Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chỉ tiêu cơ lý theo thời gian của bê tông đầm lăn đến tiến độ thi công đập bê tông trọng lực ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ THEO THỜI GIAN CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐẾN TIẾN ĐỘ THI CÔNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ QUỐC TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ THEO THỜI GIAN CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐẾN TIẾN ĐỘ THI CÔNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Mã số: NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Xây dựng cơng trình thủy 62.58.40.01 GS.TS Vũ Thanh Te PGS.TS Đỗ Văn Lượng HÀ NỘI, NĂM 2016 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Lê Quốc Toàn i LỜI CÁM ƠN Sau thời gian thực hiện, với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình Thầy bạn bè đồng nghiệp, Luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý theo thời gian bê tông đầm lăn đến tiến độ thi công đập bê tông trọng lực Việt Nam” hoàn thành Tác giả xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu, Phòng đào tạo Đại học sau đại học, Bộ môn Công nghệ Quản lý xây dựng, Khoa Cơng trình Trường Đại học Thuỷ Lợi giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho NCS thời gian thực Luận án Xin đặc biệt cám ơn hướng dẫn, giúp đỡ tận tình GS.TS Vũ Thanh Te, PGS.TS Đỗ Văn Lượng Các Thầy tạo điều kiện tốt cho NCS q trình học tập hồn thành Luận án Tác giả chân thành cám ơn đồng nghiệp bạn bè nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình học tập thực Luận án Do lực thân nhiều hạn chế, chắn Luận án khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả kính mong Thầy Cơ bảo, đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tác giả hồn thiện, tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2016 Tác giả luận án Lê Quốc Tồn ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG ĐẦM LĂN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU ĐẶT RA VỚI LUẬN ÁN 1.1 Lịch sử hình thành phát triển BTĐL giới 1.1.1 Lịch sử hình thành BTĐL 1.1.2 Tình hình ứng dụng BTĐL giới .5 1.2 Tình hình xây dựng đập BTĐL Việt Nam 1.3 Tổng quan kết nghiên cứu nước giới BTĐL 1.3.1 Về thiết kế kết cấu mặt cắt đập BTĐL 1.3.2 Kết nghiên cứu BTĐL giới 10 1.3.2.1 Kết nghiên cứu BTĐL Pháp 10 1.3.2.2 Kết nghiên cứu BTĐL Mỹ 10 1.3.2.3 Kết nghiên cứu BTĐL Nhật Bản 14 1.3.2.4 Kết nghiên cứu BTĐL Trung Quốc .15 1.3.2.5 Nhận xét phương pháp thiết kế cấp phối BTĐL 17 1.3.3 Những nghiên cứu BTĐL Việt Nam 18 1.3.3.1 Về thiết kế cấp phối BTĐL 18 1.3.3.2 Các kết nghiên cứu phụ gia khoáng 19 1.3.3.3 Nghiên cứu vật liệu chống thấm cho BTĐL 20 1.3.3.4 Những nghiên cứu nhiệt BTĐL .21 1.3.3.5 Những nghiên cứu công nghệ thi công BTĐL 22 1.4 Những vấn đề tồn cần nghiên cứu BTĐL, vấn đề nghiên cứu đặt luận án 23 1.4.1 Những vấn đề tồn cần nghiên cứu BTĐL 23 1.4.1.1 Về chất lượng kết hợp mặt tầng BTĐL 23 1.4.1.2 Về nâng cao khả chống thấm BTĐL .23 iii 1.4.1.3 Về tiến độ thi công đập BTĐL .23 1.4.2 Lựa chọn vấn đề nghiên cứu, nội dung nghiên cứu luận án 24 1.5 Kết luận Chương 25 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH CẤP PHỐI VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 27 2.1 Những nhân tố ảnh hưởng đến tiêu lý BTĐL .27 2.2 Lựa chọn vật liệu sử dụng nghiên cứu chế tạo cấp phối BTĐL .29 2.2.1 Vật liệu sử dụng cho cấp phối BTĐL-P (BTĐL sử dụng phụ gia puzơlan)29 2.2.1.1 Xi măng 29 2.2.1.2 Phụ gia khoáng .30 2.2.1.3 Nước .30 2.2.1.4 Cốt liệu nhỏ 31 2.2.1.5 Cốt liệu lớn 31 2.2.1.6 Phụ gia hóa dẻo đơng kết chậm 33 2.2.2 Vật liệu sử dụng cho cấp phối BTĐL-T (BTĐL sử dụng phụ gia tro bay) 33 2.2.2.1 Xi măng 33 2.2.2.2 Phụ gia khoáng .33 2.2.2.3 Nước .34 2.2.2.4 Cốt liệu nhỏ 34 2.2.2.5 Cốt liệu lớn 35 2.2.2.6 Phụ gia mịn 36 2.2.2.7 Phụ gia hóa dẻo đơng kết chậm 36 2.3 Phương pháp xác định cấp phối BTĐL tối ưu 36 2.3.1 Phương pháp xác định cấp phối BTĐL .36 2.3.2 Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm thiết kế cấp phối BTĐL 37 2.4 Các phương pháp thí nghiệm xác định tiêu lý BTĐL .42 2.4.1 Thí nghiệm xác định cường độ nén BTĐL [43] 42 2.4.1.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm 42 2.4.1.2 Mẫu thí nghiệm 42 2.3.1.3 Thiết bị thí nghiệm .42 iv 2.4.1.4 Công thức xác định .43 2.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ kéo BTĐL [43] 43 2.4.2.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm 43 2.4.2.2 Mẫu thí nghiệm 44 2.4.2.3 Thiết bị thí nghiệm .44 2.4.2.4 Công thức xác định .44 2.4.3 Thí nghiệm xác định biến dạng co ngót BTĐL [43] 44 2.4.3.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm 44 2.4.3.2 Mẫu thí nghiệm 45 2.4.3.3 Thiết bị thí nghiệm .45 2.4.3.4 Công thức xác định .45 2.4.4 Thí nghiệm xác định modul đàn hồi BTĐL [43] 45 2.4.4.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm 46 2.4.4.2 Mẫu thí nghiệm 46 2.4.4.3 Thiết bị thí nghiệm 46 2.4.4.4 Công thức xác định .47 2.4.5 Thí nghiệm xác định tính chất nhiệt BTĐL [43] 47 2.4.5.1 Tiêu chuẩn thí nghiệm 48 2.4.5.2 Mẫu thí nghiệm 48 2.4.5.3 Thiết bị thí nghiệm .48 2.4.5.4 Công thức xác định .48 2.4.6 Thí nghiệm xác định nhiệt BTĐL [43] 48 2.4.6.1 Phạm vi tiêu chuẩn áp dụng .48 2.4.6.2 Mục đích sử dụng 49 2.4.6.3 Mẫu thí nghiệm 49 2.4.6.4 Thiết bị thí nghiệm .49 2.4.6.5 Trình tự thí nghiệm .50 2.5 Xác định cấp phối BTĐL 50 2.5.1 Xác định cấp phối BTĐL-P tối ưu 50 2.5.2 Xác định cấp phối BTĐL -T tối ưu .55 2.6 Kết luận Chương 59 v CHƯƠNG NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 61 3.1 Nghiên cứu diễn biến số tiêu lý BTĐL 61 3.1.1 Nghiên cứu trình phát triển cường độ nén (Rn) BTĐL 61 3.1.1.1 Cường độ nén BTĐL cấp phối BTĐL-P 61 3.1.1.2 Cường độ nén BTĐL cấp phối BTĐL-T .62 3.1.1.3 Nhận xét trình phát triển cường độ nén BTĐL 62 3.1.2 Nghiên cứu trình phát triển cường độ kéo (Rk) BTĐL 63 3.1.2.1 Cường độ kéo cấp phối BTĐL-P 63 3.1.2.2 Cường độ kéo cấp phối BTĐL-T 64 3.1.2.3 Diễn biến trình phát triển cường độ kéo BTĐL 64 3.1.2.4 Tốc độ tăng trưởng cường độ nén, kéo BTĐL .65 3.1.3 Nghiên cứu biến dạng co ngót BTĐL 66 3.1.3.1 Nghiên cứu biến dạng co ngót nhiệt BTĐL 66 3.1.3.2 Nghiên cứu hệ số biến dạng nhiệt BTĐL 67 3.1.3.3 Nghiên cứu biến dạng co ngót nước (co khơ)của BTĐL 68 3.1.4 Nghiên cứu hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt 70 3.1.4.1 Hệ số truyền nhiệt 70 3.1.4.2 Hệ số dẫn nhiệt .70 3.1.5 Nghiên cứu modul đàn hồi BTĐL 71 3.1.5.1 Modul đàn hồi chống nén tĩnh BTĐL 71 3.1.5.2 Modul đàn hồi chống kéo BTĐL 73 3.1.6 Nghiên cứu tăng nhiệt tối đa BTĐL 75 3.2 Công nghệ thi công diễn biến nhiệt, nứt ứng suất nhiệt BTĐL 79 3.2.1 Về công nghệ thi công đập BTĐL .79 3.2.1.1 Trộn bê tông đầm lăn [5] 79 3.2.1.2 Vận chuyển bê tông đầm lăn [5] 79 3.2.1.3 Công tác thi công mặt đập[5] .80 3.2.2 Về diễn biến nhiệt nứt nhiệt q trình thi cơng đập BTĐL .81 3.2.2.1 Diễn biến nhiệt thi công đập BTĐL 81 3.2.2.2 Nứt ứng suất nhiệt BTĐL 82 vi 3.3 Kết luận Chương 84 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DIỄN BIẾN CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTĐL ĐỂ KIỂM ĐỊNH TIẾN ĐỘ THI CÔNG ĐẬP ĐỒNG NAI 86 4.1 Phần mềm ANSYS khả tính tốn phân tích nhiệt, ứng suất nhiệt 86 4.1.1 Khả tính tốn nhiệt, ứng suất nhiệt phần mềm ANSYS [53] 86 4.1.2 Những hạn chế tính tốn nhiệt ứng suất nhiệt đập BTĐL phần mềm ANSYS 87 4.1.3 Những nội dung bổ sung phần mềm ANSYS để tính tốn nhiệt ứng suất nhiệt đập BTĐL 87 4.2 Xây dựng toán phân tích nhiệt đập BTĐL phần mềm ANSYS 88 4.2.1 Cơ sở phân tích nhiệt phần mềm ANSYS [53] 88 4.2.1.1 Lý thuyết kinh điển truyền nhiệt học 88 4.2.1.2 Phân tích nhiệt phần mềm ANSYS .88 4.2.2 Xây dựng toán 93 4.2.2.1 Mơ hình tính tốn 93 4.2.2.2 Tham số đầu vào mơ hình 94 4.2.2.3 Phân tích mơ thi công BTĐL phần mềm ANSYS 94 4.3 Giới thiệu cơng trình thủy điện Đồng Nai 4, số tiêu thiết kế BTĐL .95 4.3.1 Giới thiệu công trình 95 4.3.2 Đặc trưng nhiệt BTĐL tiêu lý đá 96 4.3.3 Một số điều kiện biên tính nhiệt ứng suất nhiệt đập Đồng Nai .97 4.3.4 Diễn biến tiêu lý BTĐL-P theo thời gian 98 4.4 Sử dụng phần mềm ANSYS tính tốn diễn biến nhiệt, ứng suất nhiệt xác định tốc độ thi công hợp lý kiểm định đập BTĐL Đồng Nai (cấp phối BTĐL-P) 98 4.4.1 Các kịch thi công 98 4.4.1.1 Cơ sở xây dựng kịch thi công BTĐL 98 4.4.1.2 Các kịch thi công BTĐL kiểm định cho đập Đồng Nai .99 4.4.2 Diễn biến nhiệt, ứng suất nhiệt ứng với kịch thi công BTĐL 100 4.4.2.1 Kịch 100 4.4.2.2 Kịch 105 4.4.2.3 Kịch 109 vii 4.4.2.4 Kịch 113 4.4.2.5 Kịch 116 4.4.2.6 Kịch 120 4.4.2.7 Nhận xét lựa chọn kịch 124 4.5 Tính toán nhiệt ứng suất nhiệt kiểm định đập BTĐL Đồng Nai theo cấp phối BTĐL-T 127 4.5.1 Các kịch tính tốn .128 4.5.2 Kết tính tốn .128 4.5.2.1 Kịch 128 4.5.2.2 Kịch 133 4.5.2.3 Kịch 136 4.5.3 Phân tích kết tính tốn 141 4.6 Kết luận Chương 142 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 144 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 PHỤ LỤC 01: LÝ THUYẾT KINH ĐIỂN TRUYỀN NHIỆT HỌC 153 PHỤ LỤC 02: 68 THAM SỐ ĐẦU VÀO CỦA CHƯƠNG TRÌNH TÍNH NHIỆT VÀ ỨNG SUẤT TRONG Q TRÌNH THI CƠNG ĐẬP BTĐL 155 PHỤ LỤC 03: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH ỨNG SUẤT TRONG Q TRÌNH THI CÔNG ĐẬP BTĐL 157 PHỤ LỤC 04: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN NHIỆT TRONG Q TRÌNH THI CƠNG ĐẬP BTĐL 173 PHỤ LỤC 05: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ỨNG SUẤT NHIỆT TRONG Q TRÌNH THI CƠNG ĐẬP BTĐL 192 PHỤ LỤC 06: TÍNH TỐN DIỄN BIẾN ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG THI CÔNG 203 viii Bảng 3.12 Một số hệ số biến dạng nhiệt BTĐL Nguồn gốc cốt liệu N/(X+PGK) N (Kg/m3) H.số BDN 10-6/0C Cát sông, đá cuội 0,44 70 9,064 Cát nhân tạo, đá dăm, đá vôi 0,86 93 5,803 3.1.3.3 Nghiên cứu biến dạng co ngót nước (co khơ) BTĐL Bảng 3.13 Biến dạng co ngót thể tích BTĐL Hệ số co ngót thể tích BTĐL Cn (%*10-2) Tuổi 14 28 56 90 365 BTĐL-P 0,30 0,61 1,11 1,51 1,91 2,11 2,48 2,79 3,44 3,95 4,02 4,23 BTĐL-T 0,42 0,61 0,90 1,11 1,61 1,80 2,02 2,21 2,51 2,65 2,78 Độ co ngót bê tơng (%) Biểu đồ quan hệ độ co ngót (%) - t (ngày) 0.055 0.05 0.045 y = 0.0075ln(x) + 0.0057 R² = 0.9216 0.04 0.035 y = 0,0057Ln(x) + 0,005 R2 = 0,9116 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 50 100 150 cấp phối số 200 cấp phối số 250 300 350 400 Tuổi bê tơng RCC - t (ngày) Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ BDCN ~ thời gian cấp phối:BTĐL-P&BTĐL-T Hàm tương quan thể BDCN theo thời gian cấp phối BTĐL-P: Ycn1 = 0,0075ln(x) + 0,0057 với R2= 0,9216 (3.3a); cấp phối BTĐL-T: Ycn2 = 0,0057ln(x) + 0,005 với R2= 0,9116 (3.3b) 3.1.4 Hệ số truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt 3.1.4.1 Hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt (HSTN) thể khuyếch tán nhiệt lượng bê tông (đơn vị m2/h ký kiệu ) HSTN bê tơng lớn thời gian để nhiệt độ điểm khối bê tông đạt đến trị số nhanh HSTN bê tông phụ thuộc vào loại cốt liệu, lượng dùng cốt liệu, tỷ lệ nước sử dụng dung trọng bê tông Thông thường HSTN bê tông tỷ lệ nghịch với độ tăng nhiệt độ, tỷ lệ thuận với hàm lượng cốt liệu bê tông Do BTĐL sử dụng nước nhiều cốt liệu CVC nên HSTN BTĐL lớn CVC nhiên chênh lệch tăng không đáng kể [48] 12 3.1.4.2 Hệ số dẫn nhiệt (HSDN)  =  C γ Với : HSDN bê tông [KJ/(m.h 0C)]; : HSTN(m2/h); C: Tỷ nhiệt bê tông [KJ/(Kg.0C)]; γ: Dung trọng bê tông [Kg /(m3)] Bảng 3.14 Kết nghiên cứu đặc trưng nhiệt BTĐL CKD (kg/m3) Nhiệt độ ( C) (m /h) 120 40 150 60 40 160 60 40 210 60 236 40 60 40 60 0,0039 0,0038 0,0039 0,0038 0,0034 0,0033 0,0046 0,0049 0,0039 0,0038 [kJ/(m.h C)] 8,25 8,46 8,25 8,46 7,2 7,91 7,0 - 8,21 8,46 0,87 0,91 0,84 0,9 0,84 0,9 0,96 - 0,87 0,91 9,06 9,06 9,25 9,25 8,35 8,35 10,4 10,4 9,06 9,06 C[kJ/(kg C)] -6 a (10 / C) 3.1.5 Nghiên cứu modul đàn hồi BTĐL 3.1.5.1 Modul đàn hồi (MDĐH) chống nén tĩnh BTĐL Modul đàn hồi bê tông RCC (10000MPa) Biểu đồ quan hệ modul đàn hồi (MPa) - t (ngày) 2.7 y = 0,503Ln(x) + 0,0808 R2 = 0,9831 2.4 2.1 y = 0.4823ln(x) + 0.0946 R² = 0.9758 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0 10 20 30 40 50 cấp phối số 60 cấp phối số 70 80 90 100 Tuổi bê tơng RCC - t (ngày) Hình 13 Biểu đồ quan hệ MDĐH BTĐL-P&BTĐL-T Hàm tương quan thể MDĐH cấp phối BTĐL-P:Yđh1 = 0,4823ln(x) + 0,0946 với R2= 0,9758 (3.5a); cấp phối BTĐL-T:Yđh2 = 0,5031ln(x) + 0,0808 với R2 = 0,9831(3.5b) MDĐH cấp phối BTĐL-P& BTĐL-T chênh lệch không lớn tổng lượng dùng cốt liệu cấp phối tương đương nhiên lượng dùng CKD cấp phối BTĐL-T cao cấp phối BTĐL-P nên MDĐH cấp phối BTĐL-T cao cấp phối BTĐL -P 3.1.5.2 Modul đàn hồi chống kéo BTĐL MDĐH chống kéo BTĐL chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố quy luật ảnh hưởng tương tự Theo [48], MDĐHchống kéo BTĐL tuổi 90 13 ngày (đối với BTĐL cấp phối cấp) = 1,3 ÷ 1,48 lần MDĐHchống nén Đối với CVC,MDĐHchống kéo tương đương MDĐHchống nén 3.1.5.3 Biến dạng kéo giãn cực hạn (BDKGCH)của BTĐL Là giá trị Rk lớn đứt bê tông theo chiều tâm trục dùng giá trị max để biểu thị, chịu ảnh hưởng lượng CKD, Rk, MDĐH kéo, tuổi bê tông…(chủ yếu lượng CKD Rk; Rk cố định, phụ thuộc lượng CKD) BDKGCH bê tơngquathí nghiệm phịng lớn nhiều so với BDKGCH bê tông thân đập Do dùng phương pháp sàng ướt để loại bỏ cốt liệu thơ có đường kính lớn 40mm, mẫu thí nghiệm phịng có tỷ lệ vữa lớn tỷ lệ vữa bê tông thân đập [48] 3.1.6 Nghiên cứu tăng nhiệt tối đa BTĐL Nhiệt độ tối đa BTĐL độ tăng nhiệt độđo BTĐL trạng thái không tiêu tan nhiệt lượngvà không hấp thụ nhiệt lượngbên ngồi Trong thực tế thi cơng, nhiệt độtrong thân đập MDĐH CVC phụ thuộc chủ yếu vào thành phần lượng dùng cốt liệu, tiêu làm tăng khả chống nứt BTĐL - Các hàm hồi quy thể quan hệ tiêu lý theo thời gian cấp phối BTĐL xác định qua kết thực nghiệm quan hệ Rntheo thời gian (Rn~ t); Rk theo thời gian (Rk~ t); Hệ số co ngót theo thời gian (ε ~ t) MDĐH theo thời gian (E ~ t)… giúp lượng hóa diễn biến tiêu lý cấp phối BTĐL cụ thể nhằm phục vụ cho q trình nghiên cứu tính tốn khống chế nhiệt ứng suất nhiệt CHƯƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐỂ KIỂM ĐỊNH TIẾN ĐỘ THI CÔNG ĐẬP ĐỒNG NAI 4.1 Phần mềm ANSYS khả tính tốn nhiệt, ứng suất nhiệt 4.1.1 Khả tính tốn nhiệt, ứng suất nhiệt phần mềm ANSYS [53] ANSYS phần mềm phân tích mơ cơng trình dựa phương pháp phần tử hữu hạn đủ khả tiến hành nghiên cứu kết cấu, nhiệt, chất lỏng, điện từ, âm thanh…, phát triển đến phiên thứ 16 ANSYS bao gồm nhiều modul với tính chun biệt ANSYS/Multiphysics, ANSYS/Mechanical, ANSYS/Thermal, ANSYS/FLOTRAN, ANSYS/ED có cơng phân tích nhiệt Q trình phân tích nhiệt ANSYS gồm bước: xây dựng mơ hình, gán tải trọng, xác nhận bước tải trọng, phân tích xem kết Phân tích nhiệt đập BTĐL tuân theo bước 16 4.1.2 Những hạn chế tính nhiệt & ƯS nhiệt đập BTĐL ANSYS Gặp nhiều khó khăn khơng thể thực tính tốn dạng truyền nhiệt không ổn định với cách làm thông thường đồng thời phải xem xét nhiệt độ mơi trường, nhiệt lượng phát sinh q trình thủy hóa xi măng, tiêu lý bê tông thay đổi theo thời gian, điều kiện biên thay đổi theo thời gian tính tốn tốn nhiệt ứng suất nhiệt đập BTĐL 4.1.3 Bổ sung, hồn thiện ANSYS để tính nhiệt & ỨS nhiệt đập BTĐL Điểm bật phần mềm ANSYS sử dụng ngơn ngữ tham số hóa thiết kế APDL (là loại ngơn ngữ lập trình FORTRAN) để lập trình xây dựng tốn tổng qt mơ diễn biến nhiệt độ q trình thi cơng theo thời gian thực dựa tham số định trước kết nghiên cứu tác giả diễn biến lượng hóa tiêu lý ban đầu BTĐL Để mơ q trình thi công lên đập phù hợp thực tế thi công đập BTĐL Việt Nam, tác giả tiến hành bổ sung tính tốn nhiệt phần mềm ANSYS với nội dung sau: Đưa kết nghiên cứu diễn biến lượng hóa tiêu lý BTĐL cường độ nén - thời gian, cường độ kéo - thời gian, mô đun đàn hồi thời gian, biến dạng co ngót - thời gian vào phần mềm Đưa vào chương trình mơ hình tốn học nhiệt thủy hóa vật liệu xi măng bê tơng đầm lăn có xem xét đến ảnh hưởng phụ gia khống hoạt tính (tro bay, puzơlan) nhiệt thủy hóa vật liệu xi măng Quá trình diễn biến nhiệt độ trình thi cơng bê tơng có xét đến thời gian đổ bê tông thời gian dừng, nghỉ giãn cách đợt đổ Thiết lập tiêu chuẩn phá hoại BTĐL, ứng suất nhiệt vị trí vượt khả chịu kéo bê tông, khối đổ bê tơng tự động hình thành phát triển nứt theo trình thay đổi nhiệt độ 4.2 Xây dựng toán nhiệt đập BTĐL phần mềm ANSYS 4.2.1 Mơ hình tính tốn ANSYS sử dụng ngơn ngữ tham số hóa thiết kế APDL để lập trình xây dựng toán tổng quát dựa tham số định trước Đối với mặt cắt đập bê tông trọng lực thông thường phân thành vùng vật liệu, phân thành lớp địa chất nằm ngang 17 4.2.2 Tham số đầu vào mơ hình Sử dụng 68 tham số đầu vào mơ hình tính tốn dùng mơ kích thước đập BTĐL cần tính tốn; tiêu vật liệu chế tạo, tốc độ phương thức đổ BTĐL 4.3 Công trình thủy điện Đồng Nai 4, số tiêu thiết kế BTĐL 4.3.1 Giới thiệu cơng trình - Cơng trình thủy điện Đồng Nai nằm sơng Đồng Nai, xã Quảng Khê huyện Đắk Glong - Đắk Nông xã Lộc Bảo huyện Lộc Bắc - Lâm Đồng - Nhiệm vụ cơng trình: Sản xuất điện với cơng suất phát điện: 340 MW, sản lượng điện bình quân 1.009,5 triệu KWh/năm; điều tiết nguồn nước cho nhu cầu sử dụng vùng hạ lưu - Đập BTĐL cấp 1, cao trình đỉnh 481m; đỉnh đập dài 508,8m, rộng 10m; chiều cao đập max: 127,5m Mái dốc thượng lưu 0:0,25, mái dốc hạ lưu 0,8 4.3.2 Đặc trưng nhiệt BTĐL tiêu lý đá - Các tiêu nhiệt BTĐL đập Đồng Nai 4: Nhiệt dung riêng BTĐL (C): 220 (Cal/kg - 0C); Tính dẫn nhiệt BTĐL(λ): 1.580 (Cal/m-hr - 0C); Hệ số giãn nở nhiệt (α): 6,5 (mm/mm.10-6/0C) - Các tiêu lý đá nền: Dung trọng đá (γ): 2,7 (T/m3); Nhiệt dung riêng đá (C): 170 (Cal/kg - 0C); Tính dẫn nhiệt đá (λ): 2.800 (Cal/m-hr - 0C); Hệ số giãn nở nhiệt (α): 10,7 (mm/mm.10-6/0C); Mô đun đàn hồi (E): 18 (GPa); hệ số Poisson: 0,25 4.3.3 Một số điều kiện biên tính nhiệt ứng suât nhiệt đập Đồng Nai - Hệ số truyền nhiệt đối lưu [W/m2 0C]: Bê tông - Khơng khí 14; Nền - Khơng khí: 12; Bê tơng- nước hồ : 340 - Nhiệt độ khơng khí trung bình/tháng(0C): Tháng 1: 21,8, tháng 2: 23,0, tháng 3: 24,7, tháng 4: 25,6, tháng 5: 25,5, tháng (24,9, tháng (24,5, tháng 8: 24,3, tháng 9: 24,3, tháng 10: 24,1, tháng 11: 23,4, tháng 12: 22,1 - Tăng nhiệt xạ: 1,0 (0C) - Tải trọng thi công: 5KN/m2 4.3.4 Các tiêu lý theo thời gian BTĐL-P Cường độ nén Yn1 = 2,64ln(x) + 2,24 ; Rk: Yk1 = 0,258ln(x) + 0,029; BDCN: Ycn1 = 0,0075ln(x) + 0,0057 ; modul đàn hồi Ydh1= 0,4823ln(x) + 0,0946 18 4.4 Sử dụng phần mềm ANSYS tính toán nhiệt, ứng suất nhiệt &xác định tốc độ thi công hợp lý kiểm định đập Đồng Nai với cấp phối BTĐL-P 4.4.1 Các kịch thi công BTĐL kiểm định cho đập Đồng Nai Bảng Các kịch thi công BTĐL kiểm định đập Đồng Nai Nhiệt độ hỗn Chiều dày Số lớp Thời gian nghỉ Thời gian nghỉ KB hợp BTĐL đổ (0C) lớp đổ sau đầm lèn (cm) đổ liên tục/ngày giãn cách mùa khô (ngày) giãn cách mùa mưa (ngày) 21 30 23 30 25 30 4 23 30 5 23 30 5 21 30 4 4.4.2 Diễn biến nhiệt, ứng suất nhiệt ứng với kịch thi công BTĐL Bảng 14 Bảng so sánh kết tính toán nhiệt độ theo kịch (0C) Thời gian 120 ngày 200 ngày 375 ngày 504 ngày 625 ngày Kịch Kịch Kịch Kịch Kịch Kịch bản bản bản TH1 30,114 30,691 31,269 TH2 29,558 30,073 30,589 30,491 31,232 TH1 33,960 34,318 34,529 TH2 33,378 33,628 33,879 34,565 35,957 TH1 38,208 38,272 38,336 TH2 37,839 37,895 37,951 39,843 42,672 TH1 39,621 39,642 39,663 TH2 39,302 39,322 39,342 41,892 45,512 TH1 40,391 40,399 40,407 TH2 40,142 40,149 40,157 43,031 47,230 TH 30,673 30,125 35,050 34,528 40,425 39,992 42,333 42,003 43,419 43,133 Bảng 16 Bảng so sánh kết tính tốn ứng suất nhiệt theo kịch Kịch Thời gian (ngày) Ứng suất nguy hiểm Ứ.S S1 (MPa) Tuổi bê tông (ngày) 19 Rktheo tuổi bê tông (MPa) Hệ số an toàn K= Rk/S1 Hệ số an toàn cho phép [K] 150 0,79 135 1,29 1,63 150 0,97 135 1,29 1,33 150 1,80 135 1,29 0,72 180 8,49 150 1,32 0,16 180 5,95 150 1,32 0,22 150 1,87 120 1,26 0,67 1,26 Kết tính tốn có nhận xét sau: - Kịch có hệ số an tồn ứng suất kéo thực tế K= 1,63 > [K] = 1,26 Như an toàn nứt; - Kịch có hệ số an tồn ứng suất kéo thực tế K= 1,33 > [K] = 1,26 Như đảm bảo an toàn hợp lý; - Các k.bản 3, 4,5 &6 có h.số an tồn ứng suất kéo thực tế K < [K] = 1,26 Như BTĐL bị nứt thời điểm khác tùy theo nhiệt độ ban đầu vữa bê tông, số lớp đổ đợt nghỉ giãn cách đợt Chiều cao đập (m) Kết luận: Kịch phù hợp & tiến độ thi công lập Hình 4.50 Ngày thứ Hình 50 Tiến độ thi công đập Đồng Nai theo phương án chọn (KB2) Nhiệt độ (oC) - Kết tính tốn: nhiệt độ cao 38,2720C xuất cao trình 368.0m đến 370.0m vị trí cách mép hạ lưu đập 30m (Hình 4.51) Thời gian (ngày) Hình 51 Diễn biến nhiệt theo thời gian cao trình 370.59m (0C-Ngày) 20 41 39 Nhiệt độ T (0C) 37 35 D42039 33 D42040 31 D42041 29 D42042 27 Ngày 25 26/2/10 22/2/10 18/2/10 14/2/10 8/2/10 4/2/10 30/1/10 25/1/10 21/1/10 17/1/10 12/1/10 6/1/10 30/12/09 24/12/09 16/12/09 10/12/09 4/12/09 29/11/09 25/11/09 19/11/09 14/11/09 8/11/09 2/11/09 27/10/09 22/10/09 16/10/09 10/10/09 4/10/09 29/9/09 23/9/09 17/9/09 Hình 52 Diễn biến nhiệt đo thực tế đập Đồng Nai cao trình 370,59m - Nhiệt độ cao trình 370,59 m đập Đồng Nai (17/9/2009 -28/02/2010), T0max 38,400C (25 27/01/2010) cao 0,1280C so với nhiệt độ tính tốn 4.5 Nhiệt ƯS nhiệt kiểm định đập Đồng Nai với cấp phối BTĐL-T Các hàm phi tuyến thể diễn biến tiêu lý cấp phối BTĐL-T theo thời gian xác định Chương sau: Cường độ nén: Yn2 = 4,54ln(x) + 2,52, Rk: Yk2 = 0,289ln(x) + 0,051 ; BDCN: Ycn2 = 0,0057ln(x) + 0,005; modul đàn hồi: Ydh2 = 0,5031ln(x) + 0,0808 4.5.1 Các kịch (KB) tính tốn KB1, KB2, KB3: Nhiệt độ hỗn hợp BTĐL 210, 230 250C; đổ 3lớp x 0,3m/ngày, nghỉ giãn thi công mùa khô ngày, mùa mưa ngày 4.5.2 Kết tính tốn Bảng 21 Tổng hợp kết tính tốn nhiệt cấp phối BTĐL-T Thời gian 120 ngày 200 ngày 375 ngày 504 ngày 625 ngày TH Kịch Kịch Kịch TH1 30,169 30,746 31,324 TH2 29,610 30,125 30,641 TH1 34,040 34,325 34,609 TH2 33,454 33,704 33,956 TH1 38,318 38,375 38,446 TH2 37,946 38,002 38,059 TH1 39,740 39,762 39,783 TH2 39,420 39,440 39,460 TH1 40,516 40,524 40,532 TH2 40,266 40,273 40,280 21 Bảng 22 Tổng hợp kết tính tốn ứng suất nhiệt BTĐL-T Thời Kịch gian (ngày) Ứng suất nguy hiểm Ứng suất Tuổi bê Rktheo tuổi S1 (MPa) tông (ngày) bê tông (MPa) Hệ Hệ số số an an toàn toàn K= cho phép Rk/ S1 [K] Kịch 150 0,15 135 1,29 8,6 Kịch 150 0,57 90 1,19 2,09 Kịch 150 1,12 135 1,29 1,15 1,26 4.5.3 Phân tích kết tính tốn Kết tính tốn nhiệt ứng suất nhiệt kiểm định cho đập BTĐL Đồng Nai với cấp phối BTĐL-P cấp phối BTĐL-T thống kê theo Bảng 4.23 Bảng 23 Nhiệt ứng suất nhiệt đập Đồng Nai với cấp phối Nhiệt độ (0C) Kịch BTĐL-P BTĐL-T Ứng suất S1 (MPa) Hệ số an toàn Chênh Chênh BTĐL-P BTĐL-T BTĐL-P BTĐL-T lệch lệch 30,114 30,169 -0,055 0,79 0,15 0,64 1,63 8,6 30,691 30,746 -0,055 0,97 0,57 0,40 1,33 2,09 31,269 31,324 -0,055 1,80 1,12 0,68 0,72 1,15 Nhận xét: Do lượng dùng xi măng lớn (80kg/75kg) nên nhiệt độ ứng với cấp phối BTĐL-T > nhiệt độ ứng với cấp phối BTĐL-P, nhiên CL không đáng kể Về ứng suất nhiệt: cấu trúc phân tử puzơlan có dạng hình que cịn phân tử tro bay có cấu trúc dạng hình cầu nên bị thủy hóa cần lượng nước lớn biến dạng co ngót BTĐL-P lớn biến dạng co ngót BTĐL-T (mặc dù BTĐL-T dùng lượng CKD lớn BTĐL-P 10kg/m3) Cũng theo kết nghiên cứu Chương 3, tốc độ phát triển cường độ kéo, nén modul đàn hồi BTĐL-T cao BTĐL-P, nguyên nhân phát sinh chênh lệch ứng suất đập BTĐL tính tốn kiểm định với cấp phối 22 Mặt khác, tốc độ phát triển cường độ BTĐL-T lớn BTĐL-P nên với độ tuổi thời gian thi cơng, hệ số an tồn tính toán đập sử dụng cấp phối BTĐL-T lớn đập sử dụng cấp phối BTĐL-P (bảng 4.23) Nhiệt ứng suất nhiệt đập BTĐL với cấp phối BTĐL-P& BTĐL-T, qua tính tốn kịch có chênh lệch khơng lớn phần lớn điều kiện tính tốn thay đổi tiêu lý theo thời gian ứng với cấp phối tính tốn Tuy nhiên thay đổi nhiệt độ hỗn hợp BTĐL có tác động nhanh trực tiếp đến ứng suất nhiệt chênh lệch ứng suất ảnh hưởng đến hệ số an tồn tính tốn kịch KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt luận án Công nghệ thi công đập bê tông trọng lực phương pháp đầm lăn tiến bật lĩnh vực bê tông kỷ XX Nhờ áp dụng công nghệ này, nước giới Việt Nam xây dựng nhiều cơng trình đập thủy lợi, thủy điện với thời gian xây dựng nhanh giá thành hạ Tuy vậy, nghiên cứu BTĐL chưa đầy đủ, trình xây dựng đập BTĐL xuất cố làm ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình, chưa phát huy tính ưu việt cơng nghệ BTĐL tốc độ thi cơng, nghiên cứu BTĐL cần thiết Đề tài tiến hành thí nghiệm, dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xác định cấp phối tối ưu dùng dạng PGK phổ biến cấp phối BTĐL-P (BTĐL dùng PGK hoạt tính puzơlan với tuổi thiết kế 365 ngày vả BTĐL-T (BTĐL dùng PGK hoạt tính tro bay với tuổi thiết kế 90 ngày với loại vật liệu nước Đề tài nghiên cứu làm rõ diễn biến lượng hóa số tiêu lý theo thời gian BTĐL cường độ kéo, nén; biến dạng co ngót, modul đàn hồi; tiêu nhiệt…là tiêu quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ thi cơng xây dựng đập BTĐL Để tính tốn xác định phát triển nhiệt ứng suất nhiệt đập BTĐL theo thời gian làm sở để xác định tốc độ thi công đập BTĐL cách hợp lý, lần đề tài sử dụng phần mềm tính nhiệt ANSYS với bổ sung cập nhật là: 23 Sử dụng ngơn ngữ thiết kế tham số hóa APDL (là loại ngơn ngữ lập trình FORTRAN phần mềm ANSYS dạng mở) để lập trình xây dựng tốn thi cơng đập BTĐL dựa tham số định trước; Mô mặt cắt ngang đập trọng lực BTĐL sát với thực tế (phân vùng vật liệu, hành lang thoát nước, nhiều lớp,…); Tính tốn nhiệt ứng suất nhiệt đập BTĐL có xét đến q trình diễn biến tiêu lý theo thời gian BTĐL thể qua quan hệ phi tuyến tính như: cường độ nén - thời gian, cường độ kéo - thời gian, BDCN - thời gian, modul đàn hồi - thời gian (được biểu diễn qua hàm biến đổi tiêu lý); ANSYS sử dụng mô hình tốn học nhiệt thủy hóa vật liệu xi măng bê tơng đầm lăn có xem xét đến ảnh hưởng phụ gia khoáng (tro bay, puzơlan) nhiệt thủy hóa xi măng; Xem xét đến thời gian đổ bê tông thời gian nghỉ đợt đổ; Có khả vẽ đường q trình phát triển vết nứt ứng suất kéo vượt khả chịu kéo bê tơng Dễ dàng tính tốn kiểm tra với mặt cắt đập tương tự Đề tài tính tốn giúp xác định kịch thi cơng hợp lý với đập có điều kiện tượng tự, cụ thể là: nhiệt độ ban đầu hỗn hợp vữa BTĐL (210C, 230C & 250C), chiều dày lớp đổ sau đầm lèn (0,30m), tốc độ đổ BTĐL (số lớp đổ đợt đổ: 3, 4&5 lớp) thời gian nghỉ giãn cách đợt đổ BTĐL (2, ngày tùy theo mùa năm) phù hợp với diễn biến tiêu lý BTĐL Kết tính tốn khẳng định độ tin cậy cao qua so sánh đối chiếu với kết quan trắc trường Những đóng góp chủ yếu luận án (1) Tìm hàm quan hệ cường độ nén theo thời gian, cường độ kéo theo thời gian, biến dạng co ngót theo thời gian modul đàn hồi theo thời gian 02 cấp phối BTĐL; (2) Xây dựng modul số liệu đầu vào phần mềm ANSYS tính tốn nhiệt bê tơng đầm lăn khối lớn để khẳng định tiêu lý theo thời gian ảnh hưởng đến tốc độ thi công đập, kiểm định tốc độ thi công hợp lý cho đập BTĐL Đồng Nai 24 Ứng dụng thực tiễn Kết nghiên cứu áp dụng cho đập BTĐL xây dựng Kết nghiên cứu giúp kiểm tra, đánh giá chất lượng độ an toàn đập BTĐL xây dựng, kết hợp với số liệu quan trắc thực tế để xây dựng phương án kiểm định an toàn đập Kết nghiên cứu giúp kiểm tra, đánh giá chất lượng công tác thiết kế cấp phối phương án thi công BTĐL đập giai đoạn thiết kế, chuẩn bị thực dự án đầu tư Hạn chế Kiến nghị 4.1 Hạn chế Những kết nghiên cứu đề tài giai đoạn đầu, cần tiếp tục nghiên cứu áp dụng thử nghiệm, đối chiếu với kết quan trắc thực tế để đánh giá kiểm chứng mơ hình phần mềm ANSYS để bổ sung hoàn thiện 4.2 Kiến nghị Đưa kết nghiên cứu sử dụng thiết kế thi cơng đập BTĐL có điều kiện tương tự Việt Nam Tiếp tục nghiên cứu, áp dụng phần mềm ANSYS với phiên bổ sung, cập nhật để tính tốn nhiệt ứng suất nhiệt cho đập BTĐL cơng trình thi cơng xây dựng, đối chiếu với kết quan trắc trường kết tính tốn nhiệt ứng suất nhiệt phần mềm sử dụng giai đoạn thiết kế để có bổ sung hiệu chỉnh cho phù hợp nhằm đảm bảo an toàn đập hiệu dự án Hoàn chỉnh phiên ANSYS để sử dụng cơng cụ tính tốn nhiệt, ứng suất nhiệt đập BTĐL phục vụ học tập nghiên cứu / 25 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Lê Quốc Toàn, Vũ Thanh Te, Vũ Hoàng Hưng (2015) Xây dựng tốn tính nhiệt ứng suất nhiệt đập bê tông trọng lực đầm lăn Việt Nam phần mềm ANSYS Tạp chí Khoa học kỹ thuật (KHKT) Thủy Lợi & Môi trường, trường Đại học Thủy lợi, số 50 tháng 9/2015 trang 9-15; Lê Quốc Toàn, Vũ Thanh Te (2015) Một số kết nghiên cứu tiêu lý ban đầu BTĐL(RCC) Tạp chí Kết cấu Cơng nghệ Xây dựng Hội Kết cấu Công nghệ Xây dựng Việt Nam, số 18/III-2015, trang 32-34; Lê Quốc Toàn, Đỗ Văn Lượng, Đinh Xuân Anh (2013) Ảnh hưởng số đặc trưng lý ban đầu BTĐL đến tiến độ thi công đập bê tông trọng lực đầm lăn Việt Nam Tạp chí KHKT Thủy Lợi & Mơi trường, trường Đại học Thủy Lợi,số 41 tháng 6/2013, trang 54-62; Lê Quốc Toàn (2010) Một vài kết nghiên cứu diễn biến nhiệt ứng suất nhiệt BTĐL Tạp chí KHKT Thủy Lợi & Mơi trường, trường Đại học Thủy Lợi, số 30 tháng 9/2010, trang 53-58./ ... THỦY LỢI LÊ QUỐC TOÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ THEO THỜI GIAN CỦA BÊ TÔNG ĐẦM LĂN ĐẾN TIẾN ĐỘ THI CÔNG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Mã số: NGƯỜI HƯỚNG DẪN... tốc độ thi cơng hợp lý xây dựng đập BTĐL Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Các đập bê tông đầm lăn thi công Việt Nam Nghiên cứu ảnh hưởng số tiêu lý theo thời gian BTĐL đến tiến độ thi công đập. .. hóa số tiêu lý BTĐL theo thời gian từ bắt đầu đông kết đến BTĐL đạt tiêu theo thi? ??t kế Xác định ảnh hưởng tiêu lý BTĐL đến nhiệt, ứng suất nhiệt tiến độ thi công đập bê tông trọng lực Việt Nam