Cơ chế hình thành và giải pháp hạn chế vết nứt xiên ở góc khấc dầm super t trong giai đọan sản xuất

Ứng suất đầu dầm lầnđầu tiên được phân tích chi tiết, kết quả đã chỉ ra những nguyên nhân có thểdẫn đến sự hình thành của vết nứt tại khu vực góc khấc.. Kể từ lần đầu tiên được áp dụng c

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRONG GIAI ĐOẠN SẢN XUẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình giao thông

Mã số ngành: 60580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12-2015

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Bùi Đức Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Bá Khánh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Duy Liêm

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày

16 tháng 01năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 TS Vũ Xuân Hòa (Chủ tịch)

2 TS Đặng Đăng Tùng (Thư ký)

3 TS Trần Nguyễn Hoàng Hùng (Ủy viên)

4 TS Lê Bá Khánh (Ủy viên)

5 TS Nguyễn Duy Liêm (Ủy viên)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÊN ĐỀ TÀI: Cơ chế hình thành và giải pháp hạn chế vết nứt xiên ở góc khấc dầm super T trong giai đoạn sản xuất

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Thiết lập các mô hình chịu tải của dầm super T kéo trước trong giai đoạn sản xuất, Đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế hoặc khắc phục sự xuất hiện vết nứt xiên góc khấc trong giai đoạn sản xuất dầm

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/07/2015

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS BÙI ĐỨC VINH

Tp HCM, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Lời cảm ơn

Luận văn này là kết quả của hai năm học tập và nghiên cứu của tác giả tạitrường Đại Học Bách Khoa-ĐHQG Tp HCM, nơi thực sự đã truyền cho tôi cảmhứng về sự sáng tạo và tinh thần nghiên cứu khoa học nghiêm túc Thời gianđược học tập ở đây chắc chắn là quãng thời gian quý giá nhất, không bao giờquên đối với tôi Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Quý thầy, cônhững người đã giảng dạy và truyền đạt các tri thức cho nhiều thế hệ thông qua

sự lao động nghiêm túc của mình

Nghiên cứu này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự hướng dẫn nhiệt tìnhcủa Ts.Bùi Đức Vinh - một người Thầy tôi sẽ luôn ghi nhớ về sự tận tụy vàchuyên môn khoa học sâu rộng Xin chân thành cảm ơn Thầy về những địnhhướng , chia sẻ kinh nghiệm, các gợi ý hợp lý, trong suốt quá trình thực hiệnluận văn

Lời cảm ơn sâu nặng xin gởi đến gia đình những người thương yêu nhất của tôi,bạn bè và đồng nghiệp, họ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi về thời gian, chia

sẻ công việc cũng như động viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luậnvăn

Lê Nguyễn Phương

i

để, các dầm đúc mới vẫn tiếp tục nứt Trên thực tế người ta đang ngầm chấpnhận vấn đề này khi chưa thể giải quyết một cách triệt để.

Việc tìm hiểu và xác định quá trình phát triển ứng suất trong suốt các giai đoạnsản xuất-thi công lắp đặt-khai thác, từ đó dẫn đến việc xác định cơ chế tạo ravết nứt đang được nhiều kỹ sư và các nhà nghiên cứu quan tâm Tuy nhiên thực

tế là một thách thức rất lớn về phương diện triển khai thực hiện

Nội dung chính của luận này thực hiện các công việc làm rõ các quy trình sảnxuất, phân tích sự hình thành và tác dụng lực trong mỗi giai đoạn sản xuất Từ

đó xây dựng mô hình phân tích gần đúng nhất cho bài toán mô phỏng cơ học.Bằng cách sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn Atena ([1]), mô hình kết cấu3D được xây dựng và mô phỏng toàn bộ các bước xuất hiện lực tác dụng lên

kết cấu dầm Các phân tích được so sánh kiểm chứng giữa mô phỏng với thựcnghiệm, cũng như các tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế để hiệu chỉnh và tìmđược mô hình phù hợp nhất.

Kết quả mô phỏng được giới thiệu trong nghiên cứu đã thiết lập được quá trìnhphát triển ứng suất theo trình tự các bước sản xuất dầm Ứng suất đầu dầm lầnđầu tiên được phân tích chi tiết, kết quả đã chỉ ra những nguyên nhân có thểdẫn đến sự hình thành của vết nứt tại khu vực góc khấc

Từ khóa: super-T, vết nứt xiên góc khấc, mô phỏng, phần tử hữu hạn

iii

Prestressed reinforced concrete girder super Tee (PRC super-T) is known asability of over to large span, stability in working plane, high torsion resistance,construction and installation are fast and not too complicated Reinforced pre-stressed concrete girder (PRC) super-T is widely used for superstructure of riverbridge, flyover, highway bridge Since it was first used for My Thuan Bridge(1998) in Vietnam until the most recent project (Hoa An bridge, the bridges

of Long Thanh - Dau Giay highway), cracks at beam girder head position havecontinued to appearing, especially diagonal cracks (appear after cutting strand).Although a lot of meetings are celebrated to disscuss and propose solutions ofmany experts, include adjusting the design, change steel bar arrangement anddimension of girder head But this problem has not been solved completely, newgirders still be continue cracking In fact they are implicitly accept this problem

as unsolved thoroughly

To understand and identify the development of stress during production – struction – installation – working stage, it is lead to identify mechanisms tocreate cracks which many engineers and researchers interest But the reality is

con-a huge chcon-allenge in terms of implementcon-ation

The main contents of this thesis will carried out the works to clarify the duction process, analyze the force formation and affection in every stage of pro-duction Then anlytical model will be built closet to the problem of mechanicalsimulation

pro-By using finite element software Atena ([1]), 3D structure models are built andsimulated all the steps appear the forces on the girder The comparative analysisbetween simulation verified with empirical, as well as the standard calculationdesigned to adjust and find the most suitable model.

The simulation results presented in the study have established development cess stresses sequential production steps girder Stresses at girder head are firstbeginning a detailed analysis, the results showed the causes that can lead to theformation of cracks in areas notch corner

pro-Keywords: super-T, diagonal cracks, simulate, finite element method

v

Lời cam đoan

Tôi tác giả của luận văn này cam đoan rằng

 Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thựchiện dưới sự hướng dẫn của Ts Bùi Đức Vinh

 Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này trung thực và chưatừng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào

 Các giá trị tham khảo là chính xác, không có chỉnh sửa

 Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 01/12/2015

Học viên

Lê Nguyễn Phương

Mục lục

Trang

1.1 Lịch sử phát triển của kết cấu dầm super-T 1

1.2 Động lực cho sự phát triển 2

1.3 Các nội dung nghiên cứu và tiếp cận mới của đề tài 3

1.4 Mục tiêu, giới hạn và cấu trúc của đề tài 6

1.4.1 Mục tiêu 6

1.4.2 Phạm vi và giới hạn của đề tài 6

1.4.3 Bố cục của đề tài 7

2 Tổng quan 8 2.1 Cấu tạo cơ bản dầm super-T 8

2.2 Các vết nứt dầm super-T 11

2.2.1 Dạng (1) Nứt ngang bầu dưới dầm 12

2.2.2 Dạng (2) Nứt tiếp giáp giữa cánh và phần đặc đầu dầm 13

2.2.3 Dạng (3) Nứt xiên, dọc tiếp giáp giữa cánh và sườn dầm 13

2.2.4 Dạng (4) Nứt xiên ở góc khấc 13

2.3 Hướng tiếp cận xử lý vết nứt 14

2.4 Phương pháp phân tích ứng suất dầm super-T 15

2.5 Mô hình vật liệu cho bê tông 17

2.6 Công cụ phân tích kết cấu dầm super-T 18

2.6.1 Giới thiệu chung về Atena 18

2.6.2 Mô hình vật liệu trong Atena 19

2.6.3 Mô hình Microplane M4L 19

2.6.3.1 Các thành phần biến dạng vi mô [2] 20

2.6.3.2 Quan hệ ứng suất-biến dạng trong mô hình Microplane [2] 21

2.7 Kết luận 22

vii

3.1 Các giai đoạn sản xuất dầm 23

3.1.1 Giai đoạn sản xuất thứ 1 24

3.1.2 Giai đoạn sản xuất thứ 2 24

3.1.3 Giai đoạn sản xuất thứ 3 25

3.1.4 Giai đoạn sản xuất thứ 4 27

3.2 Mô hình các giai đoạn sản xuất dầm 27

3.3 Mô phỏng và phân tích kết cấu dầm 30

3.3.1 Kích thước hình học 30

3.3.2 Mô hình lưới phần tử hữu hạn 31

3.3.3 Mô hình vật liệu cho bê tông 33

3.3.4 Cốt thép thường 36

3.3.5 Cốt thép dự ứng lực (cáp dự ứng lực) 37

3.3.6 Tải trọng và Giai đoạn thi công cho Trường hợp gối 2 38

3.3.6.1 Các loại tải trọng tác dụng 38

3.3.6.2 Giai đoạn tải trọng 1.1 40

3.3.6.3 Giai đoạn tải trọng 1.2 42

3.3.6.4 Giai đoạn tải trọng 2 42

3.3.7 Điều kiện biên 43

3.4 Hiệu chỉnh mô hình 44

3.5 Kết luận 45

4 Kết quả phân tích dầm super-T 46 4.1 Kết quả phân tích tổng thể dầm 46

4.1.1 Độ chuyển vị - Độ vồng dầm 47

4.1.2 Ứng suất trước trong cáp dự ứng lực 48

4.1.3 Ứng suất thớ trên và thớ dưới dầm khi truyền ứng lực 50

4.1.4 Ứng suất và biến dạng tổng thể dầm trong giai đoạn sản xuất 54 4.1.5 Nhận xét 59

4.2 Kết quả phân tích cục bộ khu vực đầu dầm 59

4.3 Kiểm chứng thực nghiệm 66

4.4 Kết luận 67

Danh sách hình vẽ

1.1 Bố trí chung dầm super T cầu Hóa An 2

1.2 Kết cấu dầm super T Hóa An (2013) 2

1.3 Cấu tạo ván khuôn dầm theo phương dọc và Các sơ đồ đặt gối 4

1.4 Cấu tạo ván khuôn đầu khấc: Hình (a) - Cầu Hóa An Hình (b) - Cầu tuyến cao tốc LT-DG 5

1.5 Cắt cáp truyền ứng lực theo Trường hợp gối (2) tại Nhà máy Beton 6 5 2.1 Bố trí cốt thép khu vực đầu dầm Hóa An 8

2.2 Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm Hóa An [3] 10

2.3 Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm cao tốc LT-DG [4] 10

2.4 Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm cao tốc SG-TL [5] 11

2.5 Các dạng vết nứt đầu dầm super-T xuất hiện gần đây 11

2.6 Các dạng vết nứt khu vực đầu dầm super-T 12

2.7 Mô hình chống - giằng phân tích ứng suất cục bộ khu vực đầu dầm [6] 15 2.8 Phần mềm Atena - Giao diện module Static 3D 19

2.9 Nguyên lý tính toán ứng suất vĩ mô từ biến dạng vi mô của mô hình Microplane [2] 20

2.10 Các thành phần biến dạng trên mặt Microplane [7] 20

2.11 Phân tích tenxơ biến dạng trên một Microplane 21

3.1 Giai đoạn sản xuất thứ 1 - Căng cáp, lắp đặt cốt thép 24

3.2 Cấu tạo ván khuôn của dầm super-T 25

3.3 Giai đoạn sản xuất thứ 2 - Đổ bê tông dầm 25

3.4 Giai đoạn sản xuất thứ 3 - Cắt cáp truyền ứng lực vào dầm 26

3.5 Biểu đồ quan hệ cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi với các cấp phối bê tông khác nhau 26

3.6 Giai đoạn sản xuất thứ 4 - Cẩu dầm ra khỏi ván khuôn và hoàn thiện 27 3.7 Mô hình các giai đoạn sản xuất dầm 29

3.8 Kích thước cơ bản dầm super-T Hóa An 30

3.9 Mô phỏng phần tử bê tông và cốt thép dầm 31

3.10 Mô phỏng cốt thép khu vực đầu dầm 32

3.11 Phần tử hexahedra, quadractic và tetrahedra 32

3.12 Chia lưới dầm super-T: 2139 thanh thép, 1260 phần tử hexahedra, 5425 nút 33

3.13 Mô hình lưới phần tử 33

3.14 Phân lưới khu vực đầu dầm 33

ix

3.15 (a) Kết quả mô phỏng thí nghiệm nén đơn (b) Mẫu mô phỏng thí nghiệm 34 3.16 (a) Quan hệ ứng suất - biến dạng của cốt thép thường (b) Quan hệ ứng

suất - biến dạng của cốt thép dự ứng lực 36

3.17 Mô hình cốt thép thường 37

3.18 Bố trí cốt thép dự ứng lực dầm super-T Hóa An 38

3.19 Khai báo tải trọng bản thân dầm 40

3.20 Khai báo tải trọng dự ứng lực 60% 41

3.21 Khai báo tải trọng ma sát ván khuôn 41

3.22 Khai báo tải trọng dự ứng lực 40% 42

3.23 Khai báo tải trọng lực cẩu dầm 43

3.24 Khai báo điều kiện biên 44

4.1 Chuyển vị dầm trong giai đoạn 1 (m) 47

4.2 Chuyển vị dầm trong giai đoạn 2 (m) 47

4.3 Hình (a) - Quan hệ Lực dự ứng lực - Độ vồng dầm Hình (b) - Quan hệ Phản lực tại gối - Độ vồng dầm 48

4.4 Biến dạng các tao cáp trong giai đoạn 1 49

4.5 Biến dạng các tao cáp trong giai đoạn 2 49

4.6 Ứng suất trước các tao cáp trong giai đoạn 1 (MPa) 50

4.7 Ứng suất trước các tao cáp trong giai đoạn 2 (MPa) 50

4.8 Các mặt cắt kiểm toán ứng suất 51

4.9 Atena: Ứng suất thớ trên và thớ dưới dầm khi truyền ứng lực 51

4.10 Hình (a) - Quan hệ Ứng suất thớ dưới tại Mặt cắt 0.5h Hình (b) - Quan hệ Ứng suất thớ trên tại Mặt cắt 0.5h 51

4.11 Atena: Phân bố ứng suất Mặt cắt 0.5h khi truyền ứng lực 51

4.12 Hình (a) Quan hệ Ứng suất thớ dưới tại Mặt cắt 0.25L Hình (b) -Quan hệ Ứng suất thớ trên tại Mặt cắt 0.25L 52

4.13 Atena: Phân bố ứng suất Mặt cắt 0.25L khi truyền ứng lực 52

4.14 Hình (a) - Quan hệ Ứng suất thớ dưới tại Mặt cắt 0.5L Hình (b) - Quan hệ Ứng suất thớ trên tại Mặt cắt 0.5L 52

4.15 Atena: Phân bố ứng suất Mặt cắt 0.5L khi truyền ứng lực) 53

4.16 Atena: Ứng suất pháp σx của dầm khi cẩu ra khỏi ván khuôn 54

4.17 Atena: Biến dạng x của dầm khi cẩu ra khỏi ván khuôn 54

4.18 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất thớ trên, dưới Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng thớ trên, dưới tại mặt cắt 0.5h theo phương dọc trục dầm x-x 55

4.19 Atena : Hình (a) - Phân bố ứng suất khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) Hình (b) - Phân bố ứng suất khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.5h 55 4.20 Atena : Hình (a) - Phân bố biến dạng khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) Hình (b) - Phân bố biến dạng khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.5h 55 4.21 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất thớ trên, dưới Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng thớ trên, dưới tại mặt cắt 0.25L theo phương dọc trục dầm x-x 56

4.22 Atena : Hình (a) - Phân bố ứng suất khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) Hình (b) - Phân bố ứng suất khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.25L 56 4.23 Atena : Hình (a) - Phân bố biến dạng khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) Hình (b) - Phân bố biến dạng khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.25L 56 4.24 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất thớ trên, dưới Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng thớ trên, dưới tại mặt cắt 0.5L theo phương dọc trục dầm x-x 57 4.25 Atena : Hình (a) - Phân bố ứng suất khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) Hình (b) - Phân bố ứng suất khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.5L 57 4.26 Atena : Hình (a) - Phân bố biến dạng khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) Hình (b) - Phân bố biến dạng khi cẩu dầm (Giai đoạn 2) tại mặt cắt 0.5L 57 4.27 Các điểm kiểm tra ứng suất (check point) đầu dầm: P1 cho vết nứt xiên, P2 cho vết nứt dưới nách dầm, P3 cho vết nứt bụng đầu dầm 60 4.28 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất chính I-I Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng theo phương chính I-I tại điểm P1-Khấc 60 4.29 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất chính I-I Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng theo phương chính I-I tại điểm P2-Cánh 61 4.30 Atena : Hình (a) - Quan hệ Phản lực gối và ứng suất chính I-I Hình (b) - Quan hệ Phản lực gối và biến dạng theo phương chính I-I tại điểm P2-Bụng 61 4.31 Biểu đồ Ứng suất - biến dạng song tuyến tính của kéo đơn trục [8] 62 4.32 Atena : Hình (a) - Ứng suất chính I-I Hình (b) - Biến dạng theo phương chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.1 63 4.33 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I Hình (b) - Phương biến dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.1 63 4.34 Atena : Hình (a) - Ứng suất chính I-I Hình (b) - Biến dạng theo phương chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.2 63 4.35 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I Hình (b) - Phương biến dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.2 64 4.36 Atena : Hình (a) - Ứng suất chính I-I Hình (b) - Biến dạng theo phương chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.3 64 4.37 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I Hình (b) - Phương biến dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 1.3 65 4.38 Atena : Hình (a) - Ứng suất chính I-I Hình (b) - Biến dạng theo phương chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 2 65 4.39 Atena : Hình (a) - Phương ứng suất chính I-I Hình (b) - Phương biến dạng chính I-I tại khu vực đầu dầm cho Trường hợp gối 2 65 4.40 Atena : Hình (a) - Ứng suất cốt thép thường Hình (b) - Biến dạng cốt thép thường khu vực đầu dầm 66

xi

4.41 Atena : Hình (a) - Ứng suất cốt thép thường Hình (b) - Biến dạng cốt thép thường của 02 lưới cốt thép xiên D28 ngoài cùng 66

Danh sách bảng

2.1 Bảng tổng hợp thiết kế dầm super-T khu vực đầu dầm 9 3.1 Bảng thông số cơ bản dầm super-T (cầu Hóa An) 30 3.2 Thông số cơ bản của Mô hình Microplane sử dụng cho bê tông dầm 36 3.3 Bảng thông số kỹ thuật cốt thép 37 4.1 Bảng so sánh kết quả ứng suất dầm khi truyền ứng lực (Giai đoạn 1) giữa Lý thuyết và Atena 53 4.2 Atena: Bảng kết quả ứng suất dầm trong giai đoạn sản xuất 58 4.3 Atena: Bảng kết quả biến dạng dầm trong giai đoạn sản xuất 58 4.4 Bảng số liệu phân tích ứng suất tại các điểm check point bằng Atena 59 4.5 Bảng số liệu phân tích biến dạng tại các điểm check point bằng Atena 59 4.6 Bảng kết quả phản lực gối 60

xiii

GTVT Giao thông vận tải

PRC Prestressed reinforced concrete

FEM Finite element method

PTHH Phần tử hữu hạn

LT-DG Long Thành - Dầu Giây

SG-TL Sài Gòn - Trung Lương

Kí hiệu

fc0 Cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ tròn

(φ150mm × H300mm) tại 28 ngày tuổi

fci0 Cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ tròn

(φ150mm × H300mm) tại thời điểm truyền ứng suấttrước (cắt cáp)

Ec Mô đun đàn hồi bê tông tương ứng với fc0

Eci Mô đun đàn hồi bê tông tương ứng với fci0

Es Mô đun đàn hồi cốt thép thường

Eps Mô đun đàn hồi cốt thép dự ứng lực

As Diện tích cốt thép thường

Chương 1

Giới thiệu

Dầm BTCT DƯL đúc sẵn super-T được các kỹ sư thiết kế ở VicRoads (Úc)phát triển từ năm 1993 và báo cáo lần đầu tiên tại Hội thảo về cầu ở Ausroadsnăm 1994 Dầm super-T được xây dựng từ nguyên mẫu T-Slab với nhịp khởiđầu 19m và sau đó được phát triển dần, nó đã được sử dụng phần lớn cho cáccầu thuộc Dự án M2 Motorway, Tây Bắc Úc với khẩu độ từ 16 đến 38 m, chiềucao dầm từ 0.75 m đến 1.50 m [9]

Tại Việt Nam, dầm super-T được áp dụng lần đầu tiên cho công trình cầu MỹThuận (1998) Từ đó đến nay, rất nhiều dự án đã sử dụng loại kết cấu này vớichiều dài nhịp phổ biến là 38.2 m, hai đầu dầm có dạng cắt khấc và không cắtkhấc Dầm được thi công theo phương pháp đúc sẵn và cáp dự ứng lực đượccăng kéo trước Hình 1.1 và 1.2 minh họa thiết kế hình học và sản phẩm saukhi hoàn thành của dầm super T đã được sử dụng cho dự án cầu Hoá an, tỉnhĐồng Nai [3]

Kể từ lần đầu tiên được áp dụng cho đến các dự án gần đây, hiện tượng vết nứttại khu vực đầu dầm super-T vẫn tiếp tục xuất hiện trong giai đoạn sản xuấtdầm, chưa thể khắc phục triệt để mặc dù đã có sự điều chỉnh thiết kế về cấutạo, bố trí thép chống nứt

Hình 1.1: Bố trí chung dầm super T cầu Hóa An

Hình 1.2: Kết cấu dầm super T Hóa An (2013)

Kết cấu dầm super-T trong tương lai vẫn được tiếp tục sử dụng phổ biến tại các

dự án trọng điểm giao thông, tuy nhiên các vết nứt đầu dầm xuất hiện tronggiai đoạn sản xuất bao gồm: Nứt ngang bầu dưới dầm (1); Nứt xiên tiếp giápgiữa cánh và phần đặc đầu dầm (2); Nứt xiên, dọc tiếp giáp giữa cánh và sườndầm (3); Nứt xiên ở góc khấc (4) vẫn chưa được khắc phục triệt để Các vết nứt(1), (2), (3) đã được đánh giá là không gây ảnh hưởng đến khả năng chịu lựccũng như chất lượng công trình

Vết nứt số (4) xuất hiện sau khi khi truyền dự ứng lực, mặc dù đã có điều chỉnhthiết kế về cấu tạo, bố trí thép chống nứt khu vực đầu dầm nhưng vẫn chưakhắc phục triệt để Sau khi xuất hiện, các vết nứt xiên tại vùng góc khấc của

2

dầm super-T tiếp tục được ghi nhận và theo dõi Đến thời điểm hiện nay chưa

có các báo cáo hay cảnh báo cụ thể ghi nhận ảnh hưởng tác động trực tiếp củavết nứt đến khả năng chịu lực tổng thể của dầm khi khai thác Tuy nhiên điều

đó không có nghĩa tính nghiêm trọng của các vết nứt này được giảm nhẹ

So với các loại dầm BTCT DƯL khác như dầm chữ I, T, T ngược hay dầm bảnrỗng thì vết nứt này luôn là một chỉ tiêu được nêu ra khi so sánh giải pháp kỹthuật để lựa chọn phương án kết cấu Do đó, nghiên cứu khắc phục hiện tượngnứt xiên cần thiết được thực hiện nhằm hoàn thiện hơn chất lượng của dầm, tạo

ra cơ sở vững chắc cho các quyết định lựa chọn giải pháp kết cấu trong từng dự

án cụ thể

Từ những phân tích nêu trên đây là vấn đề kỹ thuật hình thành từ thực tiễn,

do vậy tác giả quyết định chọn đề tài “Cơ chế hình thành và giải pháp hạn chếvết nứt xiên ở góc khấc dầm super-T trong giai đoạn sản xuất ” cho nghiên cứucủa mình Mục đích đưa ra được quá trình phát triển ứng suất trong giai đoạnsản xuất, từ đó góp phần xác định cơ chế hình thành vết nứt và tìm ra hướnggiải quyết hợp lý

đề tài

Sau khi có hiện tượng nứt ở khu vực đầu dầm, dầm super-T đã được xem xéttính toán thiết kế và kiểm tra lại khả năng chịu lực tổng thể và cục bộ khu vựcđầu dầm bởi Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, một cơ quan nghiên cứu vàthiết kế đầu ngành của Bộ Giao thông vận tải Đồng thời các dự án sau nàycũng được các cơ quan Tư vấn thiết kế tính toán điều chỉnh thiết kế so với cácdầm lần đầu sử dụng ở cầu Mỹ Thuận và cao tốc Sài Gòn-Trung Lương Tựutrung các thiết kế này đều có điểm chung là đặt kết cấu dầm trên 02 gối đỡ, vịtrí gối đỡ trùng với vị trí gối cầu của dầm

Luận văn này sẽ trình bày các trường hợp chịu lực của dầm dựa trên sự thay đổicách thức và vị trí của 02 gối đỡ như Hình 1.3, sự thay đổi này phù hợp với cấutạo ván khuôn đầu đang được sử dụng để sản xuất dầm (Hình 1.4(a)và 1.4(b)).Trên cơ sở sẽ tiến hành giải quyết các nội dung sau:

Hình 1.3: Cấu tạo ván khuôn dầm theo phương dọc và Các sơ đồ đặt gối

• Nội dung 1: phân tích cơ chế ứng xử của dầm ngay sau khi cắt cáp truyền

4

ứng suất trước vào tiết diện nguyên của dầm Dầm sẽ chịu tải trọng bảnthân, lực dự ứng lực, lực ma sát giữa ván khuôn và dầm.

• Nội dung 2: như nội dung 1 nhưng bổ sung thêm giai đoạn mô phỏng nhấcdầm ra khỏi khuôn sau khi truyền ứng lực cho riêng Trường hợp gối (2)

• Nội dung 3: trình bày kết quả mô phỏng và phân tích khả năng chịu lựctổng thể của dầm trong Trường hợp gối (2) trong giai đoạn sản xuất; sosánh ứng xử cục bộ khu vực vực đầu dầm của 04 trường hợp đặt gối

Hình 1.4: Cấu tạo ván khuôn đầu khấc: Hình (a) - Cầu Hóa An Hình (b) - Cầu

tuyến cao tốc LT-DG

Hình 1.5: Cắt cáp truyền ứng lực theo Trường hợp gối (2) tại Nhà máy Beton 6

Trường hợp gối (2) căn cứ vào tìm hiểu thực tế giải pháp thi công khi cắt cáptruyền ứng lực trước dầm super-T (Hình 1.5(a) và 1.5(b)): cắt cáp khoảng 50

đến 60% tổng số tao cáp để cân bằng với trọng lượng bản thân, nhấc dầm đủkhông tiếp xúc với ván khuôn đáy, sau đó cắt toàn bộ các tao cáp còn lại vànhấc dầm ra khỏi ván khuôn.

1.4.1 Mục tiêu

Trên cơ sở hình thành đề tài nêu trên, thông qua việc nghiên cứu các đặc điểmlàm việc tổng thể dầm và cục bộ khu vực đầu dầm, mục tiêu đề tài nghiên cứutập trung giải quyết các vấn đề sau:

• Thiết lập các mô hình chịu tải của dầm super-T kéo trước trong giai đoạnsản xuất dầm: cắt cáp truyền dự ứng lực và cẩu lắp dầm ra khỏi ván khuôn

mô phỏng bằng phần mềm Atena để xác định cơ chế hình thành vết nứtxiên ở góc khấc

• Trên cơ sở các nguyên nhân hình thành vết nứt xiên ở góc khấc, đưa racác giải pháp nhằm hạn chế sự xuất hiện vết nứt trong giai đoạn sản xuấtdầm

1.4.2 Phạm vi và giới hạn của đề tài

Đối tượng nghiên cứu: dầm super-T sử dụng cho nhịp dẫn cầu Hóa An với cácthông số cơ bản sau

• Phương pháp tạo dự ứng lực: theo phương pháp căng kéo trước

• Ván khuôn thành ngoài cố định, ván khuôn thành trong di động

• Chiều dài dầm: 38.0 m, chiều cao dầm: 1.75m

• Phần khấc: cao 0.80m, rộng 0.89m, dài 0.85m

6

Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài: đề tài được giới hạn trong giai đoạn sảnxuất dầm (từ thời điểm cắt cáp truyền ứng lực trước cho đến khi dầm được cẩu

ra khỏi ván khuôn), không xét ảnh hưởng các yếu tố nhiệt độ, co ngót và từbiến

• Chương 3 trình bày về các giai đoạn sản xuất dầm từ đó xây dựng các dữliệu phù hợp để mô hình hóa kết cấu, vật liệu, tải trọng, đồng thời vớitừng giai đoạn sản xuất sẽ được mô phỏng tương ứng thành các giai đoạnthi công trong phần mềm Atena

• Chương 4 các kết quả nghiên cứu, quan hệ lực - ứng suất, lực - biến dạng,

sẽ được trình bày để xác định cơ chế làm việc của dầm, nguyên nhân gây

ra hiện tượng nứt xiên ở góc khấc đầu dầm

• Cuối cùng là phần kết luận và các kiến nghị cho những nghiên cứu tiếptheo sẽ được nêu ra ở chương 5

Chương 2

Tổng quan

Ngoại trừ chiều cao (H=1.75m) được giữ nguyên thì còn lại theo Bảng 2.1 dầmsuper-T được thiết kế thay đổi khác nhau khá nhiều từ cấu tạo khu vực đầudầm cho đến bố trí cốt thép thường, cốt thép dự ứng lực cũng như cường độ vàcấp phối sử dụng cho bê tông dầm

Đặc biệt theo Hình 2.2, 2.3 và 2.4 có thể thấy cấu tạo góc khấc và số lượng,đường kính cốt thép xiên đã điều chỉnh thiết kế theo hướng tăng dần để đảm bảokhả năng chịu lực và chống nứt Tại vị trí đầu dầm tập trung một hàm lượngthép khá lớn, bố trí dày đặc như thực tế bố trí cho cầu Hóa An (Hình 2.1)

6/15

Vết nứt khu vực đầu dầm super T

Dạng (1) Nứt ngang bầu dưới dầm Dạng (2) Nứt xiên tiếp giáp giữa cánh và

phần đặc đầu dầm

Dạng (3) Nứt xiên, dọc tiếp giáp giữa cánh

và sườn dầm

Dạng (4) Nứt xiên ở góc khấc

Hình 1-3 Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm

Hình 2.1: Bố trí cốt thép khu vực đầu dầm Hóa An

8

Bảng 2.1: Bảng tổng hợp thiết kế dầm super-T khu vực đầu dầm

3 lưới D16

6 thanh/lưới

Hình 2.2: Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm Hóa An [ 3 ]

10

Hình 2.4: Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm cao tốc SG-TL [ 5 ]

Trong giai đoạn sản xuất, các vết nứt thường xuất hiện và tập trung ở khu vựcđầu dầm tại các vị trí đánh dấu trong Hình 2.5 Căn cứ hiện tượng nứt ở khuvực đầu dầm của các dự án gần đây (cầu Hóa An, cầu thuộc gói 2 và gói 3 đườngcao tốc Long Thành - Dầu Giây) có thể phân vết nứt thành 04 dạng cơ bản sau:

Hình 2.5: Các dạng vết nứt đầu dầm super-T xuất hiện gần đây

6/15

Vết nứt khu vực đầu dầm super T

Dạng (1) Nứt ngang bầu dưới dầm Dạng (2) Nứt xiên tiếp giáp giữa cánh và

phần đặc đầu dầm

Dạng (3) Nứt xiên, dọc tiếp giáp giữa cánh

và sườn dầm

Dạng (4) Nứt xiên ở góc khấc

Hình 1-3 Cấu tạo cốt thép khu vực đầu dầm

Hình 2.6: Các dạng vết nứt khu vực đầu dầm super-T

2.2.1 Dạng (1) Nứt ngang bầu dưới dầm

Dạng vết nứt này xuất hiện ở khu vực bầu dưới đầu dầm, đây là nơi trực tiếpnhận lực truyền ứng suất trước từ các tao cáp Vết nứt này khá phổ biến đối vớicác dầm BTCT DƯL căng trước như dầm chữ I, T ngược, dầm bản rỗng, Đặcbiệt vết nứt ngang bầu dưới dầm như Hình 2.6 thường xuất hiện cùng với hiệntượng bể đầu dầm khi cắt cáp truyền ứng suất trước Nguyên nhân khả dĩ nhấtcủa hiện tượng nứt này đó là do chịu lực tập trung cục bộ quá lớn trong khi tiếtdiện và cốt thép chịu lực không đủ Thời điểm phát hiện vết nứt ngay sau khi

12

cẩu dầm ra khỏi ván khuôn với bề rộng vết nứt < 0.2mm và phân bố một phầnhoặc hết bề rộng bầu dưới Theo đánh giá vết nứt này không còn khả năng pháttriển vì không có sự gia tăng tải trọng gây nứt trong giai đoạn khai thác [12].

2.2.2 Dạng (2) Nứt tiếp giáp giữa cánh và phần đặc đầu dầm

Có thể thấy rằng vết nứt dạng này xuất hiện như là kết quả của kết cấu đầungàm đầu tự do chịu tải trọng kéo do ma sát khuôn và dự ứng lực của tao cáptrên cùng Bề rộng vết nứt < 0.2mm và kéo dài 100 đến 300mm Tuy nhiên cũngnhư Dạng (3), vết nứt này ít có khả năng phát triển vì phần cánh dầm sẽ được

đổ bê tông liên hợp với mặt cầu trong giai đoạn khai thác và các tác nhân gâynứt cũng không còn xuất hiện thêm

2.2.3 Dạng (3) Nứt xiên, dọc tiếp giáp giữa cánh và sườn dầm

Thời điểm phát hiện thường khi cẩu dầm ra khỏi ván khuôn với bề rộng vết nứt

< 0.2mm, dài 100 đến 200mm Vết nứt xuất hiện dưới nách dầm trong phạm viphần đặc đầu dầm và vuông góc hoặc hơi xiên so với trục dọc của dầm Sự thayđổi tiết diện đột ngột từ đặc chuyển sang dạng vách mỏng của thành dầm vàcách dầm có thể là nguyên nhân gây ra Vết nứt dạng (3) sẽ được giải thích rõhơn khi tiến hành mô phỏng và có kết quả phân tích cục bộ ở các chương tiếptheo

2.2.4 Dạng (4) Nứt xiên ở góc khấc

Khác với 03 dạng trên, vết nứt xiên có thể xuất hiện ngay sau khi cẩu dầm rakhỏi khuôn hoặc một vài tuần sau đó Đồng thời, vết nứt xiên dạng này còn chịucác tải trọng có khả năng gây nứt trong giai đoạn khai thác Bề rộng < 0.2mmvới chiều dài nứt 50 đến 200mm tại vị trí góc khấc đầu dầm là đặc trưng củavết nứt xiên Dạng (4) này Đánh giá sơ bộ vết nứt xiên ở góc khấc có thể do

phản lực tại gối gây ra lực cắt và mô men lên đầu khấc, đồng thời ma sát giữaván khuôn và dầm khi cắt cáp truyền ứng lực trước cũng có thể là yếu tố cộnghưởng làm gia tăng khả năng xuất hiện vết nứt xiên này.

Dầm super-T hầu như sử dụng các công trình trọng điểm, vốn đầu tư lớn nên

Bộ Giao thông vận tải đã tổ chức các cuộc họp xem xét bàn chỉ đạo cho cácViện thiết kế, cơ quan Tư vấn, đơn vị Thi công [13]; đồng thời các chuyên giađầu ngành cũng có một số nghiên cứu khá chi tiết đưa ra biện pháp khắc phụchiện tượng nêu trên

Thực hiện chỉ đạo của Bộ giao thông vận tải, Viện Khoa học và Công nghệGTVT đã thực hiện đề tài cấp Bộ "‘Nghiên cứu các biện pháp xử lý nứt dầmsuper-T " mã số DT084035, năm 2010 Báo cáo được lập trên cơ sở phân tíchdầm qua 03 giai đoạn chịu tải [14]:

1 Chế tạo dầm (tiết diện nguyên): dầm đặt lên gối cầu; chịu tải trọng lượngbản thân dầm và lực dự ứng lực

2 Đổ bê tông bản mặt cầu (tiết diện nguyên): chịu tải trọng lượng bản thândầm; lực dự ứng lực, tĩnh tải bản mặt cầu, bản ván khuôn, dầm ngang, lancan

3 Hoàn thiện và khai thác (tiết diện liên hợp): chịu tải trọng lượng bản thândầm và bản mặt cầu; lực dự ứng lực; tĩnh tải bản ván khuôn, dầm ngang,lớp phủ, tay vịn lan can; hoạt tải

Các nội dung, kết luận liên quan đến vết nứt xiên góc khấc trong báo cáo baogồm [15]:

1 Các vết nứt dầm super-T cắt khấc là do nguyên nhân ứng lực cục bộ, khôngphải do nguyên nhân co ngót; các vết nứt này không hoặc ít khả năng phát

14

triển trong giai đoạn khai thác và không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực

chung của dầm theo tải trọng thiết kế

2 Nếu không bố trí lưới thép xiên, vết nứt xiên góc khấc sẽ xuất hiện do ứng

suất kéo vượt quá cường độ chịu kéo bê tông

3 Bổ sung 02 lưới thép xiên 8 thanh D18 bố trí sát bề mặt bê tông góc khấc,

nên tăng kích thước vát góc đầu khấc tối thiểu 150x150mm

Báo cáo chỉ ra rằng cần phải bổ sung các lưới cốt thép xiên cho vị trí góc khấc

để chống và hạn chế sự phát triển của vết nứt xiên, kết quả phân tích cường độ

làm việc của các lưới thép như thể hiện ở Hình 2.7

Đối với các dầm giản đơn thông thường có 03 giải pháp tính toán thiết kế:

• Tính toán thủ công: tính toán nội lực và kiểm toán khả năng chịu lực của

dầm bằng các công thức theo các tiêu chuẩn, tài liệu kỹ thuật; việc tính

toán này thực hiện hoàn toàn bằng thủ công trên các bảng tính excel Ưuđiểm của phương pháp này cho kết quả nhanh về khả năng chịu lực tổngthể của dầm, tuy nhiên khi cần kiểm toán cục bộ tại môt số vị trí khôngthể thực hiện được do không có tiêu chuẩn, tài liệu chỉ dẫn cụ thể hoặckhông thể mô hình hóa để có thể thực hiện tính toán.

• Tính toán tự động: dầm được mô hình và phân tích bằng các phần mềmkết cấu (RM, Midas, ) Phương pháp này có thể kiểm toán chính xác khảnăng chịu lực tổng thể và cục bộ, tuy nhiên phải mất nhiều thời gian môhình hóa kết cấu

• Tính toán bán tự động: đây là giải pháp kết hợp 02 giải pháp trên để giảiquyết công tác thiết kế dầm, có thể thực hiện phân tích nội lực bằng cácphần mềm kết cấu và sau đó tiến hành kiểm toán khả năng chịu lực bằngthủ công hoặc ngược lại

Dầm super-T có thể thực hiện tính toán khả năng chịu lực tổng thể bằng cả 03phương pháp trên nhưng để phân tích trạng thái ứng suất cục bộ khu vực đầudầm đặc biệt là tại góc khấc bằng phương pháp tính toán thủ công sẽ cho kếtquả thiếu chính xác và không phản ánh đúng ứng xử của kết cấu Do đó, sửdụng các phần mềm kết cấu để phân tích ứng suất, biến dạng khu vực đầu dầm

là giải pháp khả thi nhất; tuy nhiên, các phần mềm này phải có khả năng đápứng các yêu cầu sau:

• Về mặt kết cấu: tất cả các thành phần cấu thành nên dầm phải được môphỏng vào quá trình chịu lực Các thành phần này bao gồm bê tông dầm,cốt thép thường và cốt thép dự ứng lực trong dầm

• Mô hình vật liệu: các mô hình vật liệu mô phỏng cho bê tông và cốt thépphải cho kết quả ứng xử tin cậy và phản ánh đúng bản chất vật liệu sửdụng trong thực tế Đối với các phần mềm kết cấu thông thường hiện nayhầu hết chỉ tích hợp mô hình đàn hồi trong phần khai báo vật liệu, mô

16

hình này chỉ gần như phù hợp với các loại cốt thép còn bê tông dầm sẽ cókhả năng cho kết quả chưa đáng tin cậy.

Bê tông là vật liệu composite được hình thành bởi sự kết hợp của cát, đá, ximăng, phụ gia, Xét ở cấp độ vĩ mô bê tông được coi là vật liệu đồng nhất vàđẳng hướng Tuy nhiên ở các cấp độ thấp hơn bê tông là một cấu trúc khôngđồng nhất bao gồm các pha rắn, lỏng, khí Dưới tác dụng của ngoại lực, ứngsuất phân bố trong bê tông không đồng đều và cơ chế phá hoại ở một số vùngcục bộ sẽ khác nhau Điều này dẫn đến bê tông có ứng xử rất phức tạp ở cáctrạng thái ứng suất hỗn hợp như nén-kéo, cắt-kéo,

Vì tính phức tạp của cấu trúc nên hiện nay có rất nhiều mô hình cho vật liệu

bê tông Một số mô hình điển hình như sau:

1 Mô hình đàn hồi tuyến tính: đây được xem là mô hình đơn giản nhất vớiđịnh luật Hook là cơ sở của mô hình này.Theo đó ứng xử của bê tông đượcxem là hoàn toàn đàn hồi, không xét đến tính phi tuyến ở trước và sauđỉnh đường cong phá hoại [2] Ưu điểm của mô hình là tính đơn giản và dễ

áp dụng cho các bài toàn mà vật liệu chỉ được khai thác trong miền đànhồi, tuy nhiên kết quả tính toán rõ ràng là không đáp ứng yêu cầu khi vậtliệu vượt ra ngoài miền đàn hồi hoặc với cấu trúc vật liệu có tính đồngnhất không phải là tuyệt đối như bê tông

2 Mô hình đàn dẻo: nhóm mô hình này thích hợp với tính toán bằng phươngpháp PTHH vì môi trường luôn là liên tục Các giả thiết chính của nhóm

mô hình này là ứng xử dòn khi bê tông chịu kéo và ứng xử đàn hồi dẻo khichịu nén Mô hình này đặc biệt quan tâm đến ứng xử chịu nén của bê tông,tuy nhiên vì bỏ qua tính phá hủy của bê tông nên mô hình này không tínhđến sự giảm mạnh của cường độ bê tông bị phá hủy, đặc biệt mô hình nàyyếu với bê tông cường độ cao vì không xét tính dòn của vật liệu [16]

3 Mô hình dựa trên cơ học vi mô: mô hình này cố gắng phát triển quan hệứng suất- biến dạng vĩ mô từ các cơ chế của cấu trúc vi mô Mô hình phổbiến đang áp dụng thực tế là mô hình Microplane được đề xuất bởi Bazant

và các cộng sự Ưu điểm chính là Microplane được xây dựng trên các vectơ

và tự động đáp ứng các hằng số tenxơ yêu cầu Vì xét đến cấu trúc vi mônên khối lượng tính toán và lưu trữ rất lớn (4 đến 10 lần so với các môhình khác) là nhược điểm của mô hình này [2]

2.6.1 Giới thiệu chung về Atena

Atena là bộ phần mềm chuyên phân tích kết cấu phi tuyến dựa trên lý thuyếtphần tử hữu hạn được phát triển bởi Cervenka Consulting, gồm 06 module:Static 2D và 3D, Creep 2D và 3D, Temperature 2D và 3D Đặc biệt Atena cungcấp các công cụ đặc biệt để mô phỏng kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, trong

đó nổi bật là đa dạng các mô hình vật liệu cho bê tông

Hình 2.8 thể hiện giao diện của module Static 3D được thiết kế cho phân tíchphi tuyến phần tử khối với các công cụ đặc biệt để xử lý các vấn đề của kết cấu

bê tông và bêt tông cốt thép Chương trình có 03 phần cơ bản [1]:

1 Pre-processing: mô hình hóa hình học kết cấu (phần tử khối cho bê tông

và phần tử thanh cho cốt thép), khai báo vật liệu, tải trọng và điều kiệnbiên, chia lưới phần tử hữu hạn, cài đặt các thông số phân tích

2 Analysis: phân tích bài toán căn cứ các số liệu nhập ở Pre-processing

3 Post-processing: kết quả phân tích được trình bày thông qua biểu đồ và

số học, biểu diễn bằng biểu đồ quan hệ giữa ứng suất – biến dạng, lực –chuyển vị để xác định ứng xử kết cấu ở mỗi cấp tải trọng đặt trước

18

Hình 2.8: Phần mềm Atena - Giao diện module Static 3D

2.6.2 Mô hình vật liệu trong Atena

Cũng giống như các phần mềm phân tích kết cấu khác, Atena được xây dựngphương pháp phân tích bài toán kết cấu trên cơ sở lý thuyết của phần tử hữuhạn Tuy nhiên, điểm khác biệt trong Atena là xây dựng các mô hình vật liệuứng dụng mạnh cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép trong đó đặc biệt là môhình vật liệu Microplane

Mô hình Microplane M4L có khoảng 33 thông số, bao gồm 2 thông số vật liệu

-mô đun đàn hồi E, hệ số Poissonν và 31 thông số được xác định ở cấp độ vi mô

- k1 → k4, c1 → c27 Các thông số k và cxác định quan hệ cường độ và chuyển vịđặc trưng cho một loại bê tông cụ thể Ngoài E và ν, các thông số k và c không

có ý nghĩa vật lý Chúng được xác định thông qua việc nội suy sao cho phù hợpvới các dữ liệu thực nghiệm

được xét cho 21, 28, 37 hoặc 61 mặt (Hình 2.10thể hiện cho 21 mặt) thay vì chỉ

06 mặt như các mô hình vật liệu khác

Hình 2.9: Nguyên lý tính toán ứng suất vĩ mô từ biến dạng vi mô của mô hình

Vectơ pháp tuyến εN được xác định theo công thức (với Nij = ninj):

20

Hình 2.11: Phân tích tenxơ biến dạng trên một Microplane

2.6.3.2 Quan hệ ứng suất-biến dạng trong mô hình Microplane [ 2 ]

Các quan hệ ứng suất-biến dạng ở cấp độ vi mô chính là quy luật cơ bản trong

mô hình Microplane Ứng xử của bê tông trên mỗi mặt Microplane được chiathành hai trạng thái:

• Ứng xử đàn hồi khi ứng suất nằm trong vùng biên giới hạn hoặc đang trongtình trạng dỡ tải hoặc gia tải lại (unloading and reloading)

• Ứng xử sẽ ở trạng thái phi đàn hồi (inelastic) khi ứng suất nằm trên vùngbiên giới hạn

Lý thuyết và các tính năng ứng dựng mô hình Microplane đã được các tác giảBùi Đức Vinh và Lê Nhựt Trường trình bày khá chi tiết và đầy đủ trong cácLuận văn của các tác giả [2] [7] Trong nội dung luận văn này chỉ tập trung vàophần ứng dụng phần mềm nhưng có kiểm soát đối chứng kết quả phân tích với

số liệu lý thuyết và thực nghiệm

Sự điều chỉnh cũng như thay đổi thiết kế về bố trí cốt thép, cấu tạo khu vực đầudầm chưa thể khắc phục và hạn chế triệt để sự xuất hiện vết nứt tại khu vực đầudầm Để phân tích ứng xử cục bộ khu vực đầu dầm cần phải sử dụng mô hìnhvật liệu bê tông và công cụ phân tích phù hợp, trong đó mô hình MicroplaneM4 cho bê tông và phần mềm Atena để phân tích kết cấu bê tông cốt thép làgiải pháp khả thi

22