Một số vấn đề khi sử dụng phương pháp ghép lớp để phân tích ứng suất trong đập bê tông trọng lực theo quá trình xây dựng - ThS. Đỗ Văn Lượng

MỘT SỐ VẤN ĐỀ KHI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GHÉP LỚP<br /> ĐỂ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT TRONG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC<br /> THEO QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG<br /> Th.S Đỗ Văn Lượng<br /> Bộ môn Thi công – Đại học Thủy Lợi<br /> <br /> TÓM TẮT.<br /> Đập bê tông trọng lực thường được xây dựng theo từng lớp. Do đó tuổi của các lớp<br /> sẽ khác nhau đẫn đến môđun đàn hồi, độ từ biến và nhiệt độ trong các lớp khác nhau cũng<br /> khác nhau. Như vậy là trường ứng suất trong thân đập cũng bị ảnh hưởng bởi quá trình<br /> xây dựng. Để phản ánh quá trình xây dựng thì ứng suất trong đập thường được tính toán<br /> theo từng lớp. Điều này thì thật là khó khăn, bởi vì trong 1 đập bê tông cao thường có<br /> khoảng 100÷150 lớp. Một phương pháp mới – Phương pháp ghép lớp được giới thiệu<br /> trong bài báo này. Đập được chia ra thành vài vùng: ở phần phía trên của đập, ứng suất<br /> được tính toán theo từng lớp, còn ở phần phía dưới thì một vài lớp được kết hợp thành một<br /> lớp. Kết quả là số lớp của đập giảm xuống còn khoảng10÷15 lớp, vì vậy việc tính toán<br /> được đơn giản đáng kể mà kết quả tính toán vẫn đảm bảo yêu cầu.<br /> <br /> 1- GIỚI THIỆU CHUNG.<br /> Trong quá trình xây dựng đập thì nhiệt độ, trọng lượng bê tông, hình dạng kết cấu<br /> đập liên tục thay đổi và có thể có bộ phận đập còn chịu áp lực của nước. Vì vậy quá trình<br /> xây dựng có ảnh hưởng rất lớn tới sự phân bố ứng suất trong đập bê tông cao. Hiện nay,<br /> chúng ta thường dùng phương pháp Phần tử hữu hạn để phân tích trạng thái ứng suất của<br /> đập bê tông cao theo quá trình xây dựng.<br /> Khi thi công đập theo từng lớp (phân khoảnh kiểu hình trụ) thì tuổi bê tông của các<br /> lớp sẽ khác nhau dẫn đến môđun đàn hồi, độ từ biến của bê tông trong mỗi lớp của đập<br /> cũng khác nhau. Đối với 1 đập bê tông thông thường cao 150m, sẽ có khoảng 100 lớp nếu<br /> chiều dày mỗi lớp là 1,5m. Đối với đập bê tông đầm lăn với chiều cao 100m, sẽ có 200 lớp<br /> nếu mỗi lớp dày 0,5m. Hơn nữa, số gia thời gian cần thiết để tính toán diễn biến nhiệt độ<br /> và ứng suất bằng phương pháp phần tử hữu hạn là từ 1000 ÷ 2000 thời đoạn, để bao trùm<br /> toàn bộ thời kỳ thi công. Vì vậy, sẽ gặp nhiều khó khăn để tính toán nhiệt độ và ứng suất<br /> trong một đập bê tông cao với 100 lớp bằng FEM, đặc biệt đối với bài toán không gian.<br /> Phương pháp ghép lớp được trình bày ở đây. Trong phần phía trên của đập (vùng<br /> bê tông mới đổ), nhiệt độ và ứng suất được tính toán theo từng lớp. Ở phần phía dưới của<br /> đập (vùng bê tông cũ), môđun đàn hồi và độ từ biến của các lớp bê tông khác nhau thì gần<br /> như nhau nên vài lớp được kết hợp thành một lớp. Kết quả là số lớp của đập giảm từ 100<br /> xuống còn 7 10 lớp, vì vậy việc tính toán bằng FEM đơn giản đi rất nhiều. Nh- vy, tuỉi<br /> cđa c¸c líp khi ghÐp cÇn ph¶i ®-ỵc xem xÐt qua c¸c bin ®ỉi giíi h¹n cđa m« duyn ®µn hi,<br /> ® t bin vµ s th¨ng nhiƯt trong bª t«ng.<br /> <br /> 2- KHI CÁC LỚP KẾT HỢP CẦN XÉT ĐẾN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA MÔĐUN ĐÀN<br /> HỒI (E) VỚI TUỔI CỦA BÊ TÔNG.<br /> E( j )  E(i )<br />  1 (1)<br /> E(i )<br /> Trong đó : i : Tuổi của lớp bê tông thứ i.<br /> j : Tuổi của lớp bê tông thứ j.<br />  E() là môđun đàn hồi.<br /> Ở đây, 1 được coi là có liên quan đến sự biến đổi của môđun đàn hồi. Nếu các lớp<br /> thứ i và thứ j kết hợp thành 1 lớp và giá trị trung bình của môđun đàn hồi được chọn thì sự<br /> biến đổi của môđun đàn hồi sẽ không lớn hơn 1/2.<br /> Từ (1) ta có :<br /> E(τ j )  (1 ε1 )E(τi ) (2)<br /> <br /> E() có thể được biểu diễn bởi :<br /> E() = E0 .f() (3)<br /> Trong đó E0 là môđun đàn hồi cuối cùng khi , thay vào công thức (2), ta có :<br /> f(j)  (1+1)f(i) (4)<br /> Từ nhiều kết quả thực nghiệm người ta đã xác định được f() theo một trong hai<br /> công thức (công thức số mũ hoàn chỉnh hoặc công thức hyperbolic), công thức đầu thì phù<br /> hợp với bê tông thường còn công thức sau thì phù hợp với bê tông RCC.<br /> 2-1. Công thức số mũ:<br /> b<br /> f   1  exp(aτb )  1  eaτ (5)<br /> Trong đó a và b là các hằng số được xác định bằng thực nghiệm. Đối với bê tông<br /> thường: a=0,4; b=0,34. Thay (5) vào (4) nhận được công thức dưới đây :<br /> 1<br />  1<br />  a<br />  b b<br /> τ j1   In 1 ε1 eaτi  ε1 <br /> <br />  (6)<br /> <br /> E()