Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng P-Delta

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HOC THUY LỢI

PHẠM VŨ LÂM

LUAN VAN THAC SI

TP Hồ Chi Minh — 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NONG NGHIỆP VÀ PTNT.

‘TRUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI

PHAM VŨ LAM

PHAN TÍCH TRANG THAI UNG SUAT VÀ BIEN DANG CUA C

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy.

Mã số: 60580202.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Hoàng Hưng

Thí Minh ~2014

Loi cam on

Kết cấu cửa van hình cung là một kết cầu không gian được tao bởi các

thanh, khi độ mảnh các thanh lớn lực dọc lảm tăng thêm nội lực trong thanh,hiện tượng này được gọi là hiệu ứng P- Delta, để chính xác thêm khả năngchịu lực của cửa van, cần xét tới hiệu ứng này trong tính toán nội lực van làxu hướng hiện nay trong tính toán các kết cấu thép Phân tích trạng thái ứng.suất và biến dang của cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng P-DELTA là kếtquả nghiên cứu một cách nghiêm túc trong suốt thời gian thực hiện luận văn.

Tác giả xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS, Vũ Hoàng Hung

“Trưởng bộ môn kết cấu công trình, người đã trực tiếp hướng dẫn khoa học,giúp đỡ tận tình tắc giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại Học Thủy lợi,Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Dai học và Sau đại học, CS2 ~ Trường DHThủy lợi đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu trong những năm

học tập tại trường.

Xin chân thành cảm ơn Công ty Tư vấn và Chuyển Giao công nghệ

trường Dai Học Thủy lợi — Chi nhánh Miền Nam, Ban Quản lý dự án đầu tư.xây dựng các công trình thủy lợi thuộc Sở Nông nghiệp và Phát triển nôngthôn tinh Đắk Nông — Noi tác giả đang công tác, các bạn đồng nghiệp vả Giađình đã động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận van này.

Xin chân thành cảm ơn!

‘TP Hồ Chi Minh, tháng 12 năm 2014Tae giả

Phạm Vũ Lâm

Ban cam ket

Tôi tên là Phạm Vũ Lâm, sinh ngày 20/02/1983, học viên cao học Lớp caohọc 20C-CS2-Trường Đại học Thủy lợi, chuyên ngành Xây dựng Công trìnhthủy Khóa 2012-2014 Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật "Phântích trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van hình cung có xét đếnhiệu ứng P-Delta

cứu được tổng hợp, phân tích và không sao chép

là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên

Hye viên

Phạm Vũ Lâm

MỤC LỤC

4, Kết qua dur kiến dat được:

CHUONG 1: TONG QUAN.

1.1 Khái quát về cửa van hình cung1.1.1, Khai niệm

1.1.2 Phân loại :1.3 Nguyên tắc và bộ tr câu tạo cửa vanhình cùng 1.4 Hình thức cửa van thường dùng hiện nay

1.5 Phạm vi ứng dụng,

Bồ trí kết cầu và xác định kích thước chu yêu của cửa van.

2.1 Cấu tạo chung của kế

1.2.3 Sơ bộ chọn hình this vi tri của giản ngang

1.2.4 Bồ trí ô dim

12.5 Chọn hình thức và edu ạo giản chịu trọng lượng1.2.6 Hình thức, cấu tạo của trụ biên và giàn nỗi.

1.3 Tính toán kết

1.3.1, Tính toán kết cầu theo hệ phẳng

1.3.2 Tính toán kết cấu theo bài toán không gian.

1.4 Vấn đề nghiên cứu của L

CHƯƠNG 2: HIỆU UNG P-DELTA 2.1, Hiệu ứng P-Delta

2.1.1 Khai niệm chung về hiệu ứng P-Delta.

2.1.2 Tình hình nghiên cứu kết cầu thép có xét 182.2 Khái quát về phân mềm SAP2000 phân tích kết cầu hệ thanh có xét đếnhiệu ứng P - Delta : _ 19

22.1 Giới thiệu phan mềm SAP2000 — 192.2.2 Trình tự giải bai toán kết cấu bằng SAP2000 202.2.3 Các bước tính toán kết cấu hệ thanh có xét đến hiệu ứng P-Delta 202.2.4 Phân tích kết cầu hệ thanh có xét đến hiệu ứng P-Delta 242.3 Kết luận Chương 2 30

CHUONG 3: NGHIÊN CỨU ANH HƯỚNG CUA HIỆU UNG P-DELTA

DEN NỘI LỰC VA CHUYEN VỊ CÁC BỘ PHAN KET CAU CUA VAN 31

3.1 Mé đầu

3.2 Xác định nội lực khung chính van eung theo hệ phẳng3.2.1 Tải trọng tác dụng lên khung chính,

3.2.2 Tỉnh toán nội lực khung chính theo hệ phẳng —.3.3 Ví dụ bằng số 39

3.3.1 Số liệu tính toán 393.3.2, Tinh nội lực khung chính van cung theo hệ phẳng bằng phương pháp.

chuyên 403.3.3 Kiểm tra nội lực khung chính van cụng theo phương, pháp phần tirhữu hạn

3.3.4 Kiểm tra về cường độ và độ cứng của dâm chính3.3.5 Kiém tra ôn định của chân khung chính

3.4, Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta tới từng loại khung c3.4.1 Ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta đối với khung có chiều cao dimchính thay đổi 47

3.4.2 Anh hưởng của hiệu ứng P-Delta đối với khung có nhịp dim chính.

thay đôi 48

3.4.3 Ảnh hưởng của hiệu img P-Delta đối với khung có chiều dai chân

khung chính thay đôi 50

3.44 Anh hướng của hiệ ứng P-Deta đổi với khung có tai trong ap lựcnước thay đ seo SL3.5, Kết luận chương 3 : „53CHUONG 4: PHAN TÍCH TRẠNG THÁI UNG SUAT VA BIEN DANGCUA VAN HÌNH CUNG CONG TRÌNH THUY LỢI DAK RO so 544.1 Giới thiệu công trình see " 544.1.1 Quy mô công trình 54

4.1.2 Cửa van cung 35

4.1.3 Số liệu tinh toán 56

4.1.4 Trường hợp tinh toán kiểm tra : 37

4.1.5 Tai trong tinh toán.

4.2, Phân tích kết cầu van cung theo bài toán không gian bing phin mém

58

HÌNH VẼ

Hình 1 Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên.

Hình 2 Kết wu cửa van hình cung hai khung chính, càng thẳng.Hình 1.1 Cửa van hình cung trên đập trin.

Hình 1.2 Cửa van trên mặt và cửa van dướiHình 1.3 Cấu tạo cửa van cung.

Hình 1.4 Sơ đồ một số hình thức bé trí lâm quay cửa van cung,

Hình 1.5 Các hình thức khung chính

Hình 1.6 Các hình thức khe van Hình 1.7 Hiệu ứng P-Delta

Hình 1.8 Mỗi nối dim ~ càng van bằng bu lông va sơ đỗ biến dạng

Hình 2.1 Biểu đồ mô men của dầm công xôn

Hình 2.2 Kết cấu giản trong cửa van phẳng nhịp lớn

Hình 2.3 Kícấu giản trong cửa van cung nhịp lớnHình 2.4 Định nghĩa tên tai trọng

Hình 2.5 Hộp hội thoại Define Load Case.

Hình 2.6 Hộp hội thoại Analysis Case Data-Nonlinear StaticHình 2.7 Hộp hội thoại Load Case Data-Nonlinear StaticHình 2.8 Hộp hội thoại Define Load Case.

Hình 2.9 Hộp hội thoại Load Case Data ~Linear Static

Hình 3.3 Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu.

Hình 3.4 Sơ đồ tính toán va bi lực dọc

Hình 3.5 Sơ dé tính toán và biêu đồ momen uốn Không d chân khép,

Hình 3.6 Sơ đồ tính toán, biêu đồ mômen uốn khung hình thang chân ngam

Hình 3.7 Sơ đỗ kết cau van —- „40

Hình 3.8 Sơ đồ lực tác dụng lên khung chính „41

Hình 3.9 Sơ đỗ tính toán và biểu đồ mômen uốn M 43

Hình 3.10 Sơ đồ tinh toán và biễu đồ mômen tốn khi có chuyển vi ngang:44Hình 3.11 Kết qua tinh toán nội lực khung chính bằng phần mềm SAP2000.

Hình 4.1 Kết cầu van cung, = sen „5THình 4.2 Vị trí dim chính và dim phụ doc ¬ 59Hình 4.3 Định vị dim chính và dim phụ dọc 60Hình 4.4 Mô hình kết cấu van cung trong SAP2000 solHình 4.5 Hình chiếu cạnh van cung trong SAP2000 61Hình 4.6 Chuyển vị tổng thé cửa van ứng với THỊ 64

Hình 4.7 Chuyên vị khung chính dưới của cửa van ứng với THI 64

Hình 4.8 Chuyển vị khung chính trên của cửa van ứng với THỊ 6ŠHình 4.9 Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH2 65

Hình 4.10 Biểu đổ mômen uốn M33 chân khung chính dudi ứng với TH2 66.

Hình 4.11 Biểu đỗ lực đọc trong khung chính ứng với TH2 66Hình 4.12 Phé màu ứng suất SmaxTop của bản mặt trong TH2 Ø7Hình 4.13 Phổ màu ứng suất SmaxBot của bản mặt trong TH2 _.Hình 4.14 Gan lực ma sát vào mô hình kết cấu van cung " 68Hình 4.15 Phổ mẫu ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH3 —

Hình 4.16 Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3 70

Hình 4.17 Biểu đồ momen uốn M33 khung chính đưới ứng với TH3 71Hình 4.18, Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính trên ứng với TH3 71

Hình 4.19 Biểu đỗ momen uốn M33 khung chỉnh trên ứng với TH3 72

Hình 4.20 Biểu đồ lực dọc trong khung ứng với THS n

Hình 421

Hình 4.22

Hình 4.23Hình 4.24.

Hình 4.25

Hình 426.Hình 427.

Hình 4.28

Hình 429.Hình 4.30.Hình 4.31

Hình 4.32.

Hình 4.33.Hình 4.34,

Hình 4.35

Hình 4.36.Hình 4.37,

Hình 4.38.

Hình 4.39,Hình 4.40,

Hình 4.41

Hình 4.42,Hình 4.43

Chuyển vị tổng thể cửa van ứng với THI.

Chuyển vị khung chính dưới của cửa van ứng với THỊChuyên vị khung chính trên của cửa van ứng với THI Biểu đỗ momen uốn M33 khung chính dưới ứng với TH2.

Biểu đồ momen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH2.

Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính trên ứng với TH2 Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính trên img với TH2

Bị4} lực doc trong khung ứng với TH2

Phổ mau ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH2.Phổ màu ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH3.

Bị đồ mômen uốn M33 khung chính đưới ứng với TH3

Biểu đỗ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3

Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính trên ứng với TH3 Biểu dé momen uốn M22 khung chính trên ứng với TH3Biéu đồ lực dọc trong khung ứng với TH3

Phổ mau ứng suất Smax của bản mặt ứng với THẢ

Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính dưới ứng với TH3

Biểu đồ momen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3

Biểu đồ lực đọc khung chính ứng với TH3

Phổ mau ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH3.

Biéu đồ momen uốn M33 khung chính đưới ứng với TH3

Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3 Biểu đồ lực doc khung chính ứng với TH3.

84

BANG BIEU

Bang 2.1 Kích thước tiết điện dim và cột : -4Bảng 2.2 Tổng hợp kết quả so sánh nội lực không/có xét hiệu ứng P-Delta

„29Bang 3.1 Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điển hình khi không/có

xét hiệu ứng P-Delta khi chiều cao dim thay đổi 48

Bang 3.2 Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điểnxét hiệu ứng P-Delta khi nhịp dim thay đổi

khi không/có49Bảng 3.3 Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điền hình khi không/cóxét hiệu ứng P-Delta khi chiéu dai chân khung thay đổi 50

Bảng 3.4 Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điển hình khi hong

xét hiệu ứng P-Delta khi tải trọng thay đồi 5254Bang 4.1 Thông số kỹ thuật của hỗ chứa Dak RS

Bảng 4.2 Giá tri góc a và góc 0, 60Bang 4.3 Phan lực gối bản lễ 6Bảng 4.4, Phan lực gối tựa " ss 63Bảng 4.5 Tinh lực ma sát vật chắn nước bên 68Bang 4.6, Tinh toán lực ma sắt Fr và lực kéo van 69Bang 4.7 Kết quả so sánh về độ lớn nội lực dầm chính dưới ứng với TH2không/có xét hiệu ứng P-Delta 85Bang 4.8 Kết quả so sánh về độ lớn nội lực dim chính dưới ứng với TH3

không/có xét hiệu ứng P-Delta : : 87

Bang 4.9 Kết quả so sánh về độ lớn nội lực dim chính dưới ứng với TH3không/có xét hiệu ứng P-Delta : - 89

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Cửa van là một bộ phận quan trọng của công trình thuỷ lợi, bổ trí tại các

ống, 6 é éu tiết lưu lượng

theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ khai thác khác nhau Cửa van có thé diđộng được nhờ sức kéo từ các thiết bị đóng mớ hoặc nhờ sức nước Khi cửa

van chuyển động, nó tựa lên các bộ phận cổ định gắn chặt vào mé trụ hoặc

ngưỡng của công trình tháo.

Cửa van hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng cung trụ trònvà được nối với hai càng, khi đồng mở cửa van quay xung quanh một trụcquay cố định nằm ngang Cửa van hình cung lớn thường được dùng làm cửaxa lũ ở đập tràn, hình dạng không gian của kết cấu cửa van cung cảng xiên vacảng thing cho ở hình 1 vả hình 2.

Hình 1 Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên

Cửa van hình cung có ưu điểm là khai thác én định, đồng mỡ nhanh và đễ

dàng, điều tiết lưu lượng khá tốt, try pin có thé làm mỏng so với van phẳng vikhe van nông Tuy nhiên trụ pin phải Kim dài để có đủ kích thước đặt cảng

van Áp lực nước tác dụng tập trung lên trụ pin (qua cảng van) làm cho ứng

suất phat sinh trong trụ pin và việc bố trí cốt thép chịu lực phức tạp hơn, nhất

là những nơi van làm việc trong điều kiện chịu lực hai chiều Về cấu tạo và.lắp ráp van cung cũng khó khăn, phức tạp hon van phẳng

Din chịu rong lượng

Hình 2 Kết cầu cửa van hình cung hai khung chính, càng.

Kết cấu cửa van hình cung là một kết cấu không gian được tạo bởi cácthanh chủ yếu chịu nén, khi độ mảnh các thanh lớn lực đọc làm tăng thêm nội

lực trong thanh, hiện tượng này được gọi là hiệu ứng P- Delta Dé chính xác

thêm kha năng chịu lực của cửa van, cần xét tới hiệu ứng này trong tinh toánnội lực van li xu hướng hiện nay trong tinh toán các kết cấu thép.

2 Mục đích của Đề tài: Xem xét thêm ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta đến

sự làm việc của các bộ phận cửa van.

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và kếthợp sử dung phân mém phân tích kết cầu SAP2000,

4 Kết quả dự kiến đạt được:

~ Chi ra sự ảnh hưởng của việc xem xét hiệu ứng P-Delta đến cường độđịnh của các bộ phận kết cấu cửa van.

~_ Đưa ra khuyến cáo về phạm vi ảnh hưởng đối với từng loại khungchính khác nhau,

~_ Áp dụng tính toán cho cửa van cung công trình thủy lợi Đắk Rồ, xã

"Đắk Bro, huyện Krông Nộ, tỉnh Bak Nông.

CHƯƠNG I: ‘ONG QUAN

it về cửa van hình cung

Cửa van hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng mặt cong,thường là một phần của mặt try tròn và được nồi với hai cing, khi đóng mở.cửa van quay xung quanh một trục quay cố định nằm ngang Cửa van hình.cung thường được ding làm cửa xã lũ ở

1.1.2 Phân loại

1.1.2.1 Theo vị trí ngập nước

Cửa van hình cung có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van dướisâu, cửa van trên mặt là cửa van có đỉnh cao hơn mực nước thượng lưu (hình1.2a), khi đóng đình van nhô hẳn lên khỏi mặt nước Loại cửa van này thường,thấy ở đập tràn, cổng lộ thiên; cửa van dưới sâu là cửa van có đỉnh thấp honcao trình mực nước thượng lưu, khi đồng cửa ngập sâu trong nước và chịu áp

lực nước lớn Theo cách truyền lực phân ra cửa van truyền lực cho mồ trụ và

cửa van truyền lực cho ngưỡng đáy (hình 1.2b).

b Cửa van sửa chữa là cửa van được sử dụng để đóng có thời hạn các lỗtháo nước của công trình để sửa chữa cửa van công tác hoặc một bộ phận nàođó của công trình Vận hành cửa van sửa chữa được thực hiện trong nướctĩnh SỐ cửa van sửa chữa trên đập và nhà máy thủy điện thưởng ít hơn sốlượng cửa van công tác Các cửa van này thông thường chứa trong him vanriêng và khi cần thi vận chuyển đến địa điểm lắp đặt bằng cần trục.

© Cửa van sự cổ là cửa van được sử dụng để đóng tạm thời các

công trình thủy công và cả trong trường hợp sự cố cửa van công tác hoặcđường ống Cửa van sự cố phải đóng được trong dòng chảy; trong đa số cáctrường hợp thực hiện nâng cửa van sau khi mực nước ở cả hai phía của cửavan được cân bằng.

d Cửa van sự cố - sửa chữa thực hiện chức năng xử lý sự cố và sửa chữa,được đặt trước cửa van công tắc của các công trình tràn nước và tháo nước (lượng các bộ cửa van sự cổ - sửa chữa di chuyển được it hơn nhiều so với sốcửa van công tác) Lỗ tháo nước dưới sâu cần phải được trang bị bằng các cửa.van sự cố - sửa chữa đặc biệt Cửa van sự cố và cửa van sửa chữa dùng cho

1g dẫn nước đặt hở phải đặt trước lối vào hoặc ở đoạn đầu của chúng.

cửa van này phải đảm bảo đóng nhanh và đóng tự động đường dẫn nước.

e Cửa van thi công: Được sử dụng để đóng lỗ tháo nước trong giai đoạnthi công Ở các nhà máy thủy điện có số lượng lớn tổ máy lần lượt khởi dong,

khi đó sự xây dựng được tiến hành sau khi đưa vào khai thác một phan tram

tổ hợp, các cửa van công tác cũng như là cửa van sửa chữa được sử dụng nhưcửa van thi công,

† Cửa van vùng triều: Có nhiệm vụ ngăn triều (ngăn nước mặn), giữ ngọt(có lúc lại phải thio lũ khi nước trong đồng lớn) và giao thông thủy Hìnhdạng cửa van rit đa dạng, thường có nhịp lớn, chịu chênh lệch áp lực nướckhông quá lớn Yêu cầu đối với cửa van là độ tin cậy phải cao, có mỹ thuật,

hài hòa với cảnh quan vùng xây dựng, thời gian đóng mở cửa van phải đủ

nhanh Kết cấu cửa van không gây bat lợi cho việc xây dựng kết cấu thủycông cũng như đảm bảo giao thông thủy và công tác bảo dưỡng, sửa chữa cửa

van dé dang.

1.1.3 Nguyên tắc và bố trí cấu tạo cửa van hình cung

Cửa van hình cung bao gồm: Bản chắn nước trên hệ thống dim, cing đỡ.và khớp quay Hệ thống dim sau bản mặt được bố trí theo nguyên tắc ở mọi.chỗ bản mặt chịu lực như nhau dé tận dụng khả năng chịu lực của vật liệu.

Chin nước đáy

1.1.4 Hình thức cửu van thường ding hiện nay

Phan lớn cửa van cung dùng bản mặt hình cung tròn có tâm trùng với tâmquay như ở hình 1.4a, trong các sông có lượng phủ sa lớn lắng đọng ở trướccửa van, thi tâm quay có thé đặt thấp hơn tâm bản mặt như hình 1.4b Trongtrường hợp này sẽ giảm được ảnh hưởng của lực ma sát do phù sa tác dunglên bản mặt, giảm được lực kéo của máy đóng mở khi nâng van.

ZZ Tembảnmạtvàn Qua)

Hình 1.4, Sơ

Cửa van cung thường dùng nhất hiện nay là cửa van hai dầm chính chịutải trọng bằng nhau, bản mặt là một mặt cung trdn có tâm cong trùng với tam

quay của cửa van.

Khung chính được chia thành các loại sau:- Chân thẳng và cứng (hình 1.52).

- Chân thẳng và mảnh (hình 1.5b).

- Chân xiên và mảnh (hình 1.Se).

i NANA

Hình 1.5 Các hình thức khung chính.

Cửa van chân cứng có lực xô ngang lớn, làm giảm được mémen uốn

trong dầm, nhưng mômen uốn trong càng lại lớn, đồng thời khi cửa van

một số hình thức bé trí tâm quay cửa van cung.

»

chuyển động có lực ma sát ở mặt bên của gối bản lề Cửa van chân mảnhđược dùng phổ biến nhất, trong trường hợp này độ cứng của chân nhỏ hơn độcứng của dam, vi vậy ảnh hưởng của lực day ngang nhỏ có thẻ bỏ qua.

4m thường ding loại chân xiên va 6 dim ngang ở những đầu âu thuyền để

tăng thêm chiều dai âu, giảm năng lượng ding chảy dưới van khi đưa nướcvio buồng âu, dùng van hình cung tốt hơn van phẳng.

Không dùng cửa van hình cung làm cửa van sửa chữa, cửa van sự cổ và

cửa van thi công vi gối tựa của cửa van cung là cổ định Cửa van cung có thébổ trí trong khe van hoặc ở mặt ngoài của trụ pin như hình 1.6a và hình 1.6b,

- Trọng lượng van cung nhỏ hơn các loại khác.

- Lực kéo của máy đóng mở nhỏ khi dùng tời có dây kéo đặt trước ban

mặt, có thể lợi dụng phương hợp lực của áp lực nước không đi qua trục quayđể giảm lực đồng mở.

= Có thể alvan ở một bên, do đó kích thướcmở có thé nhỏ.

Van cung cũng có một số nhược điểm sau:- Phải có mồ và đường biên đài

~ Khi cổng có chiều cao lớn và có ngưỡng ngang, nếu yêu cầu gối bản lễkhông ngâm trong nước thi cảng van phải rit đài.

- Thời gian đồng mở lâu hơn cửa van phẳng

1.2 Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van1.2.1 Cấu tạo chung của kết cấu cửa van

Cấu tạo cửa van cung phải bảo đảm các yêu cầu khai thác, giá thành hạvà phải dé chế tạo, lắp ghép, kiếm tra, sửa chữa.

Phin lớn cửa van cung ding loại hai khung chính Khi nhịp từ 12m đi16m dầm của khung chính ding loại tiết diện đặc, còn khi nhịp lớn dùng loạigiản có thanh bụng xiên hoặc tam giác Chân khung thường dùng tiết điện

đặc, Dim đứng ở giữa thường dùng loại rỗng, còn dim đúng hai đầu dùng

loại đặc.

Hình dang mặt cắt ngang của cửa van phải bảo đảm dong chảy dưới đáy

van không va vào dim chính dưới Né nhân nào đó không thể

dua dầm chính dưới lên phía trên, thì kết cầu của dầm chính tốt nhất là dùngloại rỗng (giàn) Khi ding dim đặc thi bản bụng của dầm cần phải khoét lỗ,dign tích của lỗ không được nhỏ hơn 20% tổng diện tích bản bung dim chính.

Loại cửa van có dim chính bé trí tháp thường gặp trong công có khâu độ lớn.

và chịu cột nước nhỏ

Khi thiết kế cửa van dùng càng ít phân tố ghép cảng tốt, cố gắng dùngthép định hình Không nên dùng loại tiết diện có khe hẹp, vì khó kiêm tra, khóvệ sinh và quét sơn Tắt cả các phân tố chính chịu uốn hoặc chịu nén dọc trục,phải chọn loại có độ cứng lớn nhất với kích thước cần thiết của mặt cắt ngang

theo tính toán.

1.2.2 Chon sơ bộ hình thức, vị trí của khung chính

Khung chính là bộ phận quan trọng trong cửa van hình cung, có tác dụng

chuyển toàn bộ áp lực nước, trọng lượng bản thân và trọng lượng lớp nước

tràn qua van (nếu có) lên gối bản lề Khung chính gồm có dim chính và chânkhung.

Khung chính được đặt theo phương bán kính của bản mặt, số lượng

khung chính thường chọn từ một đến ba chiếc Tuyệt đại đa số các cửa van.thường dùng hiện nay là loại có hai khung chính chịu tải trọng bằng nhau

Chiều cao của khung chính lấy bằng bán kính của bản mặt, bản kính R

của bản mặt phụ thuộc vio chiều cao h, và bề rộng L, của cổng, thường chonR =(12 + 1,5)h,, Ngoài ra cần phải chọn tỷ số R/L, cảng lớn khi nhịp cảng

Khi xác định vị trí của khung chính cần xét tới yêu cầu về thủy lực (dòng,

chảy không va vào dầm chính dưới), về cầu tạo (bảo dam cửa van có đủ độ.

cứng) và về thi công (tiện cho việc phân đoạn).

Khung chỉnh thường dùng chân thẳng và mảnh, có dim chính đặc hoặc

rỗng (giản) Dùng khung chân mảnh có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực xô

ngang kh xác định kích thước tường biên hay trụ pin của công trình, bỏ qualực ma sat trong gối bản lề do lực xô ngang sinh ra.

Cấu tạo dim khung chính phụ thuộc vào kích thước của cửa van (chiều

cao và chigu rộng), loại van (trên mặt hoặc đưới sau), chế độ khai thác,kiện lắp ghép, chuyên chở và vật liệu dùng để chế tạo.

Đổi với cửa van dưới sâu, khi tai trọng trên một mét dài lớn, mà nhịp lạinhỏ thì dùng dầm bụng đặc vì lực cắt lớn hơn rất nhiều so với mômen uốn.Đối với cửa van trên mặt, tải trọng tác dụng lên một mét đài không lớn, do đó

lực cắt nhỏ Khi nhịp van lớn (20 + 30m) thường đủng dm chính rồng (giàn)

1.2.3 Sơ bộ chọn hình thức, vị trí của giàn ngang.

Cũng tương tự như trong cửa van phẳng, giản đứng hay còn gọi là giảnngang là một bộ phận rất quan trọng của kết cấu cửa van hình cung Giảnđứng có tác dung đỡ áp lực nước từ 6 dim và chuyển lên dim của khung

chính, phân đều tải trọng lên khung chính và chịu các lực ngẫu nhiên không,nằm trong mặt phẳng của khung chính

Gian đứng được tạo bởi thanh đứng của ô dim, thanh đứng của giảnchính và thanh đứng của giàn chịu trong lượng.

Tay theo kích thước của cửa van và hình dáng mặt cắt ngang mà chọngiản đứng cho thích hợp.

Đối với cửa van chân xiên có nhịp L„ < 12m, chiều cao cột nước H <4,5m và cửa van chân thẳng có L„ < 7m, H < 3,5m, ding giản đứng đặc là

hay nằm trong mặt phẳng đi qua các mắt giản của giản chính có thanh bụng

hình tam giác Trong cửa van có chân xiên nhất thiết phải bổ trí giản đứngtrong mặt phẳng liên kết của chân van Giản đứng thường bổ trí một giản ởgiữa, hai giàn ở vị trí liên kết của cảng van và hai giản nữa ở hai đầu van.

Khi khoảng cách giữa hai dim chính lớn, bố tri đọc là hợp lý nhất Damphụ được đặt liên tục trên cánh thượng của giản đứng đọc theo toàn chigu dàivan và lâm giảm chigu cao giàn đứng Cho phép ding han tự động và bán tựđộng Nếu dầm phụ được đặt bằng mặt với giản đứng, tức là dầm phụ bị cắt

đứt bởi giàn đứng, thì đầu các thanh cần được nối chắc với giản đứng.

Khi van có cột nước nhỏ, thi 6 dầm bé trí đứng là hợp lý vi khoảng cáchgiữa các dim chính nhỏ Cách bổ trí hỗn hợp do cấu tạo phức tạp nên ít dùng.Dim phụ đứng va dim phụ ngang cần chọn cùng chiều cao dé có tÌ

nối ở phía dưới.

lặt bản

Các phânĐể tiện cho c

lầm thường dùng thép định hình.

tạo và bảo đường, hiện nay nhiều cửa van cung có xu

hướng không dùng dam phụ doc, chi ding dam phụ đứng đặt day và han vào.

bản mặt tạo thành mang 6 bản mặt Sau đó liên kết cánh ha dim phụ đứng củamảng 6 bản mặt này với cánh thượng dim chính (dùng nhiều dim chính vakhông bé trí cùng chiều cao với bản mặt),

1.2.5 Chọn hình thức và cầu tạo giàn chịu trọng lượng

Giàn chịu trọng lượng được bổ trí ở thượng lưu và hạ lưu của dim chính.Néu dim chính được han chặt vào bản mặt thì không cin đặt giản chịu trong

lượng ở thượng lưu vì chính bản mặt và cánh của dầm chính trên và đưới tạo

thành một dầm có tác dụng như giàn chịu trọng lượng.

Với cửa van có dim chính không lớn thì không cần đặt giản chịu trong

lượng, lúc này trọng lượng cửa van do bản mặt chịu và truyền tải trong lên

giàn gối (càng) hay trụ biên Khi chiều cao của dam chính lớn (khoảng > 1m)thì cần thiết phải đặt giàn chịu trọng lượng.

Tay theo kích thước của cửa van mà dùng loại có thanh bụng hoặc loạikhông có thanh bụng Với cửa van có nhịp lớn hay cột nước lớn phải dingloại có thanh bụng Tùy theo chiều dài của các khoảng mắt của dim chính màcdùng thanh bụng xiên hoặc nửa xiên Trong những cửa van nhịp nhỏ, chịu cộtnước lớn, dim chính chịu tải trọng khá lớn, nên làm dam có bản cánh rộng,trong trường hợp này có thể dùng giàn chịu trọng lượng không thanh xiên, ởvị trí giao giữa các thanh đứng và thanh cánh của giản này cần đặt bản mắt

rộng

1.2.6, Hình thức, cầu tạo của trụ biên và giàn nối

Trụ biên được bổ trí ở hai đầu cửa van, dùng để gắn bánh xe bên, vật

chắn nước, cũng như các chỉ tiết khác Trụ biên được đặt theo toàn bộ chiều

cao của tiết diện ngang của cửa van Mặt cất ngang của trụ biên thường dùng.tiết diện chữ I hoặc hình hộp.

Giản gối (cảng van) được tạo bởi các nhánh của chân khung chính, nó có

tác dụng liên kết các chân khung chính, chuyển áp lực nước tác dụng lên cửavan vào bộ phận cố định.

Néu dùng khung chính kiểu công xôn, thi trụ biên và giản gối là hai bộ

phân đặt tách rời nhau Đối với cửa van có giản gối đặt sát đầu van, trụ biênvà giản gối cùng nằm trong một mặt phẳng thi có thé kết hợp thành một cầukiện,

Với cửa van nhỏ, giàn gối có thé dùng loại không thanh xiên, còn đối vớicửa van có nhịp trung bình và lớn thi cin phải có thanh xiên.

Thanh cánh giàn gối được làm bằng thép chữ I hay thép chữ C khi cửa

van có nhịp nhỏ va trung bình, dùng tiết điện chữ I hoặc chữ C ghép bằng.

thép góc và thép bản khi van có nhịp lớn, hoặc nhịp trung bình nhưng có cộtnước cao Trong những cửa van nhỏ hệ thanh bung của giản gối có thể hàntrực tiếp vào cánh cửa của giàn gối, còn đối với cửa van trung bình và lớn thinhất thiết phải đặt bản mắt.

Gian nối được liên kết với kết cấu nhịp van bằng cách nối thanh cánh của

giin gỗi với bản mắt ở đầu giàn chính, bản mắt này phải có độ cứng lớn và

nằm trong mặt phẳng của giàn chính Nếu giàn gối nghiêng, thì cuối thanh.cánh của giản gối đặt một bản thép và hàn chặt vào cánh của dim chính Chỉ

trong trường hợp cửa van nhỏ mới liên kết giữa giàn gối v: iu nhịp van

bằng bulông,

Một đầu của giàn gối được liên kết với bộ phận động của gối bản lễ bằng,

bulông, thông qua bản để Dé tăng độ cứng của bản để và tăng chiều dài

đường hàn liên kết giữa giàn nối vào bản đế, cần đặt thêm các sườn gia cố.Chiều dày bản để chọn từ 12 đến 40mm.

Sơ đồ hình học của giản gối có dạng tam giác (giao điểm của đường trụcthanh cánh giàn trùng với tâm cung của bản mặt) hoặc hình thang (giao điểmcủa đường trục thanh cánh không trùng với tâm bản mặt) Trong sơ đồ thứ

nhất, toàn giàn là một tam giác bắt biến hình, các thanh bụng chỉ có tác dụng.lâm giảm chiều dài tự do và làm tăng én định của (hanh sitdung sơ đồ này Nhưng trong cửa van lớn và chịu tai trọng lớn, kích thướccủa gối bản lề lớn, đường trục của thanh cánh giản giản gối không thể hướng,vào lâm bản mặt được, do đó phải dùng giàn hình thang, trong trường hợp nàycác thanh bụng chịu lực đọc.

1⁄4 Tính toán kết cấu cửa van cung

1.3.1 Tinh toán kết cdu theo hệ phẳng

Kết cấu cửa van hình cung lả một kết cấu không gian và chịu lực khá

phức tap, khi phân tích nội lực đẻ đơn giản có thể đưa về các hệ phẳng riêng

biệt Nội lực của các phân tố nằm trên giao tuyến của hai hệ phẳng lấy bằngtổng nội lực trong hai hệ phẳng đó, Cách tính này tuy không phản ánh đượchoàn toàn trạng thái chịu lực thực tế của cửa van, nhưng thường dùng vì kháđơn giản, có thể dùng để tính toán cửa van có kích thước trung bình và nhỏ.Khi cửa van có kích thước lớn và chịu cột nước cao cần tính theo hệ không

Khung chính (bao gồm dầm chính và chân khung) là bộ phận chịu lựcchủ yếu của cửa van hình cung, chịu toàn bộ áp lực nước và trong lượng bản.thân cửa van thông qua gỗi bản 18 chuyển lên bộ phận cổ định của công trình

Š dn định và về độ cứng của khungViệc tính toán kiểm tra về cường độ,

chính thường được tính toán theo hệ phẳng.

Nội dung của phương pháp tính toán theo hệ phẳng: Phương pháp tínhtoán theo hệ phẳng, kết câu van được phân chia thành các hệ phẳng riêng biệtđể tính dưới tác dụng của áp lực nước và trọng lượng bản thân van Nội lựctrong các hệ phẳng được xác định bằng các công thức giải tích, nội lực trong

các thanh tại vị trí giao nhau giữa bai hệ phẳng bằng tổng nội lực của hai hệ

phẳng đó.

Trình tự tính toán khung chính theo phương pháp tính toán truyền thông

này được tiền hành như sau:

- Xác định tổng áp lực nước tác dung lên 1m dai cửa van và phương củatổng áp lực này so với đường nằm ngang theo công thức giải tích.

- Phân tổng áp lực này lên các dim chính theo phương pháp đồ giải,

trường hợp cửa van ai dim chính chịu áp lực nu

‘bing nhau thi phương của hai khung chính phải cách đều phương của tổng aplực nước.

6 hai khung chính,

- Sơ dé tính toán khung là đường trục các thanh, sơ đỗ tính là khung chữnhật đầm ngang có công xôn khi càng van thuộc loại mảnh va thẳng hoặc làkhung hình thang dim ngang có công xôn khi càng van thuộc loại mảnh vàxiên Chân khung gin liên kết ngàm khi gối quay là gối bản lề có một trục‘quay hoặc géi quay là gỗi nón cụt Chân khung gan liên kết khớp khi gỗi quaylà gối bản lề có hai trục quay Chiều cao tính toán h của khung lấy bingkhoảng cách thẳng đứng từ tâm gối quay từ đường trọng tâm tiết diện tínhtoán của đầm chính Tiết diện tính toán của dim chính có xét tới một phần‘ban mặt cùng tham gia chịu lực.

~ Nội lực của khung chính được xác định theo các công thức, được thiết

lập từ phương pháp chuyển vị Chuyển vị thẳng đứng tại giữa nhịp dim bằng

tổng chuyển vị của dầm do lực ngang và mô men uốn hai đầu dim.

- Xác định trọng lượng bản thân van theo các công thức kinh nghiệm, nộilực do trọng lượng bản thân chỉ được xét tới khi tinh toán càng van.

Kiểm tra cường độ và độ cứng của dầm theo cấu kiện chịu uốn với nộilực chỉ do áp lực nước sinh ra và ôn định của chân khung theo edu kiện chịunén lệch tâm với nội lực ng tổng nội lực do áp lực nước va trọng lượng bảnthân van sinh ra.

1.3.2, Tinh toán kết cấu theo bài toán không gian

Khi phân tích nội lực và biến dang cửa van hình cung theo hệ phẳng

không phản ánh được tác dụng qua lại giữa các bộ phận với nhau, nên kết quả

tính toán không phản ánh đúng trạng thai làm việc thực của cửa van Mặtkhác khi phân tích van theo bài toán phẳng không xét được tác dụng đồng

thời của nhiều loại tai trong một lúc, ngay cả khi cửa van chỉ chịu áp lực nước

và trọng lượng bản thân Như trên đã trình bảy khi phân tích nội lực khungchính do trọng lượng bản thân van, cũng như khi tính lực kéo cửa van,

tự thức kinhnghiệm, nên kết quả tính toán có thể khác với giá trị thực Nếu phân tích van.tính trong lượng bản thin cũng như điểm đặt của nó theo cô

cung theo bài toán không gian những vấn dé nêu trên sẽ được giải quyếtkhông có khó khăn gỉ

1.4 Vấn đề nghiên cứu của Luận văn

Nhu phần trên đã trình bày, kết cấu cửa van hình cung loại dam chính

rỗng dạng giản được tạo thành từ nhiều thanh thép hình có độ mảnh lớn đặcbiệt là cảng van khi chịu nén hoặc nén uốn sẽ xuất hiện hiệu ứng uốn dọc làm

tăng nội lực trong thanh dẫn đến khả năng phá hoại kết cấu Đây được gọi lihiệu ứng P-Delta (xem hình 1.7) Từ trước đến nay khi tính toán kết cấu cửa.van hình cung theo hệ

ứng P-Delta, trong khi đó lý thuyết tính toán và phần mềm phân tích kết cấuSAP2000 đều có khả năng giải quyết một cách dé ding.

Mặt khác trong kết cau thép truyền thống liên kết giữa các thanh bằng bu

lông hoặc hàn được coi là liên kết cứng, thực ra các liên kết nảy đều có độmềm nhất định, do biến đạng của các phần tử của liên kết (tắm nối, bu.lông ), do biến dạng cục bộ (ban bụng, bản cánh của dim và cảng) của cácphân tố được nối (dam, càng) xem hình 1.8 Do đó các kết cấu này là kết cầucó liên kết nửa cứng hay còn gọi là kết cấu có liên kết mềm Độ mềm của liên

kết có ảnh hưởng rất lớn tới độ bền, độ ôn định và độ cứng của kết cầu DE

xét tới độ mềm của liên kết ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của cửa van, mô.hình liên kết nửa cứng bằng hệ lò xo chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay Tùy.

theo liên kết thực tế giữa cảng van và dm chính (hoặc thanh cánh hạ giản

chính) mà có thé chỉ xét một, hai hoặc cả ba thành phan biến dang của liên kết(đối với bai toán khung phẳng) Nếu đã biết độ cứng của liên kết mềm theo

các phương thì có thể đễ đàng thực hiện mô hình hóa trong phần mềm phânBoling

cine van

~im chính

Hình 1.8 Méi nối dim - cảng van bằng bu lông va sơ đồ biển dang

Từ hai vẫn để nêu trên, Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng củahiệu ứng P-Delta đến khả năng chịu lực của các bộ phận kết cấu cửa van hình.cung khi xét thêm độ mém của liên kết Đây là nội dung xuyên suốt của Luận

văn

CHƯƠNG 2: HIỆU ỨNG P-DELTA.

2.1 Hiệu ứng P-Delta

2,1,1 Khái niệm chung về hiệu ứng P-Delta

Hiệu ứng P-Delta là hiệu ứng phi tuyến hình học của lực kéo và nén lớnsinh uốn ngang và cắt ngang Lực nén có xu hướng làm cho các phần tử củakết cấu mềm hơn khi uốn ngang và cắt ngang, còn lực kéo có xu hướng làmtăng độ cứng của phần tir cản trở lại biển dang ngang

Khai niệm cơ bản về hiệu ứng P-Delta được thể hiện rõ qua ví dụ dimcông xôn dưới đây chịu lực dọc P và lực ngang H.

Biểu dé mémen khi P là lực kéo Biểu đồ mômen khi P là lực nén

và có xét tới hiệu ứng P-Delta và có xét tới hiệu ứng P-Delta

Hình 2.1, Biểu đổ mô men của đầm công xôn.

Tir hình 2.1 cho thấy nếu khảo sát sự cân bằng của dam theo hình dạng.hình học ban đầu (không biến dang) thì biêu đồ mémen biến đổi tuyến tinh,

tại ngầm M = HL và tại đầu dim M = 0 Nếu xét trang thái cân bằng theo hình

dạng biển dang thi sẽ có thêm một mômen phy sinh ra do lực P tác dụng tạiđầu dim có chuyển vị A, nên mômen nảy biến đổi dọc theo chiều dai dim vaphụ thuộc vào hình dang độ võng của dim.

Vay nếu dam chịu kéo thì mémen ở ngàm giảm M = HL - PA, còn khi

dầm chịu nén thi mômen ở ngim tăng M = HL + PA, biểu đồ momen trong

định được đặc biệt quan tâm Đối với kết cấu khung nhà cao ting, để đảm bao

4n định tổng thể của kết cấu thường làm các hệ giảng Vấn để én định của hệ

giằng khi chịu nén cũng được đặc biệt quan tâm Nhiều nghiên cứu trên thégiới đã chỉ ra rằng giá trị chuyển vị của thanh giằng chịu nén tăng lên 70% ~

95%, giá trị lực dọc tang gần 20% khi xét đến hiệu ứng Delta Hiệu ứng

P-Delta có vai trỏ quan trong trong kết cấu khung nhà cao ting chịu tải trọng.ngang như động đất và gió, vin dé này được quy định cụ thé trong tiêu chuẩn.của Mỹ FEMA-350 và AISC ia ChâuBurocode3 Trong kết cấu thép công tình thủy lợi, cửa van chiếm một vị tíquan trọng, kết cấu cửa van phẳng nhịp lớn thường ding loại van hai giànchính có thanh cánh hạ lưu dang cong 2 chiều như hình 2.2, kết cấu cửa van

cung nhịp lớn cũng có hình thức giàn như hình 2.3 Tuy nhiên trong tính toán

thiết kế hiện nay đều chưa dé cập đến vấn để ảnh hưởng của hiệu ứng Delta,

P-hiệu ứng P-Delta được cho &

Hình 2.3 Kết cấu giản trong cửa van cung nhịp lớn

2.2 Khái quát về phần mềm SAP2000 phân tích kết cấu hệ thanh có.xét đến hiệu ứng P - Delta

3.2.1 Giới thiệu phần mềm SAP2000

Phân mềm tính toán kết cấu SAP2000 (Structural Analysis Program)

được phát triển bởi công ty CSI (Computer and Structures, Inc) của Hoa Kỳvà nỗi tiếng trên phạm vi toàn thé giới Đây là phần mềm mạnh phân tích vàthiết kế kết cầu trên cơ sở phương pháp phan tử hữu hạn theo mô hình chuyên.vị Trải qua hơn 30 năm kiểm nghiệm phân tích kết cấu thực tế và khôngngừng đổi mới cho phủ hợp với sự phát triển của phương pháp phần tử hữu

hạn, hiện nay đã phát triển đến phiên ban SAP 2000 V15,

Phin mềm SAP 2000 có nhiều tu điểm:

- Giao diện đổ họa thân thiện giúp mô hình hóa đơn giản và nhanh chóng.

- Phan tir da dang: Thanh, neo, tim, vỏ, khối

ấu như: Tuyết

~ Nhiều lựa chọn cho phân tích kí tính — tĩnh, tuyến tinh~ động, phi tuyến — động.

- Nhiều kỹ thuật phân tích mới đã được đưa vào phần mềm như: Phan

tích biến dạng lớp, hiệu ứng P-Delta, phân tích Pushover, phân tíchBuckling

- Kha năng tự động hóa thiết kế kết cấu bê tông, kết cấu thép theo tiêuchuẩn một số nước như Hoa Ky, Anh, Trung Quốc,

- Kết qua tính toán được định dạng chuẩn hoặc có thé thay đổi tùy ý

1 với phần mềm AutoCAD thông qua file *.DXF hoặc có thể

Copy/Paste từ các bang tinh như Excel

2.2.2 Trình tự giải bài toán kết cầu bằng SAP2000

a Chọn hệ đơn vị,b Mô hình hóa

h Đặt tên file bài

i, Chạy chương trình và hién thị kết quả tinh toán.

3.3.3 Các bước tính toán kết cau hệ thanh có xét đến hiệu ứng P-Delta

Xây dựng mô hình tính toán kết cấu có xét tới hiệu ứng P-Delta bằng

phần mềm SAP2000 tương tự như khi xây dựng mô hình phan tích kết

chịu tải trọng tĩnh, chi có khác một chút về định nghĩa các trường hợp tảitrọng, tổ hợp tải trọng và khai báo các tham số điều khiển phân tích P-Delta.

Các tải trọng tác dụng lên kết

trọng, tải trọng chủ yếu sinh lực nén va tải trọng chủ yêu sinh uốn trong cácphần tử của khung, có Load Pattern Name lần lượt là V và H Chẳng hạn như.khung giả sử tải trọng q có Load Pattern Name là V, còn tải trọng W có LoadPattern Name là H Các tải trọng q và W cần nhân với hệ số tải trọng trước.khi tổ hợp tải trọng.

Ví dụ với tổ hợp tải trọng THỊ = LIDEAD + 1,2q + l4W =

12(0/917DEAD + q) + 1,2W = V +H, trong đó V = 1,2(0,917DEAD + q) và

H = 1,4W được thực hiện như sau:

Define> Load Pattern> Xuất hiện bảng Define Load Pattern như ở hình

2.4> Nhập các Load Pattern với Load Patem Name: V>Chọn Type

Live>Self Weight: 0,917, với Load Pattern Name: H>Nhp Type: Live > SelfWeight Multiplier: 0>0K.

thanh được phân thành 2 nhóm tải

Hình 2.4 Định nghĩa tên tai trọng

Khai báo các tham số điều khiển dé phân tích P-Delta được thực hiệntheo trình tự sau: Từ menu Define > Load Cases > Xuất hiện hộp hội thoại

Define Load Cases như ở hình 2.5> Nhắn chuột vào V (1) trong Load Name >

"Nhắn chuột vào Modify/Show Load Case (2) > Xuất hiện hộp hội thoại Load‘Case Data ~ Linear Static như ở hình 2.6.

‘AatNontton |

sep toe

Từ hộp hội thoại Load Case Data-Linear Static (hình 2.6) > Chọn ©

'Nonline (3) trong Analysis Type > Xuất hiện bang Load Case Data-Nonlinear

Static như ở hình 2.7 > Chon © P-Delta (4) > Nhập 1,2 trong Scale Factor (5)

> Nhắn Modify (6) > Nhắn OK (7) để đóng hộp hội thoại này va trở lại hộp

hội thoại Define Load Cases như ở hình 2.8.

Nhấn chuột vào H (8) trong Load Case Name > Click chuột vào

Modify/Show Load Case (9) > Xuất hiện bảng Load Case Data-NonlinearStatic như ở hình 2.9 > Chon © Stiffixess at End of Nonlinear Case (10) và

kiểm tra xem V đã xuất hiện trong cửa số Stiffness at End of Nonlinear Case

hay chưa Nhập 1.4 trong Scale Factor của Load Case Name H > Modify (12)

> Nhấp chuột vào OK (13) trong bang Load Case Data Linear Static > Xuất

hiện lại bang Define Load Cases > OK (14) dé đóng nót hộp hội thoại nay.

ee

Việc khai báo các thông số điều khiển để phân tích P-Delta đã hoànthành, cho chạy chương trình từ menu Analyze > Run Analysis > Run Now >khi chương trình chạy xong khai thác kết quả tinh toán.

3.3.4 Phân tích kết cau hệ thanh có xét đến hiệu ứng P-Delta

Dưới đây trình bay một ví dụ cụ thể phân tích kết cấu khung 2 ting 1

nhịp (2TIN) có xét đến hiệu ứng P-Delta

Xác định chuyển vị và nội lực của khung hai tang một nhịp có kích thước.và chịu tải trọng cho ở hình 2.10a trong trường hợp có xét hiệu ting P-Delta

với tổ hợp tải trong sau:

THỊ = I,IDEAD+I24 + LỚP + L4W, + 14W: + 14W, =V +Htrong đố: V=1,IDEAD + 1,24 + 1,2P = 1,2(0,917DEAD) + 1.2g + 1.2P

+ Khai báo vật liệu: Define > Materials > Xuất hiện bang Define

Materials > Add New Materials > Xuất hiện bảng Material Property Data >“Trong hing General Data: Tai hing Material Name and Display Color đánhtên CT38, tại hàng Material Type: Steel Trong hang Weight and Mass: Tạihang Weight per Unit Volume: 78 Trong hing Isotropic Property Data: Taihang: Modulus of Elasticity, E: E = 2.1E+8; Poisson's Ratio, U: 0.3 > OK.

+ Định nghĩa tiết diện dam và cột: Define > Frame Properties > FrameSections > Xuất hiện bảng Add New Properties > Ở cửa số nhỏ trên cùng

chọn Steel > Nhắn vào tiết điện chữ I (I/Wide Flange) Xuất hiện lại bảng

1/Wide Flange Section > Nhập số liệu tiết điện dam:

Section Name: DAM Material: CT38

Outside Height: 0.35 ‘Top Flange Width: 0.15

Top Flange Thickness: 0.015 Web Thickness: 0.009

Bottom Plange Width: 0.15 Bottom Plange Thickness: 0.015 >OK.XXuất hiện lại bảng Frame Properties > Xuất hiện bing Add Copy of

Properties > Ở cửa số nhỏ trên củng chọn Steel > Nhắn vào tiết điện chit I

(Wide Flange) Xuất hiện lại bảng I/AWVide Flange Section > Nhập số liệu tiếtdiện cột

Section Name: COT Material: CT38

Outside Height: 0.3 Top Flange Width: 0.15“Top Flange Thickness: 0.0185 Web Thickness: 0.01

Bottom Plange Width: 0.1 Bottom Plange Thickness: 0.0185 >OK.

lên lai bing Frame Properties > OK.

+ Gan tiết diện vào dim và cột: Chọn đối tượng gan là các dim > Assignion > Xuất hiện bảng Frames Property > Chọn DAM

> OK, Chọn đối tượng gan là các cột > Assign > Frames > Frames Section >

> Frames > Frame:

+ Gan liên kết ngam tại chân cột: Chon đồi tượng gan là các chân cột, tir

menu > Assign > Joint > Restraints > Xuất hiện bảng Joint Restraints > Nhắn.chuột vào biểu tượng khớp cổ định > OK.

+ Định nghĩa tải trong (Load Patterns): Load Pattern Name: V gồm có.DEAD, tải trong tập trung P, tải trong phân bé đều q Load Pattern Name: Hgồm có lực tập trung W¿„ W› và Ws được thể hiện như hình vẽ 2.11

+ Gan tải trọng phân bố đều: Chọn đối tượng là 2 dim ngang > Assign >Frame Loads > Distributed > Xuất hiện bảng Frame Distributed Loads >Nhập tải trong phân bổ đều 15 theo phương Gravity với Load Case Name là

+ Gan tải trọng tập trung thẳng đứng: Chọn đối tượng gan là 2 dim

ngang > Assign > Frame Loads > Point > Xuất hiện bảng Frame Point Loads

> Nhập tai trong tập trung 50 theo phương Gravity với khoảng cách tương đối

so với đầu I của phần tir dam li 0.25, 0.5, 0.75 với Load Case Name là V >OK.

+ Gan tải trọng tập trung nằm ngang tại nút: Chọn đối tượng gan là nút 2

> Assign > Joint Loads > Forces > Xuất hiện bảng Joint Forces > Nhập tai

trọng tập trung 50 theo phương X với Load Case Name là H > OK Tiếp theo.chọn đối tượng gán là nút 3 > Assign > Joint Loads > Forces > Xuất hiệnbảng Joint Forces > Nhập tai trong tập trung 100 theo phương X với LoadCase Name là H> OK.

+ Gan tải trọng tập trung nằm ngang tại thanh: Chọn đối tượng gan làthanh 2 > Assign > Frame Loads > Point > Xuất hiện bảng Frame Point Loads

> Nhập tải trong tập trung 75 tai theo phương X với khoảng cách tương đổi so

với đầu I của phần tử dim là 0.5 với Load Pattern Name là H > OK.tinh toán cho 2 bi toán dé so sánh các kết quả:

ai toán 1: Phân tích kết cầu khung không xét đến hiệu ứng P-Delta* Bài toán 2: Phân tích kết cấu khung có xét đến hiệu ứng P-Delta(b) Bài toán 1: Phân tích kết cấu khung không xét đến hiệu ứng P-Delta

Ta đã xây dựng mô hình hóa như trên:

+ Trường hợp tải trong: Define > Load Cases > Xuất hiện bảng DefineLoad Cases > Load Cases Name > Chọn V > Modify > Xuất hiện bing LoadCases Data > Tai Loads Applied > Chọn V, Scale Factor: 1.2 > Add > OK.Tương tự: Chon H > Modify > Xuất hiện bing Load Cases Data > TạiLoads Applied > Chon H, Seale Factor: 1.4 > Add > OK.

+ Tổ hợp tải trong: Define > Load Combinations > Define Load

‘Combination > Add New Combination > Xuất hiện bảng Load CombinationData > Nhập tổ hop tai trong THỊ = V + H> OK.

+ Chay chương trình: Từ menu Analyze > Run Analyze > Khi chạychương trình.

(c) Bài toán 2: Phân tích kết cầu khung có xét đến hiệu ứng P-DeltaTa đã xây dựng mô hình hóa như trên:

+ Gần chức năng điều khiển P-Delta: Define > Load Cases > Xuất hiện

bang Define Load Cases > Load Cases Name > Chọn V > Modify > Xuấthiện bảng Load Cases Data ~ Linear Static > Từ hộp thoại Load Cases Data ~Linear Static > Chon © Nonlinear trong Analysis Type > Xuất hiện bảngLoad Cases Data-Nonlinear Static > Chon © P-Delta > Chon V, Scale Factor:

1.2 > Modify > OK Tương ty: Chon H > Modify > Xuất hiện bảng Load

Cases Data-Nonlinear Static > Chon © Stiffness at End of Nonlinear Case vảkiểm tra xem V đã xuất hiện trong cửa số Stiffness at End of Nonlinear Casehay chưa Tai Loads Applied > Chọn H, Scale Factor: 1.4 > Modily > OK“Xuất hiện lại bảng Define Load Cases > OK Việc khai báo các thông sốkhiển P-Delta đã hoàn thành.

+ Tổ hợp tải trong: Define > Load Combinations > Define Load‘Combination > Add New Combination > Xuất hiện bảng Load CombinationData > Nhập td hợp tải trọng THỊ = V + H> OK,

+ Chạy chương trình: Từ menu Analyze > Run Analyze > Khi chạychương trình.

(4) Khai thác kết quả tính toán và so sánh

+ Hién thị chuyển vị: Display > Show Deformed Shape > Xuất hiện bangDeformed Shape > Chon trường hợp tải trong THỊ > Chọn hệ số ty lệ thíchhợp > OK, ta có biểu đồ chuyên vị như hình 2.12 Ta thấy chuyên vị ngang tạinút 6 khi không xét tới hiệu ứng P-Delta (hình 2.12a) Ul = 0,4328m và khi cóxét tới hiệu ứng P-Delta (hình 2.12b) Ul = 0.4709m Vậy khi tinh toán bàitoán khung có xét tới hiệu ứng P-Delta thì chuyển vị tại vị trí đang xét sẽ lớnhơn khi không xét tới hiệu ứng P-Delta, Cụ thé tại nút 6: AU = U2 - UL =0.4709 — 0.4328 = 0,0381m.

ch ca rh

(@ ®)

Hình 2.12 Biểu đồ chuyển vị không/có xét hiệu ứng P-Delta

+ Hiển thị biểu đồ mô men uốn: Display > Show Forces/Stresses > Xuấthiện bảng Member Force Diagram for Frames > Chọn THỊ, chon © Moment3-3, Chon © Show Values on Diagram, chon Scale Factor ty lệ thích hợp >OK Vậy khi tinh toán bai toán khung có xét tới hiệu ứng P-Delta thì nội lực

tại vị trí đang xét sẽ lớn hơn khi không xét tới hiệu ứng P-Delta Kết quả tính.

toán được cụ thể tại hình 2.13 và bang 2.2.

h ch co

Hình 2.13, Biểu đồ momen uốn M3 khénglc6 xét hi

Bang 2.2 Tổng hợp kết quả so sánh nội lực không/có xét hiệu ứng P-Delta

3 0 641.0422 6886101 | 475769

3 3 88.1496 1002458 | 120962

3 6 -464743 ~S01.8092 | -37.06624 0 404.9353 422.2939 | 17.3586

4 3 -66017 -122071 | -6.1901

4 6 -536.9692 “561.7241 | -24.7549

5 0 383.0358 4390455 | 56.00975 45 215.3423 209.2082 | -6.13415 9 -869,6783 -924.104 | -5442576 0 78.5328 102.5173 | 239845

6 45 229.4453 224.1578 | -5.2875

6 ° -536.9692 -5617515 | -24.7823

2.3 Kết luận Chương 2Từ ví dụ bằng số ở trên thịđến nội lực và chuyér

rằng hiệu ứng P-Delta có ảnh hưởng rất lớnặc biệt là c

thanh chịu nén làm tăng nội lực và chuyển vị của thanh dẫn đến khả năng mắt

ôn định kết cấu Trong kết cấu thép khung nha cao tang và cầu giàn thép đều.quan tâm đến hiệu ứng P-Delta Tuy nhiên trong kết cấu thép công trình thủy.lợi đặc biệt là cửa van chưa được đẻ cập đến trong tính toán thiết kế Phầnmềm phân tích kết cấu SAP2000 có thé xem xét một cách dé dàng hiệu ứng.P-Delta khi mô hình hóa tinh toán kết cấu Vì vậy khi tính toán kết cấu cửa

van hình cung nhịp lớn cin xem xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta

vị của các thanh khi chịu kéo hoặc nén,