Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng của nền tới trạng thái ứng suất và biến dạng của đập tràn ôphixêrốp và trụ pin van cung

Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chun ngành xây dựng cơng trình thủy với Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng tới trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn Ôphixêrốp trụ pin van cung” hoàn thành với cố gắng nỗ lực thân tác giả giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo, quan gia đình, bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: PGS.TS Vũ Thành Hải tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo Phòng đào tạo đại học Sau đại học, khoa Cơng trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi tận tình giảng dạy giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, trình thực luận văn Để hoàn thành luận văn, tác giả cịn cổ vũ, động viên khích lệ thường xuyên giúp đỡ nhiều mặt quan, gia đình, bạn bè đồng nghiệp Hà Nội, ngày 24 tháng 05 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Tuấn Đức Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết Đề tài .1 Mục đích Đề tài .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐẬP TRÀN 1.1 Các loại đập tràn .3 1.1.1 Phân loại theo hình dạng cửa tràn 1.1.2 Phân loại theo chiều dày đỉnh đập tràn 1.1.3 Phân loại theo hình dạng ngưỡng tràn mặt 11 1.1.4 Phân loại theo ảnh hưởng mực nước hạ lưu 12 1.2 Tổng quan tính toán kết cấu đập tràn 13 1.2.1 Các phương trình 13 1.2.2 Phương pháp sức bền vật liệu 15 1.2.3 Phương pháp lý thuyết đàn hồi 17 1.2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 21 1.3 Ảnh hưởng đến phân bố ứng suất thân đập tràn .23 CHƯƠNG 25 CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐẬP TRÀN .25 2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn 25 2.1.1 Các nguyên lý công 25 2.1.2 Thế biến dạng 27 2.1.3 Nguyên lý cực tiểu 28 2.2 Nội dung phương pháp phần tử hữu hạn 29 2.3 Tính tốn kết cấu với mơ hình tương thích 30 2.4 Cấu tạo đập tràn Ôphixêrốp 35 CHƯƠNG 39 ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA NỀN TỚI TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP TRÀN VÀ TRỤ PIN VAN CUNG HỒ CHỨA NƯỚC MỸ LÂM.39 Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3.1 Giới thiệu chung hồ chứa nước Mỹ Lâm 39 3.1.1 Địa điểm xây dựng cơng trình 39 3.1.2 Nhiệm vụ công trình 39 3.1.3 Các tiêu thiết kế cơng trình 39 3.1.4 Quy mơ cơng trình 39 3.1.5 Các thông số đập tràn 40 3.1.6 Các số liệu tính tốn cửa van cung 40 3.1.7 Các tiêu tính toán vật liệu 41 3.2 Tính tốn lực tác dụng lên đập tràn .43 3.2.1 Sơ đồ tính tốn 43 3.2.2 Trọng lượng thân 43 3.2.3 Áp lực nước thượng lưu 43 3.2.4 Áp lực nước thấm 44 3.2.5 Áp lực nước cửa van 44 3.2.6 Tổ hợp tải trọng 45 3.3 Mơ hình hóa kết cấu đập tràn Ơphixêrốp, trụ pin van cung cơng trình phần tử khối 46 3.3.1 Chương trình tính tốn kết cấu SAP2000 46 3.3.2 Mơ hình tính tốn kết cấu 48 3.3.3 Xây dựng mơ hình phần tử mặt Area SAP2000 50 3.3.4 Các định nghĩa SAP2000 52 3.3.5 Xây dựng mơ hình phần tử khối Solid SAP2000 53 3.3.6 Gán lực tác dụng lên mơ hình 55 3.3.7 Gán điều kiện biên vào 58 3.3.8 Chạy chương trình 58 3.4 Kết tính tốn trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn trụ pin 59 3.4.1 Trạng thái ứng suất điểm phần tử khối 59 3.4.2 Kết tính tốn với độ cứng có E = 5,2 (106T/m2) 59 3.5 Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn trụ pin độ cứng thay đổi .65 3.5.1 Phân tích ứng suất đáy đập 65 3.5.2 Phân tích chuyển vị đáy đập 67 Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3.5.3 Phân tích ứng suất trụ biên trụ 68 3.5.4 Phân tích chuyển vị trụ biên trụ 71 3.6 Kết luận chương III 73 CHƯƠNG 75 NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRỤ PIN ĐẬP TRÀN THEO CÁC MƠ HÌNH KHÁC NHAU .75 4.1 Mơ hình hóa trụ pin phần tử vỏ 75 4.2 So sánh kết tính tốn ứng suất biến dạng theo hai mơ hình 76 4.2.1 Trạng thái ứng suất điểm phần tử vỏ 76 4.2.2 So sánh kết tính tốn ứng suất theo hai mơ hình 77 4.2.3 So sánh kết tính tốn chuyển vị theo hai mơ hình 82 4.3 Kết luận chương IV 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 Kết đạt 84 Hạn chế, tồn 84 Kiến nghị hướng nghiên cứu 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO .86 Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các hình thức đập trọng lực tràn nước .6 Hình 1-2: Phân loại đập tràn theo hình dạng cửa tràn .6 Hình 1-3: Đập tràn thành mỏng Hình 1-4: Đập tràn thực dụng mặt cắt đa giác .7 Hình 1-5: Đập tràn thực dụng mặt cắt hình cong Hình 1-6: Đập tràn thủy điện Hịa Bình tỉnh Hịa Bình Hình 1-7: Đập tràn hồ chứa nước Định Bình tỉnh Bình Định .8 Hình 1-8: Đập tràn Tân Giang tỉnh Ninh Thuận Hình 1-9: Đập tràn Lịng Sơng tỉnh Bình Thuận Hình 1-10: Đập tràn cao su Tha La – Tân Châu tỉnh Tây Ninh .10 Hình 1-11: Đập tràn tự ngưỡng cưa Phước Hòa tỉnh Bình Phước .10 Hình 1-12: Đập tràn đỉnh rộng 11 Hình 1-13: Đập tràn hồ chứa nước Gò Miếu tỉnh Thái Nguyên 11 Hình 1-14: Phân loại đập tràn theo hình dạng ngưỡng tràn 12 Hình 1-15: Đập tràn khép kín thủy lợi Phước Hịa tỉnh Bình Phước 12 Hình 1-16: Mơ hình phân tố bao quanh điểm thân đập 13 Hình 1-17: Sơ đồ tính toán ứng suất biên 15 Hình 1-18: Sơ đồ tính tốn ứng suất theo lý thuyết đàn hồi 18 Hình 1-19: Sơ đồ tính tốn ứng suất mặt đập chịu tải trọng phân bố 18 Hình 1-20: Sơ đồ tính tốn ứng suất đỉnh đập chịu tải trọng tập trung 19 Hình 1-21: Sơ đồ chia lưới phần tử đập theo phương pháp PTHH 22 Hình 1-22: Ảnh hưởng đến biến đổi ứng suất đáy đập 24 Hình 1-23: Ảnh hưởng đến biến đổi ứng suất σy thân đập 24 Hình 2-1: Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu .27 Hình 2-2: Thuật toán giải toán kết cấu theo phương pháp PTHH 34 Hình 2-3: Cấu tạo đập tràn Ôphixêrốp .35 Hình 3-1: Đập tràn Ơphixêrốp hồ chứa nước Mỹ Lâm .42 Hình 3-2: Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên đập tràn 43 Hình 3-3: Sơ đồ tính tốn áp lực nước tác dụng lên cửa van 44 Hình 3-4: Mặt cắt ngang đập 48 Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3-5: Đường chu vi đập 50 Hình 3-6: Phần tử mặt Area đập .50 Hình 3-7: Mạng lưới phần tử mặt Area đập .51 Hình 3-8: Mạng lưới phần tử mặt Area đập sau ghép nhóm 52 Hình 3-9: Mơ hình khơng gian 3D đập .54 Hình 3-10: Áp lực nước thượng lưu 56 Hình 3-11: Áp lực nước thấm 57 Hình 3-12: Áp lực nước cửa van 57 Hình 3-13: Điều kiện biên 58 Hình 3-14: Trạng thái ứng suất điểm phần tử khối .59 Hình 3-15: Chuyển vị đập tràn .59 Hình 3-16: Phổ màu ứng suất S11 đập tràn 60 Hình 3-17: Phổ màu ứng suất S22 đập tràn 60 Hình 3-18: Phổ màu ứng suất S33 đập tràn 60 Hình 3-19: Phổ màu ứng suất S11 đập 61 Hình 3-20: Phổ màu ứng suất S22 đập 61 Hình 3-21: Phổ màu ứng suất S33 đập 61 Hình 3-22: Phổ màu ứng suất S11 mặt đập 62 Hình 3-23: Phổ màu ứng suất S22 mặt đập 62 Hình 3-24: Phổ màu ứng suất S22 lõi đập 62 Hình 3-25: Chuyển vị điểm góc trụ biên 63 Hình 3-26: Phổ màu ứng suất S11 trụ biên 63 Hình 3-27: Phổ màu ứng suất Smax trụ biên .63 Hình 3-28: Chuyển vị điểm góc trụ 64 Hình 3-29: Phổ màu ứng suất S11 trụ 64 Hình 3-30: Phổ màu ứng suất Smax trụ .64 Hình 3-31: Phổ màu ứng suất S33 đập 65 Hình 3-32: Biểu đồ thay đổi ứng suất S33 đáy đập 66 Hình 3-33: Biểu đồ thay đổi chuyển vị U3 đáy đập 67 Hình 3-34: Phổ màu ứng suất S11 trụ biên 68 Hình 3-35: Phổ màu ứng suất Smax trụ biên .68 Hình 3-36: Phổ màu ứng suất S11 trụ 69 Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3-37: Phổ màu ứng suất Smax trụ .69 Hình 3-38: Biểu đồ thay đổi ứng suất lớn trụ biên 70 Hình 3-39: Biểu đồ thay đổi ứng suất lớn trụ .70 Hình 3-40: Chuyển vị điểm góc đỉnh trụ biên trụ 71 Hình 3-41: Biểu đồ thay đổi chuyển vị trụ biên 72 Hình 3-42: Biểu đồ thay đổi chuyển vị trụ 72 Hình 4-1: Mơ hình phần tử vỏ áp lực nước thượng lưu 75 Hình 4-2: Mơ hình phần tử vỏ áp lực nước cửa van .76 Hình 4-3: Trạng thái ứng suất nội lực điểm phần tử vỏ 76 Hình 4-4: Vị trí điểm so sánh ứng suất 77 Hình 4-5: Phổ màu ứng suất S11 theo mơ hình phần tử vỏ 78 Hình 4-6: Phổ màu ứng suất S11 theo mơ hình phần tử khối .78 Hình 4-7: Phổ màu ứng suất S22 theo mơ hình phần tử vỏ 79 Hình 4-8: Phổ màu ứng suất S33 theo mơ hình phần tử khối .79 Hình 4-9: Phổ màu ứng suất S12 theo mơ hình phần tử vỏ 80 Hình 4-10: Phổ màu ứng suất S13 theo mơ hình phần tử khối 80 Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Tổng hợp cơng trình thủy lợi thủy điện tiêu biểu Việt Nam Bảng 2-1: Hệ số hình dạng σφ đập khơng chân khơng Krigiơ - Ôphixêrốp 36 Bảng 2-2: Hệ số chênh lệch cột nước σH đập tràn không chân không .37 Bảng 2-3: Bán kính nối tiếp R (m) đập tràn không chân không 37 Bảng 2-4: Tọa độ đường cong đập không chân khơng Krigiơ - Ơphixêrốp .38 Bảng 3-1: Các thông số hồ chứa .40 Bảng 3-2: Các tiêu tính tốn vật liệu 41 Bảng 3-3: Tọa độ nút phần tử LINE đường chu vi đập .48 Bảng 3-4: Các trường hợp tính tốn độ cứng 65 Bảng 3-5: Kết tính tốn ứng suất S33 đáy đập 66 Bảng 3-6: Kết tính tốn chuyển vị U3 đáy đập 67 Bảng 3-7: Kết tính tốn ứng suất lớn trụ biên 69 Bảng 3-8: Kết tính tốn ứng suất lớn trụ .70 Bảng 3-9: Kết tính tốn chuyển vị trụ biên 71 Bảng 3-10: Kết tính tốn chuyển vị trụ 72 Bảng 4-1: Các thành phần ứng suất tương đương 77 Bảng 4-2: So sánh trạng thái ứng suất trụ biên 81 Bảng 4-3: So sánh trạng thái ứng suất trụ 81 Bảng 4-4: So sánh chuyển vị trụ biên 82 Bảng 4-5: So sánh chuyển vị trụ 82 Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài Đập tràn xả lũ cơng trình khơng thể thiếu hồ chứa nước, có nhiệm vụ xả nước thừa để khống chế mực nước cao giữ hồ theo thiết kế, đảm bảo an tồn cho đập Việc tính tốn thủy lực, tính tốn kết cấu tràn, quản lý chất lượng thi công có ảnh hưởng lớn tới cơng tác quản lý vận hành đảm bảo an tồn cơng trình sau Đập tràn phân thành nhiều khoang tràn trụ pin để thuận lợi cho việc bố trí cửa van, cầu cơng tác, cầu giao thơng, máy đóng mở… Ngồi trụ pin chịu áp lực nước cửa van truyền tới Nhiều năm gần đây, việc tính tốn ứng suất biến dạng cho đập tràn trụ pin van cung thường đưa toán phẳng nên chưa phản ánh trạng thái chịu lực cơng trình làm việc Trong thực tế, đập tràn, trụ pin, van cung làm việc đồng thời phải tính theo tốn khơng gian phản ánh đầy đủ, xác trạng thái làm việc cơng trình Trong thiết kế, tài liệu địa chất cơng trình khó phản ánh xác trạng thái thực Các số liệu ảnh hưởng tới ứng suất biến dạng đập tràn Ôphixêrốp cửa van cung Đây nội dung nghiên cứu luận văn Hiện công nghệ thông tin phát triển vũ bão Việc áp dụng phần mềm vào tính tốn thiết kế cơng trình giải phóng sức lao động cho cán thiết kế nhiều Hồ sơ thiết kế hồn thành nhanh chóng, xác vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật vừa mang tính thẩm mỹ cao Từ thực tiễn kỹ sư tư vấn thiết kế Cty tư vấn chuyển giao cơng nghệ trường Đại học Thủy lợi khó khăn gặp phải tính tốn kết cấu cơng trình thủy lợi tác giả xin đề xuất đề tài luận văn Thạc sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng tới trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn Ôphixêrốp trụ pin van cung” Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Mục đích Đề tài Nghiên cứu phương pháp tính tốn ứng suất biến dạng đập tràn Ôphixêrốp trụ pin cửa van cung theo mơ hình khơng gian chiều phương pháp phần tử hữu hạn Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng tới trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn Ôphixêrốp trụ pin van cung Phân tích so sánh ứng suất biến dạng trụ pin đập tràn mô hình hóa phần tử khối phần tử vỏ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Tính tốn cho đập tràn xả lũ hồ chứa nước Mỹ Lâm dự kiến xây dựng sông Trong thôn Mỹ Lâm thuộc huyện Tây Hòa tỉnh Phú Yên Phạm vi nghiên cứu: - Tính tốn ứng suất biến dạng đập tràn theo mơ hình Đập - Trụ pin Nền làm việc đồng thời phần tử khối - Thay đổi độ cứng cách thay đổi môđun đàn hồi hệ số Poison Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng đập trụ pin - Phân tích so sánh ứng suất biến dạng trụ pin đập tràn mơ hình hóa phần tử khối phần tử vỏ Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: - Thu thập tổng hợp tài liệu nghiên cứu có ngồi nước liên quan đến đề tài - Thu thập tổng hợp tài liệu cơng trình hồ chứa nước Mỹ Lâm Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp điều tra, thu thập tổng hợp tài liệu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, sử dụng mơ hình tốn - Phương pháp sử dụng phần mềm SAP2000 để tính tốn ứng suất biến dạng - Phương pháp phân tích, tổng hợp Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 72 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3-10: Kết tính tốn chuyển vị trụ Các trường hợp TH1 TH2 TH3 Môđun đàn hồi E (10 T/m ) 0,001E 0,01E U1 điểm 46749 (mm) -11,93 -0,84 U2 điểm 46749 (mm) 0,13 0,12 U3 điểm 46749 (mm) -96,01 -9,97 0,1E 0,14 0,07 -1,26 THTT TH4 1E 0,18 0,04 -0,34 10E 0,17 0,03 -0,24 TH5 TH6 100E 1000E 0,17 0,17 0,03 0,03 -0,23 -0,23 BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI CHUYỂN VỊ TRỤ BIÊN U (mm) 10,00 0,00 -10,00 -20,00 -30,00 Chuyển vị U1 -40,00 Chuyển vị U2 -50,00 Chuyển vị U3 E bê tông M250 -60,00 -70,00 -80,00 -90,00 0,001E 0,01E 0,1E 1E 10E 100E 1000E E (T/m ) Hình 3-41: Biểu đồ thay đổi chuyển vị trụ biên BIỂU ĐỒ THAY ĐỔI CHUYỂN VỊ TRỤ GIỮA U (mm) 10,00 0,00 -10,00 -20,00 -30,00 Chuyển vị U1 -40,00 Chuyển vị U2 -50,00 Chuyển vị U3 -60,00 E bê tông M250 -70,00 -80,00 -90,00 -100,00 0,001E 0,01E 0,1E 1E 10E 100E 1000E E (T/m2) Hình 3-42: Biểu đồ thay đổi chuyển vị trụ Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 73 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Từ kết tính tốn ta thấy: Biểu đồ thay đổi chuyển vị trụ có dạng giống Khi độ cứng tăng lên chuyển vị thay đổi Khi độ cứng giảm xuống chuyển vị U2 gần khơng thay đổi, chuyển vị U1 thay đổi chuyển vị U3 thay đổi nhiều Từ rút kết luận: - Khi cứng độ cứng ảnh hưởng đến chuyển vị U1, U2 U3 trụ biên trụ - Khi mềm độ cứng ảnh hưởng đến chuyển vị theo phương U1, U2 ảnh hưởng nhiều đến chuyển vị theo phương U3 trụ biên trụ 3.6 Kết luận chương III Trong chương này, dựa số liệu thực tế đập tràn Ôphixêrốp hồ chứa nước Mỹ Lâm tác giả tiến hành phân tích trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn trụ pin độ cứng thay đổi theo phương pháp phần tử hữu hạn (Sử dụng phần mềm SAP2000 phiên 14) Từ kết tính tốn rút kết luận sau: - Ứng suất theo phương S33 (ứng suất pháp theo phương trục Z) điểm đáy đập biến đổi nhiều giới hạn độ cứng thay đổi (với cơng trình từ 0,01E đến 100E), ngồi giới hạn ứng suất biến đổi Cịn điểm đáy chân khay ứng suất biến đổi không đáng kể so với biến đổi độ cứng đập - Chuyển vị theo phương U3 (chuyển vị theo phương trục Z) đáy đập tỷ lệ nghịch với độ cứng Quan hệ chuyển vị U3 độ cứng coi quan hệ tuyến tính - Ứng suất theo phương S11, Smax trụ biên trụ phụ thuộc vào độ cứng Trong thiết kế ứng suất S11, Smax dùng để tính tốn, bố trí cốt thép chịu lực - Chuyển vị theo phương U1, U2 trụ biên trụ phụ thuộc vào độ Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 74 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật cứng Chuyển vị theo phương U3 phụ thuộc nhiều vào độ cứng Các kết luận cho thấy độ cứng ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn trụ pin Trong thực tế, đập tràn bê tông trọng lực thường đặt địa chất tốt độ lún cho phép ≤ 100mm Vì giai đoạn thiết kế sơ hoạc khơng có tài liệu địa chất lấy tài liệu địa chất cơng trình tương tự để tính tốn Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 75 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRỤ PIN ĐẬP TRÀN THEO CÁC MƠ HÌNH KHÁC NHAU 4.1 Mơ hình hóa trụ pin phần tử vỏ Xây dựng mơ hình phần tử vỏ Shell SAP2000 giống chương (mục 3.3.3) Ở mục định nghĩa SAP2000 (mục 3.3.4) thêm định nghĩa phần tử vỏ Define > Section Propeties > Area Sections > Add New Section > Shell Section Data > Shell - Thin nhập tên vật liệu phần tử vỏ Gán phần tử vỏ lên mơ hình, nhân theo phương Y chỉnh sửa trụ Xây dựng mơ hình tai van phần tử khối giống chương Khai báo áp lực nước tác dụng vào cửa van dạng lực tập trung nút Trụ pin mơ hình hóa phần tử vỏ khơng xét tới ảnh hưởng biến dạng đập nên gán liên kết trụ pin với mặt đập liên kết ngàm cứng Tổ hợp tải trọng: TO HOP = 1,05DEAD (TLBT) + ALNTL + 1,2ALNCV Chạy chương trình: Analyze > Set Analysis Options > Space Frame > OK Analyze > Set Load Cases to Run > Run Now > Analysis Complete > OK Hình 4-1: Mơ hình phần tử vỏ áp lực nước thượng lưu Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 76 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-2: Mơ hình phần tử vỏ áp lực nước cửa van 4.2 So sánh kết tính tốn ứng suất biến dạng theo hai mơ hình 4.2.1 Trạng thái ứng suất điểm phần tử vỏ Hệ tọa độ địa phương phần tử vỏ quy định sau: trục ln vng góc với mặt phẳng phần tử, trục nằm mặt phẳng phần tử Ứng suất phần tử vỏ lực đơn vị diện tích Nội lực phần tử vỏ lực mô mem đơn vị chiều dài, tích phân thành phần ứng suất chiều dày phần tử Trạng thái ứng suất điểm phần tử vỏ quy định sau: Ứng suất nội lực màng Mô mem uốn xoắn Hình 4-3: Trạng thái ứng suất nội lực điểm phần tử vỏ Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 77 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Dựa vào trạng thái ứng suất điểm phần tử vỏ phần tử khối ta thấy thành phần ứng suất sau tương đương nhau: Bảng 4-1: Các thành phần ứng suất tương đương Ứng suất phần tử vỏ Ứng suất phần tử khối S11 S11 S22 S33 S12 S13 S13 S12 S23 SMAX SMIN S23 SMAX SMIN 4.2.2 So sánh kết tính tốn ứng suất theo hai mơ hình Trụ biên: chọn mặt phẳng Y = 30 (mặt có tai van) để so sánh Trụ giữa: chọn mặt phẳng Y = 20 để so sánh So sánh kết tính tốn ứng suất S11, S22 S12 theo mơ hình phần tử vỏ với ứng suất S11, S33 S13 theo mơ hình phần tử khối điểm có vị trí 59, 61, 62 mơ hình phần tử khối Kết tính tốn sau: Hình 4-4: Vị trí điểm so sánh ứng suất Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 78 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-5: Phổ màu ứng suất S11 theo mơ hình phần tử vỏ Hình 4-6: Phổ màu ứng suất S11 theo mơ hình phần tử khối Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 79 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-7: Phổ màu ứng suất S22 theo mơ hình phần tử vỏ Hình 4-8: Phổ màu ứng suất S33 theo mơ hình phần tử khối Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 80 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 4-9: Phổ màu ứng suất S12 theo mơ hình phần tử vỏ Hình 4-10: Phổ màu ứng suất S13 theo mơ hình phần tử khối Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 81 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Bảng 4-2: So sánh trạng thái ứng suất trụ biên Ứng suất trụ biên mặt có tai van (T/m2) Phần tử Điểm 59 (Tâm quay gối Điểm 61 lề) Điểm 62 S11 S22 S12 S11 S22 S12 S11 S22 S12 35,97 -5,67 3,41 -19,98 -27,74 6,21 -10,27 -15,78 -6,27 S11 S33 S13 S11 S33 S13 S11 S33 S13 46,01 -4,26 8,92 -24,36 -26,26 12,44 -9,60 -19,06 -6,32 Δ=|S|-|Sh| 10,04 -1,41 5,51 4,38 -1,48 6,23 -0,67 3,28 0,05 Tỷ lệ S/Sh 1,28 0,75 2,62 1,22 0,95 2,00 0,93 1,21 1,01 Shell Solid Bảng 4-3: So sánh trạng thái ứng suất trụ Ứng suất trụ (T/m2) Phần tử Điểm 59 Điểm 61 Điểm 62 S11 S22 S12 S11 S22 S12 S11 S22 S12 12,37 -17,80 1,29 -6,77 -17,43 10,19 -0,59 -11,77 -5,86 S11 S33 S13 S11 S33 S13 S11 S33 S13 26,80 -10,22 6,91 -10,19 -21,08 10,74 -2,44 -15,18 -4,34 Δ=|S|-|Sh| 14,43 7,58 5,62 -3,42 -3,65 0,55 -1,85 -3,41 1,52 Tỷ lệ S/Sh 2,17 0,57 5,36 1,51 1,21 1,05 4,14 1,29 0,74 Shell Solid Dựa vào hình 4-5 đến hình 4-10 ta thấy phổ màu ứng suất trụ pin tính theo hai mơ hình có dạng phân bố gần giống Dựa vào bảng 4-2, bảng 4-3 ta thấy giá trị ứng suất trụ pin tính theo hai mơ hình có chênh lệch lớn Trong ứng suất trụ sai khác nhiều ứng suất trụ biên Phần lớn ứng suất tính theo mơ hình phần tử khối (đập làm việc đồng thời) có giá trị lớn ứng suất tính theo mơ hình phần tử vỏ Sự sai lệch trụ pin mơ hình phần tử vỏ mơ hình đơn giản khơng xét tới ảnh hưởng biến dạng đập Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 82 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.2.3 So sánh kết tính tốn chuyển vị theo hai mơ hình Trụ biên: chọn mặt phẳng Y = 30 (mặt có tai van) để so sánh Trụ giữa: chọn mặt phẳng Y = 20 để so sánh So sánh kết tính tốn chuyển vị U1, U2, U3 điểm có vị trí 59, 12, trụ biên 59, 12, trụ Kết tính tốn cho bảng 4-4, bảng 4-5 Bảng 4-4: So sánh chuyển vị trụ biên Chuyển vị trụ biên mặt có tai van (mm) Phần tử Điểm 59 Điểm 12 Điểm U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3 Shell 0,090 0,048 -0,121 0,104 -0,034 -0,036 0,136 0,338 -0,226 Solid 0,187 0,254 -0,359 0,145 0,187 -0,375 0,202 0,775 -0,415 Δ=|S|-|Sh| 0,097 0,206 0,238 0,041 0,153 0,339 0,066 0,437 0,189 Tỷ lệ S/Sh 2,078 5,292 2,967 1,394 -5,500 10,417 1,485 2,293 1,836 Bảng 4-5: So sánh chuyển vị trụ Chuyển vị trụ (mm) Phần tử Điểm 59 Điểm 12 Điểm U1 U2 U3 U1 U2 U3 U1 U2 U3 Shell 0,101 0,000 -0,111 0,103 0,000 -0,037 0,120 0,000 -0,148 Solid 0,177 0,015 -0,321 0,165 0,039 -0,311 0,181 0,040 -0,344 Δ=|S|-|Sh| 0,076 0,015 0,210 0,062 0,039 0,274 0,061 0,040 0,196 Tỷ lệ S/Sh 1,752 2,892 1,602 8,405 1,508 2,324 Bảng 4-4, bảng 4-5 cho thấy giá trị chuyển vị trụ pin tính theo mơ hình phần tử khối (đập làm việc đồng thời) lớn giá trị chuyển vị tính theo mơ hình phần tử vỏ mơ hình phần tử vỏ khơng xét tới biến dạng đập Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 83 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4.3 Kết luận chương IV Trong chương này, tác giả tiến hành nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng trụ pin theo mơ hình khác Từ kết tính tốn rút kết luận: giá trị ứng suất biến dạng trụ pin tính theo mơ hình phần tử khối (đập làm việc đồng thời) lớn giá trị ứng suất biến dạng trụ pin tính theo mơ hình phần tử vỏ mơ hình phần tử vỏ khơng kể tới biến dạng đập Ứng suất biến dạng trụ pin tính theo mơ hình phần tử khối với đập làm việc đồng thời cho kết xác phản ánh đắn làm việc cơng trình thực tế Ứng suất biến dạng tính theo mơ hình phần tử vỏ với sơ đồ tính tốn đơn giản hóa có sai số lớn thiết kế cơng trình nên sử dụng mơ hình để tính tốn giai đoạn thiết kế sơ Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 84 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt Tính tốn ứng suất biến dạng đập tràn Ơphixêrốp trụ pin cửa van cung theo mơ hình khơng gian chiều phương pháp phần tử hữu hạn Trong đập tràn, trụ pin cơng trình mơ hình phần tử khối (Solid) làm việc đồng thời Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn trụ pin độ cứng thay đổi Qua phân tích cho thấy độ cứng ảnh hưởng đến trạng thái ứng suất biến dạng đập tràn trụ pin Vì giai đoạn thiết kế sơ hoạc khơng có tài liệu địa chất lấy tài liệu địa chất cơng trình tương tự để tính tốn Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng trụ pin theo mơ hình phần tử khối (đập làm việc đồng thời) theo mơ hình phần tử vỏ với sơ đồ đơn giản hóa bỏ qua ảnh hưởng biến dạng đập Qua phân tích cho thấy ứng suất biến dạng mơ hình phần tử khối lớn nhiều Mơ hình phần tử khối cho kết xác tính tốn phức tạp, khối lượng cơng việc lớn Mơ hình phần tử vỏ có ưu điểm tính tốn đơn giản, cho kết nhanh chóng khơng xác Vì tính tốn kết cấu cơng trình nên sử dụng mơ hình phần tử khối để tính tốn Cịn mơ hình phần tử vỏ nên dùng tính tốn giai đoạn thiết kế sơ Hạn chế, tồn Chưa xét đến tổ hợp tải trọng đặc biệt như: lực động đất, áp lực có mực nước dâng gia cường, áp lực thấm thiết bị chống thấm thiết bị nước khơng làm việc Chưa xét đến trường hợp đóng mở thực tế cửa van như: cửa đóng – hai cửa mở hoạc hai cửa đóng – cửa mở Chưa kể đến áp lực ngang tác dụng lên trụ pin theo phương vng góc với mặt phẳng tải trọng nhà quản lý vận hành cửa van Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 85 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Tác giả phân tích ứng suất biến dạng mặt phẳng điểm đặc biệt mà chưa phân tích thay đổi tổng thể tồn kết cấu khơng gian chiều Kiến nghị hướng nghiên cứu Luận văn nghiên cứu cho cơng trình cụ thể nên chưa thấy rõ quy luật thay đổi ứng suất biến dạng cơng trình độ cứng thay đổi Vì tác giả dự kiến nghiên cứu tính tốn cho nhiều cơng trình tương tự khác để tìm quy luật phân bố ứng suất Tác giả luận văn dùng phần mềm SAP2000 V14 để tính tốn Hiện nay, chương trình phân tích nội lực thiết kế kết cấu phong phú số lượng như: phần mềm ANSYS, STAAD Pro, ETABS, SAMCEF, STRAND, PLAXIS… Nên tác giả dự kiến nghiên cứu tính tốn kết cấu nhiều phần mềm khác để so sánh đối chiếu kết tìm phần mềm phù hợp với công việc thiết kế Dựa vào kết tính tốn ứng suất nghiên cứu tính tốn bố trí cốt thép cho cơng trình hợp lý, đặc biệt bố trí cốt thép phần tai van phần chịu áp lực nước trực tiếp cửa van truyền tới Dẫu biết tri thức bao la, rộng lớn mà trình độ nhận thức có hạn, tác giả hy vọng luận văn đóng góp phần nhỏ bé cho cơng việc tính tốn kết cấu cơng trình thủy lợi để lý thuyết khơng tồn màu xám đời mãi xanh tươi Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 Trường Đại Học Thủy Lợi 86 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ NN&PTNT (2004), Sổ tay kỹ thuật Thủy lợi, NXB Nông nghiệp Bộ NN&PTNT (2012), Cơng trình Thủy lợi - Các qui định chủ yếu thiết kế QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT Bộ Xây dựng (1995), Tải trọng tác động lên cơng trình TCVN 2737-1995, NXB Xây dựng, Hà Nội Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái (2004), Thủy công tập 1&2, NXB Xây dựng, Hà Nội Trường Đại học Thủy lợi (2004), Đồ án môn học thủy công, NXB Xây dựng, Hà Nội Vũ Hoàng Hưng (2012), Sap 2000 Phân tích kết cấu cơng trình thủy lợi thủy điện, NXB Xây dựng, Hà Nội Đỗ Văn Đệ (2012), Sap 2000 Ứng dụng vào tính tốn kết cấu cơng trình, NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Viết Trung (2012), Phân tích thiết kế kết cấu xây dựng phần mềm Sap 2000, NXB Xây dựng, Hà Nội Bùi Đức Vinh (2006), Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm SAP2000, NXB Thống kê 10 Nguyễn Trâm - Trần Quốc Ca (2013), Phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng tính tốn kỹ thuật, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh 11 EM 1110-2-6050 (1999), Response Spectra and Seismic Analysis for Concrete Hydraulic Structures 12 EM-1110-2-6051 (2003), Time – History Dynamic Analysis for Concrete Hydraulic Structures 13 CSI (2009), SAP2000 Basic Analysis Reference Manual 14 CSI (2010), CSI Analysis Reference Manual Học viên: Nguyễn Tuấn Đức Lớp: CH19C21 ... tràn Ôphixêrốp 35 CHƯƠNG 39 ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA NỀN TỚI TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP TRÀN VÀ TRỤ PIN VAN CUNG HỒ CHỨA NƯỚC MỸ LÂM.39 Học viên: Nguyễn Tuấn... Đại Học Thủy Lợi 39 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG ĐỘ CỨNG CỦA NỀN TỚI TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP TRÀN VÀ TRỤ PIN VAN CUNG HỒ CHỨA NƯỚC MỸ LÂM 3.1 Giới thiệu chung hồ chứa... thái ứng suất biến dạng đập tràn Ôphixêrốp trụ pin van cung Phân tích so sánh ứng suất biến dạng trụ pin đập tràn mơ hình hóa phần tử khối phần tử vỏ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên