Đăng bởi: Vũ Hoàng Hưng | Tháng Bảy 12, 2011

Phân tích một vài nhân tố ảnh hưởng đến ứng suất gót đập đập bê tông trọng lực cao

Nứt gót đập từ trước đến nay vẫn được coi là vấn đề lớn ảnh hưởng đến an toàn công trình đập bê tông trọng lực. Nứt gót đập thường xảy ra trong quá trình tích nước vận hành hồ chứa, khi gót đập phát sinh nứt sẽ tổn hại đến màn chống thấm làm mất nước nghiêm trọng dẫn đến công trình không đảm bảo an toàn. Việc khống chế nứt gót đập phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó yếu tố tương đối quan trọng đó là xác định trạng thái ứng suất chân thực tại gót đập để có biện pháp khống chế nứt hữu hiệu. Dưới đây vận dụng phương pháp phân tích mô phỏng chân thực PTHH tiến hành nghiên cứu so sánh nhiều trường hợp đối với ứng suất gót đập, thảo luận ảnh hưởng của một vài nhân tố như mạng lưới tính toán PTHH, nứt nền thượng lưu đập, phương thức gán áp lực nước hồ chứa, quá trình thi công bê tông đối với ứng suất kéo gót đập đập bê tông trọng lực, từ đó làm căn cứ và tham khảo đánh giá trạng thái ứng suất chân thực tại gót đập.

1. Ảnh hưởng của mạng lưới tính toán phần tử hữu hạn đối với ứng suất kéo gót đập

Lựa chọn mặt cắt đập điển hình với chiều cao đập 137m, chiều dài biên đáy đập 80m, bề rộng đỉnh đập 7m, phạm vi tính toán là về phía thượng lưu 150m, về phía hạ lưu 250m, về phía dưới 250m. Sử dụng phần mềm ANSYS tiến hành tính toán PTHH dưới điều kiện biến dạng phẳng. Lần lượt tiến hành tính toán đối với các kích thước mạng lưới PTHH không giống nhau để chứng minh kết quả tính toán ứng suất PTHH với kích thước mạng lưới phần tử có liên quan đến nhau đặc biệt là vùng ứng suất tập trung. Bốn mô hình mạng lưới PTHH ở hình vẽ 1 được chia có quy tắc dựa trên cảm quan của người tính toán. Mô hình mạng lưới PTHH ở hình vẽ 2 được chia theo phương pháp PTHH tự thích ứng có sẵn trong phần mềm với kích thước mạng lưới từ 0.5m đến 5.0m với sai số là 5%. Kết quả tính toán ứng suất gót đập đối với từng trường hợp khác nhau được cho ở bảng 1.

Hình 1 Bốn trường hợp phân chia mạng lưới PTHH không giống nhau

Hình 2 Phân chia mạng lưới PTHH tự thích ứng

Bảng 1 Bảng thống kê trường hợp tính toán với kết quả (ứng suất kéo là dương)

Từ bảng 1 có thể thấy rằng kích thước mạng lưới PTHH ảnh hưởng rất lớn đến giá trị ứng suất tập trung tại gót đập, giá trị ứng suất tại gót đập lớn nhất và nhỏ nhất trong 4 trường hợp phân chia mạng lưới theo cảm quan của người tính toán chênh nhau đến 52,6%. Vì vậy khi tính toán PTHH chỉ dựa vào một lần lựa chọn kích thước mạng lưới phần tử thì không thể thu được kết quả ứng suất như mong muốn mà cần phải có một quá trình điều chỉnh đánh giá tức là sử dụng phương pháp PTHH tự thích ứng để thu được kết quả ứng suất sát với thực tế nhất. Căn cứ vào kết quả tính toán trong trường hợp phân chia mạng lưới PTHH tự thích  cho thấy giá trị ứng suất kéo tại gót đập theo phương thẳng đứng tăng rất lớn tới 26.25 Mpa, tăng 139,5% so với ứng suất kéo lớn nhất trong các trường hợp phân chia mạng lưới ở trên. Hình 3 thể hiện sự so sánh phân bố ứng suất SY trên đường thẳng nối từ gót đập tới mũi đập trường hợp phân chia mạng lưới PTHH tự thích ứng ứng với các trường hợp phân chia mạng lưới PTHH khác.

Hình 3 Phân bố ứng suất SY trên đường thẳng nối từ gót đập tới mũi đập ứng với các trường hợp phân chia mạng lưới PTHH khác nhau

2. Ảnh hưởng của nứt nền thượng lưu đối với ứng suất kéo gót đập

Khối đá nền đập thường tồn tại một lượng lớn vết nứt, ứng suất kéo của nền đá có thể được giải phóng nhờ các vết nứt này. Phương pháp phân tích PTHH truyền thống thông thường xem nền đá là khối liên tục, áp lực nước tác dụng lên mặt đập với toàn bộ cột nước. Kết quả của giả định này là khối đá gần chân đập xuất hiện ứng suất kéo khá lớn, từ đó dẫn đến ứng suất kéo vùng chân đập khá lớn. Giả định tính toán không giống nhau ảnh hưởng như thế nào đối với ứng suất chân đập, trạng thái ứng suất thực của chân đập là một vấn đề cần phải nghiên cứu. Để thấy rõ ảnh hưởng của nứt nền đập đối với ứng suất gót đập, trong phần này đã tiến hành nghiên cứu các trường hợp độ sâu vết nứt khác nhau và khoảng cách từ vết nứt tới chân đập (xem hình 4).

Hình 4 Sơ đồ tính toán

Hình 5 Mạng lưới PTHH tự thích ứng trường hợp nứt nền thượng lưu đập sâu 50m, cách đập 25m

Vết nứt cách gót đập 0 m                              Vết nứt cách gót đập 25 m

Vết nứt cách gót đập 50 m                              Vết nứt cách gót đập 100 m

Hình 6 Phân bố ứng suất kéo lớn nhất S1 trên đường thẳng nối từ gót đập tới mũi đập ứng với các trường hợp độ sâu nứt khác nhau

Bảng 2 Bảng thống kê trường hợp tính toán với kết quả (ứng suất kéo là dương)

Từ hình 6 và bảng 2 có thể thấy rằng nứt mặt thượng lưu ảnh hưởng rõ rệt đến ứng suất gót đập. Khi xuất hiện vết nứt ngay tại vị trí gót đập, ứng suất kéo tại gót đập giảm rất lớn từ 26.14MPa xuống còn  2.06MPa, nếu giả định nứt sâu hơn ứng suất gót đập tiến một bước giảm thấp nhưng không nhiều và xu hướng ổn định. Khi vết nứt cách xa gót đập 10m và 25m, ứng suất tại gót đập tăng cao nhưng không ổn định. Khi vết nứt cách gót đập khá xa 100m, ứng suất tại gót đập ổn định quanh giá trị 26.14 MPa (giá trị ứng suất kéo tại gót đập khi nền không bị nứt) không phụ thuộc vào độ sâu vết nứt, điều này cho thấy khi vết nứt khá xa gót đập sẽ không ảnh hưởng nhiều đến ứng suất gót đập. Từ những kết quả trên, khi tính toán và phân tích ứng suất đập, cần tiến hành khảo sát tỉ mỉ và đánh giá tình trạng phát sinh nứt nền đập hướng thẳng đứng trước gót đập để nâng cao độ tin cậy của mô hình số.

Ngoài hai nhân tố ở trên, phương thức gán áp lực nước tác dụng lên nền thượng lưu đập, mô phỏng quá trình thi công bê tông cũng ảnh hưởng đến kết quả tính toán ứng suất kéo gót đập. Ảnh hưởng của hai nhân tố này sẽ được giới thiệu tiếp trong thời gian tới. 


Responses

  1. anh ơi cho em hỏi tí.
    Trong 14TCN 56-88 điều từ 1.81 đến 1.83 nói về xác đình áp lực đẩy ngược lên đáy đập. Điều 1.83: áp lực ngược toàn phần của nước tác dụng lên đế đập Png được xác định theo công thức Png = (Pt+Pdn) x a2
    và a2=0.5 với nền đá
    nhưng ở dưới của điều này lại viết: đối với nền đá xác định Png trong các trường hợp nêu ở điều 1.81 tiêu chuẩn này, cho phép tính áp lực đẩy ngược theo các biều đổ hình 5.
    Em muốn hỏi trong hình 5 các giá trị cột nước không có xuất hiện hệ số a2( anpha 2), vậy thì tổng biều đồ (Diện tích toàn biểu đồ) trên là giá trị toàn bộ giá trị đẩy ngược dưới đáy đập, hay là giá trị đẩy ngược toàn phần bằng diện tích biều đồ đó nhân với a2 (anpha2).
    Cái này quang trọng anh ạ vì nhiều khi nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính hệ số ổn định cũng như ứng suất thân đập và tại mặt tiếp giáp với nền.
    EM cảm ơn anh!

    • Để a xem lại 14 TCN 56-88 và trao đổi sau

    • Các biểu đồ áp lực đẩy ngược của nước ở mặt tiếp giáp giữa đập và nền đá khi có màn chống thấm và thiết bị tiêu nước trong hình 5 của TCN 56-88 chưa bao hàm giá trị anpha 2. Khi xác định áp lực đẩy ngược toàn phần Png tác dụng lên đáy đập, biểu đồ áp lực hình 5 nhân thêm hệ số triết giảm áp lực đẩy ngược anpha 2, hay là các giá trị cột nước trong biểu đồ hình 5 nhân với hệ số anpha 2.

  2. anh cho em ý kiến về kết quả tính toán bài phần tích ứng suất đập tràn mà em gửi anh nha!

  3. Anh đã xem qua ví dụ em gửi, nói chung là được nhưng anh có một vài ý kiến để em tham khảo:
    – Về số liệu đầu vào: cần nói rõ có hay không xem xét tải trọng động và tác động của nhiệt độ, nếu xem xét cần có số liệu đầu vào cụ thể. Hình như trong ví dụ này không xem xét đến. Cần có số liệu cụ thể về chỉ tiêu cơ lý của bê tông và các lớp đất nền.
    – Về mô hình PTHH: Em nên nói rõ sử dụng loại phần tử gì, điều kiện biên, mô hình nền có khối lượng hay không khối lượng…Do mô hình hình học của em xây dựng khá chi tiết nên kích thước các bộ phận kết cấu chênh lệch khá nhiều, chia phần tử theo kiểu free nên mạng lưới phần tử khá dày, nhất là tại vị trí đột biến về hình học. Mình cố gắng đơn giản hóa kết cấu và khống chế chia thành mạng lưới phần tử hình 6 mặt là tốt nhất. Đây là bài toán tĩnh lực nên không vấn đề gì, nếu tính toán phi tuyến tính hoặc động cần phải giải lặp thì rất khó hội tụ.
    – Về kết quả tính toán: Em nên đưa thêm bảng kết quả, biểu diễn kết quả trên mặt cắt hoặc trên đường. Chắc đây là phần phụ lục nên không có phần phân tích đánh giá.
    Tạm thời như thế, có gì tiếp tục trao đổi

  4. Trong thực tế thiết kế e có xem khá nhiều phụ lục tính toán của nhiều công ty tư vấn đều bỏ qua anpha 2 (có vẽ còn thiếu xót, hay cố tình bỏ qua để thiên an toàn).

    Trong mô hình tính toán mà em gửi anh, nền là không khối lượng, không xét nhiệt và động đất anh ạ, phần tử dùng là solid 45 được extrude từ Plane 2. Trong ví dụ trên so với ví dụ us tràn mà anh đưa lên xu hướng phân bố chuyển vị ux và uy ngược nhau anh nhỉ???

    em muốn suất biểu đồ ( hoặc giá trị ) momen và lực cắt qua một mặt tính toán ( sử dụng path) để tính thép trong ansys thì làm thế nào hả anh? em biết trong ansys có tính tích phân các giá trị us để ra M và Q nhưng chưa sử dụng được anh ạ.

  5. Ví dụ em muốn xuất ứng suất trên một mặt cắt nào đó em làm như sau:
    General Postproc > Path Operations > Define Path > By Notes , dùng chuột lựa chọn hai điểm nút đầu và cuối đường thẳng mình cần lấy kết quả
    Sau đó vào Map onto Path lựa chọn các giá trị ứng suất cần lấy trên mặt cắt đó (sau đó nhấn Apply và OK)
    Vào Plot Path Item để xem kết quả trên mặt cắt đã chọn theo các kiểu Graph, List…
    Đây mới chỉ là lấy kết quả ứng suất, còn nội lực M, Q, N cần phải tính toán mới có. A chưa biết trong ANSYS có thể xuất nội lực được ko. A thường lấy giá trí ứng suất sau đó đưa vào excel để tính toán nội lực.


Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

Danh mục

%d bloggers like this: