Nghiên cứu mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trong dầm cầu bê tông cốt thép có mặt cắt dạng hộp ở giai đoạn khai thác

  • Ngô Đăng Quang

    Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • Nguyễn Huy Cường

    Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • Mai Đình Lộc

    Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • Đinh Hữu Tài

    Khoa Kỹ thuật xây dựng, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • Lê Minh Cảnh

    Khoa Công trình, Phân hiệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 450-451 Lê Văn Việt, thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam
Email: nguyenhuycuong@utc.edu.vn
Từ khóa: quan trắc, mô phỏng, biến thiên nhiệt độ, bức xạ mặt trời, dầm hộp, bê tông cốt thép

Tóm tắt

Tác động của nhiệt độ là một trong những nguyên nhân gây ra nứt cho công trình cầu bê tông, đặc biệt là do ảnh hưởng từ bức xạ mặt trời. Bài báo trình bày kết quả mô phỏng xác định sự phân bố nhiệt độ trong dầm cầu bê tông cốt thép có mặt cắt dạng hộp trong giai đoạn khai thác. Việc mô phỏng được thực hiện theo hai bước là (a) mô phỏng đối chứng với số liệu quan trắc nhằm kiểm tra, hiệu chỉnh mô hình tính và (b) mô phỏng dự đoán với một số kịch bản thời tiết cực đoan với số liệu cơ bản được lấy từ Quy chuẩn xây dựng. Trong nghiên cứu mô phỏng này, bức xạ mặt trời được tính toán ở mức độ chi tiết nhất dựa trên các công bố gần đây với việc xem xét tác động của tán xạ quanh mặt trời theo đúng quỹ đạo của mặt trời. Các kết quả mô phỏng đều phản ánh đúng số liệu quan trắc và phù hợp với các công bố của nhiều tác giả trên thế giới. Các số liệu mô tả gradient nhiệt cho mặt cắt dạng hộp thu được từ kết quả mô phỏng có một số khác biệt so với mô hình gradient nhiệt của tiêu chuẩn thiết kế cầu, đặc biệt là ở mô hình gradient nhiệt âm và gradient nhiệt theo phương ngang trên thành dầm

Tài liệu tham khảo

[1]. R. A. Imbsen, R. A. Vandershaf, Thermal Effects in Concrete Bridge Superstructure, NCHRP Report 276, 1985.
[2]. J. Hejnic, Effect of temperature changes on prestressed concrete bridges, 7th F.I.P. Congress, New York, 1974.
[3]. S. R. Abid, N. Tayşi, M. Ozakça, Experimental analysis of temperature gradients in concrete box-girders, Construction and Building Materials, 106 (2022) 523-532. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.144
[4]. Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Giao thông vận tải, TCVN 11823 - 3:2017, 2017.
[5]. Ngô Đăng Quang, Nguyễn Huy Cường, Mai Đình Lộc, Đinh Hữu Tài, Lê Minh Cảnh, Quan trắc sự biến thiên nhiệt độ và mô phỏng ảnh hưởng của chúng đến sự phân bố ứng suất trong một số cầu dầm hộp bê tông cốt thép ở giai đoạn khai thác. Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, 73 (2022) 253-267. https://doi.org/10.47869/tcsj.73.3.4.
[6]. J. Liu, Y. J. Liu, G. L. Liu, N. Zhang, Measurement and simulation of temperature field of concrete box girder in northwest severely cold area, Journal of Highway and Transportation Research and Development, 12 (2018) 37-45. https://doi.org/10.1061/JHTRCQ.0000638.
[7]. X.W. Sheng, T. Zhou, S. Huang, C. Cai, T. Shi, Prediction of vertical temperature gradient on concrete box-girder considering different locations in China, Case Studies in Construction Materials, 16 (2022) e01026. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01026
[8]. COMSOL Inc, COMSOL Multiphysics Reference Manual, version 6.0, www.comsol.com.
[9]. J. A. Duffie, W. A. Beckman, Solar engineering of thermal processes, John Wiley & Sons, 2013.
[10]. M. M. Elbadry, A. Ghali, Temperature variations in concrete bridges, Journal of structural engineering, 109 (1983) 2355-2374. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1983)109:10(2355)
[11]. Y. Lu, D. Li, K. Wang, S. Jia, Study on solar radiation and the extreme thermal effect on concrete box girder bridges, applied sciences, 11 (2021) 6332. https://doi.org/10.3390/app11146332
[12]. N. Tayşi, S. Abid, Temperature distributions and variations in concrete box-girder bridges: experimental and finite element parametric studies, Advances in Structural Engineering, 18 (2015) 469-486. https://doi.org/10.1260/1369-4332.18.4.469.
[13]. W H. Dilger, A. Ghali, M. Chan, M. S. Cheung, M. A. Maes, Memperature stresses in composite box girder bridges, Journal of Structural Engineering, 109 (1983) 1460-1478.
[14]. A. M. Ibrahim, Three-dimensional thermal analysis of curved concrete box girder bridges, Master thesis, Concordia University, 1995.
[15]. Aviation Weather Center, Weather database, https://aviationweather.gov/ (truy cập ngày 15 tháng 7 năm 2022).
[16]. COMSOL Inc, Sun's radiation effect on two coolers placed under a parasol, https://comsol.com/model/sun-s-radiation-effect-on-two-coolers-placed-under-a-parasol-12825 (truy cập ngày 15 tháng 7 năm 2022).
[17]. P. Pan, S. Wu, X. Hu, Gang Liu, B. Li, Effect of material composition and environmental condition on thermal characteristics of conductive asphalt concrete, Material 10 (2017) 218. https://doi.org/10.3390/ma10030218.
[18]. C. L. R. Wollman, J. E. Breen, J. Cawrse, Measurements of thermal gradients and their effects on segmental concrete bridge, Journal of Bridge Engineering, 7 (2002) 166-174. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0702(2002)7:3(166)
[19]. Bộ Xây dựng, QCVN 02:2021/BXD, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, 2021.
[20]. B. Gu, Z. J. Chen, X.D. Chen, Temperature gradients in concrete box girder bridge under effect of cold wave, Journal of Central South University, 21 (2014) 1227-1241. https://doi.org/10.1007/s11771¬014¬2057¬6.
[21]. Cập nhật số liệu khảo sát cường độ bức xạ mặt trời ở Việt Nam, Tạp chí Năng lượng Việt Nam (https://nangluongvietnam.vn).
[22]. S. R. Abid, M. Özakça, Temperature records in concrete box-girder segment subjected to solar radiation and air temperature changes, Materials science and engineering, 870 (2020) 012074, https://doi.org/10.1088/1757-899X/870/1/012074
[23]. NDOT Research Report, Thermal gradients in the southwestern united states and the effect on bridge bearing loads, Report No. 224-14-803, May 2017.

Tải xuống

Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
25/08/2022
Nhận bài sửa
28/09/2022
Chấp nhận đăng
01/10/2022
Xuất bản
15/10/2022
Chuyên mục
Công trình khoa học