Phân tích vết nứt do co ngót bê tông và nhiệt độ thay đổi trong các kết cấu cầu bê tông cốt thép phổ biến tại Việt Nam
Email:
nvhau@utc.edu.vn
Từ khóa:
nứt bê tông, kết cấu bê tông cốt thép, mô hình thanh chịu kéo, bề rộng vết nứt, tính bền của kết cấu bê tông, kiểm soát nứt
Tóm tắt
Hiện tượng nứt trong kết cấu bê tông cốt thép ở các bộ phận công trình cầu cống xảy ra phổ biến. Trong khi tiêu chuẩn thiết kế cầu Việt Nam hiện nay tuy cho phép vết nứt xuất hiện nhưng lại không định lượng về bề rộng vết nứt cho phép. Nội dung nghiên cứu này phân tích cơ cấu hình thành vết nứt theo mô hình thanh chịu kéo trong kết cấu bê tông cốt thép dưới tác động của tải trọng co ngót và nhiệt độ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mặc dù bố trí thép đảm bảo theo yêu cầu chống co ngót và nhiệt độ theo tiêu chuẩn thiết kế cầu hiện tại, hiện tượng nứt có thể dễ dàng xảy ra với kết cấu bê tông và bề rộng vết nứt lớn hơn bề rộng ở quy định hiện hành cho phép. Lý do chính là nếu việc kiểm soát nhiệt độ thi công bê tông không tốt. Việc bố trí thép có đường kính nhỏ sẽ làm giảm độ mở rộng vết nứt đáng kể hơn là thép đường kính lớn hơn mà có cùng hàm lượng thép. Việc bố trí nhiều thép có thể làm vết nứt có bề rộng nhỏ nhưng kết cấu lại dễ nứt hơn. Thời điểm vết nứt thường không xuất hiện ngay sau khi kết thúc bảo dưỡng mà sau đó khoảng từ vài ngày đến vài thángTài liệu tham khảo
[1]. M. Herbers, S. Marx, Experimental Investigations on the Load-Bearing Behavior of Monolithically Connected Bridge Piers, in : A. Ilki, D. Çavunt, Y. S. Çavunt (Eds.), Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient, Fib Symposium 2023, Lecture Notes in Civil Engineering, Vol 349. Springer, pp. 1325–1334. https://doi.org/10.1007/978-3-031-32519-9_134
[2]. M. M. Leonardo, V. Jaime, R. Fabián, Minimum longitudinal reinforcement in rectangular and flanged reinforced concrete walls, Structures, 55 (2023) 1342-1353. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.06.104
[3]. G. Guo, P. Yang, C. Wang, J. Zhang, Z. Zeng, Experimental study on the full-scale test of sidewalls in casting of concrete with magnesium anti-cracking agent, New Building Materials/Xinxing Jianzhu Cailiao, 6 (2023) 147-151.
[4]. P. B Bamfort, Early-age thermal crack control in concrete, CIRIA C660, London, 2007, Chapter 2, pp. 26.
[5]. American Assossiation of State Highway and Transportation Officials, AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. SI Units, 8th Edition (2017), Section 5, Concrete structures, C5.7.3.4, pp. 45, 2017.
[6]. Tiêu chuẩn quốc gia: Thiết kế cầu đường bộ, TCVN 11823:2017, Tập 5, 7.3.4, pp.46-47.
[7]. C.G. Berrocal, I. Fernandez, I. Löfgren, E. Nordström, R. Rempling, Strain and Temperature Monitoring in Early-Age Concrete by Distributed Optical Fiber Sensing, RILEM Bookseries, Springer, 43 (2023). https://doi.org/10.1007/978-3-031-33211-1_82
[8]. A. M. L. Machado, L. F. A. L. Babadopulos, A. E. B. Cabral, Casting plan for a mass concrete foundation of a high-rise building for avoiding DEF and shrinkage cracking, J Build Rehabil 8 (2023), 49. https://doi.org/10.1007/s41024-023-00294-2
[9]. J. Dahlberg, B. M. Phares, Z. Liu, Evaluation of the Performance of Expanded Polystyrene Block on the Reduction of the Deck Cracking in Wide Integral Abutment Bridge. Transportation Research Record, 2677 (2023) 700-712. https://doi.org/10.1177/03611981231160160
[10]. A. Abudushalamu, M. Ippei, V. Matthieu, Thermal Expansion of Cement Paste at Various Relative Humidities after Long-term Drying: Experiments and Modeling, Journal of Advanced Concrete Technology, 21 (2023) 151-165. https://doi.org/10.3151/jact.21.151
[11]. H. W. Park, J. H. Lee, J. H. Jeong, Finite Element Analysis of Continuously Reinforced Bonded Concrete Overlay Pavements Using the Concrete Damaged Plasticity Model. Sustainability, 15 (2023) 4809. https://doi.org/10.3390/su15064809
[12]. Z. Yating, R. Jeffery, D. Sachindra, Predicting transverse crack properties in continuously reinforced concrete pavement, Construction and Building Materials, 364 (2023) 129842. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129842.
[13]. P. Liu, Z. Xu, D. Zhang, C. Guo, B. Wang, Y. Liu, Research on application of crack control technology for mass concrete slab structure, New Building Materials/Xinxing Jianzhu Cailiao, 9 (2022) 35-43.
[14]. C. Chang, T. Huiqi, W. Tao, L. Jiyun, C. Zhao, L. Fuhai, S. Qian, L. Rui, Long-term shrinkage performance and anti-cracking technology of concrete under dry-cold environment with large temperature differences, Construction and Building Materials, 349 (2022) 128730. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128730.
[15]. L. Xiaoda, Y. Zhipeng, C. Kexin, D. Chunlin, Y. Fang, Investigation of temperature development and cracking control strategies of mass concrete: A field monitoring case study, Case Studies in Construction Materials, 18 (2023) 02144. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02144
[16]. M. Meyer, V. Z. Juandré, R. Combrinck, The influence of temperature on the cracking of plastic concrete, MATEC Web of Conferences; Les Ulis, 364 (2022). https://doi.org/10.1051/matecconf/202236402018
[17]. D. Shen, Cracking Resistance of Internally Cured Concrete Under Uniaxial Restrained Condition at Early-Age, in : Cracking Control on Early-Age Concrete Through Internal Curing, Springer, Singapore, (2023) 269-243. https://doi.org/10.1007/978-981-19-8398-6_6
[18]. D. Wen, Q. Li, S. Zeng, Y. Chang, Investigation of temperature crack control technology in the process of concrete pouring, New Building Materials / Xinxing Jianzhu Cailiao, 10 (2022) 55-58.
[19]. Joost Walraven, Agnieszka Bigaj-van Vliet, fib Model Code for Concrete Structures, Structural & Building Engineering, (2010).
[20]. P. Marti, M. Alvarez, W. Kaufmann, V. Sigrist, Tension Chord Model for Structural Concrete, Structural Engineering International, 8 (1998) 287–298, https://doi.org/10.2749/101686698780488875
[21]. R. I. Gilbert, Control of Flexural Cracking in Reinforced Concrete, ACI Structural Journal, 105-S29 (2008) 301-307.
[22]. V. H. Nguyen, Study of Rupture Mechanism in Concrete Girder Strengthened by External Fiber Reinforced Polymer Using Crack Analysis, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: Materials Science and Engineering, 869 (2020) 072069. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/869/7/072049
[23]. V. H. Nguyen, T. T. Bui, V. P. Pham, N. L. Nguyen, An experimental study and a proposed theoretical solution for the prediction of the ductile/brittle failure modes of reinforced concrete beams strengthened with external steel plates, Frattura ed Integrità Strutturale, 16 (2022) 198–213. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.61.13
[24]. Y. Hachem, E. Ezzedine, M. Dandachy, J. M. Khatib, Physical, Mechanical and Transfer Properties at the Steel-Concrete Interface: A Review, Buildings, 13 (2023) 886. https://doi.org/10.3390/buildings13040886
[25]. J. Nan, L. Yang, W. Da, L. Naiwei, Y. Feng, Investigation of Bond Behavior between Steel Bar and Concrete under Coupled Effect of Fatigue Loading and Corrosion, Journal of Materials in Civil Engineering, 35 (2023) 10. https://doi.org/10.1061/JMCEE7.MTENG-16113
[26]. W. Hao, L. Yuanpeng, H. Zhangli, L. Hua, Y. Ting, L. Jiaping, Influencing aspects and mechanisms of steel bar reinforcement on shrinkage and cracking of cement-based materials: A review, Journal of Building Engineering, 77 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107476.
[27]. M. Enzo, A. B. K. Eduardus, C. Antonio, A numerical recipe for modelling hydration and heat flow in hardening Concrete, Cement & Concrete Composites, 40 (2013) 48–58.
[28]. Trần Văn Miền, Nguyễn Lê Thi, Nghiên cứu đặc trưng nhiệt của bêtông sử dụng hàm lượng tro bay lớn, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, số 3+4/2013.
[29]. M. H. Lee, S. C. Young, S. K. Bae, D. Y. Hyun, Influence of Casting Temperature on the Heat of Hydration in Mass Concrete Foundation with Ternary Cements, Applied Mechanics and Materials, 525 (2014) 478-481.
[30]. Y. Sherif, L. Taha, H. Mohamed, H. Mohammad, Monitoring of strain induced by heat of hydration, cyclic and dynamic loads in concrete structures using fiber-optics sensors, Measurement 52 (2014) 33–46.
[31]. H. Guangdong, G. Changsheng, C. Ji, Thermal stress numerical simulation on concrete hydration heat of giant floor in deep foundation pit, Advanced Materials Research, 535-537 (2012) 1961-1964.
[32]. H. Shi, L. Yongjian, L. Yi, L. Jiang, Z. Ning, Numerical simulation investigation on hydration heat temperature and early cracking risk of concrete box girder in cold regions, Journal of Traffic and Transportation Engineering, 10 (2023) 697-720. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2023.05.002
[33]. P. W. Zou, Z. Fei, Z. Zhe, C. Zhuo, L. Yuliang, M. B. Zhong-Da, Effect of Steam Curing Scheme on the Early-Age Temperature Field of a Prefabricated Concrete T-Beam, (2023) 34. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4484851
[34]. Z. Xinping, B. Laurent, V. Matthieu, J. Zhengwu, Scaling of nanoscale elastic and tensile failure properties of cementitious calcium-silicate-hydrate materials at cryogenic temperatures: A molecular simulation study, Cement and Concrete Research, 172 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107242
[35]. H. Wu, J. Liu, Investigations of the Temperature Field and Cracking Risk in Early Age Massive Concrete in the Segment of a Box Girder Bridge. KSCE J Civ Eng, 27 (2023) 3971-3989. https://doi.org/10.1007/s12205-023-2050-4
[36]. Tiêu Chuẩn Quốc Gia, TCVN 9343:2012 kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - hướng dẫn công tác bảo trì, 2012.
[37]. Tiêu Chuẩn quốc gia, TCVN 5574:2012 về Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, 2012.
[38]. Bộ Giao Thông Vận Tải, Tiêu Chuẩn Ngành, 22TCN 18:1979 về quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn, 1979.
[39]. Bộ Giao Thông Vận Tải, Tiêu Chuẩn Ngành, 22TCN 272 :2005 Tiêu chuẩn thiết kế cầu, 2005.
[40]. Bộ Xây Dựng, Tiêu Chuẩn Xây Dựng Việt Nam, Bê tông khối lớn – Quy phạm thi công và nghiệm thu, TCXDVN 305-2004.
[2]. M. M. Leonardo, V. Jaime, R. Fabián, Minimum longitudinal reinforcement in rectangular and flanged reinforced concrete walls, Structures, 55 (2023) 1342-1353. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.06.104
[3]. G. Guo, P. Yang, C. Wang, J. Zhang, Z. Zeng, Experimental study on the full-scale test of sidewalls in casting of concrete with magnesium anti-cracking agent, New Building Materials/Xinxing Jianzhu Cailiao, 6 (2023) 147-151.
[4]. P. B Bamfort, Early-age thermal crack control in concrete, CIRIA C660, London, 2007, Chapter 2, pp. 26.
[5]. American Assossiation of State Highway and Transportation Officials, AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. SI Units, 8th Edition (2017), Section 5, Concrete structures, C5.7.3.4, pp. 45, 2017.
[6]. Tiêu chuẩn quốc gia: Thiết kế cầu đường bộ, TCVN 11823:2017, Tập 5, 7.3.4, pp.46-47.
[7]. C.G. Berrocal, I. Fernandez, I. Löfgren, E. Nordström, R. Rempling, Strain and Temperature Monitoring in Early-Age Concrete by Distributed Optical Fiber Sensing, RILEM Bookseries, Springer, 43 (2023). https://doi.org/10.1007/978-3-031-33211-1_82
[8]. A. M. L. Machado, L. F. A. L. Babadopulos, A. E. B. Cabral, Casting plan for a mass concrete foundation of a high-rise building for avoiding DEF and shrinkage cracking, J Build Rehabil 8 (2023), 49. https://doi.org/10.1007/s41024-023-00294-2
[9]. J. Dahlberg, B. M. Phares, Z. Liu, Evaluation of the Performance of Expanded Polystyrene Block on the Reduction of the Deck Cracking in Wide Integral Abutment Bridge. Transportation Research Record, 2677 (2023) 700-712. https://doi.org/10.1177/03611981231160160
[10]. A. Abudushalamu, M. Ippei, V. Matthieu, Thermal Expansion of Cement Paste at Various Relative Humidities after Long-term Drying: Experiments and Modeling, Journal of Advanced Concrete Technology, 21 (2023) 151-165. https://doi.org/10.3151/jact.21.151
[11]. H. W. Park, J. H. Lee, J. H. Jeong, Finite Element Analysis of Continuously Reinforced Bonded Concrete Overlay Pavements Using the Concrete Damaged Plasticity Model. Sustainability, 15 (2023) 4809. https://doi.org/10.3390/su15064809
[12]. Z. Yating, R. Jeffery, D. Sachindra, Predicting transverse crack properties in continuously reinforced concrete pavement, Construction and Building Materials, 364 (2023) 129842. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129842.
[13]. P. Liu, Z. Xu, D. Zhang, C. Guo, B. Wang, Y. Liu, Research on application of crack control technology for mass concrete slab structure, New Building Materials/Xinxing Jianzhu Cailiao, 9 (2022) 35-43.
[14]. C. Chang, T. Huiqi, W. Tao, L. Jiyun, C. Zhao, L. Fuhai, S. Qian, L. Rui, Long-term shrinkage performance and anti-cracking technology of concrete under dry-cold environment with large temperature differences, Construction and Building Materials, 349 (2022) 128730. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128730.
[15]. L. Xiaoda, Y. Zhipeng, C. Kexin, D. Chunlin, Y. Fang, Investigation of temperature development and cracking control strategies of mass concrete: A field monitoring case study, Case Studies in Construction Materials, 18 (2023) 02144. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02144
[16]. M. Meyer, V. Z. Juandré, R. Combrinck, The influence of temperature on the cracking of plastic concrete, MATEC Web of Conferences; Les Ulis, 364 (2022). https://doi.org/10.1051/matecconf/202236402018
[17]. D. Shen, Cracking Resistance of Internally Cured Concrete Under Uniaxial Restrained Condition at Early-Age, in : Cracking Control on Early-Age Concrete Through Internal Curing, Springer, Singapore, (2023) 269-243. https://doi.org/10.1007/978-981-19-8398-6_6
[18]. D. Wen, Q. Li, S. Zeng, Y. Chang, Investigation of temperature crack control technology in the process of concrete pouring, New Building Materials / Xinxing Jianzhu Cailiao, 10 (2022) 55-58.
[19]. Joost Walraven, Agnieszka Bigaj-van Vliet, fib Model Code for Concrete Structures, Structural & Building Engineering, (2010).
[20]. P. Marti, M. Alvarez, W. Kaufmann, V. Sigrist, Tension Chord Model for Structural Concrete, Structural Engineering International, 8 (1998) 287–298, https://doi.org/10.2749/101686698780488875
[21]. R. I. Gilbert, Control of Flexural Cracking in Reinforced Concrete, ACI Structural Journal, 105-S29 (2008) 301-307.
[22]. V. H. Nguyen, Study of Rupture Mechanism in Concrete Girder Strengthened by External Fiber Reinforced Polymer Using Crack Analysis, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: Materials Science and Engineering, 869 (2020) 072069. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/869/7/072049
[23]. V. H. Nguyen, T. T. Bui, V. P. Pham, N. L. Nguyen, An experimental study and a proposed theoretical solution for the prediction of the ductile/brittle failure modes of reinforced concrete beams strengthened with external steel plates, Frattura ed Integrità Strutturale, 16 (2022) 198–213. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.61.13
[24]. Y. Hachem, E. Ezzedine, M. Dandachy, J. M. Khatib, Physical, Mechanical and Transfer Properties at the Steel-Concrete Interface: A Review, Buildings, 13 (2023) 886. https://doi.org/10.3390/buildings13040886
[25]. J. Nan, L. Yang, W. Da, L. Naiwei, Y. Feng, Investigation of Bond Behavior between Steel Bar and Concrete under Coupled Effect of Fatigue Loading and Corrosion, Journal of Materials in Civil Engineering, 35 (2023) 10. https://doi.org/10.1061/JMCEE7.MTENG-16113
[26]. W. Hao, L. Yuanpeng, H. Zhangli, L. Hua, Y. Ting, L. Jiaping, Influencing aspects and mechanisms of steel bar reinforcement on shrinkage and cracking of cement-based materials: A review, Journal of Building Engineering, 77 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107476.
[27]. M. Enzo, A. B. K. Eduardus, C. Antonio, A numerical recipe for modelling hydration and heat flow in hardening Concrete, Cement & Concrete Composites, 40 (2013) 48–58.
[28]. Trần Văn Miền, Nguyễn Lê Thi, Nghiên cứu đặc trưng nhiệt của bêtông sử dụng hàm lượng tro bay lớn, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, số 3+4/2013.
[29]. M. H. Lee, S. C. Young, S. K. Bae, D. Y. Hyun, Influence of Casting Temperature on the Heat of Hydration in Mass Concrete Foundation with Ternary Cements, Applied Mechanics and Materials, 525 (2014) 478-481.
[30]. Y. Sherif, L. Taha, H. Mohamed, H. Mohammad, Monitoring of strain induced by heat of hydration, cyclic and dynamic loads in concrete structures using fiber-optics sensors, Measurement 52 (2014) 33–46.
[31]. H. Guangdong, G. Changsheng, C. Ji, Thermal stress numerical simulation on concrete hydration heat of giant floor in deep foundation pit, Advanced Materials Research, 535-537 (2012) 1961-1964.
[32]. H. Shi, L. Yongjian, L. Yi, L. Jiang, Z. Ning, Numerical simulation investigation on hydration heat temperature and early cracking risk of concrete box girder in cold regions, Journal of Traffic and Transportation Engineering, 10 (2023) 697-720. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2023.05.002
[33]. P. W. Zou, Z. Fei, Z. Zhe, C. Zhuo, L. Yuliang, M. B. Zhong-Da, Effect of Steam Curing Scheme on the Early-Age Temperature Field of a Prefabricated Concrete T-Beam, (2023) 34. http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4484851
[34]. Z. Xinping, B. Laurent, V. Matthieu, J. Zhengwu, Scaling of nanoscale elastic and tensile failure properties of cementitious calcium-silicate-hydrate materials at cryogenic temperatures: A molecular simulation study, Cement and Concrete Research, 172 (2023). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2023.107242
[35]. H. Wu, J. Liu, Investigations of the Temperature Field and Cracking Risk in Early Age Massive Concrete in the Segment of a Box Girder Bridge. KSCE J Civ Eng, 27 (2023) 3971-3989. https://doi.org/10.1007/s12205-023-2050-4
[36]. Tiêu Chuẩn Quốc Gia, TCVN 9343:2012 kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - hướng dẫn công tác bảo trì, 2012.
[37]. Tiêu Chuẩn quốc gia, TCVN 5574:2012 về Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế, 2012.
[38]. Bộ Giao Thông Vận Tải, Tiêu Chuẩn Ngành, 22TCN 18:1979 về quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn, 1979.
[39]. Bộ Giao Thông Vận Tải, Tiêu Chuẩn Ngành, 22TCN 272 :2005 Tiêu chuẩn thiết kế cầu, 2005.
[40]. Bộ Xây Dựng, Tiêu Chuẩn Xây Dựng Việt Nam, Bê tông khối lớn – Quy phạm thi công và nghiệm thu, TCXDVN 305-2004.
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
14/05/2023
Nhận bài sửa
11/08/2023
Chấp nhận đăng
30/08/2023
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Nguyễn Văn, H. (1). Phân tích vết nứt do co ngót bê tông và nhiệt độ thay đổi trong các kết cấu cầu bê tông cốt thép phổ biến tại Việt Nam. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 74(9), 1048-1062. https://doi.org/10.47869/tcsj.74.9.3
Số lần xem tóm tắt
90
Số lần xem bài báo
43
