Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến sự hình thành chỉnh thể nhiệt của đập bê tông khối lớn

Trong bài viết này, tác giả nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố cơ bản đến quá trình hình thành chỉnh thể nhiệt của đập bê tông khối lớn trong thời kỳ xây dựng. Trên cơ sở kết quả đánh giá đó, tác giả xây dựng mô hình toán học bằng phương pháp thực nghiệm đầy đủ để xác định giá trị nhiệt độ lớn nhất trong khối bê tông, để từ đó dự báo sự hình thành khe nứt dựa trên việc xác định các đại lượng nhiệt độ chênh nhiệt.

CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 - Nội lực lớn lên trụ bê tơng cốt thép phía đài cọc: Mmax=63,98kN.m, Mmin=209,2kN.m Nmin = -505,6kN Hình Kết lực dọc mô men hai trường hợp a) Lực dọc đài cọc b) Lực dọc đài cọc c) Mômen đài cọc d) Mômen đài cọc Kết luận Qua nghiên cứu rút số kết luận sau: - Nội lực phân bố cọc 02 trường hợp hệ đài cọc độc lập liên kết dầm BTCT đài cọc liền khối chênh lệch không nhiều (nhỏ 6%); - Trường hợp hệ đài cọc độc lập liên kết dầm BTCT cho kết nội lực nhỏ hơn; - Việc chia nhỏ đài cọc liền khối thành hệ đài cọc độc lập liên kết dầm BTCT không giảm khối lượng bê tông phải làm thêm 04 dầm kích thước 1,2mx1mx0,6m để liên kết đài cọc độc lập với nhau; - Nên chọn dạng kết cấu đài cọc liền khối để thuận tiện cho công tác thi công biển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Nguyễn Viết Trung (2010), “SAP 2000 - Tính tốn cơng trình cảng cơng trình bờ biển” Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2010 [2] BS 6349: Part 2: 1998 Cơng trình biển – Thiết kế tường bến, cầu tàu, trụ độc lập Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, 2002 [3] User SAP 2000,2012/ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH CHỈNH THỂ NHIỆT CỦA ĐẬP BÊ TƠNG KHỐI LỚN RESEARCHING THE INFLUENCE OF FACTORS TO FORMATION TEMPERATURE REGIME OF MASSIVE CONCRETE DAMS TS NGUYỄN HỒNG Khoa Cơng trình, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Trong báo này, tác giả nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến trình hình thành chỉnh thể nhiệt đập bê tông khối lớn thời kỳ xây dựng Trên sở kết đánh giá đó, tác giả xây dựng mơ hình tốn học phương pháp thực nghiệm đầy đủ để xác định giá trị nhiệt độ lớn khối bê tông, để từ dự báo hình thành khe nứt dựa việc xác định đại lượng nhiệt độ chênh nhiệt Abstract In this paper, the authors researched the impact of fundamental factors to the formation of temperature regime in massive concrete dam during construction period Based on Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 16 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 assessment results, we recommended the mathematical model that was built by complete experimental method It’s useful to determine the value of the maximum temperature of the concrete, from which forecasts the cracks formed on determining the quantity of heat temperature differences Key words: solid concrete, temperature variations, crack formation, severe climate, temperature conditions Đặt vấn đề Trong trình thiết kế đập bê tông khối lớn, tốn ln cần giải cách triệt để, tốn xác định chỉnh thể nhiệt q trình xây dựng đập Việc tính tốn cách xác trường nhiệt độ, cơng cụ đắc lực việc dự báo hình thành khe nứt nhiệt Trường nhiệt độ đập bê tông khối lớn chịu ảnh hưởng yếu tố: Điều kiện thời tiết, điều kiện thi cơng… Ngồi ra, q trình xây dựng định kỹ thuật thi công: Sơ đồ thi công, tốc độ đổ bê tông Một yếu tố đáng quan tâm toán xác định chỉnh thể nhiệt, việc xác định giá trị nhiệt độ lớn tỏa khối đổ trình thủy hóa xi măng Giá trị nhiệt độ lớn hình thành yếu tố: Lượng xi măng khối bê tông, độ tỏa nhiệt lớn xi măng, độ dày khối đổ,… Chính giá trị nhiệt đô lớn kết hợp với nhiệt độ mơi trường bên ngồi, tạo nên độ chênh nhiệt độ Nếu độ chênh nhiệt độ vượt giá trị cho phép,sẽ dẫn tới nứt Bê tơng RCC Bê tơng truyền thơng Hình Sơ đồ thi công đập bê tông khối lớn a- Dạng dải; b- Dạng bậc thang Do cần phải có nghiên cứu, đánh giá tác động yếu tố lên hình thành chỉnh thể nhiệt, để từ có biện pháp điều tiết chế độ nhiệt cho đập bê tông khối lớn, giai đoạn thi cơng nhằm tránh tượng hình thành khe nứt nhiệt Cơ sở lý thuyết toán truyền nhiệt tỏa nhiệt 2.1.Bài tốn truyền nhiệt Phương trình truyền nhiệt không gian cho vật rắn sau: t t t t Q    { [a x ( ) a y ( )  a z ( ) ]  (  )t}dxdydz   qtd    (t  t c ) d  x  y  z     V 1 2 (1) Trong đó: tc – Nhiệt độ mơi trường tự nhiên phía biên bề mặt tính tốn, phù hợp với điều kiện biên số III; –Diện tích bề mặt tính toán phù hợp với điều kiện biên số II III Để giải phương trình này, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với biên phân cục bộ, ta giá trị hàm nhiệt độ cần xác định ax;ay; az: Các hệ số truyền nhiệt vật liệu 2.2 Bài toán tỏa nhiệt Nhiệt độ lớn mà khối bê tông tỏa ra, xác định theo cơng thức: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 17 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015  Q  Qmax [1  (1  A20  t ( )  20  d ) 0.833 ] (2) Trong đó: Qτ – Nhiệt lượng tỏa xi măng thời điểm xem xét t ; Qmax – Độ tỏa nhiệt lớn xi măng; A20 – Hệ số tốc độ tỏa nhiệt bê tông thời điểm hóa rắn t = 20 (oC), A20 = 0,014 (h-1)( [2]) ;  - 10 oC [2] Áp dụng tính tốn Trong phần áp dụng tính tốn này, tác giả tiến hành nghiên cứu tính tốn, đánh giá ảnh hưởng tác động yếu tố lên hình thành chỉnh thể nhiệt cho phân đoạn dài 10m, cao 30m (tương ứng với sơ đồ dạng dải) dài 20m, cao 30m ứng với sơ đồ thi cơng dạng cột (hình 2) Tốc độ đổ bê tông cho sơ đồ 0,1- 0,6m/ngày đêm (tốc độ tương ứng với q trình đổ bê tơng khối lớn nay) Trên mặt tính tốn “nền đá- môi trường” “bê tông- môi trường” xem điều kiện biên số III cho tốn tính tốn với hệ số trao đổi nhiệt β= 20 W/(м2.оС) Điều kiện nhiệt độ môi trường áp dụng cho phần tính tốn 20 оС ( tương ứng với nhiệt độ trung bình năm vùng núi cao Việt Nam) Tính chất vật lý bê tơng áp dụng là: Độ dẫn nhiệt 2,23 W/(моС); hệ số dẫn nhiệt độ α= 0,0042 (м2/h) Tính tốn tỏa nhiệt q trình thủy hóa xi măng áp dụng theo [2] Để giải toán sử dụng phần mềm tính tốn xác định chế độ nhiệt cho đập bê tông dựa phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) [1,2] а) 10 а) б) 10 б) 10 1 Бетон Основание 30 30 30 1 Бетон Основание 2 Hình Sơ đồ chia lưới tính tốn bê tơng- đá phương pháp PTHH 1- Bê tông; 2- Nền đá Kết toán sử dụng đầu vào toán xác định nhiệt độ lớn khối bê tông thời kỳ xây dựng phương pháp thực nghiệm đầy đủ để dự báo điều kiện hình thành khe nứt nhiệt Trong phương pháp thực nghiệm đầy đủ, việc nghiên cứu đầy đủ yếu tố thu phương trình sau: Yi = bo+b1X1+b2X2+b3X3+b4X4+b5X5+b12X1X2+b13X1X3+b14X1X4+b15X1X5+b23X2X3+ b24X2X4+b25X2X5+b34X3X4+b35X3X5+b45X4X5+b123X1X2X3+b124X1X2X4+ b125X1X2X5+b134X1X3X4+b135X1X3X5+b145X1X4X5+b234X2X3X4+b235X2X3X5+ b245X2X4X5+b345X3X4X5+b1234X1X2X3X4+b1235X1X2X3X5+b1245X1X2X4X5+ b1345X1X3X4X5+ b2345X2X3X4X5+b12345Х1Х2Х3X4X5 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 (3) 18 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Trong đó: Х1 – Lượng xi măng sử dụng (áp dụng sau Х1= -1 – Giá trị yếu tố nghiên cứu,; Х1= +1 – Giá trị yếu tố nghiên cứu); Х2 – Độ dày lớp đổ; Х3 – Nhiệt độ đổ bê tông; Х4 – Lượng tỏa nhiệt đầy đủ xi măng, Yi: Là độ chênh nhiệt độ nhiệt độ lớn khối bê tơng nhiệt độ mơi trường bên ngồi Bảng giá trị yếu tố tác động đến hình thành chỉnh thể nhiệt Đại lượng Х1 (Ц)– lượng xi măng (kg/m ) Х2 (∆lớp)– chiều dày lớp đổ(m) Х3(tbêtong ) – Nhiệt độ ban đầu hỗn hợp bê tông (С) Х4 (Эmax)- Độ tỏa Bê tông RCC Bê tông thường -1 50 250 +1 170 300 -1 +1 0.3 1.0 1.0 3.0 -1 10 10 +1 22 22 nhiệt lớn khối bê tông(КJ/кg) -1 120 350 +1 350 500 Х5 (Vbêtong)– Tôc -1 0.1 0.1 độ đổ bê tông(m/ngày đêm) +1 0.6 0.6 (m) L 0,3 T be tong (°С) 22 10 м 3) Ц (к g/ Ц (к g/м ) L 200 t max (°C) 24,15 500 L J/к Q (K V (м/ngd) 0,6 ) J/кg Q (K 0,1 0,6 g) 500 47,99 22 10 350 350 V (м/ngd) T be tong (°С) (m) L L 200 0,1 91,22 t max (°C) 38,06 L 350 350 a) b) Hình Đồ thị xác định nhiệt độ lớn khối bê tông a- Sơ đồ đổ bê tông dạng dải dài; b- Sơ đồ đổ bê tông kiểu cột Kết tính tốn phương pháp thực nghiệm đầy đủ thu giá trị bi [1] (hệ số phương trình 1) sau *) Đối với sơ đồ dạng dải: - Trong điều kiện nhiệt độ môi trường 20 оС t max = 34.7 + 2.58X1 + 0.43 X2 + 5.22 X3 + 1.98 X4 +1.35 X5 +1.55 X1X4 - 0.56X4 X5 -0.23 X1 X2 X4 - 0.23X1 X3 X5 +0.52 X1 X4 X5 +0.21X2X4X5 + +0.37X1X2X4X5; (4) *) Đối với sơ đồ dạng cột : Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 44 – 11/2015 19 ... đập bê tông khối lớn, tốn ln cần giải cách triệt để, tốn xác định chỉnh thể nhiệt q trình xây dựng đập Việc tính tốn cách xác trường nhiệt độ, cơng cụ đắc lực việc dự báo hình thành khe nứt nhiệt. .. định chỉnh thể nhiệt, việc xác định giá trị nhiệt độ lớn tỏa khối đổ trình thủy hóa xi măng Giá trị nhiệt độ lớn hình thành yếu tố: Lượng xi măng khối bê tông, độ tỏa nhiệt lớn xi măng, độ dày khối. .. công đập bê tông khối lớn a- Dạng dải; b- Dạng bậc thang Do cần phải có nghiên cứu, đánh giá tác động yếu tố lên hình thành chỉnh thể nhiệt, để từ có biện pháp điều tiết chế độ nhiệt cho đập bê tông