Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng kết cấu tháp van cống bê tông cốt thép lắp ghép dự ứng lực

i L I CÁM N Lu n v n th c s :“ Nghiên c u tr ng thái ng su t bi n d ng k t c u tháp van c ng bê tông c t thép l p ghép d đ yêu c u đ c ng đ ng l c” đ c tác gi hoàn thành đ m b o đ y c phê t Tác gi xin chân thành c m n PGS.TS Nguy n C nh Thái, TS H S Tâm, Tr ng i h c Thu L i Hà N i t n tình h lu n v n, th y cô tr ng ng d n, giúp đ đ tác gi hoàn thành i h c Thu L i Hà N i, th y khoa Cơng trình t n t y gi ng d y tác gi su t trình h c t i tr ng Tác gi c ng xin g i cám n chân thành đ n lãnh đ o đ ng nghi p b môn Th y công h t s c t o u ki n giúp đ t n tình su t th i gian h c hồn thành lu n v n Tuy có nh ng c g ng song th i gian có h n, trình đ b n thân cịn h n ch , lu n v n không th tránh kh i nh ng t n t i, tác gi mong nh n đ c nh ng ý ki n đóng góp trao đ i chân thành c a th y cô giáo, anh ch em b n bè đ ng nghi p Tác gi r t mong mu n nh ng v n đ t n t i s đ tri n c tác gi phát m c đ nghiên c u sâu h n góp ph n ng d ng nh ng ki n th c khoa h c vào ph c v đ i s ng s n xu t Xin chân thành c m n! Hà N i, ngày tháng n m 2015 H c viên Tr n Duy Quân ii L I CAM OAN Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n c a tơi hồn tồn làm, nh ng k t qu nghiên c u tính tốn trung th c Trong q trình làm lu n v n tơi có tham kh o tài li u liên quan nh m kh ng đ nh thêm s tin c y tính c p thi t c a đ tài Tôi không chép t b t k ngu n khác, n u vi ph m xin ch u trách nhi m tr Nhà tr c Khoa ng Hà N i, Ngày tháng n m 2015 Tác gi lu n v n Tr n Duy Quân iii M CL C L I CÁM N .i L I CAM OAN .ii M C L C iii DANH M C CÁC HÌNH NH .vi DANH M C B NG BI U x M U I Tính c p thi t c a đ tài: .1 II M c đích c a đ tài: III Cách ti p c n ph ng pháp nghiên c u: IV K t qu d ki n đ t đ CH D c: NG 1: T NG QUAN V QUÁ TRÌNH S A CH A, NÂNG C P C NG I P 1.1 Khái quát hi n tr ng h ch a s c th 1.1.1 Hi n tr ng an toàn h ch a 1.1.2 Các s c th ng g p ng g p c ng Vi t Nam c ng 1.2 Tình hình s a ch a nâng c p c ng l y n c Vi t Nam 1.3 Nh ng khó kh n vi c thi công s a ch a, xây m i tháp van c ng 1.4 xu t gi i pháp k t c u bê tông c t thép l p ghép ng su t tr c thi t k , thi công tháp van c ng 11 1.5 K t lu n ch CH NG 2: PH NG SU T TR ng 12 NG PHÁP TÍNH TỐN K T C U BÊ TƠNG C T THÉP C .13 2.1 Khái quát v k t c u bê tông c t thép ng su t tr ng d ng k t c u bê tông c t thép ng su t tr c c tình hình nghiên c u, Vi t Nam .13 2.1.1 Khái quát v k t c u bê tông c t thép ng su t tr c .13 2.1.2 L ch s nghiên c u ng d ng k t c u bê tông ng su t tr gi i c th 15 2.1.3 L ch s nghiên c u ng d ng k t c u bê tông ng su t tr c Vi t Nam 18 2.2 V t li u thi t b dùng cho bê tông c t thép ng su t tr c 20 iv 2.2.1 Bê tông 20 2.2.2 C t thép 21 2.3 Ph ng pháp tính tốn k t c u bê tơng c t thép ng su t tr 2.3.1 S hình thành phát tri n v t n t c 23 ti t di n th ng góc c u ki n ch u u n 23 2.3.2 S t n hao ng su t tr 2.3.3 Các ph 2.4 Ph c 26 ng pháp tính tốn k t c u bê tông c t thép ng su t tr c 28 ng pháp ph n t h u h n phân tích ng su t bi n d ng k t c u bê tông c t thép 31 2.5 L a ch n ph n m m tính tốn 33 2.6 Các b c mơ hình gi i tốn ng su t bi n d ng b ng ph n m m ANSYS 35 2.7 Các d ng ph n t s d ng đ mô ph ng k t c u tháp van ANSYS 36 2.7.1 Ph n t LINK8 .36 2.7.2 Ph n t SOLID45 38 2.7.3 Ph n t SHELL63 41 2.7.4 C p ph n t CONTA173-TARGE170 .42 2.8 K t lu n ch CH ng 42 NG 3: PHÂN TÍCH TR NG THÁI C U THÁP VAN L P GHÉP NG SU T VÀ BI N D NG K T NG SU T TR C 43 3.1 T ng quan .43 3.2 V trí b trí tháp van c ng .43 3.3 Các gi thi t nghiên c u .44 3.4 Xây d ng tr ng h p tính tốn 46 3.5 Phân tích hình th c k t c u tháp van ng su t tr c 47 3.6 Xác đ nh m i quan h gi a chi u dày tháp c ng l c kéo cáp yêu c u 50 3.6.1 Lý lu n chung 50 3.6.2 Các n c a toán 53 3.6.3 Các đ c tr ng hình h c c a ti t di n ngang tháp van .55 3.6.4 Các l c tác d ng lên tháp van c ng 55 3.6.5 Ki m tra đ b n n đ nh c a tháp c ng .57 3.6.6 K t qu tính toán .58 3.7 K t lu n ch ng 62 v CH NG 4: ÁP D NG K T C U THÁP VAN C NG L P GHÉP TR C CHO C NG V NH TRINH – QU NG NAM 63 4.1 Gi i thi u v c m cơng trình đ u m i h ch a n NG SU T c V nh Trinh .63 4.1.1 V trí đ a lý .63 4.1.2 Hi n tr ng c ng l y n c th i m s a ch a, nâng c p 64 4.1.3 Gi i pháp s a ch a, nâng c p c ng .65 4.2 L a ch n thơng s , hình th c k t c u tháp c ng 71 4.2.1 L a ch n v trí chi u cao tháp van c ng 72 4.2.2 L a ch n kích th c tháp van 72 4.2.3 L a ch n chi u dày chi u cao đo n tháp van 72 4.3 Xác đ nh l c kéo cáp yêu c u 73 4.3.1 Tr ng h p tính tốn .73 4.3.2 Tính tốn xác đ nh l c kéo cáp yêu c u 74 4.4 L a ch n thông s k thu t c a cáp ng su t tr c 74 4.5 Ki m tra đ b n n đ nh k t c u tháp van l p ghép ng su t tr 4.5.1 Tr c 76 ng h p tính tốn .76 4.5.2 N i dung ki m tra 76 4.5.3 Các thông s đ u vào .77 4.5.4 K t qu ki m tra 78 4.6 Mơ hình tính tốn b ng ph n m m ANSYS phân tích k t qu tính tốn 78 4.6.1 Mơ hình tính toán b ng ph n m m ANSYS .78 4.6.2 K t qu tính tốn .86 4.6.3 Phân tích k t qu 101 4.7 K t lu n ch ng 102 K T LU N VÀ KI N NGH 104 Nh ng k t qu đ t đ c 104 T n t i ki n ngh 105 TÀI LI U THAM KH O 106 PH L C TÍNH TỐN 108 vi DANH M C CÁC HÌNH NH Hình 1.1: Tháp van h Tri u Th ng - Qu ng Tr .4 Hình 1.2: Tháp van h Khe Làng - Ngh An Hình 1.3: Tháp van h Ch n S n – Qu ng Nam Hình 1.4: Kh p n i 2, sau tháp van c ng h ch a n c B n Muông – S n La b h ng Hình 1.5: C ng d n dòng h Ia Krel b gãy .5 Hình 1.6: Hi n t ng xâm th c bêtông bên c ng La Ngà t i v trí tháp van Hình 1.7: Hi n t ng rị n c qua khe van c ng La Ngà Hình 1.8: Thân c ng h Su i Hai b xâm th c, d t .6 Hình 1.9: Hi n t ng th m d c theo mang c ng gây v đ p Z20-Hà T nh Hình 1.10: Thi cơng c ng h ng S Hình 1.11: Bi u đ bi n thiên m c n ch a n c h l u l ng n c yêu c u t i đ u m i h c La Ngà – Qu ng Tr , n m 2014 10 Hình 1.12: Bi u đ bi n thiên m c n ch a n ng – Hà Tây c h l u l ng n c yêu c u t i đ u m i h c La Ngà – Qu ng Tr , tháng 8-9, n m 2014 11 Hình 2.1: p tr ng l c ng su t tr c 17 Hình 2.2: M t s c u ki n bê tông c t thép ng su t tr c .19 Hình 2.3: S đ ng su t ti t di n th ng góc giai đo n I .24 Hình 2.4: S đ ng su t ti t di n th ng góc giai đo n II 25 Hình 2.5: S đ ng su t ti t di n th ng góc giai đo n III 26 Hình 2.6: S đ ng su t dùng đ tính tốn theo ph ng pháp ng su t cho phép .28 Hình 2.7: S đ ng su t dùng đ tính tốn theo ph ng pháp giai đo n phá ho i .29 Hình 2.8: Giao di n hi n th ph n m m ANSYS 35 Hình 2.9: Ph n t LINK8 37 Hình 2.10: Ph n t SOLID45 38 Hình 2.11: S đ thành ph n ng su t c a ph n t SOLID45 39 Hình 2.12: S đ hình d ng hình h c, h t a đ ph n t SHELL63 41 Hình 2.13: ng su t đ u ph n t SHELL63 41 Hình 3.1: S đ b trí tháp van c ng ng m d i thân đ p 44 Hình 3.2: S đ hình h c tháp van l p ghép ng su t tr c 46 vii Hình 3.3: M t b ng tháp van l p ghép ng su t tr c 46 Hình 3.4: S đ n i ti p đo n tháp van c ng d ng ph ng 48 Hình 3.5: S đ b trí n i ti p đo n tháp van d ng kh p âm d ng m vng 48 Hình 3.6: S đ b trí n i ti p đo n tháp van d ng kh p âm d ng m vát 49 Hình 3.7: S đ b trí n i ti p đo n tháp van d ng kh p âm d ng toàn c nh 50 Hình 3.8: S đ b trí tháp van c ng v trí II 51 Hình 3.9: S đ tính tốn tháp van c ng Hình 3.10: S đ b trí tháp van c ng v trí II, TH1, 2, .51 v trí III 51 Hình 3.11: S đ tính tốn tháp van c ng v trí III, TH1, 2, 52 Hình 3.12: S đ tính tốn tháp van c ng, TH4 52 Hình 3.13: Các kích th c c b n c a tháp van c ng 53 Hình 3.14: Bi u đ quan h gi a Tyc – t, tr ng h p B=2,0m x L=2,0m, tháp van b trí v trí II 59 Hình 3.15: Bi u đ quan h gi a Tyc – t, tr ng h p B=2,0m x L=2,0m, tháp van b trí v trí III 60 Hình 3.16: Bi u đ quan h gi a Tyc – t, B=3,8m x L=4,0m, H = 25m, TH4 61 Hình 4.1: V trí đ a lý h ch a n c V nh Trinh 63 Hình 4.2: Bong tróc tr n c ng, th m qua thân c ng 64 Hình 4.3: Th m qua thân c ng 65 Hình 4.4: Bi u đ bi n thiên m c n ch a n ng n c yêu c u t i đ u m i h c V nh Trinh – Qu ng Nam, n m 2014 70 Hình 4.5: Bi u đ bi n thiên m c n ch a n c h l u l c h l u l ng n c yêu c u t i đ u m i h c V nh Trinh – Qu ng Nam, tháng 8,9 - n m 2014 71 Hình 4.6: Các ph n t m t PLANE42 đ t o kh i đo n tháp van 79 Hình 4.7: Mơ hình ph n t m t đo n tháp van TH1 79 Hình 4.8: Mơ hình hình h c tháp van TH1 .80 Hình 4.9: Mơ hình ph n t tháp van TH1 80 Hình 4.10: Gán ph n t ti p xúc bó cáp ng su t tr c TH1 81 Hình 4.11: Gán liên k t tai đáy tháp van gia t c tr ng TH1 81 Hình 4.12: Gán u ki n biên t i tr ng TH1 .82 Hình 4.13: Mơ hình hình h c tháp van TH2 .82 viii Hình 4.14: Mơ hình ph n t tháp van TH2 83 Hình 4.15: Mơ hình u ki n biên TH2 83 Hình 4.16: Mơ hình hình h c tháp van TH3 .84 Hình 4.17: Mơ hình ph n t tháp van TH3 84 Hình 4.18: Mơ hình u ki n biên TH3 85 Hình 4.19: Mơ hình ph n t mô t v t li u thép TH3 85 Hình 4.20: S đ b trí m t c t xu t k t qu 86 Hình 4.21: Ph chuy n v theo ph ng y (UY) tháp van c ng, TH1 87 Hình 4.22: Ph chuy n v theo ph ng y (UY) tháp van c ng, TH2 87 Hình 4.23: Ph chuy n v theo ph ng y (UY) tháp van c ng, TH3 88 Hình 4.24: Ph ng su t SY tháp van c ng, TH1 88 Hình 4.25: Ph ng su t SY tháp van c ng, TH2 89 Hình 4.26: Ph ng su t SY tháp van c ng, TH3 89 Hình 4.27: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 1-1, TH1 .90 Hình 4.28: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 1-1, TH2 .90 Hình 4.29: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 1-1, TH3 .91 Hình 4.30: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 1-1, TH1 91 Hình 4.31: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 1-1, TH2 92 Hình 4.32: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 1-1, TH3 92 Hình 4.33: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 2-2, TH1 .93 Hình 4.34: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 2-2, TH2 .93 Hình 4.35: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 2-2, TH3 .94 Hình 4.36: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 2-2, TH1 94 Hình 4.37: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 2-2, TH2 95 Hình 4.38: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 2-2, TH3 95 Hình 4.39: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 3-3, TH1 .96 Hình 4.40: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 3-3, TH2 .96 Hình 4.41: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 3-3, TH3 .97 Hình 4.42: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 3-3, TH1 97 Hình 4.43: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 3-3, TH2 98 Hình 4.44: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 3-3, TH3 98 Hình 4.45: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 4-4, TH1 .99 ix Hình 4.46: Bi u đ chuy n v theo ph ng Y (UY) m t c t 4-4, TH3 .99 Hình 4.47: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 4-4, TH1 100 Hình 4.48: Bi u đ ng su t theo ph ng Y (SY) m t c t 4-4, TH3 100 x DANH M C B NG BI U B ng 2.1: B ng quy đ nh s d ng c p đ b n v i bê tông k t c u 21 ng su t tr B ng 2.2: c 21 c tính c a tao thép xo n s i không v b c theo ASTM A416 .22 B ng 2.3: B ng t ng h p lo i t n hao ng su t 27 B ng 2.4: B ng đ l n t n hao ng su t tr c c tính (%) .27 B ng 2.5: S li u đ u vào c a ph n t LINK8 37 B ng 2.6: S li u đ u c a ph n t LINK8 37 B ng 2.7: S li u đ u vào c a ph n t SOLID45 .38 B ng 2.8: S li u đ u c a ph n t SOLID45 40 B ng 3.1: B ng t ng h p tr ng h p tính tốn 47 B ng 3.2: B ng h s đ ng đ t 55 B ng 3.3: B ng quan h gi a Tyc – t, tr ng h p B=2,0m x L=2,0m, tháp van b trí v trí II .58 B ng 3.4: B ng quan h gi a Tyc – t, tr ng h p B=2,0m x L=2,0m, tháp van b trí v trí III 59 B ng 3.5: B ng quan h gi a Tyc – t, B=3,8m x L=4,0m, H = 25m, TH4 60 B ng 4.1: B ng thông s c b n h ch a n c V nh Trinh 66 B ng 4.2: B ng t ng h p thông s đ ch n cáp thép 75 B ng 4.3: K t qu ki m tra n đ nh đ b n tháp van c ng TH1 .78 168 Hình PL 6.19: Ph chuy n v theo ph ng x (UX) tháp van c ng, TH2 Hình PL 6.20: Ph chuy n v theo ph ng y (UY) tháp van c ng, TH2 169 Hình PL 6.21: Ph ng su t SX, tháp van c ng, TH2 Hình PL 6.22: Ph ng su t SY, tháp van c ng, TH2 170 Hình PL 6.23: Bi u đ chuy n v UX, m t c t 1-1, TH2 Hình PL 6.24: Bi u đ chuy n v UY, m t c t 1-1, TH2 171 Hình PL 6.25: Bi u đ ng su t SY, m t c t 1-1, TH2 Hình PL 6.26: Bi u đ chuy n v UX, m t c t 2-2, TH2 172 Hình PL 6.27: Bi u đ chuy n v UY, m t c t 2-2, TH2 Hình PL 6.28: Bi u đ ng su t SY, m t c t 2-2, TH2 173 Hình PL 6.29: Bi u đ chuy n v UX, m t c t 3-3, TH2 Hình PL 6.30: Bi u đ chuy n v UY, m t c t 3-3, TH2 174 Hình PL 6.31: Bi u đ ng su t SY, m t c t 3-3, TH2 PL 6.3 K t qu tính tốn cho TH3 Hình PL 6.32: Bi n d ng t ng th tháp van c ng, TH3 175 Hình PL 6.33: Ph chuy n v theo ph ng x (UX) tháp van c ng, TH3 Hình PL 6.34: Ph chuy n v theo ph ng y (UY) tháp van c ng, TH3 176 Hình PL 6.35: Ph ng su t SX, tháp van c ng, TH3 Hình PL 6.36: Ph ng su t SY, tháp van c ng, TH3 177 Hình PL 6.37: Bi u đ chuy n v UX, m t c t 1-1, TH3 Hình PL 6.38: Bi u đ chuy n v UY, m t c t 1-1, TH3 178 Hình PL 6.39: Bi u đ ng su t SY, m t c t 1-1, TH3 Hình PL 6.40: Bi u đ chuy n v UX, m t c t 2-2, TH3 179 Hình PL 6.41: Bi u đ chuy n v UY, m t c t 2-2, TH3 Hình PL 6.42: Bi u đ ng su t SY, m t c t 2-2, TH3 180 Hình PL 6.43: Bi u đ chuy n v UX, m t c t 3-3, TH3 Hình PL 6.44: Bi u đ chuy n v UY, m t c t 3-3, TH3 181 Hình PL 6.45: Bi u đ ng su t SY, m t c t 3-3, TH3 Hình PL 6.46: Bi u đ chuy n v UX, m t c t 4-4, TH3 182 Hình PL 6.47: Bi u đ chuy n v UY, m t c t 4-4, TH3 Hình PL 6.48: Bi u đ ng su t SY, m t c t 4-4, TH3 ... nghiên c u tr ch r ng, bê tông c t thép dùng k t c u bê tông ng su t tr ph i s d ng bê tông c ng đ cao c t thép c đ t o k t c u bê tông c t thép ng su t tr c c c n thi t ng đ cao [10,11,18] Bên... thi công k t c u bê tông c t thép ng su t tr mu n s t n hao ng su t nh t t, v y bê tông c d ng Bên c nh đó, vi c s d ng bê tông c đ i v i k t c u bê tông c t thép ng su t tr - Bê tông c th ng đ... bi t tháp van c ng ng m theo ph ng pháp thi công bê tông c t thép truy n th ng g p m t s khó kh n Do v y n u gi i pháp k t c u bê tông c t thép ng su t tr m t ph c l p ghép áp d ng cho tháp van