Ảnh hưởng của mô phỏng cáp dự ứng lực đến trạng thái ứng suất và chuyển vị của cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn

Microsoft Word 251 Vu Hoang Hung doc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN 978 604 82 2981 8 78 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ PHỎNG CÁP DỰ ỨNG LỰC ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CẦU MÁNG[.]

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ PHỎNG CÁP DỰ ỨNG LỰC ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CẦU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP NHỊP LỚN Vũ Hoàng Hưng1, Phạm Cao Tuyến2 Trường Đại học Thủy lợi, email: hung.kcct@tlu.edu.vn Công ty TNHH Tư vấn, Trường Đại học Thủy lợi ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện cầu máng xi măng lưới thép (CM-XMLT) hạn chế chiều dài nhịp, thông dụng loại nhịp có chiều dài 6m Để đáp ứng yêu cầu thực tế cầu máng nhịp lớn, sử dụng kết cấu CMXMLT ứng suất trước (ƯST) giải pháp đem lại hiệu cao tăng nhịp cầu máng [1] Để tạo ƯST kết cấu CM-XMLT, cáp dự ứng lực (DƯL) kéo căng sau neo vào cấu kiện Do thân máng XMLT có dạng vỏ trụ chiều dày thân máng mỏng nên thích hợp với cáp DƯL đặt thẳng Căn vào cáp căng trước hay sau phân thành hai loại: phương pháp căng trước phương pháp căng sau Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế chế tạo để lựa chọn cho phù hợp Bài báo xem xét khía cạnh nhỏ tính tốn thiết kế mơ cáp DƯL mơ hình phần tử hữu hạn ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất biến dạng CM-XMLT-ƯST nhịp lớn PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG CÁP DỰ ỨNG LỰC Xác định trạng thái ứng suất chuyển vị CM-XMLT cần theo tốn vỏ mỏng khơng gian phương pháp phần tử hữu hạn Kết cấu CM-XMLT mơ phần tử khối, riêng cáp DƯL mơ theo hai phương thức: cục tổng thể Phương thức cục xem xét tác dụng kết cấu cáp DƯL, lấy tải trọng để thay tác dụng cáp DƯL (Hình 1a) Phương thức tổng thể xem xét đồng thời tác dụng kết cấu cáp DƯL, sử dụng phần tử liên kết (phần tử chịu kéo nén dọc trục) để mô cáp DƯL với phương pháp giảm nhiệt (Hình 1b), phương pháp biến dạng ban đầu… để tạo ứng lực trước Hai phương thức có ưu nhược điểm riêng [2] (1) Phương thức cục Ưu điểm: không cần xem xét vị trí tuyến cáp DƯL, xây dựng mơ hình, chia lưới phần tử đơn giản, hiệu ứng ƯST tổng thể kết cấu thể rõ ràng Nhược điểm: khó mơ ảnh hưởng vị trí cáp, phương cáp đến tổng thể kết cấu, khơng mơ q trình kéo cáp, không dễ xem xét tác dụng đồng thời tải trọng ngồi, khơng thể mơ tổn hao ứng suất lực kéo cáp khác (2) Phương thức tổng thể Ưu điểm: coi kết cấu cáp DƯL hai loại phần tử riêng biệt nên cáp có vị trí định, xem xét ảnh hưởng kết cấu; mơ q trình căng cáp để tối ưu trình tự căng cáp, hưởng ứng ứng suất cáp tải trọng tùy ý mô tổn hao ƯST Nhược điểm: xây dựng mơ hình phức tạp đặc biệt cáp nhiều bố trí tuyến cong 78 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 T=-LKC/EAα LKC (a) Phương thức rời rạc (b) Phương thức chỉnh thể Hình Phương pháp mơ cáp dự ứng lực LKC - lực kéo cáp; T - nhiệt độ; E - mô đun đàn hồi cáp; A - diện tích mặt cắt ngang cáp; α - hệ số giãn nở nhiệt vật liệu cáp TÍNH TỐN CM-XMLT-ƯST BẰNG PHẦN MỀM ANSYS Chương trình tính kết cấu CM-XMLTƯST chương trình chun dụng phân tích kết cấu cầu máng tiết diện chữ U xây dựng sở phương pháp phần tử hữu hạn, dùng ngơn ngữ lập trình tham số APDL ANSYS [3][4] Chương trình xây dựng cho kết cấu CM-XMLTƯST với cáp DƯL thẳng căng sau, cáp liên kết với kết cấu hai đầu neo, lực kéo cáp đưa vào thông qua biến dạng ban đầu cáp Trong trình căng cáp chịu tải, cáp không tiếp xúc với thành lỗ, cáp thẳng tuyến lỗ bị biến dạng theo kết cấu Do mơ hình tổng thể thể làm việc mơ hình cục [5] Ngồi trường hợp sử dụng cáp DƯL căng trước căng sau có vữa lấp đầy lỗ, cáp tiếp xúc chặt chẽ với kết cấu, sử dụng Chương trình chưa đảm bảo tính xác làm việc CM-XMLTƯST Vì tác giả tiến hành chỉnh sửa Chương trình tính CM-XMLT-ƯST để mơ trường hợp cáp DƯL căng trước mô hình thể Do = 1.2m, chiều cao máng H = 1.4m, chiều dày thân máng t = 0.04m, chiều dày đáy máng to = 0.2m, lực kéo cáp LKC = 875kN Vật liệu xi măng lưới thép M300 Chiều dài nhịp tính tốn thay đổi L = (8÷22) m Máng chịu trọng lượng thân (TLBT), áp lực nước máng đầy nước (ALN), người máng (ND) lực kéo cáp (LKC) Tính tốn chuyển vị ứng suất với tổ hợp tải trọng: TH = TLBT+ALN+ND+LKC hai trường hợp mô cáp DƯL 4.2 Kết tính tốn Mơ hình hình học CM-XMLT-ƯST có chiều dài L = 20m cho Hình Kết tính tốn ứng suất chuyển vị ứng với chiều dài máng cho hai trường hợp mô cáp DƯL cho Bảng 1, ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ PHỎNG CÁP DƯL ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ CHUYỂN VỊ CM-XMLT-ƯST 4.1 Đặt toán Sử dụng Chương trình tính kết cấu CM-XMLT-ƯST tính tốn cho trường hợp máng tiết diện chữ U có đường kính 79 Hình CM-XMLT-ƯST L = 20m Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Bảng Ứng suất dọc SZ (kN/m2) đáy máng mặt cắt nhịp cầu máng Trường hợp Chiều dài máng L (m) Vị trí 10 12 14 16 18 20 22 Mơ hình cục Đỉnh -548 -1187 -2658 -3557 -5552 -6638 -9207 -10423 Đáy -3851 -3333 -2709 -1903 -1023 3.10 1109 2345 Mơ hình tổng thể Đỉnh  -304 -1086 -2406 -3408 -5063 -6445 -8527 -10232 Đáy  -3964 -3403 -2814 -2006 -1190 -160.8 865.8 2065 Bảng Chuyển vị đứng UY (mm) mặt cắt nhịp cầu máng Trường hợp Chiều dài máng L (m) 10 12 14 16 18 20 22 Mơ hình cục 0.552 0.546 0.238 -0.559 -2.059 -4.502 -8.159 -13.32 Mô hình tổng thể 0.588 0.587 0.304 -0.455 -1.883 -4.278 -7.830 -12.55 4.3 Nhận xét Từ Bảng 1, cho thấy ứng suất dọc máng SZ (kN/m2) nhịp, chuyển vị đứng UY (mm) nhịp Cầu máng CMXMLT-ƯST hai trường hợp mơ cáp DƯL có thay đổi đặc biệt chiều dài máng lớn thay đổi lớn Ứng suất chuyển vị CMXMLT-ƯST sử dụng mơ hình chỉnh thể nhỏ CM-XMLT-ƯST sử dụng mơ hình rời rạc KẾT LUẬN Ảnh hưởng mô cáp DƯL đến trạng thái ứng suất chuyển vị CMXMLT-ƯST rõ ràng, chiều dài máng lớn ảnh hưởng lớn Chiều dài máng tăng lớn ứng suất kéo đáy máng chuyển vị đáy máng trường hợp mơ hình chỉnh thể có xu hướng nhỏ mơ hình rời rạc, điều cho thấy hiệu ứng tiếp xúc cáp DƯL với kết cấu Vì chiều dài máng lớn cần mơ cáp DƯL theo mơ hình chỉnh thể kể bố trí cáp tuyến thẳng, đương nhiên cáp tuyến cong cần phải sử dụng mơ hình chỉnh thể đảm bảo độ xác kết tính tốn trạng thái chuyển vị kết cấu CM-XMLT-ƯST TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Thành Hải (2001), Cầu máng xi măng lưới thép, Bài giảng sau đại học ngành Cơng trình thủy, Trường Đại học Thủy Lợi, Hà Nội [2] Vũ Hồng Hưng (2018), ANSYS – Ví dụ thực tế phân tích kết cấu cơng trình thủy lợi thủy điện, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [3] Phạm Cao Tuyến (2017), Nghiên cứu kết cấu công nghệ chế tạo cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Thủy lợi [4] Phạm Cao Tuyến (2015), Nghiên cứu thực nghiệm cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn máy tính, Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, số 49, pp 122-128, 06/2015 [5] Phạm Cao Tuyến, Vũ Hoàng Hưng, Nghiên cứu chuyển vị ứng suất cầu máng vỏ mỏng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn, Tạp chí KHKT Thủy lợi Mơi trường, số 60, pp 94-99, 03/2018 80 ... rạc KẾT LUẬN Ảnh hưởng mô cáp DƯL đến trạng thái ứng suất chuyển vị CMXMLT-ƯST rõ ràng, chiều dài máng lớn ảnh hưởng lớn Chiều dài máng tăng lớn ứng suất kéo đáy máng chuyển vị đáy máng trường... cho thấy ứng suất dọc máng SZ (kN/m2) nhịp, chuyển vị ? ?ứng UY (mm) nhịp Cầu máng CMXMLT-ƯST hai trường hợp mơ cáp DƯL có thay đổi đặc biệt chiều dài máng lớn thay đổi lớn Ứng suất chuyển vị CMXMLT-ƯST... nghiệm cầu máng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn máy tính, Tạp chí KHKT Thủy lợi Môi trường, số 49, pp 122-128, 06/2015 [5] Phạm Cao Tuyến, Vũ Hoàng Hưng, Nghiên cứu chuyển vị ứng suất cầu