1.3. Nứt kết cấu bờ tụng cốt thộp do tải trọng
1.3.3. Nguyờn nhõn gõy nứt kết cấu bờ tụng cốt thộp do mỏi
Mỏi là hiện tượng suy thoỏi tớnh năng của vật liệu do tỏc động lặp của cỏc loại tải trọng khỏc nhau.
Bản mặt cầu kờ trờn cỏc dầm đỡ chịu tỏc dụng trực tiếp của tải trọng bỏnh xe. Trong quỏ trỡnh lưu thụng, vị trớ của bỏnh xe thay đổi và độ lớn của tải trọng trục thay đổi. Quỏ trỡnh này lặp đi lặp lại dẫn đến ứng suất trong bản mặt cầu thay đổi theo thời gian và chịu tỏc dụng của nhiều chu kỳ ứng suất tựy thuộc vào lưu lượng xe, cấu hỡnh xe và thời gian khai thỏc của bản mặt cầu.
Hướng cơ học phỏ hủy thường được ỏp dụng để dự đoỏn tuổi thọ tớch lũy từ vết nứt ban đầu hoặc khuyết tật. Phương phỏp cơ học phỏ hủy tuyến tớnh (LEFM) quan hệ phỏt triển của kớch thước vết nứt ban đầu, a với số chu kỳ mỏi, N. Phỏt triển vết nứt mỏi được miờu tả tổng quỏt bởi luật Paris cỏi đú được biểu diễn bởi Paris và Erdogan.
( )m
da
C K
dN =
(1. 1)
Ở đõy C và m là cỏc tham số quan hệ vật liệu và phạm vi hệ số cường độ ứng suất K cú thể được xỏc định như sau:
( )
K SY a a
= (1. 2)
Ở đõy Y(a) là hàm của dạng hỡnh học vết nứt và S là biờn độ ứng suất
Nhỡn chung, khi bản mặt cầu chịu sự tỏc dụng của tải trọng lặp đi lặp lại của xe tải thỡ năng lượng sẽ được tớch lũy tại vựng lõn cận của cỏc lỗ hổng và cỏc khuyết tật vi mụ, làm cho chỳng phỏt triển và liờn kết với nhau, dẫn tới sự hỡnh thành vết nứt vi mụ. Cuối cựng là những vết nứt vi mụ sẽ được tạo thành. Một vết nứt vi mụ cú thể được định nghĩa là một vết nứt cú kớch thước đủ lớn sao cho những lý thuyết của cơ học mụi trường liờn tục cú thể được cho phộp để ỏp dụng tớnh toỏn. Một vết nứt vi mụ cũng thường được đề cập đến như là một vết nứt mỏi. Tiếp theo sau sự hỡnh thành vết nứt mỏi, quỏ trỡnh lan truyền chậm và ổn định của vết nứt sẽ diễn ra cho đến khi kớch thước vết nứt tiến tới một giỏ trị tới hạn. Lỳc này, nứt sẽ lan truyền rất nhanh và bất ổn định, dẫn đến sự gĩy vỡ hồn tồn của cấu trỳc [9, 81, 87].
Hỡnh 1. 16 minh họa đường cong phỏt triển vết nứt phự hợp với đường cong tuổi thọ mỏi. Đường cong tăng trưởng vết nứt được đặt chồng lờn đường cong tuổi thọ mỏi, do đú trục dọc và trục ngang của đường cong phỏt triển vết nứt vẫn được
chia tỷ lệ logarit, trong khi trục của đường cong tuổi thọ mỏi là thang đo tuyến tớnh. Vựng đầu tiờn là một phần của giai đoạn khởi đầu vỡ nú liờn quan đến quỏ trỡnh phỏt triển vết nứt mà quỏ trỡnh kiểm tra khụng thể nhỡn thấy. Cỏc vết nứt cú kớch thước đủ lơn vào cuối giai đoạn hỡnh thành, đầu giai đoạn lan truyền. Vựng phỏt triển vết nứt ổn định (tuyến tớnh) chi phối đường cong sigmoid phỏt triển vết nứt, đú là cỏch cơ học rạn nứt đàn hồi tuyến tớnh được sử dụng để mụ hỡnh húa tốc độ phỏt triển trong giai đoạn lan truyền.
Hỡnh 1. 16: Đường cong phỏt triển vết nứt phự hợp với đường cong tuổi thọ mỏi [16]. cong tuổi thọ mỏi [16].