Phân Tích Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Làm Lạnh Đến Nhiệt Thủy Hĩa Trong Bê Tơng Khối Lớn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN VIỆT PPHHÂÂNN TTÍÍCCHH ẢẢNNHH HHƯƯỞỞNNGG CCỦỦAA HHỆỆ TTHHỐỐNNGG LLÀÀMM LLẠẠNNHH ĐĐẾẾNN NNHHIIỆỆTT TTHHỦỦYY HHÓÓAA TTRROONNGG BBÊÊ TTÔÔNNGG KKHHỐỐI[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN VIỆT PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN VIỆT PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thông Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS VÕ DUY HÙNG Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hồn tồn tơi thực Các đoạn trích dẫn số liệu sử dụng luận văn dẫn nguồn có độ xác cao phạm vi hiểu biết Đà Nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2019 Tác giả luận văn Võ Văn Việt LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước hết xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý Thầy Cô khoa xây dựng cầu đường, Phòng Đào tạo Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, người truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập trường Bằng tất lịng, tơi xin gửi đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp lời cảm ơn tình cảm chân thành nhất, người khuyến khích, hỗ trợ, động viên, tạo điều kiện cho tơi theo hết khóa học đào tạo cao học hồn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Võ Duy Hùng tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Xin chân thành cám ơn! TÓM TẮT LUẬN VĂN TÊN ĐỀ TÀI: “PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN” Học viên: Võ Văn Việt Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 Khóa: K36 (2018-2019) Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Thế giới nghiên cứu tác động nhiệt thủy hóa gây bê tơng khối lớn, cơng trình giao thơng, thủy lợi Ở Việt Nam nay, ngày nhiều cơng trình lớn xây dựng, có cầu bắc qua sông lớn với bước nhịp lớn, kéo theo phải thi công trụ tháp cao với bệ móng trụ lớn Trong q trình đổ bê tông khối lớn, thường xảy tượng nhiệt thủy hóa làm nứt nẻ bê tơng, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình Do đó, việc nghiên cứu ứng xử biện pháp hạn chế ảnh hưởng nhiệt thủy hóa thi cơng bê tơng khối lớn cấp thiết Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ bê tông khối lớn có sở thiết thực Đồng thời phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn việc quan trọng Từ khóa: nhiệt thủy hóa, bê tông khối lớn, hệ thống làm lạnh TOPIC: “ANALYZE THE EFFECTS OF THE COOLING SYSTEM ON HYDROTHERMAL HEAT IN MASS CONCRETE” Abstract: The world has studied the impact of hydrothermal heat in mass concrete, traffic, and irrigation works etc Today, a number of high-rise construction projects have been built in Viet Nam, including bridges with big steps crossing large rivers, which has brought about the construction of high pylons with massive foundations In the process of making a large concrete structure, it is common for hydration heat to cause cracks in concrete, seriously affecting the quality of the construction Therefore, the research on behavior and control measures of the effects of hydrothermal heat on mass concrete construction is very necessary Analyzing stress characteristics, temperature cracks of mass concrete is practical At the same time, it is very important to analyze the effect of the cooling system on hydrothermal heat in mass concrete Key words: Hydration heat, mass concrete, cooling system MỤC LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục tiêu nghiên cứu: Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học giá trị thực tiễn đề tài: Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT THỦY HÓA BÊTÔNG Nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn: Các yếu tố gây nứt bê tông khối lớn: 2.1 2.2 2.3 2.4 Nứt chênh lệch nhiệt độ: Nứt co khô: Nứt thay đổi nhiệt độ môi trường: Nứt mỏi: Các giai đoạn nứt bê tông khối lớn: Biện pháp phòng chống nứt bê tông: 4.1 Biện pháp hạn chế tốc độ phát nhiệt thuỷ hố xi măng bê tơng: 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Biện pháp hạn chế độ chênh nhiệt độ khối bê tông T: Biện pháp hạn chế co khô bê tông: 10 Biện pháp hạn chế bề mặt bê tông bị sốc nhiệt: 10 Kiểm sốt nhiệt độ bê tơng thi cơng: 11 Giải pháp cấu kiện bê tông khối lớn: 11 Các lưu ý hạn chế nứt thi công bê tông khối lớn: 13 5.1 5.2 5.3 5.4 Trong thiết kế: 13 Trong thi công: 13 Các lưu ý công tác bảo dưỡng: 16 Các lưu ý công tác kiểm tra: 17 Đặt vấn đề nghiên cứu: 18 Những vấn đề cần giải quyết: 19 CHƯƠNG 2: 20 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TÍNH TỐN NHIỆT THỦY HÓA 20 Thủy hóa xi măng: .20 Cơ sở lý thuyết tính tốn nhiệt thủy hóa: 23 2.1 2.2 Phân tích truyền nhiệt: 24 Phân tích ứng suất nhiệt: 25 Tính tốn nhiệt thủy hóa xi măng: 27 Cơ sở phân tích nhiệt thủy hóa Midas civil: .28 Giới thiệu phần mềm Midas: 28 Cơ sở phân tích phần tử hữu hạn: 29 CHƯƠNG 3: 36 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HÓA TRONG BÊ TÔNG KHỐI LỚN 36 Mơ hình phân tích: 36 Phân tích ứng xử bê tơng khối lớn nhiệt thủy hóa gây ra: 38 2.1 2.2 Mơ hình hóa Midas Civil: 38 Phân tích kết quả: 45 Phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa: 53 3.1 Mơ hình hóa hệ thống làm lạnh (Pipe Cooling System) Midas Civil: 53 3.2 Phân tích kết quả: 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 Kết luận: .74 Kiến nghị: 75 Hướng phát triển đề tài 76 Bài báo khoa học TISDIC 2019 84 Bài báo khoa học Tạp chí GTVT số tháng 11/2019 95 Bài báo khoa học Tạp chí GTVT số tháng 12/2019 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 Quyết định giao đề tài 110 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ vết nứt đập bê tông Hình 1.2 Sự phát triển nhiệt thuỷ hố lịng bê tơng khối lớn dẫn đến nứt nhiệt 12 Hình 3.1 Mặt trụ cầu 36 Hình 3.2 Mặt bên trụ cầu 37 Hình 3.3 Mặt bệ móng trụ cầu 37 Hình 3.4 Khai báo đơn vị 38 Hình 3.5 Khai báo vật liệu 39 Hình 3.6 Điều kiện biên 40 Hình 3.7 Hàm nhiệt độ môi trường 41 Hình 3.8 Hệ số đối lưu ván khn thép 42 Hình 3.9 Hệ số đối lưu khơng khí 42 Hình 3.10 Nguồn nhiệt 43 Hình 3.11 Giai đoạn thi cơng - Bệ trụ 43 Hình 3.12 Quy trình phân tích trường nhiệt độ, ứng suất bê tông khối lớn phương pháp PTHH 44 Hình 3.13 Mơ hình khối móng dùng để phân tích 45 Hình 3.14 Vị trí nút mơ hình dùng phân tích 45 Hình 3.15 Biểu đồ nhiệt độ 10 nút 46 Hình 3.16 Biểu đồ nhiệt độ nút N1394 (tại tâm bệ) 46 Hình 3.17 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tông lúc 10 47 Hình 3.18 Trường nhiệt độ lúc 30 47 Hình 3.19 Trường nhiệt độ lúc 50 48 Hình 3.20 Trường nhiệt độ lúc 80 48 Hình 3.21 Trường nhiệt độ Lúc 120 49 Hình 3.22 Biểu đồ ứng suất 10 nút 50 Hình 3.23 Biểu đồ ứng suất nút N71 (nút bề mặt) 51 Hình 3.24 Trường ứng suất lúc 80 51 Hình 3.25 Trường chuyển vị lúc 80 52 Hình 3.26 Biểu đồ ứng suất gây nứt nút N71 52 Hình 3.27 Nhập liệu cho hệ thống làm lạnh 53 Hình 3.28 Mơ hình có 01 hệ thống làm lạnh 54 Hình 3.29 Mơ hình có 02 hệ thống làm lạnh 55 Hình 3.30 Mơ hình có 04 hệ thống làm lạnh 55 Hình 3.31 Biểu đồ nhiệt độ chưa có hệ thống làm lạnh 10 nút 56 Hình 3.32 Biểu đồ nhiệt độ có 01 hệ thống làm lạnh 10 nút 56 Hình 3.33 Biểu đồ nhiệt độ có 02 hệ thống làm lạnh 10 nút 57 Hình 3.34 Biểu đồ nhiệt độ có 04 hệ thống làm lạnh 10 nút 57 Hình 3.35 Biểu đồ nhiệt độ max cho trường hợp 58 Hình 3.36 So sánh nhiệt độ max khối bê tơng 58 Hình 3.37 Trường nhiệt độ khối bê tông lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh 59 Hình 3.38 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh 59 Hình 3.39 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tông lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh 60 Hình 3.40 Trường phân bố nhiệt độ khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh 60 Hình 3.41 Biểu đồ nhiệt độ nút N1394 61 Hình 3.42 So sánh nhiệt độ max nút N1394 61 Hình 3.43 Biểu đồ ứng suất chưa có hệ thống làm lạnh 62 Hình 3.44 Biểu đồ ứng suất có 01 hệ thống làm lạnh 62 Hình 3.45 Biểu đồ ứng suất có 02 hệ thống làm lạnh 63 Hình 3.46 Biểu đồ ứng suất có 04 hệ thống làm lạnh 63 Hình 3.47 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh 64 Hình 3.48 Trường phân bố ứng suất khối bê tông lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh 64 Hình 3.49 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh 65 Hình 3.50 Trường phân bố ứng suất khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh 65 Hình 3.51 Biểu đồ ứng suất max khối bê tông cho trường hợp 66 Hình 3.52 So sánh ứng suất max khối bê tông 66 Hình 3.53 Biểu đồ ứng suất nút N71 67 Hình 3.54 So sánh ứng suất max nút N71 67 Hình 3.55 Biểu đồ hệ số ứng suất gây nứt khối bêtông cho trường hợp 68 Hình 3.56 So sánh hệ số tỷ lệ gây nứt khối bê tông 68 Hình 3.57 Biểu đồ hệ số ứng suất gây nứt nút N71 cho trường hợp 69 Hình 3.58 So sánh hệ số tỷ lệ gây nứt nút N71 69 Hình 3.59 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h chưa có hệ thống làm lạnh 70 Hình 3.60 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 01 hệ thống làm lạnh 70 Hình 3.61 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 02 hệ thống làm lạnh 71 Hình 3.62 Chuyển vị khối bê tơng lúc 80h có 04 hệ thống làm lạnh 71 Hình 3.63 Biểu đồ chuyển vị max khối bê tông cho trường hợp 72 Hình 3.64 So sánh chuyển vị max khối bê tơng 72 Hình 3.65 Biểu đồ chuyển vị nút N2463 73 Hình 3.66 So sánh chuyển vị nút N2463 73 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Hiện nay, với phát triển công nghệ đại thi cơng cầu giới nói chung, Việt Nam có cơng trình cầu đại, với quy mô lớn, khả vượt nhịp lớn Ví dụ cầu Mỹ Thuận, cầu Cần Thơ, cầu Thị Nại, cầu Thuận Phước, cầu Bãi Cháy… cầu treo dây văng, dây võng, nước ta xây dựng cầu với công nghệ Extradose… Để xây dựng cầu có quy mơ lớn bên cạnh phải có hệ thống móng, trụ tháp với kích thước lớn Trong q trình đổ bê tơng khối lớn, thường xảy tượng nhiệt thủy hóa bê tơng, nghĩa bê tông ninh kết chuyển từ thể lỏng sang thể rắn, thủy hóa xi măng, lượng nhiệt lớn sinh làm cho nhiệt độ bê tông tăng lên, chênh lệch nhiệt độ lớn so với bên ngoài, gây nên ứng suất nhiệt làm nứt nẻ bê tông, ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình Qua đó, câu hỏi đặt cho làm để tránh xảy tượng nứt nẻ bê tông đổ bê tông khối lớn? Nếu xảy tượng nứt nẻ biện pháp xử lý nào? Do đó, việc nghiên cứu ứng xử biện pháp hạn chế ảnh hưởng nhiệt thủy hóa thi cơng bê tơng khối lớn cấp thiết Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ bê tông khối lớn có sở thiết thực Đồng thời phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơng khối lớn việc quan trọng Mục tiêu nghiên cứu: a Mục tiêu tổng quát: - Nghiên cứu ứng xử bê tông khối lớn áp dụng hệ thống làm lạnh - Đưa kết luận hướng phát triển đề tài b Mục tiêu cụ thể: - Phân tích đặc điểm ứng suất, nhiệt độ, chuyển vị bê tơng khối lớn có hệ thống làm lạnh - Các ứng xử kết cấu có hệ thống làm lạnh Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Nhiệt thủy hóa 27 - Cường độ chịu nén bê tơng tính theo tuổi tương đương nhiệt độ cộng dồn, tính theo cơng thức sau: ' Theo ACI: f c (t )  t f c' (28) a  bteq  2.8 Với: f’c(t) : cường độ bê tơng thời điểm tính tốn; f’c(28) : cường độ bê tông tuổi 28 ngày; a, b : hệ số phụ thuộc vào loại xi măng; t : thời gian tính toán (ngày); teq : tuổi tương đương bê tơng; Tính tốn nhiệt thủy hóa xi măng: Nhiệt lượng nhả q trình thủy hóa xi măng Qx nguyên nhân làm tăng nhiệt độ khối bê tông khoảng thời gian 72 đầu Nhiệt lượng Qx Gx kg xi măng thủy hóa xác định theo cơng thức: Qx = qx.Gx (kCal) Trong đó: qx – nhiệt lượng thủy hóa kg xi măng xác định sau: qx = 0.0023.qXM28.TBT.τ.N/X0.44 (kCal/kg) qXM28 – kCal/kg: nhiệt lượng xi măng tỏa 28 ngày tuổi tBT - oC: nhiệt độ trung bình bê tơng q trình đóng rắn τ – h : khoảng thời gian đóng rắn N/X – kg/kg: tỷ lệ nước xi măng Khi thành phần khoáng xi măng thay đổi nhiệt lượng thủy hóa XM q 28 thay đổi xác định theo công thức qXM28 – thay đổi không nhiều theo thành phần khống xi măng lấy giá trị qXM28 = 100kCal/kg xi măng Portland M300 đóng rắn điều kiện tự nhiên t=20 ± 5oC độ ẩm > 95% Nhiệt thủy hóa xi măng Qx làm tăng nhiệt độ khơng đồng khối bê tông tạo nên Gradient nhiệt độ dãn nở nhiệt thể tích tính theo công thức: VT+DT = VT 1+3χ t VT-m3: thể tích khối bê tơng nhiệt t Vt+ t – m3: thể tích khối bê tơng nhiệt độ t + t Dt-K: độ tăng nhiệt độ; a-1/K: hệ số dãn nở nhiệt khối bê tông: χ = 1,1.10-5-1,2.10-5 28 Cơ sở phân tích nhiệt thủy hóa Midas civil: Mơ hình hóa phân tích thủy nhiệt với Midas civil Trình tự việc mơ hình hóa phân tích thủy nhiệt cho kết cấu bê tông khối lớn thực sau: - Xây dựng mơ hình kết cấu phản ánh cấu trúc hình học, vật liệu, tải trọng, q trình thi cơng - Xác định biến thiên đặc trưng học vật liệu co ngót, từ biến cường độ theo thời gian - Xác định đặc trưng nhiệt vật liệu kết cấu, như: + Nhiệt dung riêng hệ số dẫn nhiệt bê tông + Bề mặt tiếp xúc khối bê tông với môi trường hay với phận kết cấu khác q trình thi cơng + Nhiệt độ mơi trường + Hàm mô tả nguồn nhiệt - Xây dựng hàm hệ số đối lưu - Mô tả hệ thống làm lạnh - Phân tích xử lý kết Giới thiệu phần mềm Midas: MiDAS/Civil sản phẩm tiếng xây dựng vào năm 1989 phục vụ mục đích tính tốn kết cấu cầu với nhiều tính chuyên nghiệp hãng MiDAS It Co.,Ltđ hàn Quốc Phần mềm áp dụng phổ biến nước châu Á Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc, Malaysia, Việt nam Một số tính bật phần mềm như: - Hỗ trợ trực tiếp việc mơ hình hóa dạng sơ đồ kết cấu riêng biệt: Cầu dây văng, cầu dây võng, cầu liên tục thi công theo công nghệ hẫng, đúc đẩy, đúc chỗ đà giáo, qua mô đun Bridge Wizard Với nhiều mode kết cấu với nhiều mode mặt cắt, vật liệu tải trọng - Mơ hình hóa phân tích giai đoạn thi cơng có xét đến thay đổi tính vật liệu theo thời gian (co ngót, từ biến, chùng rão vật liệu) 29 - Hỗ trợ nhiều loại phần tử để mô cấu kiện cầu: phần tử thanh, tấm, vỏ, khối, cáp ứng suất trước, dây chịu kéo, phần tử liên kết, phần tử giảm chấn, - Phân tích có xét đến yếu tố phi tuyến hình học, phi tuyến vật liệu: Xét hiệu ứng biến dạng lớn; hiệu ứng P-delta; vật liệu dị hướng - Phân tích nhiều mode cần thiết kỹ thuật kết cấu phân tích tĩnh, phân tích động, phân tích tuyến tính, phân tích phi biến mode lớn, phân tích thủy nhiệt - Khả phân tích tải trọng di động mạnh: hỗ trợ loại hoạt tải tiêu chuẩn theo quy trình thiết kế cầu tiên tiến AASHTO-LRFD-02 (Mỹ),v.v… - Khả tính tốn thiết kế theo nhiều tiêu chuẩn tiên tiến - Khả tính tốn lực điều chỉnh dây cáp cầu treo theo lý thuyết tối ưu qua lệnh Unknow Load factor - Có khả phân tích kết cấu với số lượng phần tử nút với số lượng lớn - Cung cấp gần nhiều mode phần tử để mơ hình hóa phân tích nhiều tốn kết cấu - Tốc độ tính tốn MiDAS/Civil cao chương trình áp dụng nhiều thuật tốn tính tốn đại giải đa ma trận - MIDAS/Civil có giao diện đồ họa tiền xử lý hậu xử lý tiện dụng trực quan Với phổ biến phần mềm MIDAS/Civil, việc cài đặt dễ dàng nguồn tài liệu hướng dẫn sử dụng dễ tìm kiếm, với quen thuộc với phân mềm trình học tập làm việc, tác giả định chọn chương trình MIDAS/Civil 2011 để phục vụ tính tốn cho luận văn Cơ sở phân tích phần tử hữu hạn: Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp tổng quát để xây dựng mơ hình số mơ hình tốn học Phương pháp phần tử hữu 30 hạn có từ sớm, xuất từ năm 1940 phát triển mạnh vào năm 60 kỉ Được lập trình máy tính nên cho kết có tính xác cao, phương pháp phân tử hữu hạn sử dung rộng rãi nhiều lĩnh vực kỹ thuật cơng trình, khí, truyền nhiệt, thấm, trường điện thế, điện từ, chất lỏng Với phương pháp phần tử liên tục xem tập hợp phần tử hữu hạn kết nối nối với số vị trí (nút) Các nút thường nằm vị trí biên phần tử liền kề Sự biến thiên thực biến trường (ứng suất, chuyển vị, nhiệt độ, áp suất…) bên vật thể (môi trường liên tục) chưa biết trước, nên biến thiên biến trường bên phần tử hữu hạn giả thiết xấp xỉ với hàm đơn giản Hàm xấp xỉ (hay hàm nội suy) xác định theo biến trường nút Khi phương trình biến trường viết cho tồn miền tính tốn, ẩn số giá trị nút biến trường Bằng cách giải hệ phương trình ta xác định giá trị biến trường nút từ hàm nội suy giả thuyết ta xác đinh biến thiên biến trường miền tính tốn Cơ sở phương pháp làm rời rạc hóa miền xác định tốn, cách chia thành nhiều miền (phần tử) Các phần tử liên kết với điểm nút chung Trong phạm vi phần tử nghiệm chọn hàm số xác định thông qua giá trị chưa biết điểm nút phần tử gọi hàm xấp xỉ thoả mãn điều kiện cân phần tử Tập tất phần tử có ý đến điều kiện liên tục biến dạng chuyển vị điểm nút liên kết phần tử Kết dẫn đến hệ phương trình đại số tuyến tính mà ẩn số giá trị hàm xấp xỉ điểm nút giải hệ phương trình tìm giá trị hàm xấp xỉ điểm nút phần tử, nhờ hàm xấp xỉ hồn tồn xác định phần tử 31 Nói vậy, để tính tốn kết cấu với cấu tạo ta chia kết cấu thành số hữu hạn phần tử riêng lẻ nối với số hữu hạn điểm nút riêng lẻ Sự biến dạng tổng thể kết cấu thông qua biến dạng lưới nút hay tập hợp chuyển vị nút riêng biệt Tính liên tục cấu kiện liên kết cấu kiện với thể qua liên kết phần tử thông qua nút Liên kết kết cấu thể điều kiện biên nút hay độ tự nút Các tác động thông qua quy đổi nút Việc chia lưới phần tử nút , mô tả liên kết, điều kiện biên cần tương thích với kết cấu thực tế Nếu đảm bảo điều mơ hình PTHH làm việc giống gần giống kết cấu thực tế Việc tính tốn mơ hình PTHH trước hết phân tích trạng thái làm việc tổng thể kết cấu từ theo điều kiện liên kết tìm trạng thái làm việc PTHH Trạng thái làm việc phần tử phụ thuộc vào quan hệ ứng suất – biến dạng quan hệ nội lực chuyển vị nút phần tử Quan hệ biểu độ cứng phần tử Do từ điều kiện cân nút ta thiết lập phương trình biểu diễn mối quan hệ chuyển vị nút với lực tác dụng nút Trong hệ phương trình biểu diễn quan hệ có thành phần biết lực nút hay chuyển vị nút , từ tìm thành phần lại chưa biết Vấn đề quan trọng việc giải toán phương pháp phần tử hữu hạn xây dựng ma trận độ cứng cho phần tử Từ lắp ghép phương trình phần tử dựa vào điều kiện liên tục, điều kiện biên để tạo phương trình cho hệ giải hệ phương trình [12] Các bước tiến hành chung phương pháp phần tử hữu hạn sau: Bước 1: Rời rạc hóa kết cấu: miền tính toán chia nhỏ thành E miền phần tử miền liên kết với điểm nút nhằm mục đích 32 xây dựng lưới phần tử hữu hạn, xây dựng hệ tọa độ địa phương toàn cục, xây dựng số nút số phần tử, xác định tính chất hình học cho tốn Bước 2: Chọn hàm nội suy hay mô hình chuyển vị thích hợp Mơ hình nên đơn giản (thường có mode đa thức) phải thỏa mãn số u cầu hội tụ Mơ hình chuyển vị bên phần tử giả thiết là: (2.9) Trong [N] ma trận hàm hình dạng, phần tử (e) Xây dựng ma trận độ cứng vecto chuyển vị nút vecto tải phần tử cách sử dụng nguyên lý cực tiểu Phiến hàm toàn vật thể (chỉ xét lực thể tích lực mặt) viết sau: (2.10) Trong phần tử (e) xác định theo: (2.11) Trong thể tích phần tử (e); phần tử (e) có lực phân bố phần diện tích bề mặt tác dụng lên đơn vị diện tích bề mặt; có lực phân bố tác dụng lên đơn vị thể tích vật thể Vectơ biến mode thể biểu diễn theo vectơ chuyển vị nút cách thích hợp ta được: có cách lấy đạo hàm (2.9) 33 (2.12) Trong đó: Ứng suất (2.13) xác định từ biến mode sau: (2.14) Lưu ý để tổng quát ba thành phần chuyển vị, sáu ứng suất sáu biến mode xem xét phương trình trên.Thay phương trình (2.9) (2.12) vào phương trình (2.11) ta phần tử sau: (2.15) Trong phương trình (2.11) (2.15) xét lực cắt lực thể tích Nhưng tổng qt cịn có số ngoại lực tập trung tác dụng vào nút khác Nếu vectơ lực nút (tác dụng theo phương vectơ chuyển vị nút toàn kết cấu) tổng kết cấu viết sau: 34 (2.16) Trong vectơ chuyển vị nút tồn cơng trình M tổng số chuyển vị nút hay bậc tự Cần lưu ý thành phần vectơ vectơ chuyển vị nút chung tồn cơng trình Một cách tương ứng, phần tử thay vectơ (như , e =1, 2, 3, 4… E, xuất ma trận phần tử lại ) biểu thức mở rộng cách thêm giá trị zero nơi cần thiết Nói cách khác dấu tổng phương trình (2.10) muốn nói việc mở rộng ma trận phần tử thành kích thước tồn cơng trình cộng giá trị xếp chồng Như phương trình (2.9) (2.10) cho ta: (2.17) Phương trình (2.11) biểu diễn toàn kết cấu theo chuyển vị nút Trạng thái cân kết cấu xác định cách giải điều kiện cần thiết sau (để cực tiểu năng): (2.18) Hay (2.19) => Trong (2.20) ma trận độ cứng phần tử ma trận độ cứng toàn cấu kiện 35 vectơ chuyển vị nút toàn cấu kiện vectơ tải tập trung Bước 3: Tập hợp phương trình phần tử để hệ phương trình cần tổng thể cho hệ: Xây dựng điều kiện liên tục biên phần tử với biến sở (quan hệ bậc tự địa phương bậc tự toàn cục, thiết lập quan hệ kết nối phần tử) quan hệ nút địa phương với nút toàn cục Xây dựng điều kiện cân Lắp ghép phương trình phần tử dựa vào bước trên, kết hệ thống phương trình : Trong ma trận độ cứng toàn hệ Và vectơ tải nút tổng thể là: vectơ lực nút phần tử biến mode ban đầu gây vectơ lực nút phần tử lực bề mặt gây vectơ lực nút phần tử lực bề khối gây vectơ lực nút tổng cộng Bước 4: Dựa vào toán điều kiện biên: Xác định bậc tự toàn cục biến sơ cấp Xác định bậc tự toàn cục biến thứ cấp Giải tìm giá trị ẩn số chuyển vị nút sau kết hợp điều kiện biên để hệ phương trình có mode: Đối với tốn tuyến tính, hệ phương trình giải cách dễ dàng Bước 5: Tính tốn ứng suất biến mode phần tử Giải hệ phương trình lắp ghép, phân tích đánh giá kết quả: Tính đại lượng dẫn xuất Tính sai số tốc độ hội tụ tốn So sánh với lời giải giải tích có 36 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HÓA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN Mơ hình phân tích: Sau nghiên cứu số bệ trụ cầu có kích thước lớn cầu cầu Cửa Hội (Nghệ An), cầu Dã Viên (Huế), cầu Rồng (Đà Nẵng), cầu Cửa Đại (Quãng Ngải)…Chọn bệ trụ cầu Rồng (Đà Nẵng) làm mơ hình tính tốn với kích thước 44mx34mx5m, bệ trụ đặt hệ cọc khoan nhồi gồm 30 cọc, có đường kính cọc D=2,0m, tổng khối lượng bê tơng bệ 7.480m3,, cụ thể sau: Hình 3.1 Mặt trụ cầu 37 Hình 3.2 Mặt bên trụ cầu Tải FULL (118 trang): https://bit.ly/38rC95Z Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Hình 3.3 Mặt bệ móng trụ cầu 38 Do tính chất đối xứng vật liệu điều kiện biên mặt bên bệ trụ cầu, nên để giảm bớt khối lượng tính tốn tiến hành phân tích với mơ hình ¼ bệ trụ cầu Các thơng tin vật liệu kết cấu: Bộ phận kết cấu Đặc trưng lý Loại bê tông Nhiệt dung riêng (kcal.g/kg 0C) Khối lượng riêng kg/m3 Ván khuôn thép Hệ số đối lưu nhiệt 20 (kcal/m C) Khơng khí có gió Nhiệt độ mơi trường (0C) Nhiệt độ lúc đổ bê tông (0C) Cường độ bê tông 28 ngày (kgf/m2) Môđun đàn hồi bê tông 28 ngày (kgf/m2) Hệ số giãn nở nhiệt Hệ số Pốtxơng Hàm lượng ximăng kg/m3 Bệ trụ C3000 0,25 2400 12 15 25 20 3.e6 2,8.e9 1,0.e-5 0,18 340 Phân tích ứng xử bê tơng khối lớn nhiệt thủy hóa gây Tải FULL (118 trang): https://bit.ly/38rC95Z ra: Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net 2.1 Mơ hình hóa Midas Civil: Hình 3.4 Khai báo đơn vị 39 Hình 3.5 Khai báo vật liệu - Xác định hệ thống đơn vị: Hệ thống đơn vị sử dụng cho lực N, cho chiều dài mm, cho nhiệt Kcal, nhiệt độ oC - Khai báo vật liệu: Vật liệu bệ trụ cầu bê tông Mac 30Mpa - Thiết lập môi trường làm việc 40 - Xây dựng lưới phần tử: Đối với tốn phân tích thủy nhiệt, cần thơng tin thể tích nên phần tử mơ hình phải chọn phần tử khối (Solid element) Do kết cấu đối xứng hai trục nên cần xây dựng mơ hình cho ¼ kết cấu Các nút nằm trục đối xứng gán liên kết thích hợp đảm bảo phản ánh trạng thái ứng suất - biến dạng kết cấu Việc xây dựng lưới phần tử thực theo sau: - Gán vật liệu tương ứng cho phần tử: - Dự kiến q trình thi cơng: thi cơng đổ bê tơng bệ 01 đợt - Định nghĩa nhóm kết cấu: tương ứng với q trình thi cơng nên ta có 01 nhóm kết cấu - Định nghĩa nhóm điều kiện biên: Nhóm điều kiện biên định nghĩa phụ thuộc vào thay đổi kết cấu trạng thái truyền, dẫn nhiệt q trình thi cơng Kết cấu tiếp xúc với đất (bê tông bịt đáy) gán nhiệt độ cố định mặt (bằng nhiệt độ môi trường, ta chọn 25oC), tiếp xúc với ván khuôn thép xung quanh với khơng khí mặt - Gán điều kiện biên kết cấu: Điều kiện biên kết cấu gán cho nút tiếp xúc với đất nút nằm trục đối xứng Các nút tiếp xúc với đất gán điều kiện biên hạn chế chuyển vị theo phương thẳng đứng cho phép chuyển vị tự theo phương lại Các nút nằm mặt đối xứng song song với trục X khơng có chuyển vị theo phương Y tương tự, nút nằm mặt đối xứng song song với trục Y khơng có chuyển vị theo phương X điều kiện biên gán cho nhóm tương ứng với giai đoạn thi cơng mơ tả Hình 3.6 Điều kiện biên 41 - Định nghĩa hàm nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ mơi trường nhiệt độ bên ngồi kết cấu Sự chênh lệch nhiệt độ bên bên kết cấu ảnh hưởng đến độ lớn tốc độ truyền nhiệt Với tốn phân tích thủy nhiệt, sử dụng nhiều hàm nhiệt độ mơi trường khác tùy thuộc vào địa điểm khác định nghĩa hàm nhiệt độ mơi trường khác Ngồi ra, hàm nhiệt độ mơi trường gán giá trị số hay giá trị biến thiên phụ thuộc thời gian theo quy luật khác Hình 3.7 Hàm nhiệt độ mơi trường - Định nghĩa hàm hệ số đối lưu: Hàm hệ số đối lưu thể hệ số đối lưu cho điều kiện tiếp xúc đây, hai hàm hệ số đối lưu định nghĩa hàm hệ số đối lưu cho ván khuôn thép hàm hệ số đối lưu cho khơng khí - Xác định phần tử biên tiếp xúc: Để thực việc phân tích thủy nhiệt, cần xác định phần tử nằm biên tiếp xúc hàm hệ số đối lưu hàm nhiệt độ bên tương ứng Một mơ hình phân tích có nhiều miền biên tiếp xúc với điều kiện biên tiếp xúc khác - Xác định miền có nhiệt độ cố định (Prescribed Temperature): Một ràng buộc (điều kiện biên) phân tích thủy nhiệt khu vực có nhiệt độ cố định Đây nơi có nhiệt độ khơng thay đổi tồn q trình thi cơng, ví dụ phần tiếp xúc với đất 7761568 ... VÕ VĂN VIỆT PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT... 36 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐẾN NHIỆT THỦY HĨA TRONG BÊ TƠNG KHỐI LỚN 36 Mơ hình phân tích: 36 Phân tích ứng xử bê tơng khối lớn nhiệt thủy hóa... Phân tích ảnh hưởng hệ thống làm lạnh đến nhiệt thủy hóa bê tơngkhối lớn 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIỆT THỦY HÓA BÊTƠNG Nhiệt thủy hóa bê tông khối lớn: Kết cấu bê tông bê tơng cốt thép coi khối