Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.

Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.Ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép công trình cầu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN XUÂN LAM ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG NHẤT HĨA ĐỂ PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT DO NHIỆT THỦY HÓA XI MĂNG TRONG BÊ TƠNG CỐT THÉP CƠNG TRÌNH CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN XUÂN LAM ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG NHẤT HĨA ĐỂ PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT DO NHIỆT THỦY HÓA XI MĂNG TRONG BÊ TƠNG CỐT THÉP CƠNG TRÌNH CẦU Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 9.58.02.05 Chuyên ngành: Xây dựng cầu hầm LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Ngọc Long PGS.TS Nguyễn Duy Tiến HÀ NỘI - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi thực Các số liệu kết trình bày luận án trung thực, chưa công bố tác giả hay cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Xuân Lam LỜI CẢM ƠN Bản Luận án Tiến sỹ thực Trường Đại học Giao thông Vận tải hướng dẫn khoa học Thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Long Thầy PGS.TS Nguyễn Duy Tiến Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy định hướng khoa học, liên tục quan tâm sâu sát, tạo điều kiện thuận lợi suốt trình nghiên cứu, có lúc Nghiên cứu sinh cảm tưởng khó tiếp tục nghiên cứu nhờ động viên, khích lệ Thầy cộng với nỗ lực không ngừng nghỉ thân, đến luận án hoàn thành Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Nhà khoa học ngồi nước, Tác giả cơng trình nghiên cứu nghiên cứu sinh sử dụng trích dẫn luận án nguồn tư liệu quý báu, kết liên quan q trình nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Bộ môn Cầu Hầm, Hội đồng Tiến sỹ Trường Đại học Giao thông Vận tải tạo điều kiện để nghiên cứu sinh thực hồn thành chương trình nghiên cứu Cuối biết ơn đến Gia đình liên tục động viên để trì nghị lực, hy sinh thầm lặng, cảm thông, chia sẻ thời gian, sức khỏe khía cạnh khác sống trình thực luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Lam MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT xiv MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hình thành vết nứt kết cấu BTCT khơng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ tác động học 1.1.1 Phân tích dạng vết nứt khơng tác động học 1.1.2 Khái niệm nhiệt thủy hóa xi măng bê tơng 19 1.1.3 Các quy định kiểm sốt vết nứt phi kết cấu cho cơng trình cầu Việt Nam .31 1.2 Các phương pháp phân tích hình thành nhiệt thủy hóa xi măng kết cấu bê tông cốt thép tuổi sớm giới Việt Nam .32 1.2.1 Các phương pháp giới 32 1.2.2 Các phương pháp Việt Nam 35 1.3 Một số giải pháp phịng chống, hạn chế nứt khơng lực tác động kết cấu bê tông, bê tông cốt thép mố trụ cầu giai đoạn thi công .36 1.3.1 Phương pháp hạ nhiệt cốt liệu 36 1.3.2 Sử dụng xi măng tỏa nhiệt 36 1.3.3 Bảo dưỡng bê tông 36 1.3.4 Khống chế nhiệt độ bê tông q trình thi cơng 37 1.3.5 Sử dụng phụ gia khoáng 37 1.4 Kết luận chương 39 1.5 C HƯƠNG XÁC ĐỊNH HỆ SỐ DẪN NHIỆT TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA LỚP BÊ TƠNG CỐT THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG NHẤT HĨA 40 2.1 Tổng quan phương pháp đồng hóa vật liệu 40 2.1.1 Ứng xử vật liệu .40 2.2.2 Khái niệm đa cấp độ 41 2.2.3 Khái niệm đồng hóa 41 2.2.4 Đồng hóa vật liệu theo toán nhiệt 44 2.2.5 Đồng hóa vật liệu theo với điều kiện biên theo biến dạng để xác định đặc trưng vật liệu tương đương kết cấu BTCT 47 2.2 Tính tốn hệ số dẫn nhiệt tương đương vật liệu BTCT phương pháp đồng hóa 53 2.2.1 Phương trình vi phân trình truyền nhiệt 54 2.2.2 Các thông số tính tốn nguồn nhiệt 54 2.2.3 Cơng thức q trình truyền nhiệt phương pháp phần tử hữu hạn 56 2.3.Phương pháp đồng hóa vật liệu để xác định hệ số dẫn nhiệt tương đương, chiều dày lớp BTCT sau đồng hóa nhiệt dung riêng lớp BTCT 57 2.3.1.Xác định hệ số dẫn nhiệt tương đương 57 2.3.2 Xác định chiều dày lớp BTCT .60 2.3.3 Xác định nhiệt dung riêng lớp BTCT 60 2.4 Xây dựng chương trình tính tốn hệ số dẫn nhiệt tương đương đặc trưng vật liệu tương đương lớp BTCT 60 2.4.1 Sơ đồ khối chương trình tính tốn hệ số dẫn nhiệt tương đương 60 2.4.2 Xác định đặc trưng vật liệu tương đương kết cấu BTCT thay đổi theo thời gian phương pháp đồng hóa 69 2.5 Khảo sát ảnh hưởng cấp bê tông biện pháp thi công đến khả gây nứt trụ cầu BTCT .73 2.5.1 Mơ hình tốn 74 2.5.2 Bê tông thông thường 75 2.5.3 Bê tông toả nhiệt thấp, chiều cao khối đổ lớn 78 2.5.4 Bê tông toả nhiệt thấp, chiều cao khối đổ nhỏ 82 2.6 Kết luận chương 2: 88 2.6.1 C HƯƠNG NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ ĐOẠN NHIỆT TỪ Q TRÌNH THỦY HĨA CỦA XI MĂNG CHO BÊ TƠNG THƠNG THƯỜNG DÙNG CHO CƠNG TRÌNH CẦU 90 3.1 Mục đích thí nghiệm .90 3.2 Thực nghiệm xác định nhiệt phát sinh đơn vị thể tích bê tơng tuổi sớm sử dụng cho mố trụ cầu .90 3.2.1 Lựa chọn cấp phối thí nghiệm 90 3.2.2 Quy trình thực thí nghiệm đo nhiệt lượng đoạn nhiệt cho bê tông 91 3.2.3 Đánh giá đặc trưng nhiệt mẫu bê tông .98 3.3 Kết luận chương 3: 104 2.6.2 CH ƯƠNG ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG NHẤT HĨA ĐỂ PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI PHÂN BỐ NHIỆT THỦY HÓA XI MĂNG TRONG KẾT CẤU TRỤ CẦU BTCT Ở TUỔI SỚM 105 2.6.3 4.1 Thiết lập q trình đo nhiệt thủy hóa xi măng thân trụ BTCT trường .106 4.2 Mô thay đổi nhiệt độ theo thời gian phân bố nhiệt độ nhiệt thủy hóa thân trụ cầu BTCT thực tế 108 4.3 Mô thay đổi ứng suất nhiệt thủy hóa thân trụ cầu BTCT thực tế .108 4.4 Kết luận chương 4: 126 2.6.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 2.6.5 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 131 2.6.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 2.6.7 PHỤ LỤC 136 2.6.8 2.6.9 DANH MỤC HÌNH VẼ 2.6.10 Hình Phân bố ứng suất bê tơng khối lớn chênh lệch nhiệt độ .1 2.6.11 H ình Ví dụ kết cấu bê tơng thường xuất vết nứt phi kết cấu: a) móng bè, b) đập bê tông, c) Bể chứa, d) tháp tỏa nhiệt lị phản ứng, e) móng tuabin gió, f) cọc, g) đoạn đúc sẵn (đường hầm, mặt cầu), h) khối bê tơng chắn sóng, i) trụ cầu (j) tường chắn 2.6.12 2.6.13 H ình 1 a) Hình ảnh đập tràn xây dựng, b, c) vết nứt nhiệt gây d, e) kết từ mô số [9] 2.6.14 H ình a) Khối đúc đập điển hình [13], b) sơ đồ vết nứt khối đúc, c) kết phân bố nhiệt độ từ FEM d) số nứt (ứng suất kéo / độ bền kéo) 2.6.15 Hì nh a) Bố trí cốt thép mặt cắt ngang trụ, b) chi tiết diện tích bề mặt gia cố, c) khối bị nứt sau năm với vết nứt dọc, d) hình ảnh chi tiết lõi khoan qua vết nứt dọc rộng 0,4 mm 10 2.6.16 Hì nh Mơ khối móng trụ: a) diễn biến nhiệt độ lõi b) trạng thái nứt 720 ngày sau đúc 11 2.6.17 Hình a) Hình ảnh bệ trụ IOB Một số vết nứt sửa chữa, b) Chỉ số nứt FEA móng IOB 116 sau đúc, c) Chỉ số nứt FEA bệ trụ SBB 86 sau đúc d) Chỉ số nứt FEA bệ trụ WBB 156 sau đúc [16] 13 2.6.18 Hì nh Các vết nứt điển hình trụ: a) ngang, b) dọc c) hướng ngẫu nhiên [17] 15 2.6.19 Hình Nứt Sa lắng .16 2.6.20 Hình Nứt co dẻo 17 2.6.21 Hình Nứt nhiệt thủy hóa xi măng trụ cầu Vĩnh Tuy 17 2.6.22 Hình 10 Nứt co khô 18 2.6.23 Hình 11 Nứt rỉ cốt thép 18 2.6.24 25 Hình 12 Q trình thủy hóa xi măng phát triển cấu trúc hồ xi măng 2.6.25 Hình 13 Ứng xử nhiệt bê tông 27 269 270 set(hObject,'BackgroundColor','white'); 271 end 272 273 274 275 276 function Bbv_Callback(hObject, eventdata, handles) 277 % hObjecthandle to Bbv (see GCBO) 278 % eventdata reserved to be defined in a future version of MATLAB 279 % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) 280 281 % Hints: get(hObject,'String') returns contents of Bbv as text 282 % str2double(get(hObject,'String')) returns contents of Bbv as a double 283 Bbv = str2double(get(hObject, 'String')); if isnan(Bbv) 284 set(hObject, 'String', 0); 285 errordlg('Input must be a number','Error'); end 286 287 % Save the new D2 value handles.metricdata.Bbv = Bbv; guidata(hObject,handles) 288 289 % - Executes during object creation, after setting all properties 290 function Bbv_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) 291 % hObjecthandle to Bbv (see GCBO) 292 % eventdata reserved to be defined in a future version of MATLAB 293 % handlesempty - handles not created until after all CreateFcns called 294 295 % Hint: edit controls usually have a white background on Windows 296 % See ISPC and COMPUTER 297 298 if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) 299 set(hObject,'BackgroundColor','white'); 300 end 301 302 %Chuong trinh dong nhat be tong duoi anh huong nhiet function [Keff,Connect,Nx,Ny,T]=P_bt(D1,D2,k1,k2,Bbv) 303 %D1=16;%input('Duong kinh thep dai: '); 304 %D2=input('Duong kinh thep chiu luc: '); 305 %[k1,k2]=Constant_bt; matrix_beton(D1,D2,Bbv) 306 [Connect,Nx,Ny,Bords,MatrixAssemble,SufE,Bordx,Bordy]=Cr eat_mesh_beton; [Kglob]=AssembleKgolbbt(Connect,Nx,Ny,k1,k2,SufE); 307 [R,RT]=imposeCL_bt(Nx); F=zeros(length(Nx),1); 308 %keyboard 309 KK=[Kglob R';R zeros(size(R,1))]; F=[F;RT]; 310 T=KK\F; 311 T=T(1:length(Nx)); [Keff]=Calcul_Keff(Connect,Nx,Ny,k1,k2,SufE,T); save('T.mat','T'); 312 313 function matrix_beton(D1,D2,Bbv) model=createpde(1); rect1=[3;4;0;0;150;150;0;300;300;0]; rect2=[3;4;Bbv;Bbv;Bbv+D1;Bbv+D1;0;300;300;0]; c1=[1;Bbv+D1+D2/2;250;D2/2]; c2=[1;Bbv+D1+D2/2;150;D2/2]; c3=[1;Bbv+D1+D2/2;50;D2/2]; 314 c1=[c1;zeros(length(rect1)length(c1),1)]; c2=[c2;zeros(length(rect1)length(c2),1)]; c3=[c3;zeros(length(rect1)length(c3),1)]; gd=[rect1,rect2,c1,c2,c3]; ns=char('rect1','rect2','c1','c2','c3'); ns=ns'; 315 316 sf='rect1+rect2+c1+c2+c3' ; [dl,bt]=decsg(gd,sf,ns); geometryFromEdges(model,dl); cla; 317 pdegplot(dl,'EdgeLabels','off','SubdomainLabels','on'); generateMesh(model,'Hmax',7,'Jiggle','on'); 318 [p,e,t]=meshToPet(model.Me sh); Nx=p(1,:); 319 Ny=p(2,:); 320 Connect=t(1:3,:); Connect=Connect'; for i=1:size(Connect,1) 321 if t(4,i)==1 | t(4,i)==2 Connect(i,4)=1; 322 else Connect(i,4)=2; end 323 end 324 325 function [Kglob]=AssembleKgolbbt(Connect,Nx,Ny,k1,k2,SufE) 326 Kglob=sparse(length(Nx),length(Ny) ); for i=1:size(Connect,1) 327 no1=Connect(i ,1); no2=Connect(i,2); no3=Connect(i,3); 328 if Connect(i,4)==1 329 k=k1; 330 e 332 k=k2; 333 lse 334 SE=SufE (i); end 335 D=[k,0; 0,k]; 331.336 b1=Ny(no2)-Ny(no3); 337 b2=Ny(no3)-Ny(no1); 338 b3=N y(no1)-Ny(no2); 339 340 g1=Nx(no2)-Nx(no3); 341 g2=Nx(no3)-Nx(no1); 342 g3=Nx(no1)-Nx(no2); B=1/2/SE*[b1 b2 b3;g1 g2 g3]; Ke=SE*B'*D*B; 343 for jj=1:3 for kk=1:3 344 ligne=Connect( i,jj); clone=Connect(i,kk); 345 346 Kglob(ligne,clone)=Kglob(ligne,clone) +Ke(jj,kk); end 347 end end 348 349 function [R,RT]=imposeCL_bt(Nx) T=zeros(size(Nx,1)); 350 aa= find(abs(Nx-max(Nx))4 & vn(1)