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

Nội dung tài liệu: 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

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 suÊt ®Õn ®é tin cËy cña sµn b£ T¤NG CèT THÐP øng lùc tr−íc c¨ng sau 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 nghiÖp M· sè: 62.58.02.08 C¸n bé h−íng dÉn khoa häc 1. PGS.TS. NguyÔn Xu©n ChÝnh 2. TS. Lª Minh Long Hµ Néi, 2014
2. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Lu ận án được hoàn thành t ại Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng - B ộ Xây d ựng Cán b ộ h ướng d ẫn: 1. PGS. TS. Nguy ễn Xuân Chính 2. TS. Lê Minh Long Ph ản bi ện: Ph ản bi ện 1: GS. TS. Hoàng Xuân L ượng Ph ản bi ện 2: PGS. TS. Nguy ễn Ti ến Ch ươ ng Ph ản bi ện 3: TS. Hoàng Quang Nhu Lu ận án s ẽ được b ảo v ệ tr ước H ội đồ ng ch ấm lu ận án c ấp Vi ện tại phòng h ọp 2 - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng - B ộ Xây d ựng, 81 Tr ần Cung, Ngh ĩa Tân, Cầu Gi ấy, Hà N ội. vào h ồi gi ờ phút, ngày tháng n ăm 2014. Có th ể tìm hiểu lu ận án t ại: 1. Th ư vi ện Qu ốc gia Vi ệt Nam; 2. Th ư vi ện Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng - B ộ Xây d ựng. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang ii
3. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt MỞ ĐẦ U Ở n ước ta, nhi ều công trình cao t ầng được xây d ựng có áp d ụng công ngh ệ ứng l ực tr ước ( ƯLT). M ột s ố công trình, sau th ời gian 5-6 n ăm đư a vào s ử d ụng đã xu ất hi ện nh ững v ết n ứt. Một s ố công trình trong quá trình thi công c ũng đã xu ất hi ện v ết n ứt ngay sau khi t ạo ƯLT. Xác định được nguyên nhân gây n ứt trong sàn bê tông c ốt thép (BTCT) ƯLT s ẽ góp ph ần h ạn ch ế h ư h ỏng ngay t ừ khâu thi ết k ế, trong quá trình thi công hay giúp đề ra các nguyên t ắc khai thác s ử d ụng, b ảo trì công trình đúng thi ết k ế ban đầu. Vì v ậy, c ần rà soát các khâu trong quy trình thi ết k ế và thi công sàn BTCT ƯLT để tìm nguyên nhân gây n ứt sàn BTCT ƯLT. Tính toán sai t ổn hao ứng su ất trong các tao cáp t ừ khâu thi ết k ế c ũng nh ư các sai s ố trong thi công l ắp đặ t qu ỹ đạ o cáp, sai s ố trong vi ệc t ạo l ực kéo cáp hay sử d ụng v ật li ệu có tính ch ất c ơ lý khác v ới s ố li ệu thi ết k ế ti ền đị nh, có tác độ ng tr ực ti ếp đế n nguyên nhân gây ra v ết n ứt sàn. Các sai s ố này bao g ồm: h ệ s ố ma sát gi ữa cáp và ống l ồng; h ệ s ố bi ến đổ i đường cong c ủa cáp; độ t ụt neo; c ường độ, mô đun đàn h ồi th ực t ế c ủa v ật li ệu; thông s ố v ề điều ki ện khí h ậu; nhi ệt độ môi tr ường; chùng ứng su ất c ơ b ản c ủa cáp; l ực kéo cáp, v.v Do đó c ần có các nghiên c ứu nh ằm đánh giá ảnh h ưởng c ủa t ổn hao ứng su ất đế n v ết n ứt sàn BTCT ƯLT. Ảnh h ưởng c ủa t ổn hao ứng su ất x ảy ra trong quá trình thi công và s ử d ụng di ễn ra khá ph ức t ạp. Để đánh giá được s ự ảnh h ưởng c ủa các lo ại t ổn hao đến kh ả n ăng ch ịu n ứt c ủa sàn BTCT ƯLT thì vi ệc s ử d ụng lý thuy ết độ tin c ậy ( ĐTC) là m ột trong nh ững ph ươ ng pháp hi ệu qu ả và tiên ti ến hi ện nay nh ằm gi ải quy ết bài toán nêu trên. CH ƯƠ NG I: TỔNG QUAN I.1. MỘT S Ố NGHIÊN C ỨU TRONG VÀ NGOÀI N ƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ TIN C ẬY CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC I.1.1. Nghiên c ứu ngoài n ước Trong ph ần này, lu ận án trình bày m ột s ố k ết qu ả công b ố c ủa các tác gi ả trên th ế gi ới nghiên c ứu v ề: t ổn hao ứng su ất, đánh giá tác động ăn mòn c ốt thép ƯLT đến ĐTC c ủa k ết c ấu, đánh giá tác động ho ả ho ạn đến ĐTC c ủa k ết c ấu, đánh giá ĐTC c ủa d ầm c ầu BTCT ƯLT, đánh giá ĐTC c ủa k ết c ấu lò ph ản ứng h ạt nhân, thi ết k ế t ối ưu g ắn v ới bài toán ĐTC, ĐTC c ủa k ết c ấu sàn BTCT ƯLT, v.v Về nghiên c ứu đánh giá ĐTC c ủa d ầm c ầu BTCT ƯLT, có th ể k ể đến công bố c ủa Fabio Biondini cùng các c ộng s ự vào n ăm 2004 v ới nội dung: ĐTC c ủa k ết cấu c ầu BTCT ƯLT đúc h ẫng. Các bi ến ng ẫu nhiên xem xét bao g ồm đặ c tr ưng v ật li ệu nh ư c ường độ bê tông, c ường độ , di ện tích ngang c ủa thép và cáp ƯLT; kích th ước hình h ọc và t ải tr ọng. Nghiên c ứu đánh giá ĐTC c ủa k ết c ấu khi xem xét bài toán v ết n ứt ở tr ạng thái gi ới h ạn sử d ụng. Về đánh giá ĐTC c ủa k ết c ấu lò ph ản ứng h ạt nhân, n ăm 1997, M.D. Pandey công b ố k ết qu ả nghiên c ứu: Ảnh h ưởng c ủa t ổn hao ứng su ất đố i v ới cáp bám dính đến ĐTC c ủa các lò ph ản ứng h ạt nhân . Bi ến ng ẫu nhiên bao g ồm c ường độ ch ịu nén, kéo, mô đun đàn h ồi c ủa bê tông, mô đun đàn h ồi c ủa cáp ƯLT, t ải tr ọng và áp lực khi có s ự c ố trong lò. Về thi ết k ế t ối ưu g ắn v ới bài toán ĐTC, Năm 1997, A. S. Al-Harthy và D. M. Frangopolt nghiên c ứu: Kết h ợp gi ữa t ối ưu hoá thi ết k ế và ĐTC đối v ới k ết c ấu dầm bê tông ƯLT . Các thông s ố t ải tr ọng, c ường độ ch ịu kéo, ch ịu nén c ủa bê tông, m ức độ ƯLT, v.v được xem xét nh ư các bi ến ng ẫu nhiên. Về nghiên c ứu đánh giá ĐTC c ủa kết c ấu sàn BTCT ƯLT, c ũng có m ột s ố nghiên c ứu đóng góp. Năm 2011, luận án ti ến s ĩ c ủa Thamarie Jayasinghe có n ội dung : D ự báo bi ến d ạng theo th ời gian c ủa d ầm và sàn ƯLT c ăng sau c ủa nhà cao NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 1
4. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt tầng theo tiêu chu ẩn AS 3600-2009 . Các bi ến ng ẫu nhiên bao g ồm: c ường độ ch ịu kéo c ủa bê tông, t ổn hao ứng su ất theo th ời gian, v.v I.1.2. Nghiên c ứu trong n ước Trong ph ần này, lu ận án trình bày m ột s ố k ết qu ả nghiên c ứu c ủa các tác gi ả trong n ước v ề: ĐTC công trình xây d ựng; ĐTC công trình giao thông, công trình thu ỷ, công trình bi ển và tối ưu hoá thi ết k ế gắn v ới bài toán ĐTC. Trong l ĩnh v ực công trình xây d ựng, tác gi ả Ph ạm Kh ắc Hùng, Nguy ễn V ăn Phó, Lê Xuân Hu ỳnh, Lê Ng ọc Th ạch, Nguy ễn Xuân Chính và nhi ều tác gi ả khác đã có nh ững đóng góp thông qua các công trình nghiên c ứu và tài li ệu v ề ĐTC: năm 2003, tác gi ả Nguy ễn Xuân Chính công b ố nghiên c ứu: Xác định xác su ất h ư h ỏng và ch ỉ s ố tin c ậy m ột s ố công trình xây d ựng , nghiên c ứu đã trình bày ph ươ ng pháp đánh giá độ tin c ậy c ủa công trình xây d ựng theo ch ỉ s ố độ tin c ậy β , thông s ố ng ẫu nhiên được xem xét là c ường độ bê tông được thu th ập thông qua thí nghi ệm tính ch ất c ơ lý của v ật li ệu. Năm 2006, tác gi ả Nguy ễn V ăn Phó, Nguy ễn Xuân Chính, T ạ Thanh Vân công b ố nghiên c ứu về: Một ph ươ ng pháp đánh giá độ tin c ậy c ủa công trình . Trong l ĩnh v ực công trình giao thông, công trình thu ỷ, công trình bi ển, tác gi ả Phan V ăn Khôi, Đỗ V ăn Đệ, Nguy ễn Vi và nhi ều tác gi ả khác đã có nh ững đóng góp thông qua các công trình nghiên c ứu và tài li ệu v ề ĐTC: n ăm 2007, tác gi ả Đỗ Văn Đệ công b ố nghiên c ứu v ề: Xác định độ tin c ậy c ủa t ải tr ọng sóng tác d ụng lên công trình thu ỷ kích th ước l ớn d ạng kh ối tròn xoay b ằng ph ươ ng pháp ph ần t ử biên . N ăm 2009, tác gi ả Nguy ễn Vi v ới nghiên c ứu: Mô ph ỏng phân b ố độ b ền và nội l ực trong các c ấu ki ện ch ịu t ải để xác định độ tin c ậy c ủa các công trình c ảng. Trong l ĩnh v ực t ối ưu hoá thi ết k ế và ĐTC c ũng đã có m ột s ố đóng góp của một s ố tác gi ả nh ư: Lê Xuân Hu ỳnh, Đỗ V ăn Đệ , v.v Đến th ời điểm hi ện nay, các nghiên c ứu v ề ĐTC công trình ƯLT v ẫn còn h ạn ch ế. I.2. CÔNG NGH Ệ THI ẾT K Ế, THI CÔNG K ẾT C ẤU SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC VÀ TÌNH HÌNH ỨNG D ỤNG T ẠI VI ỆT NAM Trong ph ần này, lu ận án trình bày v ề phân lo ại, ưu, nh ược điểm c ủa kết c ấu BTCT ƯLT c ũng nh ư tình hình ứng d ụng t ại Vi ệt Nam; so sánh k ết c ấu sàn BTCT ƯLT căng sau có bám dính (CSBD) và c ăng sau không bám dính và qui trình thi ết kế, thi công k ết c ấu BTCT ƯLT. Trên c ơ s ở đó, trong ph ần ti ếp theo, lu ận án trình bày m ột s ố v ấn đề còn t ồn t ại trong vi ệc ứng d ụng k ết c ấu BTCT ƯLT ở Vi ệt Nam. I.3. MỘT S Ố V ẤN ĐỀ CÒN T ỒN T ẠI TRONG THI ẾT K Ế, THI CÔNG VÀ KHAI THÁC S Ử D ỤNG SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC T ẠI VI ỆT NAM I.3.1. Về thi ết k ế Các thi ết k ế sàn BTCT ƯLT hi ện nay ch ủ y ếu được th ực hi ện trên các ph ần mềm chuyên d ụng nh ư SAFE, Adapt floor Pro, v.v Tuy nhiên các ph ần m ềm này th ường ch ỉ cho phép khai báo thông s ố đầ u vào để tính toán t ổn hao ứng su ất t ức th ời mà không cho phép khai báo các thông s ố đầ u vào để tính t ổn hao ứng su ất dài h ạn. Ng ười thi ết k ế th ường ước tính ph ần tr ăm t ổn hao ứng su ất dài h ạn so v ới lực kéo cáp và khai báo tr ực ti ếp vào ph ần m ềm nên không xem xét được h ết các tác động v ề độ ẩm, nhi ệt độ môi tr ường xung quanh công trình, chùng ứng su ất c ơ bản c ủa cáp, v.v do đó th ường gây ra các sai s ố l ớn v ề t ổn hao ứng su ất dài h ạn và gây ảnh h ưởng đế n ứng su ất trong bê tông trong quá trình s ử d ụng. Các thông s ố đầ u vào khác trong thi ết k ế nh ư tính ch ất c ơ lý c ủa v ật li ệu, lực kéo cáp, v.v th ường được ng ười thi ết k ế l ựa ch ọn ti ền đị nh mà không xem xét đến s ự ng ẫu nhiên c ủa chúng d ẫn đế n các sai khác v ề t ổn hao ứng su ất, khi trong th ực t ế thi công, các thông s ố này mang tính bi ến độ ng khác giá tr ị ti ền đị nh. Ng ười thi ết k ế th ường ít quan tâm đế n vi ệc l ựa ch ọn m ột đáp án t ối ưu v ề s ố l ượng cáp và chi ều dày sàn nh ằm đả m b ảo y ếu t ố k ỹ thu ật t ốt nhất và giá thành h ợp lý nh ất. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 2
5. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt I.3.2. Về thi công và khai thác s ử d ụng - Quá trình t ạo qu ỹ đạ o cáp b ằng các con kê có th ể có nhi ều sai sót k ỹ thu ật dẫn đế n độ võng l ớn nh ất c ủa cáp b ị kh ống ch ế và sai khác v ới thi ết k ế qui đị nh. Các sai sót này gây ảnh h ưởng đế n t ổn hao ứng su ất do ma sát và gây ảnh h ưởng tr ực ti ếp đế n ứng su ất trong bê tông do mô men l ệch tâm c ủa cáp gây ra. - L ực kéo cáp được lựa ch ọn là m ột giá tr ị c ố đị nh, tuy nhiên được th ực hi ện ở công tr ường ph ụ thu ộc vào thi ết b ị thi công, tay ngh ề công nhân v ận hành thi ết b ị nên s ẽ có s ự sai khác v ới thi ết k ế đã đề ra, gây ảnh h ưởng l ớn đế n l ực kéo còn l ại của cáp và ứng su ất trong bê tông s ẽ sai khác so v ới thi ết k ế ban đầ u. - Khai thác s ử d ụng không đúng m ục đích ban đầ u: công trình th ường được thi ết k ế v ới y ếu t ố môi tr ường đị a ph ươ ng, tuy nhiên khi thay đổi công n ăng trong khai thác hay công trình luôn s ử d ụng điều hoà thì độ ẩm và nhi ệt độ s ẽ sai khác lớn v ới s ố li ệu thi ết k ế sẽ làm thay đổi t ổn hao ứng su ất dài h ạn c ủa cáp. Vì v ậy, nghiên c ứu ảnh h ưởng c ủa t ổn hao ứng su ất đến ĐTC của sàn BTCT ƯLT là c ần thi ết. Ngoài ra, vi ệc nghiên c ứu thi ết k ế sàn BTCT ƯLT nh ằm đảm b ảo yếu t ố k ỹ thu ật và kinh t ế h ợp lý c ũng là v ấn đề c ần được quan tâm gi ải quy ết. I.4. NHI ỆM V Ụ ĐẶ T RA CHO LU ẬN ÁN Đối t ượng và ph ạm vi nghiên c ứu: Nghiên c ứu m ột s ố thông s ố tác độ ng đến t ổn hao ứng su ất trong các tao cáp nh ư h ệ s ố ma sát gi ữa cáp và ống l ồng, h ệ số bi ến đổ i đường cong c ủa cáp, độ t ụt neo, c ường độ và mô đun đàn h ồi th ực t ế của v ật li ệu, thông s ố v ề điều ki ện khí h ậu và nhi ệt độ môi tr ường, chùng ứng su ất cơ b ản c ủa cáp, y ếu t ố thi công, v.v gây ảnh h ưởng đế n ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT CSBD được thi ết k ế, thi công t ại Vi ệt Nam theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu: 1) K ết h ợp nghiên c ứu lý thuy ết và th ực t ế. Trên c ơ s ở lý thuy ết v ề k ết c ấu BTCT ƯLT các tiêu chu ẩn c ủa m ột s ố n ước, nghiên cứu s ự ảnh h ưởng c ủa m ột s ố lo ại gây t ổn hao ứng su ất. Xây d ựng ch ươ ng trình tính toán để kh ảo sát đánh giá t ổn hao ứng su ất. 2) Kh ảo sát, đánh giá các thông số ng ẫu nhiên tác động đến t ổn hao ứng su ất gây ảnh h ưởng đế n ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT thông qua các s ố li ệu thu th ập th ực t ế t ừ các phòng thí nghi ệm và trên công tr ường thi công do nghiên c ứu sinh và đồng nghi ệp tr ực ti ếp th ực hi ện. Mục đích c ủa nghiên c ứu: 1) Đánh giá ảnh h ưởng c ủa m ột s ố t ổn hao ứng su ất đế n ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT CSBD. 2) Đánh giá các y ếu t ố tác độ ng đế n t ổn hao ứng su ất gây ảnh h ưởng đế n ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT CSBD, g ắn v ới bài toán kinh t ế. 3) Ki ến ngh ị vi ệc l ựa ch ọn thi ết k ế hi ệu qu ả g ắn v ới bài toán v ề ĐTC cho tr ước. Nhi ệm v ụ c ần th ực hi ện: 1) Trên c ơ s ở các tiêu chu ẩn đang được áp d ụng t ại Vi ệt Nam, ti ến hành phân tích đánh giá để l ựa ch ọn tiêu chu ẩn ph ục v ụ cho nghiên c ứu. 2) Cần ph ải xây d ựng được hàm công n ăng bao g ồm các thông s ố v ề v ật li ệu, điều ki ện thi công và môi tr ường để đánh giá được ảnh h ưởng c ủa các t ổn hao ứng su ất đế n sàn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí yêu c ầu c ủa tiêu chu ẩn. 3) Nghiên c ứu l ựa ch ọn ph ươ ng pháp x ử lý s ố li ệu th ống kê thu th ập t ừ th ực t ế ph ục v ụ cho vi ệc tính toán ĐTC. 4) Xây dựng thu ật toán và ch ươ ng trình để tính toán và kh ảo sát đánh giá ảnh h ưởng c ủa các t ổn hao ứng su ất đế n ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT CSBD. 5) Đề xu ất m ột s ố ki ến ngh ị và gi ải pháp nh ằm nâng cao ĐTC trong công tác thi ết k ế và thi công sàn BTCT ƯLT t ại Vi ệt Nam. CH ƯƠ NG II: NGHIÊN C ỨU L ỰA CH ỌN TIÊU CHU ẨN TÍNH TOÁN VÀ TÍNH ỨNG SU ẤT TRONG BÊ TÔNG CHO TR ƯỜNG H ỢP THI ẾT K Ế TỔNG QUÁT II.1. LÝ THUY ẾT TÍNH TOÁN TỔN HAO ỨNG SU ẤT THEO M ỘT S Ố TIÊU CHU ẨN ĐANG ĐƯỢC ỨNG DỤNG T ẠI VI ỆT NAM Trong ph ần này, lu ận án trình bày lý thuy ết tính toán t ổn hao ứng su ất theo một s ố Tiêu chu ẩn đang được áp d ụng t ại Vi ệt Nam. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 3
6. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt II.1.1. Theo tiêu chu ẩn AS 3600-2009 II.1.1.1. Tổn hao ứng su ất do ma sát d ọc theo tao cáp −µα+β( ) −µα+β( ) −µα+β( ) ∆σ=σ−tot pL pa ∆=−totppaL = totppa L papj(1 e ); P papj P (1 e );P papj P e (II.1.1a,b,c) II.1.1.2. Tổn hao ứng su ất do t ụt neo ∆σ= ω ∆= ω an2Ztg /A; p P an 2Ztg (II.1.2a,b) II.1.1.3. Tổn hao ứng su ất do co ng ắn đàn h ồi c ủa bê tông ∆σ=σ ∆=σ ∆=∆( − ) cm ciE/E;p p cj cm A p ci E/E;P p cj cm p cm n c 1/2n c (II.1.3a,b,c) II.1.1.4. Tổn hao ứng su ất do co ngót bê tông ∆σ=ε + ∆= ε + csE p cs /115A/A( s g) ;P cs AE p p cs /115A/A( s g ) (II.1.4a,b) II.1.1.5. Tổn hao ứng su ất do t ừ bi ến c ủa bê tông ∆σ = ε ∆ = ε ccE p cc ; Pcc A p E p cc (II.1.5a,b) II.1.1.6. Tổn hao ứng su ất do chùng ứng su ất c ủa cáp ∆σ= −∆σ+∆σ( ) σ  σ∆ = −∆( +∆ )  reR1 cs cc / pjpj  ;PR1P re cs P/PP cc pjpj  (II.1.6a,b) II.1.2. Theo tiêu chu ẩn BS EN 1992-1-1:2004 II.1.2.1. Tổn hao ứng su ất do ma sát ∆ = − −µ( θ+ kx) P(x)µ Pmax (1e ) (II.1.7) II.1.2.2. Tổn hao ứng su ất do t ụt neo ∆ = PA 2px A (II.1.8) II.1.2.3. Tổn hao ứng su ất do co ng ắn đàn h ồi c ủa bê tông ∆ = Σ( ∆σ ) ( )  Pel AE p p j c (t)/E cm (t)  (II.1.9) II.1.2.4. Tổn hao ứng su ất do co ngót, t ừ bi ến c ủa bê tông, chùng ứng su ất c ủa cáp εE +∆σ+ 0,8( E/E) ϕ (t,t) σ ∆ = csp pr p cm 0 c'QP Pcsr+ + A p (II.1.10) +() ()()   +2  [] +ϕ 1 EApp /EA cmc   1 A/I cccp z  10,8(t,t) 0 II.1.3. Theo tiêu chu ẩn ACI 318-08 II.1.3.1. Tổn hao ứng su ất do ma sát − +µα = (Klpx p px ) +µα > Ppx P pj e n ếu (Klpx p px ) 0,3 (II.1.11) = + +µα −1 +µα ≤ Ppx P pj (1 Kl px ppx ) n ếu (Klpx p px ) 0,3 (II.1.12) II.1.3.2. Tổn hao ứng su ất do t ụt neo =∆ = ∆ ANC fs 2E sa / L s (II.1.13) II.1.3.3. Tổn hao ứng su ất do co ng ắn đàn h ồi c ủa bê tông = ( ) ES KE/Ees s ci f cir , v ới cáp bám dính (II.1.14) II.1.3.4. Tổn hao ứng su ất do co ngót c ủa bê tông theo th ời gian =−6 ( −) − SH 8,2x10 Ksh E s 1 0,06V / S (100 RH) (II.1.15) II.1.3.5. Tổn hao ứng su ất do t ừ bi ến c ủa bê tông =( )( − ) CR Kcr E/E s c f cir f cds , v ới cáp bám dính (II.1.16) II.1.3.6. Tổn hao ứng su ất do chùng ứng su ất c ủa cáp (thép) = − + + RE [Kre J(SH CR ES)]C (II.1.17) II.1.4. Theo tiêu chu ẩn TCVN 5574:2012 II.1.4.1. Tổn hao ứng su ất do ma sát ∆σ = σ − ( ωx +δθ )  ms sp 1 1/e  (II.1.18) II.1.4.2. Tổn hao ứng su ất do bi ến d ạng c ủa neo đặ t ở thi ết b ị kéo c ăng ∆σ =( ∆ + ∆ )  neol 1 l 2 /LE  sp (II.1.19) NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 4
7. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt ∆σ II.1.4.3. Tổn hao ứng su ất do co ngót c ủa bê tông co (tra theo b ảng) II.1.4.4. Tổn hao ứng su ất do t ừ bi ến c ủa bê tông ∆σ = ασ σ ≤ tb(150 bp) /R bp khi bp/ R bp 0,75 ; (II.1.20) ∆σ = α( σ) −  σ > tb300 bp /R bp 0,375  khi bp/ R bp 0,75 II.1.4.5. Tổn hao ứng su ất do chùng ứng su ất của c ốt thép ∆σ =( σ) −  σ ch0,22 sp / R s,ser 0,1  sp (II.1.21) II.2. LỰA CH ỌN TIÊU CHU ẨN TÍNH TOÁN Trên c ơ s ở ví d ụ v ề tính toán t ổn hao ứng su ất theo các tiêu chu ẩn, có nh ận xét: AS 3600-2009 có các công th ức khá rõ ràng, thông s ố tính toán t ường minh. Ph ần tính toán t ổn hao ứng su ất dài h ạn d ễ áp d ụng vì s ố li ệu v ề khí h ậu đặ c tr ưng của Vi ệt Nam có đề c ập trong tiêu chu ẩn. Ngoài ra, ph ần tính toán t ổn hao ứng su ất do chùng ứng su ất c ủa cáp có đề c ập đến c ả 4 y ếu t ố: nhi ệt độ môi tr ường, th ời gian tính toán, chùng ứng su ất c ơ b ản và t ỷ s ố gi ữa ứng su ất ban đầ u v ới ứng su ất b ền c ủa cáp. Vì v ậy, lu ận án l ựa ch ọn AS 3600-2009 là tiêu chu ẩn tính toán. II.3. TRÌNH T Ự THI ẾT K Ế, KIỂM TRA K ẾT C ẤU SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC THEO AS 3600-2009 Trong ph ần này, lu ận án trình bày các b ước thi ết k ế, ki ểm tra k ết c ấu sàn BTCT ƯLT theo AS 3600-2009, trong đó có b ước ki ểm tra theo điều ki ện ki ểm soát v ết n ứt sàn: σ σ ≤ a) Ứng su ất nén trong sàn n không v ượt quá 0,5f cp : n0,5f cp , v ới fcp là cường độ ch ịu nén c ủa bê tông t ại th ời điểm kéo c ăng; σ b) Ứng su ất kéo u ốn trong sàn k d ưới tác d ụng c ủa t ải tr ọng tiêu chu ẩn ' σ ≤ ' không v ượt quá 0,6 f c : k0,6 f c , v ới điều ki ện kho ảng cách t ừ tâm đế n tâm c ủa cáp bám dính không l ớn h ơn 300mm và 2,0D s . II.4. VÍ D Ụ TÍNH TOÁN THI ẾT K Ế SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC C ĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH VÀ KI ỂM TRA ĐIỀU KI ỆN KI ỂM SOÁT V ẾT NỨT SÀN THEO TIÊU CHUẨN AS 3600-2009 Trong ph ần này, lu ận án trình bày ví d ụ tính toán thi ết k ế và ki ểm tra sàn BTCT ƯLT theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt. Trên c ơ s ở đó thi ết l ập công th ức tính ứng su ất trong bê tông đồng th ời ch ỉ ra các thông s ố ảnh h ưởng đế n ứng su ất trong bê tông và ảnh h ưởng đế n t ổn hao ứng su ất. II.4.1. Ứng su ất trong bê tông σ*(TT),(TD) =− * ± * 2 ± q 2 a) Ngay sau khi kéo c ăng: NP / bDs 3NP h /( bD s) 6M /( bD s ) σ=−(TT),(TD) () ±2 ± g 2 b) Giai đoạn s ử d ụng dài lâu: NP bDs 3NPh /( bD s) 6M /( bD s ) Ứng su ất trong bê tông, ngoài ph ụ thu ộc vào thông s ố N và Ds , còn ph ụ thu ộc vào l ực kéo còn l ại trong cáp P* và P ngay sau khi kéo c ăng và giai đoạn dài lâu. II.4.2. Các thông s ố ảnh h ưởng đế n P* Ep ,A p : mô đun đàn h ồi và ti ết di ện ngang c ủa cáp; δ L : độ t ụt neo trong quá trình kéo c ăng; Ppj : l ực kéo cáp t ại đầ u neo; µ β h : độ võng c ủa cáp; , p : h ệ s ố ma sát, độ l ệch góc ng ẫu nhiên c ủa cáp. II.4.3. Các thông s ố ảnh h ưởng đế n P Ep ,A p : mô đun đàn h ồi và ti ết di ện ngang c ủa cáp; k4 ,k 6 : thông s ố ph ụ thu ộc độ ẩm, nhi ệt độ môi tr ường xung quanh công trình; Ppj : l ực kéo cáp t ại đầ u neo; R b : chùng ứng su ất c ơ b ản c ủa cáp. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 5
8. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt II.5. TÍNH TOÁN ỨNG SU ẤT TRONG BÊ TÔNG CHO BÀI TOÁN T ỔNG QUÁT THI ẾT K Ế SÀN ỨNG L ỰC TR ƯỚC n NH ỊP THEO TIÊU CHU ẨN AS 3600-2009 Trong ph ần này, lu ận án trình bày các b ước tính toán ứng su ất trong bê tông v ới bài toán thi ết k ế t ổng quát sàn ƯLT n nh ịp. II.5.1. Ứng su ất trong bê tông ngay sau khi kéo c ăng σ*(TT) =σ+σ * *(TT) +σ q(TT) - th ớ trên m ặt c ắt bê tông σ*(TD) =σ+σ * *(TD) +σ q(TD) - th ớ d ưới m ặt c ắt bê tông Trong đó, ứng su ất nén trong bê tông gây ra b ởi: σ* = − * ( ) Lực kéo cáp: NP / bD s ; Mô men l ệch tâm cáp: σ*(TT,TD) = ± (3NP * h) /( bD 2 ) ; s Hình II.5-1: M ặt b ằng σq(TT,TD) = ± q 2 Tải tr ọng b ản thân: (6M) /( bD s ) . kết c ấu sàn ƯLT n nh ịp Bảng II.5-3: B ảng tính toán ứng su ất trong bê tông ngay sau khi kéo c ăng Tại g ối tr ục 1 Tại nh ịp tr ục 1,2 Tại g ối trái tr ục 2 Tại g ối ph ải tr ục 2 σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = 1, 1 12, 12 2(T), 2 (T) 2(P), 2 (P) NP* 3NP * h NP* 3NP * h NP* 3NP * h NP* 3NP * h = −1∓ 1 ± = −12 ± 12 ∓ = −2∓ 2 ± = −2∓ 2 ± 2 2 2 2 bDs bD s bDs bD s bDs bD s bDs bD s 0, 45qbL 2 0,6qbL 2 1,05qbL 2 0,975qbL 2 ± o,12 o,12 ± o,12 ± o,23 6 2 ∓6 2 6 2 6 2 8bD s 8bD s 8bD s 8bD s Tại g ối trái tr ục i Tại g ối ph ải tr ục i Tại nh ịp tr ục i-1i σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = i(T), i (T) i(P), i (P) i− 1i, i − 1i NP* 3NP * h NP* 3NP * h NP* 3NP * h = −i∓ i ± = −i∓ i ± = −i− 1i ± i − 1i ∓ 2 2 2 bDs bD s bDs bD s bDs bD s 0,975qbL 2 0,975qbL 2 0, 42qbL 2 ± o,i− 1i ± o,ii+ 1 o,i− 1i 6 2 6 2 ∓6 2 8bD s 8bD s 8bD s Tại g ối trái tr ục n-1 Tại g ối ph ải tr ục n-1 Tại nh ịp tr ục n-1,n Tại g ối tr ục n σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = σ*(TT) σ *(TD) = n1−(T), n1 − (T) n1−(P), n1 − (P) n1n−, n1n − n, n NP* 3NP * h NP* 3NP * h NP* 3NP * h NP* 3NP * h = −n1−∓ n1 − ± = −n1−∓ n1 − ± = −n− 1n ± n − 1n ∓ = −n∓ n ± 2 2 2 2 bDs bD s bDs bD s bDs bD s bDs bD s 0,975qbL 2 1,05qbL 2 0,6qbL 2 0, 45qbL 2 ± o,n− 2n − 1 ± o,n− 1n o,n− 1n ± o,n− 1n 6 2 6 2 ∓6 2 6 2 8bD s 8bD s 8bD s bD s Trong b ảng II.5-3, ứng su ất ở th ớ trên l ấy d ấu bên trên và ứng su ất ở th ớ dưới l ấy d ấu bên d ưới c ủa d ấu ± và d ấu ∓ trong các công th ức. II.5.2. Ứng su ất trong bê tông ở giai đoạn s ử d ụng dài lâu σ(TT) =σ+σ (TT) +σ g(TT) , (th ớ trên c ủa m ặt c ắt bê tông) σ(TD) =σ+σ (TD) +σ g(TD) , (th ớ d ưới c ủa m ặt c ắt bê tông) Trong đó: q là t ải tr ọng b ản thân và q là t ổng t ải tr ọng tác d ụng lên sàn. II.6. KẾT QU Ả ĐẠ T ĐƯỢC C ỦA CH ƯƠ NG 2 Đã trình bày lý thuy ết tính toán m ột s ố t ổn hao ứng su ất theo m ột s ố tiêu chu ẩn đang được ứng d ụng t ại Vi ệt Nam, bao g ồm tiêu chu ẩn AS 3600-2009 c ủa Úc; tiêu chu ẩn BS EN 1992-1-1:2004 c ủa Anh; tiêu chu ẩn ACI 318-08 c ủa M ỹ; tiêu chu ẩn TCVN 5574:2012 c ủa Vi ệt Nam, đồ ng th ời, ki ến ngh ị l ựa ch ọn tiêu chu ẩn AS 3600-2009 c ủa Úc để ti ến hành tính toán ti ếp theo. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 6
9. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Đã trình bày trình t ự thi ết k ế theo ph ươ ng pháp phân ph ối mô men và các bước ki ểm tra k ết c ấu sàn BTCT ƯLT theo tiêu chu ẩn AS 3600-2009, đồng th ời ch ỉ ra r ằng, điều ki ện ứng su ất cho phép ki ểm soát v ết n ứt sàn là điều ki ện quan tr ọng ph ải được tho ả mãn tr ước khi ti ến hành các b ước ki ểm tra ti ếp theo và c ần được ki ểm soát ngay t ừ khâu ch ọn l ựa s ố l ượng cáp, chi ều dày sàn. Nội dung lu ận án gi ới h ạn xem xét ảnh h ưởng c ủa t ổn hao ứng su ất t ới ĐTC của sàn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn. Thông qua ví d ụ v ề tính toán thi ết k ế sàn BTCT ƯLT CSBD và ki ểm tra điều ki ện ki ểm soát v ết n ứt sàn theo ứng su ất cho phép s ử d ụng tiêu chu ẩn AS 3600- 2009 đã ch ỉ ra các thông s ố ảnh h ưởng đế n t ổn hao ứng su ất hay ứng su ất trong bê tông. Các thông s ố bi ến độ ng được đề xu ất nghiên c ứu bao g ồm: - Ep ,A p : mô đun đàn h ồi và ti ết di ện ngang c ủa cáp; h : độ võng c ủa cáp; δ - L : độ t ụt neo trong quá trình kéo c ăng; Ppj : l ực kéo cáp t ại đầ u neo; - k4 ,k 6 : thông s ố ph ụ thu ộc độ ẩm, nhi ệt độ môi tr ường xung quanh công trình; Đã trình bày được ph ươ ng pháp xác định ứng su ất trong bê tông đối v ới bài toán t ổng quát thi ết k ế sàn BTCT ƯLT n nh ịp CH ƯƠ NG III: XÂY D ỰNG HÀM CÔNG N ĂNG THEO TIÊU CHÍ KI ỂM SOÁT V ẾT N ỨT SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC VÀ NH ẬN D ẠNG CÁC BI ẾN NG ẪU NHIÊN QUA CÁC S Ố LI ỆU TH ỰC NGHI ỆM III.1. XÂY D ỰNG HÀM CÔNG N ĂNG THEO TIÊU CHÍ KI ỂM SOÁT V ẾT N ỨT SÀN TRONG THI ẾT K Ế SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC 3 NH ỊP SỬ D ỤNG AS 3600-2009 III.1.1. Hàm công n ăng theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn Theo tiêu chu ẩn, để ki ểm soát v ết n ứt sàn BTCT ƯLT thì ứng su ất trong bê tông sàn không được v ượt quá ứng su ất cho phép. Vì v ậy, hàm công n ăng theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn có d ạng: M =[ σ] −σ (III.1.1) Trong đó hi ệu ứng t ải tr ọng được xác đị nh là ứng su ất σ trong sàn bê tông, kh ả n ăng ch ịu l ực được xác đị nh là ứng su ất cho phép [σ] . Trên c ơ s ở hàm công n ăng t ổng quát theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt, ti ến hành xây d ựng hàm công n ăng cho t ừng giai đoạn c ủa sàn BTCT ƯLT. III.1.1.1. Hàm công n ăng ở giai đoạn ngay sau khi kéo c ăng *(TT) *(TD)  M=σ−[ ] ABS min ( σ )  ⇒ M= 0,5f − ABS min( σσ , ) (III.1.2) n   cp   M=σ−[ ] max ( σ ) ⇒ M= 0,6 f − max( σσ*(TT) , *(TD) ) k cp (III.1.3) III.1.1.2. Hàm công n ăng ở giai đoạn s ử d ụng dài lâu M=σ−[ ] ABS min ( σ )  ⇒ M=− 0,5f' ABS min( σσ (TT) , (TD) )  (III.1.4) n   c   M=σ−[ ] max ( σ ) ⇒ M= 0,6 f' − max( σσ (TT) , (TD) ) (III.1.5) k c Các ký hi ệu c ủa hi ệu ứng t ải tr ọng σ ở các giai đoạn ngay sau khi khéo c ăng: σ*(TT), σ *(TD) và ở giai đoạn s ử d ụng dài lâu: σ(TT), σ (TD) được trình bày trong m ục II.5, ứng với bài toán sàn BTCT ƯLT 3 nh ịp có d ạng nh ư trình bày trong m ục III.1.2 d ưới đây. III.1.2. Ứng su ất trong bê tông ngay sau khi kéo c ăng Trong b ảng III.1-2, ứng su ất ở th ớ trên l ấy d ấu bên trên và ứng su ất ở th ớ dưới l ấy d ấu bên d ưới c ủa d ấu ± và d ấu ∓ trong các công th ức. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 7
10. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Bảng III.1-2: B ảng tính toán ứng su ất trong bê tông ngay sau khi kéo c ăng Tại g ối tr ục 1 Tại nh ịp tr ục 1,2 Tại g ối trái tr ục 2 NP * NP * NP * σ*(TT), σ *(TD) =− 1 ∓ σ*(TT), σ *(TD) =−12 ± σ*(TT)(T), σ *(TD) (T) =− 2 ∓ 1 1 bD 12 12 bD 2 2 bD s s s 3NP* h 0,45qbL 2 3NP* h 0,6qbL 2 3NP* h 1,05qbL 2 1 ± o,12 ± 12 o,12 2 ± o,12 ∓ 26 2 2∓6 2 ∓ 26 2 bDs 8bD s bDs 8bD s bDs 8bD s Tại g ối ph ải tr ục 2 Tại nh ịp tr ục 23 Tại g ối trái tr ục 3 NP * NP * NP * σ*(TT)(P), σ *(TD) (P) =− 2 ∓ σ*(TT), σ *(TD) =−23 ± σ*(TT)(T), σ *(TD) (T) =− 3 ∓ 2 2 bD 23 23 bD 3 3 bD s s s 3NP* h 0,975qbL 2 3NP* h 0,42qbL 2 3NP* h 0,975qbL 2 ∓ 2 ± o,23 ± 23 ∓ o,23 ∓ 3 ± o,23 26 2 26 2 26 2 bDs 8bD s bDs 8bD s bDs 8bD s Tại g ối ph ải tr ục 3 Tại nh ịp tr ục 34 Tại g ối tr ục 4 NP * NP * NP * σ*(TT)(P), σ *(TD) (P) =− 3 ∓ σ*(TT), σ *(TD) =−34 ± σ*(TT), σ *(TD) =− 4 ∓ 3 3 bD 34 34 bD 4 4 bD s s s 3NP* h 1,05qbL 2 3NP* h 0,6qbL 2 3NP* h 0, 45qbL 2 ∓ 3 ± o,34 ± 34 ∓ o,34 ∓ 4 ± o,34 26 2 26 2 26 2 bDs 8bD s bDs 8bD s bDs bD s III.1.3. Ứng su ất trong bê tông ở giai đoạn s ử d ụng dài lâu Được thi ết l ập t ươ ng t ự ứng su ất trong bê tông ngay sau khi kéo c ăng và được trình bày chi ti ết trong lu ận án. III.1.4. Thu th ập s ố li ệu th ống kê t ừ th ực t ế và thi ết l ập thông s ố đặ c tr ưng cho thi công a) Thu th ập s ố li ệu thông s ố Ep ,A p : t ừ k ết qu ả thí nghi ệm các ch ỉ tiêu c ơ lý c ủa cáp; δ b) Thu th ập s ố li ệu thông s ố L : t ừ k ết qu ả đo được ở hi ện tr ường khi kéo c ăng cáp; TT c) Thu th ập s ố li ệu thông s ố l ực kéo cáp th ực t ế t ại đầ u neo Ppj (ký hi ệu là Ppj ): TT trong m ục này, lu ận án trình bày cách thu th ập s ố li ệu l ực kéo cáp t ại đầ u neo Ppj ε=∆ ∆ ∆ thông qua thu th ập s ố li ệu đặ c tr ưng cho thi công LL TT / L LT , trong đó LLT là ∆ số đo độ dãn dài lý thuy ết c ủa t ừng s ợi cáp theo thi ết k ế, LTT là s ố đo độ dãn dài th ực t ế c ủa t ừng s ợi cáp thu được t ại hi ện tr ường khi thi công kéo c ăng cáp. d) Thu th ập s ố li ệu v ề môi tr ường xung quanh công trình theo Quy chu ẩn Xây d ựng. e) Thu th ập s ố li ệu v ề chùng ứng su ất c ơ b ản R b , độ võng h c ủa cáp: lu ận án xem xét các thông s ố này nh ư các thông s ố bi ến độ ng trong ph ạm vi gi ả đị nh cho tr ước. III.2. MỘT S Ố BI ẾN NG ẪU NHIÊN TH ƯỜNG G ẶP VÀ GIEO BI ẾN GI Ả NG ẪU NHIÊN III.2.1. Một s ố bi ến ng ẫu nhiên liên t ục th ường g ặp Trong m ục này, lu ận án trình bày m ột s ố bi ến ng ẫu nhiên liên t ục th ường g ặp. Biến ng ẫu nhiên có phân b ố chu ẩn đặc tr ưng b ởi k ỳ v ọng µ và ph ươ ng sai σ2 được sử d ụng r ất ph ổ bi ến, có hàm m ật độ xác su ất và hàm phân ph ối xác su ất nh ư sau: 1 (x)−µ2 1x  (u) −µ 2 f (x)=− exp ;F (x) = exp − du X σ2 X ∫  σ 2 (III.2.1) σπ22 σπ 2 −∞  2 III.2.2. Gieo bi ến gi ả ng ẫu nhiên Mục đích chính c ủa vi ệc gieo bi ến gi ả ng ẫu nhiên là t ạo ra chu ỗi các th ể { } hi ện X,1 ,X n c ủa m ột bi ến ng ẫu nhiên X phân b ố theo lu ật FX (x) nào đó đã bi ết. Vi ệc gieo bi ến gi ả ng ẫu nhiên v ới m ột hàm phân b ố b ất k ỳ nh ư trên được th ực hi ện thông qua vi ệc gieo bi ến gi ả ng ẫu nhiên phân b ố theo lu ật Uniform U[ 0,1 ] . NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 8
11. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt III.3. NH ẬN D ẠNG BI ẾN NG ẪU NHIÊN Nh ận d ạng m ột bi ến ng ẫu nhiên th ực ch ất là đi xác định hàm m ật độ xác su ất c ủa bi ến ng ẫu nhiên đó. Trong ph ần này, lu ận án trình bày hai phươ ng pháp nh ận d ạng bi ến ng ẫu nhiên là ph ươ ng pháp t ổ ch ức đồ t ần su ất và ph ươ ng pháp kernel ước l ượng hàm m ật độ . III.3.1. Ph ươ ng pháp t ổ ch ức đồ t ần su ất Ph ươ ng pháp tổ ch ức đồ t ần su ất th ực ch ất là ph ươ ng pháp v ẽ đồ th ị th ực nghi ệm c ủa hàm m ật độ xác su ất d ựa trên ước l ượng t ần s ố xu ất hi ện các giá tr ị Xi [ ) { } của bi ến ng ẫu nhiên trong t ừng kho ảng ak ,a k+ 1 c ủa mi ền giá tr ị r ời r ạc hóa a,1 ,a m . III.3.2. Ph ươ ng pháp kernel ước l ượng hàm m ật độ Ph ươ ng pháp kernel (Kernel density estimation) là m ột ph ươ ng pháp ước lượng không tham s ố hàm m ật độ xác su ất c ủa m ột bi ến ng ẫu nhiên t ừ m ẫu giá tr ị { } của bi ến. Gi ả s ử chúng ta có m ột m ẫu X,1 ,X n các giá tr ị c ủa bi ến ng ẫu nhiên X , khi đó ước l ượng th ực nghi ệm c ủa hàm m ật độ xác su ất được vi ết nh ư sau: n ɵ =1 − f(x,h)∑ K(xh X) i (III.3.6) n i= 1 Trong đó K là hàm kernel , h là chi ều r ộng c ủa hàm kernel. Nh ư v ậy, điểm quan tr ọng c ủa ph ươ ng pháp này là vi ệc ch ọn hàm kernel Kh và chi ều r ộng h . M ột s ố hàm kernel thông d ụng và b ề r ộng được trình bày trong b ảng III.3-2 và b ảng III.3-3. Bảng III.3-2: M ột s ố hàm kernel thông d ụng Tên hàm kernel Bi ểu th ức Cosine K(z)= 1 + cos(2 π z) Khi z< 0,5 Gaussian K(z)=( 1/ 2 π) exp( − z2 /2 ) Rectangular K(z)= 0.5 Khi z< 1 Bảng III.3-3: M ột s ố l ựa ch ọn chi ều r ộng c ủa hàm kernel th ường dùng Tên Bi ểu th ức 1 Normal hN =π() 8 R(K)/3() µ (K)n2  5 ɵ σ 2  1 Silverman Silver =() () µ2  5 ɵ σ h 1.159 R(K) /2 (K)n  Trong ph ạm vi lu ận án, ch ọn hàm kernel Gaussian v ới chi ều r ộng t ươ ng ứng Silverman thông d ụng. Chi ều r ộng Silverman t ươ ng ứng v ới hàm Gaussian có d ạng: Silver ɵ 5 hΦ = 0.9/ σ n (III.3.7) III.3.3. Xấp x ỉ hàm m ật độ xác su ất th ực nghi ệm Khi hàm m ật độ xác su ất đã được ước l ượng, d ựa trên d ạng đồ th ị th ực nghi ệm c ủa nó, lựa ch ọn mô hình phân ph ối xác su ất đã bi ết có d ạng t ươ ng t ự và làm g ần đúng nó v ới giá tr ị th ực nghi ệm. Ph ươ ng pháp g ần đúng th ường dùng ph ổ bi ến và được trình bày trong lu ận án là ph ươ ng pháp bình ph ươ ng t ối thi ểu. III.4. ĐỘ TIN C ẬY VÀ PH ƯƠ NG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN C ẬY III.4.1. Một s ố khái ni ệm cơ b ản Trong m ục này, lu ận án trình bày khái ni ệm v ề ĐTC của k ết c ấu công trình xây dựng theo giáo s ư Palle Thoft - Christensen, tiêu chu ẩn Eurocode 0, tiêu chu ẩn Qu ốc tế ISO 2394. Theo tiêu chu ẩn “ Độ tin c ậy c ủa k ết c ấu xây d ựng và n ền - nh ững nguyên t ắc và yêu c ầu c ơ b ản” đã được thông qua H ội đồ ng Khoa h ọc c ủa B ộ Xây dựng để ban hành: độ tin c ậy c ủa công trình xây d ựng là kh ả n ăng hoàn thành ch ức năng yêu c ầu c ủa công trình xây d ựng trong su ốt th ời gian s ử d ụng tính toán . NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 9
12. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt III.4.2. Mô hình ng ẫu nhiên ĐTC c ủa h ệ th ống được tính b ằng xác su ất an toàn c ủa h ệ th ống. P= Prob[Y ∈ W]= I ( Y )f (y)dy s∫ Y∈ W Y (III.4.2) Ω Trong đó fY (y) là hàm m ật độ xác su ất đồ ng th ời c ủa véc t ơ ng ẫu nhiên Y và IY∈W ( Y ) là hàm ch ỉ s ố (indicator function) được đị nh ngh ĩa nh ư sau: = ∈ = ∉ IYY∈W () 1,khi YIY W;Y ∈ W () 0,khi Y W (III.4.3) Mô hình ng ẫu nhiên c ủa bài toán ĐTC bao g ồm ba b ước nh ư th ể hi ện trên hình III.4-1. Mô ph ỏng các Xây d ựng mô Xây d ựng các tác động mang hình hàm công ph ươ ng pháp bản ch ất ng ẫu năng M(X ) . xác định ĐTC nhiên b ằng các thông qua vi ệc bi ến ng ẫu nhiên tính tích phân ho ặc véc t ơ (III.4.2). ng ẫu nhiên X . Hình III.4-1: Mô hình ng ẫu nhiên c ủa bài toán ĐTC Với n ội dung c ụ th ể đã đề ra c ủa lu ận án là đánh giá ảnh h ưởng c ủa t ổn hao ứng su ất đế n ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT CSBD thì các b ước trong mô hình ng ẫu nhiên nh ư trên hình III.4-1 được th ể hi ện c ụ th ể nh ư sau: - B ước th ứ nh ất: đã được trình bày trong các m ục III.2 và III.3. - B ước th ứ hai: đã được trình bày trong m ục III.1. - Bước th ứ ba: được trình bày trong các m ục t ừ III.4.3 đến III.4.5 d ưới đây. III.4.3. Ph ươ ng pháp ch ỉ s ố độ tin c ậy β Xét bài toán thi ết k ế k ết c ấu công trình v ới hàm công n ăng có d ạng tuy ến tính: M= g(R,S) = R − S (III.4.5) Điều ki ện an toàn c ủa k ết c ấu là: M= g(R,S) > 0 . Gi ả s ử S và R đều là hai bi ến ng ẫu nhiên có phân bố chu ẩn độc l ập xác µ σ µ σ su ất v ới các giá tr ị k ỳ v ọng và độ l ệch chu ẩn t ươ ng ứng là S, S và R, R . Nh ư v ậy M= R − S c ũng là m ột bi ến ng ẫu nhiên có phân b ố chu ẩn v ới k ỳ vọng và độ l ệch chu ẩn t ươ ng ứng là: µ =µ −µ σ = σ2 +σ 2 M R S ; M R S (III.4.6) Xác su ất không an toàn c ủa k ết c ấu t ươ ng ứng v ới điều ki ện M X = X1 ,X 2 , ,X n và mi ền an toàn W được đị nh ngh ĩa b ởi điều ki ện M(X)i 0 ta có:   Ps =I M()0X> f X ( xx=EI )d M()0 X > ∫   (III.4.14) W NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 10
13. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt = > = ≤ Trong đó: IM()0X > 1 khi M( XI ) 0; M()0X > 0 khi M( X ) 0 (III.4.15) Nếu có N các th ực hi ện c ủa véc t ơ ng ẫu nhiên X , s ẽ tính được m ột m ẫu   gồm N các giá tr ị c ủa hàm IM(X )> 0 . Khi đó E I M(X )> 0  có th ể tính x ấp x ỉ b ằng trung bình c ộng c ủa m ẫu. N ɶ   = 1 i Ps =EIM()0X>∑ I M()0 X > (III.4.16)   i N i= 1 Với ph ươ ng pháp này, các bi ến ng ẫu nhiên đầu vào không nh ất thi ết là các bi ến có phân b ố chu ẩn; có th ể áp d ụng được ngay c ả khi hàm công n ăng không có dạng bi ểu th ức gi ải tích cụ th ể hay không có d ạng tuy ến tính. Hình III.4-5 bi ểu di ễn s ơ đồ thu ật toán c ủa ph ươ ng pháp mô ph ỏng Monte Carlo. Vi ệc ghi nh ận k ết qu ả th ực ch ất là đếm s ố l ần k ết qu ả r ơi vào mi ền an toàn trong t ổng s ố N l ần mô ph ỏng. Trong th ực t ế, vi ệc ch ọn s ố l ần mô ph ỏng N để đả m b ảo ĐTC c ủa k ết qu ả là khó. Thông ɶ th ường dùng điều ki ện h ội t ụ c ủa giá tr ị ước l ượng Ps . ɶN ɶɶ N1N2− − ɶ Nk −  max Ps− P ss ,P , ,P s ≤ ε (   ) (III.4.19) Bi ểu th ức (III.4.19) ch ỉ ra r ằng, vòng l ặp mô ph ỏng ch ỉ d ừng l ại khi sai s ố lớn nh ất c ủa giá tr ị ước l ượng cu ối cùng so v ới k giá tr ị li ền tr ước nó nh ỏ h ơn m ột tiêu chu ẩn ε nào đó. III.4.6. Ví d ụ tính toán số ki ểm tra độ tin cậy c ủa ph ần m ềm tính toán theo Monte Carlo Trong ph ần này, lu ận án trình bày hai ví d ụ tính toán s ố xác định ĐTC theo ba ph ươ ng pháp đã trình bày để ki ểm tra độ tin cậy c ủa ph ần m ềm tính toán theo Monte Carlo, cho th ấy k ết qu ả tính theo ph ươ ng pháp mô ph ỏng Monte Carlo có độ tin c ậy và có th ể áp d ụng khi hàm công n ăng không có bi ểu th ức gi ải tích cụ th ể ho ặc không có dạng tuy ến tính. Do đó, luận án sẽ dùng ph ươ ng pháp mô ph ỏng Monte Carlo để xác đị nh ĐTC c ủa bài toán thi ết k ế sàn BTCT ƯLT CSBD v ới tiêu chí ki ểm soát v ết Hình III.4-5: S ơ đồ thu ật toán c ủa ph ươ ng pháp mô nứt sàn theo ứng su ất ph ỏng Monte Carlo cho phép. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 11
14. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt III.5. NH ẬN D ẠNG CÁC BI ẾN NGẪU NHIÊN QUA S Ố LI ỆU TH ỰC NGHI ỆM THU TH ẬP T ẠI VI ỆT NAM III.5.1. Ngu ồn s ố li ệu thu th ập cho mô ph ỏng các bi ến ng ẫu nhiên Các thông s ố bi ến độ ng bao g ồm: tiết di ện ngang c ủa cáp Ap ; mô đun đàn δ hồi c ủa cáp Ep ; độ t ụt neo c ủa cáp trong quá trình kéo c ăng L và y ếu t ố thi công, ε đặc tr ưng b ởi đạ i l ượng L được thu thập t ừ các ngu ồn s ố li ệu t ại m ột s ố phòng thí nghi ệm uy tín c ũng nh ư t ại m ột s ố d ự án thi công ph ần k ết c ấu sàn BTCT ƯLT, s ẽ được nh ận d ạng và mô ph ỏng nh ư các bi ến ng ẫu nhiên. Ch ươ ng trình nh ận d ạng các bi ến ng ẫu nhiên được vi ết trên ngôn ng ữ l ập trình Python. III.5.2. Nh ận d ạng bi ến ng ẫu nhiên ti ết di ện ngang c ủa cáp Ap Số li ệu th ống kê ti ết di ện ngang c ủa cáp được th ể hi ện trong bảng III.5-3. Bảng III.5-3: B ảng th ống kê s ố li ệu thông s ố ti ết di ện ngang c ủa cáp Số li ệu th ống kê ti ết di ện ngang c ủa cáp đường kính 12,7mm Đơ n v ị: mm 2 101.1 100.4 99.2 99.5 100.5 100.5 99.6 100.7 101.1 99.0 98.6 99.6 99.6 100.4 100.1 99.0 99.9 99.3 101.0 100.8 99.6 100.0 100.4 100.5 100.2 99.3 98.6 98.0 99.0 101.2 98.9 99.0 100.1 100.0 99.5 100.5 100.1 99.7 99.4 99.6 99.4 98.6 99.3 99.8 98.2 100.5 100.0 100.3 99.9 100.5 98.9 99.0 99.5 100.0 99.8 99.9 100.8 99.4 99.7 99.6 99.5 98.5 100.7 99.9 99.1 100.6 99.1 101.4 98.9 99.0 99.9 101.4 98.2 99.7 98.5 99.4 100.3 97.8 98.1 99.8 99.2 97.6 99.9 100.0 100.8 100.2 98.5 99.7 100.3 99.4 99.6 99.7 99.4 99.5 100.0 99.9 100.2 99.6 99.9 99.4 99.9 99.0 99.6 99.0 98.2 99.7 100.5 100.6 99.4 98.5 101.1 99.8 99.0 99.7 99.7 99.4 99.4 99.2 99.0 100.6 Từ b ảng s ố li ệu trên, dùng ph ươ ng pháp t ổ ch ức đồ t ần su ất và ph ươ ng pháp làm tr ơn kernel để tính hàm m ật độ xác su ất và hàm phân b ố xác su ất th ực nghi ệm của bi ến ng ẫu nhiên ti ết di ện ngang c ủa cáp. Hình III.5-1 th ể hi ện hàm m ật độ xác su ất và hàm phân b ố xác su ất th ực nghi ệm tính theo hai ph ươ ng pháp. Giá tr ị k ỳ v ọng và độ l ệch chu ẩn th ực nghi ệm tính tr ực ti ếp t ừ m ẫu là µ=0,9967cm2 , υ= 0,0078cm 2 . Hình III.5-1: Hàm m ật độ xác su ất (trái) và hàm phân b ố xác su ất th ực nghi ệm (ph ải) c ủa bi ến ng ẫu nhiên ti ết di ện ngang c ủa cáp Nh ận th ấy r ằng, hàm m ật độ xác su ất th ực nghi ệm tính theo hai ph ươ ng pháp khá phù h ợp v ới nhau và có d ạng c ủa phân b ố chu ẩn. Điều này nói lên r ằng vi ệc s ử d ụng ph ươ ng pháp làm tr ơn kernel là phù h ợp trong tr ường h ợp này. S ự phù h ợp c ũng được th ể hi ện trên hình v ẽ hàm phân b ố xác su ất. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 12
15. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Trên c ơ s ở nh ận d ạng c ủa hàm m ật độ xác su ất là phân b ố chu ẩn, g ần đúng hàm th ực nghi ệm này b ằng mô hình phân b ố chu ẩn và xác định các thông s ố đặ c tr ưng của bi ến phân b ố chu ẩn là k ỳ v ọng µ và độ l ệch chu ẩn υ . Hình III.5-2 th ể hi ện hàm m ật độ xác su ất th ực nghi ệm Kernel (nét đứ t) và hàm mật độ xác su ất g ần đúng b ằng mô hình phân b ố chu ẩn (nét li ền). Nh ận th ấy, hai đường cong khá g ần nhau, giá tr ị các tham s ố kỳ v ọng và độ l ệch chu ẩn đạ t được Hình III.5-2: Hàm m ật độ xác su ất th ực µ = 0,9969cm 2 , υ = 0,0082cm 2 c ũng nghi ệm (nét đứ t) và hàm m ật độ xác su ất phù h ợp v ới các giá tr ị tính tr ực ti ếp gần đúng (nét li ền) c ủa bi ến ng ẫu nhiên từ m ẫu ở trên. ti ết di ện ngang c ủa cáp III.5.3. Nh ận d ạng bi ến ng ẫu nhiên mô đun đàn h ồi c ủa cáp Ep δ III.5.4. Nh ận d ạng bi ến ng ẫu nhiên độ t ụt neo L ε III.5.5. Nh ận d ạng bi ến ng ẫu nhiên đặc tr ưng thi công L Trong các ph ần t ừ III.5.3 đến III.5.5, lu ận án ti ến hành các b ước t ươ ng t ự nh ư nh ận d ạng bi ến ng ẫu nhiên ti ết di ện ngang c ủa cáp để nh ận d ạng các bi ến ng ẫu nhiên mô đun đàn h ồi c ủa cáp, độ t ụt neo và bi ến ng ẫu nhiên đặc tr ưng thi công. III.6. KẾT QU Ả ĐẠ T ĐƯỢC C ỦA CH ƯƠ NG 3 Trên c ơ s ở nh ận đị nh ban đầ u các bi ến ng ẫu nhiên tham gia vào quá trình tính toán và có ảnh h ưởng đế n t ổn hao ứng su ất c ủa cáp có d ạng phân b ố chu ẩn ho ặc g ần v ới phân b ố chu ẩn nên lu ận án sẽ s ử d ụng ph ươ ng pháp Kernel để nh ận dạng các bi ến ng ẫu nhiên này d ựa trên các s ố li ệu th ống kê thu th ập được t ừ th ực tế trong công tác thi ết k ế và thi công sàn BTCT ƯLT ở Vi ệt Nam. Đã xây d ựng được hàm công n ăng theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn cho thi ết k ế sàn ƯLT 3 nh ịp s ử d ụng tiêu chu ẩn AS 3600-2009. Khi có m ẫu giá tr ị các th ực hi ện c ủa m ột bi ến ng ẫu nhiên nào đó, hoàn toàn có th ể nh ận d ạng bi ến ng ẫu nhiên đó thông qua vi ệc nh ận d ạng lu ật phân b ố xác su ất c ủa nó. M ục III.3 đã trình bày 2 ph ươ ng pháp nh ận d ạng bi ến ngẫu nhiên: ph ươ ng pháp t ổ ch ức đồ t ần su ất và ph ươ ng pháp Kernel ước l ượng hàm m ật độ . Mục III.3 c ũng đã trình bày được ph ươ ng pháp x ấp x ỉ hàm m ật độ xác su ất th ực nghi ệm theo ph ươ ng pháp bình ph ươ ng t ối thi ểu sau khi nh ận d ạng chúng bằng m ột mô hình phân ph ối xác su ất đã bi ết có d ạng t ươ ng t ự. Để đánh giá ĐTC c ủa công trình, có th ể mô hình hóa các y ếu t ố tác độ ng lên công trình nh ư là các bi ến ng ẫu nhiên. Mục III.4 đã trình bày 3 ph ươ ng pháp xác định ĐTC c ủa bài toàn và ví d ụ số: ph ươ ng pháp ch ỉ s ố ĐTC β , ph ươ ng pháp Hasofer-Lind và ph ươ ng pháp Monte Carlo. Các ph ươ ng pháp này đều cho k ết qu ả x ấp x ỉ nhau khi khi các bi ến ng ẫu nhiên có phân b ố chu ẩn. Khi hàm công n ăng không có bi ểu th ức gi ải tích c ụ th ể ho ặc không có d ạng tuy ến tính thì ph ươ ng pháp ch ỉ s ố ĐTC β và Hasofer-Lind có th ể s ẽ g ặp khó kh ăn trong th ực hi ện bài toán đánh giá ĐTC. Do đó ki ến ngh ị, dùng ph ươ ng pháp mô ph ỏng Monte Carlo để đánh giá ĐTC c ủa bài toán thi ết k ế sàn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 13
16. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Đã thu th ập được s ố li ệu v ề thông s ố bi ến độ ng mô đun đàn h ồi, ti ết di ện ngang c ủa cáp, độ t ụt neo và thông s ố đặ c tr ưng cho thi công t ừ các phòng thí nghi ệm, công trình BTCT ƯLT th ực t ế được thi công t ại Vi ệt Nam. Mục III.5 đã trình bày k ết qu ả nh ận d ạng các bi ến ng ẫu nhiên này. Ch ươ ng trình tính toán được vi ết trên ngôn ng ữ l ập trình Python. CH ƯƠ NG IV: XÂY DỰNG CH ƯƠ NG TRÌNH TÍNH ĐỘ TIN VÀ KH ẢO SÁT ẢNH H ƯỞNG C ỦA T ỔN HAO ỨNG SU ẤT ĐẾ N ĐỘ TIN C ẬY CỦA SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC C ĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH Từ k ết qu ả nh ận d ạng các bi ến ng ẫu nhiên trong m ục III.5, m ục IV.1 c ủa ch ươ ng này, lu ận án s ẽ gi ới thi ệu vi ệc mô hình hóa bài toán ĐTC. Ti ếp theo, trong mục IV.2, s ẽ áp d ụng ph ươ ng pháp Monte Carlo để đánh giá ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn. M ục IV.3 gi ới thi ệu các phân tích kinh t ế, k ỹ thu ật ảnh h ưởng đế n ĐTC. Trên c ơ s ở đó s ẽ rút ra k ết lu ận trong ph ần kết qu ả đạ t được ở cu ối ch ươ ng. IV.1. SƠ ĐỒ KH ỐI TÍNH TOÁN ỨNG SU ẤT TRONG SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC VÀ ỨNG D ỤNG MONTE CARLO ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN C ẬY IV.1.1. Sơ đồ kh ối tính ứng su ất , hàm công n ăng Hàm công n ăng được xây d ựng nh ư trình bày ở m ục III.1. Ph ươ ng pháp s ố tính toán ứng su ất trong bê tông và xây d ựng hàm công n ăng được mô t ả theo s ơ đồ kh ối d ưới đây (Hình IV.1-1): Các thông s ố đầ u vào δ Ap , E p , L , P ij , v.v M(X) = [σ] − CH ƯƠ NG TRÌNH TÍNH Ứng su ất trong bê tông σmax, σ max  k n  Hình IV.1-1 : S ơ đồ kh ối xây d ựng hàm công n ăng đánh giá ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT • Ngay sau khi kéo c ăng, hàm công n ăng có d ạng: Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu nén: M= 0,5f − ABS min( σσ*(TT) , *(TD) )  ; cp   = − σσ*(TT) *(TD) Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu kéo: M 0,6 fcp max( , ) . • Trong quá trình s ử d ụng dài lâu, hàm công n ăng có d ạng: Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu nén: M=− 0,5f' ABS min( σσ (TT) , (TD) )  ; c   =' − σσ (TT) (TD) Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu kéo: M 0,6 fc max( , ) . “CH ƯƠ NG TRÌNH TÍNH” trên (Hình IV.1-1) là quy trình tính toán t ổn hao ứng su ất, l ựa ch ọn b ố trí cáp và tính toán ứng su ất trong bê tông trên các ti ết di ện tính toán. T ừ đó ứng su ất kéo, nén l ớn nh ất xu ất hi ện trên các ti ết di ện được ch ọn ra nh ư là m ục tiêu c ủa hàm công n ăng. S ơ đồ kh ối c ụ th ể c ủa “CH ƯƠ NG TRÌNH TÍNH” được th ể hi ện trên Hình IV.1-2. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 14
17. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Lực kéo cáp thi ết k ế Ppj ∆ =∆ +∆ +∆ Tổn hao lực kéo t ức th ời P1 P pa P an P cm Do ma sát Do t ụt neo Do co ng ắn đàn ∆ ∆ ∆ Ppa Pan hồi c ủa BT Pcm Lực kéo cáp còn l ại sau t ổn hao t ức th ời * = −∆ −∆ −∆ PPpj P pa P an P cm ∆ =∆ +∆ +∆ Tổn hao lực kéo dài h ạn P2 P re P cc P cs Do chùng Do t ừ bi ến c ủa Do co ngót c ủa ∆ ∆ ∆ ứng su ất Pre bê tông Pcc bê tông Pcs Lực kéo cáp còn l ại sau t ổn hao dài h ạn =* −∆ −∆ −∆ PP Pre P cc P cs Ch ọn s ố l ượng cáp và b ố trí cáp Tính ƯS trong bê tông t ại các th ời điểm ng ắn và dài h ạn Hình IV.1-2: CH ƯƠ NG TRÌNH TÍNH (Hình IV.1-1): Quy trình tính toán t ổn hao ứng su ất, l ựa ch ọn, b ố trí cáp và ki ểm tra ứng su ất kéo, nén trong sàn BTCT ƯLT IV.1.2. Sơ đồ kh ối tính toán độ tin c ậy c ủa sàn bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước Luận án gi ới h ạn đánh giá s ự ảnh h ưởng các thông s ố: tiết di ện ngang c ủa cáp và mô đun đàn h ồi c ủa cáp, độ t ụt neo và thông s ố đặ c tr ưng cho thi công. Các thông s ố này th ể hi ện b ản ch ất ng ẫu nhiên c ủa đạ i l ượng đang xét đã được mô ph ỏng b ởi các bi ến ng ẫu nhiên (m ục III.5). Trên c ơ s ở xác đị nh véc t ơ ng ẫu nhiên = δ ε đầu vào: X{ A,E,p p L , L } và hàm công n ăng M(X) , xây d ựng mô hình ng ẫu nhiên và mô ph ỏng Monte Carlo nh ư th ể hi ện trên Hình IV.1-3. Điều ki ện an toàn của k ết c ấu sàn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn, có d ạng: • Ngay sau khi kéo c ăng Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu nén: M=− 0,5f ABS min( σσ≥*(TT) , *(TD) )  0 ; cp   = − σσ≥*(TT) *(TD) Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu kéo: M 0,6 fcp max( ,) 0 . • Trong quá trình s ử d ụng dài lâu: Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu nén: M=− 0,5f' ABS min( σσ≥ (TT) , (TD) )  0 ; c   =' − σσ≥ (TT) (TD) Điều ki ện ứng su ất cho phép ch ịu kéo: M 0,6 fc max( ,) 0 . NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 15
18. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Điều ki ện h ội t ụ của giá tr ị xác su ất không an toàn Pf : c ứ sau m ỗi 5000 l ần mô ph ỏng, ch ươ ng trình l ại xác đị nh giá tr ị Pf một l ần. Khi s ố giá tr ị xác định được lớn h ơn 20, ch ươ ng trình tính ch ỉ s ố h ội t ụ ζ bằng giá tr ị l ớn nh ất c ủa hi ệu gi ữa giá tr ị Pf xác định cu ối cùng l ần l ượt tr ừ đi 20 giá tr ị tr ước đó, chia cho Pf xác định cu ối cùng. Điều ki ện h ội t ụ được ch ọn là ζ ≤ 1,5% . Chươ ng trình tính ĐTC theo s ơ đồ kh ối ở Hình IV.1-3 được g ọi là ch ươ ng trình RPS. Số li ệu th ống kê các th ực hi ện c ủa các bi ến ng ẫu nhiên Ước l ượng hàm m ật độ xác su ất c ủa t ừng bi ến b ằng ph ươ ng pháp Kernel Gần đúng hàm m ật độ xác su ất th ực nghi ệm b ằng m ột mô hình lý thuy ết Bắt đầ u = = = N 1, Nf 0, i 0 =N N δ N ε N Gieo các bi ến ng ẫu nhiên: XN{ A,E, p pLL , } Hàm công n ăng = M(XN ) 0 Kiểm tra điều ki ện ≥ N= N + 1 M(XN ) 0 f f i= i + 1 Kiểm tra N mod(N,5000)= 0 i = f Pf N Kiểm ta i> 20 ζ=i − i1− i − i2 − i − i20 − maxP( ff P ,P ff P , ,P ff P ) N= N + 1 KT: ζ ≤ 1,5% Kết thúc Hình IV.1-3: S ơ đồ kh ối c ủa mô hình ng ẫu nhiên và mô ph ỏng Monte Carlo NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 16
19. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt IV.2. XÁC ĐỊNH ĐỘ TIN C ẬY CỦA SÀN BÊ TÔNG C ỐT THÉP ỨNG L ỰC TR ƯỚC C ĂNG SAU CÓ BÁM DÍNH IV.2.1. Bài toán thi ết k ế v ới các thông s ố ti ền đị nh Trong ph ần này, lu ận án trình bày sáu (06) thi ết k ế sàn BTCT ƯLT CSBD cho 02 d ạng công trình nhà v ăn phòng và chung c ư nh ư trình bày ở Bảng IV.2-1 (trong đó m ỗi d ạng công trình, th ực hi ện ba (03) thi ết k ế sàn v ới các chi ều dài nh ịp khác nhau l ần l ượt là 7,5m; 9,0m và 12,0m): Bảng IV.2-1: Thông s ố đầ u vào ti ền đị nh cho thi ết k ế 06 sàn BTCT ƯLT CSBD Công trình v ăn phòng Công trình chung c ư N0 Thông s ố Lo ại 1 Lo ại 2 Lo ại 3 Lo ại 1 Lo ại 2 Lo ại 3 1 Sàn 3 nh ịp b ằng nhau (m) 7,5 9,0 12,0 7,5 9,0 12,0 2 Bề r ộng d ải sàn (m) 3,75 4,5 6,0 3,75 4,5 6,0 3 Chi ều dày sàn D s (mm) 200 230 330 210 240 340 4 Tải tr ọng b ản thân (daN/m 2) 500 575 825 525 600 850 5 Ho ạt t ải (daN/m 2) 200 200 200 150 150 150 6 Tổng t ải tr ọng tiêu chu ẩn (daN/m 2) 831 906 1156 1056 1131 1381 7 Độ võng l ớn nh ất c ủa cáp h (mm) 108 138 238 118 148 248 Kết qu ả thi ết k ế được th ể hi ện và trình bày trong lu ận án cho m ỗi bài toán là ứng su ất trong bê tông t ại các ti ết di ện nguy hi ểm ứng v ới chi ều dày sàn Ds và s ố lượng cáp N đã l ựa ch ọn. IV.2.2. Xác định xác su ất an toàn c ủa thi ết k ế theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn Trên c ơ s ở sáu (06) thi ết kế ban đầ u nh ư trình bày trong m ục IV.2.1, ti ến hành xác định xác su ất an toàn c ủa thi ết k ế theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn. Vi ệc xác đị nh các xác su ất này được th ực hi ện thông qua mô ph ỏng Monte Carlo nh ư thể hi ện ở Hình IV.1-3 trên c ơ s ở gieo các th ực hi ện c ủa các bi ến ng ẫu nhiên đã nh ận d ạng ở m ục tr ước. Hình IV.2-1 th ể hi ện s ự h ội t ụ c ủa xác su ất an toàn trong mô ph ỏng Monte Carlo đối v ới sàn v ăn phòng 3 nh ịp 7,5m. Giá tr ị xác su ất xác định được h ội t ụ sau kho ảng 550000 vòng l ặp, ứng v ới = Ps 0,99984 . Kết qu ả và nh ận xét: Kết qu ả xác đị nh xác su ất an toàn và không an toàn c ủa 06 ví d ụ thi ết k ế trên được tổng h ợp thành b ảng (xem b ảng IV.2-14) Hình IV.2-1: S ự h ội t ụ c ủa xác su ất an toàn, sàn nh ịp sau đây: 7,5m - Công trình v ăn phòng NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 17
20. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Bảng IV.2-14: T ổng h ợp k ết qu ả đánh giá xác su ất an toàn cho các thi ết k ế c ụ th ể Dạng sàn và kích th ước nh ịp Sàn v ăn phòng 3 nh ịp Sàn chung c ư 3 nh ịp 7,5m 9,0m 12,0m 7,5m 9,0m 12,0m Ứng su ất thi ết k ế σ 3,0773 3,2192 3,0673 3,1027 3,1504 3,1206 nguy hi ểm nh ất, MPa ứng su ất cho phép [σ] , 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941 MPa Tỷ s ố σ/ [ σ ] , % 90,67 94,85 90,37 91,41 92,82 91,94 Xác su ất an toàn Ps 0,99984 0,99174 0,99867 0,99880 0,99457 0,99491 Xác su ất không an 0,00016 0,00826 0,00133 0,00120 0,00543 0,00509 toàn Pf Số vòng l ặp h ội t ụ 550000 280000 370000 340000 190000 235000 Kết qu ả xác đị nh ĐTC t ổng h ợp trong bảng IV.2-14 cho th ấy, v ới m ỗi s ự l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế ti ền đị nh ban đầ u khác nhau, xác su ất an toàn ( ĐTC) cho các kết qu ả là khác nhau. Ứng v ới các ví d ụ đã kh ảo sát, khi l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế nguy hi ểm nh ất n ằm trong ph ạm vi t ừ kho ảng 90% đế n 95% ứng su ất cho phép thì xác su ất không an toàn n ằm trong ph ạm vi t ừ kho ảng 0,012% đế n 0,826%. Vấn đề đặ t ra là, v ới m ột bài toán c ụ th ể, c ần l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế nh ư th ế nào để đả m b ảo tho ả mãn m ột xác su ất an toàn đã cho tr ước. M ục IV.2.3 trình bày k ết qu ả xác đị nh xác su ất an toàn cho các bài toán thi ết k ế trên khi ứng su ất thi ết k ế được l ựa ch ọn có s ự thay đổ i. IV.2.3. Ảnh h ưởng c ủa vi ệc thay đổ i ứng su ất thi ết k ế ĐTC k ết c ấu sàn BTCT ƯLT Với m ỗi bài toán thi ết k ế đã nêu ở m ục IV.2.1, ti ến hành các s ự l ựa chọn ứng su ất thi ết k ế khác nhau b ằng cách thay đổ i chi ều dày sàn và gi ữ nguyên l ượng cáp thi ết k ế. Với m ỗi ứng su ất thi ết k ế thu được nh ư v ậy, ti ến hành xác định xác su ất an toàn để đánh giá s ự bi ến độ ng v ề ĐTC khi ứng su ất thi ết k ế có s ự thay đổ i. Hình IV.2-7 th ể hi ện m ối liên h ệ gi ữa ứng su ất v ới xác su ất an toàn đối v ới sàn v ăn phòng 3 nh ịp 7,5m. Ta th ấy r ằng, ứng v ới vi ệc l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế b ằng 90,67% , 97,26% , 121,09% ứng su ất cho phép thì xác su ất không an toàn t ươ ng ứng b ằng 0,00% , 2,06% và 99,88% . Kết qu ả và nh ận xét: Từ các k ết qu ả trong mục IV.2.3 cho th ấy, v ới mỗi bài toán c ụ th ể, có th ể d ễ dàng l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế khi xác su ất an toàn được cho tr ước. Tuy nhiên các k ết qu ả c ũng ch ỉ ra r ằng, khi lựa ch ọn ứng su ất thi ết kế g ần sát v ới ứng su ất cho phép, thì xác su ất không an toàn là khá cao, x ấp x ỉ kho ảng 5% Hình IV.2-7: M ối liên h ệ gi ữa ứng su ất và xác su ất đến 8%. an toàn, sàn nh ịp 7,5m - Công trình v ăn phòng NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 18
21. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Trong th ực t ế, các thi ết k ế v ẫn th ường l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế g ần sát v ới ứng su ất cho phép. Vì v ậy, bài toán đặt ra là, c ần có bi ện pháp để gi ảm xác su ất không an toàn, ngay c ả khi ứng su ất thi ết k ế được l ựa ch ọn g ần sát v ới ứng su ất cho phép. Một trong các ph ươ ng pháp th ực hi ện là t ăng l ực kéo cáp. M ục IV.2.4 s ẽ ti ến hành và trình bày k ết qu ả xác đị nh xác su ất an toàn, không an toàn khi thay đổi l ực kéo cáp. IV.2.4. Ảnh h ưởng c ủa l ực kéo cáp Ppj đến ĐTC k ết c ấu sàn BTCT ƯLT Với m ỗi trong 06 bài toán thi ết k ế đã nêu ở m ục IV.2.1, ti ến hành 03 s ự l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế khác nhau t ươ ng ứng kho ảng 95%, 100% và 105% ứng su ất cho phép, b ằng cách thay đổ i chi ều dày sàn và gi ữ nguyên l ượng cáp thi ết k ế. Với m ỗi trong 03 giá tr ị ứng su ất thi ết k ế thu được nh ư v ậy, ti ến hành th ực hi ện 05 thay đổi l ực kéo cáp t ươ ng ứng b ằng 1,01P pj , 1,02P pj , 1,03P pj , 1,04P pj và 1,05P pj . Ti ến hành đánh giá xác su ất an toàn v ới m ỗi giá tr ị ƯLT để đánh giá s ự bi ến độ ng v ề ĐTC khi thay đổi l ực kéo cáp. Hình IV.2-13 th ể hi ện m ối liên h ệ gi ữa độ lớn l ực kéo cáp v ới xác su ất an toàn đối v ới sàn Hình IV.2-13: M ối liên h ệ gi ữa l ực kéo cáp và xác văn phòng 3 nh ịp 7,5m. su ất an toàn, sàn nh ịp 7,5m - Công trình v ăn phòng Kết qu ả và nh ận xét: Kết qu ả xác đị nh xác su ất an toàn trong cho 06 bài toán nêu trên cho th ấy, khi ứng su ất thi ết k ế được l ựa ch ọn sát v ới ứng su ất cho phép ho ặc vượt quá ứng su ất cho phép thì xác su ất không an toàn Pf là khá cao. Vi ệc thay đổi l ực kéo cáp Ppj có th ể làm gi ảm đáng k ể xác su ất không an toàn Pf . C ụ th ể, khi ch ọn ứng su ất thi ết k ế b ằng 105% ứng su ất cho phép, v ới l ực kéo cáp Ppj thì xác = su ất không an toàn c ủa sàn v ăn phòng BTCT ƯLT 3 nh ịp 9m là Pf 31,320% , = nh ưng khi l ực kéo cáp b ằng 1,05P pj thì Pf 3,596% . Do đó ki ến ngh ị đối v ới các thi ết kế có ứng su ất sát v ới ứng su ất cho phép thì c ần xem xét vi ệc điều ch ỉnh l ực kéo cáp trong quá trình thi công để đả m b ảo xác su ất không an toàn là đủ nh ỏ. IV.2.5. Ảnh h ưởng c ủa nhi ệt độ môi tr ường đế n ĐTC k ết c ấu sàn BTCT ƯLT Xét thi ết k ế sàn v ăn phòng BTCT ƯLT 3 nh ịp 7,5m. Thi ết k ế này l ấy nhi ệt độ xung quanh công trình T= 250 C . Th ực hi ện thay đổ i thông s ố nhi ệt độ t ừ T= 200 C đến T= 300 C và xác định xác su ất an toàn, không an toàn t ươ ng ứng v ới t ừng s ự ch ọn nhi ệt độ khác nhau (Hình IV.2-19 và Bảng IV.2-19). Từ k ết qu ả đánh giá xác su ất trên Hình IV.2-19 và B ảng IV.2-19, nh ận th ấy, y ếu tố nhi ệt độ có tác động l ớn đến xác su ất không an toàn c ủa công trình. V ới nhi ệt độ l ựa = 0 = 0 = 0 ch ọn ban đầ u T 25 C , có Pf 0,000162 . Khi nhi ệt độ gi ảm đi 1 C , ứng v ới T 24 C , = xác su ất không an toàn gi ảm đi kho ảng m ột n ửa: Pf 0,00008 và khi nhi ệt độ t ăng lên 0 = 0 = 1 C , ứng v ới T 26 C , xác su ất không an toàn t ăng lên g ấp đôi: Pf 0,000317 . Ki ến ngh ị: Cần thi ết ph ải xem xét y ếu t ố nhi ệt độ môi tr ường xung quanh công trình đảm b ảo đúng th ực t ế khi thi ết k ế và trong quá trình s ử d ụng. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 19
22. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Hình IV.2-19: M ối liên h ệ gi ữa nhi ệt độ môi tr ường và xác su ất an toàn, sàn nh ịp 7,5m - Công trình v ăn phòng Bảng IV.2-19: T ổng h ợp k ết qu ả đánh giá xác su ất an toàn và không an toàn khi nhi ệt độ môi tr ường thay đổ i, sàn v ăn phòng BTCT ƯLT 3 nh ịp 7,5m Xác Nhi ệt độ môi tr ường xung quanh công trình thay đổi t ừ T= 200 C đến T= 300 C su ất 20 22 24 25 26 28 30 Ps 1 0,99998 0,99992 0,99984 0,99968 0,99887 0,99683 Pf 0 0,00002 0,00008 0,00016 0,00032 0,00113 0,00317 IV.2.6. Ảnh h ưởng c ủa độ ẩm môi tr ường đế n ĐTC k ết c ấu sàn BTCT ƯLT Yếu t ố độ ẩm xung quanh công trình c ũng c ần được xem xét. Theo Quy chu ẩn xây d ựng Vi ệt Nam, h ầu kh ắp các địa ph ươ ng trên lãnh th ổ Vi ệt Nam có độ = ẩm môi tr ường trung bình hàng n ăm là trên 70%, t ươ ng ứng v ới h ệ s ố k4 0,5 . Tuy nhiên, nhi ều công trình d ạng v ăn phòng hay các trung tâm th ươ ng m ại có s ử d ụng điều hoà hàng ngày, kéo dài nhi ều n ăm, khi đó độ ẩm môi tr ường trong phòng là th ấp h ơn nhi ều so v ới độ ẩm ngoài tr ời và có tác động tr ực ti ếp đến t ổn hao ứng su ất do co ngót và t ừ bi ến c ủa bê tông. Xét thi ết k ế sàn văn phòng BTCT ƯLT 3 nh ịp 7,5m. Thi ết k ế này l ấy độ ẩm xung quanh công trình là = 70% , ứng v ới k4 0,5 . Th ực hi ện thay đổ i độ ẩm t ừ 70% xu ống 40% , tươ ng ứng t ăng = = k4 0,5 lên k4 0,7 và xác định xác su ất an toàn, không an toàn tươ ng ứng v ới t ừng s ự lựa ch ọn k4 khác nhau (Hình IV.2-20 và B ảng Hình IV.2-20: M ối liên hệ gi ữa độ ẩm môi tr ường và xác IV.2-20). su ất an toàn, sàn nh ịp 7,5m - Công trình v ăn phòng NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 20
23. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Bảng IV.2-20: T ổng h ợp k ết qu ả đánh giá xác su ất an toàn và không an toàn khi độ ẩm môi tr ường thay đổ i, sàn v ăn phòng BTCT ƯLT 3 nh ịp 7,5m Độ ẩm môi tr ường xung quanh công trình thay đổi t ừ 70% v ề = = Xác su ất 40%, t ươ ng ứng t ăng h ệ s ố k4 0,5 lên k4 0,7 = = = = = k4 0,5 k4 0,55 k4 0,6 k4 0,65 k4 0,7 Ps 0,999858 0,999404 0,997758 0,993371 0,981795 Pf 0,000142 0,000596 0,002242 0,006629 0,018205 Từ k ết qu ả đánh giá xác su ất trên Hình IV.2- và Bảng IV.2-, nh ận th ấy y ếu tố độ ẩm môi tr ường có tác độ ng l ớn đế n xác su ất không an toàn c ủa công trình. = Nếu thi ết k ế ban đầ u l ựa ch ọn độ ẩm môi tr ường b ằng 70% ( k4 0,5 ) thì xác su ất = không an toàn là có th ể ch ấp nh ận được: Pf 0,000142 , tuy nhiên n ếu công trình có sử d ụng điều hoà liên t ục trong ngày và kéo dài trong th ời gian nhi ều n ăm, độ ẩm = trong phòng có th ể liên t ục là 50% ho ặc th ấp h ơn ( k4 0,65 ), khi đó xác su ất không = an toàn t ăng lên đáng k ể: Pf 0,006629 . Ki ến ngh ị: Cần thi ết ph ải xem xét y ếu t ố độ ẩm môi tr ường xung quanh công trình đảm b ảo đúng th ực t ế khi thi ết k ế và trong quá trình s ử d ụng, đặ c bi ệt l ưu ý các công trình có s ử d ụng điều hoà liên t ục trong ngày và kéo dài trong nhi ều n ăm. IV.2.7. Ảnh h ưởng c ủa chùng ứng su ất c ơ b ản đến ĐTC k ết c ấu sàn BTCT ƯLT IV.2.8. Ảnh h ưởng sai s ố độ võng cáp trong thi công đến ĐTC k ết c ấu sàn BTCT ƯLT Trong ph ần IV.2.7 và IV.2.8, lu ận án đã ti ến hành xác định xác su ất an toàn đối v ới bài toán thi ết k ế sàn v ăn phòng BTCT ƯLT 3 nh ịp 7,5m khi chùng ứng su ất cơ b ản và độ võng c ủa cáp thay đổ i, th ấy r ằng ĐTC có ảnh h ưởng l ớn b ởi các y ếu tố này. Vì v ậy ki ến ngh ị c ần thu th ập thêm s ố li ệu chùng ứng su ất c ơ b ản để ph ục vụ các nghiên c ứu ti ếp theo c ũng nh ư c ần có quy đị nh ch ặt ch ẽ v ề thi công và nghi ệm thu sàn BTCT ƯLT, đặc bi ệt trong công tác l ắp đặ t c ốt thép. IV.2.9. Đánh giá v ề độ tin c ậy c ủa k ết qu ả theo ch ươ ng trình đã l ập Trong ph ần này, lu ận án đã ti ến hành đánh giá v ề độ tin c ậy c ủa k ết qu ả theo ch ươ ng trình đã l ập, c ụ th ể: - Đã so sánh vi ệc tính t ổn hao ứng su ất và tính ứng su ất trong bê tông v ới các ch ươ ng trình tính thông d ụng khác nh ư Microsoft Office Exel cho k ết qu ả tươ ng đồng. - Đã ki ểm tra độ chính xác c ủa ph ươ ng pháp nh ận d ạng các thông s ố t ừ các hàm m ật độ xác su ất l ựa ch ọn v ới các s ố li ệu th ống kê th ực t ế cho k ết qu ả phù h ợp. - Đã so sánh k ết qu ả tính theo ph ươ ng pháp Monte Carlo v ới các ph ươ ng pháp tính khác nh ư ch ỉ s ố độ tin c ậy β và Hasofer - Lind c ũng cho th ấy k ết qu ả g ần nhau. Nh ư v ậy k ết qu ả tính toán ĐTC theo ch ươ ng trình đã l ập là tin c ậy. IV.3. PHÂN TÍCH KINH T Ế - K Ỹ THU ẬT Các k ết qu ả nghiên c ứu tính toán ĐTC k ết c ấu sàn BTCT ƯLT đã ch ỉ ra được các v ấn đề v ề m ặt k ỹ thu ật c ần được xem xét trong thi ết k ế, thi công sàn BTCT ƯLT. Tuy nhiên, m ột v ấn đề c ần quan tâm trong b ất k ỳ thi ết k ế nào, đó là vấn đề kinh t ế. Vi ệc t ối ưu hoá thi ết k ế trên c ơ s ở xem xét ĐTC được đề c ập ngh ĩa là xem xét thi ết k ế sao cho đả m b ảo được ĐTC cho tr ước nh ưng v ới giá thành h ợp lý nh ất. M ục IV.3 c ủa lu ận án đề c ập đế n phân tích kinh t ế k ỹ thu ật c ủa các thi ết k ế đã trình bày trong m ục IV.2.1. Trong mục này, lu ận án phân tích s ự ảnh h ưởng c ủa các l ựa ch ọn thi ết k ế đến ĐTC và giá thành công trình cho thi ết k ế sàn công trình v ăn phòng và chung c ư nh ịp 12m. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 21
24. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt IV.3.1. Độ tin c ậy và giá thành ph ụ thu ộc vào s ự l ựa ch ọn N và Ds khác nhau Hình IV.3-1a th ể hi ện s ự ph ụ thu ộc c ủa ĐTC vào Ds và N c ủa thi ết k ế sàn nhà v ăn phòng 3 nh ịp 12,0m. Hình IV.3-1a: Độ tin c ậy c ủa nhà v ăn phòng 3 nh ịp 12,0m v ới các l ựa ch ọn khác nhau c ủa chi ều dày sàn Ds và s ố l ượng cáp N Hình IV.3-1b th ể hi ện s ự ph ụ thu ộc c ủa giá thành công trình vào Ds và N của thi ết k ế sàn nhà v ăn phòng 3 nh ịp 12,0m. Hình IV.3-2b: Giá thành m ột m 2 sàn c ủa nhà v ăn phòng 3 nh ịp 12,0m v ới các lựa ch ọn khác nhau c ủa chi ều dày sàn Ds và s ố l ượng cáp N IV.3.2. Bảng tra độ tin c ậy và giá thành ph ụ thu ộc vào s ự l ựa ch ọn N và Ds khác nhau Trong m ục này, lu ận án trình bày k ết qu ả b ảng tra ĐTC và giá thành ph ụ thu ộc vào s ự l ựa ch ọn khác nhau c ủa N và Ds đối v ới công trình nhà v ăn phòng và nhà chung c ư 3 nh ịp 12,0m. IV.3.3. Nh ận xét Qua phân tích kinh t ế k ỹ thu ật cho th ấy, v ới m ỗi thi ết k ế c ụ th ể, cho phép ng ười thi ết k ế có th ể l ựa ch ọn các ph ươ ng án khác nhau v ề chi ều dày sàn Ds và s ố lượng cáp N . Khi bài toán đặt ra v ấn đề kinh t ế và ĐTC thì ng ười thi ết k ế c ũng d ễ dàng l ựa ch ọn được m ột ph ươ ng án thi ết k ế h ợp lý. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 22
25. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt Vi ệc xây d ựng thành công ch ươ ng trình phân tích kinh t ế k ỹ thu ật c ủa thi ết kế sàn BTCT ƯLT nh ư đã trình bày ở trong m ục IV.3.1 s ẽ giúp ng ười thi ết k ế khi sử d ụng ch ươ ng trình có được b ảng tra m ối liên h ệ gi ữa ĐTC c ủa thi ết k ế theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn v ới giá thành công trình ph ần sàn, chi ều dày sàn và s ố lượng cáp l ựa ch ọn. Tuy nhiên, lu ận án m ới ch ỉ d ừng l ại ở vi ệc đánh giá m ối liên h ệ gi ữa ĐTC và giá thành trên c ơ s ở xem xét giá c ủa bê tông sàn và cáp ƯLT ch ứ ch ưa xem xét đến s ự thay đổ i giá thành c ủa ph ần thép sàn c ũng nh ư vi ệc t ăng gi ảm chi ều dày sàn tác động đế n giá thành k ết c ấu theo ph ươ ng đứng và ph ần n ền móng. Vì v ậy, nghiên c ứu sinh ki ến ngh ị c ần có nghiên c ứu ti ếp theo v ề ĐTC c ủa sàn BTCT ƯLT theo các điều ki ện khác nhau, không h ạn ch ế ở điều ki ện ki ểm soát vết n ứt sàn theo ứng su ất cho phép, nh ư điều ki ện v ề độ võng gi ới h ạn, điều ki ện ch ịu c ắt hay ch ọc th ủng sàn, điều ki ện b ền, v.v để có được thông tin t ổng h ợp đánh giá m ối liên h ệ gi ữa ĐTC và giá thành. IV.4. KẾT QU Ả ĐẠ T ĐƯỢC C ỦA CH ƯƠ NG 4 Đã xây d ựng được ch ươ ng trình tính t ổn hao ứng su ất, ch ươ ng trình tính ứng su ất trong k ết c ấu sàn BTCT ƯLT (xem ph ụ l ục 6) và ch ươ ng trình tính độ tin cậy sàn BTCT ƯLT (RPS) trên ngôn ng ữ l ập trình Python. Sử d ụng các ch ươ ng trình đã xây d ựng để đánh giá ĐTC c ủa thi ết k ế sàn BTCT ƯLT CSBD theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn. Vi ệc xác đị nh s ố vòng l ặp c ần thi ết c ủa mô ph ỏng Monte Carlo đã được xét đế n trên c ơ s ở s ự h ội t ụ c ủa giá tr ị xác su ất xác đị nh được theo m ột tiêu chu ẩn nh ất đị nh. Đã ti ến hành kh ảo sát ảnh h ưởng c ủa các t ổn hao ứng su ất đế n ĐTC c ủa kết c ấu sàn BTCT ƯLT CSBD t ừ m ục IV.2.2 đến m ục IV.2.8, có nh ững nh ận xét và ki ến ngh ị sau: + V ới m ỗi s ự l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế ti ền đị nh ban đầ u khác nhau, đánh giá xác su ất an toàn ( ĐTC) cho các k ết qu ả là khác nhau. Ứng v ới các ví d ụ đã kh ảo sát, khi lựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế nguy hi ểm nh ất n ằm trong ph ạm vi t ừ kho ảng 90% đế n 95% ứng su ất cho phép thì xác su ất không an toàn đạt được n ằm trong ph ạm vi t ừ kho ảng 0,012% đế n 0,826%. + V ới m ỗi bài toán c ụ th ể, có th ể d ễ dàng l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế khi xác su ất an toàn được cho tr ước. Các k ết qu ả tính toán c ũng ch ỉ ra r ằng, khi l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế g ần sát v ới ứng su ất cho phép, thì xác su ất không an toàn là khá cao, x ấp x ỉ kho ảng 5% đế n 10%. Vi ệc thay đổ i l ực kéo cáp Ppj có th ể làm gi ảm đáng k ể xác su ất không an toàn Pf . Đối v ới các thi ết k ế có ứng su ất sát v ới ứng su ất cho phép thì c ần xem xét vi ệc điều ch ỉnh l ực kéo cáp trong quá trình thi công để đả m b ảo xác su ất không an toàn là đủ nh ỏ. Vi ệc điều ch ỉnh l ực kéo cáp ch ỉ th ực hi ện được khi nó nh ỏ h ơn ƯLT gi ới h ạn. Khi ng ười thi ết k ế l ựa ch ọn l ực kéo cáp sát ho ặc b ằng ƯLT gi ới h ạn thì c ần th ận tr ọng trong vi ệc l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế nh ỏ h ơn ứng su ất cho phép m ột l ượng đủ đả m b ảo để xác su ất không an toàn là ch ấp nh ận được. Ng ược l ại khi l ực kéo cáp được l ựa ch ọn nh ỏ h ơn ƯLT gi ới h ạn một l ượng v ừa đủ để có th ể điều ch ỉnh t ăng trong quá trình thi công thì có th ể l ựa ch ọn ứng su ất thi ết k ế t ươ ng đối sát v ới ứng su ất cho phép. + Y ếu t ố nhi ệt độ và độ ẩm có ảnh h ưởng đáng k ể đế n ĐTC c ủa công trình. Vì v ậy c ần thi ết ph ải xem xét y ếu t ố nhi ệt độ và độ ẩm môi tr ường trong quá trình s ử dụng và ngay t ừ khâu thi ết k ế. Đặ c bi ệt l ưu ý các công trình có s ử d ụng điều hoà liên tục trong ngày và kéo dài trong nhi ều năm. + Chùng ứng su ất c ơ b ản c ũng nh ư sai s ố độ võng c ủa cáp trong thi công l ắp đặt có ảnh h ưởng đế n ĐTC c ủa công trình. Tuy nhiên do h ạn ch ế c ủa s ố li ệu thu th ập nên v ấn đề c ần ti ếp t ục nghiên c ứu. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 23
26. Lu ận án Ti ến s ĩ k ỹ thu ật - Tóm t ắt + Có th ể xây d ựng các đồ th ị và các b ảng tra ĐTC c ủa thi ết k ế sàn BTCT ƯLT CSBD và giá thành t ươ ng ứng khi thay đổ i các l ựa ch ọn thi ết k ế, c ụ th ể là chi ều dày sàn và s ố l ượng cáp. Trên c ơ s ở đó, ng ười k ỹ s ư thi ết k ế s ẽ l ựa ch ọn một ph ươ ng án t ối ưu nh ất theo các tiêu chu ẩn kinh t ế và k ỹ thu ật. KẾT LU ẬN VÀ KI ẾN NGH Ị I. NH ỮNG ĐÓNG GÓP M ỚI C ỦA LU ẬN ÁN 1. Xây d ựng được hàm công n ăng theo tiêu chí ki ểm soát v ết n ứt sàn cho thi ết kế sàn bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước s ử d ụng tiêu chu ẩn AS 3600-2009 v ới các thông s ố: ti ết di ện ngang c ủa cáp Ap ; mô đun đàn h ồi c ủa cáp Ep ; độ t ụt neo c ủa δ cáp trong quá trình kéo c ăng L ; thông s ố đặ c tr ưng cho thi công (t ỷ s ố gi ữa độ dãn ε dài th ực t ế và tính toán) L (m ục III.1). ε 2. Thi ết l ập được thông s ố đặ c tr ưng cho công tác thi công L trên c ơ s ở độ ∆ ∆ dãn dài thi ết k ế LLT và độ dãn dài th ực t ế LTT (m ục III.1.4). 3. Xây d ựng được ch ươ ng trình tính t ổn hao ứng su ất, ch ươ ng trình tính ứng su ất trong k ết c ấu sàn bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước (ph ụ l ục 6) và ch ươ ng trình tính độ tin c ậy c ủa k ết c ấu sàn bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước c ăng sau có bám dính (RPS) trên ngôn ng ữ l ập trình Python (ph ụ l ục 7). 4. Kh ảo sát b ằng s ố ảnh h ưởng c ủa các y ếu t ố ti ết di ện ngang c ủa cáp Ap ; mô δ đun đàn h ồi c ủa cáp Ep ; độ t ụt neo c ủa cáp trong quá trình kéo c ăng L ; thông s ố ε đặc tr ưng cho thi công L trên c ơ s ở các s ố li ệu thu th ập t ừ các phòng thí nghi ệm và công trình thi công ở Vi ệt Nam (ph ụ l ục 8). Đồ ng th ời c ũng kh ảo sát s ự ảnh hưởng các thông s ố khác đế n t ổn hao ứng su ất c ủa cáp nh ư: nhi ệt độ , độ ẩm môi tr ường; chùng ứng su ất c ơ b ản c ủa cáp; độ võng c ủa cáp để đưa ra nh ững đánh giá định l ượng. 5. Sử d ụng các ch ươ ng trình đã l ập đánh giá quan h ệ gi ữa giá thành và độ tin cậy c ủa công trình làm c ơ s ở để l ựa ch ọn thi ết k ế h ợp lý (m ục IV.3) 6. Từ k ết qu ả tính toán độ tin c ậy và đánh giá ảnh h ưởng c ủa các t ổn hao ứng su ất đã đư a ra được các ki ến ngh ị và khuy ến cáo v ề vi ệc l ựa ch ọn ứng su ất trong thi ết k ế, l ực kéo cáp và xét đến các ảnh h ưởng c ủa điều ki ện môi tr ường ph ục v ụ cho bài toán thi ết k ế, thi công và khai thác s ử d ụng công trình (m ục IV.2.3 đế n m ục IV.2.8). II. KI ẾN NGH Ị 1. Lu ận án có th ể được nghiên c ứu và phát tri ển theo h ướng đánh giá độ tin cậy c ủa bài toán thi ết k ế theo các điều ki ện khác nh ư độ võng cho phép, kh ả n ăng ch ịu c ắt, v.v 2. Các s ố li ệu v ề chùng ứng su ất c ơ b ản c ủa cáp; mô đun đàn h ồi, c ường độ của bê tông; v.v c ần được thu th ập thêm ph ục v ụ bài toán đánh giá độ tin c ậy có kể đế n s ự bi ến độ ng c ủa các thông s ố này. NCS. Nguy ễn Chí Hi ếu - Vi ện Khoa h ọc Công ngh ệ Xây d ựng Trang 24
27. DANH M ỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA H ỌC ĐÃ CÔNG B Ố [1] Nguy ễn Xuân Chính, Nguy ễn Chí Hi ếu. Đánh giá độ tin c ậy và tình tr ạng k ỹ thu ật c ủa k ết c ấu xây d ựng theo nh ững d ấu hi ệu m ặt ngoài công trình. T ạp chí KHCN Xây d ựng s ố 1/2012. [2] Nguy ễn Xuân Chính, Nguy ễn Chí Hi ếu. Đánh giá độ tin c ậy và tình tr ạng k ỹ thu ật của k ết c ấu xây d ựng theo nh ững d ấu hi ệu m ặt ngoài kết c ấu. T ạp chí KHCN Xây d ựng s ố 2/2012. [3] Nguy ễn Chí Hi ếu, Nguy ễn Xuân Chính. K ết c ấu bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước trong xây d ựng dân d ụng. Tuy ển t ập các báo cáo khoa h ọc - H ội ngh ị Khoa h ọc và Công ngh ệ ngành Xây d ựng giai đoạn 2001-2012. [4] Nguy ễn Chí Hi ếu. T ổn hao ứng su ất trong thi ết k ế sàn bê tông c ốt thép ứng lực tr ước c ăng sau. T ạp chí KHCN Xây d ựng s ố 3+4/2013. [5] Nguy ễn Chí Hi ếu, Nguy ễn Hoàng Anh, Lê V ăn T ư. Hi ệu qu ả ứng d ụng k ết c ấu sàn bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước c ăng sau bám dính trong xây d ựng dân dụng. Tuy ển t ập báo cáo - H ội ngh ị Khoa h ọc k ỷ ni ệm 50 n ăm ngày thành l ập - Vi ện KHCN Xây d ựng, 2013. [6] Nguy ễn Chí Hi ếu, Nguy ễn Hoàng Anh, Nguy ễn V ăn Vi ệt. M ột s ố v ấn đề c ần lưu ý trong thi công nghi ệm thu k ết c ấu sàn bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước căng sau có bám dính. Tuy ển t ập báo cáo - H ội ngh ị Khoa h ọc k ỷ ni ệm 50 năm ngày thành l ập - Vi ện KHCN Xây d ựng, 2013. [7] Nguy ễn Chí Hi ếu, Nguy ễn Xuân Chính. M ột s ố l ưu ý v ề thi ết k ế, thi công, nghi ệm thu, s ử d ụng và b ảo trì k ết c ấu bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước trong xây d ựng dân dụng. T ạp chí Xây d ựng s ố 3/2014. [8] Nguy ễn Chí Hi ếu. Ảnh h ưởng c ủa thi công đế n độ tin c ậy c ủa sàn bê tông c ốt thép ứng l ực tr ước. T ạp chí Kết c ấu và Công ngh ệ Xây d ựng s ố 14, I-2014.