Luận án tiến sĩ nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu lực nén lệch tâm của cột bê tông cốt thép sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện hongsa chdcnd lào

Luận án tiến sĩ nghiên cứu khả năng chịu lực nén lệch tâm của cột bê tông cốt thép sử dụng tro bay từ nhà máy nhiệt điện Hồng Sa, Lào.

• Tác giả: Vongchith Sykhampha
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Trường Thắng
• Trường học: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu thực nghiệm khả năng chịu lực nén lệch tâm của cột bê tông cốt thép sử dụng tro bay từ nhà máy nhiệt điện Hongsa Lào
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng nghiên cứu
• 0.4. Phạm vi nghiên cứu
• 0.5. Cơ sở khoa học của luận án
• 0.6. Phương pháp nghiên cứu
• 0.7. Những đóng góp mới của luận án
• 0.8. Nội dung và cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRO BAY, BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO BAY VÀ ỨNG DỤNG CHO CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP
• 1.1. Một số vật liệu được sử dụng làm chất kết dính trong bê tông. Xi măng poóc lăng
• 1.2. Sử dụng tro bay trong sản xuất bê tông
• 1.3. Kết cấu bê tông cốt thép sử dụng bê tông tro bay
• 1.4. Cấu kiện BTCT chịu nén lệch tâm
• 1.5. Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo để dự báo tính chất cơ lý của bê tông
• 1.6. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO BAY L-FA
• 2.1. Vật liệu chế tạo hỗn hợp bê tông
• 2.2. Xi măng poóc lăng
• 2.3. Cốt liệu nhỏ. Cốt liệu lớn
• 2.4. Chế tạo bê tông sử dụng L-FA
• 2.5. Nguyên tắc xác định các cấp phối bê tông
• 2.6. Trình tự chế tạo và đúc mẫu bê tông
• 2.7. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bê tông sử dụng L-FA
• 2.7.1. Khối lượng thể tích
• 2.7.2. Cường độ chịu nén
• 2.7.3. Cường độ chịu kéo khi ép chẻ
• 2.7.4. Quan hệ ứng suất - biến dạng
• 2.8. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần cấp phối tới tính chất cơ lý của bê tông tro bay dựa trên mô hình mạng nơ-ron nhân tạo (ANN)
• 2.8.1. Các mô hình mạng nơ-ron nhân tạo được sử dụng
• 2.8.2. Dự báo cường độ chịu nén của bê tông tro bay bằng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo DNN và BNN
• 2.8.3. Dự báo đường cong ứng suất - biến dạng của bê tông tro bay bằng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo DNN và BNN
• 2.9. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TRO BAY L-FA
• 3.1. Phương pháp tính toán sử dụng mô hình biến dạng phi tuyến
• 3.2. Nguyên tắc phân tích khả năng chịu lực của cột BTCT
• 3.3. Mô hình biến dạng phi tuyến của bê tông OPC theo TCVN 5574:2018
• 3.4. Đề xuất mô hình biến dạng phi tuyến của bê tông sử dụng 20% L-FA/OPC
• 3.5. Mô hình biến dạng phi tuyến của cốt thép
• 3.6. Phương pháp phân tích tiết diện thẳng góc của cột BTCT
• 3.7. Phương pháp xây dựng mặt tương tác của cột BTCT tiết diện chữ nhật
• 3.8. Phương pháp kiểm tra hệ số dự báo kp
• 3.9. Kiểm chứng phương pháp đề xuất với cột BTCT sử dụng bê tông OPC
• 3.10. Nghiên cứu thực nghiệm trên cột BTCT sử dụng L-FA
• 3.10.1. Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm
• 3.10.2. Thiết kế mẫu thí nghiệm
• 3.10.3. Chế tạo mẫu thí nghiệm
• 3.10.4. Xác định cường độ của viên mẫu bê tông sử dụng L-FA
• 3.10.5. Xác định khả năng chịu nén lệch tâm của cột BTCT sử dụng L-FA
• 3.10.6. Kết quả thí nghiệm. Kiểm chứng phương pháp đề xuất với cột BTCT sử dụng L-FA
• 3.10.7. Khảo sát ảnh hưởng của độ lệch tâm e1 tới khả năng chịu lực của cột BTCT sử dụng bê tông L-FA dựa trên phương pháp học máy
• 3.10.7.1. Mô hình Quá trình hồi quy Gauss (GPR)
• 3.10.7.2. Dữ liệu thực nghiệm sử dụng để huấn luyện mô hình hồi quy GPR
• 3.10.7.3. Phân tích và đánh giá
• 3.11. Kết luận Chương 3
• DANH MỤC BÀI BÁO VÀ CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 2
• PHỤ LỤC 3
• PHỤ LỤC 4

Tóm tắt

I. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm là trọng tâm của luận án, tập trung vào việc đánh giá khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép sử dụng tro bay từ nhà máy nhiệt điện Hongsa Lào. Các thí nghiệm được thiết kế để xác định các đặc tính cơ lý của bê tông tro bay, bao gồm cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, và mối quan hệ ứng suất - biến dạng. Kết quả thí nghiệm cho thấy tro bay có khả năng cải thiện đáng kể tính chất cơ học của bê tông, đặc biệt là trong điều kiện chịu lực nén lệch tâm.

1.1. Phương pháp thí nghiệm

Phương pháp thí nghiệm bao gồm việc chế tạo mẫu bê tông sử dụng tro bay từ nhà máy nhiệt điện Hongsa Lào, sau đó tiến hành các thí nghiệm cơ học như nén, kéo, và đo biến dạng. Các mẫu thí nghiệm được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Các thí nghiệm này nhằm xác định tính chất cơ học của bê tông tro bay và so sánh với bê tông thông thường.

1.2. Kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy bê tông cốt thép sử dụng tro bay có cường độ chịu nén cao hơn so với bê tông thông thường, đặc biệt ở tuổi 28 ngày. Đồng thời, tro bay cũng cải thiện khả năng chịu kéo và độ bền của bê tông. Các kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng của tro bay trong kỹ thuật xây dựng và công nghệ xây dựng hiện đại.

II. Khả năng chịu lực nén lệch tâm

Khả năng chịu lực nén lệch tâm của cột bê tông cốt thép là một trong những yếu tố quan trọng được nghiên cứu trong luận án. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá khả năng chịu tải của cột dưới tác dụng của lực nén lệch tâm, với các mức độ lệch tâm khác nhau. Kết quả cho thấy bê tông cốt thép sử dụng tro bay có khả năng chịu lực tốt hơn so với bê tông thông thường, đặc biệt trong điều kiện lực nén lệch tâm lớn.

2.1. Mô hình tính toán

Mô hình tính toán được đề xuất dựa trên các thí nghiệm thực tế, sử dụng phương pháp phân tích phi tuyến để dự đoán khả năng chịu lực của cột. Mô hình này được kiểm chứng bằng các kết quả thí nghiệm, cho thấy độ chính xác cao trong việc dự đoán khả năng chịu lực của cột bê tông cốt thép sử dụng tro bay.

2.2. Ứng dụng thực tế

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thiết kế các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình chịu tải trọng lớn như cầu, đập, và nhà cao tầng. Việc sử dụng tro bay không chỉ cải thiện tính chất cơ học của bê tông mà còn góp phần giảm thiểu tác động môi trường từ các nhà máy nhiệt điện.

III. Ứng dụng tro bay trong xây dựng

Ứng dụng tro bay trong vật liệu xây dựng là một trong những đóng góp quan trọng của luận án. Tro bay từ nhà máy nhiệt điện Hongsa Lào được sử dụng như một phụ gia trong sản xuất bê tông, giúp cải thiện tính chất cơ học và độ bền của bê tông. Nghiên cứu này cũng đề xuất các phương pháp tối ưu hóa việc sử dụng tro bay trong kết cấu xây dựng.

3.1. Tính chất cơ học của bê tông tro bay

Các thí nghiệm cho thấy bê tông cốt thép sử dụng tro bay có cường độ chịu nén và chịu kéo cao hơn so với bê tông thông thường. Đồng thời, tro bay cũng cải thiện độ bền và khả năng chống nứt của bê tông, đặc biệt trong điều kiện khắc nghiệt.

3.2. Lợi ích môi trường

Việc sử dụng tro bay trong vật liệu xây dựng không chỉ cải thiện tính chất cơ học của bê tông mà còn góp phần giảm thiểu lượng chất thải từ các nhà máy nhiệt điện. Điều này mang lại lợi ích kép về kinh tế và môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững trong kỹ thuật xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 .39 v XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG TRO BAY L-FA…. Vật liệu chế tạo hỗn hợp bê tông. Xi măng poóc lăng. Cốt liệu nhỏ.

Cốt liệu lớn. Chế tạo bê tông sử dụng L-FA. Nguyên tắc xác định các cấp phối bê tông. Trình tự chế tạo và đúc mẫu bê tông.

Chuẩn bị mẫu thí nghiệm. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bê tông sử dụng L-FA. Khối lượng thể tích. Cường độ chịu nén.

Cường độ chịu kéo khi ép chẻ. Quan hệ ứng suất - biến dạng. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần cấp phối tới tính chất cơ lý của bê tông tro bay dựa trên mô hình mạng nơ-ron nhân tạo (ANN). Các mô hình mạng nơ-ron nhân tạo được sử dụng.

Dự báo cường độ chịu nén của bê tông tro bay bằng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo DNN và BNN. Dự báo đường cong ứng suất - biến dạng của bê tông tro bay bằng mô hình mạng nơ-ron nhân tạo DNN và BNN. Kết luận Chương 2 .81 vi XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG TRO BAY L-FA. Phương pháp tính toán sử dụng mô hình biến dạng phi tuyến.

Nguyên tắc phân tích khả năng chịu lực của cột BTCT. Mô hình biến dạng phi tuyến của bê tông OPC theo TCVN 5574:2018. Đề xuất mô hình biến dạng phi tuyến của bê tông sử dụng 20% L- FA/OPC…. Mô hình biến dạng phi tuyến của cốt thép.

Phương pháp phân tích tiết diện thẳng góc của cột BTCT. Phương pháp xây dựng mặt tương tác của cột BTCT tiết diện chữ nhật 88 3. Phương pháp kiểm tra hệ số dự báo kp. Kiểm chứng phương pháp đề xuất với cột BTCT sử dụng bê tông OPC.

Nghiên cứu thực nghiệm trên cột BTCT sử dụng L-FA. Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm. Thiết kế mẫu thí nghiệm. Chế tạo mẫu thí nghiệm.

Xác định cường độ của viên mẫu bê tông sử dụng L-FA. Xác định khả năng chịu nén lệch tâm của cột BTCT sử dụng L-FA. Kết quả thí nghiệm. Kiểm chứng phương pháp đề xuất với cột BTCT sử dụng L-FA.

Khảo sát ảnh hưởng của độ lệch tâm e1 tới khả năng chịu lực của cột BTCT sử dụng bê tông L-FA dựa trên phương pháp học máy. Mô hình Quá trình hồi quy Gauss (GPR). Dữ liệu thực nghiệm sử dụng để huấn luyện mô hình hồi quy GPR. Phân tích và đánh giá.

Kết luận Chương 3 .130 DANH MỤC BÀI BÁO VÀ CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ .133 vii TÀI LIỆU THAM KHẢO .PL1-1 PHỤ LỤC 2 .PL2-1 PHỤ LỤC 3 .PL3-1 PHỤ LỤC 4 .PL4-1 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ cái Latinh viết hoa Kí hiệu Diễn giải Tiêu chuẩn tham chiếu A Diện tích tiết diện ngang của mẫu thử ACI Viện Bê tông Hoa kỳ ACI 318-19 hoặc Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông của ACI 318 Viện Bê tông Hoa kỳ AI Trí tuệ nhân tạo (Artificial intelligence) ANN Mạng nơ-ron nhân tạo (Artificial neural network) ASEAN Đông Nam Á As Điện tích tiết diện tính toán của cốt thép chịu kéo A’s Điện tích tiết diện tính toán của cốt thép chịu nén Ast Điện tích tiết diện ngang của mẫu thử ASTM C618-12a Đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn cho tro bay hoặc ASTM C618 than và Pozzolan tự nhiên thô hoặc nung để sử dụng trong bê tông của Hoa Kỳ BNN Mạng nơ-ron Bayesian (Bayesian neural network) BT Bê tông BTCT Bê tông cốt thép CHDCND Lào Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào C-FA Tro bay loại C ASTM C618 CI Khoảng tin cậy (confidence interval) CKD Chất kết dính COV Hệ số biến động TCVN 5574: 2018 CSA Theo tiêu chuẩn Canada ix D Độ cứng của cấu kiện ở trạng thái giới TCVN 5574: 2018 hạn về độ bền D Đường kính đáy mẫu trụ TCVN 8862:2011 DNN Mạng nơ-ron Dropout E Mô đun đàn hồi bê tông ASTM C 469 E0 Mô đun đàn hồi bê tông TCVN 5726:1993 Eb Mô đun đàn hồi bê tông TCVN 5574:2018 E’b Mô đun biến dạng của bê tông sử dụng L- FA EC2 Tiêu chuẩn thiết kế kết bê tông cốt thép của Chau Âu Ec Mô đun đàn hồi trung bình của BT ACI 318 Ecm Mô đun đàn hồi trung bình của BT EC2 Es Mô đun đàn hồi của cốt thép FA Tro bay FAC Bê tông tro bay (Fly ash in concrete) F-FA Tro bay loại F ASTM C618 GPR Qúa trình hồi quy Gauss (Gaussian Process Regression) H chiều cao của mẫu trụ TCVN 8862:2011 HVFAC Tro bay khối lượng lớn trong bê tông KL Sai số Kullback-Leiber L0 Chiều dài tính toán của cấu kiện L Lớp của mạng L-FA Tro bay nhà máy nhiệt điện Hongsa ở CHDCND Lào LS 442-2019 Tiêu chuẩn tro bay than dùng cho bê của CHDCND Lào LVDT Dụng cụ đo chuyển vị M Mô men uốn Mđl Mô đun độ lớn của vật liệu MHT Mẫu thử bê tông hình trụ ML học máy (Machine Learning) x MLT Mẫu thử bê tông hình lập phương MH2ĐT Mô hình vật liệu phi tuyến hai đoạn thẳng TCVN 5574:2018 MH3ĐT Mô hình vật liệu phi tuyến ba đoạn thẳng TCVN 5574:2018 Mx Mô men uốn theo trục x My Mô men uốn theo trục y N Lực tác dụng dọc TCVN 5574:2018 N Khối lượng nước TCVN 5574:2018 N Số lượng dữ liệu huấn luyện của mạng nơ-ron Nph Tải trọng phá hoại N-FA Tro bay loại N ASTM C618 Nnt Giá trị lực dọc phá hoại thu được từ thí nghiệm Nph Tải trọng phá hoại OPC Xi măng poóc lăng Pph Tải trọng khi phá hoại mẫu trụ Rb Cường độ chịu nén tính toán của bê tông R’b Cường độ chịu nén tính toán của bê tông sử dụng L-FA Rbk Cường độ kéo khi ép chẻ của bê tông TCVN 8862:2011 RbkTB Cường độ kéo trung bình khi ép chẻ của TCVN 8862:2011 bê tông ReH Cường độ giới hạn chảy của cốt thép theo thực nghiệm ReHTB Cường độ giới hạn chảy của cốt thép trung bình theo thực nghiệm Rm Cường độ giới hạn bền kéo của cốt thép theo thực nghiệm Rn Cường độ chịu nén của bê tông TCVN 3118:1993 RnTB Cường độ chịu nén trung bình của bê TCVN 3118:1993 tông Rs Cường độ chịu kéo tính toán của cốt thép As xi R’s Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép A’s Rlt Cường độ chịu nén của mẫu trụ S1 Ứng suất ban đầu theo ε = 0,000050 ASTM C 469 S2 Ứng suất tại 40%fc’ ASTM C 469 V Thể tích của viên mẫu Chữ cái Latinh viết thường Kí hiệu Diễn giải Tiêu chuẩn tham chiếu a Khoảng cách từ mép bê tông chịu kéo ACI 318 đến trọng tâm tiết diện cốt thép chịu kéo a' Khoảng cách từ mép bê tông chịu nén đến trọng tâm tiết diện cốt thép chịu nén b Bề rộng thiết diện ngang của cột TCVN 5574:2018, ACI 318, EC2 e Khoảng cách từ điểm đặt lực dọc N e0 Độ lệch tâm ban đầu của lực dọc N e1 Độ lệch tâm tĩnh học ea Độ lệch tâm ngẫu nhiên ex Độ lệch tâm ban đầu của lực dọc N theo trục x ey Độ lệch tâm ban đầu của lực dọc N theo trục y fc' Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông ACI 318 fcm Cường độ chịu nén trung bình của bê EC2 tông fctm Cường độ chịu nén của bê tông mẫu trụ trung bình fy Giới hạn chảy của cốt thép ACI 318, EC2 fy Cường độ đặc trưng của cốt thép TCVN 5574:2018 h Chiều cao tiết diện ngang của của cột ACI 318, EC2, TCVN 5574:2018 h0 Chiều cao làm việc của bê tông 𝑗 Nút của mạng xii kE Hệ số giảm cường độ chịu nén của bê tông tro bay trong MH3ĐT do ảnh hưởng của mô đun đàn hồi kp Hệ số dự báo kη Hệ số so sánh giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm m khối lượng của viên mẫu ở trạng thái cần thử 𝑙 Số lớp của mạng nơ-ron nhân tạo 𝑟𝑗𝑙 Biến nhị phân của mạng nơ-ron nhân tạo x Chiều cao của vùng nén bê tông TCVN 5574:2018 xi Dữ liệu đầu vào của mạng nơ-ron nhân tạo xij Số lượng đơn vị cơ bản (perceptron) khác nhau của mạng nơ-ron nhân tạo y Kết quả đầu ra của mạng nơ-ron nhân tạo Chữ cái Hy lạp Kí hiệu Diễn giải Tiêu chuẩn tham chiếu Δ Chuyển vị ngang ở giữa cột εb Biến dạng của bê tông η Hệ số uốn dọc TCVN 5574:2018 ηtn Hệ số uốn dọc thực nghiệm γ Khối lượng thể tích của vật liệu γL-FA Hệ số giảm cường độ chịu nén của bê tông sử dụng L-FA ρ Khối lượng riêng của vật liệu σb Ứng suất trong bê tông σs Ứng suất trong cốt thép ξ Tỷ lệ giữa chiều cao vùng nén/chiều cao TCVN 5574:2018 làm (x/h0) ξR Hệ số giới hạn chiều cao vùng nén TCVN 5574:2018 xiii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thành phần hóa học của xi măng poóc lăng. Một số thành phần khoáng và tính chất cơ lý của xi măng poóc lăng [151]. Tính chất hóa học của tro bay theo yêu cầu ASTM C618 [74,150].

Yêu cầu hàm lượng CaO theo tiêu chuẩn Canada (CSA A3000-03) [86]14 Bảng 1. Các yêu cầu khác giữa ASTM C618 và AASHTO M295 [100]. Tính chất hóa học của tro bay theo yêu cầu LS 442-2019 [120]. Tính chất hóa học của tro bay theo yêu cầu TCVN 10302:2014 [46].

Thành phần hóa học của tro bay L-FA. Thành phần hóa học của tro bay Lào và các nước trong khu vực. Khối lượng riêng tro bay của Lào và các nước trong khu vực. Giá trị khối lượng riêng cao nhất trong năm của tro bay.

Tỷ lệ sản xuất và sử dụng tro bay toàn cầu năm 2008 [84]. Lượng nước có thể giảm cho bê tông sử dụng tro bay [150]. Thành phần khoáng và tính chất cơ lý của L-FA. Tính chất cơ lý của cát.

Đặc tính của cát thiên nhiên Lào so sánh với Việt Nam. Tính chất cơ lý của đá dăm. Đặc tính của đá dăm Lào so sánh với Việt Nam. Thành phần cấp phối bê tông.

Kết quả thí nghiệm khối lượng thể tích của bê tông và bê tông L-FA. Kết quả tính toán khối lượng thể tích của bê tông và bê tông L-FA. Khối lượng thể tích và lượng nước hao hụt của bê tông và bê tông L-FA do chất kết dính và nước đã phản ứng thủy hóa. Kết quả cường độ chịu nén của bê tông và bê tông L-FA - mẫu trụ.

Cường độ chịu nén của bê tông và bê tông L-FA - mẫu lập phương. Tỷ lệ cường độ chịu nén (RMHT/RMLP). Chỉ số hoạt tính pozzolan của các cấp phối bê tông L-FA. Kết quả cường độ chịu kéo .