Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
68
ĐIỀU CHỈNH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT
TRONG THÂN ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC
THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
Hà Thanh Dương, Nguyễn Quang Hùng, Vũ Hoàng Hưng
Đại học Thủy lợi, email: congty3t@gmail.com
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay phương pháp phần tử hữu hạn
(PTHH) đã trở thành phương pháp phổ biến
trong phân tích ứng suất – biến dạng kết cấu
công trình. Trong phân tích đập trọng lực,
phương pháp này ưu điểm hơn phương pháp
sức bền vật liệu (SBVL) khi tính toán kết cấu
có hình dạng phức tạp, kết cấu trên nền đàn
hồi hoặc phân tích phi tuyến tính kết cấu.
Tuy nhiên do hạn chế của việc mô hình hóa
kết cấu đập và nền nên phương pháp PTHH
thường cho kết quả ứng suất rất lớn (ứng suất
tập trung) tại các vị trí có đột biến về hình
học hoặc kết cấu và có liên quan đến hình
thức phần tử và kích thước mạng lưới phần
tử. Nếu lấy giá trị ứng suất này làm tiêu
chuẩn khống chế và đánh giá an toàn ứng
suất sẽ không phản ánh đúng sự làm việc
thực tế của đập. Nhiều tác giả đã đề xuất lấy
ứng suất điểm lân cận, hoặc lấy giá trị bình
quân miền ứng suất kéo chính; sử dụng
PTHH tự thích ứng với mô hình h hoặc p, sử
dụng phần tử có khả năng nứt, hoặc cho nền
bị biến dạng dẻo để phân phối lại ứng suất,
giảm ứng suất tập trung. Phương pháp đầu
đơn giản nhưng có nhược điểm là phân bố
ứng suất không thỏa mãn phương trình cân
bằng; phương pháp sau phức tạp và có lượng
tính toán lớn đặc biệt khi phân tích động. Vì
vậy bài báo đề xuất sử dụng phương pháp
phối hợp phương pháp PTHH và phương
pháp SBVL (hay còn gọi là phương pháp ứng
suất tương đương phần tử hữu hạn) trong
phân tích đập bê tông trọng lực để điều chỉnh
lại trạng thái ứng suất trong toàn miền, loại
bỏ ứng suất tập trung nhưng vẫn phản ánh
được ảnh hưởng của các yếu tố được quy
định trong TCVN 9137-2012[[1]] đối với trạng
thái ứng suất – biến dạng trong thân đập.
2. PHƯƠNG PHÁP ỨNG SUẤT TƯƠNG
ĐƯƠNG PTHH
2.1. Nguyên lý tính toán
Phương pháp ứng suất tương đương phần
tử hữu hạn (Finite Element Equivalent Stress
Method) đầu tiên được tác giả người Trung
Quốc đề xuất khi phân tích ứng suất đập
vòm[2], [3] sau đó nhiều tác giả đã ứng dụng và
cải tiến phương pháp[4]~[6]. Tư tưởng cơ bản
của phương pháp là coi ứng suất trên một mặt
cắt ngang nào đó được lấy từ kết quả phân
tích PTHH tương đương với nội lực tác dụng
trên mặt cắt ngang này. Lợi dụng phương
pháp SBVL tính toán phân bố lại ứng suất
trên mặt cắt ngang để loại bỏ ứng suất tập
trung khi tính theo phương pháp PTHH.
2.2. Công thức tính toán
Từ kết quả tính toán phân bố ứng suất theo
phương đứng y bằng phương pháp PTHH,
tính toán nội lực tương đương trên một mặt
cắt ngang bất kỳ với bề rộng bằng 1 đơn vị:
L/2
yy
-L/2
N= σ dx
,
L/2
zy
-L/2
M = xσ dx
(1)
trong đó: N – lực dọc mặt cắt; M – mô men
mặt cắt; L – chiều dài mặt cắt; y - ứng suất
theo phương đứng tại vị trí x.
