Tên luận án:
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG NHẤT HÓA ĐỂ PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT DO NHIỆT THỦY HÓA XI MĂNG TRONG BÊ TÔNG CỐT THÉP CÔNG TRÌNH CẦU
Ngành:
- Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
- Chuyên ngành: Xây dựng đường cầu hầm
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung nghiên cứu ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông cốt thép (BTCT) công trình cầu ở tuổi sớm. Vấn đề nứt do nhiệt thủy hóa là một thách thức lớn trong xây dựng BTCT, đặc biệt với các khối bê tông lớn và bê tông cường độ cao, ảnh hưởng đến khả năng sử dụng và độ bền của kết cấu. Các nghiên cứu trước đây còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào khối bê tông thuần túy không có cốt thép.
Mục tiêu chính của đề tài là xác định hệ số dẫn nhiệt tương đương và các đặc trưng vật liệu tương đương của lớp vỏ BTCT bằng phương pháp đồng nhất hóa. Đồng thời, luận án thực hiện thí nghiệm đoạn nhiệt trong phòng để xây dựng đường cong nhiệt độ đoạn nhiệt cho các cấp phối bê tông thông thường (C30, C35) sử dụng trong công trình cầu. Cuối cùng, các dữ liệu thu được từ thí nghiệm và các đặc trưng vật liệu tương đương được sử dụng để phát triển chương trình phân tích sự phân bố nhiệt độ và ứng suất do nhiệt thủy hóa xi măng trong kết cấu BTCT.
Nội dung nghiên cứu bao gồm tổng quan về vấn đề, xác định hệ số dẫn nhiệt và đặc trưng vật liệu tương đương bằng phương pháp đồng nhất hóa, nghiên cứu thực nghiệm nhiệt độ đoạn nhiệt, và ứng dụng lý thuyết đồng nhất hóa để phân tích trạng thái nhiệt độ và ứng suất trong trụ cầu BTCT ở tuổi sớm.
Kết quả nghiên cứu đã xây dựng thành công hai chương trình tính toán: TCon1 để xác định các đặc trưng nhiệt của BTCT (hệ số dẫn nhiệt tương đương, nhiệt dung riêng, phạm vi đồng nhất hóa) và TCon2 để tính toán sự phân bố nhiệt độ và ứng suất theo thời gian do nhiệt thủy hóa xi măng. Các kết quả mô phỏng từ TCon2 được so sánh và cho thấy sự tương đồng cao với dữ liệu thực đo tại một trụ cầu thực tế (T06HB), chứng minh tính tin cậy của phương pháp đề xuất. Luận án cũng khảo sát ảnh hưởng của cấp bê tông và biện pháp thi công đến khả năng gây nứt, cung cấp các bảng tra hữu ích về hệ số dẫn nhiệt và chiều dày tương đương của lớp vỏ BTCT. Những đóng góp này giúp đánh giá khả năng nứt trong giai đoạn thi công và đề xuất các biện pháp kiểm soát nứt hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền công trình cầu.
Mục lục chi tiết:
-
ĐẶT VẤN ĐỀ
- I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
- II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
-
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
- 1.1. Tổng quan về sự hình thành vết nứt trong kết cấu bê tông cốt thép không chịu ảnh hưởng trực tiếp từ tác động cơ học
- 1.1.1. Phân tích các dạng vết nứt không do tác động của cơ học
- 1.1.2. Khái niệm về nhiệt thủy hóa xi măng trong bê tông
- 1.1.3. Các quy định về kiểm soát vết nứt phi kết cấu cho các công trình cầu ở Việt Nam
- 1.2. Các phương pháp phân tích sự hình thành nhiệt thủy hóa của xi măng trong kết cấu bê tông cốt thép ở tuổi sớm trên thế giới và tại Việt Nam
- 1.2.1. Các phương pháp trên thế giới
- 1.2.2. Các phương pháp ở Việt Nam
- 1.3. Một số giải pháp phòng chống, hạn chế nứt không do lực tác động trong kết cấu bê tông, bê tông cốt thép của mố trụ cầu ở giai đoạn thi công
- 1.4. Kết luận chương 1
-
CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ DẪN NHIỆT TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA LỚP BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG NHẤT HÓA
- 2.1. Tổng quan về phương pháp đồng nhất hóa vật liệu
- 2.1.1. Ứng xử vật liệu
- 2.1.2. Khái niệm đa cấp độ
- 2.1.3. Khái niệm đồng nhất hóa
- 2.1.4. Đồng nhất hóa vật liệu theo bài toán nhiệt
- 2.1.5. Đồng nhất hóa vật liệu với điều kiện biên theo biến dạng để xác định các đặc trưng vật liệu tương đương của kết cấu BTCT
- 2.2. Tính toán hệ số dẫn nhiệt tương đương của vật liệu BTCT bằng phương pháp đồng nhất hóa
- 2.2.1 Phương trình vi phân của quá trình truyền nhiệt
- 2.2.2 Các thông số tính toán nguồn nhiệt
- 2.2.3 Công thức quá trình truyền nhiệt trong phương pháp phần tử hữu hạn
- 2.3. Phương pháp đồng nhất hóa xác định hệ số dẫn nhiệt tương đương của lớp BTCT
- 2.3.1. Xác định hệ số dẫn nhiệt tương đương
- 2.3.2. Xác định chiều dày của lớp BTCT
- 2.3.3. Xác định nhiệt dung riêng của lớp BTCT
- 2.4. Xây dựng chương trình tính toán hệ số dẫn nhiệt tương đương và các đặc trưng vật liệu tương đương của lớp BTCT
- 2.4.1. Sơ đồ khối của chương trình tính toán hệ số dẫn nhiệt tương đương
- 2.4.2. Xác định các đặc trưng vật liệu tương đương của kết cấu BTCT thay đổi theo thời gian bằng phương pháp đồng nhất hóa
- 2.5. Khảo sát ảnh hưởng của cấp bê tông và biện pháp thi công đến khả năng gây nứt của trụ cầu BTCT
- 2.5.1. Mô hình bài toán
- 2.5.2. Bê tông thông thường
- 2.5.3. Bê tông toả nhiệt thấp, chiều cao khối đổ lớn
- 2.5.4. Bê tông toả nhiệt thấp, chiều cao khối đổ nhỏ
- 2.6. Kết luận chương 2
-
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ ĐOẠN NHIỆT TỪ QUÁ TRÌNH THỦY HÓA CỦA XI MĂNG CHO BÊ TÔNG THÔNG THƯỜNG DÙNG CHO CÔNG TRÌNH CẦU
- 3.1. Mục đích thí nghiệm
- 3.2. Thực nghiệm xác định nhiệt phát sinh trong đơn vị thể tích của bê tông tuổi sớm sử dụng cho mố và trụ cầu
- 3.2.1. Lựa chọn cấp phối thí nghiệm
- 3.2.2. Quy trình thực hiện thí nghiệm đo nhiệt lượng đoạn nhiệt cho bê tông
- 3.2.3. Đánh giá đặc trưng nhiệt của các mẫu bê tông
- 3.3. Kết luận chương 3
-
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỒNG NHẤT HÓA ĐỂ PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ VÀ ỨNG SUẤT DO NHIỆT THỦY HÓA XI MĂNG TRONG KẾT CẤU TRỤ CẦU BTCT Ở TUỔI SỚM
- 4.1. Thiết lập quá trình đo nhiệt thủy hóa của xi măng của thân trụ BTCT ngoài hiện trường
- 4.2. Mô phỏng sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian và sự phân bố nhiệt độ do nhiệt thủy hóa của thân trụ cầu BTCT thực tế
- 4.3. Mô phỏng sự thay đổi ứng suất theo theo thời gian do nhiệt thủy hóa của thân trụ cầu BTCT thực tế
- 4.3.1. Khai báo vật liệu và mô hình kết cấu
- 4.3.2. Kết quả phân tích
- 4.4. Kết luận chương 4
-
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ