- Trang Chủ
- Kiến trúc - Xây dựng
- Ảnh hưởng của mô phỏng cáp dự ứng lực đến trạng thái ứng suất và chuyển vị của cầu máng xi măng lưới thép nhịp lớn
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ PHỎNG CÁP DỰ ỨNG LỰC
ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ CHUYỂN VỊ
CỦA CẦU MÁNG XI MĂNG LƯỚI THÉP NHỊP LỚN
Vũ Hoàng Hưng1, Phạm Cao Tuyến2
1
Trường Đại học Thủy lợi, email: hung.kcct@tlu.edu.vn
2
Công ty TNHH Tư vấn, Trường Đại học Thủy lợi
1. ĐẶT VẤN ĐỀ DƯL có thể mô phỏng theo hai phương thức:
cục bộ và tổng thể. Phương thức cục bộ xem
Hiện nay cầu máng xi măng lưới thép
xét lần lượt tác dụng của kết cấu và cáp
(CM-XMLT) vẫn còn hạn chế về chiều dài
DƯL, lấy tải trọng để thay thế tác dụng của
nhịp, thông dụng vẫn là loại nhịp có chiều dài
cáp DƯL (Hình 1a). Phương thức tổng thể
6m. Để đáp ứng được yêu cầu thực tế đối với
xem xét đồng thời tác dụng của kết cấu và
cầu máng nhịp lớn, sử dụng kết cấu CM- cáp DƯL, có thể sử dụng phần tử liên kết
XMLT ứng suất trước (ƯST) là một giải (phần tử chỉ chịu kéo nén dọc trục) để mô
pháp đem lại hiệu quả cao khi tăng nhịp của phỏng cáp DƯL với phương pháp giảm
cầu máng [1]. nhiệt (Hình 1b), hoặc phương pháp biến
Để tạo ƯST trong kết cấu CM-XMLT, dạng ban đầu… để tạo ứng lực trước. Hai
cáp dự ứng lực (DƯL) được kéo căng sau phương thức này đều có những ưu và nhược
đó neo vào cấu kiện. Do thân máng XMLT điểm riêng [2].
có dạng vỏ trụ và chiều dày của thân máng (1) Phương thức cục bộ
rất mỏng nên chỉ thích hợp với cáp DƯL đặt Ưu điểm: không cần xem xét vị trí của
thẳng. Căn cứ vào cáp căng trước hay sau có tuyến cáp DƯL, xây dựng mô hình, chia lưới
thể phân thành hai loại: phương pháp căng phần tử đơn giản, hiệu ứng ƯST đối với tổng
trước và phương pháp căng sau. Mỗi thể kết cấu thể hiện khá rõ ràng.
phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy Nhược điểm: khó mô phỏng ảnh hưởng
thuộc vào yêu cầu thiết kế và chế tạo để lựa của vị trí cáp, phương của cáp đến tổng thể
chọn cho phù hợp. kết cấu, không mô phỏng được quá trình kéo
Bài báo này chỉ xem xét một khía cạnh cáp, không dễ xem xét tác dụng đồng thời
nhỏ trong tính toán thiết kế là mô phỏng cáp của các tải trọng ngoài, không thể mô phỏng
DƯL trong mô hình phần tử hữu hạn và ảnh tổn hao ứng suất do lực kéo cáp khác nhau.
hưởng của nó đến trạng thái ứng suất biến (2) Phương thức tổng thể
dạng của CM-XMLT-ƯST nhịp lớn.
Ưu điểm: do coi kết cấu và cáp DƯL là hai
2. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG CÁP DỰ loại phần tử riêng biệt nên cáp có vị trí nhất
ỨNG LỰC định, vì vậy có thể xem xét được ảnh hưởng
đối với kết cấu; có thể mô phỏng quá trình
Xác định trạng thái ứng suất và chuyển vị căng cáp để tối ưu trình tự căng cáp, hưởng
của CM-XMLT cần theo bài toán vỏ mỏng ứng ứng suất của cáp dưới tải trọng tùy ý và
không gian bằng phương pháp phần tử hữu mô phỏng tổn hao ƯST.
hạn. Kết cấu CM-XMLT có thể mô phỏng Nhược điểm: xây dựng mô hình khá phức
bằng các phần tử khối, riêng đối với cáp
tạp đặc biệt khi cáp nhiều và bố trí tuyến cong.
78
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
LKC T=-LKC/EAα
(a) Phương thức rời rạc (b) Phương thức chỉnh thể
Hình 1. Phương pháp mô phỏng cáp dự ứng lực
LKC - lực kéo cáp; T - nhiệt độ; E - mô đun đàn hồi của cáp;
A - diện tích mặt cắt ngang của cáp; α - hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu cáp
3. TÍNH TOÁN CM-XMLT-ƯST BẰNG Do = 1.2m, chiều cao máng H = 1.4m, chiều
PHẦN MỀM ANSYS dày thân máng t = 0.04m, chiều dày đáy
máng to = 0.2m, lực kéo cáp LKC = 875kN.
Chương trình tính kết cấu CM-XMLT-
Vật liệu xi măng lưới thép M300. Chiều dài
ƯST là một chương trình chuyên dụng phân
tích kết cấu cầu máng tiết diện chữ U được nhịp tính toán thay đổi L = (8÷22) m. Máng
chịu trọng lượng bản thân (TLBT), áp lực
xây dựng trên cơ sở phương pháp phần tử
nước khi máng đầy nước (ALN), người đi
hữu hạn, dùng ngôn ngữ lập trình tham số
trên máng (ND) và lực kéo cáp (LKC). Tính
APDL trong ANSYS [3][4]. Chương trình
toán chuyển vị và ứng suất với tổ hợp tải
này được xây dựng cho kết cấu CM-XMLT-
trọng: TH = TLBT+ALN+ND+LKC trong
ƯST với cáp DƯL thẳng căng sau, cáp liên
hai trường hợp mô phỏng cáp DƯL.
kết với kết cấu tại hai đầu neo, lực kéo cáp
được đưa vào thông qua biến dạng ban đầu 4.2. Kết quả tính toán
của cáp. Trong quá trình căng cáp và chịu
tải, cáp không tiếp xúc với thành lỗ, cáp Mô hình hình học CM-XMLT-ƯST có
vẫn thẳng trong khi tuyến lỗ bị biến dạng chiều dài L = 20m được cho ở Hình 2. Kết quả
theo kết cấu. Do đó mô hình tổng thể thể tính toán ứng suất và chuyển vị ứng với các
này làm việc như mô hình cục bộ [5]. Ngoài chiều dài máng cho hai trường hợp mô phỏng
ra trong trường hợp sử dụng cáp DƯL căng cáp DƯL cho ở Bảng 1, 2.
trước và căng sau có phụt vữa lấp đầy lỗ,
cáp tiếp xúc chặt chẽ với kết cấu, sử dụng
Chương trình trên là chưa đảm bảo tính
chính xác sự làm việc của CM-XMLT-
ƯST. Vì vậy các tác giả tiến hành chỉnh sửa
Chương trình tính CM-XMLT-ƯST để có
thể mô phỏng cả trường hợp cáp DƯL căng
trước trong mô hình thể.
4. ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ PHỎNG CÁP
DƯL ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ
CHUYỂN VỊ CM-XMLT-ƯST
4.1. Đặt bài toán
Sử dụng Chương trình tính kết cấu
CM-XMLT-ƯST tính toán cho trường hợp
máng tiết diện chữ U có đường kính trong Hình 2. CM-XMLT-ƯST L = 20m
79
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Bảng 1. Ứng suất dọc SZ (kN/m2) ở đáy máng tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng
Trường Chiều dài máng L (m)
Vị trí
hợp 8 10 12 14 16 18 20 22
Mô hình Đỉnh -548 -1187 -2658 -3557 -5552 -6638 -9207 -10423
cục bộ Đáy -3851 -3333 -2709 -1903 -1023 3.10 1109 2345
Mô hình Đỉnh -304 -1086 -2406 -3408 -5063 -6445 -8527 -10232
tổng thể Đáy -3964 -3403 -2814 -2006 -1190 -160.8 865.8 2065
Bảng 2. Chuyển vị đứng UY (mm) tại mặt cắt giữa nhịp của cầu máng
Chiều dài máng L (m)
Trường hợp
8 10 12 14 16 18 20 22
Mô hình cục bộ 0.552 0.546 0.238 -0.559 -2.059 -4.502 -8.159 -13.32
Mô hình tổng thể 0.588 0.587 0.304 -0.455 -1.883 -4.278 -7.830 -12.55
4.3. Nhận xét chính xác của kết quả tính toán trạng thái và
chuyển vị của kết cấu CM-XMLT-ƯST.
Từ Bảng 1, 2 cho thấy ứng suất dọc máng
SZ (kN/m2) tại giữa nhịp, chuyển vị đứng 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
UY (mm) tại giữa nhịp của Cầu máng CM- [1] Vũ Thành Hải (2001), Cầu máng xi măng
XMLT-ƯST trong hai trường hợp mô phỏng lưới thép, Bài giảng sau đại học ngành
cáp DƯL có sự thay đổi đặc biệt khi chiều Công trình thủy, Trường Đại học Thủy Lợi,
dài máng càng lớn thì sự thay đổi này càng Hà Nội.
lớn. Ứng suất và chuyển vị đối với CM- [2] Vũ Hoàng Hưng (2018), ANSYS – Ví dụ
XMLT-ƯST sử dụng mô hình chỉnh thể đều thực tế phân tích kết cấu công trình thủy lợi
nhỏ hơn CM-XMLT-ƯST sử dụng mô hình thủy điện, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.
rời rạc. [3] Phạm Cao Tuyến (2017), Nghiên cứu kết
cấu và công nghệ chế tạo cầu máng xi
5. KẾT LUẬN măng lưới thép ứng suất trước nhịp lớn,
Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học
Ảnh hưởng của mô phỏng cáp DƯL đến Thủy lợi.
trạng thái ứng suất và chuyển vị của CM- [4] Phạm Cao Tuyến (2015), Nghiên cứu thực
XMLT-ƯST là rõ ràng, khi chiều dài máng nghiệm cầu máng xi măng lưới thép ứng
càng lớn ảnh hưởng càng lớn. Chiều dài suất trước nhịp lớn trên máy tính, Tạp chí
máng tăng lớn ứng suất kéo ở đáy máng và KHKT Thủy lợi và Môi trường, số 49, pp.
chuyển vị đáy máng trong trường hợp mô 122-128, 06/2015.
hình chỉnh thể có xu hướng nhỏ hơn mô hình [5] Phạm Cao Tuyến, Vũ Hoàng Hưng, Nghiên
rời rạc, điều này cho thấy hiệu ứng tiếp xúc cứu chuyển vị và ứng suất của cầu máng vỏ
mỏng xi măng lưới thép ứng suất trước nhịp
cáp DƯL với kết cấu. Vì vậy khi chiều dài
lớn, Tạp chí KHKT Thủy lợi và Môi
máng lớn cần mô phỏng cáp DƯL theo mô trường, số 60, pp. 94-99, 03/2018.
hình chỉnh thể kể cả bố trí cáp tuyến thẳng,
đương nhiên đối với cáp tuyến cong cần phải
sử dụng mô hình chỉnh thể mới đảm bảo độ
80
nguon tai.lieu . vn
