Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:172

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ "Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan về mức độ ăn mòn cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép; Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm BTCT; Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của cấu kiện dầm bê tông cốt thép có xét đến tải trọng tác dụng;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- VÕ VĂN NAM ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA KẾT CẤU CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- VÕ VĂN NAM ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA KẾT CẤU CẦU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông Mã số : 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- PGS.TS. TRẦN THẾ TRUYỀN 2- TS. HOÀNG VIỆT HẢI Hà Nội - 2024
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Võ Văn Nam
ii LỜI CẢM ƠN Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trần Thế Truyền, TS Hoàng Việt Hải đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, động viên tôi trong quá trình nghiên cứu, học tập tại Trường. Trong quá trình làm luận án, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô giáo, các nhà khoa học thuộc Bộ môn Cầu Hầm, Bộ môn Vật liệu Xây dựng - Trường Đại học Giao thông vận tải. Tác giả xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS. Trần Đức Nhiệm, PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long, PGS.TS. Bùi Tiến Thành, TS. Phạm Đức Thọ đã góp ý, động viên và hỗ trợ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu, học tập. Tôi cũng không quên gửi lời cám ơn đến các Thầy, Cô, đồng nghiệp công tác tại Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh – nơi tôi công tác, đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi bày tỏ lời cảm ơn đến các bạn bè đồng nghiệp, gia đình người thân đã giúp đỡ, đồng hành cùng tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày ... tháng 01 năm 2024 Nghiên cứu sinh Võ Văn Nam
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... I LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... II MỤC LỤC ............................................................................................................... III DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... XII PHỤ LỤC ............................................................................................................. XIV DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................... XV MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................... 1 2. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................................................................................ 5 3. MỤC TİÊU NGHİÊN CỨU.................................................................................... 5 4. PHẠM Vİ NGHİÊN CỨU ...................................................................................... 5 5. PHƯƠNG PHÁP NGHİÊN CỨU........................................................................... 6 6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN ................................ 6 CHƯƠNG 1 .TỔNG QUAN VỀ MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CẤU KİỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP; THỰC TRẠNG, TÌNH HÌNH NGHİÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VİỆT NAM.................................................................. 7 1.1. TỔNG QUAN VỀ MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CẤU KİỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP ...................................................................................................... 7 1.1.1. Khái niệm ăn mòn kim loại………… ................................................................ 7 1.1.2. Phân loại ăn mòn cốt thép trong cấu kiện BTCT ............................................... 7 1.2. THỰC TRẠNG ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở MỘT SỐ CÔNG TRÌNH CẦU TẠI VIỆT NAM............. ............................................................................................................ 13 1.2.1. Cầu Kênh K13 - tỉnh Tây Ninh ........................................................................ 14 1.2.2. Cầu Cảng Bến Đầm - tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu............................................. 14 1.2.3. Cầu Diễn Kim – Tỉnh Nghệ An ....................................................................... 14 1.2.4. Cầu Bình Long – tỉnh Bình Định .................................................................. 15 1.2.5. Cầu Phước Lộc - thành phố Hồ Chí Minh ....................................................... 16
iv 1.2.6. Cầu Thạnh Đức – tỉnh Quảng Ngãi .................................................................. 16 1.2.7. Đánh giá, nhận xét………………. ................................................................... 16 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ............. 17 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 17 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................... 21 1.4. NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ............................................................ 26 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA CẤU KİỆN DẦM BTCT ............ 27 2.1. ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG CẤU KİỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP .............. 27 2.1.1. Ăn mòn thép do quá trình các bo nát hóa ......................................................... 27 2.1.2. Ăn mòn do ion Clo (ăn mòn điện hóa) ............................................................. 28 2.1.3. Cơ chế ăn mòn cốt thép trong bê tông .............................................................. 30 2.1.4. Một số mô hình về lan truyền ăn mòn trong kết cấu BTCT ............................. 38 2.1.5. Các phương pháp đánh giá ăn mòn thép trong bê tông .................................... 42 2.1.6. Cơ sở xác định mất mát diện tích tiết diện cốt thép do ăn mòn ....................... 48 2.2. MỘT SỐ MÔ HÌNH ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP .................. 59 2.2.1. Các mô hình ứng xử của vật liệu bê tông ........................................................ 59 2.2.2. Các mô hình ứng xử của cốt thép .................................................................... 63 2.2.3. Mô phỏng tương tác giữa bê tông và cốt thép ................................................. 64 2.3. NHẬN XÉT, KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................ 67 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA KẾT CẤU DẦM BTCT CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG ................................................................... 69 THÍ NGHİỆM ĐÁNH GİÁ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO MẪU............. ............................................................................................................ 69 3.1.1. Thành phần vật liệu…………… ...................................................................... 69 3.1.2. Yêu cầu, tính toán các chỉ tiêu vật liệu............................................................. 69 3.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI HỔN HỢP BÊ TÔNG THÍ NGHIỆM ........................................................................................................... 79 3.2.1. Các bước thiết kế cấp phối bê tông .................................................................. 79 3.3. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA BÊ TÔNG ................. 81 3.3.1. Thiết bị thí nghiệm…………….. ..................................................................... 81
v 3.3.2. Mẫu thử………………………… .................................................................... 81 3.3.3. Quy trình thử nghiệm…………….. ................................................................. 81 3.3.4. Tính toán mô đun đàn hồi…………................................................................. 82 3.4. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG (F’C) ............................. 82 3.4.1. Thiết bị thí nghiệm………………… ............................................................... 82 3.4.2. Chuẩn bị thí nghiệm:……………… ................................................................ 83 3.4.3. Tiến hành thử:……………………................................................................... 83 3.4.4. Kết quả:…………………………. ................................................................... 83 3.5. CHẾ TẠO MẪU DẦM THÍ NGHIỆM ............................................................. 84 3.5.1. Thiết bị dùng trong quá trình chế tạo dầm thí nghiệm ..................................... 84 3.5.2. Chế tạo dầm thí nghiệm……………................................................................ 85 3.6. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH LỰC PHÁ HOẠI PMAX ......................................... 85 3.6.1. Chuẩn bị mẫu………………............................................................................ 85 3.6.2. Thực hiện uốn mẫu………… ........................................................................... 86 3.7. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ỨNG SUẤT DO TẢI TRỌNG TÁC DỤNG ĐẾN MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ............................................... 87 3.7.1. Qui trình thực hiện thí nghiệm ......................................................................... 88 3.7.2. Thiết bị và công tác chuẩn bị thí nghiệm ......................................................... 88 3.7.3. Kết quả thí nghiệm:………… .......................................................................... 93 3.7.4. Quan hệ ứng suất duy trì và mức độ ăn mòn cốt thép ...................................... 94 3.8. THÍ NGHİỆM ĐÁNH GİÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA CẤU KİỆN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP............. ............................................................................................................ 96 3.8.1. Chế tạo dầm và thí nghiệm xác định Pmax ........................................................ 97 3.8.2. Thí nghiệm ăn mòn diễn tiến nhanh các nhóm mẫu dầm ................................. 98 3.8.3. Thí nghiệm xác định lực kháng uốn các nhóm mẫu dầm ............................... 100 3.8.4. Xác định mức độ ăn mòn cốt thép .................................................................. 102 3.8.5. Ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của dầm BTCT có xét đến ảnh hưởng của tải trọng…………….. ...................................................................... 105 3.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3................................................................................. 106 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN GIẢI TÍCH VÀ MÔ PHỎNG SỐ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG TÁC DỤNG ĐẾN SỨC KHÁNG CỦA DẦM CẦU BTCT CÓ XÉT ĐẾN SỰ ĂN MÒN CỦA CỐT THÉP ..................................... 108
vi 4.1. MÔ HÌNH HÓA DẦM THỰC NGHIỆM ....................................................... 108 4.1.1. Mô hình vật liệu bê tông…………................................................................. 108 4.1.2. Mô hình vật liệu cốt thép……… .................................................................... 111 4.1.3. Mô hình dính bám giữa bê tông và cốt thép ................................................... 111 4.1.4. Mô hình phần tử bê tông và cốt thép .............................................................. 111 4.1.5. Mô hình hóa kết cấu……………. .................................................................. 113 4.1.6. Thıết lập các bước tính toán.......... ................................................................. 114 4.1.7. Kết quả mô phỏng số………… ...................................................................... 114 4.1.8. So sánh đường cong quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng……………………………. ..................................................................... 115 4.2. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA DẦM CẦU CHỊU TÁC DỤNG CỦA TẢI TRỌNG .......................... 116 4.2.1. Tính toán sức kháng uốn dầm bị ăn mòn cốt thép .......................................... 116 4.2.2. Tính toán sức kháng còn lại sau ăn mòn ........................................................ 119 4.3. MÔ PHỎNG SỐ ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ GIẢI TÍCH DẦM CẦU T - BTCT ................................................................................................................. 124 4.3.1. Mô hình hóa vật liệu bê tông và cốt thép ....................................................... 125 4.3.2. Mô hình hóa hình học………… ..................................................................... 125 4.3.3. Các bước thiết lập tính toán………................................................................ 126 4.3.4. Kết quả phân tích bằng phần mềm số............................................................. 127 4.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của các tham số đến ứng xử của dầm cầu bị ăn mòn .... 128 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4................................................................................. 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 132 1. KẾT LUẬN ........................................................................................................ 132 Khối lượng thực hiện được của luận án ............................................................ 132 Đóng góp mới của luận án………… ................................................................ 132 2. KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 133 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH ..... 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 136 TIẾNG VIỆT ........................................................................................................... 136 TIẾNG ANH ........................................................................................................... 138 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 144
vii PHỤ LỤC 01 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĂN MÒN GIA TỐC ........................... 144 PHỤ LỤC 02 - MÔ PHỎNG SỐ CHƯƠNG TRÌNH ATENA .............................. 145 PHỤ LỤC 03 - TÍNH TOÁN CHI TIẾT DẦM T - BTCT…………………………147
viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Biểu đồ phát triển ăn mòn cốt thép theo thời gian .....................................8 Hình 1.2. Hình ảnh mô tả các nguyên nhân gây hư hại kết cấu BTCT ......................9 Hình 1.3. Quá trình phát triển của vết nứt do ăn mòn cốt thép theo Tuutti ..............10 Hình 1.4. Gỉ trương nở đều Hình 1.5. Gỉ trương nở không đều ...........11 Hình 1.6. Hiện trạng bản bị bong vỡ bê tông lộ cốt thép ở cầu Kênh K13 (thời điểm khảo sát năm 2018) ...................................................................................................14 Hình 1.7. Hiện trạng ăn mòn gây hoen gỉ cốt thép, bong tróc lớp bê tông bảo vệ tại cầu cảng Bến Đầm - Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu (Tình trạng tại thời điểm khảo sát năm 2017)..........................................................................................................................14 Hình 1.8. Hiện trạng ăn mòn gây hoen gỉ cốt thép, bong tróc lớp bê tông bảo vệ tại các bộ phận cầu BTCT (thời điểm khảo sát năm 2016) ............................................15 Hình 1.9. Ăn mòn cốt thép gây hư hỏng kết cấu dầm BTCT tại cầu Bình Long (thời điểm khảo sát năm 2020) ..........................................................................................15 Hình 1.10. Ăn mòn bê tông gây nứt phá hoại trên thân dầm Cầu Phước Lộc ..........16 Hình 1.11. Hình ảnh ăn mòn bê tông cốt thép trên kết cấu dầm cầu Thạnh Đức (thời điểm khảo sát năm 2021) ..........................................................................................16 Hình 2.1. Quá trình ăn mòn cốt thép trong bê tông do cacbonat hóa .......................28 Hình 2.2. Các phản ứng cực dương và cực âm (Beeby) ...........................................28 Hình 2.3. Thể tích tương đối của các sản phẩm ăn mòn sắt .....................................30 Hình 2.4. Áp lực trên bê tông do hình thành các sản phẩm ăn mòn .........................39 Hình 2.5. Thiết bị sử dụng cho phương pháp điện thế nửa pin được mô tả trong ASTM C876 để đo điện thế bề mặt liên quan đến dòng điện ăn mòn ..................................42 Hình 2.6. Sơ đồ minh họa đường cong phân cực tuyến tính.....................................43 Hình 2.7. Sơ đồ minh họa kết quả đo xung tĩnh điện................................................45 Hình 2.8. Biểu diễn giản đồ của phép đo điện trở suất. (a) Điện trở suất lớn,..........48 Hình 2.9. Lý tưởng hóa của bê tông bảo vệ như là một hình trụ thành dày: (a) mẫu bê tông ban đầu; (b) sự biến dạng của bê tông, (c) sự biến dạng của các sản phẩm ăn mòn (d) gỉ chèn vào trong các vết nứt mở. ...............................................................49
ix Hình 2.10. Khoảng thời gian từ khởi đầu ăn mòn thép đến nứt hoàn toàn bê tông bảo vệ và tới nguy hiểm chịu lực .....................................................................................50 Hình 2.11. Sơ đồ ước lượng cho mất mát bán kính thép rs2 ..................................56 Hình 2.12. Mối quan hệ giữa tốc độ ăn mòn và độ ẩm tương đối với bê tông tuổi 1 năm có hàm lượng ion Cl- là 1.8kg/m3 ở nhiệt độ 23oC..........................................57 Hình 2.13. Mật độ dòng ăn mòn với thời gian khi Ccl=1.25kg/m3, nhiệt độ 20oC, độ ẩm H=75% theo Liu và Weyers ................................................................................59 Hình 2.14. Luật ứng xử đàn hồi của bê tông ...........................................................59 Hình 2.15.Trường ứng suất đầu vết nứt theo LEFM ..............................................60 Hình 2.16. Tiêu chuẩn phá huỷ được biểu diễn trong các mặt phẳng khác nhau ..61 Hình 2.17. Luật ứng xử hỗn hợp đàn hồi - giòn - dẻo.............................................63 Hình 2.18. Quan hệ ứng suất biến dạng khái quát hóa của thép. ............................64 Hình 2.19. Mô hình đàn hồi – dẻo có củng cố ........................................................64 Hình 2.20. Biểu diễn sự có mặt của cốt thép trong bê tông ....................................65 Hình 2.21. Dạng tương tác giữa cốt thép với bê tông. ............................................67 Hình 3.1. Biểu đồ bao cấp phối hạt vật liệu cát ........................................................72 Hình 3.2. Biểu đồ bao cốt liệu – đá dăm ...................................................................73 Hình 3.3. Thí nghiệm kiểm tra chỉ tiêu cơ lý của xi măng .......................................77 Hình 3.4. Thí nghiệm xác định giới hạn kháng uốn của thép ...................................79 Hình 3.5. Sơ đồ thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi bê tông .................................82 Hình 3.6. Công tác chuẩn bị đúc mẫu trụ..................................................................83 Hình 3.7. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén ...................................................84 Hình 3.8. Kích thước và cấu tạo dầm thực nghiệm...................................................85 Hình 3.9. Mẫu dầm sau quá trình trình chế tạo .........................................................85 Hình 3.10. Sơ đồ uốn 4 điểm trong thí nghiệm phá hoại mẫu ..................................86 Hình 3.11. Thí nghiệm phá hoại trên 02 mẫu xác định PMax.....................................86 Hình 3.12. Sơ đồ các bước thực hiện thí nghiệm ......................................................88 Hình 3.13. Mô tả thiết bị gông dầm tạo ứng suất trước ............................................88
x Hình 3.14. Hình ảnh mẫu dầm gông thực tế .............................................................89 Hình 3.15. Mô hình diễn tiến nhanh ăn mòn điện cực ..............................................89 Hình 3.16. Hình ảnh ngâm dầm không gia tải ..........................................................91 Hình 3.17. Hình ảnh ngâm dầm có gia tải ................................................................91 Hình 3.18. Hình ảnh bể ngâm mẫu được ghi chú cụ thể ...........................................92 Hình 3.19. Hình ảnh mẫu sau khi ngâm 30 ngày ......................................................92 Hình 3.20. Hình ảnh cốt thép bị ăn mòn sau khi ngâm .............................................93 Hình 3.21. Biểu đồ quan hệ ứng suất duy trì và mức độ ăn mòn..............................95 Hình 3.22. Biểu đồ quan hệ ứng suất duy trì và mức độ ăn mòn..............................95 Hình 3.23. Hình ảnh dầm thực nghiệm sau chế tạo ..................................................97 Hình 3.24.Thiết bị mô tả gông dầm ..........................................................................98 Hình 3.25. Các mẫu dầm được gông tạo ứng suất ....................................................99 Hình 3.26. Mô tả môi trường thí nghiệm ăn mòn điện cực ......................................99 Hình 3.27. Hình ảnh nhóm dầm 02 ngâm ăn mòn có gia tải ..................................100 Hình 3.28. Nhóm mẫu dầm 01 - không gia tải và ngâm ăn mòn ............................100 Hình 3.29. Dầm nhóm 01 sau khi được dỡ tải ........................................................101 Hình 3.30. Dầm nhóm 02 sau thí nghiệm ăn mòn diễn tiến nhanh được dỡ tải .....101 Hình 3.31. Uốn 4 điểm đến phá hoại đối với mẫu dầm - nhóm 01 .........................102 Hình 3.32. Uốn 4 điểm đến phá hoại đối với mẫu dầm - nhóm 02 .........................102 Hình 3.33. Hình ảnh bê tông cốt thép bị ăn mòn sau thí nghiệm............................103 Hình 3.34. Cân xác định khối lượng cốt thép bị ăn mòn sau thí nghiệm................104 Hình 3.35. Quan hệ mức độ ăn mòn và sức kháng uốn ..........................................105 Hình 3.36. Biểu đồ thực nghiệm mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ............105 Hình 4.1. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị tương ứng với các mức ăn mòn. ...115 Hình 4.2. Biểu đồ thực nghiệm mối quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị ..............115 Hình 4.3. Biểu đồ quan hệ tải trọng và chuyển vị của mẫu dầm BTCT ăn mòn 25% tại cấp tại trọng 0  Pmax với thí nghiệm thực tế. ....................................................116 Hình 4.4. Mặt cắt ngang dầm ..................................................................................118
xi Hình 4.5. Mặt cắt tính toán......................................................................................118 Hình 4.6. Bố trí cốt thép ..........................................................................................119 Hình 4.7. Biểu đồ quan hệ diện tích cốt thép theo thời gian ăn mòn ......................123 Hình 4.8. Biểu đồ quan hệ mô men uốn theo thời gian ăn mòn .............................123 Hình 4.9. Mặt cắt ngang dầm cầu BTCT - mặt cắt T ..............................................124 Hình 4.10. Khai báo đặc trưng cơ học của thép ......................................................125 Hình 4.11. Khai báo đặc trưng cơ học của bê tông .................................................125 Hình 4.12.Chia phần tử lưới của dầm chữ T ...........................................................126 Hình 4.13.Mô hình hóa cốt thép của dầm chữ T.....................................................126 Hình 4.14.Các bước thiết lập tính toán trên phần mềm ..........................................126 Hình 4.15. Biểu đồ quan hệ sức kháng uốn và chuyển vị theo mô phỏng số .........127 Hình 4.16.Biểu đồ quan hệ sức kháng uốn và chuyển vị theo mô phỏng số và thực nghiệm tại mức ăn mòn 25% ..................................................................................127 Hình 4.17. Ảnh hưởng của tiết diện thép ăn mòn đến sức kháng uốn (%)................127 Hình 4.18. Ảnh hưởng của ứng suất trong bê tông đến sức kháng uốn của dầm ....127 Hình 4.19. Ảnh hưởng của cường độ bê tông đến mức độ ăn mòn (%)..................128 Hình 4.20. Ảnh hưởng của cường độ bê tông đến mức độ ăn mòn.........................128
xii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Mức độ xâm thực tại các vùng.......................................................................3 Bảng 2 . Kết quả đo đạc điện thế ăn mòn cốt thép và khả năng ăn mòn tại các công trình cảng biển tại Đà Nẵng ........................................................................................4 Bảng 2.1. Ảnh hưởng của các tham số khác nhau đối với quá trình ăn mòn............30 Bảng 2.2. Hướng dẫn việc giải thích kết quả từ khảo sát nửa-pin ...........................42 Bảng 2.3. Hướng dẫn việc giải thích kết quả của 3LP và Gecor ..............................44 Bảng 2.4. Nguy cơ ăn mòn cốt thép liên quan đến điện trở suất của bê tông đối với bê tông OPC ở 200 C. ...............................................................................................46 Bảng 3.1. Hàm lượng tối đa các muối, ion trong nước trộn bê tông và vữa .............70 Bảng 3.2. Các chỉ tiêu cơ lý của cát ..........................................................................71 Bảng 3.3. Bảng thành phần hạt của cát .....................................................................71 Bảng 3.4. Thành phần hạt của đá dăm ......................................................................72 Bảng 3.5. Các chi tiêu cơ lý của đá dăm ..................................................................73 Bảng 3.6. Khối lượng mẫu ........................................................................................74 Bảng 3.7. Kết quả tính khối lượng riêng ...................................................................74 Bảng 3.8. Kết quả tính độ hút nước ..........................................................................75 Bảng 3.9. Khối lượng mẫu ........................................................................................75 Bảng 3.10. Khối lượng riêng của cát ........................................................................75 Bảng 3.11. Độ hút nước của cát ................................................................................76 Bảng 3.12. Khối lượng thể tích lèn chặt của cốt liệu ................................................76 Bảng 3.13. Các chỉ tiêu thí nghiệm cốt liệu ..............................................................77 Bảng 3.14. Các chỉ tiêu của cát .................................................................................77 Bảng 3.15. Các chỉ tiêu của đá dăm ..........................................................................77 Bảng 3.16. Các tính chất cơ lý của xi măng Bỉm Sơn PC40 ....................................78 Bảng 3.17. Thành phần khoáng vật trong Xi măng ..................................................78 Bảng 3.18. Thành phần hóa học của xi măng Bỉm Sơn PC40 ..................................78 Bảng 3.19. Qui định kéo vật liệu thép.......................................................................79
xiii Bảng 3.20. Thông số vật liệu thép.............................................................................79 Bảng 3.21. Thể tích các loại vật liệu (trừ cát) trong 1 m3 hỗn hợp bê tông .............80 Bảng 3.22. Khối lượng thành phần vật liệu cơ sở cho 1m3 bê tông cấp 30MPa ......81 Bảng 3.23. Kết quả đo mô đun đàn hồi của bê tông .................................................82 Bảng 3.24. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của của bê tông .........................84 Bảng 3.25. Số lượng mẫu dầm xác định Pmax .........................................................86 Bảng 3.26. Bảng thống kê giá trị Pmax .......................................................................87 Bảng 3.27. Các mẫu dầm thí nghiệm ........................................................................90 Bảng 3.28. Số lượng mẫu dầm theo các cấp gia tải .................................................90 Bảng 3.29. Bảng giá trị ứng suất trung bình tương ứng............................................91 Bảng 3.30. Tổng hợp độ hao mòn cốt thép các mẫu dầm thực nghiệm (%) .............94 Bảng 3.31. Số lượng mẫu dầm tương ứng các nhóm dầm ........................................99 Bảng 3.32. Thống kê kết quả lực uốn phá hoại các nhóm mẫu dầm (KN) .............102 Bảng 3.33. Độ hao mòn cốt thép các nhóm mẫu dầm(%) ......................................104 Bảng 4.1.Tham số vật liệu bê tông theo ATENA ...................................................110 Bảng 4.2. Sự biến thiên ngẫu nhiên của các tham số vật liệu .................................110 Bảng 4.3. Bảng thống kê kích thước dầm ...............................................................117 Bảng 4.4. Phương án bố trí cốt thép dầm cầu .........................................................119 Bảng 4.5. Kết quả tính toán sức kháng uốn còn lại ................................................121
xiv PHỤ LỤC PHỤ LỤC 01 – KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĂN MÒN GIA TỐC………………………..144 PHỤ LỤC 02 – CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG SỐ ATENA………………………….145 PHỤ LỤC 03 – TÍNH TOÁN CHI TIẾT DẦM T……………………………………….147
xv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU Chữ cái viết tắt, kí hiệu Ý nghĩa AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp hội các Viên chức Đường bộ và Vận tải Mỹ) ACI American Concrete Institute (Viện Bê tông Mỹ) ASTM American Society for Testing and Materials (Hiệp hội Vật liệu và Thí nghiệm Mỹ) BT Bê tông BTCT Bê tông cốt thép BTCLN Bê tông cốt liệu nhẹ C Cát CL Cốt liệu IC Ion clo (Ion Chloride (E), Ion Chlorure (F)) Cl- EN EuroNorm (Tiêu chuẩn Châu Âu) N/CKD Nước/chất kết dính N/X Nước/xi măng N Nước X Xi măng PTHH Phần tử hữu hạn PGSD Phụ gia sử dụng TCN Tiêu chuẩn ngành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam RCPT Thí nghiệm thấm nhanh ion clo KLTT Khối lượng thể tích
xvi C Nồng độ clorua C0 Nồng độ clorua ban đầu trong bê tông c Chiều dày lớp bê tông bảo vệ D Hệ số khuếch tán clorua trong bê tông Hệ số khuếch tán clorua trong bê tông ở tuổi 28 D28 ngày Hệ số khuếch tán clorua trong bê tông ở nhiệt D(T) độ T Hệ số khuếch tán clorua trong bê tông ở thời D(t) điểm t DPC Hệ số khuếch tán clorua trong bê tông thường Hệ số khuếch tán clorua trong bê tông có muội DSF silic (silica fume) d Đường kính cốt thép  Sự thay đổi đường kính của cốt thép E Điện thế áp dụng F Hằng số Faraday H Độ ẩm tương đối của môi trường I Cường độ dòng điện i Mật độ dòng điện icorr Mật độ dòng điện ăn mòn J Dòng của ion (hay thông lượng) K Tốc độ di trú clorua L Chiều dài mẫu thử M Khối lượng nguyên tử của sắt Mloss Khối lượng thép mất mát do ăn mòn
xvii Khối lượng thép ban đầu (trên một đơn vị chiều Ms dài thanh thép) Hệ số nở thể tích của gỉ (tỷ số thể tích gỉ thép n và thép bị gỉ) p Áp lực tại giao diện bê tông và gỉ qr áp lực tới xuyên tâm qr,c áp lực tới hạn gây nứt bê tông bảo vệ R Hằng số khí Rc Điện trở của bê tông Bán kính của thép chưa bị ăn mòn rn r0=0,50d+0 ; Mất mát bán kính của cốt thép gây ra bắt đầu nứt Mất mát bán kính của cốt thép do gỉ chèn vào vết nứt S Khoảng cách giữa các cốt thép T Nhiệt độ tuyệt đối t1 Thời gian khởi đầu ăn mòn t2 Thời gian lan truyền ăn mòn z Hóa trị của clorua Thế tích của dung dịch NaCl sử dụng trong thí V nghiệm C1202  chuyển vị xuyên tâm của bê tông; chuyển vị nén xuyên tâm của gỉ (các sản phẩm  ăn mòn)  chiều dày vùng xốp bao quanh cốt thép; tỷ lệ phần trăm của khối lượng thép mất mát ρ Mloss với khối lượng thép ban đầu Ms trên một đơn vị chiều dài là hệ số biểu thị mức độ lấp đầy các vết nứt k bằng các sản phẩm ăn mòn; fr là cường độ chịu kéo của bê tông ;
xviii  là hệ số poisson của bê tông c=0,18-0,20; là mô đun đàn hồi có hiệu (xét đến từ biến); Ec là mô đun đàn hồi của bê tông;  là hệ số từ biến của bê tông;