CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH CỤ THỂ
4.1 GI ỚI THIỆU CHUNG CÔNG TRÌNH
4.1.1 Mô hình đập và nền
Công trình đập vòm mà tác giả thực hiện mô hình 3D để phân tích là loại đập vòm nằm ở Hồ Berryessa là hồ lớn nhất ở Hạt Napa, California. Hồ chứa này được tạo ra bởi Đập Monticello, là một hồ chứa cung cấp nước và nguồn thủy điện cho vùng North Bay của Vùng vịnh San Francisco. Việc xây dựng Đập Monticello đã bắt đầu vào năm 1953, và hồ chứa đã được hoàn thành năm 1963.
Hình 4.1: Đập Moticello Một số thông số của đập:
Diện tích lưu vực : 566 mP2P. - Thể tích đập 2,9.10P5P mP3P. - Chiều dài đập 311,8 m.
- Chiều cao đập 92 m.
- Chiều rộng đỉnh đập 4,08 m.
- Cao trình đỉnh đập: +138,99.
- Đập vòm có góc trung tâm không thay đổi, tâm và bán kính thay đổi theo cao trình đập. Các chỉ tiêu cơ lý của mô hình đập và nền xem bảng 4.1.
Mô hình đập 3D được mô hình trực tiếp trong Ansys
Hình 4.2: Mô hình mặt bằng đập.
Hình 4.3: Mô hình cắt ngang đập.
Sử dụng phần mềm ANSYS mô phỏng phần tử hữu hạn đập và nền. Đập được mô phỏng bằng phần tử SOLID 65 và nền coi là đồng nhất và đẳng hướng được mô phỏng bằng phần tử SOLID 45. Tại mặt tiếp giáp giữa các khối đập và đập với nền đập được mô phỏng bằng phần tử tiếp xúc mặt ba chiều Targe 170- Conta 173.
Hình 4.4: Mô hình tính toán
4.1.2 Các chỉ tiêu cơ lý
Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông dùng trong tính toán.
Bảng 4.1: Chỉ tiêu cơ lý TT Vật liệu γ
(KN/mP3P)
E
(KN/mP2P) à Rn (KN/mP2P)
Rk (KN/mP2P)
1 BTCT M25 25 2,1 x10P7 0,167 28000 1400
2 Nền đá 0 0,8 x10P7 0,2 9000 750
Với:
+ Trị số RRnR, RRkR của bê tông lấy theo bảng 5 của Quy trình thiết kế kết cấu BT và BTCT thuỷ công 14TCN 54-87
+ Hệ số biến dạng ngang ban đầu của bờ tụng được lấy từ à = 0,15 ữ 0,17 (trang 19 –14TCN54-87).
+ Mô đun đàn hồi E=0,9Eb với Eb là mô đun đàn hồi ban đầu của bê tông lấy theo bảng 7 của 14TCN54-87 (điều 1.69 14TCN 56-88) .
+ Đối với trường hợp tính toán có tải trọng động đất môđun đàn hồi của vật liệu lấy bằng 1,1 lần môđun đàn hồi tĩnh cường độ kéo cho phép RRKRtrong trường hợp động đất bằng 1,5 lần RRKRtĩnh.
4.1.3 Các lực tác dụng
Đập vòm cũng giống như các công trình thủy công khác như đập đất, đập bê tông trọng lực là chịu tác dụng của các lực:
- Trọng lượng bản thân.
- Áp lực nước.
- Nhiệt độ.
- Áp lực bùn cát, áp lực đẩy nổi.
- Động đất …
Ở trong tính toán mô hình đập này tác giả chỉ xét tác dụng của tải trọng bản thân với áp lực nước.
a) Trọng lượng bản thân:
Trong Ansys lấy phương thức lực quán tính để gán trọng lực, vì vậy khi nhập
gia tốc, phương hướng của nó với phương thực tế là tương phản. Khi phân tích kết cấu, mô phỏng trọng lượng bản thân kết cấu và trọng lượng của các thiết bị liên quan ta cần khai báo nhập khối lượng riêng (density) trong tính chất vật liệu, nếu không nhập khối lượng riêng thì không thể sản sinh hiệu quả trọng lực.
Trọng lượng bản thân trong mô hình tính toán này chỉ gồm có khối lượng của đập. Trọng lượng của nước đã quy đổi thành áp lực nước phân bố lên bề mặt kết cấu.
Do đó trong mô hình tính toán chỉ cần khai báo khối lượng riêng của đập, và khai báo thêm gia tốc trọng trường, Ansys sẽ tự động tính toán trọng lượng riêng của từng phần tử đập. Một phần tử bất kỳ thuộc đập hay nền thì công thức chung để tính toán trọng lượng bản thân của một phần tử hữu hạn là:
. . .
i i i i i
G = γ V = ρ g V trong đó: ρi- khối lượng riêng phần tử i.
γi- trọng lượng riêng phần tử i.
g – gia tốc trọng trường.
VRiR – thể tích phần tử i.
GRiR – trọng lượng bản thân phần tử i.
Và như vậy thì trọng lượng bản thân của toàn bộ khối sẽ là:
1
. .
n
i i
i
G g V
=
=∑ρ
b) Áp lực nước thủy tĩnh:
- Nguyên tắc tính toán áp lực thủy tĩnh:
Công thức để xác định áp lực thủy tĩnh như sau:
1 2
2. .
i n i
P = γ H trong đó: γ −n Trọng nước riêng của nước.
HRiR – Chiều cao cột nước từ mực nước thượng lưu đến điểm tính toán.
PRiR – Áp lực nước tại điểm tính toán.
- Cách thức đưa áp lực thủy tĩnh vào mô hình trong phần mềm Ansys:
Để đưa áp lực nói chung và áp lực thủy tĩnh nói riêng thì trong Ansys có nhiều
cách thức để đưa vào mô hình kể cả đó là đưa vào đường hay vào mặt. Có thể kể ra một số cách đưa áp lực vào mặt như sau:
Theo phương pháp dùng menu:
- Solution->Define Loads->Apply->Structural->Pressure->On Areas
- Preprocessor->Load->Define Loads->Apply->Structural->Pressure->On Areas - Đưa áp lực vào theo hàm theo các bước:
+ Bước 1 – tạo hàm: Solution->Define Loads->Apply->Functions->Define/Edit + Bước 2 – ghi hàm: Solution->Define Loads->Apply->Functions->Read File + Bước 3 – áp tải: Solution->Define Loads->Apply->Structural->Pressure->On Areas. Sau đó chọn SFA là Existing table tiếp tục chọn hàm vừa đã tạo.
Theo phương pháp dùng lệnh: SF; SFL…
Như vậy có rất nhiều cách để đưa áp lực nói chung và áp lực thủy tĩnh nói riêng vào mô hình tính toán.