Báo cáo khoa học: "Nghiên cứu tính toán ảnh h-ởng của từ biến co ngót trong kết cấu cầu khi sử dụng vật liệu bê tông chất l-ợng cao có mác tới 80 MPa"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu về bê tông chất l-ợng cao và các tính toán trị số biến dạng cuối cùng của co ngót và từ biến trong kết cấu cầu khi sử dụng bê tông chất l-ợng cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Nghiên cứu tính toán ảnh h-ởng của từ biến co ngót trong kết cấu cầu khi sử dụng vật liệu bê tông chất l-ợng cao có mác tới 80 MPa"

Nghiªn cøu tÝnh to¸n ¶nh h−ëng cña tõ biÕn co ngãt trong kÕt cÊu cÇu khi sö dông vËt liÖu bª t«ng chÊt l−îng cao cã m¸c tíi 80 MPa TS. nguyÔn ngäc long Bé m«n CÇu hÇm - §H GTVT Tãm t¾t: Bμi b¸o giíi thiÖu vÒ bª t«ng chÊt l−îng cao vμ c¸c tÝnh to¸n trÞ sè biÕn d¹ng cuèi cïng cña co ngãt vμ tõ biÕn trong kÕt cÊu cÇu khi sö dông bª t«ng chÊt l−îng cao. Summary: The article presents concrete of high performance and calculation of the final straine factor of shinkage and creep in bridge structure when concrete of high performance is used as the material. I. ®Æt vÊn ®Ò Theo ®Þnh nghÜa cña ACI (ViÖn nghiªn cøu bª t«ng Mü), bª t«ng c−êng ®é cao lµ bª t«ng cã c−êng ®é nÐn v−ît qu¸ 6000 psi (41,4 MPa) trªn khu«n h×nh trô 15 x 30 cm (c−êng ®é nÐn mÉu lËp ph−¬ng sÏ lµ 41,4x1,2 = 50 MPa). Cßn bª t«ng chÊt l−îng cao ngoµi c−êng ®é nÐn cao cßn cã c¸c tÝnh chÊt kh¸c tèt n÷a nh− m« ®un ®µn håi lín, ®é chèng thÊm, ®é bÒn cao. Nãi chung bª t«ng c−êng ®é cao th−êng cã c¸c kh¶ n¨ng tèt vÒ c¸c mÆt kh¸c vµ cã thÓ trë thµnh bª t«ng chÊt l−îng cao. Bª t«ng chÊt l−îng cao (BHP) ®· ®−îc nghiªn cøu vµ øng dông m¹nh trªn thÕ giíi trong nh÷ng n¨m cña thËp kû 70 ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh nhµ cao èc ë Mü còng nh− Ch©u ¢u nh»m lµm gi¶m nhÑ kÕt cÊu, t¹o ®é thanh m¶nh vÒ kiÕn tróc. Trong ngµnh cÇu nã còng ®−îc ¸p dông phæ biÕn tõ cuèi nh÷ng n¨m 70 trë l¹i ®©y vµ ngµy nay lµ mét lo¹i vËt liÖu kh«ng thÓ thiÕu nhÊt lµ ®èi víi c¸c c«ng tr×nh cÇu lín ë ch©u ¢u vµ thÕ giíi. Tuy nhiªn ë ViÖt Nam ta th× lo¹i vËt liÖu nµy hÇu nh− ch−a ®−îc ¸p dông mµ míi chØ ë trong giai ®o¹n nghiªn cøu, thö nghiÖm. §Ó ®¹t ®−îc c−êng ®é cao, trong bª t«ng ngoµi c¸c thµnh phÇn chÝnh th«ng th−êng (xi m¨ng, c¸t, ®¸ vµ n−íc) cßn dïng phô gia siªu dÎo hoÆc dÎo cao vµ c¸c phô gia kho¸ng nghiÒn mÞn hoÆc siªu mÞn. Phô gia siªu dÎo (hoÆc dÎo cao) cã t¸c dông t¨ng ®é dÎo cña hçn hîp bª t«ng mµ kh«ng cÇn t¨ng n−íc hoÆc gi÷ nguyªn ®é dÎo nh−ng gi¶m n−íc nhiÒu vµ lµm cho bª t«ng ®Æc ch¾c. Phô gia kho¸ng mÞn hoÆc rÊt mÞn ngoµi t¸c dông víi v«i (ph¶n øng puzolen) trong xi m¨ng, cßn nhÐt vµo c¸c khe kÏ trong bª t«ng vµ t¨ng ®é ®Æc ch¾c. §é ®Æc ch¾c cao lµ nguyªn nh©n chÝnh lµm t¨ng c−êng ®é, ®é chèng thÊm cña bª t«ng. Phô gia kho¸ng cã thÓ lµ tro bay cßn phô gia rÊt mÞn lµ muéi Silic. Theo quy −íc ng−êi ta ph©n biÖt tõ ng÷ bª t«ng chÊt l−îng cao cã pha muéi Silic lµ nh÷ng bª t«ng cã tû lÖ träng l−îng muéi Silic/xim¨ng Ýt nhÊt b»ng 5%.
II. C¸c ®Æc tÝnh cña bª t«ng chÊt l−îng cao So víi bª t«ng th−êng (cã m¸c thiÕt kÕ < 40 MPa) bª t«ng chÊt l−îng cao do cã c−êng ®é cao dÉn ®Õn sù c¶i thiÖn cña phÇn lín c¸c tÝnh chÊt sö dông ®èi víi bª t«ng. Sù c¶i thiÖn ®· ®−îc suy ®o¸n dùa trªn phÐp néi suy c¸c quy luËt diÔn t¶ c¸c tÝnh chÊt Êy, khi chóng ®−îc chØ sè ho¸ bëi c−êng ®é bª t«ng c¸c tÝnh chÊt næi bËt cña bª t«ng chÊt l−îng cao bao gåm. - Sù lµm viÖc khi bÞ ph¸ ho¹i do nÐn cña nã kh¸c víi sù lµm viÖc cña bª t«ng th«ng th−êng. - C−êng ®é kÐo t¨ng lªn kh«ng nhanh nh− quy luËt t−¬ng tù ®−îc dù kiÕn liªn quan ®Õn c−êng ®é kÐo vµ c−êng ®é nÐn cña bª t«ng th«ng th−êng. - §é co ngãt cña chóng Ýt phô thuéc vµo ®é Èm vµ kÝch th−íc cña cÊu kiÖn. - Tõ biÕn cña chóng cã gi¸ trÞ cuèi cïng nhá h¬n tõ biÕn cña bª t«ng th«ng th−êng, ®Æc biÖt lµ khi chóng chøa muéi Silic. - Thµnh phÇn cña bª t«ng chÊt l−îng cao tu©n thñ c¸c quy t¾c chÝnh x¸c vµ viÖc kiÓm tra chÊt l−îng cña chóng cã yªu cÇu cao. - Cuèi cïng bª t«ng chÊt l−îng cao khi gÆp ho¶ ho¹n cã nguy c¬ næ bÒ mÆt cao h¬n kÕt cÊu cæ ®iÓn. VÒ mÆt nµy cÇn cã biÖn ph¸p phßng ngõa khi sö dông vËt liÖu nµy. C¸c ®Æc tÝnh c¬ häc cña vËt liÖu bª t«ng chÊt l−îng cao ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: 1. C−êng ®é ®Æc tÝnh chÞu kÐo §èi víi tr−êng hîp c−êng ®é chÞu nÐn Rn ≥ 60 MPa, c−êng ®é chÞu kÐo (Rk) ®−îc biÓu thÞ bëi: 2 R k = 0,275(R n ) 3 §èi víi tr−êng hîp 40 ≤ Rn < 60 MPa, cã thÓ ¸p dông c«ng thøc th−êng dïng lµ: R k = 0,6 + 0,06R n ViÖc ®¹t ®−îc bª t«ng c−êng ®é cao ®ßi hái dïng vËt liÖu thÝch hîp (cèt liÖu cã chÊt l−îng, xi m¨ng m¸c 42,5 (tr−íc ®©y lµ 55) hoÆc cao h¬n, thÓ hiÖn sù t−¬ng hîp tèt víi c¸c phô gia) vµ thiÕt bÞ s¶n xuÊt chÝnh x¸c, cã kh¶ n¨ng vËn hµnh tèt. Ngoµi ra víi c¸c c−êng ®é cao (B70/B80) lu«n ®ßi hái dïng c¸c phô gia ®Æc biÖt nh− lµ muéi SilÝc. 2. M«®un biÕn d¹ng kh¸c nhau a. M«®un ®μn håi chÞu nÐn M«®un ®µn håi chÞu nÐn cña bªt«ng chÊt l−îng cao ®−îc x¸c ®Þnh nh− ®èi víi bªt«ng th«ng th−êng cã nghÜa lµ: Enj = 11000.(Rnj)1/3 b. M«®un ®μn håi chÞu c¾t M«®un ®µn håi chÞu c¾t cña bªt«ng chÊt l−îng cao ®−îc lÊy tuú theo thµnh phÇn vËt liÖu cã hoÆc kh«ng cã muéi silÝc:
- Tr−êng hîp kh«ng cã muéi SilÝc: Ecj = 4400 (Rnj)1/3 - Tr−êng hîp cã muéi SilÝc: Ecj = 6100 (Rnj)1/3 III. TÝnh to¸n biÕn d¹ng do co ngãt vμ tõ biÕn cña bªt«ng BHP 1. TÝnh to¸n biÕn d¹ng cña co ngãt B¾t ®Çu tõ lóc bªt«ng ®«ng cøng x¶y ra sù co ngãt ngÉu nhiªn cña vËt liÖu kh«ng chÞu t¶i. Nã gåm hai phÇn: - Co ngãt néi sinh hoÆc b¶n th©n ®−îc t¹o ra bëi sù cøng ho¸ cña bªt«ng. - Co ngãt khi g¾n liÒn víi sù trao ®æi ®é Èm gi÷a vËt liÖu vµ m«i tr−êng bªn ngoµi. Co ngãt kh« cã thÓ lµ Èm (tr−êng hîp në khi bªt«ng trong m«i tr−êng n−íc). §é co tæng céng lµ tæng sè cña hai ®é co ®ã. Trong tr−êng hîp c¸c cÊu kiÖn lín, co ngãt do nhiÖt ®é kh«ng thÓ bá qua cã thÓ céng vµo co ngãt néi sinh vµ co ngãt kh«. Nã x¶y ra trong mét thêi gian vµ phô thuéc vµo chiÒu dµy cña cÇu kiÖn. a. Co ngãt néi sinh §éng häc cña co ngãt néi sinh phô thuéc vµo tèc ®é cña ph¶n øng thuû ho¸. Ng−êi ta ®Þnh l−îng nã b»ng c¸ch tÝnh ®Õn tèc ®é ho¸ cøng cña vËt liÖu, ®iÒu ®ã cho phÐp tÝnh ®Õn c¸c ®Æc ®iÓm cña lo¹i bªt«ng. Nh− vËy, ®èi víi kÕt cÊu khèi lín mµ sù cøng ho¸ nhanh h¬n, mét phÇn quan träng h¬n cña co ngãt néi sinh x¶y ra ë tuæi Ýt ngµy. DiÔn biÕn cña ®é co ngãt néi sinh sau 28 ngµy ®−îc biÓu thÞ bëi mét hµm sè cña thêi gian: - §èi víi t < 28 ngµy. NÕu Rn(t)/R28 < 0,1, khi ®ã εre (t,R28) = 0 R n ( t) − 0,2)x10 − 6 NÕu Rn(t)/R28 ≥ 0,1, khi ®ã ε re (t,R 28 ) = (R 28 − 20)(2,2 R 28 Trong ®ã εre lµ ®é co ngãt néi sinh x¶y ra gi÷a thêi gian ®«ng kÕt cña bªt«ng vµo thêi ®iÓm t (®−îc biÓu thÞ b»ng ngµy) vµ Rn (t) c−êng ®é ®Æc tÝnh ë cïng thêi ®iÓm ®ã. - §èi víi t > 28 ngµy: t ))x10 − 6 ε re (t,R 28 ) = (R 28 − 20)(2,8 − 1,1exp( − 96 b. Co ngãt kh« (bÞ kh«) Bªt«ng chÊt l−îng cao tù kh« ®i khi kh«ng cã sù trao ®æi víi m«i tr−êng bªn ngoµi, ®é Èm bªn trong gi¶m ®i theo thêi gian vµ æn ®Þnh trong mét vµi tuÇn ë mÆt gi¸ trÞ cµng thÊp th× c−êng
®é 28 ngµy cµng cao. Sù co ngãt kh« lµ mét hiÖn t−îng khuÕch t¸n, sù tiªu biÓu cña qu¸ tr×nh biÕn ®æi theo ®¹i l−îng (t - t0)/r2m. Trong ®ã t lµ tuæi cña bªt«ng ë thêi ®iÓm xem xÐt, t0 lµ tuæi tõ ®ã b¾t ®Çu kh« ®i vµ rm lµ b¸n kÝnh trung b×nh cña cÊu kiÖn. C¸c c«ng thøc cho phÐp ®¸nh gi¸ ®é co ngãt kh« nh− sau: Bªt«ng kh«ng chøa muéi SilÝc: K(R 28 )x[72 exp(−0,046R 28 ) + 75 − ρ h ] x10 −6 ε rd (t, t 0 ,R 28 , rm , ρ h ) = 2 rm 1 + 8,4 (t − t 0 ) Bªt«ng chøa muéi Si lÝc: K(R 28 )x[72 exp(−0,046R 28 ) + 75 − ρ h ] x10 −6 ε rd (t, t 0 ,R 28 , rm , ρ h ) = r2 1 + 2,28 m (t − t 0 ) K(R28) = 18 nÕu 40 MPa ≤ R28 ≤ 57 MPa. Víi: K(R28) = 30 - 0,21R28 nÕu R28 ≥ 57 MPa. ρh - ®é Èm cña m«i tr−êng xung quanh. c. §é co ngãt tæng céng Th«ng th−êng, ng−êi ta tÝnh ®Õn ®é gi¶m co ngãt do sù cã mÆt cña cèt thÐp dÝnh kÕt (cèt thÐp thô ®éng hoÆc cèt thÐp øng suÊt tr−íc do kÐo tr−íc). §é co ngãt tæng céng x¶y ra tõ lóc bªt«ng ®«ng kÕt ®Õn thêi gian ®· cho vµ trë thµnh: ε re + ε rd ε rd = 1 + nρ s trong ®ã: n = 15 khi 40 ≤ R28 < 60 MPa; n = 9 khi 60 ≤ R28 < 80 MPa; ρs - tØ lÖ phÇn tr¨m cèt thÐp dÝnh b¸m. 2. TÝnh to¸n biÕn d¹ng do tõ biÕn A. Tõ biÕn d−íi øng suÊt cè ®Þnh NÕu t¸c dông lªn bªt«ng ch−a chÞu t¶i ë tuæi t ngµy mét øng suÊt σ vµ sau ®ã gi÷ kh«ng ®æi, cã thÓ thÊy r»ng tõ biÕn ë thêi ®iÓm ®· cho tØ lÖ thuËn víi øng suÊt σ, chõng nµo øng suÊt ®ã vÉn thÊp h¬n kho¶ng 0,6R28. Ngoµi ra tõ biÕn cã thÓ ph©n ra thµnh hai thµnh phÇn: - Tõ biÕn riªng x¶y ra khi bª t«ng kh«ng trao ®æi ®é Èm víi m«i tr−êng xung quanh, hiÖn t−îng nµy, vÒ nguyªn t¾c ®éc lËp víi kÝch th−íc cña cÊu kiÖn. - Tõ biÕn do kh« lµ tõ biÕn phô thªm g¾n víi sù kh« cña bªt«ng trong khi chÞu lùc, nã phô thuéc vµo kÝch th−íc cña kÕt cÊu. a. Tõ biÕn riªng Tõ biÕn riªng x¶y ra trong kho¶ng thêi gian (t1, t) trong ®ã T1 lµ thêi gian chÞu t¶i, d−íi t¸c ®éng cña mét øng suÊt cã thÓ ®−îc tÝnh theo c¸c biÓu thøc sau:
§èi víi bª t«ng kh«ng chøa muéi SilÝc: t − t1 σ ε fp (t, t1,R 28 ,E 28 , σ) = 1,4 x x E 28 ⎡ R( t 1 ) ⎤ ⎢ t − t1 + 0,4 exp(3,1 )⎥ ⎣ R 28 ⎦ §èi víi bªt«ng chøa muéi SilÝc: t − t1 σ 3,6 ε fp (t, t1,R 28 ,E 28 , σ) = x x E 28 ⎡ R(t1 ) ⎤ R(t1 ) 0,37 ⎢ t − t1 + 0,4 exp(3,1 )⎥ ⎣ R 28 ⎦ b. Tõ biÕn do kh« Tõ biÕn do kh« dùa vµo ®é co kh« x¶y ra khi chÞu lùc. §èi víi bªt«ng chÊt l−îng cao cã chøa muéi SilÝc cã tõ biÕn do kh« rÊt nhá, coi nh− cã thÓ bá qua. C¸c biÓu thøc sau: + §èi víi bª t«ng kh«ng chøa muéi SilÝc: σ ε fd (t, t 0 , t1,R 28 , ρ h , rm , σ) = 3,2[ε rd , (t,...) − ε rd (t1,...)]x10 3 E 28 §èi víi bªt«ng chøa muéi SilÝc: σ ε fd (t, t 0 , t1,R 28 , ρh , rm , σ) = [ε rd , (t,...) − ε rd (t1,...)]x10 3 E 28 c. Tõ biÕn tæng céng: Nh− ®èi víi co ngãt, tõ biÕn tæng céng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch céng hai tõ biÕn thµnh phÇn cã xÐt ®Õn sù c¶n trë cña cèt thÐp. ε fp + ε fd ε fl (t, t 0 .....) = 1 + nρ s HÖ sè n lÊy nh− ®èi víi hÖ sè n trong co ngãt tæng céng. B. Tõ biÕn d−íi t¸c dông cña sù gia t¨ng øng suÊt liªn tiÕp Trong tr−êng hîp cã sù liªn tiÕp gia t¨ng øng suÊt (th−êng x¶y ra ®èi víi kÕt cÊu nhÞp thi c«ng theo c«ng nghÖ ®óc ®Èy hay ®óc hÉng, l¾p hÉng), ng−êi ta cã thÓ chÊp nhËn sù céng t¸c dông cña mçi biÕn ®æi øng suÊt. Nh− vËy tõ biÕn ë thêi ®iÓm t ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: ∑ ε fl (t, t 0 , t j ,R 28 ,R(t j ), Δσ j , σm ,ρh ,ρ s ) n ε f (t ) = i =1 Trong ®ã nh÷ng biÕn ®æi øng suÊt Δσ j ®−îc ¸p dông cho thêi gian tj. IV. kÕt luËn ViÖc më réng lÜnh vùc ¸p dông ®èi víi quy ®Þnh tÝnh to¸n ¶nh h−ëng cña co ngãt, tõ biÕn bªt«ng trong kÕt cÊu cÇu khi sö dông vËt liÖu bªt«ng chÊt l−îng cao lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc quan
träng, gióp ng−êi thiÕt kÕ gi¶i quyÕt hµng lo¹t c¸c bµi to¸n phøc t¹p trong ®ã dÇu tiªn ph¶i kÓ ®Õn vÊn ®Ò xuÊt sø ph©n bè l¹i øng suÊt vµ biÕn d¹ng theo thêi gian do tõ biÕn vµ co ngãt nhÊt lµ trong thiÕt kÕ vµ thi c«ng cÇu bªt«ng dù øng lùc khÈu ®é lín theo ph−¬ng ph¸p ®óc hÉng hoÆc l¾p hÉng c©n b»ng. Tµi liÖu tham kh¶o [1] Quy tr×nh thiÕt kÕ c«ng tr×nh vµ kÕt cÊu bªt«ng øng suÊt tr−íc theo tr¹ng th¸i giíi h¹n - Céng hoµ Ph¸p BPEL 83. [2] LE P-YR, de LARRARDF (1994), be'tons ā hautes performences, propositions de formules pour le calcul du retrait et du fluage. [3] MENEZES N.C, PASGUIGNON M 91993), be'tons ā hautes performences - effet d'echelle sur le retrait et fluage de be'tons. [4] LCPC-SPECIAL XIX (1996) Extensim du domaine d'application des re'glements de calcul BAEL/BPEL aux be'tons ā 80 MPa. [5] Francois Toutlemonde (2002), comportement me'canique du BHP durci et BTHP. [6] La collection de L'IREX 2001, les be'tons hautes performences