Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép

Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -o0o - VÕ VĂN NAM ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA KẾT CẤU CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -o0o - VÕ VĂN NAM ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA KẾT CẤU CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số : 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- PGS.TS TRẦN THẾ TRUYỀN 2- TS HOÀNG VIỆT HẢI Hà Nội - 2024 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Võ Văn Nam ii LỜI CẢM ƠN Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trần Thế Truyền, TS Hồng Việt Hải tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, động viên tơi q trình nghiên cứu, học tập Trường Trong trình làm luận án, tác giả nhận hỗ trợ giúp đỡ nhiệt tình q thầy giáo, nhà khoa học thuộc Bộ môn Cầu Hầm, Bộ môn Vật liệu Xây dựng - Trường Đại học Giao thông vận tải Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Trần Đức Nhiệm, PGS.TS Nguyễn Ngọc Long, PGS.TS Bùi Tiến Thành, TS Phạm Đức Thọ góp ý, động viên hỗ trợ tác giả suốt trình nghiên cứu, học tập Tơi khơng qn gửi lời cám ơn đến Thầy, Cô, đồng nghiệp công tác Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh – nơi tơi cơng tác, động viên giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Cuối bày tỏ lời cảm ơn đến bạn bè đồng nghiệp, gia đình người thân giúp đỡ, đồng hành tơi q trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2024 Nghiên cứu sinh Võ Văn Nam iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU XII PHỤ LỤC XIV DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT XV MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU MỤC TİÊU NGHİÊN CỨU PHẠM Vİ NGHİÊN CỨU 5 PHƯƠNG PHÁP NGHİÊN CỨU 6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CẤU KİỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP; THỰC TRẠNG, TÌNH HÌNH NGHİÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VİỆT NAM 1.1 TỔNG QUAN VỀ MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CẤU KİỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1.1 Khái niệm ăn mòn kim loại………… 1.1.2 Phân loại ăn mòn cốt thép cấu kiện BTCT 1.2 THỰC TRẠNG ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KẾT CẤU DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP Ở MỘT SỐ CƠNG TRÌNH CẦU TẠI VIỆT NAM 13 1.2.1 Cầu Kênh K13 - tỉnh Tây Ninh 14 1.2.2 Cầu Cảng Bến Đầm - tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu 14 1.2.3 Cầu Diễn Kim – Tỉnh Nghệ An 14 1.2.4 Cầu Bình Long – tỉnh Bình Định 15 1.2.5 Cầu Phước Lộc - thành phố Hồ Chí Minh 16 iv 1.2.6 Cầu Thạnh Đức – tỉnh Quảng Ngãi 16 1.2.7 Đánh giá, nhận xét……………… 16 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 17 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 17 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 21 1.4 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG 26 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA CẤU KİỆN DẦM BTCT 27 2.1 ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CẤU KİỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP 27 2.1.1 Ăn mịn thép q trình bo nát hóa 27 2.1.2 Ăn mịn ion Clo (ăn mịn điện hóa) 28 2.1.3 Cơ chế ăn mịn cốt thép bê tơng 30 2.1.4 Một số mơ hình lan truyền ăn mịn kết cấu BTCT 38 2.1.5 Các phương pháp đánh giá ăn mịn thép bê tơng 42 2.1.6 Cơ sở xác định mát diện tích tiết diện cốt thép ăn mịn 48 2.2 MỘT SỐ MƠ HÌNH ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP 59 2.2.1 Các mơ hình ứng xử vật liệu bê tơng 59 2.2.2 Các mơ hình ứng xử cốt thép 63 2.2.3 Mô tương tác bê tông cốt thép 64 2.3 NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG 67 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA KẾT CẤU DẦM BTCT CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG 69 THÍ NGHİỆM ĐÁNH GİÁ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO MẪU 69 3.1.1 Thành phần vật liệu…………… 69 3.1.2 u cầu, tính tốn tiêu vật liệu 69 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI HỔN HỢP BÊ TƠNG THÍ NGHIỆM 79 3.2.1 Các bước thiết kế cấp phối bê tông 79 3.3 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MƠ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG 81 3.3.1 Thiết bị thí nghiệm…………… 81 v 3.3.2 Mẫu thử………………………… 81 3.3.3 Quy trình thử nghiệm…………… 81 3.3.4 Tính tốn mơ đun đàn hồi………… 82 3.4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG (F’C) 82 3.4.1 Thiết bị thí nghiệm………………… 82 3.4.2 Chuẩn bị thí nghiệm:……………… 83 3.4.3 Tiến hành thử:…………………… 83 3.4.4 Kết quả:………………………… 83 3.5 CHẾ TẠO MẪU DẦM THÍ NGHIỆM 84 3.5.1 Thiết bị dùng trình chế tạo dầm thí nghiệm 84 3.5.2 Chế tạo dầm thí nghiệm…………… 85 3.6 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC PHÁ HOẠI PMAX 85 3.6.1 Chuẩn bị mẫu……………… 85 3.6.2 Thực uốn mẫu………… 86 3.7 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG TÁC DỤNG ĐẾN MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP 87 3.7.1 Qui trình thực thí nghiệm 88 3.7.2 Thiết bị cơng tác chuẩn bị thí nghiệm 88 3.7.3 Kết thí nghiệm:………… 93 3.7.4 Quan hệ ứng suất trì mức độ ăn mòn cốt thép 94 3.8 THÍ NGHİỆM ĐÁNH GİÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA CẤU KİỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 96 3.8.1 Chế tạo dầm thí nghiệm xác định Pmax 97 3.8.2 Thí nghiệm ăn mịn diễn tiến nhanh nhóm mẫu dầm 98 3.8.3 Thí nghiệm xác định lực kháng uốn nhóm mẫu dầm 100 3.8.4 Xác định mức độ ăn mòn cốt thép 102 3.8.5 Ảnh hưởng ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn dầm BTCT có xét đến ảnh hưởng tải trọng…………… 105 3.9 KẾT LUẬN CHƯƠNG 106 CHƯƠNG TÍNH TỐN GIẢI TÍCH VÀ MƠ PHỎNG SỐ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG TÁC DỤNG ĐẾN SỨC KHÁNG CỦA DẦM CẦU BTCT CĨ XÉT ĐẾN SỰ ĂN MỊN CỦA CỐT THÉP 108 vi 4.1 MƠ HÌNH HÓA DẦM THỰC NGHIỆM 108 4.1.1 Mơ hình vật liệu bê tơng………… 108 4.1.2 Mô hình vật liệu cốt thép……… 111 4.1.3 Mơ hình dính bám bê tông cốt thép 111 4.1.4 Mơ hình phần tử bê tơng cốt thép 111 4.1.5 Mơ hình hóa kết cấu…………… 113 4.1.6 Thıết lập bước tính tốn 114 4.1.7 Kết mô số………… 114 4.1.8 So sánh đường cong quan hệ tải trọng chuyển vị kết thực nghiệm mô phỏng…………………………… 115 4.2 VÍ DỤ TÍNH TỐN ẢNH HƯỞNG ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA DẦM CẦU CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG 116 4.2.1 Tính tốn sức kháng uốn dầm bị ăn mòn cốt thép 116 4.2.2 Tính tốn sức kháng cịn lại sau ăn mịn 119 4.3 MÔ PHỎNG SỐ ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ GIẢI TÍCH DẦM CẦU T - BTCT 124 4.3.1 Mơ hình hóa vật liệu bê tơng cốt thép 125 4.3.2 Mơ hình hóa hình học………… 125 4.3.3 Các bước thiết lập tính tốn……… 126 4.3.4 Kết phân tích phần mềm số 127 4.3.5 Khảo sát ảnh hưởng tham số đến ứng xử dầm cầu bị ăn mòn 128 4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 KẾT LUẬN 132 Khối lượng thực luận án 132 Đóng góp luận án………… 132 KIẾN NGHỊ 133 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 TIẾNG VIỆT 136 TIẾNG ANH 138 PHỤ LỤC 144 vii PHỤ LỤC 01 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĂN MỊN GIA TỐC 144 PHỤ LỤC 02 - MÔ PHỎNG SỐ CHƯƠNG TRÌNH ATENA 145 PHỤ LỤC 03 - TÍNH TỐN CHI TIẾT DẦM T - BTCT…………………………147 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu đồ phát triển ăn mòn cốt thép theo thời gian .8 Hình 1.2 Hình ảnh mơ tả nguyên nhân gây hư hại kết cấu BTCT Hình 1.3 Quá trình phát triển vết nứt ăn mịn cốt thép theo Tuutti 10 Hình 1.4 Gỉ trương nở Hình 1.5 Gỉ trương nở khơng 11 Hình 1.6 Hiện trạng bị bong vỡ bê tông lộ cốt thép cầu Kênh K13 (thời điểm khảo sát năm 2018) 14 Hình 1.7 Hiện trạng ăn mịn gây hoen gỉ cốt thép, bong tróc lớp bê tơng bảo vệ cầu cảng Bến Đầm - Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu (Tình trạng thời điểm khảo sát năm 2017) 14 Hình 1.8 Hiện trạng ăn mịn gây hoen gỉ cốt thép, bong tróc lớp bê tông bảo vệ phận cầu BTCT (thời điểm khảo sát năm 2016) 15 Hình 1.9 Ăn mịn cốt thép gây hư hỏng kết cấu dầm BTCT cầu Bình Long (thời điểm khảo sát năm 2020) 15 Hình 1.10 Ăn mịn bê tông gây nứt phá hoại thân dầm Cầu Phước Lộc 16 Hình 1.11 Hình ảnh ăn mịn bê tông cốt thép kết cấu dầm cầu Thạnh Đức (thời điểm khảo sát năm 2021) 16 Hình 2.1 Q trình ăn mịn cốt thép bê tơng cacbonat hóa .28 Hình 2.2 Các phản ứng cực dương cực âm (Beeby) 28 Hình 2.3 Thể tích tương đối sản phẩm ăn mòn sắt .30 Hình 2.4 Áp lực bê tơng hình thành sản phẩm ăn mòn 39 Hình 2.5 Thiết bị sử dụng cho phương pháp điện nửa pin mô tả ASTM C876 để đo điện bề mặt liên quan đến dòng điện ăn mịn 42 Hình 2.6 Sơ đồ minh họa đường cong phân cực tuyến tính 43 Hình 2.7 Sơ đồ minh họa kết đo xung tĩnh điện 45 Hình 2.8 Biểu diễn giản đồ phép đo điện trở suất (a) Điện trở suất lớn, 48 Hình 2.9 Lý tưởng hóa bê tơng bảo vệ hình trụ thành dày: (a) mẫu bê tông ban đầu; (b) biến dạng bê tông, (c) biến dạng sản phẩm ăn mòn (d) gỉ chèn vào vết nứt mở 49