CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC I. Nghiên cứu ngoài nước Các nghiên cứu về ĐTC của kết cấu BTCT ƯLT ở nước ngoài chủ yếu tập trung nhiều trong lĩnh vực giao thông (cầu), ngoài ra một số nghiên cứu cho lò phản ứng hạt nhân, các bể chứa, silo, v. Đối với với kết cấu sàn BTCT ƯLT, cũng đã có những nghiên cứu về ĐTC, trong đó có một số công trình nghiên cứu về ĐTC liên quan đến giá thành và tối ưu thiết kế.
Vấn đề tổn hao ứng suất trong kết cấu BTCT ƯLT là vấn đề quan trọng và có nhiều nghiên cứu trong những năm gần đây. Hầu hết trong các nghiên cứu về tổn hao ứng suất thì thông số được thu thập từ thực tế hoặc giả định được đưa về một dạng phân bố ngẫu nhiên. Scanlon đã công bố kết quả nghiên cứu: Dự đoán tổn hao ứng suất trong dầm cầu BTCT ƯLT, được đăng tải trên Tuyển tập Báo cáo Hội nghị chuyên ngành về Cơ học xác suất và ĐTC của kết cấu lần thứ 8 [95]. Nghiên cứu chỉ ra rằng, tổn hao ứng suất là một vấn đề quan trọng trong thiết kế dầm cầu BTCT ƯLT.
Việc tính toán ứng suất trong bê tông dưới tác dụng của tải trọng phải dựa trên ứng suất hiệu quả (sau khi đã trừ đi tổn hao ứng suất). Phương pháp thực nghiệm được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế cho thấy tổn hao ứng suất phụ thuộc vào mô đun đàn hồi, từ biến và co ngót của bê tông cũng như chùng ứng suất của cáp và các thuộc tính khác của vật liệu, v. Tuy nhiên có ít thông tin về sự thay đổi của các yếu tố này và các thông số khác tác động đến tổn hao ứng suất. Vì vậy, nghiên cứu đã xem xét ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên như cường độ, khối lượng riêng của bê tông; mô đun đàn hồi, tiết diện, khoảng cách lắp đặt của thép và cáp ƯLT; tác dụng của tải trọng và các điều kiện về môi trường cũng như một số yếu tố tác động đến co ngót và từ biến của bê tông; v.
đến tổn hao ứng suất dài hạn của cáp trong dầm cầu BTCT ƯLT. Kết luận của nghiên cứu chỉ ra sự không chắc chắn liên quan đến dự đoán của tổn hao ứng suất dài hạn có thể được giảm thiểu bằng cách đo tổn hao ứng suất sớm trong dầm. ƯLT trong các tao cáp bị ảnh hưởng bởi những thay đổi nhiệt độ trong bê tông, vì vậy đo nhiệt độ là cần thiết trong quá trình bê tông hydrat hóa để đảm bảo nhiệt độ đó được dùng đúng trong tính toán tổn hao ứng suất. Việc nghiên cứu tổn hao ứng suất thực tế của ƯLT thông qua các phép đo trực tiếp trên kết cấu cũng được quan tâm và có nhiều công bố trong những năm gần đây.
Năm 2011 và 2012, Chunguang Lan, Zhi Zhou, Jinping Ou đã nghiên cứu và công bố kết quả nghiên cứu của mình trên tạp chí Sensor và Pacific Science Review về: Phương pháp đo ứng suất trong cáp ƯLT của dầm BTCT bằng cảm biến thông minh Brillouin quang học [87], [88]. Đánh giá tác động ăn mòn cốt thép ƯLT đến ĐTC của kết cấu được nhiều tác giả nghiên cứu. Đối với cáp loại không bám dính có ít nghiên cứu do việc điều tra số liệu là khó NCS. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 4 Luận án Tiến sĩ kỹ thuật khăn vì cáp được bao bọc bởi lớp vỏ nhựa.
Nessim công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Can. Eng được xuất bản tại Canada về: ĐTC của các tấm bê tông ƯLT sử dụng cáp không bám dính dưới tác động của ăn mòn bởi độ ẩm [97]. Đối với cáp loại bám dính, năm 2006, M. Sigit Darmawan và Mark G.
Stewart công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Structural Safety do Elsevier Science xuất bản về: Phân tích ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT do ăn mòn cốt thép và ƯLT bởi clorua. ĐTC được xem xét trên cơ sở đánh giá khả năng bền chịu uốn và khả năng sử dụng của dầm [103]. Các biến ngẫu nhiên ảnh hưởng đến ĐTC của kết cấu bao gồm tốc độ ăn mòn cốt thép và cáp ƯLT; kích thước hình học của cấu kiện; cường độ, mô đun đàn hồi của bê tông, cốt thép và cáp ƯLT; tổng tổn hao ứng suất; v. Pillai và các cộng sự đã nghiên cứu và công bố kết quả trên tạp chí Engineering Structures do Elsevier Science xuất bản về: Ảnh hưởng của ăn mòn cáp đến ĐTC của cầu BTCT ƯLT, khi cáp trong ống lồng bị ăn mòn bởi clorua và độ ẩm môi trường xâm nhập do vữa bơm không lấp kín khoảng trống [100].
ĐTC được xem xét ở đây là xác suất đảm bảo định lượng về mức độ an toàn (trạng thái giới hạn cực hạn) và mức độ sử dụng (trạng thái giới hạn sử dụng) không vượt quá giới hạn cho phép, nghĩa là chỉ số ĐTC β tương ứng với mỗi trạng thái giới hạn phải lớn hơn giá trị mục tiêu. Mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để đánh giá ĐTC. Các biến ngẫu nhiên ảnh hưởng đến ĐTC bao gồm các thông số về hoạt tải tác dụng, cường độ chịu nén và trọng lượng riêng của bê tông, khoảng trống và sự hư hại của cáp, khả năng chịu kéo, tổn hao ứng suất của cáp. Tác động hỏa hoạn có ảnh hưởng lớn đến tổn hao ứng suất nên ảnh hưởng đến ĐTC của kết cấu ƯLT.
Năm 2012, trên tạp chí Engineering Structures do Elsevier Science xuất bản, Christopher D. Eamon và Elin Jensen đã công bố kết quả nghiên cứu về: ĐTC của dầm BTCT ƯLT chịu tác động hỏa hoạn [86]. Nghiên cứu chỉ ra rằng, ĐTC của kết cấu nhanh chóng giảm như một hàm của thời gian ngay sau khi tiếp xúc với hỏa hoạn. Các thông số ngẫu nhiên quan trọng ảnh hưởng đến ĐTC bao gồm lớp bê tông bảo vệ cốt thép, dạng hỏa hoạn hay tỷ số giữa tải trọng bản thân và hoạt tải tác dụng, v.v… Năm 2004, Fabio Biondini cùng Franco Bontempi, Dan M.
Frangopol và Pier Giorgio Malerba công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Computers and Structures do Elsevier Science xuất bản về: ĐTC của kết cấu cầu BTCT ƯLT đúc hẫng. Các biến ngẫu nhiên bao gồm đặc trưng vật liệu như cường độ bê tông, cường độ, diện tích ngang của thép và cáp ƯLT; kích thước hình học và tải trọng [90]. Mô phỏng Monte Carlo được sử dụng để đánh giá ĐTC của kết cấu khi xem xét bài toán vết nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng và bài toán biến dạng của bê tông, thép, ƯLT ở trạng thái giới hạn về độ bền. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 5 Luận án Tiến sĩ kỹ thuật Năm 2010, Jin Cheng cũng công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí KSCE Journal of Civil Engineering của Hàn Quốc về: ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT khi xem xét bài toán biến dạng (độ võng), không bao gồm vấn đề nứt ở trạng thái giới hạn sử dụng [94].
Các thông số ngẫu nhiên được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm trọng lượng riêng của bê tông, hoạt tải tác dụng, tiết diện của cáp ƯLT và đặc biệt là lực kéo cáp. Nghiên cứu chỉ ra rằng, ĐTC của kết cấu giảm với sự gia tăng của hoạt tải tác dụng trong khi ĐTC sẽ tăng với sự gia tăng của lực kéo cáp. Các nghiên cứu đánh giá ĐTC của cấu kiện đúc sẵn cũng được quan tâm nghiên cứu. Năm 1994, trên tạp chí Structural Engineering do ASCE xuất bản, Ali S.
AI-Harthy cùng Dan M. Frangopol và Fellow đã công bố kết quả nghiên cứu về: ĐTC của dầm cầu BTCT ƯLT trên cơ sở thu thập số liệu của 73 dầm đơn sản xuất trong nhà máy cho xây dựng các công trình công nghiệp và văn phòng [85]. Nghiên cứu được giới hạn, chỉ xem xét ảnh hưởng của tải trọng. Một số trạng thái giới hạn được xem xét như ứng suất nén và kéo cho phép ở cả hai giai đoạn ban đầu và cuối cùng, nứt uốn và trạng thái giới hạn cực hạn.
Các thông số ngẫu nhiên bao gồm tải trọng, vật liệu, kích thước hình học, lực kéo cáp, v.v… Đối với các công trình điện hạt nhân, năm 1997, M. Pandey công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nuclear Engineering and Design do Elsevier Science xuất bản về: Ảnh hưởng của tổn hao ứng suất đối với cáp bám dính đến ĐTC của các lò phản ứng hạt nhân [98]. Biến ngẫu nhiên được xem xét bao gồm cường độ chịu nén, kéo, mô đun đàn hồi của bê tông, ƯLT trong kết cấu mới xây dựng trong vòng 5 năm và hơn 30 năm, tải trọng và áp lực khi có sự cố trong lò. Trên tạp chí Structural Safety do Elsevier Science xuất bản năm 2008, Patrick Anderson cùng Martin Hansson và Sven Thelandersson công bố kết quả nghiên cứu về: ĐTC lò phản ứng hạt nhân của Thụy Điển khi xem xét đến ứng suất trong bê tông với cáp không bám dính [99].
Nghiên cứu chủ yếu đánh giá ảnh hưởng của tổn hao ứng suất theo thời gian do co ngót, từ biến của bê tông, chùng ứng suất của cáp và cả ăn mòn cáp tới ứng suất trong bê tông để tránh xuất hiện các vết nứt khi xảy ra sự cố bên trong lò phản ứng. Thiết kế tối ưu thường được gắn với bài toán ĐTC để đảm bảo thiết kế vừa đạt mức độ an toàn cho phép, vừa có giá thành hợp lý nhất. Al-Harthy và D. Frangopolt nghiên cứu: Kết hợp giữa tối ưu hoá thiết kế và ĐTC đối với kết cấu dầm bê tông ƯLT [92].
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Computers & Structures do Civil-Comp Lfd và Elsevier Science xuất bản. Các thông số tải trọng, cường độ chịu kéo, chịu nén của bê tông ở các giai đoạn kiểm tra, khối lượng riêng của bê tông, mức độ ƯLT ở các giai đoạn thi công và sử dụng cũng như các mô hình được sử dụng để dự đoán ứng suất do uốn của dầm đều được xem xét như các biến ngẫu nhiên. Phương pháp ĐTC được sử dụng để tính toán xác suất không an toàn của dầm ở các trạng thái giới hạn. Nguyễn Chí Hiếu - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Trang 6 Luận án Tiến sĩ kỹ thuật Năm 2004, Samer Barakat cùng Khaldoon Bani-Hani và Mohammed Q.
Taha nêu vấn đề về tối ưu hoá trong thị trường cạnh tranh toàn cầu đã đẩy các mẫu thiết kế đến ranh giới giới hạn không cho phép các sai số trong mô hình vật liệu, tải trọng và những đặc tính không chắc chắn [102].