Việc phân tích trường nhiệt độ và ứng suất trong kết cấu bê tông khối lớn có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nhằm mục đích kiểm soát nứt trong khối bê tông. Tuy nhiên sự phân bố này thường rất phức tạp, đặc biệt là với những kết cấu có khối tích rất lớn như đài móng nhà siêu cao tầng, dầm chuyển, sàn chuyển…do số lượng phần tử nhiều và khó khăn trong tính toán các điều kiện biên.
Bài viết này giới thiệu qui trình lập và giải bài toán phân tích trường nhiệt độ và ứng suất trong bê tông khối lớn bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
Từ kết quả phân tích có thể dự đoán được qui luật và mức độ phát triển của trường nhiệt độ và ứng suất trong khối bê tông thời gian đầu đóng rắn, từ đó đưa ra những giải pháp thi công phù hợp nhằm kiểm soát nứt do nhiệt thủy hóa xi măng trong các kết cấu bê tông khối lớn.
Kết cấu bê tông được coi là khối lớn khi có kích thước đủ lớn để có thể tích tụ nhiệt thủy hóa xi măng, từ đó gây nên sự thay đổi đáng kể thể tích bê tông trong quá trình đóng rắn.
Yếu tố nhiệt độ
Sự thay đổi thể tích không đều sẽ tạo ra ứng suất kéo trong khối bê tông và khi ứng suất này vượt quá giới hạn kéo thì bê tông sẽ bị nứt. Sự thay đổi thể tích này phát sinh từ các yếu tố như: quá trình co khô do mất nước; co, nở nhiệt của bê tông không đều do sự chênh lệch nhiệt độ ΔT giữa các phần của khối bê tông [1, 2, 4].
Vì vậy việc chống nứt nhiệt cho bê tông khối lớn chính là việc kiểm soát được sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong khối bê tông.
Sự hình thành và phân bố trường nhiệt độ trong bê tông khối lớn về cơ bản phụ thuộc vào các yếu tố nội tại của bê tông cũng như các yếu tố bên ngoài lên quan đến môi trường và công nghệ thi công.
Các yếu tố nội tại của bê tông có thể kể đến: số lượng phần tử; loại phần tử (dạng tam giác, chữ nhật); thông số về nhiệt của vật liệu; loại và hàm lượng xi măng; các tính chất về nhiệt của nguyên vật liệu; nhiệt độ bê tông khi đổ; nhiệt dung riêng của bê tông; tốc độ tỏa nhiệt; hình dạng, kích thước kết cấu; cấp phối bê tông.
Các yếu tố bên ngoài khối bê tông là các điều kiện biên như: các thông số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió…); phương pháp bảo dưỡng bê tông; ràng buộc về nhiệt của khối bê tông với các mặt tiếp xúc (ván khuôn, nền đất); các giá trị về nhiệt tại mặt thoáng của khối bê tông; hệ số trao đổi nhiệt [1, 4].
yếu tố ứng suất
Với những kết cấu này lượng nhiệt thủy hóa xi măng rất lớn mặt khác sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong lòng khối bê tông khá phức tạp. Tuy nhiên, việc xác định trường nhiệt độ, ứng suất của những kết cấu này là rất khó khăn, do số lượng phần tử, số biến và các thông số về điều kiện biên khá lớn.
Bài viết này giới thiệu kết quả phân tích trường nhiệt độ và ứng suất trong quá trình thủy hóa xi măng của kết cấu bê tông khối lớn bằng phương pháp PTHH.
Các giá trị tính toán về vật liệu, các điều kiện biên và mô hình được xác lập theo các quy phạm hiện hành cũng như tham khảo thực nghiệm.
Kết quả tính toán được phân tích và so sánh với kết quả thực nghiệm. từ đó có thể kiểm tra lại các thông số thiết kế (cấp phối bê tông, nhiệt độ bê tông khi đổ, phương pháp và thời gian bảo dưỡng…) để đưa ra các điều chỉnh hợp lý về vật liệu và giải pháp thi công nhằm kiểm soát nứt, đảm bảo chất lượng kết cấu bê tông khối lớn.
Trường phân bố nhiệt độ trong đài móng bê tông khối lớn
Trường phân bố ứng suất trong đài móng bê tông khối lớn
Công Ty TNHH Tư Vấn Thiết Kế – Xây Dựng Kiến An Vinh
