Phân tích ảnh hưởng của nhiệt và tải trọng tới trường ứng suất đập bê tông đầm lăn trong quá trình thi công

6 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT VÀ TẢI TRỌNG TỚI TRƯỜNG ỨNG SUẤT ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG KS Đinh Hữu Dụng PECC1, GS TS Nguyễn Văn Mạo ĐHTL Tóm tắt Đập bê tông đầm lăn là loại đập[.]

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT VÀ TẢI TRỌNG TỚI TRƯỜNG ỨNG SUẤT ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRONG QUÁ TRÌNH THI CƠNG KS Đinh Hữu Dụng - PECC1, GS.TS Nguyễn Văn Mạo - ĐHTL Tóm tắt: Đập bê tơng đầm lăn loại đập lựa chọn để xây dựng cho nhiều dự án Việt Nam Bê tơng đầm lăn loại bê tơng toả nhiệt có hàm lượng xi măng thấp Cơng nghệ thi cơng bê tơng đầm lăn có ưu điểm tốc độ thi công nhanh, hạ giá thành công trình Tuy nhiên cường độ bê tơng phát triển chậm nên làm ảnh hưởng đến khả chịu tải đập q trình thi cơng Bài báo vào nghiên cứu phân tích ảnh hưởng nhiệt độ tải trọng trình lên đập đến trường ứng suất đập bê tơng đầm lăn q trình thi cơng Bài báo tài liệu tham khảo cho xây dựng đập bê tơng đầm lăn, đồng thời thơng tin đóng góp vào thảo luận nguyên nhân nứt đập bê tông đầm lăn Đặt vấn đề: Công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn cơng nghệ hình thành phát triển vào thập kỉ cuối kỉ XX Ưu điểm bật công nghệ khắc phục nhược điểm bê tông khối lớn, rút ngắn thời gian xây dựng so với công nghệ đập bê tông truyền thống nên nhiều nước thuộc khu vực khác giới áp dụng Công nghệ áp dụng nước ta vào năm cuối thập kỉ 90 kỉ trước có tốc độ phát triển nhanh Hiện Việt Nam thiết kế, xây dựng nhiều đập bê tơng đầm lăn Dự tính đến năm 2015 nước ta xây dựng 24 đập loại này, có nhiều đập cao, đập Sơn La cao 138m, đập Bản vẽ cao 130m… Công nghệ đập bê tơng đầm lăn có cải thiện đáng kể ảnh hưởng nhiệt thực tế xây dựng loại đâp giới gặp phải vấn đề nứt đập q trình thi cơng Theo kinh nghiệm Trung Quốc tượng nứt nhiều nguyên nhân như: thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, tính khơng đồng vật liệu bê tơng đầm lăn, hình thức kết cấu đập khơng hợp lí, ứng suất cục lớn, nguyên vật liệu khơng quy cách, cơng nghệ thi cơng khơng hồn thiện…, thường gặp vết nứt nhiệt độ co ngót gây [1] Hiện tượng nứt số đập bê tông đầm lăn xây dựng nước ta, có đập Sơn La vấn đề thời Nguyên nhân gây nứt, biện pháp khắc phục tượng nứt đập đề tài nhiều người quan tâm thảo luận Từ đặc điểm làm việc đập bê tông trọng lực đập bê tông đầm lăn trọng lực cho thấy vết nứt đập xẩy vật liệu bê tơng khơng đủ khả chịu kéo Vì nghiên cứu trường ứng suất đập q trình thi cơng để tìm nguyên nhân hạn chế tượng nứt đập trình xây dựng cách tiếp cận khoa học Khác với bê tông truyền thống có phát triển cường độ tương đối nhanh, bê tơng đầm lăn có cường độ phát triển chậm, đặc biệt thời gian đầu Điều ảnh hưởng đến phân bố ứng suất khả chịu tải đập thời gian thi công Trong tính tốn thiết kế thường xét làm việc đập bê tông đạt tuổi thiết kế Thực tế, thời gian thi công đập phải chịu tác động tải trọng bê tông chưa đủ tuổi Đưa đầy đủ tác động q trình thi cơng đầy đủ nguyên nhân gây nứt vào tốn phân tích ứng suất vấn đề khó thực Vì nghiên cứu phục vụ cho xây dựng đập trọng đến ứng suất nhiệt [2] Nghiên cứu gần Viện Kỹ thuật cơng trình trường Đại học Thủy lợi phục vụ cho tìm nguyên nhân nứt đập Sơn La xét đến tải trọng chất tải [3] Bài báo giới thiệu kết phân tích trường ứng suất q trình thi cơng đập bê tơng đầm lăn Trong xét đến tính chất vật liệu bê tông thay đổi theo thời gian thi cơng, tác động xét đến tác động đồng thời nhiệt tải trọng sinh q trình thi cơng đập Hình dạng đập Nhiệt lượng (J/g) đưa vào tính tốn lựa chọn, điểm đập thường xảy ứng suất tập trung lựa chọn để phân tích Các tốn phân tích trường ứng suất đập bê tơng đầm lăn thời kì thi cơng báo thực phương pháp Phần tử hữu hạn phần mềm MIDAS/Civil, phần mềm chuyên dụng sử dụng thiết kế đập bê tông trọng lực nhiều nước giới Nghiên cứu ứng suất đập bê tông đầm lăn theo tốc độ lên đập Các nghiên cứu tính tốn phân tích nhiệt phân tích ứng suất đập bê tơng đầm lăn q trình thi cơng, tiêu lí đặc tính bê tơng đầm lăn sử dụng theo trình phát triển theo tuổi bê tơng thể từ hình đến hình Sơ đồ tính xây dựng đợt thi công đập, tương ứng với bước chất tải Tiến độ thi cơng đập thể hình Sơ đồ phần tử kết cấu đập thể hình Nhiệt độ mơi trường tính tốn bề mặt khối đập cho bảng 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 50 100 150 200 250 T hời gian (h) Hình Đường cong nhiệt thuỷ hố bê tơng đầm lăn theo thời gian Hình Mơđun đàn hồi bê tông đầm lăn theo thời gian Độ bền nén 35.00 Cường độ nén (MPa) 30.00 25.00 20.00 15.00 Hình Từ biến bê tơng đầm lăn theo thời gian 10.00 5.00 0.00 -5.00 100 200 300 400 Thời gian (ngày) Hình Độ bền nén bê tông đầm lăn phát triển theo thời gian 1.40 1.00 Hình Co ngót bê tơng đầm lăn theo thời gian 0.60 240 0.40 06-10-08 220 0.20 0.00 50 100 150 200 250 300 350 400 Thời gian (ngày) Hình Độ bền kéo bê tông đầm lăn phát triển theo thời gian 1000000 200 800000 180 15-05-08 13-01-08 160 140 1200000 600000 400000 02-11-07 19-04-07 200000 120 22-02-07 100 18-01-07 28-04-07 06-08-07 14-11-07 22-02-08 01-06-08 09-09-08 Khối lượng (m3) 0.80 Cao độ (m) Độ bền kéo (MPa) 1.20 18-12-08 Thời gian Hình Tiến độ thi công đập Bảng Nhiệt độ môi trường cho bề mặt khối bê tông đầm lăn tính tốn I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB Tháng 18.4 20.4 21.8 25.7 28.3 29.7 29.2 29.0 28.2 26.0 22.6 18.8 24.8 Hạ lưu ( C) 16.6 18.0 19.3 22.5 23.7 25.8 26.2 26.0 25.1 23.2 20.2 16.8 22.0 Th Lưu (0C) Mặt biên động ( C) 16.0 17.5 20.6 24.0 26.0 26.6 26.5 26.3 25.3 23.2 19.6 16.5 22.3 + Giai đoạn 2: đập lên đến cao độ 122.00 m dừng thi công đập khoảng sáu tháng rưỡi Nhiệt độ phần lõi đập giảm xuống tới khoảng 35.80C Các vùng biên thượng lưu, hạ lưu, mặt ngừng thi công nhiệt độ giảm xuống xấp xỉ nhiệt độ môi trường dao động theo diễn biến nhiệt độ môi trường Trường nhiệt độ đập cuối thời gian dừng thi công (6096 giờ) thể hình 10 3.58147e+001 3.42341e+001 3.26536e+001 Hình Sơ đồ lưới phần tử mặt cắt đập 1) Trường nhiệt độ đập thời gian thi công + Giai đoạn 1: thi cơng đập từ cao trình 105.0 m lên đến cao trình 122.0m Phần biên thượng hạ lưu đập xung quanh hành lang thân đập, nhiệt độ tăng lên cao đến khoảng 300C, khoảng thời gian từ 80 đến 120 sau đổ Sau nhiệt độ giảm nhanh xuống nhiệt độ môi trường, tương ứng thời gian khoảng 480 biến đổi theo nhiệt độ lên xuống môi trường xung quanh Phần lõi đập nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ cao khoảng 39.50C, tương ứng với thời gian 720 giờ, sau giảm dần Đến cuối giai đoạn (1368 giờ), nhiệt độ phần lõi đập khoảng 39.30C Quá trình giảm nhiệt phần lõi đập diễn chậm Trường nhiệt độ đập cuối giai đoạn thi công thứ (1368 giờ) thể hình 3.92947e+001 3.77010e+001 3.61074e+001 3.45138e+001 3.29202e+001 3.13265e+001 2.97329e+001 2.81393e+001 2.65456e+001 2.49520e+001 2.33584e+001 2.17648e+001 STAGE:CS1 Hydration HY Step14, 1368.~ MAX : 1562 MIN : 1331 FILE: SON LA _NH~ UNIT: C Hình Phân bố nhiệt độ thân đập 1368 (h) 3.10730e+001 2.94925e+001 2.79119e+001 2.63313e+001 2.47508e+001 2.31702e+001 2.15897e+001 2.00091e+001 1.84286e+001 STAGE:CS1 Hydration HY Step21, 6096.~ MAX : 1562 MIN : 1665 FILE: SON LA _NH~ UNIT: C Hình 10 Phân bố nhiệt độ thân đập 6096 (h) + Giai đoạn 3: sau thời gian dừng, tiếp tục thi công đập từ cao trình 122.0 m lên đến cao trình thiết kế 228.10 m Trong giai đoạn nhiệt độ phần lõi đập khơng ngừng tăng lên nhiệt thuỷ hố bê tông, nhiệt độ cao khoảng 39.50C Quá trình giảm nhiệt phần lõi đập diễn chậm Phần gần biên đập xunh quanh hành lang thân đập nhiệt độ tăng lên cao khoảng 300C, thời gian khoảng 120 sau đổ Sau nhiệt độ giảm nhiệt độ mơi trường q trình toả nhiệt thay đổi với thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh Trường nhiệt độ đập giai đoạn thi công cuối (14208 giờ) thể hình 11 Hình 12 diễn biến nhiệt độ phần tử biên thượng lưu cao độ 113.50 m Hình 13 diễn biến nhiệt độ phần tử lõi đập cao độ 133.50m Trường nhiệt độ đập thời kì thi cơng chia làm vùng rõ rệt Vùng thứ bên thân đập trì nhiệt độ cao trình giảm nhiệt độ diễn chậm Vùng thứ hai biên thượng hạ lưu đập, mặt ngừng thi công hành lang thân đập, nhiệt độ tăng lên thời gian ngắn sau giảm xuống nhanh biến đổi theo diễn biến nhiệt độ môi trường cao nhiệt độ môi trường khoảng 0.50C TEMPERATURE 3.94249e+001 3.74240e+001 3.54231e+001 3.34223e+001 Trường ứng suất đập cuối giai đoạn thể hình 14 SIG-P2 1.20519e+002 1.02846e+002 8.51727e+001 6.74995e+001 4.98264e+001 3.21532e+001 1.44801e+001 0.00000e+000 -2.08662e+001 -3.85393e+001 -5.62124e+001 3.14214e+001 2.94205e+001 2.74197e+001 2.54188e+001 2.34179e+001 2.14171e+001 1.94162e+001 1.74153e+001 STAGE:CS5 Hydration HY Step16, 14208~ MAX : 2490 MIN : 2131 FILE: SON LA _NH~ UNIT: C Hình 11 Phân bố nhiệt độ thân đập 14208 (h) -7.38856e+001 STAGE:CS4 CS: Summation User Step:6 MAX : 698 MIN : 723 FILE: SON LA _TA~ UNIT: tonf/m² Hình 14 Trường ứng suất 1368 + Giai đoạn 2: thời gian khoảng sáu tháng rưỡi thời gian dừng thi công cao độ 122.00m Trong thời gian dừng thi công, ứng suất kéo nhiệt chất tải tác dụng tăng lên nhanh Các vùng có trị số ứng suất kéo lớn quanh hành lang cao độ 105.00m (388.30T/m2), biên thượng lưu đập (268.30T/m2), biên hạ lưu đập (393.30T/m2), mặt dừng thi công (333.20T/m2) Trường ứng suất nhiệt chất tải cuối giai đoạn thể hình 15 SIG-P2 3.93271e+002 3.41225e+002 2.89179e+002 2.37133e+002 Hình 12 Diễn biến nhiệt độ biên TL cao độ113.5m 1.85088e+002 1.33042e+002 8.09959e+001 2.89501e+001 0.00000e+000 -7.51415e+001 -1.27187e+002 -1.79233e+002 STAGE:CS1 Hydration HY Step21, 6096.~ MAX : 696 MIN : 604 FILE: SON LA _NH~ UNIT: tonf/m² Hình 15 Trường ứng suất 6096 Hình 13 Diễn biến nhiệt độ lõi đập cao độ 113.5m 2) Trường ứng suất đập nhiệt độ chất tải tác dụng đồng thời + Giai đoạn 1: thi công đập từ cao trình 105.0m lên đến cao trình 122.0m Các vùng có trị số ứng suất kéo lớn quanh hành lang cao độ 105.00m (120.50T/m2), biên thượng lưu đập (69.90T/m2), biên hạ lưu đập (71.80T/m2) + Giai đoạn 3: sau thời gian dừng, tiếp tục thi công đập từ cao trình 122.0m lên đến cao trình thiết kế 228.10 m Khi tiếp tục chất tải ứng suất kéo đập xuất biên thượng lưu hạ lưu đập (biên thượng lưu từ cao độ 158.04m đến 168.44m 14208 107.60 T/m2), biên hạ lưu đập (biên HL từ cao độ 158.04m đến 168.44m 14208 112.60 T/m2) Trường ứng suất nhiệt chất tải cuối giai đoạn thể hình 16 SOLID STRESS SIG-P2 1.12627e+002 8.35455e+001 5.44643e+001 2.53831e+001 Ứng suất Ư.S kéo cho phép ) (T/m2 0.00000e+000 -3.27793e+001 Ứng suất -6.18604e+001 -9.09416e+001 -1.20023e+002 -1.49104e+002 -1.78185e+002 Hình 19 Diễn biến ứng suất biên hạ lưu cao độ 110.70 m -2.07266e+002 STAGE:CS0 CS: Summation Last Step MAX : 986 MIN : 643 FILE: SON LA _TA~ UNIT: tonf/m² Hình 16 Trường ứng suất 14208 Như thời gian thi công, dước tác dụng đồng thời nhiệt độ chất tải vùng có ứng suất kéo lớn đập quanh hành lang, mặt ngừng thi công, mặt thượng lưu hạ lưu đập Trên hình từ hình 17 đến hình 20 diễn biến ứng suất quanh hành lang thân đập, biên thượng lưu đập, biên hạ lưu đập mặt ngừng thi công đập Ta thấy giá trị ứng suất kéo số thời điểm xấp xỉ khả chịu kéo bê tông Nếu phát sinh điều kiện bất lợi, giá trị vượt khả chịu kéoƯ.S bê tông kéo cho phép Ứng suất ) (T/m2 Ứng suất Thời gian (h) Hình 17 Diễn biến ứng suất đỉnh hành lang cao độ 105.00m Ứng suất Ư.S kéo cho phép ) (T/m Ứng suất Thời gian (h) Hình 18 Diễn biến ứng suất biên thượng lưu cao độ 107.83m 10 Ư.S kéo cho phép Ứng suất ) (T/m2 Ứng suất Thời gian (h) Hình 20 Diễn biến ứng suất mặt dừng thi công cao độ 122.00 m Kết luận Thơng qua việc nghiên cứu phân tích, báo cho thấy rõ trình diễn biến nhiệt độ ứng suất đập bê tông đầm lăn q trình thi cơng Qua ta có kết luận sau: 1) Trường nhiệt độ đập bê tơng đầm lăn q trình thi cơng chia làm vùng rõ rệt Vùng thứ vùng bên thân đập trì nhiệt độ cao trình giảm nhiệt độ diễn chậm Vùng thứ hai vùng xung quanh biên đập, mặt ngừng thi công hành lang thân đập, nhiệt độ tăng lên thời gian ngắn sau giảm xuống biến đổi theo diễn biến nhiệt độ môi trường 2) Trường ứng suất đập bê tông đầm lăn thời gian thi công xét ảnh hưởng đồng thời nhiệt độ trình chất tải có khác biệt so với trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ xét ảnh hưởng trình chất chất tải 3) Khảo sát trường ứng suất đập bê tơng đầm lăn vị trí biên thượng lưu, hạ lưu, quanh hành lang thân đập, mặt ngừng thi công với ba trường hợp: đập chịu tác dụng nhiệt độ; đập chịu tác dụng chất tải; đập chịu tác dụng đồng thời nhiệt độ chất tải ta có nhận xét: + Giai đoạn thi công thứ nhất, biên thượng lưu, biên hạ lưu quanh hành lang thân đập ứng suất kéo nhiệt tác dụng lớn ứng suất kéo nhiệt chất tải tác dụng đồng thời + Trong thời gian ngừng thi công biên thượng lưu, biên hạ lưu, quanh hành lang thân đập mặt ngừng thi công ứng suất trường hợp nhiệt tác dụng trường hợp chất tải nhiệt tác dụng đồng thời tiếp tục tăng cao không vượt khả chịu kéo bê tông Quanh hành lang thân đập, biên hạ lưu mặt ngừng thi công ứng suất kéo nhiệt chất tải tác dụng đồng thời lớn ứng suất kéo nhiệt tác dụng Trên biên thượng lưu ứng suất kéo nhiệt tác dụng lớn ứng suất kéo nhiệt chất tải tác dụng đồng thời + Khi tiếp tục chất tải biên thượng lưu, biên hạ lưu, quanh hành lang thân đập mặt dừng thi công ứng suất kéo nhiệt chất tải tác dụng giảm nhanh, số vùng xuất ứng suất nén chưa vượt qua khả chịu nén bê tông + Với trường hợp có nhiệt độ tác dụng, giai đoạn thi cơng thứ ba tiếp tục chất tải biên thượng lưu, biên hạ lưu, quanh hành lang thân đập ứng suất kéo tiếp tục tăng cao, mặt dừng thi công ứng suất kéo giảm xuống nhanh + Với trường hợp chất tải tác dụng suốt q trình thi cơng có biên thượng lưu đập từ cao độ 105.00 m đến 122.00 m xuất ứng suất kéo có trị số nhỏ, biên hạ lưu, quanh hành lang thân đập mặt dừng thi công không xuất ứng suất kéo Bài báo làm rõ tranh tổng quát trạng thái làm việc đập bê tơng đầm lăn q trình thi cơng Những kết nghiên cứu báo làm sở cho tính tốn thiết kế, thiết lập qui trình thi cơng đập bê tơng đầm lăn (tốc độ lên đập, biện pháp khống chế nhiệt độ q trình thi cơng, thời gian dừng đổ an toàn nhiệt ), việc lựa chọn cấp phối bê tông đáp ứng khả chịu tải cho đập TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn thiết kế đập bê tông đầm lăn Trung Quốc DK/ T5065-92 Công ty CP Tư vấn xây dựng điện 1, “Hồ sơ thiết kế kỹ thuật giai đoạn - Cơng trình thuỷ điện Sơn La”, Hà Nội, tháng năm 2006 Nguyễn Quang Hùng, ĐHTL, “Phân tích ứng suất đập bê tơng đầm lăn qua trình thi cơng”, Khoa học cơng nghệ thủy lợi số 22 (6/29) Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam Nguyễn Văn Mạo, “Cơ sở tính tốn cơng trình thuỷ lợi”, Hà Nội 2000 US Army Corps of Engineers, “Themal studies of mass concrete structures”, 30 May 1997 ETL1110-2-542 MIDASoft, Inc, “Analysis For Civil Structures” Abstract: ANALYSIS AFFECTING OF HEAT AND LOADS TO STRESS FIEL OF RCCD IN CONSTRUCTION PROCESS Nowaday, Roller compacted concrete dam (RCCD) is being chosen to build many dam projects in Viet Nam Roller compacted concrete (RCC) is a litte radiating heat concrete because of using very low cement content and pozzonal The most advantages of RCC construction technique is fast progress and reducing cost of project Because of very slow strength development of RCC, it would be affected to bearing capacity of dam in construction process This jornal researchs and analysis affecting of heat and loads to stress fiel of RCCD in construction process 11 ... dụng thi? ??t kế đập bê tông trọng lực nhiều nước giới Nghiên cứu ứng suất đập bê tông đầm lăn theo tốc độ lên đập Các nghiên cứu tính tốn phân tích nhiệt phân tích ứng suất đập bê tơng đầm lăn q trình. .. biến nhiệt độ môi trường 2) Trường ứng suất đập bê tông đầm lăn thời gian thi công xét ảnh hưởng đồng thời nhiệt độ trình chất tải có khác biệt so với trường hợp xét ảnh hưởng nhiệt độ xét ảnh hưởng. .. nghiên cứu phân tích, báo cho thấy rõ trình diễn biến nhiệt độ ứng suất đập bê tông đầm lăn q trình thi cơng Qua ta có kết luận sau: 1) Trường nhiệt độ đập bê tơng đầm lăn q trình thi cơng chia