4.3.1. Trường hợp tớnh toỏn:
Mục đớch của đề tài là khảo sỏt trạng thỏi ứng dạng của đập trụ chống bằng phương phỏp truyền thống và phương phỏp PTHH, từ đú rỳt ra được những ưu nhược điểm của mỗi phương phỏp, những đỳc kết cú giỏ trị khoa học và những chỉ định tham khảo khi sử dụng phần mềm khảo sỏt tớnh toỏn trạng thỏi ứng suất biến dạng Đập trụ chống. Do vậy, trong luận văn này tỏc giả chỉ tớnh toỏn cho trường hợp đập làm việc chịu tỏc dụng của tổ hợp tải trọng cơ bản: MNTL = MNDBT = 228.00m, hạ lưu đập tràn khụng cú nước, thiết bị chống thấm làm việc bỡnh thường.
4.4. Kết quả tớnh toỏn
Hỡnh 4.5: Phổ chuyển vị theo phương đứng uRyRnhỡn từ thượng lưu
Hỡnh 4.7: Phổ chuyển vị theo phương ngang uRzRnhỡn từ thượng lưu
Hỡnh 4.9: Phổ ứng suất σR1Rnhỡn từ thượng lưu
Hỡnh 4.11: Phổ ứng suất σR2Rnhỡn từ thượng lưu
Hỡnh 4.13: Phổ ứng suất σR3Rnhỡn từ thượng lưu
Kết quả tớnh toỏn ứng suất biến dạng của đập trụ chống Nậm Ngần theo phương phỏp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS, được thể hiện dưới dạng cỏc biểu đồ tại cỏc hỡnh (từ 4.5 đến 4.14) đó trỡnh bày sự phõn bố ứng suất chớnh và chuyển vị theo phương ngang, phương đứng tại cỏc mặt thượng lưu và hạ lưu của đập. Quy ước về dấu như sau:
- Giỏ trị õm thể hiện ứng suất nộn. - Giỏ trị dương thể hiện ứng suất kộo. - Kết quả tớnh toỏn cú đơn vị là KN/mP
2
P
(Kpa).
4.5. Phõn tớch, so sỏnh kết quả tớnh toỏn trạng thỏi ứng suất biến dạng tớnh bằng phương phỏp PTHH với kết quả của phương phỏp truyền thống.
Để thấy được sự biến đổi trạng thỏi ứng suất biến dạng trong thõn đập ta cắt cỏc mặt cắt ngang đập. Cỏc biểu đồ từ hỡnh 4.15 đến hỡnh 4.42 sau đõy là thể hiện sự so sỏnh kết quả của hai phương phỏp tớnh bằng Mathcad và Ansys:
Hỡnh 4.18 : So sỏnh ứng suất σRyRthượng lưu và hạ lưu (mặt cắt A – A) -25 0 25 50 75 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 20 40 60 80 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -200 -150 -100 -50 0 50 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 50 100 150 200 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45
Hỡnh 4.20 : So sỏnh ứng suất σR2R thượng lưu và hạ lưu (mặt cắt A – A) 0 50 100 150 200 250 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -200 -150 -100 -50 0 50 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45
Hỡnh 4.22 : Phổ chuyển vị theo phương đứng y (mặt cắt B – B)
Hỡnh 4.24 : So sỏnh ứng suất σRyRthượng lưu và hạ lưu (mặt cắt B – B) -25 0 25 50 75 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 20 40 60 80 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -200 -150 -100 -50 0 50 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 50 100 150 200 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45
Hỡnh 4.26 : So sỏnh ứng suất σR1Rthượng lưu và hạ lưu (mặt cắt B- B) 0 50 100 150 200 250 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -200 -150 -100 -50 0 50 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45
Hỡnh 4.28 : Phổ chuyển vị theo phương đứng y (mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.30 : Phổ ứng suất thẳng đứngσRyRtrong thõn trụ tớnh bằng Ansys ( mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.32 : Phổ ứng suất nằm ngang σRzRtrong thõn trụ tớnh bằng Ansys ( mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.33: Phổ ứng suất nằm ngangRRtrong thõn trụ tớnh bằng Mathcad (mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.34 : Phổ ứng suất chớnh σR3Rtrong thõn trụ tớnh bằng Ansys ( mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.35: Phổ ứng suất chớnh σR3Rtrong thõn trụ tớnh bằng mathcad (mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.36 : Phổ ứng suất chớnh σR2Rtrong thõn trụ tớnh bằng Annsys ( mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.37: Phổ ứng suất chớnh σR3Rtrong thõn trụ tớnh bằng Mathcad (mặt cắt C – C)
Hỡnh 4.38 : Phổ chuyển vị theo phương đứng y (mặt cắt D – D)
Hỡnh 4.40 : So sỏnh ứng suất σRyRthượng lưu và hạ lưu (mặt cắt D – D) -25 0 25 50 75 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 20 40 60 80 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -200 -150 -100 -50 0 50 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 50 100 150 200 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -25 0 25 50 75 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 20 40 60 80 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -200 -150 -100 -50 0 50 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 50 100 150 200 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45
Hỡnh 4.42 : So sỏnh ứng suất σR2Rthượng lưu và hạ lưu (mặt cắt D – D) 0 50 100 150 200 250 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 -200 -150 -100 -50 0 50 100 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45
Hỡnh 4.48 : Phổ ứng suất chớnh σR2R (mặt cắt dọc đập)
\
Hỡnh 4.50 : Phổ chuyển vị theo đứng y (mặt cắt F – F)
Hỡnh 4.54 : Phổ ứng suất chớnh σR2R (mặt cắt F – F)
Hỡnh 4.56 : Phổ chuyển vị theo phương đứng y (mặt cắt H – H)
Hỡnh 4.58 : Phổ ứng suất theo phương đứng (mặt cắt H – H)
* So sỏnh, phõn tớch và nhận xột
a. Mặt cắt A – A và B – B:
Sự phõn bố chuyển vị ứng suất trong tường thượng lưu ở hai mặt cắt tương đối giống nhau, điều đú hoàn toàn hợp lý vỡ hai mặt này đều ko đi qua trụ. Tuy nhiờn cỏc giỏ trị chuyển vị của mặt cắt A – A lớn hơn. Chuyển vị của hai mặt cắt tăng dần từ đỏy lờn đỉnh và đạt giỏ trị lớn nhất ở đỉnh điều này phự hợp với sự kết cấu cụng xụn của tường thượng lưu với nền.
Phõn bố ứng suất trong tường thượng lưu hai mặt cắt này cũng tương đối phự hợp với phổ chuyển vị. Mặt thượng lưu chịu ứng suất nộn và mặt hạ lưu chịu ứng suất kộo rừ ràng phự hợp với kết cấu và phõn bố lực tỏc dụng.
Từ kết quả phổ ứng suất cho thấy kết quả tớnh bằng Mathcad cũng tương đồng với kết quả tớnh bằng Ansys. Tuy nhiờn kết quả tỡnh bằng Ansys cho kết quả trực quan và chi tiết hơn
b. Mặt cắt A – A và C – C:
Nhận thấy rằng sự phõn bố ứng suất ở mặt cắt C – C gần giống với sự phõn bố trong đập bờ tụng trọng lực. Toàn bộ trụ gần như chịu nộn hoàn toàn và ứng suất nộn lớn nhất là ở bản đỏy. Do cú sự làm việc cả khối lớn nờn ứng suất trong mặt cắt C – C cũng nhỏ hơn trong mặt cắt A – A.
Chuyển vị trờn mặt cắt C – C theo phương đứng và phương ngang đều nhỏ hơn chuyển vị trờn mặt cắt A – A, điều này rất phự hợp với kết cấu cũng của hai vị trớ mặt cắt. Điều này cũng giải thich tại sao ứng suất trong mặt cắt C – C lại lớn hơn.
Kết quả tớnh ứng suất trũn thõn trụ ở mặt cắt C – C bằng Mathcad và Ansys nhỡn chung giống nhau về sự phõn bố là trụ hầu như chịu nộn và ứng suất tăng dần từ trờn xuống đỏy nhưng lại khỏc nhau về trị số, trị số tớnh bằng
Ansys lớn hơn. Nguyờn nhõn này cũng dễ hiểu là vỡ mathcad là phương phỏp tớnh toỏn cổ điển, khi tớnh toỏn phải tỏch tấm mặt thượng lưu tớnh riờng và thõn trụ tớnh riờng, nờn khụng thể hiện sự làm việc đồng thời của tấm mặt thượng lưu và trụ. Nhưng Ansys lại khắc phục được vấn đề này, nú mụ phỏng được sự làm việc đồng thời của tấm mặt thượng lưu và trụ đập. Đõy chớnh là đạc điển nổi bật và ưu việc của phương phỏp tớnh bằng Ansys.
c. Mặt cắt A – A và D – D:
Phổ chuyển vị của hai mặt này này cú nhiều điểm tương đồng, vỡ đõy là hai mặt cắt sỏt nhau và đều cắt qua lỗ khoột khụng cắt qua thõn trụ. Tuy nhiờn ở phần đoạn giữa tường thượng lưu trờn mặt cắt D – D cú chuyển vị lớn hơn, điều này cũng rất hợp lý vỡ mặt cắt A – A sỏt với vị trớ mặt thượng lưu lờn thõn trụ. Chuyển vị trờn hai mặt cắt giảm dần từ trờn xuống bản đỏy, rất phự hợp với kết cấu và sự phõn bố lực.
Đồng thời cũng nhận thấy rằng sự phõn bố ứng suất trờn hai mặt cắt này rất phự hợp với phổ chuyển vị. Ứng suất phõn bố tăng dần từ trờn xuống bản đỏy. Mặt thượng lưu chịu ứng suất nộn, cũn mặt hạ lưu lại chịu ứng suất kộo.
Kết quả tớnh ứng suất bằng hai phương phỏp cũng rất tương đồng, tuy nhiờn kết quả tớnh bằng Ansys thiờn lớn hơn. Nguyờn nhõn này như đó phõn tớch ở trờn là do phương phỏp tớnh bằng Ansys cú kể đến sự làm việc đồng thời của mặt thượng lưu và thõn trụ cũng như sự làm việc đồng thời của đập và nền. sự làm việc đồng thời này đó hạn chế chuyển vị của đập gõy nờn ứng suất lớn hơn.
d. Qua mặt cắt dọc đập, F – F và H – H càng cho thấy rừ toàn bộ đập cú chuyển vị rất đối xứng, giỏ trị lớn nhất ở đỉnh và giảm dần xuống đỏy. Ứng suất cũng rất phự hợp với chuyển vị là tắng dần từ đỉnh xuống đỏy, đạt giỏ trị
lớn nhất ở đỏy. Tuy nhiờn, nhỡn tổng thể thỡ cú một số điểm xuất hiện dị ứng suất nhưng giỏ trị khụng lớn lắm, khụng vượt quỏ cỏc giỏ trị cho phộp theo điều kiện độ bền của bờ tụng. Cỏc điển dị ứng suất này thường là điển tiếp xỳc của đập với nền. Nguyờn nhõn là do đập và nờn là hai vật liệu khỏc nhau, cú mụ đun đàn hồi và mụ đun biến dạng khỏc nhau, khi làm việc đồng thời giữa mặt tiếp xỳc thường xuất hiện một số điểm cú ứng suất rất lớn, biện phỏp khắc phục cho vấn đề này là khoan phụt gia cố nền. Ngoài ra cỏc điển dị ứng suất cũn suất hiện ở cỏc vị trớ cú gúc hẹp. Để khắc phục cho trường hợp này ta thường cú cỏc biện phỏp như: tăng cường độ bờ tụng (mỏc bờ tụng), Sửa kết cấu hay vỏt gúc (khú khăn trong thi cụng), hoặc bố trớ cốt thộp tăng cường cục bộ, …
* Kết luận :
a.Qua cỏc phõn tớch và nhận xột cho thấy kết quả phõn bố ứng suất trong bản mặt và trong thõn trụ hoàn toàn phự hợp với phổ chuyển vị của đập. Phổ chuyển vị của đập cũng rất phự hợp với kết cấu của đập và sự phõn bố ỏp lực lờn đập. Chuyển vị lớn nhất là ở đỉnh đập.
b. Đập gần như làm việc ở trạng thỏi nộn hoàn toàn, Cỏc ứng suất nộn tăng dần xuống bản đỏy, cỏc ứng suất nộn lớn theo hướng dũng chảy từ phớa thượng lưu tại phần giữa của đập và từ phớa hạ lưu ở vựng tiếp giỏp của đập với sườn bờ. Cỏc ứng suất này khụng vượt quỏ cỏc giỏ trị cho phộp theo điều kiện độ bền nộn của bờ tụng.
c. Phương phỏp tớnh bằng Mathcad, khi tớnh toỏn phải tỏch phần tấm bản riờng và phần khối trụ riờng nờn khụng mụ phỏng được sự làm việc đồng thời của tấm và khối, do vậy kết quả ứng suất nhỏ hơn. Cũn phương phỏp tớnh bằng Ansys khắc phục được nhươc điểm này, cho kết quả quả thiờn lớn hơn. Điều này cũng phản ỏnh đỳng tỡnh hỡnh thực tế việc tớnh toỏn theo phần mềm
Ansys (phương phỏp phần tử hữu hạn) cú xột đến ảnh hưởng của nền đập và sự làm việc đồng thời của cỏc bộ phận trong thõn đập.
Tuy nhiờn, phương phỏp giải bằng Mathcad là phương phỏp cố điển, dựng cỏc cụng thức toỏn học để tớnh toỏn nờn cho kết quả rất nhanh và đơn giản, ta cú thể dựng phương phỏp này cho giai đoạn thiết kế sơ bộ. Cũn phương phỏp giải bằng Ansys thỡ rất phức tạp, từ bước xõy dựng mụ hỡnh hỡnh học thi cỏc bộ phận liờn kết với nhau và liờn kết với nền phải rất chuẩn xỏc, bước xõy dựng mụ hỡnh phần tử hữu hạn tuy phần mềm sẽ tự động chia phần tử nhưng rất dễ bỏo lỗi nếu bước cõy mụ hỡnh hỡnh học khụng chuẩn xỏc. Để khắc phục vấn đề này thỡ mụ hỡnh hỡnh học nờn xõy dựng trờn Ansys Workbench. Ngoài ra để cú kết quả Ansys chớnh xỏc thỡ cỏc điều kiện biờn và cỏc điều kiện đầu vào cũng phải nhập vào rất chuẩn xỏc. Do những yờu cầu phức tạp nờn phương phỏp này phự hợp cho giai đoạn thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi cụng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Kết quả đạt được:
1. Đập trụ chống đó được ỏp dụng rất sớm (từ cuối thế kỷ XVI) và đó được xõy dựng nhiều trờn thế giới, ở Việt Nam đập trụ chống đầu tiờn được ỏp dụng là ở cụng trỡnh thuỷ điện Nậm Ngần – Hà Giang. Đập rụ chống là loại đập cú ưu điểm nổi trội đú là khối lượng xõy dựng đập nhỏ hơn đảng kể so với đập bờ tụng trọng lực ( lớn hơn khối lượng xõy dựng Đập Vũm) cú cựng chiều cao, do đập phỏt huy được khả năng làm việc của vật liệu. Việc nghiờn cứu tớnh toỏn trạng thỏi ứng suất biến dạng và so sỏnh giữa cỏc phương phỏp tớnh toỏn là nhằm xỏc định lại hỡnh dạng, kớch thước hợp lý cho đập trụ chống thoả món điều kiện tối ưu về kinh tế và kỹ thuật.
2. Qua thời gian nghiờn cứu và làm luận văn, tỏc giả đó hoàn thành đề tài luận văn “ Nghiờn cứu trạng thỏi ứng suất, biến dạng của đập trụ chống” với cỏc phần đó làm được như sau:
a. Giới thiệu về lịch sử phỏt triển của đập trụ chống trờn thế giới và tỡnh hỡnh xõy dựng đập trụ chống ở Việt Nam.
b. Trỡnh bày cỏc phương phỏp tớnh toỏn trạng thỏi ứng suất biến dạng của đập trụ chống. Trờn cơ sở phõn tớch cỏc phương trỡnh cơ bản, lựa chọn phương phỏp phần tử hữu hạn để dựng tớnh toỏn ứng suất, chuyển vị trong luận văn.
c. Tớnh toỏn trạng thỏi ứng suất biến dạng của Đập trụ chống Thủy điện Nậm Ngần bằng phương phỏp truyền thống bằng phần mền MATHCAD.
d. Sử dụng phần mềm ANSYS là phần mềm tớnh kết cấu cú tớnh ưu việt trong phõn tớch ứng suất - biến dạng để giải bài toỏn khụng gian trạng thỏi
ứng suất biến dạng của đập trụ chống trong đầu mối của cụng trỡnh điện Nậm Ngần bằng phương phỏp PTHH.
Phương phỏp sử dụng phần mền ANSYS (phương phỏp PTHH) là phương phỏp ưu việt hơn cả, nú giải quyết được bài toỏn cú điều kiện biờn phức tạp, phản ỏnh đỳng thực tế làm việc của đập trụ chống (bài toỏn khụng