Bài viết trình bày các nghiên cứu về thấm, ổn định nền, ứng suất trong thân tường khi mực nước đạt MNKT +19.1m, là các kết quả được thực hiện trên kết cấu thực, đã được xây dựng, vận hành ổn định từ năm 2013 tại Phú Thọ, Việt Nam.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Nghiên cứu ứng dụng kết cấu tường kép bê tông cốt thép trong công trình thủy công - có xét đến điều kiện ứng xử phi tuyến hình học trong kết cấu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU TƯỜNG KÉP
BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG -
CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN ỨNG XỬ PHI TUYẾN HÌNH HỌC
TRONG KẾT CẤU
Nguyễn Cảnh Thái1, Nguyễn Ngọc Thắng1, Nguyễn Văn Xuân2
1
Đại học Thủy lợi, email: nnthang@tlu.edu.vn
2
TT tư vấn & CGCN Thủy lợi, Tổng cục Thủy lợi, email:bantotmr@yahoo.com
1. GIỚI THIỆU CHUNG yêu cầu phục vụ giao thông, phần mái và
chân đê khi nâng cao trình đê và mở rộng mặt
Năm 1892, François Hennebique tạo ra
đê không phạm vào khu vực không gian khu
vật liệu bê tông cốt thép (BTCT), từ đó, vật
dân cư sát đê.
liệu này đã được áp dụng rộng rãi trong các
kết cấu công trình xây dựng nói chung và
công trình thủy công nói riêng. Đồng thời,
các kết cấu này cũng liên tục được điều chỉnh
và bổ sung để đáp ứng tốt nhất các yêu cầu từ
thực tế cuộc sống. Ngày nay, yêu cầu đặt ra
đối với các công trình thủy công không chỉ là
đáp ứng yêu cầu về độ bền, hoàn thành các
công năng bảo vệ cơ bản, mà còn đáp ứng Hình 1: Không gian giới hạn
các đòi hỏi riêng đặc thù từng địa phương. phạm vi đê điển hình
Đó là các yêu cầu đặc biệt như: diện tích
Do yêu cầu đặc biệt của quỹ đất xây dựng
chiếm đất nhỏ để việc xây dựng mở rộng
và yêu cầu sử dụng, một số phương án được
trong khu dân cư giảm thiểu giải phóng mặt
lựa chọn như: kết cấu kiểu đập bản tựa, kết
bằng; Tận dụng tối đa nguồn vật liệu địa
cấu kiểu tường đơn, mặt cắt đê đất đầm nén
phương để đáp ứng kinh phí; Sử dụng được
hình thang,.. Tuy nhiên, với kết cấu kiểu bản
nhiều không gian công trình kết hợp phục vụ
tựa, phần bản chống không tận dụng được
dân sinh kinh tế... Bài viết nghiên cứu về kết
làm đường giao thông; với kết cấu tường
cấu tường chắn BTCT kép của hệ thống đê
đơn, độ ổn định nhỏ, phải đóng cọc liên kết
sông đã đáp ứng yêu cầu từ thực tế này, đồng
nền dẫn đến chi phí lớn; với mặt cắt hình
thời phân tích ưu điểm làm việc, có xét đến
thang, không đủ không gian để đắp mái...
điều kiện ứng xử phi tuyến hình học.
Kết cấu BTCT tường kép đáp ứng yêu cầu
Tại Việt Nam, đê điều giữ một vai trò
này, là một kết cấu thủy công đã được áp
quan trọng trong dân sinh kinh tế và có lịch
dụng mới thành công tại Việt Nam
sử từ lâu đời. Theo thời gian, nhu cầu tu bổ
[HYPERLINK \l "Tổn13" 1 ].
xây mới nâng cao chất lượng các tuyến đê
Kết cấu sử dụng đồng thời 2 tường chắn
trở nên cấp bách, dẫn tới các yêu cầu mới
BTCT với liên kết dầm giữa hai tường. Đáy
cần đáp ứng.
Yêu cầu quan trọng hàng đầu là giữ ổn tường có khoảng trống tận dụng lực dính của
định trong điều kiện mực nước thiết kế đất, tăng cường ổn định và giảm khối lượng
(MNTK) và mực nước kiểm tra (MNKT), vật liệu.
đảm bảo không bị trượt phẳng, trượt hỗn hợp Bài viết trình bày các nghiên cứu về thấm,
và trượt sâu. Ngoài ra, mặt đê cần đáp ứng ổn định nền, ứng suất trong thân tường khi
53
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
mực nước đạt MNKT +19.1m, là các kết quả (biến dạng lớn phát sinh moment lớn), P-d
được thực hiện trên kết cấu thực, đã được xây (hiệu ứng thay đổi dọc trục flexural strength
dựng, vận hành ổn định từ năm 2013 tại Phú của cấu kiện do lực dọc với cấu kiện chịu uốn,
Thọ, Việt Nam. làm thay đổi moment ảnh hưởng) [5], [6].
Trong bài toán phân tích tuyến tính, quan
hệ tuyến tính giữa biến dạng và chuyển vị
được viết dưới dạng ma trận:
{e}=[∂].{U} (1)
Trong bài toán phi tuyến hình học, quan
hệ giữa biến dạng và chuyển vị là quan hệ
phi tuyến:
{e}=[D.(u)].{u} (2)
Hình 2: Mặt cắt ngang tường kép BTCT
trong đó, ma trận [D.(u)] là hàm của thành
phần chuyển vị {u} tương ứng [7], [8].
Độ cứng phần tử có dạng:
[Ke+Kg].{du}={dP} (3)
trong đó, Ke là ma trận độ cứng ở hệ đàn hồi
Hình 3: Mặt bên tường Hình 4: Mặt bằng
biến dạng nhỏ; Kg là ma trận độ cứng gia
trong mô hình Abaqus một modul tính toán tăng do biến dạng lớn; {u} và {P} là các
vectơ chuyển vị và tải trọng [4], [7], [9].
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hai dầm bên trong mô hình tại điều kiện
mực nước đạt MNKT, mặt đập có hoạt tải,
Quá trình nghiên cứu được thực hiện trên chịu biến dạng và chịu uốn lớn, được xét tới
cơ sở kết hợp các phương pháp tính toán giải trong điều kiện phân tích ứng xử phi tuyến
tích, các mô hình phần tử hữu hạn, và quan hình học.
sát thực tế công trình đã hoạt động vận hành.
Tính thấm và ứng suất nền được thực hiện 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
trên modul Seep/w và Sigma/w, ứng suất
trong thân tường được thực hiện trên mô hình Bảng 1: Kết quả tính toán ứng suất,
Abaqus, có xét đến điều kiện ứng xử phi biến dạng
tuyến hình học [2], [3]. Kết quả \ Tr.h tính Tuyến tính Phi tuyến
Trong bài toán hình học
phi tuyến hình học, Chuyển vị Ux max (mm) 5.631E-01 6.160E-01
mặt cắt ngang hình Chuyển vị Uy max (mm) 1.508E-04 7.533E-04
học của kết cấu có Biến dạng E\LE max 2.078E-04 2.136E-04
xét đến sự thay đổi Ứng suất chính, smax (Tấn/m2) 4.915E+02 5.047E+02
(do biến dạng lớn – Ứng suất Von Mises, smax (Tấn/m2) 5.104E+02 5.400E+02
large deformation,
hoặc do chuyển vị
lớn – large
displacement) khác
với bài toán tuyến
tính coi các kích
thước mặt cắt ngang Hình 5: Hiệu ứng
hình học là hằng số P-D và P-d
không đổi [4], [5]. Đối với hệ thống cột, dầm,
hiệu ứng bậc hai thể hiện trong hai dạng: P-D Hình 6: Sơ đồ lực tác dụng
54
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
Hình 7: Gradient thấm đáy tường, J= 0.15 Hình 8: Biểu đồ lực thấm đáy tường
(qthấm, Wthấm)
Hình 9: Biểu đồ ứng suất cắt lớn nhất khu vực đất nền Hình 10: Biến dạng LE, max=2.13e-4,
phi tuyến
quả lớn hơn trong điều kiện tuyến tính, sát
với thực tế làm việc của công trình.
Kết cấu đã được xây dựng trên thực tế
và phát huy hiệu quả tốt, góp phần nâng
cao hiệu quả và công năng của công trình
thủy công.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TT TV&CG CN TL, Tổng Cục Thủy lợi,
Hình 11: Ứng suất chính,
Thiết kế KTTC đê Phú Thọ. Phú Thọ, Việt
smax=5.047e+2 T/m2, phi tuyến
Nam, 2013.
[2] Bộ NN&PTNT, Viện khoa học Thủy lợi, Bộ
4. KẾT LUẬN sách Sổ tay kỹ thuật Thủy lợi. Hà Nội, Việt
Nam: Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2005.
Báo cáo đã trình bày tóm tắt ứng dụng và [3] Nguyễn Văn Xuân, “Nghiên cứu ứng suất
hiệu quả của kết cấu tường kép BTCT trong trong công trình kết cấu bê tông cốt thép
công trình thủy công. Ưu điểm nổi bật là bảo vệ mái sông & đề xuất giải pháp áp
không gian sử dụng được tận dụng tối đa, chi dụng”. Luận văn thạc sĩ. Đại học Thủy lợi.
phí rẻ hơn so với phương án sử dụng cọc để [4] American Concrete Institute, ACI 318-95
giữ ổn định. Tính toán kết cấu đã xét tới điều Building Code Requirements for Structural
kiện ứng xử phi tuyến hình học. Kết quả tính Concrete. US, 1995.
toán với điều kiện ứng xử phi tuyến cho kết [5] European Standard, En 1993 -1-6 Design of
steel structures. European Union, 2007.
55
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
