CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH CÁC ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT THỦY HÓA ĐẾN
3.2. Phân tích các ảnh hưởng của nhiệt thủy hóa đến thi công tháp cầu Cửa Đại
3.2.1. Mô hình hóa trên Midas Civil
- Xác định hệ thống đơn vị: Hệ thống đơn vị được sử dụng là cho lực là N, cho chiều dài là mm, cho nhiệt là Kcal.
- Khai báo vật liệu: Vật liệu tháp cầu là bê tông Mac 40Mpa.
Hình 3.4. Khao báo đơn vị
Hình 3.5. Khai báo vật liệu
- Khai báo sự phụ thuộc vật liệu vào thời gian: (Co ngót từ biến)
Hình 3.6. Khai báo từ biến
Hình 3.7. Khai báo từ biến
- Xây dựng lưới phần tử: Đối với bài toán phân tích thủy nhiệt, do cần các thông tin về thể tích nên các phần tử trong mô hình phải được chọn là phần tử khối (Solid element). Do đõy là kết cấu đối xứng hai trục nờn chỉ cần xõy dựng mụ hỡnh cho ẳ kết cấu. Các nút nằm trên trục đối xứng được gán các liên kết thích hợp đảm bảo phản ánh đúng trạng thái ứng suất - biến dạng của kết cấu. Việc xây dựng lưới phần tử được thực hiện theo các sau:
- Gán vật liệu tương ứng cho phần tử:
- Dự kiến quá trình thi công: (theo biện pháp thi công thực tế được phê duyệt):
thi công đổ bê tông bệ được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn 1 thi công đến chiều cao bệ là 3,5m, giai đoạn 2 thi công với chiều cao 1,5m còn lại;
- Định nghĩa các nhóm kết cấu: tương ứng với quá trình thi công nên ta chia ra làm 2 nhóm kết cấu, nhóm Giai đoạn thi công 1 và giai đoạn thi công 2;
- Định nghĩa các nhóm điều kiện biên: Nhóm điều kiện biên được định nghĩa phụ thuộc vào sự thay đổi kết cấu và trạng thái truyền, dẫn nhiệt trong quá trình thi công.
+ Ở giai đoạn thi công 1, kết cấu tiếp xúc với nền đất (bê tông bịt đáy) sẽ được gán nhiệt độ cố định ở mặt dưới (bằng nhiệt độ môi trường, ở đây ta chọn là 25oC), tiếp xúc với ván khuôn thép ở xung quanh và với không khí ở mặt trên.
+ Ở giai đoạn thi công 2, điều kiện tiếp xúc của phần kết cấu được thi công ở giai đoạn 1 sẽ thay đổi: bề mặt xung quanh sẽ tiếp xúc với không khí và một phần bề mặt trên sẽ không còn tiếp xúc với bên ngoài. Khối bê tông được thi công ở giai đoạn 2 được tiếp xúc với ván khuôn thép ở xung quanh và tiếp xúc với không khí ở mặt trên.
- Gán điều kiện biên kết cấu: Điều kiện biên kết cấu được gán cho các nút tiếp xúc với đất nền và các nút nằm trên các trục đối xứng. Các nút tiếp xúc với đất được gán điều kiện biên hạn chế chuyển vị theo phương thẳng đứng và cho phép chuyển vị tự do theo 2 phương còn lại. Các nút nằm trên mặt đối xứng song song với trục X sẽ không có chuyển vị theo phương Y và tương tự, các nút nằm trên mặt đối xứng song song với trục Y sẽ không có chuyển vị theo phương X. các điều kiện biên sẽ được gán cho nhóm tương ứng với giai đoạn thi công đã được mô tả ở trên.
- Định nghĩa hàm nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ môi trường chính là nhiệt độ bên ngoài kết cấu. Sự chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài kết cấu sẽ ảnh hưởng đến độ lớn và tốc độ truyền nhiệt. Với một bài toán phân tích thủy nhiệt, có thể sử dụng nhiều hàm nhiệt độ môi trường khác nhau tùy thuộc vào địa điểm khác nhau có thể định nghĩa các hàm nhiệt độ môi trường khác nhau. Ngoài ra, hàm nhiệt độ môi trường cũng có thể được gán giá trị là hằng số hay giá trị biến thiên phụ thuộc thời gian theo các quy luật khác nhau.
Hình 3.8. Điều kiện biên
Hình 3.9. Hàm nhiệt độ môi trường
- Định nghĩa hàm hệ số đối lưu: Hàm hệ số đối lưu thể hiện hệ số đối lưu cho từng điều kiện tiếp xúc. ở đây, hai hàm hệ số đối lưu định nghĩa là hàm hệ số đối lưu cho ván khuôn thép và hàm hệ số đối lưu cho không khí.
Hình 3.10. Hệ số đối lưu ván khuôn thép
Hình 3.11. Hệ số đối lưu không khí
- Xác định các phần tử biên tiếp xúc: Để thực hiện được việc phân tích thủy nhiệt, cần xác định các phần tử nằm trên biên tiếp xúc cùng các hàm hệ số đối lưu và hàm nhiệt độ bên ngoài tương ứng. Một mô hình phân tích có thể có nhiều miền biên tiếp xúc với các điều kiện biên tiếp xúc khác nhau.
- Xác định miền có nhiệt độ cố định (Prescribed Temperature): Một trong những ràng buộc (điều kiện biên) khi phân tích thủy nhiệt là khu vực có nhiệt độ cố định. Đây
là nơi có nhiệt độ không thay đổi trong toàn bộ quá trình thi công, ví dụ như phần tiếp xúc với nền đất.
- Xác định hàm nguồn nhiệt: hàm nguồn nhiệt mô tả quá trình sinh nhiệt do thủy hóa trong các khối bê tông.
Hình 3.12. Nguồn nhiệt
- Gán hàm nguồn nhiệt cho các phần tử: Các hàm nguồn nhiệt đã được định nghĩa cần được gán cho các bộ phận kết cấu tương ứng.
- Mô hình hóa quá trình thi công: Như ở trình bày ở trên, việc thi công kết cấu bệ trụ được chia làm 2 giai đoạn chính, một giai đoạn cho phần bệ chính và một giai đoạn cho phần vát.
Hình 3.13. Giai đoạn thi công 1- Bệ tháp
Hình 3.14. Giai đoạn thi công 2 - phần vát bệ
Qui trình thực hiện gồm 6 bước, mô tả theo sơ đồ khối ở hình bên dưới.
Hình 3.15. Quy trình phân tích trường nhiệt độ, ứng suất trong bê tông khối lớn bằng phương pháp PTHH
Mô hình khối bê tông dùng phân tích có hình dáng và kích thước như sau:
Hình 3.16. Mô hình khối móng dùng để phân tích