gvr_vergil
New Member
Download miễn phí Đề tài Nghiên cứu ứng suất biến dạng không gian trong mố trụ cửa van cung có kể đến sự làm việc của cốt thép
Để bảo đảm mô hình hoạt động giống như cấu kiện bê tông hoạt động trong thực tế, các điều kiện biên phải được đặt lên các mặt phẳng để giới hạn chuyển vị không mong muốn. Các nút nằm trên mặt phẳng hai bên biên tràn được giới hạn chuyển vị theo phương vuông góc với mặt này. Vì vậy, với các nút nằm trên mặt phẳng trái và phải của đập tràn sẽ có điều kiện chuyển vị theo phương UZ=0. Do không kể đến sự làm việc của nền, nên toàn bộ phần đáy của đập tràn coi như ngàm.
Có hai tổ hợp lực: Tổ hợp cơ bản và tổ hợp đặc biệt. Nhận thấy với tổ hợp đặc biệt, ngoài tổ hợp lực cơ bản ra công trình còn chịu thêm lực xô ngang và thẳng đứng bất lợi tác động đến của động đất (Trong đó xô ngang rất nguy hiểm cho công trình). Ta chọn trường hợp tải trọng tổ hợp đặc biệt để tính toán. Lực theo phương ngang Px=3920T, phương đứng Py=1181T.
Tải trọng tập trung tại van được truyền đến 1 nút ở trọng tâm mặt ngoài của trục xoay bằng thép. (Bỏ qua áp lực nước thượng lưu lên mặt trước trụ pin).
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG KHÔNG GIAN TRONG MỐ TRỤ CỬA VAN CUNG CÓ KỂ ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA CỐT THÉP.Ks. Phạm Hải Vinh – Công ty CP Tư vấn điện lực dầu khí Việt Nam
TS. Nguyễn Cảnh Thái – Trường Đại học Thủy lợi
TÓM TẮT:
Trong thực tế để có thể xác định được ứng suất và từ đó tính được hàm lượng cốt thép dùng cho kết cấu công trình, người ta mới chỉ mô hình hóa quá trình làm việc của bê tông mà chưa đề cập đến ảnh hưởng của cốt thép nằm trong kết cấu đó. Bài viết giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của cốt thép tới sự phân bố ứng suất trong bê tông chịu lực phức tạp nhằm làm rõ khả năng chịu lực của cốt thép trong kết cấu và ảnh hưởng của nó tới ứng suất trong bê tông. Các kết quả thu được từ nghiên cứu của tác giả cho thấy ứng suất trong bê tông khi tính đến ảnh hưởng của cốt thép (bao gồm cả vị trí và cách bố trí) có sự sai khác đến 34.17% so với trường hợp chỉ xét quá trình làm việc của bê tông trong kết cấu công trình. Từ kết quả này cho thấy sự cần thiết phải tính đến sự ảnh hưởng của việc bố trí cốt thép trong các cấu kiện bê tông phức tạp.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Tại đầu mối các Công trình thủy lợi - thủy điện, có thể nói công trình tháo có cửa van cung là một hạng mục công trình lớn cả về quy mô và tầm quan trọng. Trong đó kết cấu phần tai van đóng vai trò quan trọng không kém, bởi tai van phải chịu toàn bộ áp lực nước truyền từ cửa van, đồng thời khi cửa van vận hành áp lực nước này tại mỗi thời điểm khác nhau lại diễn biến rất phức tạp.
Ứng suất mố trụ cửa van cung đã được mô tả và thiết kế rất nhiều bằng các công cụ khác nhau. Tuy nhiên người ta mới chỉ mô tả quá trình làm việc của khối bê tông để từ đó xác định được ứng suất và lượng cốt thép cần dùng. Bê tông lúc đó cũng chỉ là một vật liệu chịu nén đơn thuần. Trên thực tế, vật liệu chính của kết cấu ngoài bê tông ra còn phải kể tới cốt thép. Các thanh thép trong khối bê tông cùng tham gia chịu lực với vai trò có ứng suất trước hay không ứng suất trước và có ảnh hưởng nhiều tới sự phân bố ứng suất trong bê tông. Nếu chỉ rõ ra được cốt thép làm việc cùng với bê tông như thế nào trong kết cấu thì chúng ta sẽ tính chính xác được lượng thép cần để tham gia chịu lực và bố trí thép hợp lý hơn.
a) b)
Hình 1: Bố trí thép trong trụ van cung theo hai quan điểm
Hiện nay trên thế giới có hai quan điểm bố trí cốt thép trong trụ pin: Một là quan điểm bố trí thép hình rẻ quạt,(Hình 1a) cốt thép được bố trí dựa theo sự phân bố của ứng suất trong trụ pin. Trường phái này được sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi các nước Đông Âu. Du nhập vào Việt Nam do Liên Xô, đã trợ giúp lớn về mặt kỹ thuật cho các công trình lớn của nước ta trước đây. Các công ty tư vấn của ta phần lớn sử dụng phương pháp bố trí thép này để thiết kế trụ pin van cung. Đây là phương án bố trí thép quen thuộc đối với chúng ta, tuy nhiên nhược điểm là lượng thép bố trí quá nhiều. Hai là quan điểm bố trí thép song song theo hướng chịu lực chính trong trụ pin, có ứng lực trước hay không ứng lực trước.(Hình 1b). Quan điểm này phổ biến ở các nước Tây Âu, đặc biệt là Mỹ, đặc điểm của phương án bố trí này là các thanh thép đã chịu một phần ứng suất trước, do vậy khi trụ pin làm việc, phần ứng suất này được giải phóng và bù phần ứng suất trụ pin phải chịu do tải trọng. Quan điểm này tỏ ra hữu hiệu trong việc tiết kiệm cốt thép, cách bố trí cũng đơn giản hơn. Điều đó làm tăng hiệu quả về kinh tế và đồng thời giúp cho kích thước cấu kiện bê tông không quá lớn và nặng nề, tăng tính thẩm mỹ cho công trình.
Hình 2: Hình ảnh một công trình bố trí thép theo quan điểm thứ hai
2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, MÔ HÌNH TÍNH VÀ PHẦN MỀM SỬ DỤNG.
Phân tích bằng phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis, FEA) là một phương pháp số dùng để mô phỏng các điều kiện tải trọng lên một hệ vật lý và xác định ứng xử của hệ .[1].
Hình 3: Các mô hình bố trí thép trong dầm BTCT (Tavarez2001)
Phương pháp phân tích bằng phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng rộng rãi như là một công cụ thiết kế cho việc phân tích tuyến tính cũng như phi tuyến của vật liệu. Để làm được như vậy, chúng phụ thuộc vào hai nhân tố chủ yếu sau. Thứ nhất, khi quá trình tính toán tăng lên kết hợp với vấn đề phi tuyến, khả năng tính toán là điều bắt buộc. Thứ hai, trước khi phương pháp PTHH có thể sử dụng trong tính toán thiết kế, độ chính xác cần được chứng minh. Việc cải tiến đặc trưng phần tử và những kinh nghiệm thu được về vấn đề này của nhiều tác giả có thể khẳng định rằng phân tích PTHH vào bài toán phi tuyến vật liệu có thể thực hiện với độ tin cậy cao.Vấn đề còn lại là hiệu quả kinh tế khi lựa chọn ứng dụng vào sản xuất [2].
Giả thiết của phương pháp: Vật liệu là một môi trường liên tục, đồng nhất, đẳng hướng, ứng suất và biến dạng tuân theo định luật Hooke trong phạm vi đàn hồi của vật liệu.
Năm 2001, Tavarez đã đề xuất ba kỹ thuật mô phỏng cốt thép gia cố trong cấu kiện BTCT bằng mô hình PTHH (Hình 3) mô hình tương tự, mô hình xen kẹp, mô hình rời rạc mô phỏng thép trong bê tông.
- Mô hình tương tự (Hình 3a) cho phép chia lưới PTHH cốt thép dưới dạng một miền đều chạy dọc theo các phần tử bê tông. Điều này được áp dụng cho các mô hình có kích thước lớn nên cốt thép không đóng vai trò quan trọng trong sự làm việc tổng thể của kết cấu
- Mô hình xen kẹp (Hình 3b) đã khắc phục được sự giới hạn trong việc phân chia phần tử bê tông do độ cứng của thép được tính toán riêng biệt trong các phần tử bê tông. Mô hình này được xây dựng trên nguyên tắc giữ cho các chuyển vị của cốt thép tương ứng với các phần tử của bê tông xung quanh. Khi hàm lượng cốt thép phức tạp thì mô hình này rất hiệu quả. Tuy nhiên, mô hình này làm tăng số nút và số bậc tự do trong dầm, từ đó làm cho thời gian và chi phí tính toán tăng lên.
- Cốt thép trong mô hình rời rạc (Hình 3c) sử dụng phần tử thanh hay phần tử dầm liên kết với các phần tử bê tông tại các nút lưới. Vì vậy, cả bê tông và cốt thép được chia lưới chung với nhau một số nút. Nhược điểm của mô hình này là việc chia lưới của bê tông phụ thuộc vào việc chia lưới của cốt thép và thể tích phần bê tông mà cốt thép chiếm chỗ không bị trừ đi trong tổng thể tích khối bê tông.
Cũng vào năm 2001, Fanning đã tiến hành mô hình hoá sự làm việc của cốt thép theo mô hình rời rạc và mô hình tương tự trong dầm BTCT. Và ông đã nhận thấy rằng mô hình rời rạc là mô hình hợp lý nhất trong công việc mô hình hoá cốt thép.
Trong bài viết này, tác giả sử dụng mô hình rời rạc để mô phỏng các phần tử bê tông và phần tử cốt thép. Đồng thời dùng chương trình ANSYS 10.0 để phân tích cấu kiện, được đề cập ở các tài liệu [1,2].
Mô hình hóa cấu kiện:
Cấu kiện bê tông: Trụ pin đập tràn cao 35m tính từ mặt tràn, bề dầy trụ pin là 3m, khoang tràn rộng 22m.
Bảng 1: Các loại ph