Phân tích độ tin cậy theo thời gian kết cấu bê tông cốt thép vùng bờ biển

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS NGUYỄN THỜI TRUNG Cán hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS LƯƠNG VĂN HẢI Cán chấm nhận xét 1: TS HỒ ĐỨC DUY Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN VĂN HIẾU Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM, ngày 18 tháng 02 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS BÙI CÔNG THÀNH Chủ tịch hội đồng TS HỒ ĐỨC DUY Thành viên phản biện TS NGUYỄN VĂN HIẾU Thành viên phản biện PGS TS NGUYỄN TRUNG KIÊN Thành viên TS VŨ TÂN VĂN Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM ĐẠI HỌC QlX'C GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRƯƠNG HUỆ AN MSHV: 13210123 Ngày, tháng, năm sinh: 01/02/1978 Nơi sinh: Bến Tre Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD&CN Mã số: 60580208 I TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY THEO THỜI GIAN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÙNG BỜ BIỂN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phân tích khả chịu lực theo thời gian kết cấu khung bê tông cốt thép Phân tích độ tin cậy theo thời gian kết cấu khung bê tông cốt thép Dự báo thời gian cốt thép bắt đầu bị ăn mòn, thời gian nứt lớp bê tông bảo vệ, thời gian số độ tin cậy kết cấu đạt đến ngưỡng an toàn Đề xuất quy trình giám sát, đánh giá chất lượng dự báo tuổi thọ cơng trình III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CBHD 1: PGS.TS NGUYỄN THỜI TRUNG CBHD 2: PGS.TS LƯƠNG VẪN HẢI TP HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CBHD PGS.TS NGUYỄN THỜI TRUNG CBHD2 PGS.TS LƯƠNG VẪN HẢI TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG -i- LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn tơi PGS.TS Nguyễn Thời Trung PGS.TS Lương Văn Hải, ương thời gian qua hai Thầy tận tình hướng dẫn giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Cảm ơn Thầy Nguyễn Thời Trung, người có lĩnh vực nghiên cứu mơn học mơn Độ tin cậy kết cấu, mơn học gợi mở cho tơi hướng nghiên cứu phân tích độ tin cậy theo thời gian kết cấu bê tông cốt thép vùng bờ biển Đây điều mà suốt chín năm làm cơng tác thiết kế tơi ln suy nghĩ tìm hướng giải Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cán Viện khoa học tính tốn Trường Đại học Tôn Đức Thắng hỗ trợ thời gian làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM cung cấp kiến thức hữu ích làm tảng để thực luận văn Tôi xin cảm ơn Ban Giám đốc Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Bến Tre tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành chương trình cao học giúp tơi bổ sung thêm kiến thức hữu ích phục vụ công tác sau Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tơi, người bạn lớp cao học đồng hành ừong suốt thời gian qua TP.HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015 Trương Huệ An ii TÓM TẮT Ăn mòn cốt thép kết cấu bê tơng cốt thép nguyên nhân làm suy giảm khả chịu lực kết cấu Các tác nhân gây ăn mòn cốt thép bao gồm: nồng độ ion clo bề mặt cốt thép, nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, điện trở suất bê tơng, sẵn có oxy bề mặt cốt thép, v.v Đối với kết cấu bê tơng cốt thép nằm vùng khí hậu biển, q trình ăn mòn cốt thép diễn nhanh có đầy đủ tác nhân gây ăn mòn Trên sở tham khảo nghiên cứu thực hiện, luận văn tác giả tổng hợp nghiên cứu q trình ăn mòn cốt thép, cơng thức xác định mật độ dòng ăn mòn, thời gian nứt lớp bê tơng bảo vệ, suy giảm đường kính cốt thép theo thời gian, v.v Từ sở khoa học này, tác giả phân tích khả chịu lực kết cấu khung bê tông cốt thép theo thời gian tính từ cốt thép bắt đầu bị ăn mòn Đồng thời tác giả dùng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá độ tin cậy khả chịu lực kết cấu theo thời gian Khi phân tích độ tin cậy, thơng số như: kích thước hình học, đường kính cốt thép, cường độ bê tơng, tỷ lệ nước/xi măng, chiều dày lóp bê tông bảo vệ, v.v xem biến ngẫu nhiên (các biến có giá trị trung bình độ lệch chuẩn xác định phương pháp thống kê theo quy định tiêu chuẩn) Từ kết phân tích, tác giả dự báo thời điểm cốt thép bắt đầu bị ăn mòn, thời điểm bắt đầu nứt lớp bê tông bảo vệ, thời điểm vết nứt mở rộng đến lmm thời điểm số độ tin cậy kết cấu đạt ngưỡng an toàn (thời điểm phải tháo dỡ cơng trình) Trong luận văn này, tác giả đề xuất quy trình giám sát, đánh giá chất lượng dự báo tuổi thọ cơng trình làm sở để phát triển nghiên cứu thực nghiệm dự báo tuổi thọ cơng trình vùng khí hậu biển Việt Nam iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng việc thực hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thời Trung PGS.TS Lương Văn Hải Các kết ửong luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm cơng việc thực Tp.HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2015 Trương Huệ An -iv- MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Giới thiệu phân tích độ tin cậy theo thời gian 1.2 Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Tình hình nghiên cứu .3 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG Cơ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái niệm ăn mòn ố 2.1.1 Cơ chế phản ứng động lực học 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn 2.1.2.1 Các thông số môi trường vật liệu 2.1.2.2 Ảnh hưởng vết nứt 12 2.1.3 Mô hình ăn mòn cốt thép 12 2.1.3.1 Tốc độ ăn mòn .12 2.1.3.2 Suy giảm cốt thép bê tông 15 2.1.3.3 Mở rộng phát triển sản phẩm ăn mòn 18 2.1.4 Thời gian ăn mòn gây nứt lớp bê tơng bảo vệ 18 2.1.5 Ước lượng bề rộng vết nứt bề mặt bê tông .24 V 2.2 Các kết nghiên cứu thực nghiệm 25 2.3 Lý thuyết độ tin cậy 26 2.3.1 Các khái niệm 26 2.3.2 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy 29 CHƯƠNG 34 KẾT QUẢ SỐ: PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY KẾT CẤU KHUNG BÊ TƠNG CỐT THÉP 34 3.1 Dữ liệu toán 34 3.1.1 Thông tin cơng trình 34 3.1.2 Các thơng số tính tốn 35 3.1.2.1 Kích thước hình học nội lực tính tốn (xem Bảng 3.1) 35 3.1.2.2 Các thông số biến ngẫu nhiên 37 3.1.2.3 Các thông số vật liệu 40 3.2 Phân tích độ tin cậy dầm 41 3.2.1 Các cơng thức tính tốn 41 3.2.1.1 Bài tốn tính cốt thép dầm chịu uốn 41 3.2.1.2 Bài toán kiểm tra khả chịu uốn dầm theo kết chọn thép 41 3.2.1.3 Bài tốn phân tích độ tin cậy khả chịu lực dầm theo kết chọn thép theo thời gian 42 3.2.1.4 Bài toán xác định thời gian nứt lớp bê tông bảo vệ thời gian bề rộng vết nứt mở rộng đến lmm 44 3.2.2 Ví dụ số 44 3.2.2.1 Bài toán 1: Tính cốt thép kiểm tta khả chịu uốn dầm theo kết chọn thép 44 3.2.2.2 Bài tốn 2: Phân tích độ tin cậy dầm theo trường hợp chọn thép 45 3.2.2.3 Bài toán 3: Xác định thời gian nứt lớp bê tông bảo vệ, thời gian bề rộng vết nứt mở rộng đến lmm thời gian số độ tin cậy kết cấu đạt đến ngưỡng an toàn p = 46 3.2.2.4 Bài tốn 4: Phân tích độ tin cậy khả uốn dầm theo thời gian 48 -643.4.2 Q trình ăn mòn - nứt khung Tên Cấu Bảng 3.13: Q trình ăn mòn - nứt khung Tên tié t Chọn th p Các thời diêm q trình ăn mòn - nứt diện Thời đivm bắt Thời điẽm Thời điẽm Thời điem độ kiện đầu ăn mòníữ xuất vết nứt lmm, tcrackỉ tin cậy đến giới hạn an toàn, vết nứt rộng tcracỉdữ Gỏi trái D10 Dll D12 D13 Nhịp 2020+ 016 G*H phải 3020 1.72 6.02 18.5 0.00 6.02 18.0 0.00 1.52 1.92 0.00 1.33 6.02 6.23 16.0 18.5 2016+1014 Nhịp 2012 Gỏi phải 2016 0.00 1.52 6.23 18.5 Gôi trái 2018+1020 0.00 1.72 6.02 22.0 Nhịp 2018+1020 0.00 1.72 6.02 17.0 Gm phải Gói trái 2018+1020 3014 0.00 1.72 1.33 6.02 6.38 19.5 17.5 Nhịp 2012 2014 2016+1014 0.00 0.00 1.33 1.33 6.38 6.23 19.5 19.0 2018+1016 0.00 1.52 6.11 19.5 2016+1020 3014 0.00 0.00 1.52 33 6.02 6.38 17.0 17.5 6016 0.00 1.52 6.23 16.5 Cột Cột 6016 4016 0.00 1.52 1.52 6.23 6.23 18.0 16.5 Cột Cột 6016 0.00 6016 0.00 1.52 1.52 6.23 6.23 18.5 17.0 Cột 0.00 1.52 6.23 19.5 Cột 6016 4016 0.00 52 6.23 19.0 Cột 4014 0.00 1.33 6.38 16.5 Cột 4014 0.00 1.33 6.38 18.5 Nhịp ỡd phải G cho tuổi thọ lại cấu kiện cơng trình sau cốt thép bắt đầu bị ăn mòn lớn 15 năm; - Từ liệu thiết kế sai lệch cho phép theo quy phạm thi công nghiệm thu tiến hành lập hồ sơ theo dõi dự báo tuổi thọ cơng trình Trong hồ sơ dự báo thời điểm quan trọng như: thời điểm xuất vết nứt cấu kiện, thời điểm vết nứt mở rộng đến lmm, thời điểm số độ tin cậy -68- -69- -70- -71- -72- -73- -74- -75- -76- 123 ... TÀI: PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY THEO THỜI GIAN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÙNG BỜ BIỂN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phân tích khả chịu lực theo thời gian kết cấu khung bê tơng cốt thép Phân tích độ tin cậy theo. .. khung bê tông cốt thép theo thời gian tính từ cốt thép bắt đầu bị ăn mòn Đồng thời tác giả dùng lý thuyết độ tin cậy để đánh giá độ tin cậy khả chịu lực kết cấu theo thời gian Khi phân tích độ tin. .. tích độ tin cậy theo thời gian kết cấu khung bê tông cốt thép Dự báo thời gian cốt thép bắt đầu bị ăn mòn, thời gian nứt lớp bê tông bảo vệ, thời gian số độ tin cậy kết cấu đạt đến ngưỡng an