Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của tháp cống dạng lắp nghép dự ứng lực

i LỜI CÁM ƠN Luận văn thạc sĩ:“ Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu tháp van cống bê tông cốt thép lắp ghép dự ứng lực” tác giả hoàn thành đảm bảo đầy đủ yêu cầu đề cương phê duyệt Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái, TS Hồ Sỹ Tâm, Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội tận tình hướng dẫn, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn, thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, thầy cô khoa Công trình tận tụy giảng dạy tác giả suốt trình học trường Tác giả xin gửi cám ơn chân thành đến lãnh đạo đồng nghiệp môn Thủy công tạo điều kiện giúp đỡ tận tình suốt thời gian học hoàn thành luận văn Tuy có cố gắng song thời gian có hạn, trình độ thân hạn chế, luận văn tránh khỏi tồn tại, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành thầy cô giáo, anh chị em bạn bè đồng nghiệp Tác giả mong muốn vấn đề tồn tác giả phát triển mức độ nghiên cứu sâu góp phần ứng dụng kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Trần Duy Quân ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn hoàn toàn làm, kết nghiên cứu tính toán trung thực Trong trình làm luận văn có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy tính cấp thiết đề tài Tôi không chép từ nguồn khác, vi phạm xin chịu trách nhiệm trước Khoa Nhà trường Hà Nội, Ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Trần Duy Quân iii MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .v DANH MỤC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: II Mục đích đề tài: III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: IV Kết dự kiến đạt được: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SỬA CHỮA, NÂNG CẤP CỐNG DƯỚI ĐẬP 1.1 Khái quát trạng hồ chứa cố thường gặp cống 1.2 Tình hình sửa chữa nâng cấp cống lấy nước Việt Nam 1.3 Những khó khăn việc thi công sửa chữa, xây tháp van cống 1.4 Đề xuất giải pháp kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước thiết kế, thi công tháp van cống 11 1.5 Kết luận chương .12 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC .13 2.1 Khái quát kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước tình hình nghiên cứu, ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước Việt Nam .13 2.2 Vật liệu thiết bị dùng cho bê tông cốt thép ứng suất trước 20 2.3 Phương pháp tính toán kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước 23 2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn phân tích ứng suất biến dạng kết cấu bê tông cốt thép 31 2.5 Lựa chọn phần mềm tính toán 33 2.6 Các bước mô hình giải toán ứng suất biến dạng phần mềm ANSYS 35 2.7 Các dạng phần tử sử dụng để mô kết cấu tháp van ANSYS .36 iv 2.8 Kết luận chương .42 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KẾT CẤU THÁP VAN LẮP GHÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC 43 3.1 Tổng quan 43 3.2 Vị trí bố trí tháp van cống 43 3.3 Các giả thiết nghiên cứu 44 3.4 Xây dựng trường hợp tính toán 46 3.5 Phân tích hình thức kết cấu tháp van ứng suất trước 47 3.6 Xác định mối quan hệ chiều dày tháp cống lực kéo cáp yêu cầu .50 3.7 Kết luận chương .62 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG KẾT CẤU THÁP VAN CỐNG LẮP GHÉP ỨNG SUẤT TRƯỚC CHO CỐNG VĨNH TRINH – QUẢNG NAM 63 4.1 Giới thiệu cụm công trình đầu mối hồ chứa nước Vĩnh Trinh 63 4.2 Lựa chọn thông số, hình thức kết cấu tháp cống 70 4.3 Xác định lực kéo cáp yêu cầu 72 4.4 Lựa chọn thông số kỹ thuật cáp ứng suất trước 73 4.5 Kiểm tra độ bền ổn định kết cấu tháp van lắp ghép ứng suất trước 75 4.6 Mô hình tính toán phần mềm ANSYS phân tích kết tính toán 77 4.7 Kết luận chương 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103 Những kết đạt .103 Tồn kiến nghị 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN .107 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Tháp van hồ Triệu Thượng - Quảng Trị Hình 1.2: Tháp van hồ Khe Làng - Nghệ An Hình 1.3: Tháp van hồ Chấn Sơn – Quảng Nam Hình 1.4: Khớp nối 2, sau tháp van cống hồ chứa nước Bản Muông – Sơn La bị hỏng Hình 1.5: Cống dẫn dòng hồ Ia Krel bị gãy Hình 1.6: Hiện tượng xâm thực bêtông bên cống La Ngà tại vị trí tháp van Hình 1.7: Hiện tượng rò nước qua khe van cống La Ngà .6 Hình 1.8: Thân cống hồ Suối Hai bị xâm thực, dột Hình 1.9: Hiện tượng thấm dọc theo mang cống gây vỡ đập Z20-Hà Tĩnh Hình 1.1: Thi công cống hồ Đồng Sương – Hà Tây Hình 1.1: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ lưu lượng nước yêu cầu đầu mối hồ chứa nước La Ngà – Quảng Trị, năm 2014 .10 Hình 1.2: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ lưu lượng nước yêu cầu đầu mối hồ chứa nước La Ngà – Quảng Trị, tháng 8-9, năm 2014 .11 Hình 1.1: Đập trọng lực ứng suất trước 17 Hình 1.1: Một số cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước 19 Hình 1.1: Sơ đồ ứng suất tiết diện thẳng góc giai đoạn I 24 Hình 1.2: Sơ đồ ứng suất tiết diện thẳng góc giai đoạn II .25 Hình 1.3: Sơ đồ ứng suất tiết diện thẳng góc giai đoạn III 26 Hình 1.1: Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép 28 Hình 1.2: Sơ đồ ứng suất dùng để tính toán theo phương pháp giai đoạn phá hoại 29 Hình 1.1: Giao diện hiển thị phần mềm ANSYS 35 Hình 1.1: Phần tử LINK8 37 Hình 1.1: Phần tử SOLID45 38 Hình 2.1: Sơ đồ thành phần ứng suất phần tử SOLID45 39 Hình 1.1: Sơ đồ hình dạng hình học, hệ tọa độ phần tử SHELL63 41 Hình 1.2: Ứng suất đầu phần tử SHELL63 .41 vi Hình 1.1: Sơ đồ bố trí tháp van cống ngầm thân đập 44 Hình 1.1: Sơ đồ hình học tháp van lắp ghép ứng suất trước 46 Hình 1.2: Mặt tháp van lắp ghép ứng suất trước 46 Hình 1.1: Sơ đồ nối tiếp đoạn tháp van cống dạng phẳng 48 Hình 1.2: Sơ đồ bố trí nối tiếp đoạn tháp van dạng khớp âm dương mố vuông 48 Hình 1.3: Sơ đồ bố trí nối tiếp đoạn tháp van dạng khớp âm dương mố vát 49 Hình 1.4: Sơ đồ bố trí nối tiếp đoạn tháp van dạng khớp âm dương toàn cạnh 50 Hình 1.1: Sơ đồ bố trí tháp van cống vị trí II .51 Hình 1.2: Sơ đồ tính toán tháp van cống vị trí II, TH1, 2, .51 Hình 1.3: Sơ đồ bố trí tháp van cống vị trí III 51 Hình 1.4: Sơ đồ tính toán tháp van cống vị trí III, TH1, 2, 52 Hình 1.5: Sơ đồ tính toán tháp van cống, TH4 52 Hình 1.6: Các kích thước tháp van cống .53 Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van bố trí vị trí II 59 Hình 2.1: Biểu đồ quan hệ Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van bố trí vị trí III 60 Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ Tyc – t, B=3,8m x L=4,0m, H = 25m, TH4 61 Hình 1.1: Vị trí địa lý hồ chứa nước Vĩnh Trinh 63 Hình 1.1: Bong tróc trần cống, thấm qua thân cống .64 Hình 1.2: Thấm qua thân cống .65 Hình 1.1: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ lưu lượng nước yêu cầu đầu mối hồ chứa nước Vĩnh Trinh – Quảng Nam, năm 2014 .69 Hình 1.2: Biểu đồ biến thiên mực nước hồ lưu lượng nước yêu cầu đầu mối hồ chứa nước Vĩnh Trinh – Quảng Nam, tháng 8,9 - năm 2014 70 Hình 1.1: Các phần tử mặt PLANE42 để tạo khối đoạn tháp van .78 Hình 1.2: Mô hình phần tử đoạn tháp van TH1 78 Hình 1.3: Mô hình hình học tháp van TH1 79 Hình 1.4: Mô hình phần tử tháp van TH1 .79 Hình 1.5: Gán phần tử tiếp xúc bó cáp ứng suất trước TH1 80 vii Hình 1.6: Gán liên kết tai đáy tháp van gia tốc trường TH1 80 Hình 1.7: Gán điều kiện biên tải trọng TH1 81 Hình 1.8: Mô hình hình học tháp van TH2 81 Hình 1.9: Mô hình phần tử tháp van TH2 .82 Hình 1.10: Mô hình điều kiện biên TH2 82 Hình 1.11: Mô hình hình học tháp van TH3 83 Hình 1.12: Mô hình phần tử tháp van TH3 .83 Hình 1.13: Mô hình điều kiện biên TH3 84 Hình 1.14: Mô hình phần tử mô tả vật liệu thép TH3 84 Hình 1.1: Sơ đồ bố trí mặt cắt xuất kết 85 Hình 1.1: Phổ chuyển vị theo phương y (UY) tháp van cống, TH1 86 Hình 1.2: Phổ chuyển vị theo phương y (UY) tháp van cống, TH2 86 Hình 1.3: Phổ chuyển vị theo phương y (UY) tháp van cống, TH3 87 Hình 1.1: Phổ ứng suất SY tháp van cống, TH1 87 Hình 1.2: Phổ ứng suất SY tháp van cống, TH2 88 Hình 1.3: Phổ ứng suất SY tháp van cống, TH3 88 Hình 1.1: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 1-1, TH1 89 Hình 1.2: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 1-1, TH2 89 Hình 1.3: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 1-1, TH3 90 Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 1-1, TH1 90 Hình 1.5: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 1-1, TH2 91 Hình 1.6: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 1-1, TH3 91 Hình 1.1: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 2-2, TH1 92 Hình 1.2: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 2-2, TH2 92 Hình 1.3: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 2-2, TH3 93 Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 2-2, TH1 93 Hình 1.5: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 2-2, TH2 94 Hình 1.6: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 2-2, TH3 94 Hình 1.1: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 3-3, TH1 95 Hình 1.2: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 3-3, TH2 95 Hình 1.3: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 3-3, TH3 96 Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 3-3, TH1 96 viii Hình 1.5: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 3-3, TH2 97 Hình 1.6: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 3-3, TH3 97 Hình 1.1: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 4-4, TH1 98 Hình 1.2: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 4-4, TH3 98 Hình 1.3: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 4-4, TH1 99 Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 4-4, TH3 99 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng quy định sử dụng cấp độ bền với bê tông kết cấu 21 ứng suất trước 21 Bảng 1.1: Đặc tính tao thép xoắn sợi không vỏ bọc theo ASTM A416 .22 Bảng 1.1: Bảng tổng hợp loại tổn hao ứng suất .27 Bảng 1.2: Bảng độ lớn tổn hao ứng suất trước ước tính (%) 27 Bảng 1.2: Số liệu đầu vào phần tử LINK8 37 Bảng 1.3: Số liệu đầu phần tử LINK8 37 Bảng 1.2: Số liệu đầu vào phần tử SOLID45 38 Bảng 1.3: Số liệu đầu phần tử SOLID45 39 Bảng 1.1: Bảng tổng hợp trường hợp tính toán 47 Bảng 1.1: Bảng hệ số động đất 55 Bảng 1.1: Bảng quan hệ Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van bố trí vị trí II 58 Bảng 1.2: Bảng quan hệ Tyc – t, trường hợp B=2,0m x L=2,0m, tháp van bố trí vị trí III 59 Bảng 1.3: Bảng quan hệ Tyc – t, B=3,8m x L=4,0m, H = 25m, TH4 60 Bảng 1.1: Bảng thông số hồ chứa nước Vĩnh Trinh 66 Bảng 1.1: Bảng tổng hợp thông số để chọn cáp thép .74 Bảng 1.1: Kết kiểm tra ổn định độ bền tháp van cống TH1 .77 MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài: Việt Nam có 6648 hồ chứa đưa vào khai thác sử dụng [21], phần lớn số xây dựng từ trước năm 60-80 kỷ XX thi công theo phương pháp thủ công Một số lượng lớn hồ qua thời gian làm việc xuống cấp nghiêm trọng, có nhiều biểu hư hỏng [22,23,24,25] Trong số biểu hư hỏng, số lượng lớn biểu xuất cống lấy nước nói chung tháp van cống lấy nước nói riêng, đòi hỏi phải sửa chữa, nâng cấp để đáp ứng yêu cầu an toàn Một tỷ lệ lớn cống xuống cấp nghiêm trọng, có kích thước nhỏ sửa chữa mà bắt buộc phải làm (ví dụ như: công Vĩnh Trinh, cống Yên Đồng, cống Đồng Sương…) Tuy nhiên việc xây lại cống đặc biệt tháp van cống điều kiện phải đảm bảo an toàn mặt chống lũ cấp nước gặp nhiều khó khăn: thời gian thi công ngắn khoảng thời gian cuối mùa kiệt đến đầu mùa mưa để đảm bảo kéo dài thời gian cấp nước, đắp đập vượt lũ tích nước phục vụ tưới cho năm sau; phương pháp thi công truyền thống tháp cống phân chia khoảnh đổ theo phương đứng, chờ cho khoảnh đổ bê tông đủ cường độ thi công khoảnh đổ bên làm thời gian thi công kéo dài… Do đó, việc áp dụng giải pháp kết cấu đúc sẵn lắp ghép ứng suất trước cho tháp cống giúp giảm thiểu thời gian thi công tháp cống, đáp ứng yêu cầu tiến độ thi công Để giải pháp áp dụng thực tiễn cần nhiều nghiên cứu liên quan Và để bước thực hóa ý tưởng này, tác giả chọn đề tài nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng tháp cống dạng lắp nghép dự ứng lực để giải nội dung luận văn II Mục đích đề tài: Trên sở phân tích ứng suất biến dạng kết cấu tháp van cống bê tông cốt thép thi công lắp ghép ứng suất trước để tìm kích thước mô đun tháp cống, lực căng tạo ứng suất trước… hợp lý phục vụ cho việc thiết kế thi công tháp van cống lấy nước III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Các mục đích đề tài đạt dựa phương pháp nghiên cứu sau: + Phương pháp phân tích, thống kê; + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; 93 UY m Khoảng cách (m) Hình 1.3: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 2-2, TH3 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 2-2, TH1 94 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.5: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 2-2, TH2 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.6: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 2-2, TH3 95 4.6.2.5 Biểu đồ chuyển vị ứng suất mặt cắt 3-3 UY m Khoảng cách (m) Hình 1.1: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 3-3, TH1 UY m Khoảng cách (m) Hình 1.2: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 3-3, TH2 96 UY m Khoảng cách (m) Hình 1.3: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 3-3, TH3 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 3-3, TH1 97 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.5: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 3-3, TH2 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.6: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 3-3, TH3 98 4.6.2.6 Biểu đồ chuyển vị ứng suất mặt cắt 4-4 UY m Khoảng cách (m) Hình 1.1: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 4-4, TH1 UY m Khoảng cách (m) Hình 1.2: Biểu đồ chuyển vị theo phương Y (UY) mặt cắt 4-4, TH3 99 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.3: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 4-4, TH1 SY KN/m2 Khoảng cách (m) Hình 1.4: Biểu đồ ứng suất theo phương Y (SY) mặt cắt 4-4, TH3 100 4.6.3 Phân tích kết Những kết tính toán mục 4.6.2 phụ lục cho thấy số điểm sau: - Về mặt chuyển vị, ba trường hợp tính toán cho chuyển vị lớn vị trí mép biên hạ lưu, phía đỉnh tháp van tương đương với đỉnh mặt cắt 3-3 Trường hợp sử dụng kết tháp van lắp ghép ứng suất trước TH1 có giá trị chuyển vị theo phương Y lớn 0,584mm (hình 4.39); với TH2 0,061mm (hình 4.40) với TH3 0.587mm hình (4.41) Như vậy, việc áp dụng kết cấu tháp van lắp ghép ứng suất trước cho tháp van cống Vĩnh Trinh cho thấy chuyển vị tháp van lớn trường hợp sử dụng kết cấu bê tông cốt thép liền khối truyền thống giá trị chuyển vị nhỏ giá trị cho phép chuyển vị theo TCXDVN 356:2005 - Về mặt ứng suất, theo hình 4.24 4.26 cho thấy, áp dụng kết cấp lắp ghép ứng suất trước cho tháp van cống Vĩnh Trinh với giá trị lực kéo cáp để tạo ứng suất trước tính mục 4.5, tháp van cống Vĩnh Trinh, ngoại trừ điểm cụ đầu neo cáp ứng suất trước đỉnh tháp phần đỉnh tháp, phần lại có ứng suất nén Giá trị ứng suất nén đạt đáy tháp van mép hạ lưu tương ứng với đáy mặt cắt 3-3 Theo hình 4.42 4.44 ứng suất nén lớn đáy mặt cắt 3-3 1987,25 KN/m2 Giá trị nhỏ độ bền chịu nén bê tông M300 17000 KN/m2 Điều cho thấy tháp van cống Vĩnh Trinh áp dụng giải pháp kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước thỏa mãn điều kiện bền ứng suất Ngoài ra, việc kết cấu tháp van cống Vĩnh Trinh theo hình thức lắp ghép ứng suất trước tương ứng với TH1 TH3 phần lớn ứng suất nén cho thấy giai đoạn làm việc, không cần phải huy động đến sức chịu tải thép, thép bố trí mô đun tháp van có tác dụng cấu tạo để mô đun đảm bảo điều kiện độ bền ứng suất giai đoạn thi công vận chuyển, cẩu lắp dựng - Biểu đồ phân bố ứng suất đỉnh tháp van cống lắp ghép ứng suất trước TH1 theo hình 4.47 cho thấy phần phía tháp van suất ứng suất kéo với giá trị khoảng 21KN/m2 Ngoài chênh lệch ứng suất phần tử bê tông đầu neo so với phần cạnh tháp van lớn (21KN/m -3408,64KN/m2) Nguyên nhân xuất ứng suất kéo vị trí đỉnh cống ảnh hưởng ứng suất trước kéo bốn góc, làm cho phần bê tông đỉnh tháp có chuyển vị cưỡng xuất ứng suất kéo Để khắc phục tượng tác giả tính toán với TH3 trường hợp bọc thêm đầu đoạn tháp van cao thép dày 3cm 101 Kết phân bố ứng suất đỉnh tháp van TH3 thể hình 4.48 cho thấy, sau có thép dày 3cm đỉnh tháp van, ứng suất phân bố (-45KN/m -1481,44KN/m2) toàn tháp van có ứng suất ứng suất nén Nếu muốn chênh lệch ứng suất đỉnh tháp van nhỏ tăng thêm chiều dày thép để tăng độ cứng đoạn tháp van - Hình 4.25 thể phổ ứng suất theo phương Y (SY) tháp van cống Vĩnh Trinh trường hợp thi công liền khối truyền thống Kết cho thấy mép biên thượng lưu tháp van cống xuất ứng xuất kéo với giá trị lớn 1919KN/m Giá trị lớn cường độ chịu kéo bê tông M300 1500KN/m2 Điều lần khẳng định tháp van cống thi công theo hình thức lắp ghép truyền thống thiết phải bố trí cốt thép chịu lực để đảm bảo độ bền ứng suất kết cấu 4.7 Kết luận chương Với tính toán, nghiên cứu chương làm sáng rõ thêm số đặc điểm giải pháp kết cấu tháp van cống lắp ghép ứng suất trước sau: - Trong nội dung chương 4, tác giả mô thành công phân tích trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu tháp van cống Vĩnh Trinh theo hình thức lắp ghép ứng suất trước phần mềm ANSYS Quá trình mô thực dựa chuỗi “code nguồn điều khiển” theo phương thức ngôn ngữ lập trình APDL cho phép giảm khối lượng nhập liệu, giảm thời gian mô hình tính toán linh hoạt việc thay đổi điều kiện biên Thông qua kết phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng tháp van cống Vĩnh Trinh theo hình thức lắp ghép ứng suất trước, tác giả hiểu rõ tính hình phân bố ứng suất, phân bố chuyển vị kết cấu lắp ghép ứng suất trước - Tháp van cống Vĩnh Trinh, áp dụng theo hình thức kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước cho thấy: điều kiện ứng suất, toàn tháp van có giá trị ứng suất nén nhỏ cường độ chịu nén bê tông, đảm bảo điều kiện độ bền ứng suất; điều kiện ổn định chuyển vị biến dạng, toàn tháp van có chuyển vị nhỏ giá trị cho phép tiêu chuẩn TCXDVN 356-2005 - Giải pháp kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước không giúp rút ngắn thời gian thi công tháp van cống để đảm bảo yêu cầu mặt cấp nước đắp đập vượt lũ với cống sửa chữa, nâng cấp so với hình thức tháp van cống bê tông 102 cốt thép thông thường mà phân bố lại trạng thái ứng suất kết cấu tháp van cống Từ chỗ kết cấu tháp van liền khối truyền thống, ứng suất tháp van có xuất ứng suất kéo lớn phải bố trí cốt thép chịu lực để chịu ứng suất kéo kết cấu tháp van lắp ghép ứng suất trước, ngoại trừ vị trí đầu neo cáp, tháp van có ứng suất nén, nhờ đoạn tháp van cống cần bố trí cốt thép cấu tạo - Những tính toán, phân tích chương cho thấy giải pháp kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước áp dụng cho tháp van cống ngầm sửa chữa, nâng cấp có triển vọng áp dụng thực tế 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt Tháp van cống ngầm phận quan trọng để chứa điều khiển cửa van điều tiết lưu lượng cống ngầm lấy nước kiểu tháp, chế độ chảy không áp Đối với cống ngầm dạng ống thép bọc bê tông cốt thép, chế độ chảy có áp, tháp van cống ngầm chứa cửa van sửa chữa, van cố giúp công tác kiểm tra, sửa chữa cống ngầm dễ dàng Với số lượng 6.000 hồ chứa nước Việt Nam, nhiều hồ xuất cố cống ngầm, đòi hỏi cần phải sửa chữa, nâng cấp cống ngầm để đảm bảo điều kiện làm việc an toàn Những dự án sửa chữa, nâng cấp đảm bảo an toàn đập nói chung sửa chữa nâng cấp cống ngầm nói riêng yêu cầu thời gian thi công thời gian ngắn cuối mùa kiệt, trước mùa lũ Tuy nhiên, thi công sửa chữa, nâng cấp cống ngầm, đặc biệt tháp van cống ngầm theo công nghệ thi công truyền thống, thời gian để thi công thường kéo dài Nội dung luận văn nghiên cứu “Trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu tháp van cống bê tông cốt thép lắp ghép dự ứng lực” Trong phạm vi luận văn, số kết đạt gồm: - Thông qua thu thập nghiên cứu tài liệu công trình thực tế Việt Nam, công nghệ thi công bê tông cốt thép tại, luận văn phân tích đưa sở lý luận thực tiễn việc đề xuất giải kết cấu tháp van cống ngầm bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước căng sau - Trong giai đoạn sơ tính toán thông số kỹ thuật kết cấu tháp van lắp ghép ứng suất trước, tác giả sử dụng phương pháp sức bền vật liệu để tính toán Kết tính toán thể mối quan hệ lực kéo cáp yêu cầu T yc với chiều dày tháp van t cho số quy mô tháp van cống ngầm khác Điều giúp người thiết kế tra nhanh lực căng cáp công trình tương tự Ngoài ra, luận văn đề cập đến việc chọn kích thước tháp van ứng với điều kiện thi công khác nhau, điều kiện địa chấn - Luận văn tiến hành tính toán, áp dụng giải pháp kết cấu tháp van bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước căng sau cho công trình thực tế tháp van cống Vĩnh Trinh – Quảng Nam Kết tính toán cho thấy triển vọng áp dụng giải pháp tháp van cống ngầm bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước vào thực tế, đặc biệt dự án sửa chữa, nâng cấp cống ngầm 104 Tồn kiến nghị Giải pháp kết cấu tháp van cống ngầm bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước căng sau giải pháp có triển vọng để áp dụng vào thực tế Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế, nhiều vấn đề giải pháp kết cấu tháp van cống ngầm lắp ghép ứng suất trước mà luận văn tác giả chưa hết trạng thái ứng suất biến dạng tháp van với hình thức tiếp giáp khác Vì vậy, tác giả kiến nghị cần nghiên cứu sâu số vấn đề sau: - Nghiên cứu chi tiết hình thức tiếp giáp đoạn tháp van cống ảnh hưởng hình thức nối tiếp đến trạng thái ứng suất biến dạng đoạn tháp van cống toàn thể tháp van cống; - Việc liên kết đoạn tháp van cống, giải pháp nối tiếp mặt kết cấu, cần có nghiên cứu mặt vật liệu để gắn đoạn tháp van, giúp giải vấn đề nối tiếp tốt hơn; - Quy trình, công nghệ thi công nghệ thi công thực tế cần có nghiên cứu chi tiết giải pháp tháp van cống ngầm lắp ghép ứng suất trước căng sau yêu cầu độ xác cao; 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ khoa học công nghệ (1997), Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6284 - : 1997, Thép cốt bê tông dự ứng lực – Phần 4: Dảnh, Hà Nội [2] Bộ môn thủy công – Đại học thủy lợi (2004), Thủy công tập I, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [3] Bộ môn thủy công – Đại học thủy lợi (2005), Thủy công tập II, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [4] Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2012), QCVN 04 – 05 : 2012/ BNNPTNT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia – Công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu thiết kế, Hà Nội [5] Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2012), Tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đê biển (Ban hành kèm theo định số 1613/QĐ-BNN-KHCN ngày 09/ 7/2012 Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn), Hà Nội [6] Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2009), Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8216 : 2009 – Thiết kế đập đất đầm nén, Hà Nội [7] Bộ xây dựng (2005), Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 356 : 2005 Kết cấu bê tông cốt thép, Hà Nội [8] Bộ xây dựng (2006), Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 375 : 2006 Thiết kế công trình chịu động đất, Hà Nội [9] Nguyễn Chiến & nnk (2013), Bài giảng công trình hệ thống thủy lợi, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [10] Nguyễn Tiến Chương (2014), Kết cấu bê tông ứng suất trước, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [11] Nguyễn Tiến Chương (2014), Kết cấu bê tông ứng suất trước căng sau, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [12] Công ty tư vấn chuyển giao công nghệ - Đại học Thủy Lợi (2012), Hồ sơ thiết kế sửa chữa, nâng cấp hồ Đăk Uy – Kon Tum, Hà Nội [13] Công ty tư vấn chuyển giao công nghệ - Đại học Thủy Lợi (2008), Hồ sơ thiết kế sửa chữa, nâng cấp hồ Đồng Sương – Hà Tây, Hà Nội [14] Công ty tư vấn xây dựng Ninh Bình (2007), Hồ sơ thiết kế dự án sửa chữa nâng cấp hồ chứa nước Vĩnh Trinh, Ninh Bình 106 [15] Nguyễn Quang Hùng (2003), Đập bê tông bê tông cốt thép, Bài giảng cao học, Hà Nội [16] Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hùng (2011), ANSYS phân tích kết cấu công trình thủy lợi thủy điện (Tập – Các toán bản), Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [17] Nguyễn Văn Mạo & nnk (2013), Giới thiệu sở thiết kế công trình thủy, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [18] Đặng Đình Minh (2010), Thi công cốt thép dự ứng lực (gia công lắp đặt cốt thép dự ứng lực), Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [19] Nguyễn Cảnh Thái & nnk (2014), Tài liệu tập huấn đào tạo nâng cao lực quản lý an toàn đập cho cán bộ, công nhân vận hành, Hà Nội [20] Trần Mạnh Tuân & nnk (2003), Kết cấu bê tông cốt thép, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội [21] Tổng cục Thủy Lợi (2012), Báo cáo số 2846/BNN-TCTL ngày 24/08/2012, Hà Nội [22] Viện kỹ thuật công trình – Đại học Thủy Lợi (2013), Báo cáo an toàn đập Bản Muỗng, Chõ Quan, Khe Lau, Khe Làng, Lách Bưởi – Nghệ An, Hà Nội [23] Viện kỹ thuật công trình – Đại học Thủy Lợi (2013), Báo cáo an toàn đập Chấn Sơn – Quảng Nam, Hà Nội [24] Viện kỹ thuật công trình – Đại học Thủy Lợi (2013), Báo cáo an toàn đập Trúc Kinh, La Ngà, Hà Thượng, Triệu Thượng – Quảng Trị, Hà Nội [25] Viện kỹ thuật công trình – Đại học Thủy Lợi (2014), Báo cáo xử lý chống thấm cống thân đập hồ chứa nước Bản Muông – Sơn La [26] Xí nghiệp khai thác công trình thủy lợi huyện Duy Xuyên – Quảng Nam (2014), Biểu đồ tiến độ tưới hồ chứa nước Vĩnh Trinh năm 2014, Quảng Nam [27] Xí nghiệp khai thác công trình thủy lợi huyện Vĩnh Linh – Quảng Trị (2014), Biểu đồ tiến độ tưới hồ chứa nước La Ngà năm 2014, Quảng Trị 107 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN [...]... nhỏ, sơ đồ ứng suất của tiết diện thẳng góc như hình 2.3 a) Trong giai đoạn này, ứng suất của bê tông trong miền nén σ n nhỏ hơn rất nhiều ứng suất cho phép chịu nén của bê tông Rnc ; tại miền kéo, ứng suất trong cốt thép σ a nhỏ hơn rất nhiều ứng suất cho phép chịu kéo của cốt thép Rac và ứng suất của bê tông σk còn nhỏ hơn ứng suất kéo cho phép của của bê tông Rkc Trường hợp này, cả bê tông và cốt thép... chịu lực Ngoài ra, theo cách bố trí cốt thép căng và cách căng cốt thép để tạo ứng suất ban đầu, kết cấu bê tông ứng suất trước còn chia thành kết cấu ứng suất trước căng trong tiết diện và kết cấu ứng suất trước căng ngoài tiết diện 2.1.2 Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng kết cấu bê tông ứng suất trước trên thế giới Việc áp dụng nguyên lý ứng suất trước vào kết cấu bê tông bắt đầu từ thập niên 80 của. .. thi công tháp van cống Để rút ngắn thời gian thi công sửa chữa cống ngầm, đặc biệt là tháp van cống ngầm, tác giả nghiên cứu giải pháp kết cấu bê tông cốt lắp ghép ứng suất trước Về mặt lý thuyết, giải pháp kết cấu bê tông cốt thép lắp ghép ứng suất trước căng sau có thể áp dụng để thiết kế, thi công cả thân cống và tháp cống Tuy nhiên, do thi công thân cống dễ dàng hơn nhiều so với tháp cống và yêu... - 6 Từ biến nhanh của bê tông σ6 - I Các tổn hao thứ hai: 7 Chùng ứng suất của cốt thép (căng trên bê tông) σ7 8 Co ngót của bê tông σ8 9 Từ biến của bê tông σ9 σ9 10 Biến dạng của bê tông do ép mặt - σ10 11 Biến dạng của các mối nối - σ11 - σ8 Việc tính tổn hao ứng suất được đưa vào trong tiêu chuẩn của nhiều quốc gia, tuy nhiên các tính toán đó chỉ là gần đúng Trong thực tế, các tổn hao ứng suất trước... tông ứng suất trước Từ đó, việc nghiên cứu bê tông ứng suất trước đi vào giai đoạn nghiên cứu tính chất của vật liệu Trong giai đoạn này vẫn chưa giải quyết được vấn đề công nghệ sản xuất kết cấu bê tông ứng suất trước Năm 1938, E.hoyer người Đức đã nghiên cứu thành công phương pháp căng trước dựa vào sự bám dính giữa dây thép nhỏ cường độ cao (đường kính 0,5-2mm) và bê tông chứ không phải dựa vào sự... tục tăng, trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện chuyển sang giai đoạn III như hình 2.5 Đặc điểm của giai đoạn này là vết nứt tiếp tục phát triển về phía miền nén, chiều dày làm việc của miền nén bị thu hẹp lại, ứng suất của bê tông σk = 0 Bê tông miền nén làm việc trong giai đoạn biến dạng dẻo Cuối giai đoạn này ứng suất trong bê tông ở miền nén σn đạt đến ứng suất cho phép chịu nén của bê tông... dạng phá hoại này là kinh tế nhất trong thiết kế vì cả bê tông và cốt thép đều phát huy hết khả năng làm việc 26 b) a) Hình 1.3: Sơ đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc giai đoạn III Đối với kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước, trạng thái ứng suất biến dạng trên tiết diện thẳng góc đến thời điểm phá hoại nhìn chung cũng giống như kết cấu bê tông cốt thép thông thường Trạng thái ứng suất biến dạng. .. lĩnh vực xây dựng dân dụng và giao thông còn có phần hạn chế Hình 1.1: Đập trọng lực ứng suất trước a) Mặt cắt ngang; b) Phần đỉnh đập; c) Phần néo trong nền 18 2.1.3 Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng kết cấu bê tông ứng suất trước ở Việt Nam Bê tông ứng suất trước thâm nhập vào khá sớm, công trình cầu Phủ Lỗ và nhà máy đóng tàu Bạch Đằng là những công trình có ứng dụng kết cấu bê tông ứng suất trước do... cấu kiện bê tông cốt thép ứng suất trước bị phá hoại cục bộ tại một số vùng Hiện nay có một số cách phân loại kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước sau: Theo cách thời điểm tạo ra ứng suất trước, kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước phân thành hai loại là bê tông ứng suất trước căng trước và bê tông ứng suất trước căng sau Để tạo ứng suất ban đầu trong kết cấu bê tông ứng suất trước căng trước, người... nghệ đã được dùng cho các lĩnh vực xây dựng khác + Phương pháp mô hình: Mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn IV Kết quả dự kiến đạt được: + Hiểu biết sâu thêm về trạng thái ứng suất và biến dạng của kết cấu tháp van công bê tông cốt thép thi công theo phương pháp lắp ghép ứng suất trước; + Theo điều kiện chịu lực, xác định được kích thước mỗi mô đun thi công và lực kéo căng cáp hợp lý; + Áp dụng tính ... đề tài nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng tháp cống dạng lắp nghép dự ứng lực để giải nội dung luận văn II Mục đích đề tài: Trên sở phân tích ứng suất biến dạng kết cấu tháp van cống bê... tông cốt thép ứng suất trước, trạng thái ứng suất biến dạng tiết diện thẳng góc đến thời điểm phá hoại nhìn chung giống kết cấu bê tông cốt thép thông thường Trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu... thành phần ứng suất S: 1, 2, Ứng suất S: INT Cường độ ứng suất S: EQV Ứng suất tương đương EPEL: X, Y, Z, XY, YZ, XZ Biến dạng đàn hồi EPEL: 1, 2, Biến dạng đàn hồi NL: EPEQ Biến dạng dẻo tương