Phân tích trường ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong trụ cầu bê tông cốt thép bằng phương pháp đồng nhất hóa

Diễn đàn khoa học 07/12/2021 15:24

Phân tích ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) ở tuổi sớm là một yêu cầu quan trọng cần phải được nghiên cứu, bởi hiện tượng này có thể là nguyên nhân gây nứt kết cấu ở giai đoạn thi công. Một trụ cầu BTCT được phân chia thành hai loại vật liệu bằng phương pháp đồng nhất hóa: Vật liệu thuần bê tông ở khu vực lõi và vật liệu BTCT tương đương ở phần vỏ của trụ. Trong đó, phương pháp này được dùng để xác định chiều dày, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng và các đặc trưng vật liệu thay đổi theo thời gian như mô-đun đàn hồi, hệ số Poisson của lớp vỏ BTCT. Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng các tham số vật liệu đạt được ở trên để phân tích trường ứng suất nhiệt của kết cấu trụ cầu. Từ kết quả phân tích này có thể đưa ra các giải pháp thi công phù hợp nhằm kiểm soát nứt do nhiệt thủy hóa của xi măng trong kết cầu trụ cầu BTCT.

Tác giả: TS. VŨ BÁ THÀNH; ThS. NCS. NGUYỄN XUÂN LAM; TS. LÊ BÁ ANH; PGS. TS. NGUYỄN DUY TIẾN; PGS. TS. NGUYỄN NGỌC LONG - Trường Đại học Giao thông vận tải

Quá trình đồng nhất hóa vật liệu: a) - Kết cấu không đồng nhất; b) - Kết cấu đồng nhất; c) REV

Để chính xác hóa trong việc phân tích ứng xử nhiệt của kết cấu BTCT khối lớn thay vì chỉ sử dụng vật liệu thuần bê tông đơn giản, ta cần phải chia kết cấu BTCT này thành từng khu vực với các vật liệu khác nhau, bởi vì hầu hết khu vực lõi của khối kết cấu chỉ là vật liệu thuần bê tông trong khi khu vực bên ngoài kết cấu được bố trí cốt thép chịu lực với mật độ lớn. Do sự khác biệt về đặc tính của hai loại vật liệu này như hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, mô-đun đàn hồi, hệ số Poisson, nên ảnh hưởng của cốt thép là làm thay đổi đặc tính lớp vỏ của khối là đáng kể. Để phân chia khu vực vật liệu thuần bê tông và lớp BTCT tương đương, chúng tôi sử dụng phương pháp đồng nhất hóa vật liệu [1,2] để xác định các tham số vật liệu tương đương cũng như chiều dày tương đương của lớp BTCT này.

Hơn nữa, trong kết cấu phần dưới của công trình cầu như trụ cầu BTCT hiện nay, yêu cầu cần phải sử dụng hỗn hợp bê tông có cấp thiết kết lớn từ cấp 25 MPa (C25) tới cấp 35 MPa (C35). Để có các loại hỗn hợp bê tông này, người ta phải tăng hàm lượng xi măng, điều này dẫn tới lượng nhiệt phát sinh do thủy hóa xi măng tăng cao, đặc biệt là trong kết cấu bê tông khối lớn như trụ cầu.

Trong bài báo này, chúng tôi phân tích trường ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng của một trụ cầu BTCT thực tế sử dụng hỗn hợp bê tông C30 trong giai đoạn thi công, với việc phân chia trụ này thành hai lớp vật liệu. Mô hình phân tích sử dụng nguồn nhiệt phát sinh theo thí nghiệm đoạn nhiệt trong phòng thí nghiệm [3] với hỗn hợp bê tông được sử dụng để thi công trụ. Các tham số vật liệu của lớp BTCT tương đương được lấy từ các nghiên cứu trước [4,5,6] với việc sử dụng phương pháp đồng nhất hóa.

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