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 HỌC THUỶ LỢI PHẠM VŨ LÂM PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CỬA VAN HÌNH CUNG CĨ XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG P-DELTA LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM VŨ LÂM PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CỬA VAN HÌNH CUNG CĨ XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG P-DELTA Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60580202 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Hoàng Hng TP H Chớ Minh 2014 Lời cảm ơn Kết cấu cửa van hình cung kết cấu không gian tạo thanh, độ mảnh lớn lực dọc làm tăng thêm nội lực thanh, tượng gọi hiệu ứng P- Delta, để xác thêm khả chịu lực cửa van, cần xét tới hiệu ứng tính tốn nội lực van xu hướng tính tốn kết cấu thép Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng P-DELTA kết nghiên cứu cách nghiêm túc suốt thời gian thực luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Vũ Hoàng Hưng Trưởng mơn kết cấu cơng trình, người trực tiếp hướng dẫn khoa học, giúp đỡ tận tình tác giả suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại Học Thủy lợi, Khoa Cơng trình, Phịng Đào tạo Đại học Sau đại học, CS2 – Trường ĐH Thủy lợi nhiệt tình truyền đạt kiến thức quý báu năm học tập trường Xin chân thành cảm ơn Công ty Tư vấn Chuyển Giao công nghệ trường Đại Học Thủy lợi – Chi nhánh Miền Nam, Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng cơng trình thủy lợi thuộc Sở Nơng nghiệp Phát triển nông thôn tỉnh Đắk Nông – Nơi tác giả công tác, bạn đồng nghiệp Gia đình động viên, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014 Tác giả Phạm Vũ Lâm B¶n cam kÕt Tơi tên Phạm Vũ Lâm, sinh ngày 20/02/1983, học viên cao học Lớp cao học 20C-CS2-Trường Đại học Thủy lợi, chuyên ngành Xây dựng Công trình thủy Khóa 2012-2014 Tơi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật “Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng P-Delta” cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu tổng hợp, phân tích khơng chép Học viên Phạm Vũ Lâm MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết Đề tài Mục đích Đề tài: Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Kết dự kiến đạt được: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát cửa van hình cung 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Nguyên tắc bố trí cấu tạo cửa van hình cung 1.1.4 Hình thức cửa van thường dùng 1.1.5 Phạm vi ứng dụng 1.2 Bố trí kết cấu xác định kích thước chủ yếu cửa van 1.2.1 Cấu tạo chung kết cấu cửa van 1.2.2 Chọn sơ hình thức, vị trí khung 1.2.3 Sơ chọn hình thức, vị trí giàn ngang 10 1.2.4 Bố trí dầm 10 1.2.5 Chọn hình thức cấu tạo giàn chịu trọng lượng 11 1.2.6 Hình thức, cấu tạo trụ biên giàn nối 12 1.3 Tính tốn kết cấu cửa van cung 13 1.3.1 Tính tốn kết cấu theo hệ phẳng 13 1.3.2 Tính tốn kết cấu theo tốn khơng gian 14 1.4 Vấn đề nghiên cứu Luận văn 15 CHƯƠNG 2: HIỆU ỨNG P-DELTA 17 2.1 Hiệu ứng P-Delta 17 2.1.1 Khái niệm chung hiệu ứng P-Delta 17 2.1.2 Tình hình nghiên cứu kết cấu thép có xét đến hiệu ứng P-Delta 18 2.2 Khái quát phần mềm SAP2000 phân tích kết cấu hệ có xét đến hiệu ứng P - Delta 19 2.2.1 Giới thiệu phần mềm SAP2000 19 2.2.2 Trình tự giải toán kết cấu SAP2000 20 2.2.3 Các bước tính tốn kết cấu hệ có xét đến hiệu ứng P-Delta 20 2.2.4 Phân tích kết cấu hệ có xét đến hiệu ứng P-Delta 24 2.3 Kết luận Chương 30 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG P-DELTA ĐẾN NỘI LỰC VÀ CHUYỂN VỊ CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CỬA VAN 31 3.1 Mở đầu 31 3.2 Xác định nội lực khung van cung theo hệ phẳng 31 3.2.1 Tải trọng tác dụng lên khung 32 3.2.2 Tính tốn nội lực khung theo hệ phẳng 34 3.3 Ví dụ số 39 3.3.1 Số liệu tính tốn 39 3.3.2 Tính nội lực khung van cung theo hệ phẳng phương pháp chuyển vị 40 3.3.3 Kiểm tra nội lực khung van cung theo phương pháp phần tử hữu hạn 45 3.3.4 Kiểm tra cường độ độ cứng dầm 46 3.3.5 Kiểm tra ổn định chân khung 46 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng P-Delta tới loại khung 47 3.4.1 Ảnh hưởng hiệu ứng P-Delta khung có chiều cao dầm thay đổi 47 3.4.2 Ảnh hưởng hiệu ứng P-Delta khung có nhịp dầm thay đổi 48 3.4.3 Ảnh hưởng hiệu ứng P-Delta khung có chiều dài chân khung thay đổi 50 3.4.4 Ảnh hưởng hiệu ứng P-Delta khung có tải trọng áp lực nước thay đổi 51 3.5 Kết luận chương 53 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỬA VAN HÌNH CUNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI ĐẮK RỒ 54 4.1 Giới thiệu cơng trình 54 4.1.1 Quy mơ cơng trình 54 4.1.2 Cửa van cung 55 4.1.3 Số liệu tính tốn 56 4.1.4 Trường hợp tính tốn kiểm tra 57 4.1.5 Tải trọng tính tốn 58 4.2 Phân tích kết cấu van cung theo tốn khơng gian phần mềm SAP2000 58 4.2.1 Mô tả kết cấu cửa van cung 58 4.2.2 Mơ hình hóa kết cấu cửa van cung 60 4.2.3 Các trường hợp tính tốn 61 4.2.4 Tổng hợp kết so sánh ứng suất, nội lực khơng/có xét hiệu ứng PDelta 85 4.3 Kết luận chương 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 HÌNH VẼ Hình Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, xiên Hình Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, thẳng Hình 1.1 Cửa van hình cung đập tràn .3 Hình 1.2 Cửa van mặt cửa van sâu Hình 1.3 Cấu tạo cửa van cung Hình 1.4 Sơ đồ số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung Hình 1.5 Các hình thức khung .6 Hình 1.6 Các hình thức khe van .7 Hình 1.7 Hiệu ứng P-Delta 15 Hình 1.8 Mối nối dầm – van bu lông sơ đồ biến dạng 16 Hình 2.1 Biểu đồ mơ men dầm công xôn 17 Hình 2.2 Kết cấu giàn cửa van phẳng nhịp lớn 18 Hình 2.3 Kết cấu giàn cửa van cung nhịp lớn 19 Hình 2.4 Định nghĩa tên tải trọng 21 Hình 2.5 Hộp hội thoại Define Load Case .21 Hình 2.6 Hộp hội thoại Analysis Case Data-Nonlinear Static .22 Hình 2.7 Hộp hội thoại Load Case Data-Nonlinear Static 22 Hình 2.8 Hộp hội thoại Define Load Case .23 Hình 2.9 Hộp hội thoại Load Case Data –Linear Static 23 Hình 2.10 Sơ đồ tính tốn khung 24 Hình 2.11 Định nghĩa tải trọng 26 Hình 2.12 Biểu đồ chuyển vị khơng/có xét hiệu ứng P-Delta .28 Hình 2.13 Biểu đồ mơmen uốn M3 khơng/có xét hiệu ứng P-Delta .29 Hình 3.1 Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm 32 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên khung .32 Hình 3.3 Sơ đồ áp lực nước lên cửa van mặt cửa van sâu .33 Hình 3.4 Sơ đồ tính tốn biểu đồ lực dọc 34 Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn biểu đồ mơmen uốn khung chân khớp 35 Hình 3.6 Sơ đồ tính tốn, biểu đồ mơmen uốn khung hình thang chân ngàm 36 Hình 3.7 Sơ đồ kết cấu van 40 Hình 3.8 Sơ đồ lực tác dụng lên khung 41 Hình 3.9 Sơ đồ tính tốn biểu đồ mơmen uốn M 43 Hình 3.10 Sơ đồ tính tốn biểu đồ mơmen uốn có chuyển vị ngang .44 Hình 3.11 Kết tính tốn nội lực khung phần mềm SAP2000 45 Hình 4.1 Kết cấu van cung .57 Hình 4.2 Vị trí dầm dầm phụ dọc 59 Hình 4.3 Định vị dầm dầm phụ dọc 60 Hình 4.4 Mơ hình kết cấu van cung SAP2000 .61 Hình 4.5 Hình chiếu cạnh van cung SAP2000 .61 Hình 4.6 Chuyển vị tổng thể cửa van ứng với TH1 .64 Hình 4.7 Chuyển vị khung cửa van ứng với TH1 64 Hình 4.8 Chuyển vị khung cửa van ứng với TH1 65 Hình 4.9 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH2 65 Hình 4.10 Biểu đồ mơmen uốn M33 chân khung ứng với TH2 66 Hình 4.11 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH2 66 Hình 4.12 Phổ màu ứng suất SmaxTop mặt TH2 67 Hình 4.13 Phổ màu ứng suất SmaxBot mặt TH2 67 Hình 4.14 Gán lực ma sát vào mơ hình kết cấu van cung .68 Hình 4.15 Phổ màu ứng suất Smax mặt ứng với TH3 70 Hình 4.16 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 70 Hình 4.17 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 71 Hình 4.18 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 71 Hình 4.19 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 72 Hình 4.20 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH3 72 Hình 4.21 Chuyển vị tổng thể cửa van ứng với TH1 .73 Hình 4.22 Chuyển vị khung cửa van ứng với TH1 .73 Hình 4.23 Chuyển vị khung cửa van ứng với TH1 74 Hình 4.24 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH2 74 Hình 4.25 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH2 75 Hình 4.26 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH2 75 Hình 4.27 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH2 76 Hình 4.28 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH2 76 Hình 4.29 Phổ màu ứng suất Smax mặt ứng với TH2 77 Hình 4.30 Phổ màu ứng suất Smax mặt ứng với TH3 78 Hình 4.31 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 78 Hình 4.32 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 79 Hình 4.33 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 79 Hình 4.34 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 80 Hình 4.35 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH3 80 Hình 4.36 Phổ màu ứng suất Smax mặt ứng với TH3 81 Hình 4.37 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 81 Hình 4.38 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 82 Hình 4.39 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH3 82 Hình 4.40 Phổ màu ứng suất Smax mặt ứng với TH3 83 Hình 4.41 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 83 Hình 4.42 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 84 Hình 4.43 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH3 84 BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Kích thước tiết diện dầm cột 24 Bảng 2.2 Tổng hợp kết so sánh nội lực khơng/có xét hiệu ứng P-Delta 29 Bảng 3.1 Kết tính tốn nội lực M3 mặt cắt điển hình khơng/có xét hiệu ứng P-Delta chiều cao dầm thay đổi 48 Bảng 3.2 Kết tính tốn nội lực M3 mặt cắt điển hình khơng/có xét hiệu ứng P-Delta nhịp dầm thay đổi 49 Bảng 3.3 Kết tính tốn nội lực M3 mặt cắt điển hình khơng/có xét hiệu ứng P-Delta chiều dài chân khung thay đổi 50 Bảng 3.4 Kết tính tốn nội lực M3 mặt cắt điển hình khơng/có xét hiệu ứng P-Delta tải trọng thay đổi .52 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật hồ chứa Đăk Rồ 54 Bảng 4.2 Giá trị góc α góc θ 60 Bảng 4.3 Phản lực gối lề 62 Bảng 4.4 Phản lực gối tựa 63 Bảng 4.5 Tính lực ma sát vật chắn nước bên 68 Bảng 4.6 Tính tốn lực ma sát F T lực kéo van 69 Bảng 4.7 Kết so sánh độ lớn nội lực dầm ứng với TH2 khơng/có xét hiệu ứng P-Delta 85 Bảng 4.8 Kết so sánh độ lớn nội lực dầm ứng với TH3 khơng/có xét hiệu ứng P-Delta 87 Bảng 4.9 Kết so sánh độ lớn nội lực dầm ứng với TH3 khơng/có xét hiệu ứng P-Delta 89 80 Hình 4.34 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 Hình 4.35 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH3 81 (b) Trường hợp chân khung cánh hạ giàn cửa van cung liên kết nửa cứng * Trường hợp cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng không xét tới hiệu ứng PDelta Tổ hợp tải trọng tính toán: TH3 = DEAD + ALN + F s + F T Tương tự ta có kết tính tốn sau: Phổ màu ứng suất Smax cho hình 436, ứng suất SmaxTop có giá trị lớn 204700kN/m2 Nội lực khung ứng với TH3 cho hình 4.37 đến 4.39 Hình 4.36 Phổ màu ứng suất Smax mặt ứng với TH3 Hình 4.37 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 82 Hình 4.38 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 Hình 4.39 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH3 83 * Trường hợp cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng có xét tới hiệu ứng PDelta Tổ hợp tải trọng tính tốn: TH3 = DEAD + ALN + F s + F T Tương tự ta có kết tính tốn sau: Phổ màu ứng suất Smax cho hình 4.40, ứng suất SmaxTop có giá trị lớn 192880kN/m2 Nội lực khung ứng với TH3 cho hình 4.41 đến 4.43 Hình 4.40 Phổ màu ứng suất Smax mặt ứng với TH3 Hình 4.41 Biểu đồ mơmen uốn M33 khung ứng với TH3 84 Hình 4.42 Biểu đồ mơmen uốn M22 khung ứng với TH3 Hình 4.43 Biểu đồ lực dọc khung ứng với TH3 85 4.2.4 Tổng hợp kết so sánh ứng suất, chuyển vị nội lực khơng/có xét hiệu ứng P-Delta (a) Trường hợp liên kết cứng - Chuyển vị theo phương dịng chảy khung dưới: Trường hợp 1: (TH1 = DEAD + ALN): + Không xét đến hiệu ứng P-Delta: U1 = 0,0072m; + Có xét đến hiệu ứng P-Delta: U1 = 0,0074m - Ứng suất lớn mặt phần tử: Trường hợp 2: (TH2 = 1,1DEAD +1,2ALN): + Không xét đến hiệu ứng P-Delta: Smax =240055kN/m2 ; + Có xét đến hiệu ứng P-Delta: Smax = 219036kN/m2 Trường hợp 3: (TH3 = DEAD +ALN + F s + F t ): + Không xét đến hiệu ứng P-Delta: Smax = 194622kN/m2; + Có xét đến hiệu ứng P-Delta: Smax = 191882kN/m2 Qua trường hợp tính tốn ta thấy chuyển vị tăng lên xét đến hiệu ứng P-Delta, ứng suất mặt cửa van cung xét đến hiệu ứng P-Delta nhỏ so với không xét đến hiệu ứng P-Delta - Nội lực khung dưới: Trường hợp 2: (TH2 = 1,1DEAD +1,2ALN): Bảng 4.7 Kết so sánh độ lớn nội lực dầm ứng với TH2 khơng/có xét hiệu ứng P-Delta Phần tử Khoảng cách Tổ hợp m Không xét P-Delta P KN M2 M3 KN-m KN-m Chênh lệch Xét P-Delta P KN M2 M3 KN-m KN-m ∆P ∆M2 ∆M3 KN KN-m KN-m 701 TH2 -574.5 0.62 -1.53 -589 0.79 -1.45 -14.57 -0.17 0.08 701 TH2 -575.2 -0.23 -8.96 -590.7 -0.42 -10.5 -15.41 -0.19 -1.54 702 TH2 -584.9 -0.19 0.264 -605.7 -0.37 -0.18 -20.75 -0.18 0.08 702 1.5 TH2 -585.3 -0.56 -8.82 -606.5 -0.77 -9.48 -21.17 -0.21 -0.66 705 TH2 -325.7 4.13 -15.2 -330.5 4.46 -16.8 -4.85 -0.32 -1.66 705 1.5 TH2 -326.1 -4.65 -4.18 -331.3 -4.86 -4.6 -5.28 -0.20 -0.42 710 TH2 -596.7 -0.55 -2.65 -620.9 -0.78 -2.68 -24.26 -0.23 -0.03 710 TH2 -596.9 -1.77 -621.5 -0.79 -2.14 -24.54 0.01 -0.37 -0.8 86 711 TH2 711 754 -597 -0.78 4.636 5.254 -27.00 0.00 -0.62 TH2 -597.2 -1.04 -16.7 -18.6 -27.29 0.47 -1.87 TH2 -107.5 0.074 -106.3 0.2 0.089 1.23 0.01 -0.02 754 1.5 TH2 -107.7 -0.19 -106.6 -0.19 -0.14 1.06 0.00 -0.07 764 TH2 0.123 -157.2 0.53 0.144 0.82 0.02 -0.02 764 1.5 TH2 -158.1 -0.52 -0.22 -157.5 -0.51 -0.3 0.65 0.01 -0.08 782 TH2 27.55 0.144 28.271 0.03 0.115 -0.72 0.00 0.03 782 1.9 TH2 27.394 -0.11 -0.29 27.945 -0.11 -0.37 -0.55 0.00 -0.09 783 0.0 TH2 124.3 0.363 126.91 0.15 0.34 -2.61 0.00 0.02 783 1.9 TH2 124.14 -0.23 -0.66 126.59 -0.26 -0.76 -2.44 -0.02 -0.10 784 0.0 TH2 275.77 0.396 284.84 0.27 0.382 -9.07 -0.04 0.01 784 1.9 TH2 275.62 -0.16 -0.72 284.52 -0.16 -0.85 -8.90 0.00 -0.13 800 TH2 286.67 -1.36 -2.72 289.03 -1.37 -2.89 -2.36 -0.01 -0.18 800 1.2 TH2 286.67 -0.52 -0.55 289.03 -0.55 -0.92 -2.36 -0.02 -0.36 801 TH2 189.38 -1.05 -0.77 192.05 -1.07 -1.1 -2.67 -0.02 -0.33 801 1.2 TH2 189.38 -1.62 -3.68 192.05 -1.65 -4 -2.67 -0.03 -0.31 802 TH2 6.08 -2.84 -4.13 6.606 -2.89 -4.43 -0.53 -0.05 -0.30 802 1.2 TH2 6.08 4.78 2.732 6.606 4.66 2.658 -0.53 0.12 0.07 884 TH2 -71.7 -0.4 4.168 -72.44 -0.6 4.364 -0.73 -0.20 -0.20 884 0.4 TH2 -71.7 -0.94 -7.33 -72.44 -0.81 -7.51 -0.73 0.12 -0.19 885 TH2 -83.32 -1.45 -4.93 -84.6 -1.38 -4.96 -1.28 0.08 -0.03 885 0.4 TH2 -83.32 -1.15 -5.36 -84.6 -1.09 -5.43 -1.28 0.07 -0.06 886 TH2 -76.32 -0.98 -6.38 -77.71 -0.86 -6.53 -1.38 0.13 -0.15 886 0.4 TH2 -76.32 0.16 4.192 -77.71 -0.03 4.266 -1.38 0.13 -0.07 887 TH2 -76.14 -0.21 4.227 -77.79 -0.38 4.233 -1.65 -0.16 -0.01 887 0.4 TH2 -76.14 -1.03 -9.15 -77.79 -0.98 -9.37 -1.65 0.05 -0.22 888 TH2 -98.69 -1.41 -5.27 -101 -1.36 -5.38 -2.29 0.04 -0.11 888 0.4 TH2 -98.69 -1.43 -8.04 -101 -1.41 -8.19 -2.29 0.02 -0.15 889 TH2 -103.1 -1.42 -7.02 -106 -1.36 -7.14 -2.92 0.05 -0.12 889 0.4 TH2 -103.1 -0.66 0.712 -106 -0.81 0.46 -2.92 -0.15 0.25 890 TH2 -66.4 -2.84 -2.77 -68.75 -3.01 -3.14 -2.36 -0.17 -0.38 890 0.4 TH2 -66.4 0.18 -8.44 -68.75 0.2 -8.55 -2.36 -0.01 -0.11 891 TH2 -59.67 -2.45 -5.04 -61.57 -2.5 -5.12 -1.90 -0.04 -0.08 891 0.4 TH2 -59.67 1.4 0.651 -61.57 1.45 0.645 -1.90 -0.05 0.01 892 TH2 -38.47 0.07 0.341 -40.49 0.07 0.437 -2.01 0.00 -0.10 892 0.4 TH2 -38.47 4.91 19.64 -40.49 5.01 19.76 -2.01 -0.10 -0.13 919 TH2 37.933 2.3 6.516 2.23 6.14 -0.19 0.06 0.38 -158 0.2 0.55 0.03 0.15 0.23 -0.07 -624 -0.79 -624.5 -0.58 38.12 87 919 0.25 TH2 37.933 0.71 -0.06 38.12 0.67 -0.17 -0.19 0.03 -0.11 920 TH2 17.212 0.93 2.677 17.563 0.9 2.548 -0.35 0.03 0.13 920 0.25 TH2 17.212 -0.61 -2.62 -0.35 0.00 -0.06 -2.56 17.563 -0.61 Trường hợp 3: (TH2 = DEAD +ALN + F s + F t ): Bảng 4.8 Kết so sánh độ lớn nội lực dầm ứng với TH3 khơng/có xét hiệu ứng P-Delta Phần tử Khoảng cách Tổ hợp m Không xét P-Delta P KN 701 TH3 -562.1 701 TH3 702 702 M2 M3 KN-m KN-m 0.67 Chênh lệch Xét P-Delta P KN M2 M3 KN-m KN-m ∆P ∆M2 ∆M3 KN KN-m KN-m 13.54 -566.2 0.9 13.57 -4.12 -0.23 -0.03 -562.8 -0.24 -13.5 -567 -0.5 -13.7 -4.12 -0.26 -0.11 TH3 -590.7 -0.2 -0.25 -594.6 -0.44 -0.33 -3.83 -0.24 -0.08 1.5 TH3 -591.1 -0.61 -9.53 -594.9 -0.89 -9.57 -3.83 -0.28 -0.03 705 TH3 -508.8 -5.24 -511.8 5.55 -5.24 -2.96 -0.28 0.00 705 1.5 TH3 -509.2 -6.23 0.873 -512.1 -6.31 0.92 -2.96 -0.08 -0.05 710 TH3 -605.7 -0.6 -2.4 -609.2 -0.9 -2.48 -3.54 -0.31 -0.08 710 TH3 -605.9 -0.9 -6.69 -609.5 -0.86 -6.72 -3.54 0.04 -0.03 711 TH3 -612 -0.81 -4.6 -615.2 -0.79 -4.71 -3.23 0.02 -0.11 711 TH3 -612.2 -1.41 -5.85 -615.4 -0.73 -5.83 -3.23 0.68 0.01 754 TH3 -116.2 0.074 -116.4 0.33 0.068 -0.26 0.01 0.01 754 1.5 TH3 -116.3 -0.33 -0.21 -116.6 -0.32 -0.2 -0.26 0.01 0.01 764 TH3 -206.3 0.023 -206.4 0.69 0.021 -0.09 0.06 0.00 764 1.5 TH3 -206.5 -0.71 -0.15 -206.6 -0.67 -0.14 -0.09 0.04 0.01 782 TH3 65.136 0.095 65.081 0.04 0.094 0.05 0.01 0.00 782 1.9 TH3 64.994 -0.16 -0.27 64.939 -0.17 -0.27 0.06 -0.01 0.00 783 0.0 TH3 204.61 0.22 0.478 204.67 0.22 0.496 -0.05 0.00 -0.02 783 1.9 TH3 204.47 -0.34 -0.46 204.52 -0.4 -0.47 -0.05 -0.06 0.00 784 0.0 TH3 326.91 0.34 0.613 327.89 0.41 0.662 -0.97 -0.07 -0.05 784 1.9 TH3 326.77 -0.3 -0.43 327.75 -0.33 -0.42 -0.97 -0.04 0.01 800 TH3 293.95 -1.49 -14.1 294.8 -1.51 -14.1 -0.86 -0.02 -0.01 800 1.2 TH3 293.95 -0.55 -8.67 294.8 -0.59 -8.7 -0.86 -0.05 -0.03 801 TH3 184.77 -1.2 -9.75 185.68 -1.23 -9.78 -0.90 -0.04 -0.02 801 1.2 TH3 184.77 -1.59 -3.26 185.68 -1.53 -3.32 -0.90 0.06 -0.06 802 TH3 7.503 -3.01 -4.95 8.078 -2.95 -5.02 -0.57 0.07 -0.07 802 1.2 TH3 7.503 5.95 4.018 8.078 5.62 3.813 -0.57 0.33 0.20 884 TH3 -134.7 -0.97 -0.46 -134.6 -1.13 -0.09 0.11 -0.16 0.37 5.27 0.34 0.75 0.04 88 884 0.4 TH3 -134.7 -1.17 -8.91 -134.6 -1.07 -9.2 0.11 0.11 -0.28 885 TH3 -142 -1.73 -7.05 -142.6 -1.68 -7.16 -0.55 0.05 -0.11 885 0.4 TH3 -142 -1.27 -7.32 -142.6 -1.22 -7.42 -0.55 0.05 -0.10 886 TH3 -137.4 -1.39 -7.55 -137.4 -1.28 -7.83 0.04 0.11 -0.28 886 0.4 TH3 -137.4 -0.26 0.335 -137.4 -0.4 0.673 0.04 -0.14 -0.34 887 TH3 -123.6 -1.18 -1.03 -123.6 -1.29 -0.72 0.04 -0.11 0.31 887 0.4 TH3 -123.6 -0.96 -10.2 -123.6 -0.9 -10.4 0.04 0.06 -0.22 888 TH3 -137.2 -1.87 -6.74 -137.8 -1.84 -6.83 -0.57 0.03 -0.09 888 0.4 TH3 -137.2 -1.01 -7.89 -137.8 -0.99 -7.98 -0.57 0.02 -0.09 889 TH3 -137.8 -1.76 -6.22 -138 -1.69 -6.43 -0.19 0.07 -0.20 889 0.4 TH3 -137.8 -0.26 0.965 -138 -0.34 1.157 -0.19 -0.07 -0.19 890 TH3 -76.97 -3.25 -5.02 -77.26 -3.29 -4.81 -0.29 -0.04 0.21 890 0.4 TH3 -76.97 0.48 -8.83 -77.26 0.49 -8.98 -0.29 -0.01 -0.14 891 TH3 -70.33 -2.67 -4.52 -71.15 -2.67 -4.57 -0.82 -0.01 -0.05 891 0.4 TH3 -70.33 1.76 0.957 -71.15 1.75 0.819 -0.82 0.01 0.14 892 TH3 -52.09 0.1 1.58 -52.66 0.1 1.387 -0.57 0.00 0.19 892 0.4 TH3 -52.09 5.4 18.6 -52.66 5.41 18.71 -0.57 -0.01 -0.11 919 TH3 35.845 1.06 3.112 35.8 1.03 3.09 0.05 0.03 0.02 919 0.25 TH3 35.845 0.36 -1.93 35.8 0.34 -1.94 0.05 0.02 -0.01 920 TH3 13.983 0.35 1.438 13.936 0.33 1.432 0.05 0.02 0.01 920 0.25 TH3 13.983 -0.3 -2.27 13.936 -0.3 -2.27 0.05 0.00 0.00 (b) Trường hợp cánh hạ giàn chân khung cửa van cung liên kết nửa cứng - Ứng suất biến dạng mặt: Trường hợp 3: (TH3 = DEAD +ALN + F s + F t ): + Không xét đến hiệu ứng P-Delta: Smax = 204700kN/m2; + Có xét đến hiệu ứng P-Delta: Smax = 192880kN/m2 Qua trường hợp tính tốn ta thấy ứng suất mặt cửa van cung xét đến hiệu ứng P-Delta nhỏ so với không xét đến hiệu ứng P-Delta - Nội lực khung dưới: Trường hợp 3: (TH3 = DEAD +ALN + F s + F t ): 89 Bảng 4.9 Kết so sánh độ lớn nội lực dầm ứng với TH3 khơng/có xét hiệu ứng P-Delta Phần tử Khoảng cách Tổ hợp m Không xét P-Delta P KN 701 TH3 -562.1 701 TH3 702 702 M2 M3 KN-m KN-m 0.67 Chênh lệch Xét P-Delta P KN M2 M3 KN-m KN-m ∆P ∆M2 ∆M3 KN KN-m KN-m 13.54 -566.2 0.9 13.57 -4.12 -0.23 -0.03 -562.8 -0.24 -13.5 -567 -0.5 -13.7 -4.12 -0.26 -0.11 TH3 -590.7 -0.2 -0.26 -594.6 -0.44 -0.34 -3.83 -0.24 -0.08 1.5 TH3 -591.1 -0.61 -9.49 -594.9 -0.89 -9.53 -3.83 -0.28 -0.03 705 TH3 -509.2 -3.26 -512.2 5.55 -3.26 -2.96 -0.28 0.01 705 1.5 TH3 -509.6 -6.23 0.601 -512.5 -6.31 0.646 -2.96 -0.08 -0.04 710 TH3 -605.9 -0.6 -2.28 -609.4 -0.91 -2.35 -3.54 -0.31 -0.08 710 TH3 -606.1 -0.9 -6.47 -609.7 -0.86 -6.5 -3.54 0.04 -0.03 711 TH3 -613.6 -0.81 -4.46 -616.8 -0.79 -4.57 -3.24 0.02 -0.11 711 TH3 -613.8 -1.41 -3.66 -617 -0.73 -3.65 -3.24 0.68 0.01 754 TH3 -116.2 0.074 -116.4 0.33 0.068 -0.26 0.01 0.01 754 1.5 TH3 -116.3 -0.33 -0.21 -116.6 -0.32 -0.2 -0.26 0.01 0.01 764 TH3 -206.3 0.022 -206.4 0.69 0.02 -0.09 0.06 0.00 764 1.5 TH3 -206.4 -0.71 -0.14 -206.5 -0.67 -0.14 -0.09 0.04 0.01 782 TH3 65.115 0.095 65.06 0.04 0.095 0.05 0.01 0.00 782 1.9 TH3 64.973 -0.16 -0.27 64.918 -0.17 -0.27 0.05 -0.01 0.00 783 0.0 TH3 204.57 0.22 0.478 204.62 0.22 0.496 -0.05 0.00 -0.02 783 1.9 TH3 204.43 -0.34 -0.46 204.48 -0.4 -0.47 -0.05 -0.06 0.00 784 0.0 TH3 327.19 0.34 0.608 328.17 0.41 0.657 -0.98 -0.07 -0.05 784 1.9 TH3 327.05 -0.3 -0.43 328.03 -0.33 -0.42 -0.98 -0.04 0.01 800 TH3 294.25 -1.49 -14.1 295.11 -1.51 -14.1 -0.86 -0.02 -0.01 800 1.2 TH3 294.25 -0.55 -8.66 295.11 -0.59 -8.69 -0.86 -0.05 -0.03 801 TH3 185.07 -1.2 -9.74 185.97 -1.23 -9.76 -0.91 -0.04 -0.02 801 1.2 TH3 185.07 -1.6 -3.14 185.97 -1.54 -3.21 -0.91 0.06 -0.06 802 TH3 7.508 -3.03 -4.84 8.083 -2.96 -4.91 -0.58 0.07 -0.07 802 1.2 TH3 7.508 5.95 4.017 8.083 5.62 3.812 -0.58 0.33 0.21 884 TH3 -134.7 -0.97 -0.46 -134.6 -1.13 -0.08 0.11 -0.16 0.37 884 0.4 TH3 -134.7 -1.17 -8.91 -134.6 -1.07 -9.2 0.11 0.11 -0.28 885 TH3 -142.1 -1.73 -7.05 -142.6 -1.68 -7.16 -0.56 0.05 -0.11 885 0.4 TH3 -142.1 -1.27 -7.32 -142.6 -1.22 -7.42 -0.56 0.05 -0.10 886 TH3 -137.5 -1.39 -7.55 -137.4 -1.28 -7.83 0.04 0.11 -0.28 5.28 0.34 0.75 0.04 90 886 0.4 TH3 -137.5 -0.26 0.334 -137.4 -0.4 0.672 0.04 -0.14 -0.34 887 TH3 -123.7 -1.17 -1.03 -123.7 -1.29 -0.72 0.03 -0.11 0.31 887 0.4 TH3 -123.7 -0.96 -10.2 -123.7 -0.9 -10.4 0.03 0.06 -0.22 888 TH3 -137.3 -1.87 -6.74 -137.9 -1.84 -6.84 -0.57 0.03 -0.09 888 0.4 TH3 -137.3 -1.01 -7.91 -137.9 -0.99 -7.99 -0.57 0.02 -0.09 889 TH3 -137.9 -1.76 -6.23 -138.1 -1.69 -6.44 -0.20 0.07 -0.20 889 0.4 TH3 -137.9 -0.27 0.947 -138.1 -0.34 1.139 -0.20 -0.07 -0.19 890 TH3 -77.12 -3.25 -5.03 -77.42 -3.3 -4.82 -0.29 -0.04 0.21 890 0.4 TH3 -77.12 0.48 -8.84 -77.42 0.49 -8.99 -0.29 -0.01 -0.14 891 TH3 -70.45 -2.67 -4.53 -71.27 -2.68 -4.57 -0.82 -0.01 -0.05 891 0.4 TH3 -70.45 1.77 0.966 -71.27 1.76 0.827 -0.82 0.01 0.14 892 TH3 -52.14 0.1 1.586 -52.72 0.1 1.394 -0.57 0.00 0.19 892 0.4 TH3 -52.14 5.41 18.64 -52.72 5.42 18.76 -0.57 -0.01 -0.11 919 TH3 35.894 1.07 3.137 35.851 1.04 3.115 0.04 0.03 0.02 919 0.25 TH3 35.894 0.36 -1.92 35.851 0.34 -1.93 0.04 0.02 -0.01 920 TH3 13.998 0.36 1.446 13.952 0.34 1.44 0.05 0.02 0.01 920 0.25 TH3 13.998 -0.3 -2.26 13.952 -0.3 -2.26 0.05 0.00 0.00 4.3 Kết luận chương Qua kết tính tốn ứng suất – biến dạng cửa van cung cơng trình thủy lợi Đăk Rồ cho thấy tất trường hợp ứng suất mặt xét đến hiệu ứng P-Delta giảm, chuyển vị tăng, nội lực khung cửa van cung xét đến hiệu ứng P-Delta thay đổi Ứng với trường hợp cửa van đặt ngưỡng, ứng suất mặt giảm đáng kể, ứng suất kéo lớn giảm từ 240055kN/m2 xuống 219036kN/m2 Trong ứng với trường hợp cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng (TH3) ứng suất mặt tăng giảm không nhiều; từ bảng 4.7 đến bảng 4.8 cho thấy giá trị mô men uốn khung nhỏ, nội lực chủ yếu lực dọc nên thay đổi mô men uốn không ảnh hưởng nhiều đến khả chịu lực Lực dọc TH2 tăng từ 597,20kN lên 624,50kN (tăng 4,57%); TH3 tăng từ 562,10kN lên 566,20kN (tăng 0,73%) Khi xét thêm ảnh hưởng liên kết nửa cứng vị trí liên kết chân khung cánh hạ giàn (xem bảng 4.9), nội lực khung gần không thay đổi 91 Điều cho thấy ảnh hưởng hiệu ứng P-Delta đến khả chịu lực phận cửa van (đặc biệt khung cửa van) Trong tính tốn thiết kế khơng thể bỏ qua yếu tố 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Cửa van hình cung cơng trình thủy lợi Đăk Rồ có kết cấu dầm rỗng dạng giàn tạo thành từ nhiều thép hình có độ mảnh lớn, chịu nén nén uốn xuất hiệu ứng uốn dọc làm tăng nội lực dẫn đến khả phá hoại kết cấu Để xem xét ảnh hưởng hiệu ứng P-Delta đến trạng thái nội lực chuyển vị cửa van, tác giả sử dụng phần mềm SAP2000 tính tốn kết cấu cửa van theo tốn khơng gian với hai trường hợp khơng/có xét đến hiệu ứng P-Delta Qua kết tính tốn tác giả rút số nhận xét ban đầu sau đây: Trong tất trường hợp ứng suất mặt xét đến hiệu ứng PDelta giảm, chuyển vị tăng, nội lực khung cửa van cung xét đến hiệu ứng P-Delta tăng giảm đáng kể Ứng với trường hợp cửa van đặt ngưỡng, ứng suất mặt giảm đáng kể, ứng suất kéo lớn giảm từ 240055kN/m2 xuống cịn 219036kN/m2 Trong ứng với trường hợp cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng (TH3) ứng suất mặt tăng giảm không nhiều Khi không xét đến độ mềm liên kết, giá trị mơmen uốn khung nhỏ, nội lực chủ yếu lực dọc nên thay đổi mô men uốn không ảnh hưởng nhiều đến khả chịu lực Lực dọc TH2 tăng từ 597,20kN lên 624,50kN (tăng 4,57%); TH3 tăng từ 562,10kN lên 566,20kN (tăng 0,73%) Khi xét thêm ảnh hưởng liên kết nửa cứng vị trí liên kết chân khung cánh hạ giàn chính, nội lực khung gần khơng thay đổi Kết tính toán thực cửa van chịu lực đối xứng khơng có tải trọng theo phương ngang Do thời gian khả có hạn, tính tốn áp dụng xem xét đến tải trọng áp lực nước tĩnh, chưa xem xét đến tác dụng động đất tải trọng khác ứng với vị trí khác q trình khai thác trường hợp cửa van mở hoàn toàn Trong luận văn phân tích nội lực chuyển vị, chưa tính tốn kiểm tra độ bền độ ổn định theo tiêu chuẩn Việt Nam, đồng thời chưa xem xét đến liên kết nửa cứng tất liên kết 93 Kiến nghị thiết kế cửa van thép, đặc biệt cửa van thép nhịp lớn tạo thành từ hệ giàn cần xét đến ảnh hưởng hiệu ứng uốn dọc P-Delta Những nghiên cứu cần đưa tải trọng theo phương ngang động đất tải trọng khác tác dụng vào cửa van để thấy rõ ảnh hưởng hiệu ứng uốn dọc P-Delta, đồng thời cần tính tốn kiểm tra độ bền độ ổn định theo tiêu chuẩn Việt Nam xem xét đến liên kết nửa cứng tất liên kết 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Thành Hải, Trương Quốc Bình, Vũ Hồng Hưng (2006), “Kết cấu thép”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Vũ Hồng Hưng (2001), “Ổn định khung phẳng có liên kết đàn hồi tuyến tính”, Tuyển tập cơng trình khoa học - Hội nghị khoa học sinh viên Đại học Thuỷ lợi Vũ Hoàng Hưng, Vũ Thành Hải (2011), “Tính tốn cửa van cung theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ”, Tuyển tập hội nghị khoa học kỷ niệm 45 năm thành lập Khoa Cơng trình, Hà Nội Vũ Hồng Hưng nnk (2012), “SAP2000 – Phân tích kết cấu cơng trình thủy lợi thủy điện”, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội Đỗ Văn Hứa, Vũ Hoàng Hưng (2014), “Cửa van thiết bị đóng mở cơng trình thủy lợi thủy điện”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Đồn Đình Kiến (1997), “Kết cấu thép”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hồng Đình Trí & nnk (1999), “Cơ học kết cấu”, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Lều Thọ Trình & nnk (1974), “Ổn định động lực học cơng trình”, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội Tiếng Anh Hướng dẫn sử dụng phần mềm phân tích kết cấu SAP2000 10 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép AISC/ASD (Hoa Kỳ) Tiếng Trung 11 Học viện thuỷ lợi điện lực Vũ Hán, Học viện Đại Liên, Đại học Hà Hải (1986), “Kết cấu thép thuỷ công”, Nhà xuất Thuỷ lợi điện lực 12 Bộ Thuỷ lợi nước Cộng hoà Nhân dân Trung hoa (1995), “Quy phạm thiết kế cửa van thép cơng trình thuỷ lợi thủy điện” ... thêm khả chịu lực cửa van, cần xét tới hiệu ứng tính tốn nội lực van xu hướng tính tốn kết cấu th? ?p Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng P- DELTA kết nghiên...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHI? ?P VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI PHẠM VŨ LÂM PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CỬA VAN HÌNH CUNG CĨ XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG P- DELTA Chun ngành:... kỹ thuật ? ?Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng P- Delta? ?? cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu tổng h? ?p, phân tích khơng ch? ?p Học viên Phạm Vũ