Đánh giá ứng xử của gioăng đệm EPDM vỏ hầm Metro bằng mô hình số

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự phát triển về công nghệ xây dựng hầm, đặc biệt hầm ở độ sâu lớn, chịu được áp lực nước lớn, là một bước tiến dài về xây dựng. Nghiên cứu này trình bày phương pháp tiếp cận đánh giá ứng xử của gioăng đệm vỏ hầm Metro dựa trên mô phỏng số.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đánh giá ứng xử của gioăng đệm EPDM vỏ hầm Metro bằng mô hình số

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA GIOĂNG ĐỆM EPDM VỎ HẦM METRO BẰNG MÔ HÌNH SỐ Nguyễn Văn Toản, Nguyễn Vĩnh Sáng, Nguyễn Quang Tuấn Trường Đại học Thủy lợi, email: toannv@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU Sự phát triển về công nghệ xây dựng hầm, đặc biệt hầm ở độ sâu lớn, chịu được áp lực nước lớn, là một bước tiến dài về xây dựng. Tuy nhiên, rò rỉ nước đã và đang là một vấn đề lớn cần được xử lý. Vấn đề biến dạng quá mức của các mối nối giữa các đoạn vỏ hầm xảy ra là nguyên nhân dẫn tới nước rò rỉ vào bên trong hầm. Do đó, việc nghiên cứu về khả năng bịt kín hoặc nguy cơ rò rỉ của các gioăng đệm gần đây đã trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực đường hầm Metro. Hình 1. Sơ đồ hầm nghiên cứu Một số ít nghiên cứu đã triển khai để điều tra ứng xử của gioăng đệm dưới tải trọng dựa trên mô hình thí nghiệm đơn giản [1-3]. Các công bố đã nhấn mạnh vai trò quan trọng của việc nghiên cứu và đánh giá khả năng chống thấm cho vỏ hầm phân đoạn. Nghiên cứu này trình bày phương pháp tiếp cận đánh giá ứng xử của gioăng đệm vỏ hầm Metro dựa trên mô phỏng số. 2. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU Một mô hình phần tử hữu hạn hai chiều (two-dimensional finite element analysis, 2D Hình 2. Kích thước gioăng đệm EPDM FEA) của hầm Metro đã được xây dựng trong 48×20mm được sử dụng phổ biến cho phần mềm Abaqus [4]. Hầm có đường kính các đường hầm Metro tại Trung Quốc trong và ngoài của hầm lần lượt là 5,9 m và Cơ chế chống thấm nước của gioăng 6,6 m; vỏ hầm dày 35 cm. Một vòng hầm EPDM dựa trên áp suất tiếp xúc lớn được tạo khép kín bao gồm ba khối thường, hai khối ra ở các mặt tiếp xúc khác nhau trong quá liền kề và một khối nêm khóa (Hình 1). Ethylene Propylene Diene Monomer trình lắp ráp phân đoạn. Kích thước của (EPDM) [3] là vật liệu được sử dụng phổ biến gioăng đệm được thiết kế thay đổi tùy theo nhất cho gioăng đệm cao su. Gioăng EPDM kích thước của hầm, có thể tham chiếu Bảng có ứng xử siêu đàn hồi kích thước 48×20mm 1 theo thực tế áp dụng tại Hoa Kỳ và Trung được xem xét trong nghiên cứu này (Hình 2). Quốc [5]. 116
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Bảng 1. Kích thước gioăng EPDM lựa thuộc tính của cao su trong thời gian dài. Vì chọn theo đường kính trong của hầm [5] gioăng đệm sau khi thi công lắp đặt là bộ phận không thay thế nên xem xét các hiện tượng Đường kính trong Bề rộng gioăng đệm TT chùng rão và suy giảm phản áp của EPDM nên của hầm, ID (m) (mm) sử dụng hệ số an toàn để đảm bảo rằng miếng 1 ID  4m 20 đệm có thể chịu được áp suất thiết kế trong 2 4m < ID  7m 26 suốt tuổi thọ công trình (tuổi thọ thiết kế của 3 7m < ID  11m 33-36 hầu hết các đường hầm là 100 đến 125 năm). 4 11m < ID 36-44 Gioăng EPDM được gia tải với hai điều kiện: (1) Kích đẩy để ráp các khối vỏ hầm vào vị trí dự kiến thiết kế; (2) Chịu tác động từ quá trình khai thác sử dụng. Tác động này được thay thế bằng các chuyển dịch cưỡng bức của các khối vỏ hầm. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 3 thể hiện sự so sánh về dạng biến dạng của EPDM giữa kết quả thực nghiệm [1] và kết quả FEA của nghiên cứu này. Sự tương đồng đáng kể giữa kết quả theo hai phương pháp chứng tỏ tính hợp lý và tính khả thi của phương pháp tiếp cận FEA. Hình 4. Sơ đồ trạng thái làm việc (a) lý tưởng và (b) phức tạp của gioăng đệm (a) (b) Hình 3. So sánh (a) kết quả thực nghiệm [1] và (b) kết quả FEA trong nghiên cứu này Việc thi công lắp đặt các khối vỏ hầm có thể không hoàn toàn lý tưởng, điều này phát sinh nên chuyển vị ngang cho EPDM. Khi xem xét trạng thái biến dạng cực hạn của EPDM, thấy rằng khả năng chống nước (hay mức độ nguy cơ xảy ra rò rỉ nước) thay đổi bởi vì diện tích và lực phản áp (lực ép mặt) của EPDM trên các mặt tiếp xúc thay đổi (Hình 4 và 5). Triết lý thiết kế gioăng đệm EPDM là phải duy trì lực phản áp được thiết kế để chịu được áp suất nước ngầm sau nhiều năm lắp Hình 5. Sơ đồ biến dạng và tiếp xúc đặt. Do đó, thiết kế cần kể đến hệ số an toàn có với chuyển vị tới hạn và đường rò rỉ tính đến hiệu ứng giãn cao su hoặc thay đổi nước tiềm ẩn theo các mặt tiếp xúc [1] 117
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Hình 6 thể hiện biến dạng của gioăng (2) Hình dạng biến dạng của gioăng EPDM EPDM 48×20mm ở các trạng thái làm việc ở nhiều trạng thái làm việc khác nhau với mô khác nhau cho thấy khả năng mô phỏng đặc hình đơn giản nhất đã được đánh giá tỉ mỉ. tính siêu đàn hồi (hyperelasticity) của vật liệu (3) Khả năng chống nước của gioăng đệm EPDM. Kết quả FEA chỉ ra rằng sự làm việc thay đổi khi diện tích tiếp xúc và lực phản áp của gioăng đệm sẽ tốt hơn trong điều kiện chỉ của EPDM trên các mặt tiếp xúc thay đổi. nén ép mặt lý tưởng so với trong điều kiện Hiệu quả làm việc của gioăng đệm giảm xảy ra sự xê dịch. Điều này có nghĩa là trong điều kiện có xảy ra sự xê dịch. Vì vậy, chuyển vị ngang của khối vỏ hầm gây ra chuyển vị ngang trong gioăng đệm. cần giảm thiểu việc gây ra chuyển vị ngang của các khối vỏ hầm. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lei, M., Zhu, B., Gong, C., Ding, W., & Liu, L. (2021). Sealing performance of a precast tunnel gasketed joint under high hydrostatic pressures: Site investigation and detailed numerical modeling. TUST, 115, 104082. [2] Gong C, Ding W. A computational framework to predict the water‐leakage pressure of segmental joints in underwater shield tunnels using an advanced finite element method. International Journal for Numerical Analytical Methods in Hình 6. Hình dạng biến dạng của Geomechanics 2018;42:1957-75. gioăng đệm EPDM 48×20mm trong [3] Shalabi FI, Cording EJ, Paul SL. Concrete segment tunnel lining sealant performance nhiều chế độ làm việc khác nhau under earthquake loading. TUST 4. KẾT LUẬN 2012;31:51-60. [4] Abaqus V. 6.20 Documentation: Dassault Kết quả nghiên cứu bước đầu bằng mô Systemes Simulia Corporation; 2020. hình FEA cho thấy: [5] Bakhshi M, Nasri V. New American (1) Áp dụng mô hình FEA là khả thi trong Concrete Institute (ACI) Code for Design, việc nghiên cứu ứng xử của gioăng đệm Manufacturing and Construction of Tunnel EPDM. Segmental Lining. BHM 2019;164:514-32. 118