PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI VA CHẠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

Kết cấu trụ cầu bê tông cốt thép (BTCT) thường được thiết kế để chống lại tải trọng gió, địa chấn và đặc biệt là sự va chạm của các phương tiện đường thủy. Tai nạn va chạm giữa phương tiện đường thủy và trụ cầu không chỉ là vấn đề hay xảy ra ở Việt Nam mà còn ở trên thế giới. Trước những thiệt hại to lớn gây ra bởi va chạm giữa phương tiện đường thủy với trụ cầu, việc nghiên cứu các biện pháp bảo vệ trụ cầu trước nguy cơ va chạm này là cần thiết. Tuy nhiên, những nghiên cứu về các biện pháp phòng tránh va chạm tàu tại Việt Nam thông qua mô phỏng số hiện nay còn rất hạn chế. Trong bài báo này, nhóm tác giả sẽ phân tích sự phá hủy của trụ cầu bê tông cốt thép khi va chạm với sà lan thông qua chương trình ANSYS với mô đun Explicit. Đồng thời, xác định các vị trí bị phá hủy của trụ cầu trong quá trình va chạm để từ đó đề xuất những phương án thiết kế hay gia cố hiệu quả.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI VA CHẠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8.58.02.01 Long An - 2019 MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI VA CHẠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8.58.02.01 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trương Tích Thiện Long An – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Ngồi kết tham khảo từ cơng trình khác ghi luận văn, xin cam kết luận văn tơi thực luận văn nộp Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An Tôi xin cam đoan rằng: Số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa sử dụng công bố cơng trình khác Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc HỌC VIÊN THỰC HIỆN LỜI CẢM ƠN Luận văn cao học hoàn thành kết trình học tập nghiên cứu học viên Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An Bên cạnh nỗ lực học viên, hồn thành chương trình luận văn khơng thể thiếu giảng dạy, quan tâm, giúp đỡ tập thể Thầy, Cô khoa Kiến trúc Xây dựng (Trường Đại học Kinh tế Cơng nghiệp Long An) q trình học tập hoàn thành luận văn cao học Nhân đây, xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trương Tích Thiện tập thể thầy cơ, đồng nghiệp tận tình quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành tốt luận văn Cũng này, xin trân trọng cám ơn gia đình, bạn bè, tập thể lớp Cao học Xây dựng hỗ trợ tơi q trình học tập thực luận văn HỌC VIÊN THỰC HIỆN Tóm tắt luận văn Kết cấu trụ cầu bê tông cốt thép (BTCT) thường thiết kế để chống lại tải trọng gió, địa chấn đặc biệt va chạm phương tiện đường thủy Tai nạn va chạm phương tiện đường thủy trụ cầu không vấn đề hay xảy Việt Nam mà giới Trước thiệt hại to lớn gây va chạm phương tiện đường thủy với trụ cầu, việc nghiên cứu biện pháp bảo vệ trụ cầu trước nguy va chạm cần thiết Tuy nhiên, nghiên cứu biện pháp phòng tránh va chạm tàu Việt Nam thơng qua mơ số cịn hạn chế Trong báo này, nhóm tác giả phân tích phá hủy trụ cầu bê tơng cốt thép va chạm với sà lan thông qua chương trình ANSYS với mơ đun Explicit Đồng thời, xác định vị trí bị phá hủy trụ cầu q trình va chạm để từ đề xuất phương án thiết kế hay gia cố hiệu MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Trong nước 1.3 Tổng quan tượng va chạm sà lan trụ cầu 1.3.1 Kết cấu sà lan 1.3.2 Kết cấu trụ cầu 1.3.3 Nguyên nhân gây va chạm sà lan trụ cầu .6 1.3.4 Một số phương án bảo vệ cầu kết cấu khác trước va chạm phương tiện thủy 1.4 Ý nghĩa đề tài 1.5 Mục tiêu phạm vi đề tài 1.6 Tóm tắt chương CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Kết cấu bê tông cốt thép .10 2.1.1 Giới thiệu 10 2.1.2 Đặc điểm cấu tạo bê tông cốt thép 11 2.2 Đánh giá cường độ bê tông theo tiêu chuẩn 5574-2012 Việt Nam .13 2.3 Một số tiêu chuẩn phá hủy bê tông 16 2.4 Lực va chạm 21 2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn 25 2.5.1 Quan hệ ứng suất biến dạng 25 2.5.2 Phương pháp phần tử hữu hạn toán động lực học tường minh (Explicit Dynamic) 29 2.6 Tóm tắt chương 32 CHƯƠNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN 34 3.1 Giới thiệu mô đun phần mềm dùng để mô 34 3.1.1 Mô đun Explicit dynamic ANSYS WORKBENCH .34 3.1.2 Các bước thực 35 3.2 Mơ hình mơ 38 3.2.1 Mơ tả tốn 38 3.2.2 Thông số vật liệu 41 3.2.3 Xây dựng mơ hình 42 3.2.4 Nhập thơng số phân tích 48 3.2.5 Chia lưới mơ hình 49 3.2.6 Thiết lập điều kiện biên 50 3.2.7 Giải 52 3.2.8 Phân tích kết 53 3.2.9 So sánh kết 57 3.3 Tóm tắt chương 58 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 4.1 Kết luận 59 4.2 Kiến nghị hướng phát triển 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sà lan tự hành hoạt động sông .3 Hình 1.2 Sự hoạt động tàu thuyền qua cầu Hình 1.3 Cầu Cao Lãnh bắt qua sông Tiền - Đồng Tháp Hình 1.4 Cấu tạo chung cầu bê tơng cốt thép Hình 1.5 Cầu Tjorn, Thụy Điển Hình 1.6 Cầu Tjorn cũ sau va chạm Hình 1.7 Cầu qua kênh Houston, TX, Mỹ Hình 2.1 Kết cấu dầm, cột bê tơng cốt thép 10 Hình 2.2 Biểu đồ mô men cách đặt cốt thép 12 Hình 2.3 Biểu đồ lực cắt cách bố trí cốt đai 12 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí cốt thép dự ứng lực 13 Hình 2.5 Dạng hình học phần tử SOLID65 16 Hình 2.6 Năng lượng va chạm theo Minorsky 21 Hình 2.7 Thí nghiệm va chạm Woisin 22 Hình 2.8 Lực va chạm theo thời gian đề xuất Woisin 22 Hình 2.9 Lực va tĩnh theo kích thước tàu 23 Hình 2.10 Tổng lượng ứng với lượng khác 23 Hình 2.11 Quan hệ lực va chạm vận tốc tàu theo AASHTO 24 Hình 2.12 So sánh lực va lên tường cứng cọc đàn hồi ứng với phương pháp khác 25 Hình 2.13 Đồ thị ứng suất biến dạng 26 Hình 3.1 Lưu đồ phân tích động lực học va chạm ANSYS .35 Hình 3.2 Chọn mơ đun Explicit Dynamic 35 Hình 3.3 Định nghĩa tương tác vật rắn 36 Hình 3.4 Lưới phần tử toán va chạm 36 Hình 3.5 Thiết lập điều kiện biên 37 Hình 3.6 Các thơng số phân tích 37 Hình 3.7 Chọn giải 38 Hình 3.8 Kết ứng suất trình va chạm 38 Hình 3.9 Sà lan chở hàng sơng 39 Hình 3.10 Kích thước sà lan JH 39 Hình 3.11 Cầu Jiujiang Trung Quốc [1] sau tai nạn va chạm xảy 40 Hình 3.12 Sơ đồ bố trí bê tơng cốt thép trụ cầu 41 Hình 3.13 Chọn cơng cụ xây dựng hình học .42 Hình 3.14 Tạo hình học trụ cầu 42 Hình 3.15 Chọn kích thước hai chiều 43 Hình 3.16 Tạo khối chữ nhật 43 Hình 3.17 Tạo đường thẳng khối chữ nhật để mơ hình cốt thép 44 Hình 3.18 Tạo diện tích mặt cắt ngang cho cốt thép 44 Hình 3.19 Tạo nhiều cốt dọc lệnh copy 45 Hình 3.20 Tạo cốt đai 45 Hình 3.21 Tạo nhiều cốt đai lệnh copy 46 Hình 3.22 Tạo vật thể đặc trưng cho khối lượng tác động lên đỉnh trụ cầu .46 Hình 3.23 Thiết lập khối lượng 47 Hình 3.24 Xác định kích thước hình học sà lan hình chiếu 47 Hình 3.25 Tạo mơ hình sà lan ba chiều 48 Hình 3.26 Thiết lập tương tác vật rắn 48 Hình 3.27 Thiết lập thơng số tương tác hệ số ma sát 49 Hình 3.28 Chia lưới mơ hình 49 Hình 3.29 Thiết lập điều kiện biên gia tốc trọng trường 50 Hình 3.30 Thiết lập điều kiện biên chuyển vị 51 Hình 3.31 Thiết lập điều kiện biên vận tốc .51 Hình 3.32 Thiết lập thơng số phân tích 52 Hình 3.33 Chọn kết chuyển vị cần xuất 52 Hình 3.34 Chọn kết ứng suất cần xuất 53 Hình 3.35 Ứng suất tương đương thời điểm t = 0,13s 53 Hình 3.36 Ứng suất tương đương thời điểm t = 0,2s 54 Hình 3.37 Ứng suất tương đương thời điểm t = 0,26s 54 Hình 3.38 Ứng suất tương đương thời điểm t = 0,3s 55 Hình 3.39 Chuyển vị tổng thời điểm t = 0,13s .55 Hình 3.40 Chuyển vị tổng thời điểm t = 0,2s .55 Hình 3.41 Chuyển vị tổng thời điểm t = 0,26s .56 Hình 3.42 Chuyển vị tổng thời điểm t = 0,3s .56 Hình 3.43 Đồ thị ứng suất Von Misses theo thời gian .57 Hình 3.44 Đồ thị chuyển vị tổng theo thời gian 57 Hình 3.45 So sánh kết tham khảo từ [1] kết tính tốn 58 ...MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI VA CHẠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây... phá hủy bê tông 16 2.4 Lực va chạm 21 2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn 25 2.5.1 Quan hệ ứng suất biến dạng 25 2.5.2 Phương pháp phần tử hữu hạn toán động lực... hại to lớn tượng va chạm phương tiện đường thuỷ với trụ cầu bê tông cốt thép, cần phải đưa biện pháp bảo vệ cầu giao thông cho trường hợp va chạm Do vậy, toán va chạm bê tông cốt thép trở thành