê tơng ứng suất bê kéo bề mặt vượt ứng suất kéo cho phép 1.4 Tỷ số nứt (Crack ratio) nguy hiểm giai đoạn từ 20h-120h giai đoạn đổ bệ tháp, lúc tỷ số ứng suất ứng suất cho phép (Crack ratio=0.6-1), chứng tỏ cấu kiện bê tơng bị nứt khơng có biện pháp kiểm sốt Kết phân tích trường nhiệt độ ứng suất nhiệt phương pháp PTHH mô tả qui luật thay đổi xác định giá trị chúng vị trí thời điểm đóng rắn khác bê tơng Kết phân tích khẳng định tầm quan trọng việc kiểm soát trường nhiêt độ - ứng suất nhiệt để chống nứt nhiệt cho bê tông khối lớn điều kiện khí hậu Việt Nam Kiến nghị Và Qua việc phân tích làm rõ chương 3, luận văn đến số kiến nghị sau: 24 2.1 Nhiệt thủy hóa xuất tháp cầu Cửa Đại cao (72,7°C) chênh lệch nhiệt độ 40°C, đồng thời ứng suất gây nứt nhiều thời điểm vượt ngưỡng cho phép gây nứt tháp cầu Cửa Đại – Quảng Ngãi 2.2 Cần thực biện pháp làm mát hạn chế tác động nhiệt thủy hóa thi công tháp cầu Cửa Đại - tỉnh Quảng Ngãi 2.3 Qua phân tích thấy rằng, chuyển vị nhiệt thủy hóa gây lớn gần 5.4 mm, cần xem xét đến tác động 2.4 Từ việc phân tích phương pháp PTHH, mở rộng phân tích mơ hình kết cấu thực tế, từ đưa dự báo điều chỉnh kịp thời phương án thi công trước thi cơng thức Căn thay đổi phân bố nhiệt độ - ứng suất nhiệt phần khối bê tơng, đưa biện pháp thi công bảo dưỡng hiệu nhằm giảm chênh lệch nhiệt độ lớp bê tông, như: giữ nhiệt khối đổ (bằng vật liệu cách nhiệt); đưa nhiệt khối bê tơng ngồi ống chứa nước lạnh; điều chỉnh tỏa nhiệt lớp bê tơng khác cấp phối tính toán lượng thép bổ sung chịu ứng suất kéo vị trí cần thiết với mục đích đảm bảo chất lượng độ bền sử dụng kết cấu bê tông khối lớn Hướng phát triển đề tài - Nghiên cứu biện pháp hạn chế ảnh hưởng nhiệt thủy hóa cho bê tơng khối lớn cầu Cửa Đại nói riêng xây dựng nói chung - Dùng thực nghiệm để nghiên cứu đối chứng với kết phân tích để có kết luận sâu - Nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống làm mát cho bê tông khối lớn ... Đại – tỉnh Quảng Ngãi cầu lớn gồm tháp với khối lượng bê tông lớn, đặc biệt lượng bê tông cho bệ tháp Do đó, việc tiến hành phân tích nghiên cứu ứng xử bê tơng tháp cầu Cửa Đại nhiệt thủy hóa cần... HƯỞNG CỦA NHIỆT THỦY HĨA ĐẾN THI CƠNG THÁP CẦU CỬA ĐẠI, TỈNH QUẢNG NGÃI 3.1 Thông số thiết kế tháp cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi Cầu Cửa Đại xây dựng bắt qua sông Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi Cầu. .. nhiệt thủy hóa Chương Phân tích ảnh hưởng nhiệt thủy hóa đến thi cơng tháp cầu Cửa Đại, tỉnh Quảng Ngãi 4 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan Cầu Cửa Đại – tỉnh Quảng Ngãi Cầu Cửa