Nghiên cứu mô hình tính toán kết cấu dẫn nước dạng giàn ống bằng thép

LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: ĐỖ VĂN CHIẾN Lớp cao học: 23C11 Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Thủy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu mơ hình tính tốn kết cấu dẫn nước dạng giàn ống thép” Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn hoàn toàn tác giả làm, kết nghiên cứu tính tốn trung thực Trong q trình làm luận văn tác giả có tham khảo tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm tin cậy tính xác đề tài Tác giả khơng chép từ nguồn khác, vi phạm tác giả xin chịu trách nhiệm trước Khoa Nhà trường Hà Nội, ngày 29 tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn Đỗ Văn Chiến i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu mơ hình tính toán kết cấu dẫn nước dạng giàn ống thép” tác giả hoàn thành thời hạn quy định đảm bảo đầy đủ yêu cầu đề cương phê duyệt Trong trình thực hiện, nhờ giúp đỡ tận tình thầy giáo Trường Đại học Thuỷ Lợi, công ty tư vấn đồng nghiệp, tác giả hoàn thành luận văn Tác giả chân thành biết ơn PGS TS Vũ Hồng Hưng - Trưởng mơn Kết Cấu Cơng Trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi tận tình hướng dẫn giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả chân thành cảm ơn thầy giáo cô giáo tận tụy giảng dạy tác giả suốt trình học Đại học Cao học Trường Đại học Thuỷ Lợi Tuy có cố gắng song thời gian có hạn, trình độ thân cịn hạn chế, luận văn khơng thể 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 29 tháng 09 năm 2017 Tác giả luận văn Đỗ Văn Chiến ii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẪN NƯỚC DẠNG ỐNG 1.1 Khái quát kết cấu dẫn nước 1.1.1 Khái quát chung 1.1.2 Hình dạng thân máng 1.1.3 Kết cấu trụ đỡ 1.1.4 Kết cấu dẫn nước dạng ống thép 1.2 Kết luận Chương 10 CHƯƠNG 2: TỐI ƯU KẾT CẤU THÉP BẰNG PHẦN MỀM SAP2000 11 2.1 Phần mềm SAP2000 11 2.1.1 Khái quát phần mềm SAP2000 11 2.1.2 Một số điểm cần ý sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu dẫn nước 11 2.1.3 Các bước tính tốn SAP2000 15 2.2 Tính tốn tối ưu 16 2.2.1 Định nghĩa tối ưu 16 2.2.2 Các tiêu chí tối ưu 17 2.2.3 Quy trình để đạt tối ưu 17 2.3 Nghiên cứu kết cấu dẫn nước dạng giàn ống thép 24 2.3.1 Tải trọng tác dụng lên kết cấu dẫn nước dạng giàn ống thép 24 2.3.2 Phương pháp tính tốn kết cấu dẫn nước dạng ống thép 25 2.3.3 Những vấn đề cần nghiên cứu 25 2.4 Tính tốn tối ưu kết cấu thép SAP2000 26 2.4.1 Phương pháp thiết kế tối ưu kết cấu SAP2000 26 2.4.2 Các bước tính tốn tối ưu kết cấu dầm, khung 28 2.5 Kết luận Chương 56 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU DẪN NƯỚC DẠNG GIÀN ỐNG THÉP QUA SÔNG KỲ CÙNG – LẠNG SƠN 57 3.1 Giới thiệu cơng trình 57 iii 3.2 Lựa chọn hình thức kết cấu dẫn nước 57 3.2.1 Phương án ống thép liên tục 57 3.2.2 Phương án kết cấu dẫn nước bê tông cốt thép thường 58 3.2.3 Phương án ống thép đỡ giàn thép 58 3.2.4 Đề xuất phương án nghiên cứu 59 3.3 Tính tốn tối ưu phân tích kết cấu vận chuyển nước dạng giàn ống thép ống tròn phần mềm SAP2000 60 3.3.1 Phương án 1: Dùng ống thép - Kết cấu dẫn nước thép ống tròn kết hợp làm giàn thép 60 3.3.2 Phương án 2: Dùng ống thép - Kết cấu dẫn nước thép ống tròn kết hợp làm giàn thép 75 3.4 So sánh nhận xét phương án 87 3.5 Kết luận Chương 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ mặt cắt dọc kết cấu dẫn nước thông thường Hình 1.2 Các mặt cắt ngang thân máng Hình 1.3 Kết cấu kết cấu dẫn nước thép ống tròn kết hợp làm giàn thép Hình 1.4 Sơ đồ bố trí trụ đỡ kiểu cơng xơn kép Hình 1.5 Kết cấu dẫn nước bê tông cốt thép sử dụng sơ đồ dầm đỡ kiểu cơng xơn kép Hình 1.6 Gối đỡ kết cấu dẫn nước kiểu vòm (a) kiểm vịm treo (b) Hình 1.7 Hình ảnh kết cấu dẫn nước dạng vịm Hình 1.8 Kết cấu gối đỡ Hình 1.9 Các kiểu trụ đỡ Hình 1.10 Ống thép đặt trực tiếp lên trụ Hình 1.11 Ống thép gia cường sườn dọc ngang Hình 1.12 Ống thép phận giàn chịu lực Hình 1.13 Ống thép đặt mố trụ cầu giao thơng Hình 1.14 Ống thép đặt mặt cầu bê tơng cốt thép Hình 1.15 Ống thép đặt giàn bê tông cốt thép Hình 1.16 Kết cấu giàn đỡ ống Hình 1.17 Đường ống dẫn nước số sông Đà sử dụng kết cấu giàn thép đỡ ống Hình 2.1 Tuyến tính hóa hàm A(I) 20 Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn giàn phẳng 21 Hình 2.3 Đường quan hệ trọng lượng mômen dẻo 22 Hình 2.4 Sơ đồ cấu phá hủy dẻo 23 Hình 2.5 Xác định nghiệm tối ưu đồ thị 24 Hình 2.6 Sơ đồ tính tốn dầm 31 Hình 2.7 Mơ hình hóa dầm 31 Hình 2.8 AUTO1 nhóm số hiệu tiết diện để tự động chọn cho dầm 32 Hình 2.9 Gán tiết diện cho ̣n tự động cho dầm 32 Hình 2.10 Lệnh hiển thị kết thiết kế dầm 33 Hình 2.11 Hiển thị tiết diện thiết kế cho dầm 33 Hình 2.12 Hệ số ứng suất dầm ứng với tiết diện phân tích 33 Hình 2.13 Gán tiết diện thiết kế vào dầm 34 Hình 2.14 Hệ số ứng suất dầm ứng với tiết diện thiết kế 34 v Hình 2.15 Sơ đồ tính tốn khung 35 Hình 2.16 Sơ đồ tính tốn khung với tiết diện dầm, cột chọn sơ 36 Hình 2.17 Lệnh hiển thị hệ số ứng suất 36 Hình 2.18 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện chọn sơ 37 Hình 2.19 Xuất hệ số ứng suất 37 Hình 2.20 Hiển thị phần tử có hệ số sử dụng vật liệu k >1 38 Hình 2.21 Hiển thị phần tử có hệ số sử dụng vật liệu k >1 39 Hình 2.22 Chọn nhóm tiết diện tự động chọn cho dầm AUTO1-D và AUTO2-D 41 Hình 2.23 Chọn nhóm tiết diện tự động chọn cho cột AUTO1-C và AUTO2-C 41 Hình 2.24 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện phân tích 42 Hình 2.25 Lệnh hiển thị tiết diện thiết kế 43 Hình 2.26 Hiển thị tiết diện phân tích tiết diện thiết kế 43 Hình 2.27 Gán tiết diện thiết kế vào khung 44 Hình 2.28 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế 44 Hình 2.29 Hiển thị tiết diện chọn cuối 45 Hình 2.30 Hệ số ứng suấ t ứng với tiết diện thiế t kế 46 Hình 2.31 Sơ đồ tính tốn giàn phẳng 47 Hình 2.32 Mơ hình tính tốn giàn 49 Hình 2.33 Hệ số sử dụng vật liệu giàn 49 Hình 2.34 Danh sách thép ống vuông AUTO-CT chọn tự động cho cánh thượng thép ống tròn AUTO-CH chọn tự động cho cánh hạ 51 Hình 2.35 Danh sách thép ống chọn tự động cho bụng AUTO-BG bụng đầu AUTO-BD 51 Hình 2.36 Sơ đồ tiết diện phân tích giàn 52 Hình 2.37 Hệ số sử dụng vật liệu sở tiết diện phân tích 52 Hình 2.38 Sơ đồ tiết diện thiết kế giàn 52 Hình 2.39 Hệ số sử dụng vật liệu ứng với tiết diện thiết kế 53 Hình 2.40 Gán liên kết khớp vào hai đầu phần tử 54 Hình 2.41 Mơ hình giàn có phần tử nối khớp 54 Hình 2.42 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện phân tích 55 Hình 2.43 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế 55 Hình 3.1 Kết cấu dẫn nước kiểu giàn liên tục nhịp 58 Hình 3.2 Mặt cắt ngang thân kết cấu dẫn nước 58 Hình 3.3 Kết cấu dẫn nước bê tông cốt thép nhịp đơn dài 18 [m] 58 vi Hình 3.4 Mặt cánh hạ giàn ống dẫn nước 59 Hình 3.5 Giàn đỡ ống thép 59 Hình 3.6 Phương án ống thép (nhịp giàn thứ 1) 60 Hình 3.7 Phương án ống thép (nhịp giàn thứ 1) 60 Hình 3.8 Kết cấu dẫn nước kiểu giàn liên tục nhịp 61 Hình 3.9 Kết cấu nhịp thứ 61 Hình 3.10 Mặt cắt ngang thân kết cấu dẫn nước 61 Hình 3.11 Sơ đồ ALN tác dụng lên kết cấu dẫn nước nhịp thứ 62 Hình 3.12 Mặt cắt A-A sơ đồ áp lực gió ngang 62 Hình 3.13 Biểu đổ lực dọc P toàn nhịp 65 Hình 3.14 Biểu đồ mơ men uốn M3 tồn nhịp 66 Hình 3.15 Hệ số sử dụng vật liệu nhịp thứ 66 Hình 3.16 Hệ số sử dụng vật liệu cánh hạ D1000x10 [mm] nhịp thứ 69 Hình 3.17 Hệ số sử dụng vật liệu cánh thượng nhịp thứ 70 Hình 3.18 Tiết diện tối ưu cho cánh thượng 70 Hình 3.19 Hệ số sử dụng vật liệu bụng giàn nối cánh hạ nhịp thứ 71 Hình 3.20 Tiết diện tối ưu cho bụng giàn nối cánh hạ nhịp số 72 Hình 3.21 Tiết diện tối ưu cho giàn cho nhịp thứ 73 Hình 3.22 Tiết diện tối ưu cho giàn cho nhịp thứ 73 Hình 3.23 Tiết diện tối ưu cho giàn cho nhịp thứ 73 Hình 3.24 Biểu đồ chuyển vị TH1 74 Hình 3.25 Kết cấu dẫn nước kiểu giàn liên tục nhịp 75 Hình 3.26 Kết cấu nhịp thứ 75 Hình 3.27 Mặt giàn nối cánh thượng nhịp thứ 75 Hình 3.28 Sơ đồ ALN tác dụng lên kết cấu dẫn nước nhịp thứ 76 Hình 3.29 Mặt cắt ngang thân kết cấu dẫn nước 76 Hình 3.30 Kết cấu giàn gối sơ đồ áp lực gió ngang 77 Hình 3.31 Biểu đồ lực dọc P nhịp số 80 Hình 3.32 Biểu đồ giá trị lực dọc P lớn nhịp số 80 Hình 3.33 Biểu đổ mơ men uốn M3 nhịp số 81 Hình 3.34 Biểu đổ giá trị mơ men uốn M3 lớn nhịp số 81 Hình 3.35 Hệ số sử dụng vật liệu cánh thượng D1400x10 [mm] nhịp số 82 vii Hình 3.36 Hệ số sử dụng vật liệu cánh thượng D300x8 [mm] nhịp số 82 Hình 3.37 Hệ số sử dụng vật liệu D200x8 [mm] nhịp số 83 Hình 3.38 Biểu đồ chuyển vị nhịp giàn thứ 85 Hình 3.39 Biểu đồ chuyển vị nhịp giàn thứ 85 Hình 3.40 Biểu đồ chuyển vị nhịp giàn thứ 86 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hệ số ứng suấ t ứng với tiết diện phân tích 38 Bảng 2.2 Hệ số sử dụng vật liệu ứng với tiết diện thiết kế 45 Bảng 2.3 Phản lực khung ứng với phương án thiết kế tối ưu 46 Bảng 2.4 Phản lực khung ứng với phương án tiết diện chọn 46 Bảng 2.5 Trọng lượng khung ứng với phương án chọn tiết diện khung 46 Bảng 2.6 Hệ số sử dụng vật liệu ứng với tiết diện chọn sơ 49 Bảng 2.7 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiết kế 53 Bảng 2.8 Hệ số ứng suất ứng với tiết diện thiế t kế 56 Bảng 3.1 Trọng lượng thân kết cấu dẫn nước 63 Bảng 3.2 Tổng áp lực nước tác dụng lên máng 63 Bảng 3.3 Tổng áp lực gió ngang tác dụng lên máng 64 Bảng 3.4 Hệ số sử dụng vật liệu cánh hạ D1000x10 [mm] nhịp thứ 67 Bảng 3.5 Hệ số sử dụng vật liệu cánh thượng D300x8 [mm] nhịp số 67 Bảng 3.6 Hệ số sử dụng vật liệu bụng giàn nối cánh hạ D200x8 [mm] nhịp số 68 Bảng 3.7 Hệ số sử dụng vật liệu cánh hạ D1000x10 [mm] nhịp thứ 69 Bảng 3.8 Hệ số sử dụng vật liệu cánh thượng nhịp thứ 70 Bảng 3.9 Hệ số sử dụng vật liệu bụng giàn nối cánh hạ nhịp thứ 71 Bảng 3.10 Chuyển vị nhịp nhịp 74 Bảng 3.11 Trọng lượng thân máng 77 Bảng 3.12 Tổng áp lực nước tác dụng lên kết cấu dẫn nước 78 Bảng 3.13 Tổng áp lực gió ngang tác dụng lên máng 79 Bảng 3.14 Hệ số sử dụng vật liệu cánh hạ D1400x10 [mm] nhịp số 82 Bảng 3.15 Hệ số sử dụng vật liệu cánh thượng D300x8 [mm] nhịp số 83 Bảng 3.16 Hệ số sử dụng vật liệu D200x8 [mm] nhịp số 84 Bảng 3.17 Chuyển vị lớn nhịp nhịp 86 ix ... có kết cấu dẫn nước gỗ; kết cấu dẫn nước gạch; kết cấu dẫn nước đá xây; kết cấu dẫn nước bê tông cốt thép; kết cấu dẫn nước xi măng lưới thép vỏ mỏng; kết cấu dẫn nước giàn ống thép Theo hình. .. 17 2.3 Nghiên cứu kết cấu dẫn nước dạng giàn ống thép 24 2.3.1 Tải trọng tác dụng lên kết cấu dẫn nước dạng giàn ống thép 24 2.3.2 Phương pháp tính tốn kết cấu dẫn nước dạng ống thép ... thuyết tính tốn tối ưu Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu mô hình tính tốn kết cấu dẫn nước dạng giàn ống thép ống sử dụng chức thiết kế tối ưu kết cấu thép phần mềm SAP2000 để chọn kích thước giàn