Có bác nào đã nghiên cứu về Từ biến cho em hỏi tí:
Từ biến ảnh hưởng đến kết cấu công trình như thế nào?
Gửi Hệ số nền: Từ biến thể hiện dưới hai dạng đó là từ biến về thể tích hiện tượng này xảy ra khi nén ép dưới tác dụng của tải trọng không đổi và từ biến khi trượt xảy ra khi chịu tác dụng không đổi của lực trượt. Nó là một môn khoa học nghiên cứu diễn biến của biến dạng những vật liệu khác nhau theo thời gian dưới tác dụng của lực đặt trên chúng mà thành phần vật chất của chúng không bị biến đổi.Từ biến ảnh hưởng đến công trình rất nhiều ví dụ như tháp nghiêng Piza bị lún kéo dài một phần do từ biến của đất sét dưới móng công trình. Trong đất sét tính chất từ biến thể hiện ở khả năng biến dạng dẻo chậm chạp khi trạng thái ứng suất không thay đổi, nó thường xảy ra khi tải trọng nhỏ hơn so với tải trọng phá hoại
"từ biến" là fluage bác Thu ạ (tiếng Anh là creep). Còn BTCT chắc là Bê tông cốt thép ạ
Cám ơn phu_ho. Vậy thì "từ biến " có thể được dịch từ "déformation différée ", tức là sự biến dạng chậm trễ.
Bạn tahoang307 đã có cho một định nghĩa rất tổng quát, nhưng trong Bê-tông thì ta không có kiểm mặt trượt (glissement).
Tôi gởi theo đây chút tài liệu (trình độ Kỹ-sư) cho bạn Hệ số nền, còn ngoài ra bạn có thể tìm đọc, sách tiếng Pháp có quyển của Nowacki, và ngoài ra sách tiếng Anh rất nhiều, nói chung là lý thuyết dựa trên mô hình hóa (modélisation) của bê-tông thành một vật chất có tính đàn hồi (biểu diễn bằng lò xo), và có tính trượt (đây là trong mô hình hóa).
Ngành này đã từ lâu, không có tiến bộ bao nhiêu nên còn hy vọng làm luân án Tiến-sĩ, nhưng khuyên bạn nên tìm học về thực nghiệm (tức vào labo), lý thuyết suông không đi đến đâu.
Bạn đã đụng vào vấn đề khó của BTCT rồi đây.
Quên trả lời câu hỏi : "Từ biến ảnh hưởng đến công trình thế nào? "
Thì dĩ nhiên là rất nhiều :
1) Ðối với cột ngắn trong nhà cao tầng : nếu các cột không chịu cùng ứng suât thì độ rút lại của các cột khác nhau, (thí dụ nhà 50m thì cột co thê" rút lại 2cm-5cm), với từ biến độ rút đó có thể lên đến gấp 2, 3 lan, nên làm nhà nghiêng qua một bên, tường nứt...
2) Ðối với cột mãnh trong nhà, của một khung..., thì từ biến làm tăng su biên dạng, độ tăng này gọi là sự biến dạng bậc hai, làm cho sự bất ổn định tăng lên.
3) Ðối với các sàn nhà, dầm, nhất là mái hiên, balcon thì từ biến làm võng thêm 2-3 lần, cho nên đối với những nhịp lớn (trên 7m) là ta phải đat ván khuôn với độ võng âm để bù trừ.
Cám ơn bác Thu
Rất tiếc em lại không hiểu về tiếng Pháp, nhưng có lẽ em sẽ nhờ người giảng hộ vậy. Em cũng có một tài liệu bằng tiếng Việt, đang cố gắng ngồi "ăn" nhưng xem ra nó có vẻ rắc rối hơn rất nhiều so với mấy trang của bác. Nhìn mấy công thức của bác trông "thoáng" lắm.
Trong cái quyển của em thì dường như nói về rất nhiều về lĩnh vực toán-cơ, liệt kê các mô hình đàn nhớt rồi dẫn giải cách thiết lập các phương trình.
Tuy nhiên, về ảnh hưởng của từ biến như thế nào thì em vẫn chưa tìm ra. [mối quan hệ từ biến-ứng suất-biến dạng trong các trường hợp chịu tải khác nhau (gió, chuyển vị cưỡng bức) hoặc trong các dạng kết cấu khác nhau..]
Chẳng hạn như từ biến thì tác động thế nào đến ứng suất trong Bê tông hoặc bê tông cốt thép để so sánh với vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi....
Hoặc là với nhà cao tầng khi chịu tải trọng gió thì trong trường hợp nào thì xảy ra từ biến và nếu có thì từ biến ảnh hưởng thế nào.
Rồi là ảnh hưởng của từ biến đến kết cấu chịu tải trọng nói chung hoặc chịu chuyển vị cưỡng bức....v...v
Em thì nghe nói là Từ biến làm giảm mômen đầu dầm khi tính giằng móng
Bạn Hệ số nền,
Mấy bài tôi quét và post lên đều nằm trong quyển "Calcul du béton armé suivant la théorie des états limites " của André Paduart (thầy cũ của tôi), tạm dịch là "Phép tính BTCT theo trạng thái giới hạn), cho năm cuối cùng chương trình Kỹ-sư Dân-sự Xây dựng tại Université Libre de Bruxelles.
Em nên cố gắng trau dồi sinh ngữ đi, vì đã ra trường có kinh nghiệm thì sinh ngữ là then chốt, là nhịp cầu để đến nhiều tương lai. Trong một buổi họp thiết kế hay công trường, người ta có thể nói bằng tiếng mình hiểu nhưng khi giao văn-kiện thì toàn là bằng tiếng chính gốc, vì không ai có thì giờ dịch ra hàng trăm trang cả.
Quyển sách của Paduart chú trọng về thực hành, ra năm 1969 thì phải (đã xưa rồi), còn lý thuyết thì phải học Cao học, đặc biệt là trong những quyển sách chuyên đề về từ biến (như quyển Nowacki, mà bây giờ chắc đã có nhiều quyển khác).
Tư biến chỉ ảnh hưởng về lâu về dài, sức gió là tạm thời, không có ảnh hưởng đến từ biến, phải có sự biến dạng thì mới có từ biến :
biên dạng (t) = biến dạng (t=0) x hệ số từ biến
Dĩ nhiên, vật liệu có tính tự thích ứng với tải trọng, khi chịu tải trọng thì nó biến dạng. Ðối với các hệ siêu tĩnh (hyperstatique), như dầm liên tục, momen ở đầu dầm giảm và ở giữa lại tăng lên.
Nó phức tạp và tùy hình dạng kết cấu cho nên hiện nay ta chỉ có thể nghiên cứu vài loại hệ (portique, tức khung) bằng chương trình tin học mà thôi.
Em có thể hỏi GSTS Nguyễn-đăng-Hưng (Université de Liège, Bỉ) về chương trình CEPAO (Calculs Elasto-plastiques assistés par ordinateur = Phép tính đàn hồi-dẽo bằng máy điện tính). Anh ấy cho rằng trong một he chịu lực, khi một cấu kiện không chịu nổi tải trọng, nó sẽ biến dạng nhiêu và điều này làm các cấu kiện khác chịu tải trọng lớn hơn, cho nên có thể là hệ chịu lực chưa sụp đổ.
Người đã cộng tác với anh Hưng là anh Thành (GSTS), nghe nói hiện anh là Phó Khoa Xây dựng ở TPHCM.
Tôi nghĩ là 2 người này giúp em được trong luận án TS.
Còn nếu em muốn tìm hiêu để tính móng liên tục (một cách kinh tế) thì có những phương pháp khác (như của Caquot, nhà sách Eyrolles, Paris), cho phép ta lấy trung bình của momen đầu dầm và giữa dầm đê" mà xác định tiết diện của BTCT.
NB : Anh Hưng sắp về hưu, nếu em muốn phải liên-lạc gấp với anh ấy.
Có thể tự hỏi, tại sao dùng phép tính dẽo cho từ biến, vì đó là hai hiện tượng khác nhau, nhưng phép tính dẽo cũng có thể dùng được vậy, lý do là sự biến dạng quá độ tới hạn thì vật liệu cũng phản ứng như là từ biến.
Từ biến là một vấn đề khá lí thú và phức tạp trong bê tông(theo chủ quan của tôi).Vì vậy ,ở đây xin được bàn luận vài điểm chủ yếu của vấn đề :
- Cũng như sự chùng ứng suất , co ngót hay biến đổi nhiệt độ , từ biến là tác nhân phụ thuộc thời gian và có vai trò khá quan trọng trong việc tính toán, thiết kế công trình. Nó gây ra sự gia tăng biến dạng dưới tác dụng lâu dài của lực.Điều này dẫn đến rất nhiều vấn đề trong thiết kế bê tông, đặc biệt đối với điều kiện giới hạn sử dụng ( Etat limite de sẻvice) ví dụ nó gây ra sự hao ứng suất trong ứng suất trước,hay gây ra sự phân phối lại nội lực trong hệ siêu tĩnh.(như ví dụ của bác Thụ là mômen của đầu dần giảm, giữa dầm tăng lên)
-Chính nó là một trong những nhân tố làm cho phát sinh các vết nứt(prefissure) do ứng suất (autocontrainte) gây ra trong bản thân các cấu kiện bê tông (Sự tương tác giữa bêtong và thép)
-Từ biến phụ thuộc vào quá trình nảy sinh ứng suất nên việc gia tải lên cấu kiện bê tông càng 'gia' càng làm giảm tác động của từ biến đối với công trình
-Nó đặc biêt tác động đến các cấu kiện chịu nén (vẫn xét ở trạng thái sử dụng) vì nó gây ra sự lệch tâm và sự biến dạng bậc 2 (second ordre))(ví dụ khi xét đến sự ổn định của các trụ cầu)
-Trong thi công cầu , người ta không thể không tính toán từ biến trong bản cầu ( tablier de roulement) vì nếu không , chỗ tiếp giáp giữa hai nửa bản sẽ không cùng cao độ
-Tuy nhiên , trong một số trường hợp , rất thú vị là từ biến có tác động có lợi cho kết cấu betong cốt thép ví dụ như trong tính toán thanh chịu kéo.
- Về việc tính toán từ biến , hiện nay phổ biến có ba phương pháp : Trost-bazant, votterre và dischinger. Trong đó phương pháp Trót-bazant được dùng phổ biến nhất ( Công thức tính hao ứng suất tròn bêtong ứng suất trước cũng tính từ phương pháp này). Trong đó , Trót-Bazant đã tính hệ số từ biến 'phi' theo hệ số già 'khi'(coefficient de vieillissement ).Cần chú ý là ở đây ta coi vật liệu là tuyến tính và tính tại thời điểm chưa xuất hiện nứt ,do vậy có thể áp dụng cộng tác dụng đối với biến dạng tại bất kì thời điểm nào.
- Thật ra lí thuyết mà bác Thu nói về sự phân phối lại ứng suất trong hệ siêu tĩnh chính là lí thuyết dẻo được sử dụng trong bê tông cốt thép( Được phát triển mạnh bởi Nielsen). Từ lí thuyết này, người ta chủ yếu sử dụng phương pháp cận dưới để tìm trường ứng suất trong hệ kết cấu rồi từ đó thiết kế (có thể tự cho kết cấu phân phối ứng suất theo ý mình).
Trên đây là vài suy nghĩ về chủ đề , xin các bác chỉ giáo thêm
Ðã có vài bạn thêm ý kiến tốt. Như bạn akphung đã nói thêm một số tài liệu (hay tác giả) trong vấn đề này, còn bạn haikcvn thì lại giới hạn tầm nhìn của chúng ta trong việc nghiên cứu.
Các điều đó rất hay, thật vậy, chúng ta không thể vừa nghiên cứu với tư cách kết cấu viên vừa nghiên cứu với tư cách Nhà Khoa-học chuyên về Từ Biến.
Công việc Nhà Khoa-học Từ biến là việc làm chuyên ở phần Khoa học, tức thử, đo độ biến dạng do từ biến trong các phòng thí nghiệm : đây là một công việc lâu dài, cần nhiều thời gian, và cần nhiều liên lạc với các phòng thí nghiệm khác trên thế giới để ta khỏi phải làm đi làm lại cùng một thí nghiệm.
Còn công việc kết cấu viên là đi từ những giá trị về hệ số từ biên (như hệ số F..., có nơi gọi là PHI...), đem nó vào các hệ chịu lực mà tính, công việc này cũng rất cực nhọc, đòi hỏi ta dùng máy điện tính. Hệ số nên có lẽ nên làm việc trong lĩnh vực này mà thôi. Có nhiều tài liệu khoa học kỹ thuật về vấn đề này, nhưng tìm cái hoàn hảo thì chắc chưa có, cho nên ta vẫn có lợi để mà tìm hiểu thêm...
Kinh nghiệm của tôi là phải kiên nhẫn, ngày xưa trong 100 bài báo khoa-học của nghề bê-tông, có chừng 20 bài có thể dùng được. Sau khi đọc xong 20 bài này thì thông thường tôi chỉ dùng chút đĩnh trong 2 bài là cùng, còn tât cả mấy bài khác có nhiều khuyết điểm. Vậy, các bạn nên suy nghĩ kỹ lưỡng trước khi áp dụng.
Trong nhứng năm 80 (khoảng 1985), tại Ðại học Université de Bruxelles, có chương trình tính từ biến cho một cột bằng bê-tông CT, nhưng phải chạy máy cả một Weekend (tức thứ bảy và chủ nhật) để có được một kêt quả. Nói như vậy để các bạn hiểu rằng luôn luôn có nghiên cứu về van đề này, và phải có phương tiện to lớn tầm Ðại học mới có thể nghiên cưu được.
Từ biến là một vấn đề hết sức phức tạp. Tuy nhiên, nghiên cứu Từ biến có thể giúp ta có sự đánh giá tổng quát hơn về sự làm việc trong thực tế của kết cấu mà các lý thuyết vật thể đàn hồi lý tưởng hay dẻo lý tưởng chưa giải quyết được. Hơn nữa, nghiên cứu từ biến cũng giúp ta một phương pháp luận khi nghiên cứu một vấn đề mới.
Trước hết, Từ biến là hiện tượng rất phức tạp do có kể đến ảnh hưởng của yếu tố thời gian, hiện tượng biến dạng tăng lên khi chịu tác dụng dài hạn của tải trọng gọi là từ biến.
Tính chất cơ lý của vật liệu rất phức tạp trong quá trình chịu lực, ở môi trường nhiệt độ lớn cũng như thời gian chịu tải kéo dài. Bởi vì trong những điều kiện đó, cấu tạo tinh thể của vật liệu thay đổi cả về hình dáng và cách sắp xếp. Sự thay đổi đó sẽ dẫn đến sự thay đổi bản chất vật lý và cơ học của vật liệu. Quan hệ giữa ứng suất, biến dạng, tốc độ biến dạng và thời gian biến dạng của vật liệu trở nên khác phức tạp. Để mô tả được tính chất của vật liệu thì người ta tiến hành mô hình hóa các tính chất này, từ đó thành lập các phương trình và tìm ra các quy luật cơ học tương ứng. Tuy việc mô hình hóa sao cho diễn tả gần đúng nhất trạng thái làm việc thực tế của vật liệu là tương đối đúng song việc giải các phương trình lại gặp khó khăn về mặt toán học.
Mặt khác, để thiết lập những mối quan hệ biến dạng, ứng suất, tốc độ biến dạng và sự thay đổi của chúng theo thời gian thì người ta cũng đưa ra những lý thuyết nhằm chọn một trong số những thông số đó và đưa ra mối quan hệ toán học giữa chúng. Có 3 phương án chính biểu diễn từ biến đó là : lý thuyết vật thể đàn hồi từ biến hay lý thuyết di truyền già, lý thuyết di truyền đàn hồi, lý thuyết già. Tiêu chuẩn để đánh giá sự đúng đắn của những lý thuyết đó chính là sự phù hợp các số liệu thí nghiệm. Tuy nhiên, việc thực hiện thí nghiệm là khá khó khăn và kéo dài, hơn nữa chưa có số liệu thực nghiệm nào hoàn toàn phù hợp với lý thuyết, đặc biệt trong trường hợp trạng thái ứng suất phức tạp.
Thứ hai, việc nghiên cứu Từ biến có thể giúp ta có sự đánh giá tổng quát hơn về sự làm việc trong thực tế của kết cấu mà các lý thuyết vật thể đàn hồi lý tưởng hay dẻo lý tưởng chưa giải quyết được. Thật vậy, khi bê tông chịu tác dụng dài hạn của tải trọng, biến dạng dẻo tăng lên.Trong vài ba tháng đầu biến dạng tăng nhanh, sau chậm dần và có thể kéo dài đến hàng chục năm. Có thể xem rằng biến dạng dẻo nói trên là một phần của biến dạng này, nó xuất hiện đồng thời với biến dạng đàn hồi khi gia tải lên mẫu, còn biến dạng từ biến là phần phát triển theo thời gian.
Từ biến phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cơ bản nhất là ứng suất tỷ đối của bê tông (sigma/Rnen tc), tuổi của bê tông lúc chịu tải, thành phần và công nghệ chế tạo, điều kiện môi trường…
Trong thành phần bê tông, tỷ lệ N/X càng cao, lượng xi măng tuyệt đối dùng càng nhiều, độ cứng cốt liệu bé, thì từ biến càng lớn. Từ biến giảm khi dùng xi măng mác cao.
Tuổi bê tông khi chịu tải càng cao thì từ biến giảm, trong môi truờng có độ ẩm cao bê tông có từ biến ít hơn trong môi trường khô hanh.
Bản chất của hiện tượng từ biến khá phức tạp và do cấu trúc của bê tông quyết định, do quá trình lâu dài của việc hình thành mạng tinh thể và sự giảm bớt lượng chất keo khi đa xi măng khô cúng. Khi bê tông chịu tải, ban đầu các cấu trúc trong bê tông đều chịu lực nhưng dần dần xảy ra sự phân phối lại ứng suất, thành phần keo bị chảy nhớt và truyền lực sang cho mạng tinh thể và cốt liệu làm cho biến dạng của các thành phần này tăng lên. Từ biến còn xảy ra đồng thời với hiện tượng mao dẫn. Với ứng suất tỷ đối tb lớn, từ biến phát triển mạnh còn la do sự hình thành vết nứt li ti trong cấu trúc bê tông.
Thí nghiệm nén mẫu đến một mức nào đó rồi giữ nguyên biến dạng bằng cách đặt vào đó các liên kết thì ứng suất trong bê tông sẽ giảm theo thời gian. Đó chính là hiện tượng chùng ứng suất., chùng ứng suất và từ biến có cùng bản chất và gây ảnh hưởng đáng kể đến sự làm việc của kết cấu bê tông. Khi bê tông chịu kéo, uốn, cắt, xoắn cũng đều xảy ra chùng và từ biến.
Thí nghiệm mẫu với tải trọng lặp đi lặp lại nhiều lần với biên độ ứng suất không lớn lắm, biến dạng dẻo sẽ được tích lũy sau mỗi chu kỳ đặt và dỡ tải. Khi biến dạng dẻo đã phát triển và tích lũy hết, từ biến đạt đến giá trị giới hạn, bê tông trở nên làm việc đàn hồi.
Ngoài bê tông thì hiện tượng từ biến và chùng úng suất cũng xảy ra đối với cốt thép phụ thuộc vào tính chất cơ học và thành phần hóa học của cốt thép, vào công nghệ chế tạo và điều kiện sử dụng. Đối với cốt thép thông thường, từ biến và chùng ứng suất là không đáng kể, nó chỉ cần được xét tới đối với các loại thép cường độ cao.
Khi chịu lực tác dụng lâu dài, bê tông bị từ biến. Cốt thép cũng cản trở từ biến của bê tông, kết quả làm cho ứng suất trong cốt thép tăng lên và ứng suất trong bê tông giảm xuống, đó là hiện tượng phân phối lại ứng suất một cách có lợi.
Thứ ba, nghiên cứu từ biến cũng giúp ta một phương pháp luận khi nghiên cứu một vấn đề mới. Từ các hiện tượng tự nhiên, vật lý được mô tả bằng các mô hình, sau đó ta thiết lập được các phương trình vật lý, toán học..Từ các mối quan hệ này kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, ta giải quyết được bài toán. Thêm vào đó, đối với những bài toán phức tạp thì ta cũng có thể đưa về các bài toán quen biết có kể đến yếu tố thời gian bằng các phương pháp như : tích phân chia nhỏ, phương pháp tương tự, phương pháp tải trọng nhiệt ảo hay các phương pháp cơ học kết cấu tính hệ siêu tĩnh.
Tóm lại, thời gian có ảnh hưởng đến sự làm việc của kết cấu, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến từ biến, chùng ứng suất, co ngót. Các nhà nghiên cứu của nhiều nước ngày càng chú ý hơn đến yếu tố thời gian và đề ra nhiều cách tính toán có kể đến yếu tố đó. Tuy vậy cho đến nay chỉ mới có một số kết quả về lĩnh vực này được đưa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật vì phần lớn cách tính toán quá rườm rà, phức tạp, ít thích hợp trong thiết kế thực tế. Hơn nữa, các quá trình xẩy ra theo thời gian lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, khó đánh giá được đầy đủ và chính xác. Tuy vậy, cũng không thể phủ nhận rằng với các kiến thức về từ biến, các kỹ sư ít nhiều cũng đã nâng được thêm một tầng cao mới về nhận thức và đánh giá sự làm việc của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép.
(Trích tham luận của Nguyễn Tuấn Ngọc, học viên lớp CHXD2004)
Ghi chú