Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Phân tích ứng suất và biến dạng trong đập bê tông đầm lăn có xét đến sự phát triển của cường độ bê tông trong quá trình thi công

LỜI CẢM ƠNLuận văn đã được thực hiện trong thời gian ngắn với tắt cả sựcủa bản thân, tác giả đã hoàn thành với đề tài: “Phan tích ứng suất và dang trong đập bê tông đầm lăn có xét đến sự

MAI THỊ HỎNG

PHAN TÍCH UNG SUAT VA BIEN DẠNG TRONG DAP BE

TONG DAM LAN CO XET DEN SU PHAT TRIEN CUA

CUONG DO BE TONG TRONG QUA TRINH THI CONG

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Mã số: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

1.PGS.TS Nguyễn Quang Hùng

2 PGS TS Trinh Đình Châm

Hy Néi - 2010

LỜI CẢM ƠNLuận văn đã được thực hiện trong thời gian ngắn với tắt cả sự

của bản thân, tác giả đã hoàn thành với đề tài: “Phan tích ứng suất và

dang trong đập bê tông đầm lăn có xét đến sự phát triển của cường độ bê

tông trong quá trình thi công” Trong qué trình thực hiện tác giả đã nhận

duo sự giúp đỡ nhiệt tinh của Phòng đào tạo Đại học và Sau đại học, Khoa

Công trình - Trường Đại học Thủy lợi cùng các thay cô giáo, bạn bẻ, đồng

nghiệp và gia dink,

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành tới các cơ quan đơn vị và các cánhân đã truyền thụ kiến thức, tạo điều Kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành

luận van

Đặc biệt tác giá xin được bày tỏ lòng biết ơn s đến PGS.TSNguyễn Quang Hàng, PGS.TS Trinh Đình Châm và Ths Vũ Hoàng Hung đãtrực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình tác gid trong quá trình thực hiện luận

Lin văn Thạc sĩ kỹ thuật 2

MUC LUC

MG DAU i

1 Tinh cắp thế của đ ti "

2 Mục dich của để tải 2

3 Cách tiếp cân và phương pháp nghiên cứu 1B

4 Kết quả đạt được 1b'CHƯƠNG 1 14TONG QUAN VE DAP BE TONG DAM LAN “1.1 Tỉnh hình xây dựng đập bê tông dim lan trên Thể giới “

1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông dim lăn ở Việt Nam 18

1.3 Các phương phip thi công dip bê tong dim lan a

1.3.1 Thiết bị thi công 21

1.3.2 Công nghệ thi công BTDL 23

1.3.3 Các phương pháp thi công lên dip 23

1.4 Những tồn tại trong quá trình tính toán phân tích ứng suất biển dạng đập bêtông dim Lan 3

1.5 Kết luận chương 1 28

'CHƯƠNG 2 30CAC PHUONG PHÁP PHAN TÍCH UNG SUAT VA BIEN DẠNG 30CUA DAP BE TONG DAM LAN CÓ XÉT DEN SỰ PHAT TRIEN CUACƯỜNG ĐỘ BE TONG TRONG THOI GIAN THỊ CONG 302.1, Sự phát triển cường độ và các đặc trưng cơ lý của bê tông đầm lăn 302.1.1 Sự phát triển cường độ của bể tông đầm lan theo thời gian 30

2.1.2 Các đặc trưng cơ lý của bê tông dim lăn 3

2.2, Ảnh hưởng của cường độ bs tong đổi với tốc độ thi sông đập 3 2.3 Các phương pháp phân tích ứng suit biển dang dap b tông dim lăn 33

2.3.1, Phương pháp giải tích 332.3.2, Phương pháp số 35

2.4 Giải bai toán phân bổ ứng suất biển dang trong đập bê tông dim lan bằng

phương pháp phần tủ hữu han 37

rat liệu 39

2.4.1, Phương pháp PTHH cho bai toan phi tuy

2.4.2 Phương pháp giải phương trình cơ bản PTHH cho bài toán phi tuyến vat liệu “4 2.5 Giới thiệu phần mém ANSYS 52

2.5.1, Giới thiệu chung phần mềm Ans) 522.5.2, Phương pháp giải bai toán trong phần mém ANSYS 55

2.6 Những vin đề cằn chú ý trong bai toán phân tích ứng suất biển dang theo quá

trình thi công s 2.6.1 Phát iển cường độ R theo thời gian 37

2.6.2, Phat triển về môđun din hồi E và hệ số Poisson theo thời giam ss

2.7 Xây dimg bài oán phân tích ứng suất biến dang của đập bê tông dim lan có

xét đến sự phát triển của cường độ bê tông trong quá trình thi công, 392.8 Két luận chương 2 ol

CHƯƠNG 3 “

PHAN TÍCH UNG SUÁT BIEN DANG DAP o

BÊ TONG DAM LAN CÓ XÉT ĐỀN SỰ PHÁT TRIEN CUA %CUONG ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH THỊ CÔNG 62

3.1 Giới thiệu chung về công tinh “

3.1.1, Giới thiệu công trình a

3.1.2, Các thông số cơ bản cia đập chính 6

3.2 Các thông số đầu vio cho qué tình tính toán “3.2.1, Các đặc nh cơ lý của b tông đầm lấn 643.2.2, Các đặc tinh của bê tông đằm lan thay đổi theo thời gian “3.2.3 Tiên độ thi công 663.3, Phân tích ứng suất biển dạng của đập theo thoi gian thi công thiết kể 68

3.3.1 Giai đoạn 1: Phân khối đổ từ cao trin +105 đến cao trình +122,1m 68

3.3.2 Giải đoạn 2: Phân khối dé tir cao trình +122,1 đến cao trình +146,7m 73

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật +

3.3.3 Giai đoạn 3: Phân khối đỗ tir cao trình +146,7 đến cao trình +180,0m 78

3.3.4 Giai đoạn 4: Phân khối dé từ cao trình +180 đến cao trình +228,Im 83

3.4, Phân tích diễn biến ứng suất S1, S3 trên lớp đổ bề mặt 90

3.4.1, Thay đổi ứng suất $1, $3 tại cao trình +122,1m theo thời gian 90

3.42 Thay đổi ứng suất S1, $3 tạ cao trình +146.7m theo thời aM 96

3.4.3, Thay đội ứng suất SĨ, 83 tại cao trình +180m theo thời giam 100

3.5 Phân tích diễn biển chuyển vị theo phương X, phương Y trên lớp đỗ bề mặt

103 3.5.1, Thay đổi chuyển vị tại cao tinh +122,1m theo thời gian 103 3.5.2, Thay đội chuyén vị ta cao trình +146,7m theo thời gian 109 3.5.3 Thay đổi chuyển vj tai cao tinh +180m theo thời gian Hà

3.6 Phân tích ứng suất và chuyển vị của đập khi đập đủ cường độ TIS

3.7 Két luận chương 3 H1

CHƯƠNG 4 18KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ us

4.1 Các két lun nit ra từ nghiên cứu của luận vấn 118

DANH MỤC HÌNH VẼ

"Hình 1.1 Thi công đập BTDL bằng xe lu rung (Beni-Haroun - Alger) 18

Hình 1.2 Đập BTBL Định Binh ~ Tinh Binh Định 19 Hình 1.3 Thiết bi thi công BTL 2

inh 1.4, So đồ phân khối đỗ đập BTL ở Đập Thủy điện Sơn La 25

Hình 1.5 Mô hình bai toán phân tích ứng suất biển dạng truyền thông, 25

Hình 1.6 Các vết nứt liên thông giữa các khối đồ 28

Hình 2.1 Cường độ chịu kéo của BTBL 31

"Hình 2.2 Mô duyn đàn hồi E của BTDL theo thời gian 32Hình 2.3 Hệ số Poisson v của BTDL theo thời gian 32

"Hình 2.4 Quan hệ ứng suất - biển dạng của vat ligu đân hồi 39Hình 2.5 Quan hệ ứng suất - biển dang của vật liệu din - do 40Hình 2.6 Sơ đỏ khối giải bài toán phi tuyển bằng phương pháp PTHH 43

"Hình 2.7 Phương pháp gia tải từng bước 45

Hinh 2.8, Phương pháp lặp trực tiếp 49

"Hình 2.9 Phương pháp lip Newton - Rhapson 50 Hình 2.10, Kết cầu chương trình ANSYS 32

Hình 2.12, Phân các lớp đổ bê tông dim lăn 0

Hình 2.13 Phân tích ứng suất trong từng lớp đỗ theo các tham số trong từng lớp đỗ

60

Hình 3.1 Phối cảnh công trình đầu mỗi Thủy điện Sơn La “Hình 3.2 Mat cắt ngang đập bê tông dim lin 6

Hình 3.3 Cường độ chịu kéo của BTĐIL 65

Hình 3.4 Mô đuyn đàn hồi E của BTDL theo thời gian 66

Hình 3.5 Tiến độ thi công lên đập,

inh 3.6 Mô hình lưới phần tir của giai đoạn 1 68

"Hình 3.7 Phân bổ ứng suất chính S1 tai thời điểm thi công đến cao tinh 122,1 m 68

inh 3.9 Phân bổ ứng suất chính S3 tai thời điểm thi công đến cao trình 122,1 m70

Thay đổi ứng suất chính S3 tại cao trình +122,1m khí vừa thi công xong.

70

Đường đẳng chuyển vị theo phương X n

Đường đăng chuyén vj theo phương Y 7Biểu đồ chuyển vi theo phương X n

Biểu đồ chuyển vị theo phương Y 72

Xô hình lưới phn từ của giải đoạn 2 7Phân bố ứng suất SĨ ti thời điểm th công đến cao trình +146,7 m 73

‘Thay đổi ứng suất SI tại cao trình +146,7m khỉ vừa th công xong 4Phân bố ứng suất S3 ti thời điểm th công đến cao trình + 146,7 m 75Thay đổi ứng suất S3 tại cao trình +146,7m khi vừa thi công xong 7Š

Đường đẳng chuyển vị theo phương X 16 Đường đẳng chuyển vi theo phương Y 16

Biểu đổ chuyển vi theo phương X nBiểu đồ chuyển vi theo phương Y n

Xô hình lưới phn tử tính toắn của gia đoạn 3 T8

Phin bố ứng suất chính SĨ ti thời dim th công đến cao tránh +180 78

Thay đối ứng suất chính $1 ti cao trình +180m khi vừa th công xong

79

Phan bổ ứng suất chính S3 ta thời điểm thi công đến ao trình +180 80

‘Thay đổi ứng suất chính S3 tại cao tình +180m_Khi vừa thi công xong

Đường đẳng chuyển vị theo phương X.

Đường đẳng chuyển vị theo phương Y

Biểu đồ chuyển vị theo phương X

Biểu đồ chuyển vi theo phương Y

80 81 si 82 82

Xô hình lưới phần từ tính toán của giai đoạn 4 83

Phân bố ứng suất chính $1 tạ thời điểm thi công đến cao trình 4228,1m

¬

Thay đổi ứng suất chính S1 tại cao trình +228,1m khí vừa thi công xong.

M Phân bố ứng suất chính $3 ti thời điểm thi công đến cao trình +228,1m

85

“Thay đổi ứng suit chinh S3 ta cao trình +228,lm khỉ vữa thi công xong

86 Đường đẳng chuyển vị theo phương X 87 Duong đẳng chuyển vi theo phương Y 87

Biéu đồ chuyển vị theo phương X 88

Biểu đồ chuyển vị theo phương Y 88

Ứng suit S1 tại cao tình +122,1m khi vừa thi công xong 0

Ung suất $1 tại cao trình 122,1m_khi thi công đến cao trình +146,7m.91 Ứng suất $1 tại cao trình 122,1m khi thi công đến cao trình 180m 91

Ứng suất SI ti cao tình +122,Im_khi thi công đến cao trình +228,Ìm

9

“Tổng hợp thay đổi ứng suất SI tại cao trình +122,1m theo thời gian 92

‘Ung suất S3 tại cao trình +122,1m khi vừa thi công xong 9

‘Ung suất S3 tại cao trình +122,Im khi thi công déneao trình +146,7m94'

Ứng suất S3 tại cao trình +122,1m khi thi công đến cao trình +180m 94

Ứng suất S3 tại cao trinh +122,1m khi thi công đến cao tình +228,1m

95

“Tổng hop thay đối ứng suất $3 tại cao trình +122, Lm theo thoi gian 95

Ứng suất S1 ti cao tình +146,7m khi vừa th công xong 96 Ứng suất SI tại cao tình “146,7m Kh dd đến cao trình +180m 97 Ứng sắt Sti cao trình *146,Tm khi đổ đn cao trình 3228,Im 97 Ứng suất $3 ta ea ình “146,7m khi vữa thi công xong 98

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật 8

Hình 3.56, Ung suit $3 tai cao trình +146,7m khi thi công đến cao trình +180m 99

Hình 3.57 Ứng sudt Sẽ tại cao trình +146,7m_khi thi công đến cao trình +228,Im

99 Hình 3.58, Ứng suất $1 tại cao trình +180m khi vữa thi công xong 100

Hình 3.59, Ứng suit SI ti cao trình +180 m Khi đổ đến cao tình +228,lm L0I

Hình 3,60, Ứng sudt S3 tại cao tinh +180m khi vữa thi công xong 102

Hình 3.61 Ứng suất S3 tại cao trình +180m khi thi công đến cao trình +228,Im 102

Hình 3,62 Chuyển vị Us ti cao tình +122,lm khi vita thi công xong 103 Hình 3.63 Chuyển vi Ux tai cao trình +122,1m khi thi công đến cao trình +146,7m

107 inh 3.69 Chuyển vị UY ti cao trinh+122,lm khí thi công đến cao trình +228,1m.

107 inh 3.70 Tổng hợp thay đối chuyển vj UY tại cao trình +122,lm theo tỏi gian

108 Hình 3.71, Chuyển vị UX ty cao tình +146,7m khi vừa th công xong 109

Hình 3.72 Chuyển vị UX tại cao tình +146,7m kh thi công đến cao trình +180m

109 Tình 3.73 Chuyển vị UX tại cao trình +146,7m khí thi cOng đến cao trình +228,1m.

nô

Hình 3.74 Chuyển vị UY ti cao trình +146,7m khỉ vừa thi công xong

Hình 3.75 Chuyển vị UY tại cao trinh+146,7m kh thi công đến cao trình +180m

Mm

inh 3.76 Chuyển vị UY tại cao trình #146,7m khi thi công đến cao trình +228,1m_

112 Hình 3.77, Chuyển vị UX tại cao trình +180m khi vừa thi công xong 113 Hình 3.78 Chuyển vi UX tại cao tình +180m_Khi thi công đến cao trình +228,1m

113 Hình 3.79, Chuyển vị UY tại cao trình +180m khi vita thi công xong H4 Hình 3.80 Chuyển vị UY tại cao trình +180m khi thi công đến cao trình 4228,Im.

14 Hình 3.81 Phân tích ứng suất chính S1 khi đập đủ cường độ ns

Hình 3.82 Phân tích ứng suất chính S3 khi đập đú cường độ 115

Hình 3.83 Đẳng chuyển vị theo phương X khi dập đủ cường độ H6 Hình 3.84, Đẳng chuyển vị theo phương Y khi đập đủ cường độ "6

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật 10.

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Số lượng đập BTDL tai một số nước trên Thể giới

Bang 1.2 Các đập bê tông dim lăn đang thi công hoặc trong giai đoạn thiết kếBing 3 Các thông số cơ bản mặt cắt ngang đập

Bảng 3.2, Phin khối đổ của bê tông theo thời gian

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ bê lông dim lăn là loại công nghệ sử dụng bê tông không có

độ sụt, được làm chặt bằng thiết bj rung lèn từ mặt ngoài (lu rung) Công nghệnay thích hợp sử dụng cho các công trình bê tông khối lớn, không cốt thép và

hình đáng không phức tạp như lõi đập, mặt đường Việc sử dụng hỗn hợp bê

tông khô hơn (không có độ sụt) và đầm len bê tông bằng lu rung giúp cho thicông nhanh hơn, rẻ hơn so với dùng công nghệ thí công bê tông truyền thống

Công nghệ BTDL so với công nghệ thi công thông thường có các ưu điểm sau:

- Lượng ding xi măng thấp, có thé sử dụng một số phé thải hoặc sảnphẩm phụ của các ngành công nghiệp khác giúp hạ giá thành vật liệu.

- So với bê tông thường, bê tông dim lăn nhanh đạt cường độ cao ở

thời gian đầu, sớm cho phép đưa vào hoạt động

- Nhiệt lượng tỏa ra it hơn giúp cho bê tông tránh được ứng suất nhiệt cục bộ.

- Phương pháp thi công không phức tap, tương tự như thi công bê tông asphalt

- Tốc độ thi công nhanh giúp rút ngắn thời gian thi công và giảm tong

chỉ phi.

~ Ngoài ra, thiết bị thi công bê tông đầm lăn không phức tạp, các thiết

bị chính để thi công bé tông theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam.

Hiệu qua áp dụng bê tông đầm lăn trong làm đập ở Việt Nam, vé kinh.

tế, hiệu quả lớn nhất mà công nghệ thi công bé tông dim lăn dem lại là rút

nguy cơ nứt khối do ứng suất nhiệt Đối với xây dựng mặt đường, việc sửdụng BTDL có thé rút ngắn thời gian đưa công trình vào sử dụng nhanh gaphai lần so với bé tông thường VỀ môi trường nhờ việc giảm lượng dùng ximing trong BTĐL va có thé thay thé một phần xi mang bằng phụ gia khoáng.

giúp giảm mức tiêu hao năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường.

Do đặc điểm của bê tông dim lăn là cường độ bê tông tăng lên theothời gian, trong những ngày đầu sau khi thi công cường độ chịu nén và chịu

nhỏ, thời gian sau cường độ đạt ồn định hơn và din dat tới cường

đa Nên khi thi công đập bê tông dim lăn với tốc độ thi công liên tục

hoặc có những đợt nghỉ dai, bé mặt phơi lộ lâu đã có những ảnh hưởng không

phát triển cường độ của bê tông, dẫn đến hiện tượng nút nẻ cục bộ.Chính vị \y, việc di sâu nghiền cứu vé sự thay đổi ứng suất và biển dạng đập

°ê tông đầm lan khi xét đến sự phát triển cường độ của bê tông trong quá

trình thì công mang tính khoa học cũng nhưc thực , nhằm đảnh giá khả

năng chịu tải của vật liệu trong thân đập, từ đó đánh giá t

lý

© độ thi công hợp

2 Mục dich của đề tài

“Trên cơ sở nghiên cứu phân tích ứng suất và biển dạng trong thân đập

bê tông đầm lăn trong quá thi công, nhằm đánh giá khả năng chịu tai của vật

liệu cũng như có kết quả bước đầu về đánh giá về khả năng phát sinh sự cố.theo tốc độ thi công lên đập bê tông đầm lăn

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

- Tiếp cận thông qua phương pháp thống kê.

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Nghiên cứu thực địa nhằm thống kê và đánh giá các nguyên nhânphá hoại của đập bê tông đầm lăn trong quá trình thi công.

+ Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng mô hình toán trong các phân tích

4, Kết quả đạt được

~ Phân tích ứng suất biến dang đập bê tông dim lăn trong quá trình thi

công có xét sự phát triển của cường độ.

- Mô phỏng được bài toán phân tích ứng suất biến dạng đập bê tong

đầm lăn sat với thực tế hơn theo quá trình phát triển của cường độ bê tông

rung lên từ mặt ngoài (lu rung) Công nghệ này thích hợp cho các công tình

bê tông khối lớn, hình dáng không phức tạp như đập, mặt đường Việc dim

lèn bê tông bằng lu rung cho phép sử dụng hỗn hợp bê tông khô, ít chất kếtdinh hơn so với bê tông thường, nhờ vậy đối với một số đập và đường bê

tông, thi công bằng công nghệ nảy nhanh hơn và rẻ hơn so với ding công

nghệ đổ bê tông truyền thống Công nghệ BTĐL thường được áp dụng thích

hợp cho thi công đập bê tông trong lực va mặt đường, sản bài

Công nghệ BTĐL áp dụng cho thi công đường giao thông so với công nghệ thi công thông thường có các wu điểm như: phương pháp thi công khôngphức tạp, lượng ding xi măng thấp, có thé sử dụng một số sản phẩm phụ hoặc

phé thai công nghiệp giúp ha giá thành vật liệu so với bê tông xi mang thôngthường, tốc độ thi công nhanh

Công nghệ BTĐL đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho xây dựng đập bê tông trọng lực Khối lượng bê tông được thỉ công cảng lớn thì hiệu quả ápdụng công nghệ BTĐIL cảng cao Việc lựa chọn phương án thi công dip bingcông nghệ BTĐL thường đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với đập bê tông

thường và đập đất dip bởi các lí do sau:

Thi công nhanh: So với đập bê tông thường, đập BTĐL được thi công

với tốc độ nhanh hơn đo có thé dùng bang tải để vận chuyển bê tông, ding

máy Ui để san gat, máy lu rung để dim lèn và ít phải chờ khối đồ hạ nhiệt Sovới đập đất đắp có cùng chiều cao, khối tích của đập BTDL nhỏ hơn nên thi

công nhanh hơn Công trình đập cảng cao, hiệu quả kinh tế của đập BTĐL.cảng lớn so với đập đất dip

Giá thành hạ: Theo các tính toán tổng kết từ các công trình đã xây

‘dung trên Thế giới, giá thành đập BTĐL rẻ hơn so với đập bê tông thi côngbằng công nghệ truyền thống từ 25% đến 40% Việc hạ giá thành đạt được la

do giảm được chỉ phí cốp pha, giảm chỉ phí cho công tác vận chuyển, đổdim bê tông

Giảm chi phi cho biện pháp thi công: Việc thì công đập bằng BTĐL có

thé giảm chỉ phí dẫn dòng trong thời gian xây dựng và giảm các thiệt hại, các

rủi ro khi nước lũ trần qua đê quai Hơn nữa thời gian thi công đập BTDL

ngắn nên các ống dẫn dòng cho đập BTĐL chỉ cin thiết kế để đáp ứng lưulượng xả nước lớn nhất theo mùa thay vì lưu lượng lớn nhất theo năm như đối

với đập bê tông và đập dip Vì vậy đường kính công dẫn dòng của đập BTDL

nhỏ hơn và chiều cao dé quai cho đập BTĐL cũng thấp hơn so với phương án

đập bê tông thường và đập đắp.

Năm 1982, Mỹ xây dựng đập trong lực BTDL đầu tiên trên Thể giới

đập Willow Creek Đập nay cao 52m, chiều dai trục đập 543m, không có rãnhngang đọc Ham lượng keo dính trong BTĐL chỉ có 66 kg/m’ Chiều day tingđầm là 30em đồ liên tục dé lên cao Với 331.000 mỶ BTĐL mà chi dé trong $thing là xong So với bé tông thường thì thời gian thi công rút ngắn được tir

11,5 năm, giá thành chi bằng 40% giá thành của đập bê tông thường và bằng

60% giá thành của đập đá hdc Đập Willow Creek đã chứng minh rằng đập.BTDL kinh tế và tốc độ thi công nhanh hơn so với các đập bê tông thông

Luận vấn Thạc sĩ tật

thường khác Việc xây dựng thành công đập BTĐL, đã thúc đây nhanh chóng,

về xây dựng đập BTDL trên nước Mỹ và các nước trên toàn Thế giới

Tinh đến 2005, toàn Thể giới đã xây dựng được trên dưới 300 dip

gia đang dẫn đầu

Nhật Bản và Tây Ban Nha.

ối lượng tổng cộng khoảng trên 90 triệu m` BTL Hiện Trung

8 số lượng đập BTĐL sau đó là Hoa Kỳ,

Bảng 1.1 SỐ lương đập BTDL tại một số nước trên Thế giới

Thếtíeh | Ty Ig theo] Tỷ lệ theo

Số đập đãTen Quốc Gia BTĐL số lượng | khối lượng

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật 18.

Hình 1.1 Thi công đập BTĐL bằng xe lu rung (Beni-Haroun - Algeri)

1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam

“Trong tiến trình hội nhập và phát triển nhu điện năng của nước tanăm sau cao hơn năm trước Với ưu thé về tiém năng thuỷ điện việc xây dựng,

các công trình thuỷ điện mới được dat ra hết sức cấp thiết Theo kế hoạch phát

triển thuỷ điện đến năm 2013 cả nước sẽ có 22 nhà máy thuỷ điện mới được

đưa vào khai thác, vì vậy việc lựa chon biện pháp xây dựng đập bằng côngnghệ bê tông dim lăn được chú trong Đây là công nghệ thi công đập bê tôngdựa trên nguyên lý thi công đập đất sử dụng thiết bị vận chuyền, rải và lên

chặt có công suất lớn Hỗn hợp bê tông có hàm lượng chất kết dinh thấp và độ

im nhỏ được lèn chặt bằng lu rung Tốc độ thi công nhanh, giá thảnh rẻ là

những ưu việt của loại hình công nghệ này so với công nghệ thi công đập bê

tông thường đã biến công nghệ bê tông đầm lăn trở nên phổ biến Trong điều

kiện hiện tại tuy còn thiếu kinh nghiệm thi công đập BTĐLnhưng Việt Nam

đã có những cố gắng nhằm đốt cháy giai đoạn để đưa công nghệ thi công

BTDL vào áp dụng trong xây dựng nhiễu đập thuỷ điện trên cả 3 miền

Đập thuỷ điện đầu tiên ở nước ta được thi công bằng công nghệ BTDL

18 đập Pleikrông tại tỉnh Kon Tum có chiều cao 75 m được thiết kế bởi Công

ty Tư vấn Xây dựng Điện I Sau đó một số đập khác đang trong quá trình triển khai thi công theo công nghệ BTĐL như: Đập thuỷ điện A Vương tại tỉnh

Quảng Nam, có chiều cao 7m được thiết kế bởi Công ty Tư vấn Xây dựng

Điện Ill; Đập thuỷ điện Bản Vẽ tai tinh Nghệ An, có chiều cao 138 m được

thiết kế bởi Công ty Tư vấn Xây dựng Điện I; Đập thuỷ điện Sê San 4 tại tỉnh.Gia Lai có chiều cao 80 m được thiết kế bởi Công ty Tư vấn Xây dựng Điện.1; Đập thuỷ điện Sơn La tại tinh Sơn La có chiều cao 138 m được thiết kế bởi

Công ty Tu vấn Xây dựng Điện 1

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật

20-Bảng 1.2 Cúc dp bê tông dim lam dang thi công hoặc trong giai đoạn thiẫ kế

SIT[ _ Tên đập Địa điểm — | Chiều cao (m)

1 |AVương uàng Nam 70

2 [Bie Ha [Lo Cai 100

3 [Ban Chất Lai Châu 70

4 Bàn Ve igh An 138

5 [Binh Điện [Thira Thiên - Huế 75

6 Bi [Thira Thiên - Huế 70

7 [Dak Rink uàng Neti 100

© Dink Bình [Binh Định s

9 ĐồngNai3 [Dic Nong Im

10 ĐồngNai4 [Die Nong 129

TT Ha Na ighé An

-12 HuộiQuảng — RơnTa =

13 [lai Châu Lai Châu =

14 Nam Chiến Son La 130

15 Pleikrong on Tam T5

16 RêSan4 Bia Lai 80

17 RonLa Sona 138

1§ ông Bung2 uàng Ngãi %

19 Song Côn2 aang Nam 50

20 Nông Tranh 2 tàng Ngãi 100

2T [Phượng Kon Tum [Kon Tam =

22 [rung Sơn Thanh Hod S5

(Bản Uôn)

Hiệu quả áp dụng công nghệ bê tông đầm lăn dé làm đập ở Vi Nam

~ Về kinh tế, hiệu quả lớn nhất ma công nghệ thi công bê tông dim lăn

dem lại là rút ngắn thời gian thi công, sớm đưa công trình vio khai thác sử

dụng, ngoài ra đối với xây dựng công trình thuỷ lợi và thuỷ điện, công nghệnảy cho phép giảm giá thành vật liệu đáng kể tức giảm tổng vốn đầu tư.'Về kỹ thuật, khi áp dụng công nghệ BTĐL cho xây dựng các công trình khối

lớn cho phép giảm nhiệt thuỷ hoá nhờ giảm được lượng dùng xi măng, vì vậy

giảm được nguy cơ nứt khối do ứng suất nhiệt với xây dựng mặt đường,

sân bai, việc sử dụng BTĐL có thé rút ngắn thời gian đưa công trình vào sử

dụng nhanh gấp hai lần so với bê tông thường.

~ Về môi trường, nhờ việc giảm lượng dùng xi măng trong BTĐL và

có thé thay thế một phan xi mang bằng phy gia khoáng giúp giảm mức tiêuhao năng lượng, giảm ô nhiễm môi trường do ngành công nghiệp sản xuất ximăng gây nên Hơn nữa việc có thé tận dụng phế thải tro than, cho phép giảiquyết xử lý phế thải công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường

1.3, Các phương pháp thi công đập bê tông dim lăn

1.3.1 Thiết bị thỉ công

‘Thiet bị thi công bê tông dam lăn không phức tap, các thiết bị chính dé

thi công bê tông theo công nghệ này hiện đều có ở Việt Nam Thiết bị thi

công BTĐL nói chung cũng giống nhau khi thi công BTĐL cho đập, đường

và các dạng công trình bê tông khối lớn không cốt thép khác Tuy nhiên ở mỗi

loại hình công nghệ đó đòi hỏi thêm những thiết bị thi công đặc chủng riêng.

Luận vấn Thạc sĩ thuật 2.

cao áp làm sạch bề mặt bê tông mạch ngừng, Hệ thống phun nước bảo dưỡng

“Thiết bị cho thi công đường, sân bãi: Máy trộn cưỡng bức; xe tải tự 4; máy

rải (asphalt); xe lu rung; xe lu lốp; mắy cắt bê tông

.Có thé thấy rằng các thiết bị ct th cho thi công bê tông bằng công nghệ

é tận dụng được các thiết bị có sẵn

ều có thể chế tạo tại Việt Nam

biến công nghệ BTDL ở Việt Nam thi có

ji tư mua thiết bj thi công

ở trong nước, không cả thêm nhiều chỉ ph

mới,

Hệ thông băng ải có Hệ thông bing tải có

máy đổ chạy bằng xich tự hành ng xã dichuyên hai bên

al hồn hợp bẻ tông đảm lần bằng máy ri LL lên bê tông dâm lần bằng lu rừng

“Hình 1.3 Thiết bị thi công BTDL

1.3.2 Công nghệ thi công BTDL

'Công nghệ và tổ chức thi công BTĐL khác với bê tông khối lớn thông,

thường là được tiến hành cùng lúc trên một diện rộng Sau khi ngăn đồng vàthi công xong phần nền móng đập thi tiến hành thi công lớp thém chống xói

bằng bê tông chịu lực Bê tông tường thượng lưu được đỗ bằng bê tông.thường theo công nghệ cốp pha trượt (hoặc leo) có dat các băng cách nước

vào khe co dan (thông thường 15 m/khe) Tường hạ lưu có thể là bê tông đỗ

tại chỗ giống như tường thượng lưu, cũng có thể được lắp rip bằng các tắmhoặc khối bê tông đúc sẵn Các lớp kết cấu tường này đóng vai trò cốp pha

cho lớp bê tông dim lăn phía trong Hỗn hợp bê tông sau khi được trộn tir

các trạm trộn được vận chuyên đến nơi ing các phương tiện như xe chạy

trên ray, bang tải, xe 6-6 tự đổ chuyên dụng Hỗn hợp BTĐL được san gạt

bằng xe ủi Sau đó chúng được đầm lèn bằng lu rung (7-12 tắn) Ch

từng lớp dé được quyết định bởi năng lực đổ, năng lực dim của các thiết bi

Thông thường mỗi lớp bê tông được san dày khoảng 30-40em Để tăng tốc độ

di chuyển, tại một số công trình, các máy ủi san bê tông được cầu tháp cầu chuyển đến các vị trí can (tránh làm hỏng bề mặt bê tông đã dim) Thời

gian từ khi bê tông bắt đầu được trộn cho tới khi đầm lèn xong không vượtqua thời gian bắt đầu đóng rin của bê tông (thường thời gian đóng rắn không

quá 2 gid).

1.3.3 Các phương pháp thi công lên

1.3.3.1 Thi công đập BTĐL theo phương đứng.

Thi công đập BTĐL trên toàn bộ chiều dài tuyến đập, chiều cao đập

được lên đều trên toa tuyến của phương pháp này là tốc độ thi

công nhanh, việc thi công trên một mặt bằng sẽ thuận lợi cho công tác tổ chức thi công Thi công theo phương pháp nảy thường áp dụng với các đập khối

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật 2

lượng trung bình và chiều dai đập không quá lớn, cường độ cung cắp bê tông

đảm bảo thi công đập trên toàn tuyến đập và sơ đỗ dẫn dòng đơn giản

1.3.3.2 Thi công đập BTDL theo phương pháp so le

Chia đập thành 2 phan dọc theo chiều dai tuyến đập và thi công 2 phần

này sơ le nhau, Thi công một nửa đập lên một chiều cao nhất định, sau đó.chuyển thi công nửa đập còn lại, cứ như vậy cho đến hết cao trình thiết kế của

đập.

Phương pháp này cũng thuận tiện trong việc tổ chúc thi công đập, tốc

độ lên đập nhanh, thường được áp dụng đối với các đập có chiều dài lớn, khối

lượng thi công lớn, không thé đáp ứng việc thi công trên toàn tuyến đập.

1.3.3.3, Thi công đập BTĐL chia theo các khối đắp

"Đập được chia thành nhiều khối riêng biệt để thi công Việc tổ chúc thi

công đập theo phương pháp này phức tap, tốc độ lên đập chậm, được áp dung

cho đập khối lớn, không thé đáp ứng thi công trên toàn tuyến đập, đồng thờiđập có sơ dé dẫn dòng phức tạp, dọc theo chiều dài tuyến đập có bố trí các

hạng mục như: cửa lấy nước, công dẫn dòng

'SƠ ĐỒ PHAN KHỐI ĐỔ BE TONG RCC - ĐẬP THUY ĐIỆN SƠN LA

|isuas-“Hình 1.4, Sơ dé phân khối dé đập BDL ở Đập Thúy điện Sơn La

1.4 Những tồn tại trong quá trình tính toán phân tích ứng suắt biến dạng.đập bê tông đầm lăn

Đối với bài toán phân tích ứng suất biến dạng truyền thống, trong tínhtoán truyền thống trước đây khi tiến hành thiết kế cũng như kiểm tra, việc tínhtoán dựa trên mặt cắt kiểm tra với các tham số vật liệu tại tuổi thiết kế thường,

là 360 ngày, theo sơ đồ hình 1.5 đối với bai toán biến dạng phẳng

Hình 1.5 Mô hình bai toán phân tích ứng suất biến dạng truyén thắng

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật

36-Tuy nhiên trong thực tế, nhất là đối với đập bê tông dim lăn với tiến độ

thi công liên tục, tốc độ lên đập nhanh Vi dụ như đập Thủy điện Sơn La (hình 1.4), tốc độ lên khối C1, C2 là 30m/45 ngày; C4, C5 là 42m/45 ngày; thì việctinh toán theo sơ đồ truyền thống (hình 1.5) với cường độ và các tham số ở

tuổi thiết kế là 365 ngày, thi bai toán phân tích ứng suất biến dang truyềnthống không còn phủ hợp nữa

ất hiện một số sự cố

“Thực té trong quá trình thi công đập Sơn La đã x

như: Trong thời gian thi công đập bé tông đầm lăn đã xuất hiện các vết nứt,

các vết nứt này phát triển không cùng một thời gian, trong điều kiện nhất địnhvết nứt bề mặt có thé phát triển thành vết nứt tng sâu, thậm chí thành vết nứtxuyên suốt

Theo tiến độ thi công đập: Đập được chia thành 12 khối do: Cl+C5;

LI.1; L1.2; L2; RI+R4 Trong quá trình thi công đã phát hiện các vết nứt tại

các thời điểm khác nhau ở các khối C2, LI.1, C3 va CS như sau:

"Đầu tiên phát hiện trên bề mặt khối C2 xuất hiện vết nứt tại vị tí giữakhe 112/713 phần tiếp giáp giữa khối C2 và C4, cách bé mặt thượng lưu S0m

Bé rộng khoảng 0,5mm, độ sâu của vết nút lớn nhất là 6,5m và có hướng song

song với tìm đập dài 30,5m Tại mặt giáp khối C4 có khe nứt phương thingđứng từ cao độ 112-122m Một vết nút đọc theo trục đập ở khối đơn nguyên

số 12 tại gần giữa tâm của khối, độ rộng của vết nứt khoảng 0.5mm; có vẻ.như vết nứt bắt đầu ở góc của mặt trên với Khe 12/13;

Sau đó khoảng 3 tháng sau phát hiện trên bề mặt khối L1.1 cao trình

136,2m phát hiện 02 vết nứt theo hướng song song với tim đập Vết thứ nhấtcách mép đập thượng lưu khoảng 50m (ở vị trí gân trung tâm khối L1) kéo dai

từ khe J7/8 (tiếp giáp khối C3) đến vai trái, dài 94,5m Vết thứ hai cách vết

thứ nhất khoảng 18m È phía hạ lưu, kéo dai từ khe J7/8 đến cách vai trái

30m, dài 97,3m Bề rộng cả hai vết nứt lớn nhất khoảng 0,5mm Trên bề mặtkhe J7/8 (tir cao trình 136,2m đến cao trình 146,7m) phát hiện hai vết nứt có

vị trí nằm lệch khoảng Im về phía hạ lưu so với vị tri hai vết nứt trên bề mặtkhối L1.1, chiều dai vết nứt 10,5m

“rong hành lang ngang số 2 ở ao tình 138m (ong khôi C3) phát hiện hai ết nứt trên tường hành lang Vết nứt thứ nhất trên tường phía trải

cách cửa vào hạ lưu khoảng 50m, kéo dai từ đáy hành lang lên đến

nứt thứ hai trên tường phải cách vị trí vết nứt thứ nhất khoảng 4m về phía.thượng lưu, kéo dai từ đáy lên trin hành lang, chiều dài khoảng 8m Bé rộng

cả hai vết nứt khoảng 0,5m.

Khoảng | tháng tiếp theo, trên bẻ mặt khối C5 (tại cao trình 146,7m)phát hiện 01 vết nút đọc trục đập chạy từ Khe 15/16 với một ria xiên thượnglưu khoảng 7.5m và kết thúc ngắn khoảng 2.5m tại Khe 14/15 và một vết nứtngang trục đập chạy trên mặt Khối, nằm tại vị trí gần như điểm chính giữa từcao trình 107.51 đến bên trên của Khối tại cao trình 146.70

“Trong hành lang ngang số 3 ở cao trình 138m (trong khối CVC trênđịnh cổng dẫn dòng) phát hiện vết nứt cách cửa ra hạ lưu 38m, chiều dai 12m

Bê rộng lớn nhất của vết nứt 0,5mm

Các vết nứt có xu hướng phát triển tăng về số lượng theo thời gian, cứnhư vậy theo thời gian nếu các vết nứt hình thành thông tử khối đổ này sang.khối đồ khác sẽ ảnh hưởng lớn đến an toàn và ôn định của đập, nhất là khí hồtích nước, nước sẽ len lôi qua các khe nút dẫn dẫn sẽ làm cho các vết nứt pháttriển lớn hơn làm cho đập mắt an toàn khi hoạt động

Luận vấn Thạc sĩ 28.

Hinh 1.6 Các vắt mứt iên thông giữa các khối dé

Với tình hình các vết nứt như trên hình 1.6 thể hiện, nhận thấy rằng sự.tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến an toàn đập là rất cao Nguyên nhân gây ra

hiện tượng nứt có thé do: điều kiện thi công, co ngót ni „ thời gian bóc lộ

lâu, độ thi công chưa hợp lý

Đối với tốc độ thi công, luận văn đặt vấn dé đi sâu nghiên cứu ảnhhưởng của quả trình phát triển cường độ bê tông trong quả trình lên đập, đểtie đỏ có những đánh giá về hiện tượng xảy ra nứt trong quả trình thi côngđập bê tông đầm lăn Thông qua đó cũng thấy bức tranh về trạng thai ứng suấtbiến dang thực tế trong thân đập theo quá trình thi công

1.5 Kết luận chương 1

~ Khái quát tình hình xây dựng đập bê tông dim lăn trên Thế giới, tình hình xây dụng và hiệu quả áp dụng công nghệ bê tông dim lăn để lâm đập ở Việt Nam.

- Công nghệ và biện pháp thi công đập bê tông dim lăn

~ Một số vấn dé kỹ thuật phát sinh trong quá trình thi công

~ Thông qua phân tích dé thấy rõ những tồn tại của bài toán phân tíchứng suất biến dang theo phương pháp truyền thống đang được sử dụng.

Dé giải quyết các tồn tại trên, mục đích và nội dung nghiên cứu củaluân văn: “Phân tích ứng suất và biến dạng trong đập bê tông dam lan có

xét đến sự phát triển của cường độ bê tông trong quá trình thi công” làTrên cơ sở nghiên cứu phân tích ứng suất và biển dạng trong thân đập bê tôngđầm lăn trong quá thi công, nhằm đánh giá khả năng chịu tải của vật liệu cũng.như có kết qua bước đầu về đánh giá tốc độ thi công lên đập bê tông dim lăn

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật

30-CHUONG 2

CAC PHƯƠNG PHAP PHAN TÍCH UNG SUAT VÀ BIEN DẠNG:CUA DAP BE TONG DAM LAN CÓ XÉT DEN SỰ PHAT TRIEN CUA

CƯỜNG ĐỘ BE TONG TRONG THỜI GIAN THI CONG

2.1 Sự phát triển cường độ và các đặc trưng cơ lý của bê tông đầm lăn

2.1.1 Sự phát triển cường độ của bê tông đằm lăn theo thời gianCường độ là chỉ tiêu cơ học quan trọng, là đặc trưng cơ bản của bê tôngphản ánh khả năng chống lại sự phá hoại gây ra dưới tác dụng của tai trong

Cường độ bê tông phụ thuộc vào thành phan và cau trúc của nó Đề xácđịnh cường độ bê rông phải làm thí nghiệm Thí nghiệm phá hoại mẫu lảphương pháp xác định cường độ một cách trực tiếp và dùng phô biến Ngoài

ra có thể dùng phương pháp gián tiếp như: siêu âm, ép lõm viên bi trên bề mặt

bê tông, và có thể thực hiện trên kết cấu được

Đặc điểm của bê tông đầm lăn là thời gian liên kết ban đầu chậm Vì

trong bê tông dim lăn lượng xi măng dùng it, lượng tro bay cao, làm cho

cường độ bê tông giai đoạn đầu thấp và cường độ ở giải đoạn sau tăng trưởng,

rõ rang Trong 7 ngày đầu cường độ chịu kéo phát triển rất chậm Trên hình

2.1 là đường cong phát triển cường độ chịu kéo của bê tông dm lăn [2]

(Beat Curves Original

— Horizontal Tensie Sưangh.

Vericl Tensile Stength

FSTE2 Vertical (2007) FSTES Venieal (2007)

‘C1 Vertical (2008) C2 Vertical (2008)

Hình 2.1 Cường độ chịu kéo của BTDL

3.1.2 Các đặc trưng cơ lý của bê tông dam lăn

3.1.2.1 Mô đuyn đàn hài E của bê tông đầm lăn

1000.

Mô duyn đàn hồi là một hm của độ hydrat hóa của bê tông, phụ (huộc

vào thời gian và cường độ của bê tông Trong 7 ngày đầu mô đuyn đàn hồi E

phát triển rat chậm Trên hình 2.2 la đường cong phát triển mô đuyn dan hồicủa bê tông dim lăn theo thời gian [2]

Modulus of Eiastciy of Son La RCC [GPa

Hình 2.2 Mô duyn đàn hoi E của BTĐL theo thời gian

3.1.2.2 Hệ số Poisson w.eúa bê tông đầm lăn

Hệ số Poisson là ti số giữa độ biến dạng hông (độ co, biến dạng co)tương đối và biến dang dọc trục tương (theo phương tác dụng lực) Hình 2.3 là đường cong của hệ số Poisson theo thời gian Trong thời kỳ phán tin

của bê tông, thời gian đầu hệ số Poisson phát triển nhanh, theo thời gian hệ số

này cảng giảm và dần din bằng hing s

v

Hình 2.3 Hệ số Poisson v.của BTĐL theo thei giam

2.2 Ảnh hưởng của cường độ bê tông đối với tốc độ thi công đập

Đập BTĐL thường chọn để xây dựng cho các công trình lớn, được thi công liên tục, khi các lớp bê tông bê dưới cường độ còn thì các lớp bêtông tiếp theo đã được thi công chồng lên Trong thời gian thi công, các lớp

bê tông phía dưới đã được thi công phải chịu quá trình chat tải khi cường độ

bê tông dang phát triển Tai trọng do quá trình chất tải sẽ ảnh hưởng tới sự.phân bố ứng suất cũng như khả năng chịu lực của đập, khi cường độ BILchưa đủ tdi

Khi áp dụng cách dim nén liên tục từng lớp mỏng hoặc chiều cao nâng

đập lên tương đổi lớn, cường độ bê tông chịu tải sẽ kém, song phương thức đồ

bê tông đồ lại có thé giảm bớt lượng công tác xử lý mặt lớp, nang cao được

tốc độ thi công

Khi áp dụng phương thức đầm nén lớp mỏng, có thời gian nghỉ ngắtquãng và bê tông lên đều hoặc chiều cao đầm nén nâng lên, là n cho cường độ của bê tông được tăng lên, nhưng phương thức đổ bê tông này tăng thêm.

lượng công tác xử lý lớp bé mặt, làm chậm tiến độ thi công

2.3 Các phương pháp phân tích ứng suất biến dạng đập bê tông đầm lăn

'Việc tính toán ứng suất biển dang của đập bê tông dam lăn chính là giảicác phương trình vi phân đạo hàm riêng và buộc chúng phải thoả mãn các

điều kiện biên động học và tĩnh học

Để giải quyết các bài toán ứng suất biến dạng có thé thực hiện theo các

phương pháp:

2.3.1 Phương pháp giải tich

Là tìm nghiệm của bai toán thỏa mãn các phương trình vi phân tại mọi

điểm trong thân đập và thỏa man điều kiện biên trên bé mặt Bao gồm các

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật 34

phương pháp tính như: Phương pháp Sức bền vật liệu và phương pháp lý

thuyết đàn hồi.

* Phương pháp Sức bên vật liệu

= Ưi điểm: Phương pháp Sức bèn vật liệu được coi là phương pháp tínhtoán cơ bản giúp việc tính toán ứng suất biển dang đơn giản, dé dàng Thường.được sử dụng để tính toán trong giai đoạn thiết kế sơ bộ đối với công trìnhcấp IIL, IV

- Ahược điểm: Kết quả tính có sai số lớn, không phản ánh đúng trạng,thái ứng suất biến dang trong đập Nguyên nhân là khi tính theo Sức bền vật

liệu coi đập như một thanh được ngim chặt vào nền, chịu uốn và kéo nénđồng thời và giả thiết sự phân bố ứng suất pháp trên lát cắt nằm ngang làtuyển tinh, trị số tại biên đập được xác định theo công thức nén lệch tâm và

vật liệu được coi là đồng chất đẳng hướng Mặt khác, phương pháp Sứcvật liệu không thể giải quyết các bai toán phức tạp như có biển dang n, ứng

suất tập trung, ứng suất tại lỗ khoét, ứng suất nhiệt, tinh dị hướng không xét

được trong giai đoạn thi công.

= Két luận: Do sai số lớn nên phương pháp sức bèn vật liệu không được.

sử dụng dé phân tích ứng suất biến dạng của đập Phương pháp này thường.dùng để tinh toán trong giai đoạn thiết kế sơ bộ

* Phương pháp tính theo lý thuyết đàn hồi

~ Ui điểm: Giải quyết được những vấn dé như ứng suất tập trung, ứngsuất tại lỗ khoét, ứng suất nhiệt mà phương pháp sức bền vật liệu không giảiquyết được Tính toán tương đối đơn giản, đễ áp dụng, độ chính xác cao Vì

giải theo lý thuyết đàn hồi chính là tim nghiệm trực tiếp từ các phương tỉnh

vi phân, chúng vừa thỏa mãn điều kiện liên tục về biến dạng, vừa thỏa mãn.điều kiện biên vẻ lực.

= Nhược điểm: Lý thuyết đàn hồi rất khó thực hiện với những trường hopphức tạp, như áp lực thám và day nỗi, áp lực bùn cát, động dat Kết quả tính

toán chưa sát với thực tế Lim việc của vật liệu không đồng chất, đẳng hướng.Ngoài ra lý thuyết đàn hồi còn không xét đến ảnh hưởng của biển dạng nên,

các lớp xen kẹp, đứt gay, nền có tính di hướng, không tính được trong thi công,

~ Kết luận: Tính ứng suất biến dang theo Lý thuyết đàn hồi cho kết qua

chính xác cao hơn so với sức bền vật liệu Tính toán đơn giản, dễ áp dụng, kết

qua chấp nhận được Thường sử dụng tính toán trong thiết kế các công trình.đập bê tông trọng lực có chiều cao đưới 60m (theo 14TCNS6-88)

2.3.2 Phương pháp số

Là xác định gần ding giá trị rời rạc của các hàm ẩn tại một điểm bên trong hoặc trên biên của vật thé đang xét Bao gồm các phương pháp như: phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phin tử hữu hạn.

* Phương pháp sai phân hữu hạn

~ Ui điểm: Phương pháp này tương đối đơn giản

~ Nhược điển: Không thuận lợi trong việc lập trình tính toán ứng suấtbiến dang với khí iệc của nền và vậtlượng lớn, chưa phản ánh được sự lam

liệu Phương pháp sai phân hữu hạn không giải quyết được các bài toán cóđiều kiện bi phức tạp Không phân tích được bai toán di hướng và trong giai đoạn thi công công trình.

- Kết luận: Độ chỉnh xác của phương pháp còn phụ thuộc vào hình

dang và kích thước mặt lưới, mắt lưới cảng day độ chính xác cing cao.

Luận vấn Thạc sĩ kỹ thuật

36-“Thường được áp dụng với các công trình nhỏ, đơn giản thì cho kết quả tươngđối chính xác,

* Phương pháp phần tứ hữu hạn

- Vie điểm: Phương phần ta hữu hạn là một phương pháp tổng quit và

hữu hiệu cho lời giải có nhiều lớp bai toán kỹ thuật khác nhau, đặc biệt cóhiệu quả để tìm dang gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác địnhcủa nó Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu

công trình thủy lợi, xây dựng din dung, giao thông Phương pháp này đã

giải đước bài toán có xét đến ảnh hưởng của biến dạng, tính dị hướng của nền,

hoặc nền có tính xen kẹp, đứt gãy và giải được bài toán có điều kiện biênphức tạp Phản ánh đúng thực tế làm việc của vật liệu là không đồng nhất,

không đẳng hướng Phân tích được trạng thái ứng suất, biến dạng quanh lỗ.khoét, ứng suất tập trung, ứng suất nhiệt ma các phương pháp như sức bền.vật liệu, lý thuyết dan hồi, không giải quyết được Cơ sở của phương pháp.này là thay kết cấu, môi trường liên tục bằng mô hình bao gồm một số hữu

hạn phin tử riêng lẻ, liên kết với nhau chỉ ở một số hữu hạn điểm nút, tại cácđiểm nút tồn tại các lực hoặc các đại lượng đặc trưng khác tủy theo bai toán.Các đại lượng tính toán bên trong phần tử được biều diễn thông qua các trị s

tại các điểm nút của phan tử

Củng với với sự phát triển khoa học công nghệ, việc giải quyết các baitoán có khối lượng lớn, kết cầu phức tạp được giải quyết và cho kết quả có độ

chính xác cao.

Phuong pháp phan tử hữu hạn thuộc loại bài toán biến phân, song khác

với bài toán biển phân cổ điển ở chỗ không tìm dạng hàm xp xỉ của hàm cần

tìm trong toàn miễn xác định mà chỉ trong từng miền con trong miễn xác định

của nó Điều nay rất thuận lợi khi giải bài toán mà miền xác định gồm nhiềumiễn con có những đặc tính khác nhau.

thực hiện

= Nhược điểm: Khôi lượng tính toán lớn, phức tap, không tl

lựa víbằng tha công, mặt khác phải phân tích kết cầu thực

18 cho

toán sao cho hợp lý &t quả đúng va sát với thực tế nhất

~ Kết lun: Mặc dù khối lượng tính toán lớn, nhưng với sự phát triển của

lập trình trên máy tính đã giúp việc giải bài toán một cách dễ ding và thuậnlợi hơn Hơn nữa phương pháp này ngày cảng được sử dụng rộng rãi với tính

ưu việt của nó, với miền tính toán bao gồm các loại vật liệu khác nhau và có

hình đáng kích thước bat ky, biên của bai toán có thể phức tạp Nên trong

phạm vi luận văn này lựa chọn phương pháp phân tie hiữu han là thích hợp đềgiải bai toán ứng suất, biến dạng trong đập bê tông đầm lăn xét đến sự phát

triển của cường độ bê tông trong quá trình thi công.

2. Giải bài toán phân bố ứng suất biến dạng trong đập bê tông đầm lănbằng phương pháp phần tủ hữu hạn

Hiện nay, phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng rộng rãi

để giải quyết nhiều vấn đề gặp phải trong tính toán thiết kế Phạm vi ứngdụng từ phân tích ứng suất bién dạng của phan tử khói tng quát tới phân tích

sóng truyền âm, vật lý nơtron và những vấn đề về động lực chất long Thực

vậy, phương pháp PTHH đang được ứng dụng hiện nay là một phương pháp.

số tổng quát cho việc tính toán từng phần khác nhau của hệ thống phương.trình khi đối tượng đã biết là điều kiện biên và điều kiện ban đầu

Phương pháp PTHH được sử dụng rộng rai như là một công cụ thiết kế

cho việc phân tích tuyến tinh cũng như phi tuyển của vật liệu Để làm được như vậy, chúng phụ thuộc vào hai nhân tố chủ u sau Thứ nhất, khi quá

trình tính toán tăng lên kết hợp với vẫn đề phi tuyển, khả năng tinh toán là

phân tích PTHH vào bài toán phi tuyến vật liệu có thể thực hiện với độ tin cậy

cao, Vấn dé còn lại là hiệu quả kinh tế khi lựa chọn ứng dụng vào sản xuất

'Về mặt vật lý, phương pháp PTHH chia không gian liên tục của kết cấu

thành một tập hợp hữu hạn các phan tử (miễn nhỏ) có tính chất hình học va cơ

học đơn giản hơn kết cầu toàn thé, Các phan tử liên kết với nhau tại các điểm

nút Tương tự phương pháp chuyển vị, trong phương pháp PTHH, điều kiện

tương thích về chuyển vị hay biến dạng của kết cấu chỉ được thỏa mãn tại các

nút Thông thường an cơ bản của phương pháp PTHH lả các chuyển vị của các nút Các ấn này được xác định dựa trên điều kiện cân bằng của toàn thé kết edu theo phương trình có dạng:

Nếu [K|, {P} không phụ thuộc vào {U}, bai toán được coi là tuyển tính

và ngược lại nếu |K| hoặc {P} là hàm của |} bài toán trở thành phi tuyến.

Sau khi xác định được ma trận chuyển vị nút, chuyển vị tại một điểmbắt kỳ trong phần tử được xác định dựa trên hảm dạng mô tả quan hệ chuyển

vị của một điểm bit kỳ với điểm nút Dựa vào các quan hệ cơ học, xác địnhđược trường ứng suất biến dạng {ø}, {e}

2.4.1 Phương pháp PTHH cho bài toán phi tuyến về vật liệu

24.1.1 Phương trình cơ bản của bài toán PTHH phi tuyển vật liệu [8]Nội dung chủ yếu của bài toán phi tuyến về vật liệu được thể hiện ở

trạng thái làm việc của vật liệu không giống nhau trong từng giai đoạn Điều này được thể hiện ở quan hệ US-BD Khi xét vật liệu làm việc trong giai đoạn

đàn hồi, quy luật thay đổi của ứng suất và biến dang là như nhau trong mọithời điểm Tuy nhiên, thực tế đã chứng minh rằng: trạng thái ứng suất và biến

‘dang có quan hệ mật thiết với nhau, sự thay đồi của đại lượng này sẽ chỉ phối

sự thay đổi của đại lượng khác Nói cách khác, hai đại lượng US-BD có quan

hệ mật thiết với nhau, chúng chỉ phối, tác động tương hỗ lẫn nhau Nội dung

ip trung nghỉ chính của phần nảy s cứu phương trình cơ bản của phươngpháp PTHH cho bài toán phi tuyến vat liệu cũng như việc tinh toán xác định

các thành phần của nó Hơn thé nữa cùng cẩn lảm rõ những quan hệ cơ học

của vật liệu để từ đó có những ứng xử thích hợp trong việc chính xác hóa lời giải của bài toán phân tích ứng suất biến dạng trong đập bê tông trọng lực.

Khi mô phỏng vật liệu làm việc trong giai đoạn phi đản hồi, có tính cơhọc thay đổi theo thời gian, lúc này quan hệ ơ = o(@) giữa ứng suit và biến

dạng là quan hệ phi tuyến (hình 2.5)

Xiasáe

Tình 24 Quan hệ ứng su biẫn dang của vật liệu din hat