Trong bài viết này, tác giả sẽ trình bày về cách mô phỏng bài toán nhiệt bằng phương pháp phần tử hữu hạn (ANSYS), dự đoán kết quả phát triển nhiệt độ của cấu kiện dầm chuyển có sử dụng hệ thống ống giải nhiệt (cooling pipe), khảo sát, so sánh kết quả mô phỏng với số liệu đo nhiệt độ thực tế tương ứng với vị trí lắp đặt sensor cho cấu kiện dầm chuyển, từ đó đưa ra nhận xét một số vấn đề dẫn đến sai số giữa số liệu đo thực tế và kết quả mô phỏng.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (1V): 35–47 MÔ PHỎNG GIẢI NHIỆT CHO DẦM CHUYỂN BÊ TÔNG KHỐI LỚN BẰNG HỆ THỐNG ỐNG LÀM MÁT Trần Văn Miềna,b,∗, Nguyễn Hữu Phúa,b a Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 268 đường Lý Thường Kiệt, quận 10, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam b Đại học Quốc gia TP HCM, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Nhận ngày 10/10/2021, Sửa xong 15/01/2022, Chấp nhận đăng 11/02/2022 Tóm tắt Từ đầu kỷ XXI, công nghệ thi công xây dựng ngày phát triển mạnh mẽ, kiến trúc mang tính biểu tượng cho tòa nhà cao tầng với thiết kế đa dạng phong phú ngày ưa chuộng Vì vậy, với thiết kế kiến trúc mang tính biểu tượng đòi hỏi cấu kiện kết cấu ngày phức tạp: kích thước móng lớn, hệ dầm chuyển để thay đổi bước cột, hệ vách lõi cứng kích thước lớn để đảm bảo làm việc ổn định lâu dài cho cơng trình Hầu hết cấu kiện gặp khó khăn vấn đề kiểm sốt nứt thi cơng bê tơng khối lớn ứng suất nhiệt Trong viết này, tác giả trình bày cách mơ tốn nhiệt phương pháp phần tử hữu hạn (ANSYS), dự đoán kết phát triển nhiệt độ cấu kiện dầm chuyển có sử dụng hệ thống ống giải nhiệt (cooling pipe), khảo sát, so sánh kết mô với số liệu đo nhiệt độ thực tế tương ứng với vị trí lắp đặt sensor cho cấu kiện dầm chuyển, từ đưa nhận xét số vấn đề dẫn đến sai số số liệu đo thực tế kết mơ Từ khố: nhiệt hydrat hóa; ống giải nhiệt; bê tông khối lớn; dầm chuyển; phần tử hữu hạn PREDICTION OF TEMPERATURE RISE OF MASS REINFORCED CONCRETE TRANSFER BEAM EMBEDDED COOLING PIPE Abstract Since the beginning of the twenty-first century, construction technology has grown strongly, high-rise buildings with iconic architecture designed diversely turns increasingly popular It is required the special structural facts for iconic architectural designs like that: large foundation, transfer beam for column layout change, large regrid core - wall to ensure stable and long-term construction There are the most difficulty in cracking problem of mass concrete as thermal stress generated In this article, the author will show how to simulate the thermal problem by the finite element method (ANSYS), predicting the temperature increasing results of the transfer beam using the cooling pipe system Compared with the actual temperature data collected at the construction site, thereby identifying the reason for the actual error between the actual and simulated temperature results to optimize the input data Keywords: hydration heat; cooling pipe; mass concrete; transfer beam; finite element https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2022-16(1V)-04 © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) Giới thiệu Vấn đề nứt liên quan đến nhiệt độ kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) bê tông ứng suất trước khối lớn thách thức kỹ thuật cơng trình xây dựng ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: tvmien@hcmut.edu.vn (Miền, T V.) 35 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng nhiều năm qua, đặc biệt dự án có kết cấu dầm, sàn chuyển thường nằm vị trí cao, có mặt thống rộng tiếp xúc với khơng khí làm chênh lệch nhiệt độ giới hạn cho phép bề mặt bên bên tâm khối bê tơng Trong đó, lực nhà cung cấp bê tơng địa phương cịn hạn chế công nghệ thi công trộn bê tông, nguồn vật liệu đầu vào không đáp ứng đủ điều kiện nhiệt độ thi cơng bê tơng khối lớn Vì vậy, cần phải có giải pháp kiểm sốt nhiệt độ từ bên hệ thống ống làm mát khối bê tơng để kiểm sốt chênh lệch nhiệt độ Nhiều nghiên cứu nước thực mô phát triển nhiệt độ bê tông khối lớn, mô – ứng dụng biện pháp gắn ống giải nhiệt để kiểm soát nhiệt độ cho bê tông khối lớn Ishikawa [1] thực phân tích nhiệt cho đập bê tơng kiểu trọng lực với chương trình phần tử hữu hạn phần mềm ADIAN Waleed cs [2] trình bày kỹ thuật phân tích dựa phần tử hữu hạn để đánh giá nhiệt độ bên thân đập RCC phương pháp FE hai chiều dựa công thức Taylor - Galerkin Riding cs [3] so sánh giá trị nhiệt độ tính tốn từ ba phương pháp dự đốn nhiệt độ bê tơng thường sử dụng: phương pháp tính tốn nhiệt độ đơn giản (PCA), phương pháp đồ họa ACI 207.2R [4], phương pháp truyền nhiệt số (Phương pháp Schmidt) với nhiệt độ thực tế tám phận cầu bê tông đo trình xây dựng Tasri Susilawati [5] nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nước làm mát, không gian ống làm mát đến phân bố nhiệt độ ứng suất nhiệt bê tông dựa loại bê tơng, tính chất nhiệt kích thước cấu kiện sau làm mát Chức cs [6] nghiên cứu mơ hình dự đốn tốn học chế độ nhiệt cấu kiện bê tơng khối lớn có sử dụng hệ thống ống làm lạnh Các nghiên cứu trước đây, tốn mơ dự đốn nhiệt độ thường tập trung cho cấu kiện bê tơng móng khối lớn, chưa có nghiên cứu đề cập cho bê tơng dầm chuyển khối lớn Vị trí kết cấu dầm chuyển thường nằm cao bị ảnh hưởng lớn đến tác động điều kiện mơi trường: gió, mưa Bên cạnh đó, việc thi cơng bê tơng dầm chuyển khối lớn gặp nhiều vấn đề: cấp phối bê tông mác cao (C40/50), bê tông phải đạt sớm cường độ để đảm bảo tiến độ thi công, lực nhà cung cấp bê tông địa phương Các yếu tố tác động lớn việc phát triển nhiệt độ bê tơng dầm chuyển khối lớn sau đổ Ngồi ra, nghiên cứu nước hạn chế việc so sánh kết mô với kết đo nhiệt độ thực tế kết cấu bê tơng khối lớn Bài báo mơ dự đốn phát triển nhiệt độ cấu kiện dầm chuyển BTCT khối lớn lắp đặt hệ thống ống giải nhiệt (cooling pipe) phương pháp phần tử hữu hạn (ANSYS) với điều kiện biên gần với thực tế thi công so sánh kết mô với liệu nhiệt độ theo dõi thực tế cấu kiện thực thi cơng Từ đó, đưa nhận xét số vấn đề dẫn đến sai số số liệu đo thực tế kết mô Cơ sở lý thuyết 2.1 Phương trình truyền nhiệt Nhiệt sinh q trình xi măng hydrat hóa nguyên nhân làm gia tăng nhiệt độ theo thời gian kết cấu bê tông khối lớn Sự phân bố nhiệt độ theo thời gian không gian kết cấu bê tơng khối lớn tính tốn theo phương trình truyền nhiệt sau [7]: ∂T ∂2 T ∂2 T ∂2 T ∂θ =a + + + ∂τ ∂τ ∂x ∂y ∂z (1) k độ khuếch tán nhiệt độ bê tông; k hệ số dẫn nhiệt bê tông; c nhiệt cρ dung riêng bê tông; ρ khối lượng riêng bê tông; T trường nhiệt độ xem xét; θ nhiệt độ đoạn nhiệt tăng lên suốt q trình thủy hóa xi măng; τ thời gian; x, y, z tọa độ điểm xét đó: a = 36 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 2.2 Điều kiện biên Xem xét khối bê tơng khối lớn, q trình truyền nhiệt ba chiều môi trường bất đẳng hướng mơ tả theo phương trình [8]: ρc ∂T ∂2 T ∂2 T ∂2 T ∂θ = k x + ky + kz + ∂t ∂t ∂x ∂y ∂x (2) đó: ρ khối lượng thể tích bê tông, kg/m3 ; c tỷ nhiệt bê tông, kcal/kg◦ C ; T (x, y, z, t) nhiệt độ tọa độ (x, y, z) thời điểm t, ◦ C ; k x , ky , kz hệ số dẫn nhiệt vật ∂θ liệu theo phương x, y, z; tổng lượng nhiệt sinh đơn vị thể tích trình thủy ∂t hóa xi măng, kcal/m3 Các điều kiện biên xem xét: - Tại biên nhiệt độ không đổi với t > 0: T (x, y, z, t) = T (3) - Tại biên truyền nhiệt với t > 0: ∂T ∂T ∂T n x + ky ny + kz nz + q (t) = ∂x ∂y ∂z (4) ∂T ∂T ∂T n x + ky ny + kz nz + hc (T − T ∞ ) = ∂x ∂y ∂z (5) kx - Tại biên đối lưu với t > 0: kx đó: n x , ny , nz cosin phương mặt truyền nhiệt xét; q (t) nhiệt sinh đơn vị thể tích thời điểm t, kcal/m3 ; hc hệ số đối lưu, kcal/m2 h◦ C ; T ∞ nhiệt độ mặt đối lưu, ◦ C Hình Các biên truyền nhiệt kết cấu bê tông dầm chuyển khối lớn 2.3 Chương trình phần tử hữu hạn ANSYS Trong phạm vi trình bày báo này, chương trình phần tử hữu hạn ANSYS [9] sử dụng để phân tích nhiệt độ cấu kiện dầm chuyển BTCT khối lớn Các thông số đầu vào cho phân tích nhiệt chủ yếu hệ số đối lưu, nhiệt độ môi trường, tốc độ sinh nhiệt bên bê tơng, đặc tính 37 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vật liệu điều kiện biên nhiệt Sự phân bố nhiệt độ bê tông khối lớn thường trình nhiệt thời nhiệt độ bê tông khối lớn thay đổi theo thời gian Phương trình vi phân truyền nhiệt (2) giải cho phân bố nhiệt độ bên mặt cắt ngang bê tông Các điều kiện biên sử dụng để phân tích nhiệt bề mặt đáy tất bề mặt bên (biên đối lưu) Phương trình (2) biểu diễn dạng ma trận: ¯ {T} = {Q} [C] T˙ + K (6) ¯ ma trận hệ số truyền nhiệt (dẫn đó: [C] ma trận nhiệt dung riêng, ma trận tỷ nhiệt; K nhiệt, đối lưu); {Q} tổng vector thơng lượng nhiệt cho q trình thủy hóa bên đối lưu nhiệt; {T} vector nhiệt độ nút; T˙ vector đạo hàm theo thời gian nhiệt độ nút {T} Mối quan hệ nhiệt độ thời điểm định thời điểm liên tiếp áp dụng cách sử dụng quy tắc hình thang Hình sơ đồ tích phân theo bước thời gian cho phương trình truyền nhiệt, thể Cơng thức (7) [10]: {Tn+1 } = {Tn } + (1 − Θ)∆t T˙ n + Θ∆t T˙ n+1 (7) đó: {Tn } nhiệt độ thời điểm cho; Hình Quy tắc hình thang tổng quát với miền {Tn+1 } nhiệt độ thời điểm kế tiếp; ∆t thời gian khoảng thời gian; Θ hệ số phương pháp “lược đồ-θ” Phương trình có cách giải phương trình (6) phương trình (7) miền thời gian số 1 [C] + Θ [K] {Tn+1 } = [C] − (1 − Θ) [K] {Tn } + (1 − Θ) {Qn } + Θ {Qn+1 } ∆t ∆t (8) đó: Θ 1/2 phương pháp Crank – Nicolson Khi đó, phương trình (8) có dạng tổng qt sau: [AG ] {∆T} = {QG } (9) 1 đó: [AG ] = [C] + [K]; {QG } = ({Qn } + {Qn+1 } − 2[K] {Tn }); {∆T} biểu diễn thay đổi ∆t 2 nhiệt độ điểm nút theo bước thời gian ∆t, sử dụng để tính nhiệt độ giai đoạn thời gian công thức (10): (10) {Tn+1 } = {Tn } + {∆T} Giá trị [C] [K] phương trình khơng đổi phần tử độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng nhiệt dung riêng số Điều có nghĩa ma trận [AG ] cho phần tử có giá trị khơng đổi cho khoảng thời gian Do đó, thay đổi nhiệt độ nút dựa giá trị vectơ thông lượng nhiệt QG Nói cách khác, thay đổi nhiệt độ hàm số thời gian tính toán cho giá trị thay đổi tốc độ thủy hóa bê tơng nhiệt độ mơi trường xung quanh Như trình bày trên, đại lượng nhiệt truyền phần tử có tính chất nhiệt, phần tử bao gồm nút Phần tử phần tử rắn ba chiều, đẳng hướng tám nút, với bậc nhiệt độ tự nút Một phần tử gọi PLANE 70 - 3D Thermal Solid ANSYS [9] 38 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Phần tử hữu hạn SOLID 70 Mô kiểm soát nhiệt độ cho dầm chuyển BTCT khối lớn ống giải nhiệt (cooling pipe) 3.1 Khai báo thông số đầu vào mơ hình a Khai báo vật liệu kích thước hình học Cấu kiện dầm chuyển sử dụng nghiên cứu có kích thước B × H × L là: 2,97 m; 2,3 m; 6,5 m Tổng lượng bê tông 44,4 m3 Dầm chuyển thiết kế sử dụng bê tông với cường độ chịu nén C40/50, cấp phối bê tông C40/50 thể Bảng Hệ thống ống giải nhiệt làm thép có chiều dày 2,1 mm bố trí dầm chuyển thành lớp ống, khoảng cách bố trí ống giải nhiệt theo phương ngang phương đứng 600 mm (Hình 4) Nước bơm vào hệ thống ống giải nhiệt với nhiệt độ 25-30 °C lưu lượng 20 lít/phút Bảng Cấp phối bê tơng dầm chuyển C40/50 cơng trình Loại vật liệu Đơn vị Giá trị Xi măng PCB40 Cát Đá dăm Nước Phụ gia Tro bay kg kg kg lít lít kg 450 710 990 151 6,4 130 (a) Kích thước khối bê tơng dầm chuyển khối lớn (b) Mặt bố trí ống giải nhiệt (c) Mặt cắt bố trí ống giải nhiệt Hình Kích thước bố trí ống giải nhiệt bê tông dầm chuyển khối lớn 39 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Các giá trị đầu vào phân tích nhiệt ứng suất nhiệt [11] Thuộc tính Đơn vị Giá trị Hệ số truyền nhiệt k Nhiệt dung riêng c Khối lượng riêng ρ Cường độ chịu nén fck Hệ số giãn nở nhiệt Hệ số Poisson kJ/m · h/°C kJ/kg/°C kg/m3 kG/m2 /°C 8,595 1,001 2370 × 106 1,0 × 10−5 0,2 Sự sinh nhiệt bên tính độ tăng nhiệt đoạn nhiệt Cơng thức (11) nhiệt độ gần tâm bê tông khối lớn gần nhiệt độ đoạn nhiệt Độ lớn gia tăng nhiệt độ đoạn nhiệt hình dạng đường cong thay đổi đáng kể tùy thuộc vào hỗn hợp bê tông cụ thể Phương trình tăng nhiệt độ đoạn nhiệt hiển thị dạng hàm số mũ Sukiyaki [10] đề xuất T (t) = K − e−αt (11) đó: T lượng tăng nhiệt độ đoạn nhiệt thời điểm, (°C); α hệ số tăng nhiệt độ (tốc độ phản ứng); K mức tăng nhiệt độ đoạn nhiệt cuối đạt thử nghiệm, (°C); t là thời gian, (ngày); Tổng nhiệt lượng tỏa đơn vị thể tích nhận theo phương trình: Q (t) = CρT (t) = KCρ − e−αt (12) Bằng cách đạo hàm công thức (12) theo thời gian, nhiệt sinh đơn vị thể tích đơn vị thời gian tính sau: qh (t) = ∂Q (t) = KCραe−αt ∂t Hình Biểu đồ nhiệt sinh đợn vị thể tích theo thời gian 40 (13) Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Bảng thơng số tính tốn cho tăng nhiệt độ đoạn nhiệt Thuộc tính Đơn vị Giá trị Nhiệt độ bê tông đổ Mô đun đàn hồi Hằng số hàm tăng nhiệt độ đoạn nhiệt °C GPa 35,0 35,2 K = 59,6°C; α = 1, 113 b Khai báo điều kiện biên Bảng Dữ liệu đo nhiệt độ môi trường theo thời gian Thời gian (h) Thời gian (s) Nhiệt độ môi trường thời điểm t (°C) Thời gian (h) Thời gian (s) Nhiệt độ môi trường thời điểm t (°C) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 7200 14400 21600 28800 36000 43200 50400 57600 64800 72000 79200 86400 93600 100800 108000 115200 36 38,2 37,6 32,2 30,3 29,5 33,3 29,4 29,5 28,1 28,5 29,5 34,4 31,7 30 33,1 31,2 34 36 38 40 42 44 46 48 52 56 60 64 68 72 76 80 122400 129600 136800 144000 151200 158400 165600 172800 187200 201600 216000 230400 244800 259200 273600 288000 28,5 27,8 27,9 28 27 27,2 27,2 30,8 28 27,5 26,3 26,8 26,5 28 32 28 Bảng Hệ số đối lưu nhiệt số loại ván khuôn [11] Số hiệu Loại ván khuôn phương pháp bảo dưỡng Hệ số đối lưu nhiệt W/m2 · °C Dạng thép, dưỡng hộ phun (độ nhúng sâu < 10 mm) Ván ép Tấm ủ Tấm che dưỡng hộ bê tông, phủ che dưỡng hộ, bao gồm ủ Lớp xốp polystyrene (chiều dày: 50mm) + ván Túi khí kẹp (có đính kèm): tấm, tấm, Bề mặt thống tiếp xúc bê tơng, đất, đá gốc 14 6 6, 4, 14 41 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Biểu đồ thay đổi nhiệt độ môi trường thực tế Bảng Bảng thông số thiết kế đường ống làm mát Thuộc tính Đơn vị Giá trị Đường kính ống Chiều dày ống Số lớp ống Khoảng cách bố trí ống theo phương ngang Khoảng cách bố trí ống theo phương đứng Nhiệt độ nước cấp Lưu lượng nước mm mm 27 2,1 600 600 25 - 30 20 mm mm °C lít/phút 3.2 Kết mơ nhiệt độ dầm chuyển BTCT khối lớn Hình Vùng nhiệt độ tâm khơng có hệ thống ống giải nhiệt dọc theo chiều dài khối bê tông dầm chuyển 42 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Nhiệt độ tâm dầm chuyển phân bố theo không gian thời gian mơ tính tốn với trường hợp khơng lắp đặt có lắp đặt hệ thống ống giải nhiệt, thể Hình 10 tương ứng với vị trí lắp đặt sensor số thực tế trường Hình 13 Hình Vùng nhiệt độ khối bê tông dầm chuyển (đoạn giữa) khơng có hệ thống ống giải nhiệt Hình Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm dầm chuyển BTCT khơng lắp đặt ống giải nhiệt Hình 10 Vùng phân bố nhiệt độ khối bê tông dầm chuyển (đoạn giữa) lắp đặt ống giải nhiệt 43 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình 11 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm dầm chuyển BTCT có lắp đặt ống giải nhiệt Các kết mô cho thấy rằng, với bê tơng dầm chuyển khơng có gắn ống giải nhiệt, 72 đầu, nhiệt độ khối bê tông liên tục tăng đạt cực đại thời điểm 60h với giá trị T max = 83,5°C Nhiệt độ T max > 71°C [12] có nguy xảy tượng trì hỗn enttringite, hình thành vết nứt bên tâm khối bê tông Về lâu dài, vết nứt phát triển làm khả chịu lực kết cấu dầm chuyển Vùng có nhiệt độ lớn phân bố chủ yếu khu vực gần tâm khối bê tông giảm dần phía mép biên Tại thời điểm 60h, chênh lệch nhiệt độ tâm khối so với mép mép mặt cắt ∆T = 11°C ∆T = 29°C Biên đối lưu nhiệt bên thông qua lớp ván làm thất thoát nhiệt nhanh, mép biên bên cách nhiệt xốp nên nhiệt độ bị thất thoát Với ∆T > 20°C khả ứng suất kéo sinh chênh lệch nhiệt độ lớn cường độ chịu kéo bê tơng thời điểm từ hình thành vết nứt kết cấu dầm chuyển [13] Đối với khối bê tơng dầm chuyển có lắp đặt ống giải nhiệt, 24 đầu, nhiệt độ khối bê tông liên tục tăng đạt cực đại thời điểm 24h với giá trị T max = 68,1°C Với nhiệt độ T max khó xảy tượng trì hỗn enttringite Vùng có nhiệt độ lớn phân bố chủ yếu khu vực gần tâm khối bê tông giảm dần phía mép biên Tại thời điểm 60h, chênh lệch nhiệt độ mép khối đổ so với tâm mép mặt cắt ∆T = 4,8°C ∆T = 12,9°C Sự chênh lệch nhiệt độ biên biên so với tâm khối nằm khoảng giá trị cho phép ∆T < 20°C [13], ứng suất kéo chênh lệch nhiệt độ sinh không lớn, nhỏ cường độ chịu kéo bê tơng, khơng có khả hình thành vết nứt dầm chuyển Qua kết mô thể Hình Hình 10, thấy vùng nhiệt độ lớn tập trung phân bố xung quanh tâm khối bê tơng trường hợp khơng có bố trí ống giải nhiệt Trong đó, việc bố trí ống giải nhiệt làm phân bố vùng nhiệt độ lớn tập trung xung quanh mép biên khối bê tơng Ngun nhân có phân bố khác việc bố trí ống giải nhiệt qua tâm khối bê tông làm cho đối lưu nhiệt tâm khối bê tông lớn mép biên có bố trí lớp xốp bảo ơn Theo dõi nhiệt độ khối bê tơng dầm chuyển có bố trí hệ thống làm mát thực tế trường Các lớp vật liệu bảo ôn cho dầm chuyển khối lớn thể Hình 12 bên Các vị trí lắp đặt sensor theo dõi nhiệt độ dầm chuyển trình bảo dưỡng thể Hình 13 Nhiệt độ dầm chuyển ghi nhận ngày liên tục sau hoàn thành phủ đầy đủ lớp ủ nhiệt, nhiệt độ dầm chuyển thay đổi theo thời gian thể Hình 14 Kết Hình 14 cho thấy rằng, lắp đặt ống giải nhiệt nhiệt độ lớn dầm chuyển T max = 69,5°C xuất 44 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng thời điểm 12h sau hoàn thành ủ nhiệt, vùng nhiệt độ cao tập trung mặt đến tâm khối bê tơng dầm chuyển Hình 12 Biện pháp bảo ôn dầm chuyển (a) Vị trí gắn sensor đo nhiệt độ (b) Mặt điểm gắn sensor (c) Mặt cắt gắn sensor Hình 13 Vị trí, mặt mặt cắt phân bố sensor theo dõi nhiệt độ dầm chuyển Hình 14 Kết theo dõi nhiệt độ bê tông dầm chuyển sau ủ nhiệt Vùng phân bố nhiệt độ cao khối bê tông tập trung mặt đến tâm khối dầm chuyển lý giải lớp xốp cách nhiệt phía bên hạn chế trao đổi nhiệt với môi trường bên tốt mặt thành đáy dầm chuyển đóng ván khn gỗ 45 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình 15 thể nhiệt độ vị trí dầm chuyển, giá trị nhiệt độ thu nhận thông qua mô tính tốn đo đạc liên tục thực tế cấu kiện từ lúc hoàn thành phủ ủ nhiệt đến 80 sau đo nhiệt độ chu kỳ Hình 15 cho thấy biểu đồ phát triển nhiệt độ khối bê tông mô có dạng đường cong liên tục, nhiệt độ tăng liên tục khoảng thời gian 0h đến 24h sau giảm dần theo thời gian Thời điểm đạt nhiệt độ lớn dầm chuyển theo kết mô thực tế thi công 24h 12h Hình 15 Giá trị nhiệt độ thực nghiệm mô điểm gắn sensor Nhiệt độ lớn khối bê tông kết mơ so với liệu đo thực tế có chênh lệch khơng đáng kể Kết theo tính tốn mơ T max = 68,1°C kết đo nhiệt độ thực tế T max = 69,5°C Nguyên nhân dẫn đến sai lệch thời điểm đạt nhiệt độ lớn dầm chuyển theo kết mô thực tế thi công do: - Trong thực tế thi cơng nhiệt độ nước cấp đầu vào cho hệ thống giải nhiệt thay đổi theo thời gian, tốn mơ giữ cố định nhiệt độ nước bơm vào hệ thống giải nhiệt lắp đặt dầm chuyển; - Trong thực tế thi công, nhiệt độ bê tông bắt đầu ghi nhận sau hoàn thành thi công lớp vật liệu ủ nhiệt mặt dầm chuyển; - Bài tốn mơ chưa xét đến truyền nhiệt từ cốt thép, thực tế thi công dầm chuyển bố trí với lượng thép dày đặc; - Ngồi ra, dầm chuyển nằm vị trí cao nên việc bơm bê tông lên cao làm tăng nhiệt độ bê tông tác động ma sát thành ống bơm hỗn hợp bê tơng Vì vậy, nên sử dụng thông số nhiệt độ ban đầu bê tông nhiệt độ đo sau bê tông qua khỏi đường ống bơm Kết luận Trong thiết kế thi công kết cấu dầm chuyển BTCT khối lớn cần lưu ý đến biện pháp kiểm soát nhiệt độ lớn chênh lệch nhiệt độ vị trí kết cấu q trình dưỡng hộ; So sánh mô thực tế thi cơng cho thấy, mơ tính tốn phân bố nhiệt độ kết cấu dầm chuyển BTCT khối lớn theo thời gian không gian phương pháp phần tử hữu hạn (ANSYS), phương pháp có độ tin cậy dự đốn xác nhiệt độ lớn xuất kết cấu dầm chuyển bê tơng khối lớn kiểm sốt nhiệt hệ thống ống giải nhiệt (cooling pipe) Tuy nhiên, có sai lệch đáng kể thời điểm đạt nhiệt độ lớn dầm chuyển theo mô thực tế thi công, nguyên nhân chủ yếu do: thực tế thi cơng nhiệt 46 Miền, T V., Phú, N H / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng độ nước bơm vào hệ thống ống giải nhiệt không cố định theo thời gian, nhiệt độ dầm chuyển bắt đầu đo sau hoàn thành phủ vật liệu cách nhiệt mặt dầm Ngoài ra, kết thực nghiệm nhấn mạnh rằng, thực tế thi cơng kiểm sốt nhiệt độ dầm chuyển tốt so với mô thực tốt công tác ủ nhiệt vận hành hợp lý hệ thống giải nhiệt Tài liệu tham khảo [1] Ishikawa, M (1991) Thermal stress analysis of a concrete dam Computers & Structures, 40(2):347–352 [2] Waleed, A M., Jaafar, M S., Noorzaei, J., Bayagoob, K H., Amini, R (2004) Effect of Placement Schedule on the Thermal and Structural Response of R CC Dams, Using Finite Element Analysis Proceedings of Geo Jordan, American Society of Civil Engineers, 94–104 [3] Riding, K A., Poole, J L., Schindler, A K., Juenger, M C G., Folliard, K J (2006) Evaluation of Temperature Prediction Methods for Mass Concrete Members ACI Materials Journal, 103(5):357–365 [4] ACI 207.2R-07 (2008) Report on Thermal and Volume Change Effects on Cracking of Mass Concrete [5] Tasri, A., Susilawati, A (2019) Effect of cooling water temperature and space between cooling pipes of post-cooling system on temperature and thermal stress in mass concrete Journal of Building Engineering, 24:100731 [6] Chức, N T., Khoa, H N., Hải, T H (2020) Mơ hình dự đoán toán học chế độ nhiệt cấu kiện bê tơng khối lớn có sử dụng hệ thống ống làm lạnh Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) ĐHXDHN, 14(5V):27–38 [7] Yunus, A C., Afshin, J G (2015) Heat Conduction Equation Heat and Mass Transfer, 67–141 [8] Bofang, Z (2014) Conduction of Heat in Mass Concrete, Boundary Conditions, and Methods of Solution Thermal Stresses and Temperature Control of Mass Concrete, Elsevier, 11–47 [9] ANSYS Manuals 2020 [10] Kim, S G (2010) Effect of heat generation from cement hydration on mass concrete placement Master thesis, Iowa State University, Ames [11] JCI (2016) Guidelines for Control of Cracking of Mass Concrete [12] ACI 301-16 (2016) Specifications for Structural Concrete [13] TCXDVN 305:2004 Bê tông khối lớn - Quy phạm thi công nghiệm thu 47 ... có hệ thống ống giải nhiệt Hình Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm dầm chuyển BTCT không lắp đặt ống giải nhiệt Hình 10 Vùng phân bố nhiệt độ khối bê tông dầm chuyển (đoạn giữa) lắp đặt ống giải nhiệt. .. dõi nhiệt độ khối bê tơng dầm chuyển có bố trí hệ thống làm mát thực tế trường Các lớp vật liệu bảo ôn cho dầm chuyển khối lớn thể Hình 12 bên Các vị trí lắp đặt sensor theo dõi nhiệt độ dầm chuyển. .. nghệ Xây dựng Hình 11 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tâm dầm chuyển BTCT có lắp đặt ống giải nhiệt Các kết mô cho thấy rằng, với bê tông dầm chuyển khơng có gắn ống giải nhiệt, 72 đầu, nhiệt độ khối