Sử dụng phần mềm lira đánh giá sự làm việc của bể chứa bê tông cốt thép bị hư hỏng cục bộ (tt)

NGUYỄN CHÍ CÔNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRA ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ HƯ HỎNG CỤC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội -

Trang 1

NGUYỄN CHÍ CÔNG

SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRA ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA

BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ HƯ HỎNG CỤC BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2016

-

Trang 2

NGUYỄN CHÍ CÔNG KHOÁ 2014 – 2016

SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRA ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA

BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ HƯ HỎNG CỤC BỘ

Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng và Công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN NGỌC NAM

Hà Nội – 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

Trang 3

của bể chứa bê tông cốt thép bị hư hỏng cục bộ ” là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi

Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Hà Nội, Ngày 1 tháng 6 năm 2016

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

NGUYỄN CHÍ CÔNG

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, TS NGUYỄN NGỌC NAM đã tận tình góp ý, giúp đỡ, chỉ bảo

và cung cấp nhiều thông tin khoa học có giá trị trong suốt thời gian thực hiện luận văn Học viên xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của khoa Đào tạo sau đại học – Trường Đại học kiến trúc Hà Nội, sự tận tình giảng dạy của các thầy cô đối với học viên trong suốt khoá học và sự giúp đỡ của bạn bè cùng lớp

Cuối cùng học viên xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã chia sẻ, tạo điều kiện, giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, Ngày 1 tháng 6 năm 2016

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

NGUYỄN CHÍ CÔNG

Trang 5

MỤC LỤC Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các hình vẽ, sơ đồ, đồ thị

Danh mục các bảng, biểu

PHẦN MỞ ĐẦU……… ……… …… 1

PHẦN NỘI DUNG……… 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ CHỨA BTCT VÀ CÁC HƯ HỎNG CỦA BỂ CHỨA BTCT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG VÀ SỬ DỤNG……… ……… 4

1.1 Bể chứa bê tông cốt thép 4

1.1.1 Phân loại, phạm vi ứng dụng 4

1.1.2 Một số yêu cầu đối với bể chứa BTCT 10

1.2 Hư hỏng bể chứa bê tông cốt thép trong quá trình thi công và sử dụng 11

1.2.1 Những hư hỏng bê tông và nguyên nhân 11

1.2.2 Các hư hỏng của tường bể chứa BTCT 17

a Bê tông bị giảm sút chất lượng cục bộ 22

b Hư hỏng cục bộ dưới dạng ăn mòn cốt thép và bong tróc bê tông 22

c Các khe nứt ngang, khe nứt nghiêng trên thành bể chứa 24

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BỂ CHỨA BTCT …… 26

2.1 Nguyên tắc tính toán và cấu tạo bể 26

2.1.1 Tính toán thành bể trụ 26

a Bể chịu áp lực thuỷ tĩnh 26

b Thành bể chịu áp lực của đất đắp 28

Trang 6

c Áp lực nước ngầm 30

2.1.2 Tính toán thành bể chữ nhật 31

a Tính toán bể chứa chữ nhật không có sườn 31

b Tính toán bể chứa chữ nhật có sườn 33

2.1.3 Tính toán đáy bể 34

2.1.3 Tính toán nắp bể 37

2.1.4 Hiệu ứng biên 40

2.2 Tính toán thành bể chứa BTCT bằng phương pháp phần tử hữu hạn 40

2.2.1 Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 40

2.2.2 Trình tự các bước phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn 42

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA THÀNH BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ CÁC HƯ HỎNG CỤC BỘ 44

3.1 Phương pháp sử dụng PTHH để đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng của thành bể chứa BTCT có các hư hỏng cục bộ 44

3.1.1 Xây dựng phương pháp và quy trình tính toán 45

3.1.2 Các bước xác định nội lực và biến dạng cho từng trường hợp hư hỏng 47

3.2 Khảo sát sự làm việc của thành bể chứa BTCT hình trụ có các hư hỏng cục bộ bằng phần mềm LIRA 47

3.2.1 Thiết kế thành bể chứa BTCT bằng phương pháp truyền thống 48

3.2.2 Khảo sát và phân tích kết quả khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng của thành bể chứa BTCT bằng phần mềm LIRA 53

a Các thông số của bể chứa 53

b Các phương án khảo sát 55

c Kết quả khảo sát 64

Trang 7

3.3 Khảo sát sự làm việc của thành bể chứa BTCT hình chữ nhật có các hư

hỏng cục bộ bằng phần mềm LIRA………100

3.3.1 Thiết kế thành bể chứa BTCT bằng phương pháp truyền thống…….100

3.3.2 Khảo sát và phân tích kết quả khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng của thành bể chứa BTCT bằng phần mềm LIRA………102

a Các thông số của bể chứa………103

b Các phương án khảo sát ……….104

c Kết quả khảosát………110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… …127 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Bể chứa nhiên liệu 30000m 3 đặt ngầm bằng BTCT lắp

ghép

Hình 1.2 Bể dung tích 45000m 3 , mái vỏ cầu

Hình 1.3 Bể dung tích 35000m 3

, mái vòm

Hình 1.4 Bể dung tích 2500m 3

Hình 1.5 Bể 2500m 3

bêtông cốt thép không có dự ứng lực

Hình 1.6 Bể chữ nhật với các phương án (a, b, c) dùng BTCT

đổ liền khối và (d) lắp ghép

Hình 1.7

Bể trụ tròn với các phương án lắp ghép nắp khác nhau (a, b, c); 1, 2: Cấu kiện BTCT đúc sẵn (dầm, panen); 3, 4: Phần BTCT đổ tại chỗ

Hình 1.8 Bể 23000m3 Mái vỏ hình vành khăn tựa trên các

hàng cột BTCT ứng suất trước

Trang 8

Hình 1.9 Hư hỏng tường bể chứa nước thải Thọ Quang thuộc

KCN dịch vụ thủy sản Thọ Quang (Đà Nẵng)

Hình 1.10 Hư hỏng bể xử lý bùn do Cty Nhật Bản thi công sau 4

năm đưa vào sử dụng

Hình 1.11 Hư hỏng bể chứa tại Ba Lan

Hình 1.12 Hư hỏng bể chứa tại Anh

Hình 1.13 Một số hư hỏng bể chứa BTCT

Hình 1.14 Một số hư hỏng bể chứa BTCT

Hình 1.15 Hình ảnh khe nứt ngang và khe nứt nghiêng

Hình 2.1 Sơ đồ tính bể chịu áp lực thuỷ tĩnh

Hình 2.2 a – Thành liên kết khớp di động với đáy ; b – Liên kết

ngàm

Hình 2.3 a – Sơ đồ tính toán lực vòng T 0 ; b –Sơ đồ tính toán

thành bể theo mô hình dầm trên nền đàn hồi

Hình 2.4 Bể đặt trên (a) và dưới (b) mực nước ngầm

Hình 2.5 Sơ đồ tính toán thành bể chứa chữ nhật không có

sườn

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán thành bể chứa chữ nhật như bản kê 4

cạnh

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán bể chứa

Hình 3.2 Bản thành bể chứa

Hình 3.3 Định nghĩa vật liệu bê tông

Hình 3.4 Định nghĩa vật liệu cốt thép

Hình 3.5 Gán thông số cốt thép

Trang 9

Hình 3.6 Định nghĩa trường hợp tải, tổ hợp tải

Hình 3.7 Gán tải trọng

Hình 3.8 Khai báo điều kiện biên

Hình 3.9 Giải bài toán

Hình 3.10 Sự phân phối lại nội lực M x trên thành bể chứa hư

hỏng cục bộ

Hình 3.11 Sự phân phối lại nội lực M y trên thành bể chứa hư

hỏng cục bộ

Hình 3.12 Sự phân phối lại nội lực N x trên thành bể chứa hư

hỏng cục bộ

Hình 3.13 Sự phân phối lại nội lực N y trên thành bể chứa hư

hỏng cục bộ

Hình 3.14 Sự phân phối lại chuyển vị theo phương Z trên thành

bể chứa hư hỏng cục bộ

Hình 3.15 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị N y trong bể chứa

ở TH1 và TH2

Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị N x trong bể chứa

ở TH1 và TH2

Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị M y trong bể chứa

ở TH1 và TH2

Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị M x trong bể chứa

ở TH1 và TH2

hỏng cục bộ

Trang 10

Hình 3.21 Sự phân phối lại nội lực N x trên thành bể chứa hư

hỏng cục bộ

Hình 3.22 Sự phân phối lại nội lực N y trên thành bể chứa hư

hỏng cục bộ

Hình 3.23 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị N y trong bể chứa

ở TH3 và TH4

Hình 3.24 Sự phân phối lại chuyển vị theo phương Z trên thành

bể chứa hư hỏng cục bộ

Hình 3.25 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi giá trị N x trong bể chứa

ở TH3 và TH4

Hình 3.28 Sơ đồ phân bố khe nứt tại mức tải trọng K F =4,2

Hình 3.29 Gán thông số cốt thép

Hình 3.30 Giải bài toán

hỏng cục bộ

ở TH1 và TH2

Trang 11

hỏng cục bộ

ở TH3 và TH4

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU

Bảng 3.1 Bảng giá trị áp lực tính toán bể chứa theo chiều cao

Bảng 3.2 Bảng giá trị lực kéo tính toán bể chứa theo chiều cao

Bảng 3.3 Bảng diện tích cốt thép bể chứa theo chiều cao

Bảng 3.4 Bảng chọn thép bể chứa theo chiều cao

Bảng 3.6 Các trường hợp khảo sát

Bảng 3.7 So sánh kết quả giá trị Ny trong bể chứa không có hư

hỏng và có hư hỏng TH1 và TH2

Bảng 3.8 So sánh kết quả giá trị Nx trong bể chứa không có hư

Bảng 3.9 So sánh kết quả giá trị My trong bể chứa không có hư

Bảng 3.10 So sánh kết quả giá trị Mx trong bể chứa không có hư

Trang 12

Bảng 3.11 So sánh kết quả giá trị Ny trong bể chứa không có hư

Bảng 3.12 So sánh kết quả giá trị Nx trong bể chứa không có hư

Bảng 3.16 Bảng chọn thép bể chứa theo chiều cao

Bảng 3.18 Các trường hợp khảo sát

Trang 14

1

PHẦN MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

Ngày nay kết cấu bê tông cốt thép đã được sử dụng phổ biến để xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, giao thông, thủy lợi, quốc phòng v.v…, bê tông cốt thép đã chứng minh được tính ưu điểm của nó Tuy nhiên, ngoài những đặc điểm ưu việt của loại vật liệu này như độ bền cao, biến dạng

ít, tương đối ổn định trong môi trường khí hậu thời tiết, dễ tạo hình v.v… bê tông cốt thép còn bộc lộ khá nhiều nhược điểm Những nhược điểm này là nguyên nhân quan trọng dẫn đến tình trạng xuống cấp của kết cấu bê tông cốt thép, giảm khả năng chịu tải, tăng biến dạng Có khi dẫn đến những sự cố gây sụp đổ công trình

Sự tồn tại lâu dài của công trình phụ thuộc vào các điều kiện môi trường tại khu vực xây dựng, vật liệu xây dựng và sự cẩn thận khi vận hành

Một số nguyên nhân và cơ chế hư hại chủ yếu của các công trình bể chứa BTCT có thể tóm lược như sau:

•Sự han rỉ của kim loại, bao gồm cả các loại cốt thép của bê tông

•Các rạn nứt bề mặt

•Các quá trình lý hóa, do phản ứng alkali- silica, sự tạo thành tinh thể ettringite, tác động ăn mòn sulfat trên bê tông

•Các hư hỏng do cơ học như hiện tượng tróc vỡ hoặc ăn mòn bê tông, do quá tải cũng ảnh hưởng đến tất cả các dạng vật liệu

•Bê tông dễ bị hư hỏng do các nguyên nhân vật lý (bị mài mòn) và nguyên nhân hóa học (tác động clorua và sulfate, các phản ứng kết hợp v.v)

•Sự ăn mòn cốt thép cùng với sự thâm nhập lớp phủ bê tông bởi các ion clorua và oxy, là nguyên nhân chủ yếu của sự biến chất bê tông

Trang 15

•Tác động sulfat hóa của các phần tử nước biển lên hợp chất canxi hydroxit (Ca(OH)2) và tri-canxi aluminat (Xelit hay C3A) của hồ xi măng đông cứng có thể dẫn đến sự mềm hóa và biến chất bê tông Nếu có hiện tượng mềm hóa xảy ra trên diện rộng bề mặt bê tông khi đó bê tông sẽ bị hư hỏng

Hiện nay tại Việt Nam việc khảo sát, đánh giá, nghiên cứu sự làm việc của kết cấu BTCT trong quá trình vận hành, sử dụng đã được quan tâm rộng rãi Tuy nhiên còn nhiều vấn đề chưa được làm rõ hoặc giải quyết triệt để

Vì vậy việc nghiên cứu, đánh giá khả năng chịu lực của bể chứa BTCT

có hư hỏng cục bộ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

*Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đề tài là sử dụng phương pháp số nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng và khả năng chịu lực của bể chứa BTCT trong trường hợp

bể chứa BTCT có hư hỏng cục bộ;

Để từ đó có các biện pháp khắc phục kịp thời, hiệu quả về cả kinh tế và

kỹ thuật

*Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là bể chứa BTCT có hư hỏng cục bộ do các nguyên nhân trong quá trình thi công hoặc sử dụng

Phạm vi của đề tài là đánh giá trạng thái ứng suất - biến dạng và khả năng chịu lực của bể chứa BTCT có các hư hỏng cục bộ

*Nội dung nghiên cứu

Nắm vững lý thuyết tính toán bể chứa BTCT

Khảo sát, đánh giá và tổng hợp các nghiên cứu về sự hư hỏng của bể chứa BTCT Xây dựng các mô hình hư hỏng thành bể chứa BTCT và làm rõ các nguyên nhân dẫn đến các dạng hư hỏng này;

Trang 16

3

Xây dựng phương pháp tính toán dựa trên phần mềm Lira để đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng và khả năng chịu lực của thành bể chứa BTCT có các hư hỏng cục bộ do các nguyên nhân khác nhau

*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Phương pháp tính toán được xây dựng trong Đề tài nghiên cứu có thể sử dụng trong thực tế để đánh giá khả năng chịu lực và biến dạng của thành bể chứa BTCT có các hư hỏng cục bộ dưới tác động của môi trường hoặc do lỗi thi công Nó là cơ sở để lập và áp dụng các biện pháp hữu hiệu nhằm nâng cao chất lượng công trình và khắc phục sự cố khi xảy ra

*Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung chính của luận văn có ba chương gồm có:

- Chương I: Tổng quan về bể chứa bê tông cốt thép và các hư hỏng của

bể chứa bê tông cốt thép trong quá trình thi công và sử dụng

- Chương II: Lý thuyết tính toán bể chứa bê tông cốt thép

- Chương III: Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng của thành bể chứa bê tông cốt thép có các hư hỏng cục bộ

Trang 17

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

Trang 18

127

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Từ các kết quả nghiên cứu, tổng hợp có thể rút ra một số kết luận sau :

1 Việc nghiên cứu, tổng hợp các mô hình hư hỏng của thành bể chứa BTCT

là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về việc đánh giá khả năng chịu lực, biến dạng

và tuổi thọ của bể chứa BTCT khi có hư hỏng Nó cho phép áp dụng các biện pháp hữu hiệu nhằm nâng cao chất lượng công trình và khắc phục sự cố khi xảy ra

2 Đề xuất phương pháp tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của thành bể chứa bê tông cốt thép có các hư hỏng cục bộ do các nguyên nhân trong quá trình thi công và sử dụng Phương pháp này cho phép kể đến tính chất phi tuyến của vật liệu (bê tông và cốt thép), sự thay đổi tiết diện bê tông, cốt thép và sự suy giảm chất lượng (cường độ) bê tông

3 Việc sử dụng trong phương pháp trên các mô hình ăn mòn/hư hỏng bê tông

và cốt thép cho phép đánh giá sự làm việc và tuổi thọ của công trình theo thời gian

4 Các hư hỏng cục bộ ảnh hưởng khá lớn tới sự phân bố ứng suất và biến dạng trên bề mặt thành bể chứa Trong đó đối với bể trụ tròn có sự thay đổi lớn đối với lực vòng (Nx) và mô men theo phương đứng (My), các giá trị lực dọc theo phương đứng (Ny) và mô men theo phương ngang (Mx) thay đổi không nhiều Trong

bể chữ nhật có thay đổi lớn xảy ra đối với Mx và My

5 Sự hư hỏng bê tông và cốt thép trong tường bể chứa dẫn đến sự quá tải của

nó Sự quá tải này được thể hiện bởi việc tăng biến dạng, biến dạng không đối xứng, giảm độ cứng và độ bền của công trình

6 Các hư hỏng cục bộ trong thành bể chữ nhật có ảnh hưởng lớn hơn tới nội lực và chuyển vị của thành bể so với các hư hỏng trong bể trụ tròn

7 Các hư hỏng cục bộ làm xuất hiện sớm hơn (ở mức tải trọng nhỏ hơn) các khe nứt, khớp dẻo và sự phá hoại trên thành bể

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	1,05 MB