Tomtat-tiengViet

Bản ghi

1 bé GI O DôC Vµ µo T¹O bé x y dùng viön khoa häc c«ng nghö x y dùng NguyÔn ChÝ HiÕu nh h ëng cña tæn HAO øng uêt Õn é tin cëy cña µn b T NG CèT THÐP øng lùc tr íc c ng au Cã b m dýnh TãM T¾T LUËN N TIÕN SÜ Kü THUËT Chuyªn ngµnh: Kü THUËT X y dùng C NG TR NH D n dông vµ C«ng nghiö M è: C n bé h íng dén khoa häc 1. PGS.TS. NguyÔn Xu n ChÝnh. TS. Lª Minh Long Hµ Néi, 014

2 Luận án được hoàn thành tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng Cán bộ hướng dẫn: 1. PGS. TS. Nguyễn Xuân Chính. TS. Lê Minh Long Phản biện: Phản biện 1: GS. TS. Hoàng Xuân Lượng Phản biện : PGS. TS. Nguyễn Tiến Chương Phản biện 3: TS. Hoàng Quang Nhu Luận án ẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấ Viện tại hòng họ - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng, 81 Trần Cung, Nghĩa Tân, Cầu Giấy, Hà Nội. vào hồi... giờ... hút, ngày... tháng... năm 014. Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư viện Quốc gia Việt Nam;. Thư viện Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng - Bộ Xây dựng. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang ii

3 MỞ ĐẦU Ở nước ta, nhiều công trình cao tầng được xây dựng có á dụng công nghệ ứng lực trước (ƯLT). Một ố công trình, au thời gian 5-6 năm đưa vào ử dụng đã xuất hiện những vết nứt. Một ố công trình trong quá trình thi công cũng đã xuất hiện vết nứt ngay au khi tạo ƯLT. Xác định được nguyên nhân gây nứt trong àn bê tông cốt thé (BTCT) ƯLT ẽ gó hần hạn chế hư hỏng ngay từ khâu thiết kế, trong quá trình thi công hay giú đề ra các nguyên tắc khai thác ử dụng, bảo trì công trình đúng thiết kế ban đầu. Vì vậy, cần rà oát các khâu trong quy trình thiết kế và thi công àn BTCT ƯLT để tìm nguyên nhân gây nứt àn BTCT ƯLT. Tính toán ai tổn hao ứng uất trong các tao cá từ khâu thiết kế cũng như các ai ố trong thi công lắ đặt quỹ đạo cá, ai ố trong việc tạo lực kéo cá hay ử dụng vật liệu có tính chất cơ lý khác với ố liệu thiết kế tiền định, có tác động trực tiế đến nguyên nhân gây ra vết nứt àn. Các ai ố này bao gồm: hệ ố ma át giữa cá và ống lồng; hệ ố biến đổi đường cong của cá; độ tụt neo; cường độ, mô đun đàn hồi thực tế của vật liệu; thông ố về điều kiện khí hậu; nhiệt độ môi trường; chùng ứng uất cơ bản của cá; lực kéo cá, v.v Do đó cần có các nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của tổn hao ứng uất đến vết nứt àn BTCT ƯLT. Ảnh hưởng của tổn hao ứng uất xảy ra trong quá trình thi công và ử dụng diễn ra khá hức tạ. Để đánh giá được ự ảnh hưởng của các loại tổn hao đến khả năng chịu nứt của àn BTCT ƯLT thì việc ử dụng lý thuyết độ tin cậy (ĐTC) là một trong những hương há hiệu quả và tiên tiến hiện nay nhằm giải quyết bài toán nêu trên. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC I.1.1. Nghiên cứu ngoài nước Trong hần này, luận án trình bày một ố kết quả công bố của các tác giả trên thế giới nghiên cứu về: tổn hao ứng uất, đánh giá tác động ăn mòn cốt thé ƯLT đến ĐTC của kết cấu, đánh giá tác động hoả hoạn đến ĐTC của kết cấu, đánh giá ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT, đánh giá ĐTC của kết cấu lò hản ứng hạt nhân, thiết kế tối ưu gắn với bài toán ĐTC, ĐTC của kết cấu àn BTCT ƯLT, v.v Về nghiên cứu đánh giá ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT, có thể kể đến công bố của Fabio Biondini cùng các cộng ự vào năm 004 với nội dung: ĐTC của kết cấu cầu BTCT ƯLT đúc hẫng. Các biến ngẫu nhiên xem xét bao gồm đặc trưng vật liệu như cường độ bê tông, cường độ, diện tích ngang của thé và cá ƯLT; kích thước hình học và tải trọng. Nghiên cứu đánh giá ĐTC của kết cấu khi xem xét bài toán vết nứt ở trạng thái giới hạn ử dụng. Về đánh giá ĐTC của kết cấu lò hản ứng hạt nhân, năm 1997, M.D. Pandey công bố kết quả nghiên cứu: Ảnh hưởng của tổn hao ứng uất đối với cá bám dính đến ĐTC của các lò hản ứng hạt nhân. Biến ngẫu nhiên bao gồm cường độ chịu nén, kéo, mô đun đàn hồi của bê tông, mô đun đàn hồi của cá ƯLT, tải trọng và á lực khi có ự cố trong lò. Về thiết kế tối ưu gắn với bài toán ĐTC, Năm 1997, A. S. Al-Harthy và D. M. Frangoolt nghiên cứu: Kết hợ giữa tối ưu hoá thiết kế và ĐTC đối với kết cấu dầm bê tông ƯLT. Các thông ố tải trọng, cường độ chịu kéo, chịu nén của bê tông, mức độ ƯLT, v.v.. được xem xét như các biến ngẫu nhiên. Về nghiên cứu đánh giá ĐTC của kết cấu àn BTCT ƯLT, cũng có một ố nghiên cứu đóng gó. Năm 011, luận án tiến ĩ của Thamarie Jayainghe có nội dung: Dự báo biến dạng theo thời gian của dầm và àn ƯLT căng au của nhà cao NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 1

4 tầng theo tiêu chuẩn AS Các biến ngẫu nhiên bao gồm: cường độ chịu kéo của bê tông, tổn hao ứng uất theo thời gian, v.v I.1.. Nghiên cứu trong nước Trong hần này, luận án trình bày một ố kết quả nghiên cứu của các tác giả trong nước về: ĐTC công trình xây dựng; ĐTC công trình giao thông, công trình thuỷ, công trình biển và tối ưu hoá thiết kế gắn với bài toán ĐTC. Trong lĩnh vực công trình xây dựng, tác giả Phạm Khắc Hùng, Nguyễn Văn Phó, Lê Xuân Huỳnh, Lê Ngọc Thạch, Nguyễn Xuân Chính và nhiều tác giả khác đã có những đóng gó thông qua các công trình nghiên cứu và tài liệu về ĐTC: năm 003, tác giả Nguyễn Xuân Chính công bố nghiên cứu: Xác định xác uất hư hỏng và chỉ ố tin cậy một ố công trình xây dựng, nghiên cứu đã trình bày hương há đánh giá độ tin cậy của công trình xây dựng theo chỉ ố độ tin cậy β, thông ố ngẫu nhiên được xem xét là cường độ bê tông được thu thậ thông qua thí nghiệm tính chất cơ lý của vật liệu. Năm 006, tác giả Nguyễn Văn Phó, Nguyễn Xuân Chính, Tạ Thanh Vân công bố nghiên cứu về: Một hương há đánh giá độ tin cậy của công trình. Trong lĩnh vực công trình giao thông, công trình thuỷ, công trình biển, tác giả Phan Văn Khôi, Đỗ Văn Đệ, Nguyễn Vi và nhiều tác giả khác đã có những đóng gó thông qua các công trình nghiên cứu và tài liệu về ĐTC: năm 007, tác giả Đỗ Văn Đệ công bố nghiên cứu về: Xác định độ tin cậy của tải trọng óng tác dụng lên công trình thuỷ kích thước lớn dạng khối tròn xoay bằng hương há hần tử biên. Năm 009, tác giả Nguyễn Vi với nghiên cứu: Mô hỏng hân bố độ bền và nội lực trong các cấu kiện chịu tải để xác định độ tin cậy của các công trình cảng. Trong lĩnh vực tối ưu hoá thiết kế và ĐTC cũng đã có một ố đóng gó của một ố tác giả như: Lê Xuân Huỳnh, Đỗ Văn Đệ, v.v Đến thời điểm hiện nay, các nghiên cứu về ĐTC công trình ƯLT vẫn còn hạn chế. I.. CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ, THI CÔNG KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Trong hần này, luận án trình bày về hân loại, ưu, nhược điểm của kết cấu BTCT ƯLT cũng như tình hình ứng dụng tại Việt Nam; o ánh kết cấu àn BTCT ƯLT căng au có bám dính (CSBD) và căng au không bám dính và qui trình thiết kế, thi công kết cấu BTCT ƯLT. Trên cơ ở đó, trong hần tiế theo, luận án trình bày một ố vấn đề còn tồn tại trong việc ứng dụng kết cấu BTCT ƯLT ở Việt Nam. I.3. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI TRONG THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHAI THÁC SỬ DỤNG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC TẠI VIỆT NAM I.3.1. Về thiết kế Các thiết kế àn BTCT ƯLT hiện nay chủ yếu được thực hiện trên các hần mềm chuyên dụng như SAFE, Adat floor Pro, v.v Tuy nhiên các hần mềm này thường chỉ cho hé khai báo thông ố đầu vào để tính toán tổn hao ứng uất tức thời mà không cho hé khai báo các thông ố đầu vào để tính tổn hao ứng uất dài hạn. Người thiết kế thường ước tính hần trăm tổn hao ứng uất dài hạn o với lực kéo cá và khai báo trực tiế vào hần mềm nên không xem xét được hết các tác động về độ ẩm, nhiệt độ môi trường xung quanh công trình, chùng ứng uất cơ bản của cá, v.v.. do đó thường gây ra các ai ố lớn về tổn hao ứng uất dài hạn và gây ảnh hưởng đến ứng uất trong bê tông trong quá trình ử dụng. Các thông ố đầu vào khác trong thiết kế như tính chất cơ lý của vật liệu, lực kéo cá, v.v.. thường được người thiết kế lựa chọn tiền định mà không xem xét đến ự ngẫu nhiên của chúng dẫn đến các ai khác về tổn hao ứng uất, khi trong thực tế thi công, các thông ố này mang tính biến động khác giá trị tiền định. Người thiết kế thường ít quan tâm đến việc lựa chọn một đá án tối ưu về ố lượng cá và chiều dày àn nhằm đảm bảo yếu tố kỹ thuật tốt nhất và giá thành hợ lý nhất. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang

5 I.3.. Về thi công và khai thác ử dụng - Quá trình tạo quỹ đạo cá bằng các con kê có thể có nhiều ai ót kỹ thuật dẫn đến độ võng lớn nhất của cá bị khống chế và ai khác với thiết kế qui định. Các ai ót này gây ảnh hưởng đến tổn hao ứng uất do ma át và gây ảnh hưởng trực tiế đến ứng uất trong bê tông do mô men lệch tâm của cá gây ra. - Lực kéo cá được lựa chọn là một giá trị cố định, tuy nhiên được thực hiện ở công trường hụ thuộc vào thiết bị thi công, tay nghề công nhân vận hành thiết bị nên ẽ có ự ai khác với thiết kế đã đề ra, gây ảnh hưởng lớn đến lực kéo còn lại của cá và ứng uất trong bê tông ẽ ai khác o với thiết kế ban đầu. - Khai thác ử dụng không đúng mục đích ban đầu: công trình thường được thiết kế với yếu tố môi trường địa hương, tuy nhiên khi thay đổi công năng trong khai thác hay công trình luôn ử dụng điều hoà thì độ ẩm và nhiệt độ ẽ ai khác lớn với ố liệu thiết kế ẽ làm thay đổi tổn hao ứng uất dài hạn của cá. Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của tổn hao ứng uất đến ĐTC của àn BTCT ƯLT là cần thiết. Ngoài ra, việc nghiên cứu thiết kế àn BTCT ƯLT nhằm đảm bảo yếu tố kỹ thuật và kinh tế hợ lý cũng là vấn đề cần được quan tâm giải quyết. I.4. NHIỆM VỤ ĐẶT RA CHO LUẬN ÁN Đối tượng và hạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu một ố thông ố tác động đến tổn hao ứng uất trong các tao cá như hệ ố ma át giữa cá và ống lồng, hệ ố biến đổi đường cong của cá, độ tụt neo, cường độ và mô đun đàn hồi thực tế của vật liệu, thông ố về điều kiện khí hậu và nhiệt độ môi trường, chùng ứng uất cơ bản của cá, yếu tố thi công, v.v.. gây ảnh hưởng đến ĐTC của àn BTCT ƯLT CSBD được thiết kế, thi công tại Việt Nam theo tiêu chí kiểm oát vết nứt. Phương há nghiên cứu: 1) Kết hợ nghiên cứu lý thuyết và thực tế. Trên cơ ở lý thuyết về kết cấu BTCT ƯLT các tiêu chuẩn của một ố nước, nghiên cứu ự ảnh hưởng của một ố loại gây tổn hao ứng uất. Xây dựng chương trình tính toán để khảo át đánh giá tổn hao ứng uất. ) Khảo át, đánh giá các thông ố ngẫu nhiên tác động đến tổn hao ứng uất gây ảnh hưởng đến ĐTC của àn BTCT ƯLT thông qua các ố liệu thu thậ thực tế từ các hòng thí nghiệm và trên công trường thi công do nghiên cứu inh và đồng nghiệ trực tiế thực hiện. Mục đích của nghiên cứu: 1) Đánh giá ảnh hưởng của một ố tổn hao ứng uất đến ĐTC của àn BTCT ƯLT CSBD. ) Đánh giá các yếu tố tác động đến tổn hao ứng uất gây ảnh hưởng đến ĐTC của àn BTCT ƯLT CSBD, gắn với bài toán kinh tế. 3) Kiến nghị việc lựa chọn thiết kế hiệu quả gắn với bài toán về ĐTC cho trước. Nhiệm vụ cần thực hiện: 1) Trên cơ ở các tiêu chuẩn đang được á dụng tại Việt Nam, tiến hành hân tích đánh giá để lựa chọn tiêu chuẩn hục vụ cho nghiên cứu. ) Cần hải xây dựng được hàm công năng bao gồm các thông ố về vật liệu, điều kiện thi công và môi trường để đánh giá được ảnh hưởng của các tổn hao ứng uất đến àn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí yêu cầu của tiêu chuẩn. 3) Nghiên cứu lựa chọn hương há xử lý ố liệu thống kê thu thậ từ thực tế hục vụ cho việc tính toán ĐTC. 4) Xây dựng thuật toán và chương trình để tính toán và khảo át đánh giá ảnh hưởng của các tổn hao ứng uất đến ĐTC của àn BTCT ƯLT CSBD. 5) Đề xuất một ố kiến nghị và giải há nhằm nâng cao ĐTC trong công tác thiết kế và thi công àn BTCT ƯLT tại Việt Nam. CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN VÀ TÍNH ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG CHO TRƯỜNG HỢP THIẾT KẾ TỔNG QUÁT II.1. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TỔN HAO ỨNG SUẤT THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN ĐANG ĐƯỢC ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Trong hần này, luận án trình bày lý thuyết tính toán tổn hao ứng uất theo một ố Tiêu chuẩn đang được á dụng tại Việt Nam. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 3

6 II.1.1. Theo tiêu chuẩn AS II Tổn hao ứng uất do ma át dọc theo tao cá µ ( α tot +β L a ) µ ( α tot +β L a ) µ ( α tot +β L a ) σ = σ (1 e ); P = P (1 e );P = P e (II.1.1a,b,c) a j a j a j II Tổn hao ứng uất do tụt neo σ an = Ztg ω / A ; Pan = Ztgω (II.1.a,b) II Tổn hao ứng uất do co ngắn đàn hồi của bê tông σ cm = σcie / E cj; cm = AσciE / E cj; Pcm = cm ( nc 1 ) / nc (II.1.3a,b,c) II Tổn hao ứng uất do co ngót bê tông σ c = E ε c / ( 1+ 15A / A g ); Pc = AE ε c / ( 1+ 15A / Ag ) (II.1.4a,b) II Tổn hao ứng uất do từ biến của bê tông σ cc = Eε cc ; Pcc = AEε cc (II.1.5a,b) II Tổn hao ứng uất do chùng ứng uất của cá σ re = R 1 ( σ c + σcc ) / σ j σj; Pre = R 1 ( Pc + P cc ) / P j Pj (II.1.6a,b) II.1.. Theo tiêu chuẩn BS EN :004 II Tổn hao ứng uất do ma át ( kx) P (x) P max (1 e µ θ+ µ = ) (II.1.7) II.1... Tổn hao ứng uất do tụt neo PA = xa (II.1.8) II Tổn hao ứng uất do co ngắn đàn hồi của bê tông Pel = AEΣ ( j σc(t) ) / ( E cm (t)) (II.1.9) II Tổn hao ứng uất do co ngót, từ biến của bê tông, chùng ứng uất của cá ε ce + 0,8 σ r + ( E / E cm ) ϕ(t, t 0) σc'qp Pc + + r = A (II.1.10) 1 + ( E A ) / ( E cm A c ) 1 + ( A c / I c ) z c [ 1 + 0,8 ϕ (t, t 0 ) ] II.1.3. Theo tiêu chuẩn ACI II Tổn hao ứng uất do ma át (Kl x x ) P = P e +µ α nếu (Kl + µ α ) > 0, 3 x x (II.1.11) x j 1 Px = P j(1 + Kl x + µ α x ) nếu (Kl + µ α ) 0, 3 x x (II.1.1) II Tổn hao ứng uất do tụt neo ANC = f = E a / L (II.1.13) II Tổn hao ứng uất do co ngắn đàn hồi của bê tông ES = ( KeE / Eci ) fcir, với cá bám dính (II.1.14) II Tổn hao ứng uất do co ngót của bê tông theo thời gian 6 SH = 8,x10 KhE ( 1 0,06V / S )(100 RH) (II.1.15) II Tổn hao ứng uất do từ biến của bê tông CR = Kcr ( E / Ec )( fcir fcd ), với cá bám dính (II.1.16) II Tổn hao ứng uất do chùng ứng uất của cá (thé) RE = [Kre J(SH + CR + ES)]C (II.1.17) II.1.4. Theo tiêu chuẩn TCVN 5574:01 II Tổn hao ứng uất do ma át x σ m = σ 1 ( 1/ e ω +δθ ) (II.1.18) II Tổn hao ứng uất do biến dạng của neo đặt ở thiết bị kéo căng σ neo = ( l1 + l ) / L E (II.1.19) NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 4

7 II Tổn hao ứng uất do co ngót của bê tông σ co (tra theo bảng) II Tổn hao ứng uất do từ biến của bê tông σ tb = ( 150 ασ b ) / R b khi σb / R b 0,75; σ tb = 300 α ( σb / R b ) 0,375 khi (II.1.0) σ b / R b > 0,75 II Tổn hao ứng uất do chùng ứng uất của cốt thé σ ch = 0, ( / R,er ) 0,1 σ σ (II.1.1) II.. LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN Trên cơ ở ví dụ về tính toán tổn hao ứng uất theo các tiêu chuẩn, có nhận xét: AS có các công thức khá rõ ràng, thông ố tính toán tường minh. Phần tính toán tổn hao ứng uất dài hạn dễ á dụng vì ố liệu về khí hậu đặc trưng của Việt Nam có đề cậ trong tiêu chuẩn. Ngoài ra, hần tính toán tổn hao ứng uất do chùng ứng uất của cá có đề cậ đến cả 4 yếu tố: nhiệt độ môi trường, thời gian tính toán, chùng ứng uất cơ bản và tỷ ố giữa ứng uất ban đầu với ứng uất bền của cá. Vì vậy, luận án lựa chọn AS là tiêu chuẩn tính toán. II.3. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ, KIỂM TRA KẾT CẤU SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC THEO AS Trong hần này, luận án trình bày các bước thiết kế, kiểm tra kết cấu àn BTCT ƯLT theo AS , trong đó có bước kiểm tra theo điều kiện kiểm oát vết nứt àn: a) Ứng uất nén trong àn σ n không vượt quá 0,5f c : σn 0,5fc, với f c là cường độ chịu nén của bê tông tại thời điểm kéo căng; b) Ứng uất kéo uốn trong àn σ k dưới tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn ' ' không vượt quá 0,6 f c : σk 0,6 fc cá bám dính không lớn hơn 300mm và, với điều kiện khoảng cách từ tâm đến tâm của,0d. VÍ DỤ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC II.4. TRƯỚC CĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH VÀ KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN THEO TIÊU CHUẨN AS Trong hần này, luận án trình bày ví dụ tính toán thiết kế và kiểm tra àn BTCT ƯLT theo tiêu chí kiểm oát vết nứt. Trên cơ ở đó thiết lậ công thức tính ứng uất trong bê tông đồng thời chỉ ra các thông ố ảnh hưởng đến ứng uất trong bê tông và ảnh hưởng đến tổn hao ứng uất. II.4.1. Ứng uất trong bê tông a) Ngay au khi kéo căng: σ (TT),(TD) = NP / ( ) ( ± 3NP h / ± 6M / ) b) Giai đoạn ử dụng dài lâu: σ (TT),(TD) = NP ( ) ( ) ( ± 3NPh / ± 6M / ) Ứng uất trong bê tông, ngoài hụ thuộc vào thông ố N và D, còn hụ thuộc vào lực kéo còn lại trong cá P và P ngay au khi kéo căng và giai đoạn dài lâu. II.4.. Các thông ố ảnh hưởng đến P E,A : mô đun đàn hồi và tiết diện ngang của cá; δ L : độ tụt neo trong quá trình kéo căng; P j : lực kéo cá tại đầu neo; h : độ võng của cá; µ, β : hệ ố ma át, độ lệch góc ngẫu nhiên của cá. II.4.3. Các thông ố ảnh hưởng đến P E,A : mô đun đàn hồi và tiết diện ngang của cá; k 4,k 6 : thông ố hụ thuộc độ ẩm, nhiệt độ môi trường xung quanh công trình; P j : lực kéo cá tại đầu neo; R b : chùng ứng uất cơ bản của cá. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 5

8 II.5. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG BÊ TÔNG CHO BÀI TOÁN TỔNG QUÁT THIẾT KẾ SÀN ỨNG LỰC TRƯỚC n NHỊP THEO TIÊU CHUẨN AS Trong hần này, luận án trình bày các bước tính toán ứng uất trong bê tông với bài toán thiết kế tổng quát àn ƯLT n nhị. II.5.1. Ứng uất trong bê tông ngay au khi kéo căng (TT) (TT) q(tt) σ = σ + σ + σ - thớ trên mặt cắt bê tông (TD) (TD) q(td) σ = σ + σ + σ - thớ dưới mặt cắt bê tông Trong đó, ứng uất nén trong bê tông gây ra bởi: Lực kéo cá: σ = NP / ( ) ; (TT,TD) Mô men lệch tâm cá: ( 3NP h ) / ( ) q(tt,td) q Tải trọng bản thân: σ = ± ( 6M ) / ( ). σ = ± ; Hình II.5-1: Mặt bằng kết cấu àn ƯLT n nhị Bảng II.5-3: Bảng tính toán ứng uất trong bê tông ngay au khi kéo căng Tại gối trục 1 Tại nhị trục 1, Tại gối trái trục Tại gối hải trục σ, σ = (TT) (TD) 1 1 NP 3NP h = ± 1 1 0, 45qbLo,1 ± 6 8 Tại gối trái trục i σ (T), σ (T) = (TT) i (TD) i NP 3NP h = ± i i 0,975qbL o,i 1i ± 6 8 Tại gối trái trục n-1 σ (T), σ (T) = (TT) (TD) n 1 n 1 NP 3NP h = ± n 1 n 1 0,975qbL ± 6 8 o,n n 1 σ, σ = (TT) (TD) 1 1 NP 3NP h = ± 1 1 0, 6qbLo,1 6 8 Tại gối hải trục i σ (P), σ (P) = (TT) i (TD) i NP 3NP h = ± i i 0,975qbL o,ii+ 1 ± 6 8 Tại gối hải trục n-1 σ (P), σ (P) = (TT) (TD) n 1 n 1 NP 3NP h = ± 1,05qbL ± 6 8 n 1 n 1 o,n 1n σ (T), σ (T) = (TT) (TD) NP 3NP h = ± 1, 05qbLo,1 ± 6 8 Tại nhị trục i-1i σ, σ = σ (P), σ (P) = (TT) (TD) NP 3NP h = ± 0, 975qbL ± 6 8 o,3 NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 6 (TT) i 1i (TD) i 1i NP 3NP h = ± i 1i i 1i 0, 4qbLo,i 1i 6 8 Tại nhị trục n-1,n σ, σ = (TT) n 1n (TD) n 1n NP 3NP h = ± 0, 6qbL 6 8 n 1n n 1n o,n 1n Tại gối trục n σ, σ = (TT) n (TD) n NP 3NP h = ± n n 0, 45qbL ± 6 o,n 1n Trong bảng II.5-3, ứng uất ở thớ trên lấy dấu bên trên và ứng uất ở thớ dưới lấy dấu bên dưới của dấu ± và dấu trong các công thức. II.5.. Ứng uất trong bê tông ở giai đoạn ử dụng dài lâu (TT) (TT) g(tt) σ = σ + σ + σ, (thớ trên của mặt cắt bê tông) (TD) (TD) g(td) σ = σ + σ + σ, (thớ dưới của mặt cắt bê tông) Trong đó: q là tải trọng bản thân và q là tổng tải trọng tác dụng lên àn. II.6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG Đã trình bày lý thuyết tính toán một ố tổn hao ứng uất theo một ố tiêu chuẩn đang được ứng dụng tại Việt Nam, bao gồm tiêu chuẩn AS của Úc; tiêu chuẩn BS EN :004 của Anh; tiêu chuẩn ACI của Mỹ; tiêu chuẩn TCVN 5574:01 của Việt Nam, đồng thời, kiến nghị lựa chọn tiêu chuẩn AS của Úc để tiến hành tính toán tiế theo.

9 Đã trình bày trình tự thiết kế theo hương há hân hối mô men và các bước kiểm tra kết cấu àn BTCT ƯLT theo tiêu chuẩn AS , đồng thời chỉ ra rằng, điều kiện ứng uất cho hé kiểm oát vết nứt àn là điều kiện quan trọng hải được thoả mãn trước khi tiến hành các bước kiểm tra tiế theo và cần được kiểm oát ngay từ khâu chọn lựa ố lượng cá, chiều dày àn. Nội dung luận án giới hạn xem xét ảnh hưởng của tổn hao ứng uất tới ĐTC của àn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn. Thông qua ví dụ về tính toán thiết kế àn BTCT ƯLT CSBD và kiểm tra điều kiện kiểm oát vết nứt àn theo ứng uất cho hé ử dụng tiêu chuẩn AS đã chỉ ra các thông ố ảnh hưởng đến tổn hao ứng uất hay ứng uất trong bê tông. Các thông ố biến động được đề xuất nghiên cứu bao gồm: - E,A : mô đun đàn hồi và tiết diện ngang của cá; h : độ võng của cá; - δ L : độ tụt neo trong quá trình kéo căng; P j : lực kéo cá tại đầu neo; - k 4,k 6 : thông ố hụ thuộc độ ẩm, nhiệt độ môi trường xung quanh công trình; Đã trình bày được hương há xác định ứng uất trong bê tông đối với bài toán tổng quát thiết kế àn BTCT ƯLT n nhị CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HÀM CÔNG NĂNG THEO TIÊU CHÍ KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ NHẬN DẠNG CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN QUA CÁC SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM III.1. XÂY DỰNG HÀM CÔNG NĂNG THEO TIÊU CHÍ KIỂM SOÁT VẾT NỨT SÀN TRONG THIẾT KẾ SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC 3 NHỊP SỬ DỤNG AS III.1.1. Hàm công năng theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn Theo tiêu chuẩn, để kiểm oát vết nứt àn BTCT ƯLT thì ứng uất trong bê tông àn không được vượt quá ứng uất cho hé. Vì vậy, hàm công năng theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn có dạng: [ ] M = σ σ (III.1.1) Trong đó hiệu ứng tải trọng được xác định là ứng uất σ trong àn bê tông, σ. khả năng chịu lực được xác định là ứng uất cho hé [ ] Trên cơ ở hàm công năng tổng quát theo tiêu chí kiểm oát vết nứt, tiến hành xây dựng hàm công năng cho từng giai đoạn của àn BTCT ƯLT. III Hàm công năng ở giai đoạn ngay au khi kéo căng (TT) (TD) M = [ σ] ABS min ( σ) n M = 0,5fc ABS min (, σ σ ) (III.1.) M = [ σ ] max ( σ ) ( ) (TT) (TD) M 0, 6 f k c max, = σ σ (III.1.3) III Hàm công năng ở giai đoạn ử dụng dài lâu M = [ σ] ABS min ( σ) M = 0,5f ABS min σ, σ n c M ( ) ' (TT) (TD) = [ σ ] max ( σ ) M 0, 6 f ( ) ' (TT) (TD) k c max, (III.1.4) = σ σ (III.1.5) Các ký hiệu của hiệu ứng tải trọng σ ở các giai đoạn ngay au khi khéo căng: (TT) (TD) (TT) (TD) σ, σ và ở giai đoạn ử dụng dài lâu: σ, σ được trình bày trong mục II.5, ứng với bài toán àn BTCT ƯLT 3 nhị có dạng như trình bày trong mục III.1. dưới đây. III.1.. Ứng uất trong bê tông ngay au khi kéo căng Trong bảng III.1-, ứng uất ở thớ trên lấy dấu bên trên và ứng uất ở thớ dưới lấy dấu bên dưới của dấu ± và dấu trong các công thức. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 7

10 Bảng III.1-: Bảng tính toán ứng uất trong bê tông ngay au khi kéo căng Tại gối trục 1 Tại nhị trục 1, Tại gối trái trục (TT) (TD) NP1 (TT) (TD) NP1 (TT) (TD) NP σ1, σ 1 = σ1, σ 1 = ± σ (T), σ (T) = 3NP1 h 0, 45qbLo,1 ± 6 8 Tại gối hải trục NP σ σ = (TT) (TD) (P), (P) 3NP h 0,975qbLo,3 ± 6 8 Tại gối hải trục 3 (TT) (TD) NP 3 σ3 (P), σ 3 (P) = 3 o,34 ± 8 3NP h 1,05qbL 6 3NP h 0, 6qbL ± Tại nhị trục 3 (TT) (TD) NP3 σ3, σ 3 = ± 1 o, NP h 0, 4qbL ± Tại nhị trục 34 (TT) (TD) NP34 σ34, σ 34 = ± 3 o, o, NP h ± NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 8 0, 6qbL 3NP h 1, 05qbLo,1 ± 6 8 Tại gối trái trục 3 (TT) (TD) NP 3 σ3 (T), σ 3 (T) = 3NP 3h 0,975qbL o,3 ± 6 8 Tại gối trục 4 (TT) (TD) NP4 σ4, σ 4 = 3NP h 4 o,34 ± 6 0, 45qbL III.1.3. Ứng uất trong bê tông ở giai đoạn ử dụng dài lâu Được thiết lậ tương tự ứng uất trong bê tông ngay au khi kéo căng và được trình bày chi tiết trong luận án. III.1.4. Thu thậ ố liệu thống kê từ thực tế và thiết lậ thông ố đặc trưng cho thi công a) Thu thậ ố liệu thông ố E,A : từ kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cá; b) Thu thậ ố liệu thông ố δ L : từ kết quả đo được ở hiện trường khi kéo căng cá; c) Thu thậ ố liệu thông ố lực kéo cá thực tế tại đầu neo P j (ký hiệu là trong mục này, luận án trình bày cách thu thậ ố liệu lực kéo cá tại đầu neo TT P j ): thông qua thu thậ ố liệu đặc trưng cho thi công ε L = L TT / LLT, trong đó LLT là ố đo độ dãn dài lý thuyết của từng ợi cá theo thiết kế, là ố đo độ dãn dài thực tế của từng ợi cá thu được tại hiện trường khi thi công kéo căng cá. d) Thu thậ ố liệu về môi trường xung quanh công trình theo Quy chuẩn Xây dựng. e) Thu thậ ố liệu về chùng ứng uất cơ bản R b, độ võng h của cá: luận án xem xét các thông ố này như các thông ố biến động trong hạm vi giả định cho trước. III.. MỘT SỐ BIẾN NGẪU NHIÊN THƯỜNG GẶP VÀ GIEO BIẾN GIẢ NGẪU NHIÊN III..1. Một ố biến ngẫu nhiên liên tục thường gặ Trong mục này, luận án trình bày một ố biến ngẫu nhiên liên tục thường gặ. Biến ngẫu nhiên có hân bố chuẩn đặc trưng bởi kỳ vọng µ và hương ai σ được ử dụng rất hổ biến, có hàm mật độ xác uất và hàm hân hối xác uất như au: x 1 (x µ ) 1 (u µ ) f X (x) = ex ; F X (x) = ex du σ π σ σ π (III..1) σ III... Gieo biến giả ngẫu nhiên Mục đích chính của việc gieo biến giả ngẫu nhiên là tạo ra chuỗi các thể hiện { X 1,,Xn} của một biến ngẫu nhiên X hân bố theo luật F X(x) nào đó đã biết. Việc gieo biến giả ngẫu nhiên với một hàm hân bố bất kỳ như trên được thực hiện thông qua việc gieo biến giả ngẫu nhiên hân bố theo luật Uniform U[ 0,1 ]. LTT TT P j

11 III.3. NHẬN DẠNG BIẾN NGẪU NHIÊN Nhận dạng một biến ngẫu nhiên thực chất là đi xác định hàm mật độ xác uất của biến ngẫu nhiên đó. Trong hần này, luận án trình bày hai hương há nhận dạng biến ngẫu nhiên là hương há tổ chức đồ tần uất và hương há kernel ước lượng hàm mật độ. III.3.1. Phương há tổ chức đồ tần uất Phương há tổ chức đồ tần uất thực chất là hương há vẽ đồ thị thực nghiệm của hàm mật độ xác uất dựa trên ước lượng tần ố xuất hiện các giá trị X của biến ngẫu nhiên trong từng khoảng [ ) k k 1 a,a + của miền giá trị rời rạc hóa { a,,a }. 1 m III.3.. Phương há kernel ước lượng hàm mật độ Phương há kernel (Kernel denity etimation) là một hương há ước lượng không tham ố hàm mật độ xác uất của một biến ngẫu nhiên từ mẫu giá trị X,,X các giá trị của biến ngẫu nhiên của biến. Giả ử chúng ta có một mẫu { } 1 n X, khi đó ước lượng thực nghiệm của hàm mật độ xác uất được viết như au: ɵ n 1 f (x,h) = K (x X ) (III.3.6) n i = 1 h i Trong đó K là hàm kernel, h là chiều rộng của hàm kernel. Như vậy, điểm quan trọng của hương há này là việc chọn hàm kernel Kh và chiều rộng h. Một ố hàm kernel thông dụng và bề rộng được trình bày trong bảng III.3- và bảng III.3-3. Bảng III.3-: Một ố hàm kernel thông dụng Tên hàm kernel Biểu thức Coine K(z) = 1+ co(π z) Khi z < 0,5 Gauian K(z) = ( 1/ π ) ex( z / ) Rectangular K(z) = 0.5 Khi z < 1 Bảng III.3-3: Một ố lựa chọn chiều rộng của hàm kernel thường dùng Tên Biểu thức Normal ( ) ( ) 1 N 5 h = 8 π R(K) / 3 µ (K) n σ ɵ Silverman ( ) ( ) 1 Silver 5 h = R(K) / µ (K) n ɵ σ Trong hạm vi luận án, chọn hàm kernel Gauian với chiều rộng tương ứng Silverman thông dụng. Chiều rộng Silverman tương ứng với hàm Gauian có dạng: Silver 5 hφ = 0.9 ɵ σ / n (III.3.7) III.3.3. Xấ xỉ hàm mật độ xác uất thực nghiệm Khi hàm mật độ xác uất đã được ước lượng, dựa trên dạng đồ thị thực nghiệm của nó, lựa chọn mô hình hân hối xác uất đã biết có dạng tương tự và làm gần đúng nó với giá trị thực nghiệm. Phương há gần đúng thường dùng hổ biến và được trình bày trong luận án là hương há bình hương tối thiểu. III.4. ĐỘ TIN CẬY VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY III.4.1. Một ố khái niệm cơ bản Trong mục này, luận án trình bày khái niệm về ĐTC của kết cấu công trình xây dựng theo giáo ư Palle Thoft - Chritenen, tiêu chuẩn Eurocode 0, tiêu chuẩn Quốc tế ISO 394. Theo tiêu chuẩn Độ tin cậy của kết cấu xây dựng và nền - những nguyên tắc và yêu cầu cơ bản đã được thông qua Hội đồng Khoa học của Bộ Xây dựng để ban hành: độ tin cậy của công trình xây dựng là khả năng hoàn thành chức năng yêu cầu của công trình xây dựng trong uốt thời gian ử dụng tính toán. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 9 i

12 III.4.. Mô hình ngẫu nhiên ĐTC của hệ thống được tính bằng xác uất an toàn của hệ thống. P = Prob[ Y W]= I Y W ( Y )f Y (y)dy (III.4.) Ω Trong đó f Y (y) là hàm mật độ xác uất đồng thời của véc tơ ngẫu nhiên Y và I ( ) W Y là hàm chỉ ố (indicator function) được định nghĩa như au: Y IY W ( Y) = 1, khi Y W; IY W ( Y) = 0, khi Y W (III.4.3) Mô hình ngẫu nhiên của bài toán ĐTC bao gồm ba bước như thể hiện trên hình III.4-1. Mô hỏng các tác động mang bản chất ngẫu nhiên bằng các biến ngẫu nhiên hoặc véc tơ ngẫu nhiên X. Xây dựng mô hình hàm công năng M( X ). Xây dựng các hương há xác định ĐTC thông qua việc tính tích hân (III.4.). Hình III.4-1: Mô hình ngẫu nhiên của bài toán ĐTC Với nội dung cụ thể đã đề ra của luận án là đánh giá ảnh hưởng của tổn hao ứng uất đến ĐTC của àn BTCT ƯLT CSBD thì các bước trong mô hình ngẫu nhiên như trên hình III.4-1 được thể hiện cụ thể như au: - Bước thứ nhất: đã được trình bày trong các mục III. và III.3. - Bước thứ hai: đã được trình bày trong mục III.1. - Bước thứ ba: được trình bày trong các mục từ III.4.3 đến III.4.5 dưới đây. III.4.3. Phương há chỉ ố độ tin cậy β Xét bài toán thiết kế kết cấu công trình với hàm công năng có dạng tuyến tính: M = g(r,s) = R S (III.4.5) Điều kiện an toàn của kết cấu là: M = g(r,s) > 0. Giả ử S và R đều là hai biến ngẫu nhiên có hân bố chuẩn độc lậ xác uất với các giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn tương ứng là µ S, σ S và µ R, σ R. Như vậy M = R S cũng là một biến ngẫu nhiên có hân bố chuẩn với kỳ vọng và độ lệch chuẩn tương ứng là: µ = µ µ σ = σ + σ (III.4.6) M R S ; M R S Xác uất không an toàn của kết cấu tương ứng với điều kiện M < 0 được tính bởi: ( ( ) ) ( ) P = Φ µ µ / σ + σ = Φ β (III.4.7) f R S R S III.4.4. Phương há Haofer-Lind Luận án trình bày hương há Haofer-Lind và nhận xét hương há này khắc hục hạn chế ự hụ thuộc của hương há chỉ ố ĐTC β vào dạng của hàm công năng và yêu cầu biến ngẫu nhiên có hân bố chuẩn. Tuy nhiên việc chuẩn hoá là khó khăn và hàm công năng yêu cầu hải tuyến tính hoặc khả vi. III.4.5. Phương há Monte Carlo Phương há Monte Carlo thực chất là một hương há dùng các ố giả ngẫu nhiên để mô hỏng một bài toán ngẫu nhiên trên cơ ở luật ố lớn. Viết lại biểu thức III.4. trong bài toán cụ thể với véc tơ ngẫu nhiên đầu vào X = [ X 1,X,..., Xn ] và miền an toàn W được định nghĩa bởi điều kiện M(X i) > 0 ta có: I x x = E M( X) > 0 X I M( X) > 0 W P = f ( )d (III.4.14) NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 10

13 Trong đó: I M( X ) > 0 = 1 khi M( X) > 0; I M( X ) > 0 = 0 khi M( X ) 0 (III.4.15) Nếu có N các thực hiện của véc tơ ngẫu nhiên X, ẽ tính được một mẫu gồm N các giá trị của hàm I M( X) > 0. Khi đó E I M( X) > 0 có thể tính xấ xỉ bằng trung bình cộng của mẫu. N 1 i Pɶ = E I M( X) > 0 = IM( Xi ) > 0 (III.4.16) N i= 1 Với hương há này, các biến ngẫu nhiên đầu vào không nhất thiết là các biến có hân bố chuẩn; có thể á dụng được ngay cả khi hàm công năng không có dạng biểu thức giải tích cụ thể hay không có dạng tuyến tính. Hình III.4-5 biểu diễn ơ đồ thuật toán của hương há mô hỏng Monte Carlo. Việc ghi nhận kết quả thực chất là đếm ố lần kết quả rơi vào miền an toàn trong tổng ố N lần mô hỏng. Trong thực tế, việc chọn ố lần mô hỏng N để đảm bảo ĐTC của kết quả là khó. Thông thường dùng điều kiện hội tụ của giá trị ước lượng P ɶ. N N 1 N N k max ( Pɶ ) P ɶ,P ɶ,...,Pɶ ε (III.4.19) Biểu thức (III.4.19) chỉ ra rằng, vòng lặ mô hỏng chỉ dừng lại khi ai ố lớn nhất của giá trị ước lượng cuối cùng o với k giá trị liền trước nó nhỏ hơn một tiêu chuẩn ε nào đó. III.4.6. Ví dụ tính toán ố kiểm tra độ tin cậy của hần mềm tính toán theo Monte Carlo Trong hần này, luận án trình bày hai ví dụ tính toán ố xác định ĐTC theo ba hương há đã trình bày để kiểm tra độ tin cậy của hần mềm tính toán theo Monte Carlo, cho thấy kết quả tính theo hương há mô hỏng Monte Carlo có độ tin cậy và có thể á dụng khi hàm công năng không có biểu thức giải tích cụ thể hoặc không có dạng tuyến tính. Do đó, luận án ẽ dùng hương há mô hỏng Monte Carlo để xác định ĐTC của bài toán thiết kế àn BTCT ƯLT CSBD với tiêu chí kiểm oát vết Hình III.4-5: Sơ đồ thuật toán của hương há mô nứt àn theo ứng uất hỏng Monte Carlo cho hé. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 11

14 III.5. NHẬN DẠNG CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN QUA SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM THU THẬP TẠI VIỆT NAM III.5.1. Nguồn ố liệu thu thậ cho mô hỏng các biến ngẫu nhiên Các thông ố biến động bao gồm: tiết diện ngang của cá A ; mô đun đàn hồi của cá E ; độ tụt neo của cá trong quá trình kéo căng δ L và yếu tố thi công, đặc trưng bởi đại lượng ε L được thu thậ từ các nguồn ố liệu tại một ố hòng thí nghiệm uy tín cũng như tại một ố dự án thi công hần kết cấu àn BTCT ƯLT, ẽ được nhận dạng và mô hỏng như các biến ngẫu nhiên. Chương trình nhận dạng các biến ngẫu nhiên được viết trên ngôn ngữ lậ trình Python. III.5.. Nhận dạng biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cá A Số liệu thống kê tiết diện ngang của cá được thể hiện trong bảng III.5-3. Bảng III.5-3: Bảng thống kê ố liệu thông ố tiết diện ngang của cá Số liệu thống kê tiết diện ngang của cá đường kính 1,7mm Đơn vị: mm Từ bảng ố liệu trên, dùng hương há tổ chức đồ tần uất và hương há làm trơn kernel để tính hàm mật độ xác uất và hàm hân bố xác uất thực nghiệm của biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cá. Hình III.5-1 thể hiện hàm mật độ xác uất và hàm hân bố xác uất thực nghiệm tính theo hai hương há. Giá trị kỳ vọng và độ lệch chuẩn thực nghiệm tính trực tiế từ mẫu là µ = 0,9967cm, υ = 0, 0078cm. Hình III.5-1: Hàm mật độ xác uất (trái) và hàm hân bố xác uất thực nghiệm (hải) của biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cá Nhận thấy rằng, hàm mật độ xác uất thực nghiệm tính theo hai hương há khá hù hợ với nhau và có dạng của hân bố chuẩn. Điều này nói lên rằng việc ử dụng hương há làm trơn kernel là hù hợ trong trường hợ này. Sự hù hợ cũng được thể hiện trên hình vẽ hàm hân bố xác uất. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 1

15 Trên cơ ở nhận dạng của hàm mật độ xác uất là hân bố chuẩn, gần đúng hàm thực nghiệm này bằng mô hình hân bố chuẩn và xác định các thông ố đặc trưng của biến hân bố chuẩn là kỳ vọng µ và độ lệch chuẩn υ. Hình III.5- thể hiện hàm mật độ xác uất thực nghiệm Kernel (nét đứt) và hàm mật độ xác uất gần đúng bằng mô hình hân bố chuẩn (nét liền). Nhận thấy, hai đường cong khá gần nhau, giá trị các tham ố kỳ vọng và độ lệch chuẩn đạt được µ = 0, 9969cm, υ = 0, 008cm cũng hù hợ với các giá trị tính trực tiế từ mẫu ở trên. Hình III.5-: Hàm mật độ xác uất thực nghiệm (nét đứt) và hàm mật độ xác uất gần đúng (nét liền) của biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cá III.5.3. Nhận dạng biến ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của cá E III.5.4. Nhận dạng biến ngẫu nhiên độ tụt neo δ L III.5.5. Nhận dạng biến ngẫu nhiên đặc trưng thi công ε L Trong các hần từ III.5.3 đến III.5.5, luận án tiến hành các bước tương tự như nhận dạng biến ngẫu nhiên tiết diện ngang của cá để nhận dạng các biến ngẫu nhiên mô đun đàn hồi của cá, độ tụt neo và biến ngẫu nhiên đặc trưng thi công. III.6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA CHƯƠNG 3 Trên cơ ở nhận định ban đầu các biến ngẫu nhiên tham gia vào quá trình tính toán và có ảnh hưởng đến tổn hao ứng uất của cá có dạng hân bố chuẩn hoặc gần với hân bố chuẩn nên luận án ẽ ử dụng hương há Kernel để nhận dạng các biến ngẫu nhiên này dựa trên các ố liệu thống kê thu thậ được từ thực tế trong công tác thiết kế và thi công àn BTCT ƯLT ở Việt Nam. Đã xây dựng được hàm công năng theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn cho thiết kế àn ƯLT 3 nhị ử dụng tiêu chuẩn AS Khi có mẫu giá trị các thực hiện của một biến ngẫu nhiên nào đó, hoàn toàn có thể nhận dạng biến ngẫu nhiên đó thông qua việc nhận dạng luật hân bố xác uất của nó. Mục III.3 đã trình bày hương há nhận dạng biến ngẫu nhiên: hương há tổ chức đồ tần uất và hương há Kernel ước lượng hàm mật độ. Mục III.3 cũng đã trình bày được hương há xấ xỉ hàm mật độ xác uất thực nghiệm theo hương há bình hương tối thiểu au khi nhận dạng chúng bằng một mô hình hân hối xác uất đã biết có dạng tương tự. Để đánh giá ĐTC của công trình, có thể mô hình hóa các yếu tố tác động lên công trình như là các biến ngẫu nhiên. Mục III.4 đã trình bày 3 hương há xác định ĐTC của bài toàn và ví dụ ố: hương há chỉ ố ĐTC β, hương há Haofer-Lind và hương há Monte Carlo. Các hương há này đều cho kết quả xấ xỉ nhau khi khi các biến ngẫu nhiên có hân bố chuẩn. Khi hàm công năng không có biểu thức giải tích cụ thể hoặc không có dạng tuyến tính thì hương há chỉ ố ĐTC β và Haofer-Lind có thể ẽ gặ khó khăn trong thực hiện bài toán đánh giá ĐTC. Do đó kiến nghị, dùng hương há mô hỏng Monte Carlo để đánh giá ĐTC của bài toán thiết kế àn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 13

16 Đã thu thậ được ố liệu về thông ố biến động mô đun đàn hồi, tiết diện ngang của cá, độ tụt neo và thông ố đặc trưng cho thi công từ các hòng thí nghiệm, công trình BTCT ƯLT thực tế được thi công tại Việt Nam. Mục III.5 đã trình bày kết quả nhận dạng các biến ngẫu nhiên này. Chương trình tính toán được viết trên ngôn ngữ lậ trình Python. CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH ĐỘ TIN VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỔN HAO ỨNG SUẤT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH Từ kết quả nhận dạng các biến ngẫu nhiên trong mục III.5, mục IV.1 của chương này, luận án ẽ giới thiệu việc mô hình hóa bài toán ĐTC. Tiế theo, trong mục IV., ẽ á dụng hương há Monte Carlo để đánh giá ĐTC của àn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn. Mục IV.3 giới thiệu các hân tích kinh tế, kỹ thuật ảnh hưởng đến ĐTC. Trên cơ ở đó ẽ rút ra kết luận trong hần kết quả đạt được ở cuối chương. IV.1. SƠ ĐỒ KHỐI TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT TRONG SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC VÀ ỨNG DỤNG MONTE CARLO ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY IV.1.1. Sơ đồ khối tính ứng uất, hàm công năng Hàm công năng được xây dựng như trình bày ở mục III.1. Phương há ố tính toán ứng uất trong bê tông và xây dựng hàm công năng được mô tả theo ơ đồ khối dưới đây (Hình IV.1-1): Các thông ố đầu vào A, E, δ, P, v.v... L ij M(X) = [ σ] CHƯƠNG TRÌNH TÍNH Ứng uất trong bê tông max max σk, σ n Hình IV.1-1 : Sơ đồ khối xây dựng hàm công năng đánh giá ĐTC của àn BTCT ƯLT Ngay au khi kéo căng, hàm công năng có dạng: (TT) (TD) Điều kiện ứng uất cho hé chịu nén: M = 0,5f c ABS min (, σ σ ) ; (TT) (TD) Điều kiện ứng uất cho hé chịu kéo: M 0, 6 fc max (, ) = σ σ. Trong quá trình ử dụng dài lâu, hàm công năng có dạng: Điều kiện ứng uất cho hé chịu nén: M = 0, 5f ( ) ' (TT) (TD) c ABS min σ, σ ; Điều kiện ứng uất cho hé chịu kéo: M 0, 6 f ( ) ' (TT) (TD) c max, = σ σ. CHƯƠNG TRÌNH TÍNH trên (Hình IV.1-1) là quy trình tính toán tổn hao ứng uất, lựa chọn bố trí cá và tính toán ứng uất trong bê tông trên các tiết diện tính toán. Từ đó ứng uất kéo, nén lớn nhất xuất hiện trên các tiết diện được chọn ra như là mục tiêu của hàm công năng. Sơ đồ khối cụ thể của CHƯƠNG TRÌNH TÍNH được thể hiện trên Hình IV.1-. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 14

17 Lực kéo cá thiết kế P j Tổn hao lực kéo tức thời P1 = Pa + Pan + Pcm Do ma át P a Do tụt neo P an Do co ngắn đàn hồi của BT P cm Lực kéo cá còn lại au tổn hao tức thời P = P P P P j a an cm Tổn hao lực kéo dài hạn P = Pre + Pcc + Pc Do chùng ứng uất P re Do từ biến của bê tông P cc Do co ngót của bê tông P c Lực kéo cá còn lại au tổn hao dài hạn P = P P P P re cc c Chọn ố lượng cá và bố trí cá Hình IV.1-: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH (Hình IV.1-1): Quy trình tính toán tổn hao ứng uất, lựa chọn, bố trí cá và kiểm tra ứng uất kéo, nén trong àn BTCT ƯLT IV.1.. Sơ đồ khối tính toán độ tin cậy của àn bê tông cốt thé ứng lực trước Luận án giới hạn đánh giá ự ảnh hưởng các thông ố: tiết diện ngang của cá và mô đun đàn hồi của cá, độ tụt neo và thông ố đặc trưng cho thi công. Các thông ố này thể hiện bản chất ngẫu nhiên của đại lượng đang xét đã được mô hỏng bởi các biến ngẫu nhiên (mục III.5). Trên cơ ở xác định véc tơ ngẫu nhiên X = A, E, δ, ε và hàm công năng M(X), xây dựng mô hình ngẫu đầu vào: { L L} Tính ƯS trong bê tông tại các thời điểm ngắn và dài hạn nhiên và mô hỏng Monte Carlo như thể hiện trên Hình IV.1-3. Điều kiện an toàn của kết cấu àn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn, có dạng: Ngay au khi kéo căng (TT) (TD) Điều kiện ứng uất cho hé chịu nén: M = 0,5f c ABS min (, σ σ ) 0 ; (TT) (TD) Điều kiện ứng uất cho hé chịu kéo: c ( ) Trong quá trình ử dụng dài lâu: M = 0, 6 f max σ, σ 0. ' Điều kiện ứng uất cho hé chịu nén: (TT) (TD) c ( ) ' (TT) (TD) Điều kiện ứng uất cho hé chịu kéo: M 0, 6 fc max (, ) 0 M = 0, 5f ABS min σ, σ 0 ; = σ σ. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 15

18 Điều kiện hội tụ của giá trị xác uất không an toàn P f : cứ au mỗi 5000 lần mô hỏng, chương trình lại xác định giá trị P f một lần. Khi ố giá trị xác định được lớn hơn 0, chương trình tính chỉ ố hội tụ ζ bằng giá trị lớn nhất của hiệu giữa giá trị P f xác định cuối cùng lần lượt trừ đi 0 giá trị trước đó, chia cho P f xác định cuối cùng. Điều kiện hội tụ được chọn là ζ 1,5%. Chương trình tính ĐTC theo ơ đồ khối ở Hình IV.1-3 được gọi là chương trình RPS. Số liệu thống kê các thực hiện của các biến ngẫu nhiên Ước lượng hàm mật độ xác uất của từng biến bằng hương há Kernel Gần đúng hàm mật độ xác uất thực nghiệm bằng một mô hình lý thuyết Bắt đầu N = 1, Nf = 0, i = 0 Gieo các biến ngẫu nhiên: X { N N N N N = A, E, δl, ε L } Hàm công năng M(X ) = 0 N Kiểm tra điều kiện M(X ) 0 N N = N + 1 f f Kiểm tra mod(n,5000) 0 = i = i + 1 i Nf Pf = N Kiểm ta i > 0 i i 1 i i i i 0 ( f f f f f f ) ζ = max P P, P P,..., P P N = N + 1 KT: ζ 1,5% Kết thúc Hình IV.1-3: Sơ đồ khối của mô hình ngẫu nhiên và mô hỏng Monte Carlo NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 16

19 IV.. XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY CỦA SÀN BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC CĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH IV..1. Bài toán thiết kế với các thông ố tiền định Trong hần này, luận án trình bày áu (06) thiết kế àn BTCT ƯLT CSBD cho 0 dạng công trình nhà văn hòng và chung cư như trình bày ở Bảng IV.-1 (trong đó mỗi dạng công trình, thực hiện ba (03) thiết kế àn với các chiều dài nhị khác nhau lần lượt là 7,5m; 9,0m và 1,0m): Bảng IV.-1: Thông ố đầu vào tiền định cho thiết kế 06 àn BTCT ƯLT CSBD N 0 Thông ố Công trình văn hòng Công trình chung cư Loại 1 Loại Loại 3 Loại 1 Loại Loại 3 1 Sàn 3 nhị bằng nhau (m) 7,5 9,0 1,0 7,5 9,0 1,0 Bề rộng dải àn (m) 3,75 4,5 6,0 3,75 4,5 6,0 3 Chiều dày àn D (mm) Tải trọng bản thân (dan/m ) Hoạt tải (dan/m ) Tổng tải trọng tiêu chuẩn (dan/m ) Độ võng lớn nhất của cá h (mm) Kết quả thiết kế được thể hiện và trình bày trong luận án cho mỗi bài toán là ứng uất trong bê tông tại các tiết diện nguy hiểm ứng với chiều dày àn D và ố lượng cá N đã lựa chọn. IV... Xác định xác uất an toàn của thiết kế theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn Trên cơ ở áu (06) thiết kế ban đầu như trình bày trong mục IV..1, tiến hành xác định xác uất an toàn của thiết kế theo tiêu chí kiểm oát vết nứt àn. Việc xác định các xác uất này được thực hiện thông qua mô hỏng Monte Carlo như thể hiện ở Hình IV.1-3 trên cơ ở gieo các thực hiện của các biến ngẫu nhiên đã nhận dạng ở mục trước. Hình IV.-1 thể hiện ự hội tụ của xác uất an toàn trong mô hỏng Monte Carlo đối với àn văn hòng 3 nhị 7,5m. Giá trị xác uất xác định được hội tụ au khoảng vòng lặ, ứng với P = 0, Kết quả và nhận xét: Kết quả xác định xác uất an toàn và không an toàn của 06 ví dụ thiết kế trên được tổng hợ thành bảng (xem bảng IV.-14) Hình IV.-1: Sự hội tụ của xác uất an toàn, àn nhị au đây: 7,5m - Công trình văn hòng NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 17

20 Bảng IV.-14: Tổng hợ kết quả đánh giá xác uất an toàn cho các thiết kế cụ thể Dạng àn và kích thước nhị Sàn văn hòng 3 nhị Sàn chung cư 3 nhị 7,5m 9,0m 1,0m 7,5m 9,0m 1,0m Ứng uất thiết kế σ nguy hiểm nhất, MPa 3,0773 3,19 3,0673 3,107 3,1504 3,106 ứng uất cho hé [ σ ], MPa 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941 σ / σ, % 90,67 94,85 90,37 91,41 9,8 91,94 Tỷ ố [ ] Xác uất an toàn P 0, , , , , ,99491 Xác uất không an toàn P f 0, ,0086 0, ,0010 0, ,00509 Số vòng lặ hội tụ Kết quả xác định ĐTC tổng hợ trong bảng IV.-14 cho thấy, với mỗi ự lựa chọn ứng uất thiết kế tiền định ban đầu khác nhau, xác uất an toàn (ĐTC) cho các kết quả là khác nhau. Ứng với các ví dụ đã khảo át, khi lựa chọn ứng uất thiết kế nguy hiểm nhất nằm trong hạm vi từ khoảng 90% đến 95% ứng uất cho hé thì xác uất không an toàn nằm trong hạm vi từ khoảng 0,01% đến 0,86%. Vấn đề đặt ra là, với một bài toán cụ thể, cần lựa chọn ứng uất thiết kế như thế nào để đảm bảo thoả mãn một xác uất an toàn đã cho trước. Mục IV..3 trình bày kết quả xác định xác uất an toàn cho các bài toán thiết kế trên khi ứng uất thiết kế được lựa chọn có ự thay đổi. IV..3. Ảnh hưởng của việc thay đổi ứng uất thiết kế ĐTC kết cấu àn BTCT ƯLT Với mỗi bài toán thiết kế đã nêu ở mục IV..1, tiến hành các ự lựa chọn ứng uất thiết kế khác nhau bằng cách thay đổi chiều dày àn và giữ nguyên lượng cá thiết kế. Với mỗi ứng uất thiết kế thu được như vậy, tiến hành xác định xác uất an toàn để đánh giá ự biến động về ĐTC khi ứng uất thiết kế có ự thay đổi. Hình IV.-7 thể hiện mối liên hệ giữa ứng uất với xác uất an toàn đối với àn văn hòng 3 nhị 7,5m. Ta thấy rằng, ứng với việc lựa chọn ứng uất thiết kế bằng 90,67%, 97,6%, 11,09% ứng uất cho hé thì xác uất không an toàn tương ứng bằng 0,00%,,06% và 99,88%. Kết quả và nhận xét: Từ các kết quả trong mục IV..3 cho thấy, với mỗi bài toán cụ thể, có thể dễ dàng lựa chọn ứng uất thiết kế khi xác uất an toàn được cho trước. Tuy nhiên các kết quả cũng chỉ ra rằng, khi lựa chọn ứng uất thiết kế gần át với ứng uất cho hé, thì xác uất không an toàn là khá cao, xấ xỉ khoảng 5% đến 8%. Hình IV.-7: Mối liên hệ giữa ứng uất và xác uất an toàn, àn nhị 7,5m - Công trình văn hòng NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 18

21 Trong thực tế, các thiết kế vẫn thường lựa chọn ứng uất thiết kế gần át với ứng uất cho hé. Vì vậy, bài toán đặt ra là, cần có biện há để giảm xác uất không an toàn, ngay cả khi ứng uất thiết kế được lựa chọn gần át với ứng uất cho hé. Một trong các hương há thực hiện là tăng lực kéo cá. Mục IV..4 ẽ tiến hành và trình bày kết quả xác định xác uất an toàn, không an toàn khi thay đổi lực kéo cá. IV..4. Ảnh hưởng của lực kéo cá P j đến ĐTC kết cấu àn BTCT ƯLT Với mỗi trong 06 bài toán thiết kế đã nêu ở mục IV..1, tiến hành 03 ự lựa chọn ứng uất thiết kế khác nhau tương ứng khoảng 95%, 100% và 105% ứng uất cho hé, bằng cách thay đổi chiều dày àn và giữ nguyên lượng cá thiết kế. Với mỗi trong 03 giá trị ứng uất thiết kế thu được như vậy, tiến hành thực hiện 05 thay đổi lực kéo cá tương ứng bằng 1, 01P j, 1,0P j, 1,03P j, 1, 04P j và 1,05P j. Tiến hành đánh giá xác uất an toàn với mỗi giá trị ƯLT để đánh giá ự biến động về ĐTC khi thay đổi lực kéo cá. Hình IV.-13 thể hiện mối liên hệ giữa độ lớn lực kéo cá với xác uất an toàn đối với àn Hình IV.-13: Mối liên hệ giữa lực kéo cá và xác văn hòng 3 nhị 7,5m. uất an toàn, àn nhị 7,5m - Công trình văn hòng Kết quả và nhận xét: Kết quả xác định xác uất an toàn trong cho 06 bài toán nêu trên cho thấy, khi ứng uất thiết kế được lựa chọn át với ứng uất cho hé hoặc vượt quá ứng uất cho hé thì xác uất không an toàn P f là khá cao. Việc thay đổi lực kéo cá P j có thể làm giảm đáng kể xác uất không an toàn P f. Cụ thể, khi chọn ứng uất thiết kế bằng 105% ứng uất cho hé, với lực kéo cá P j thì xác uất không an toàn của àn văn hòng BTCT ƯLT 3 nhị 9m là Pf = 31,30%, nhưng khi lực kéo cá bằng 1, 05P j thì Pf = 3,596%. Do đó kiến nghị đối với các thiết kế có ứng uất át với ứng uất cho hé thì cần xem xét việc điều chỉnh lực kéo cá trong quá trình thi công để đảm bảo xác uất không an toàn là đủ nhỏ. IV..5. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến ĐTC kết cấu àn BTCT ƯLT Xét thiết kế àn văn hòng BTCT ƯLT 3 nhị 7,5m. Thiết kế này lấy nhiệt độ 0 0 xung quanh công trình T = 5 C. Thực hiện thay đổi thông ố nhiệt độ từ T = 0 C đến T nhiệt độ khác nhau (Hình IV.-19 và Bảng IV.-19). Từ kết quả đánh giá xác uất trên Hình IV.-19 và Bảng IV.-19, nhận thấy, yếu tố nhiệt độ có tác động lớn đến xác uất không an toàn của công trình. Với nhiệt độ lựa 0 = 30 C và xác định xác uất an toàn, không an toàn tương ứng với từng ự chọn 0 chọn ban đầu T = 5 C, có f xác uất không an toàn giảm đi khoảng một nửa: Pf 0, P = 0, Khi nhiệt độ giảm đi C, ứng với T = 4 C, = và khi nhiệt độ tăng lên C, ứng với T = 6 C, xác uất không an toàn tăng lên gấ đôi: Pf = 0, Kiến nghị: Cần thiết hải xem xét yếu tố nhiệt độ môi trường xung quanh công trình đảm bảo đúng thực tế khi thiết kế và trong quá trình ử dụng. NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 19

22 Hình IV.-19: Mối liên hệ giữa nhiệt độ môi trường và xác uất an toàn, àn nhị 7,5m - Công trình văn hòng Bảng IV.-19: Tổng hợ kết quả đánh giá xác uất an toàn và không an toàn khi nhiệt độ môi trường thay đổi, àn văn hòng BTCT ƯLT 3 nhị 7,5m 0 0 Xác Nhiệt độ môi trường xung quanh công trình thay đổi từ T = 0 C đến T = 30 C uất P 1 0, ,9999 0, , , ,99683 P 0 0,0000 0, , ,0003 0, ,00317 f IV..6. Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến ĐTC kết cấu àn BTCT ƯLT Yếu tố độ ẩm xung quanh công trình cũng cần được xem xét. Theo Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, hầu khắ các địa hương trên lãnh thổ Việt Nam có độ ẩm môi trường trung bình hàng năm là trên 70%, tương ứng với hệ ố k4 = 0,5. Tuy nhiên, nhiều công trình dạng văn hòng hay các trung tâm thương mại có ử dụng điều hoà hàng ngày, kéo dài nhiều năm, khi đó độ ẩm môi trường trong hòng là thấ hơn nhiều o với độ ẩm ngoài trời và có tác động trực tiế đến tổn hao ứng uất do co ngót và từ biến của bê tông. Xét thiết kế àn văn hòng BTCT ƯLT 3 nhị 7,5m. Thiết kế này lấy độ ẩm xung quanh công trình là 70%, ứng với k 4 = 0,5. Thực hiện thay đổi độ ẩm từ 70% xuống 40%, tương ứng tăng k 4 = 0,5 lên k 4 = 0,7 và xác định xác uất an toàn, không an toàn tương ứng với từng ự lựa chọn k 4 khác nhau (Hình IV.-0 và Bảng IV.-0). Hình IV.-0: Mối liên hệ giữa độ ẩm môi trường và xác uất an toàn, àn nhị 7,5m - Công trình văn hòng NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 0