Nghiên cứu tính toán kết cấu công sự bằng tôn sóng chịu tác dụng tải trọng nổ

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO BỘQ UỐ C P H Ò N G HỌCVIỆNKỸTHUẬTQUÂNSỰ ===========oO o = = = = = = = = = = = Lê HảiDương NGHIÊNCỨUTÍNHTỐNKẾTCẤUCƠNGSỰBẰNGT ƠNSĨNGCHỊUTÁCDỤNGTẢITRỌNGNỔ Chunngành:Kỹ thuậtxâydựngcơngtrìnhđặc biệtMãsố: 9580206 TĨMTẮTLUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HàNội-2020 CƠNG TRÌNHĐƯỢCHỒNTHÀNHTẠI HỌCVIỆNKỸTHUẬTQNSỰ-BỘQUỐCPHỊNG Ngườihướng dẫnkhoahọc:PGS.TSNg uyễnTríTá Phản biện 1: GS TS Nguyễn Văn LệPhản biện 2: PGS TS Vũ Quốc AnhPhảnbiện3:TSNguyễnXuânKiều Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Họcviện theo Quyết định số 4724/QĐ-HV ngày 30 tháng12 năm 2020 củaGiám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp Học viện Kỹ thuật Qnsựvàohồi:… g i ……ngàytháng….năm2020 Cóthểtìmhiểu luận ántại: - ThưviệnHọcviệnKỹthuậtQnsự - ThưviệnQuốc gia DANHMỤCCƠNGTRÌNH CỦATÁCGIẢ Nguyễn Trí Tá, Lê Hải Dương, (2016), “Tính kết cấu tơn sóng theo mơhìnhtrựchướng”,TạpchíXâydựng,BộXâyDựng,số1.2016,trang119 –122 Nguyễn Trí Tá, Lê Hải Dương, (2017), “Ứng dụng phần mềm ANSYStính kết cấu cơng tơn sóng tương tác với mơi trường chịu tácdụng tải trọng nổ đất”, Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây Dựng, số4.2017,trang49–52 Nguyễn Trí Tá, Lê Hải Dương, (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng củaphần tử tiếp xúc tính kết cấu cơng tơn sóng tương tác vớimôi trường chịu tải trọng nổ đất”, Tạp chí Xây dựng, Bộ XâyDựng,số7.2017,trang254–257 Nguyễn Trí Tá, Lê Hải Dương, (2018), “Nghiên cứu q trình tương táccủa sóng nén với kết cấu công nổ đất”, Tạp chí Xây dựng,BộXâyDựng,số4.2018,trang49–52 Lê Hải Dương, Nguyễn Trí Tá, Cao Chu Quang, (2018),“Thí nghiệmhiện trường xác định trạng thái ứng suất – biến dạng công bằngtôn sóng chịu tác dụng tải trọng nổ đất”, Tạp chí Xây dựng, BộXâydựng,số11.2018,trang174-177 Lê Hải Dương, Vũ Văn Hồng, (2019),“Thí nghiệm trường xácđịnhđ ặ c t í n h l m v i ệ c t r ự c h n g c ủ a t n s ó n g l m k ế t c ấ u c ô n g s ự chịu tác dụng tải trọng nổ đất”, Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây dựng,số7.2019,trang292-295 MỞĐẦU Tínhcấpthiếtcủađề tàinghiêncứu Trong hệ thống cơng trình phịng thủ, ngồi đường hầm, cơng sựlâubềnthì hệthốngcá c cơngs ự dãchiến, trangbịma ngt heobộđội rấ t cầnthiết,khơngthểthiếuvàcóvaitrịquantrọng.Hệthốngcơngsựdãchiến với cơng trình lâu bền tạo nên hệ thống phịng thủ vừavững chắc, vừa linh hoạt góp phần hồn thành tốt nhiệm vụ chiến đấucủa đội Trong chiến tranh giải phóng đất nước bảo vệ Tổ quốc, bộđộitađã biết tậndụng vật liệu chỗđể làm công sựd ã c h i ế n T năm 1982, số loại công dã chiến bê tơng cốt thép, cót épkết hợp bao cát, thép,… nghiên cứu chế tạo Tuy nhiên, cácloại cơng dã chiến có cịn nhiều điểm cịn hạn chế, khả năngchịu lực thấp, khối lượng mang vác vận chuyển cịn lớn, thời gian lắp dựngcịndài.Gầnđây,cơngsựdãchiếntiếptụcđượcnghiêncứu nhằmtrangbịchobộđộichiếnđấuphịngngựởcácloạiđịahìnhkhácnhau.Trongđóphải kể đến hai cơng trình nghiên cứu cấp Bộ Quốc phịng PGS TSNguyễn Trí Tá TS Cao Chu Quang chủ trì Hai cơng trình tập trungnghiêncứuvề:cácloạivậtliệuứngdụnglàmcơngsựdãchiến(trongđóc ótơnsóng,composite,vảibạt),sứcsốngcơngtrình,khảnăngbảovệsinhlựcbêntrongcơngsự,liênkếtlắpdựng,tínhcơđộng, …Cácloạicơngsựnày thường chịu tác dụng cục loại đạn nổ nóc, nổ cạnhtường Khi tính tốn, tách rời kết cấu khỏi môi trường thừa nhận tảitrọngt c d ụ n g t r ự c t i ế p l ê n b ề m ặ t k ế t c ấ u , v ậ t l i ệ u l m v i ệ c t r o n g g i a i đoạnđànhồi.Vấnđềđặtracầntiếptụcđượcnghiêncứulà:khảnănglàmviệc kết cấu chịu tác dụng bom đạn nằm ngồi bán kính sátthương; sử dụng mơ hình tương tác kết câu – mơi trường để phản ánh đúngđắnhơnmơhìnhl m v i ệ c t h ự c c ủ a k ế t c ấ u ; t í n h đ ế n k h ả n ă n g l m v i ệ c vật liệu giai đoạn đàn hồi, chí xétđến trạng thái tớihạncủakếtcấu Vì vậy, đề tài“Nghiên cứu tính tốn kết cấu cơng tơn sóngchịu tác dụng tải trọng nổ”là cần nghiên cứu, có ý nghĩa khoa họcvàthựctiễntrongxâydựngcơngtrình chiếnđấu Mụcđíchnghiêncứucủaluậnán Nghiên cứu tính tốn kết cấu cơng tơn sóng chịu tác dụng củađạn (tương đương loại đạn pháo) nổ đất: xây dựng mơ hình tính,cơ sở lý thuyết giải tốn, ứng dụng phần mềm ANSYS vào tính kết cấuvàkhảosátảnhhưởngcủamộtsốt h a m s ố , t h í n g h i ệ m h i ệ n t r n g x c định trạng thái ứng suất – biến dạng kết cấu công chịu tác dụng củatải trọng nổ đất, có kể đến tính phi tuyến vật liệu kết cấu mơitrường Phạmvinghiêncứucủaluậnán - Kết cấu cơng tơn sóng cho cơng ẩn nấp phân đội bộbinh,tổcó3 đến4chiếnsĩ, trongtrậnđịaphịngngự; - Nghiên cứu tốn kết cấu – mơi trường chịu tác dụng tải trọngnổ có xét đến tính phi tuyến vật liệu kết cấu môi trường, theo sơ đồkhơnggian, q trìnhliênt ụ c t k h i n ổ đ ế n l a n t r u y ề n s ó n g n é n v t c dụnglênkếtcấu; - Thử nghiệm số nghiên cứu ảnh hưởng số tham số kết cấu,mơitrường,tảitrọng,đếntrạng tháiứngsuất –biếndạng trongcơngsự; - Nghiêncứuthí ngiệmhiệntrường Phươngphápnghiêncứu Nghiên cứu lý thuyết, ứngdụngphần mềm tínhtốnkết cấu, thínghiệmhiệntrường Nộidung cấutrúc luậnán Luận án gồm phần mở đầu, chương (Chương 1: Tổng quan tảitrọng nổ sử dụng tơn sóng làm kết cấu cơng sự; Chương 2: Cơ sở giảibài toán động lực học cơng tơn sóng – mơi trường phươngpháp phần tử hữu hạn; Chương 3: Thử nghiệm số nghiên cứu tương tác kếtcấucơngsựbằngtơnsóngvớimơitrườngchịutácdụngtảitrọngnổtrongđất ảnh hưởng số thơng số đến trạng thái ứng suất – biến dạng củacông sự; Chương 4: Nghiên cứu thí nghiệm trường), kết luận chung,danhmụccáctàiliệuthamkhảovàphụlục CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TẢI TRỌNG NỔ VÀ SỬ DỤNGTƠNSĨNG LÀMKẾTCẤUCƠNGSỰ 1.1 Tổngquanvềcácloạitảitrọngnổtácdụnglênkếtcấucơngsự Khi bom đạn nổ đất, với lượng thuốc nổ nhỏ 100kG vàkhoảng cách nhỏ 5m, tác dụng nổ lên chướng ngại coi xungtức thời Trường hợp lượng nổ C khoảng cách R lớn, thường nằmngoài vùng bán kính phá hoại, tính theo xung lượng khơng thích hợp, cầnphải tính theo áp lực sóng nén Áp lực sóng nén tác dụng lên kết cấu tínhtheocơngthức: P= A  R   3C   m (kG/cm2) (1.1) đó: P-Á p lựcsóngnén,kG/cm2; R - Khoảng cách từ tâm nổ đến điểm tính tốn kết cấu, m;Avà m - Cáchệsố thựcnghiệmphụ thuộcloạiđất Khi đạn nổ mặt đất, khoảng cách gần khơng vượt q 20rz(rzlàbán kính hiệu lượng nổ), áp lực nổ với thời gian ngắn, tác dụngnổ lên kết cấu công coi xung tức thời Ở khoảng cách lớn hơn20rz, áp lực nổ lên kết cấu công tính theo cơng thức áp lực sóngxungkích 1.2 Tơnsóngvàứngdụngtrongthiếtkế cơngtrình Sovới kết cấu phẳng, kết cấu dạng sóngc ó r ấ t n h i ề u u đ i ể m n h : làm tăng độ cứng kháng uốn theo phương dọc sóng; làm tăng diện tích bềmặt,q trình hấp thụnhiệt tản nhiệt nhanh;định hướngt h o t n c theomộtphương Trong xây dựng dân dụng cơng nghiệp, tơn sóng sử dụng phổbiến làm mái che vách ngăn cơng trình, thành phần cấu tạovà tính toán chịu lực kết cấu sàn deck liên hợp thép - bê tông, làmcontainer chứa hàng … Trong công trình giao thơng, tơng sóng đượcứngdụng phổ biến làm tường hộ lan, làm sườn tăngcứng cho cầu BTCTd ự ứng lực, làm cống qua đường,… Trong quốc phịng, tơn sóng ứngdụnglàmcơngtrìnhchiếnđấu, làmnhàvịmchứamáybay,nhà kho,… Do đặc thù cấu tạo hình học, lý thuyết tính cấu kiện tơn sóng khơngnhư tính cấu kiện đơn giản Hiện nay, có hai phương pháp chủ yếu đểtính kết cấu tơng sóng Một phương pháp tính với trực hướng tươngđương:xâydựngmơhình t ấ m phẳngc ó t í n h chấtlà m vi ệc t ương đ n g vớimơ hìnhthực tơnsóng, gọi mơhình trực hướng tươngđ n g củatơns ó n g ( c c t c g i ả : S e i d e l ; A S a m a n t a v M M u k h o p a d h y a y ; DavidWennberg;Y.XiavàM.I.Friswell;…).Hailàphươngphápphần tửhữu hạn: xây dựng mơ hình tơn sóng phần mềm mơ phỏng, phântích kết cấu với trợ giúp máy tính, ANSYS cơng cụhữuhiệu 1.3 Tổng quan phương pháp tính kết cấu công chịu tác dụngtảitrọngnổtrongđất Chođ ế n n a y , t r ê n t h ế g i i v t r o n g n c đ ã c ó n h i ề u c n gtrình nghiên cứu tương tác kết cấu cơng trình với mơi trường đất chịu tácdụng tải trọng động Điển hình phải kể đến: nghiên cứu ứng xử kếtcấutơnsónglàmcốngquađườngvớimơitrườngđấtchịutảitrọngđồnx echạy(JosehpH.Byrne);nghiêncứuvềảnhhưởngcủatươngtácphituyến kết cấu – đất tác dụng trụ cầu (Houman Ghalibaflan,Carlos E Ventura, Ricardo O Foschi); nghiên cứu phân tích tương tácphituyếnkếtcấu– mơitrườngsửdụngkhớpnốilặp(H.ZolghadrJahromi, B.A Izzudin L.Zdravkovic ); nghiên cứu tương tác động lực học phituyến kết cấu với biến dạng (Nguyễn Tương Lai); nghiên cứu vềtương tác kết cấu công - mơi trường phi tuyến chịu tác dụng tải trọng nổ(NguyễnTríTá);nghiêncứutươngtácđộnglựchọccủakếtcấucơngsựdạng với phi tuyến chịu tải trọng sóng nổ (Vũ Cơng Hoằng);nghiên cứu trình lan truyền sóng nổ mơi trường san hơ tácđộngcủasóngnổđốivới cơngtrìnhqnsự(NguyễnHữu Thế) Có hai quan điểm tính kết cấu cơng chịu tác dụng tải trọng nổ:Quan điểm tính học (tải trọng động thay tải trọng tĩnh tươngđươngq)Q u a n điểmđộngl ự c h ọc(xác địnhđượct ầ n s ố daođộng,cáctha m số động học nội lực tương ứng với trạng thái động vị trí cáckhốilượngtronghệcơbảntừđóxácđịnhnộilựctrongkếtcấu) Cácphươngpháp sốtính kếtcấucơng trìnhchịutải trọngđộng: - Phương pháp sai phân hữu hạn: Nội dung phương pháp làthay toán tử vi phân toán tử đại số cục đơn giản tácdụng nút miền nghiên cứu Phương pháp sử dụngđểgiảicácbài toántổngquát; - Phương pháp phần tử hữu hạn: Kết cấu chia thành cácphầntửnhỏhơn,cókíchthướchữuhạnvàđượcgọilàcác“phầntửhữuhạn” Hệ kết cấu ban đầu coi tập hợp phần tử nối với tạimột số hữu hạn cácđ i ể m gọi “điểm nút” Phương trình cân c ủ a toàn kết cấu thành lập từ tổ hợp phương trình cân phầntử cho bảo tồn tính liên tục chuyển vị nút, nơi phần tửđược nối với Phương pháp cho phép giải tốn hệ kết cấu –mơi trường thuật toán, khả xây dựng chương trình cótínhtổngqt; - Phương pháp phần tử biên: Tư tưởng phương pháp làkhông dựa vào việc nghiên cứu đại lượng cần tìm trực tiếp tồnmiềnđãcho,màchỉnghiêncứucácphầntửtrênbiêncủamiền; - Phương pháp hạt khơng lưới SPH: Cơ sở phương pháp giải bàitốn tích phân hàm lõi W(r), với vị trí rtrong miềntínhtốnW,r ấ t phù hợp cho mơ lan truyền sóng xung kích lan truyền trongkhơngkhí 1.4 Kếtluậnchương1 Trong chương này, tác giả trình bày cách tổng quát loại tảitrọng nổ tác dụng lên kết cấu công sự, mơ hình phi tuyến mơitrường vật liệu kết cấu, tổng quan tơn sóng ứng dụng tơn sóngtrong thiết kế cơng trình, phương pháp tính tốn kết cấu tơn sóng Trêncơsởphântíchmộtsốcơngtrìnhnghiêncứutrênthếgiớivàtrongnướ cvềbàitốntươngtáckếtcấucơngsựvới mơi trườngchịut c d ụ n g t ả i trọng nổ có kể đến tínhphi tuyến, nghiên cứu phương pháp tínhk ế t cấucơngsựchịutácdụngtảitrọngnổ Từ nghiên cứu tổng quan cho thấy việc tính tốn kết cấu cơng chịutácdụngcủatảitrọngnổdobomđạngâyracịnmộtsốvấnđềchưađược giảiquyếtđầyđủl à: b i t oá nt ươngt c giữakế tcấuvà m ô i trường t h e o mơhìnhkhơnggian3D,làmviệcngồigiaiđoạnđànhồi,chịutácdụngcủa tải trọng nổ bom đạn có xét đến tách trượt bề mặt kết cấu vàmôi trường Đặc biệt, nghiên cứu ứng dụng vật liệu tơn sóng cho kết cấucơngsựtrongnướccũngcịnítcơngbố Luận án tập trung nghiên cứu giải nội dung sau: Nghiên cứutính tốn kết cấu cơng tơn sóng theo mơ hình khơng gian, kể đếntính phi tuyến vật liệu kết cấu mơi trường, tải trọng nổ mơitrường, có xét đến tách trượt bề mặt kết cấu Luận án sử dụngphương pháp PTHH, ứng dụng phần mềm ANSYS làm cơng cụ tính, thínghiệmh i ệ n t r n g l m c s đ n h g i đ ộ t i n c ậ y p h n g p h p n g h i ê n cứuvàphầnmềmứngdụnglàmcơngcụtính CHƯƠNG2.CƠSỞGIẢIBÀITỐNĐỘNGLỰCHỌCCỦACƠNGSỰTƠN SĨNG-MƠITRƯỜNGBẰNGPHƯƠNGPHÁPPHẦNTỬHỮUHẠN 2.1 Đặtbài tốn, mơ hìnhtính Tính tốn cơng dã chiến điểnhình, cơng ẩn nấp tổ đội bộbinhtừ344người,kíchthướcthơng thủy phần thân:rộngxdàixcao = B x L x H = 1,4 x 2,25 x 1,7(m).C ô n g s ự đ ặ t t r o n g m ô i t r ờng đấtácát,chịutácdụngcủatảitrọng Hình2.1:Mơ hìnhcơng nổngangthântường,cáchtườngcơng sựmộtkhoảngnhất định Tơn sóng làm công chế tạo từ thép CCT38, chiều dày=3mm, biên độ sóng hs= 5cm, chiều dài bước sóng Ts= 15cm Mơ hình vậtliệu kết cấu mơ hình đàn – dẻo tam tuyến tính Mơ hình vật liệu mơitrườnglàmơh ì n h đ n –d ẻ oc ủ a Druke r– Pra ger Mơ h ì n h phầ nt tiế pxúc mơ hình R.Goodman, R.Goodman Mahtabmở rộng cho tốn khơng gian ba chiều có kể đến vết nứt táchtrượt.Mơhìnhtảitrọnglàmơhìnhsóngnénhìnhthànhdođạnnổtron gđất(cơngthức1.1) Hình2.2:Mơhìnhđàn-dẻo Hình 2.3: Mặt giới hạn dẻo tamtuyếntính theođiềukiệnDruker–Prager 2.2 Cơsởlýthuyếtđộnglựchọctínhkếtcấucơngsựchịutácdụngtảitrọngnổtr ongđất Đốivớibàitốnđộng,khidaođộngtronghệkếtcấumơitrườngsẽxuấthiệnlựcqntínhvàlựccảnnhớt,cáclựcnàycóthểcoilàlực khối, cóphươngtrìnhchuyểnđộngcủa hệ: } trongđó: (2.1) [M]{U }+ [C]{U + [ K]{U}={R} [M]-Matrận khốilượng tổngthể củahệ; [C]-Matrậncản củahệ; [K]-Ma trậnđộ cứngtổngthể củahệ; {R}-Véctơ ngoại lựccủahệ(dolựcbềmặtvàlựckhối); {U} ,{U} , - Tươngứngvéctơ giatốc,vậntốc, chuyểnvịcủahệ {U} Đối với vật liệu ứng xử phi tuyến, ma trận vật liệu [D] không hằngsố, mà phụ thuộc biến dạng giai đoạn đàn hồi theo thời gian, đóphụthuộcvàochuyểnvịcủahệ Quanhệứng suất– biếndạng củabàitốn phi tuyếnđượcviết: {}=D ( { ( t )}) { ( t )} (2.2) Matrậnđộ cứng phụ thuộc vào biếndạng,chuyển vị: [ K]=K ({ ( t )}) =K ({U ( t )})   Phươngtrìnhchuyểnđộngcủahệkếtcấu– mơitrườngcókểđếnbiếndạngphituyếncủavậtliệucódạng: (2.3) a) Chiềudàymơhình0,45m b)Chiều dàymơ hình 0,90m c) Chiềudàymơhình1,35m d) Chiều dày mơ hình 2,25mHình2.5:Tácdụngnổ vớicácmơhình có chiềudày khácnhau Bảng2.2:Giátrịứngsuấtlớnnhấtkhảosátcácmơhìnhvới C = 1,5kG Thơng số Chiều dày mơ hình 0,45m 0,90m 1,35m 2,25m Ứngsuất 176,72 175,90 174,08 173,16 max(MPa) Sosánhvớimơ 99,53% 98,51% 97,98% hìnhdày 0,45m Bảng2.1: Giátrịứng suấtlớnnhấtkhảosátcác mơhìnhvớiC=2 , k G Chiều dày mơ hình Thơng số 0,45m 0,90m 1,35m 2,25m Ứngsuất 430,03 427,85 425,58 423,26 max(MPa) So sánh với 99,49% 98,96% 98,42% mơhìnhdày0,45 m Nhận xét: Ảnh hưởng khơng nhiều chiều dày mơ hình kết cấucơng dạng tơn sóng Việc lựa chọn chiều dày mơ hình tính khơng nhấtthiết phải chọn chiều dài thân cơng sự, lựa chọn kích thước theosố ngun lần chu kỳ sóngtơn, đảm bảo nănglựcp h â n t í c h c ủ a m y tínhmộtcáchhợplý 2.4 Kếtluậnchương2 Tác giả xây dựng mơ hình tính, nêu phương trình thuậttốn để tính kết cấu cơng theo mơ hình tốn tương tác kết cấu – mơitrường chịu tác dụng tải trọng nổ đất Môh ì n h t í n h c ủ a h ệ t h e o sơđồ khơng gian,trình tựcácbướctínhtốn theo phương phápPTHH Phân tích lựa chọn phần mềm ANSYS cơng cụ tính, phân tích lựachọn mơ hình vật liệu, thiết lập thơng số cho mơ hình tính Khảo sát đểlựachọnchiều dàymơhình tínhđểxâydựngmơhìnhchothửnghiệmsố Tính chất làm việc trực hướng tơn sóng thể rõ nét qua kết quảkhảo sát lựa chọn mơ hình, phù hợp với nghiên cứu mặt lý thuyết,cácnghiêncứutheophươngphápPTHH,ứngdụngphầnmềmANSYS; Liên kết đốt dọc theo chiều dài công không ảnh hưởngnhiều đến việc truyền nội lực, mà mang tính giữ ổn định theo phương dọccơngs ự Vì vậ y, cót h ể l ựa c h ọn c c phươngá n liê nkết c nha ugi ữa đốt cơng cho đảm bảo tính ổn định, đơn giản, dễ lắp dựng, ngaycảviệcxếpchồngmúitônkhiđiềukiệnchophép; Luận án lựa chọn chiều dày mơ hình tính tương ứng với sáu chu kỳsóng tơn (hai mơ đun đốt cơng sự) có chiều dày 0,90m làm mơ hình thửnghiệmsố,thựchiệnở chương3củaluận án CHƯƠNG3.THỬNGHIỆMSỐNGHIÊNCỨUTƯƠNGTÁCKẾTCẤUCƠNGSỰ BẰNGTƠNSĨNGVỚIMƠITRƯỜNGCHỊUTÁC DỤNGTẢITRỌNGNỔTRONGĐẤTVÀẢNHHƯỞNGMỘTSỐTHƠNGSỐĐẾN TRẠNGTHÁIỨNGSUẤT–BIẾNDẠNGCỦACƠNGSỰ 3.1 Nghiên cứu tính kết cấu cơng tơn sóng chịu tác dụng củatảitrọngnổkhimơitrườngtiếpxúc chặtchẽ vớibềmặt kếtcấu 3.1.1 Bàitốn Tính ứng suất kết cấu cơng sựbằngtơnsóngtrịntrơnchịut c dụng tảitrọngnổtrongđấtv i lượng thuốc c nổ C thay đổi (lần lượtC= , k G , C = , k G , C = , kG), đặt khoảng cách R = 2,0 mngangtườngcơng sự.Điềukiệnmơi trườngtiếpxúcchặtchẽvớibềmặtkết cấu,gọilà“bàitốntiếpxúc” Hình3.1:Mặtcắtsơđồ bàitốn 3.1.2 Tínhtheo phương pháp truyềnthống Bài toán giảit h e o q u a n đ i ể m đ ộ n g l ự c h ọ c , t c h k ế t c ấ u k h ỏ i môi trường, tải trọng tác dụng quy tĩnh tác dụng lên bề mặt kết cấu.Ứng dụng phần mềm SAP2000 phân tích nội lực Từ kết nội lực thuđược,tínhraứngsuất trongkếtcấucơng Kết thu giá trị nội lực, ứng suất lớn điểm tườngcôngsự(ngangtâmnổ)(Bảng3.1) Bảng3.1:Kết tính ứngsuất theo phương pháp truyền thống Tổhợp1 Tổhợp2 Tổhợp3 (C =1,0kG) (C =1,5kG) (C =2,0kG) M(T.m) 0,40 0,59 0,79 N(T) 0,42 0,29 0,15 218,918 320,921 428,27 max(MPa) 3.1.3 MơphỏngtínhtốnbằngphầnmềmANSYS Kếtq u ả p h â n t í c h b i t o n ứ n g v i m ỗ i t r n g h ợ p l ợ n g n ổ đ ợ c tổnghợptheo(Bảng3.2) Bảng3.2:Kết quảtínhtheophươngphápPTHH(bàitốn tiếpxúc) Nộilực 1,0kG 1,5kG 2,0kG 122,42 175,9 427,85 max(Mpa) umax(mm) 1,66 2,75 53,61 0,0017 0,0026 0,1663 max(%) So sánh kết kết thu tính theo phương pháp truyềnthống phương pháp PTHH,sử dụng phần mềm ANSYS mơ qtrìnhtươngtáckétcấu–mơitrường(Hình3.2) Chỉ số C(TNT) Hình3.2:ỨngsuấttheophươngpháptruyềnthốngvàphươngphápPTHH Nhậnxét: Trong giai đoạn đàn hồi, phương pháp truyền thống tính đơn giản hơn,thiênvềantồn,nhưngchưakểđếntínhtươngtácvàlàmviệcđồngthờicủa mơi trường Trong phương pháp PTHH, mơ mơ hình làmviệc đồng thời, phát huy tối đa khả làm việc hệ kết cấu – môitrường Mơi trường có vai trị quan trọng, làm giảm tác dụng tải trọngđộng lên kết cấu công sự, việc sử dụng mơ hình tương tác kết cấu – mơitrườnglàrấtcầnthiết 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến trạng thái ứng suất – biếndạngtrongkếtcấucơngsựbằngtơnsóng 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng việc kể đến tách trượt môi trườngtrênbềmặtkếtcấu Khảo sát toán (mục 3.1.1), sử dụng phần mềm mô ANSYS theophương pháp PTHH Tại bề mặt tiếp xúc kết cấu cơng mơitrườngđất,cóxétđếnyếu tốtáchtrượt(gọilàbàitốntáchtrượt) Bảng3.3:Kết quảtính theophươngphápPTHH (bàitốn táchtrượt) Chỉsố C(TNT) max(Mpa) umax(mm) max(%) 1,0kG 1,5kG 2,0kG 319,98 4,46 0,0065 343,5 7,45 0,0092 421,09 24,45 0,1741 So sánh kết tính mơ hình tốn tiếp xúc mơ hình bàitốntáchtrượt: Hình3.3:Biểuđồsosánhứngsuấttrênkếtcấucơngsự Hình3.41:Biểuđồsosánh Hình3.5:Biểuđồsosánh chuyểnvịtrênkếtcấucơngsự biếndạngtrênkếtcấucơngsự Nhận xét:Quy luật phát triển khác biểu đồ ứng suất biểu đồchuyển vị, quy luật tương tự biến dạng Cho thấy, mơhình tiếp xúc ảnh hưởng nhiều đến ứng xử làm việc cơng bàitốntươngtáckếtcấu–mơitrường 3.2.2.Nghiên cứuảnhhưởng sựtươngt c t h e o t h i g i a n g i ữ a s ó n g nénvàkếtcấucơngsự Mụcđíchnhằmxemxétqtrìnhl a n t r u y ề n s ó n g n é n t r o n g đ ấ t từ bắtđầuphảnứngnổđếntácdụng sóng nén lên kết cấu cơngsựbằngtơnsóng Khảo sát toán (mục 3.1.1),tại bề mặt tiếp xúc kết cấu cơngsựvà mơi trườngc ó xétđế nyế u tố Hình3.6: Vịtríđạtứngsuất,biến táchtrượt dạnglớnnhất LượngthuốcnổC=3,6kG,thayđổikhoảngcáchđặtlượngnổđến tườ ngcơngsựlần lượtlàR =2,0m, R=3,2m, R=3,8m,vàR=4,4m Kếtquả khảosátvớikhoảng cáchđặt lượng nổR=3,2m: Hình3.7:Ứngsuấttheothờigiantạitườngtrướccơngsự,R=3,2m Hình 3.8: Biến dạng theo thời gian tường trước công sự, R = 3,2mBảng3.4:TổnghợpkếtquảtínhvớiC=3,6kGởkhoảngcáchkhácnhau KhoảngcáchR 2,0m 3,2m 3,8m 4,4m Biếndạng (%) 0,1921 0,0643 0,0376 0,0276 Ứngsuất(MPa) 438,7 315,3 230,7 156,5 -2 Thờigian truyền áplựcx10 (s) 0,72 1,45 1,80 2,12 -2 Thời gian đạt ứngsuấtcực đại x10 (s) 1,26 1,80 2,15 3,60 Tốcđộtruyềnsóngđàn hồia0(m/s) 277 221 211 207 đó: - Thờigiantruyềnáplực:tínhtừkhiphảnứngnổđếnthờiđiểmáplựct ăngđộtngộtgâyraứng suất(biếndạng)tăngđộtbiến; - Thờig i a n đ t ứ n g s u ấ t c ự c đ i : t í n h t k h i phả n ứ n g n ổ đ ế n t h i điểmứngsuất(biếndạng)đạtcựcđại; -Tốcđộtruyềnsóngđànhồibằngkhoảngcáchtừtâmnổđếncơngsự (R)chiachothờigiantruyềnáplực Nhận xét:Có lan truyền áp lực đất mà sóng nổ, đólà nép ép đàn hồi môi trường, gọi lan truyền đàn hồi môitrường, kết cấu chưa chịu tác dụng sóng nén Khi khảo sát cácphần mềm SAP2000, ETAB, Plaxis … thường cho kết củasóngnéntácdụnglênkếtcấu,khơngcókhoảngthờigiantrễ 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng chắnMơh ì n h v s ố l i ệ u c ủ a b i tốn tách trượt (mục 3.2.1), tấmchắnbằnggỗdày15cm,cáchtườ c ng cơng 50cm Giả thiết gỗlàvậtliệuđẳnghướng,cóm đun đàn hồi E = 8500 MPa, ứngsuấtgiớihạn[]=10MPa Hình3.8: Mơhình bàitốncó chắn