Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 8. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT ĐẬP KHÔNG TRÀN TRƯỜNG HỢP MNDBT

CHƯƠNG 8. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT ĐẬP KHÔNG TRÀN TRƯỜNG HỢP MNDBT

Tải bản đầy đủ - 0trang

8.3 Phương pháp phần tử hữu hạn

Sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của máy tính điện tử đã làm thay đổi sâu sắc

cách xem xét và sử dụng phương pháp tính tốn kết cấu. với cơng cụ máy tính điện tử

người ta có thể chọn các thuật tốn tổng qt, soạn thảo các chương trình mang tính tự

động cao, áp dụng cho một lớp các bài tốn có chung tính chất chủ yếu. một trong những

phương pháp số sử dụng máy tính điện tử trong tính tốn kết cấu hiện nay là phần tử hữu

hạn.

Trong phương pháp phần tử hữu hạn, vật thể liên tục được thay thế bằng một số

hữu hạn các phần tử rời rạc có hình đơn giản, có kích thước càng nhỏ càng tốt nhưng vẫn

hữu hạn. Chúng được nối với nhau ở một số điểm quy định gọi là điểm nút các phần tử

này vẫn giữ nguyên vật thể liên tục trong phạm vi mỗi nút nhưng do có hình dạng đơn

giản và kích thước bé nên cho phép nghiên cứu dễ dàng hơn dựa trên cơ sở quy luật về

phân bố chuyển vị và nội lực

Các đặc trưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma

trận độ cứng của phần tử. các ma trận này dùng để ghép các phần tử lại thành một mơ

hình rời rạc hóa của kết cấu thực dưới dạng ma trận cứng của cả kết cấu.

Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được quy về các ứng

lực tại các nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút. Các ẩn số cần tìm là các chuyển

vị hoặc nội lực tại các nút được xác định trong ma trận chuyển vị nút hoặc mà trận nội lực

nút. Các ma trận độ cứng, ma trận tải trọng và ma trận chuyển vị nút được liên kết với

nhau trong phương trình cân bằng theo quy luật tuyến tính hay phi tuyến theo ứng xử của

kết cấu và các tác động lên kết cấu. Như vậy, thuật toán phần tử hữu hạn được nghiên cứu

và xác lập các ma trận cơ bản cùng với quy luật liên hệ giữa các ma trận để phản ánh gần

đúng các ứng xử thực tế cơ bản của kết cấu và các tác động lên kết cấu

Hệ phương trình cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn có dạng như sau:

[K].{  }={F}



Trong đó:

[K] : là ma trận độ cứng của toàn kết cấu.

{  }: véc tơ chuyển vị nút của toàn kết cấu.

{F}: véc tơ chuyển vị ngoại lực

Đây là phương trình cân bằng lực tại toàn bộ các nút của hệ. Sau khi xét điều kiện

biên (nút có chuyển vị hoặc khơng có chuyển vị đã biết trước) thì hệ này hồn tồn có thể

giải được. kết quả giải hệ phương trình trên cho ta chuyển vị của toàn kết cẩu ở hệ tọa độ

chung, từ đó sẽ tìm ra chuyển vị nút của mỗi phần tử trong hệ tọa độ riêng của phần tử ,

sau đó sẽ xác định được nội lực, ứng suất, biến dạng của điểm bất kì trong phần tử.

8.4 Ứng dụng phần mềm ANSYS để giải bài toán kết cấu

Hiện nay việc sử dụng các phần mềm trên máy vi tính để giải các bài tốn kết cấu

rất phổ biến. Có rất nhiều phần mềm có thể giải quyết bài toán kết cấu đặt ra ở trên như:

ANSYS, SAP2000, ABAQUAS, ADINA… Trong đồ án này em dùng phần mềm

ANSYS version 12 để tính tốn ứng suất của đập khơng tràn

ANSYS là một phần mềm đa năng có thể dùng giải các bài toàn trong nhiều lĩnh

vực khác nhau như kết cấu, thủy lực, nhiệt, điện, điện tử và đặc biệt là bài tốn tương tác

giữa các mơi trường khác nhau, tương tác giữa các hệ vật lý …. Từ khi ra đời năm 1970,

phần mềm ANSYS không ngừng được cải tiến nâng cao, công năng ngày càng lớn mạnh.

Hiện nay đã phát triển phiên bản 15. Hiện nay có hơn 70% các trường đại học và viện

nghiên cứu trên thế giới sử dụng phần mềm ANSYS trong giảng dạy và nghiên cứu.

ANSYS đã trở thành phần mềm có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất trên phạm vi tồn thế

giới.

Có 3 phương thức chính giải bài tốn kết cấu bằng phần mềm ANSYS đó là

phương thức giao diện đồ họa- người dùng (GUI- Graphical) phương thức dùng lệnh

(command), phương thức lập trình tham số hóa (APDL), người sử dụng có thể phối hợp



cả 3 phương thức này. Ngồi ra có thể dựa trên APDL xây dựng chương trình phân tích

chun dụng dưới dạng file macro.

Trình tự giải tốn kết cấu cơng trình bằng phần mềm ANSYS gồm 14 bước cơ bản

được phân thành 3 nhóm chính như sau:



(1) Xử lý số liệu

-



Đặt tên bài tốn



-



Giới hạn phạm vi phân tích



-



Định nghĩa loại hình phần tử và lựa chọn các thơng số



-



Định nghĩa hằng số thực



-



Định nghĩa thuộc tính vật liệu



-



Xây dựng mơ hình hình học



-



Chia lưới phần tử



-



Gán tải trọng và điều kiện biên

(2) Tính tốn



-



Lựa chọn loại hình tính tốn



-



Thiết lập các u cầu tính tốn



-



Tính tốn các vấn đề có liên quan

(3) Xử lý kết quả



-



Đọc lấy dữ liệu từ trong kết q tính tốn



-



Hiển thị các loại biểu đồ, bảng biểu ( nếu có) đối với kết quả tính tốn



-



Phân tích kết quả



8.5 Mơ hình và kết quả bài tốn

8.5.1. Mơ hình bài tốn

Tính tốn ứng suất thân đập trong trường hợp bài toán phẳng nghĩa là khảo sát 1

đoạn đập có chiều dài đơn vị, bỏ qua tác dụng của các lực có phương song song với trục

đập.

10.00

MNDBT=476

15.21



Zð?nh=482.92



443



403



359



122.83



122.83



122.00



122.83



Zðáy=482.92



Hình 8.1- Mơ hình bài tốn

8.5.2.Điều kiện biên của bài toán

Việc xác định điều kiện biên của bài toán đóng một vai trò vơ cùng quan trọng, nó

quyết định đến độ chính xác của bài tốn. Trong bài tốn này, ta chỉ tính tốn cho mặt cắt

đập có chiều dài đơn vị là 1 m nên đây là bài tốn biến dạng phẳng. Đối với bài tốn tính

ứng suất thân đập có kể tới nền thì độ sâu nền được lấy bằng chiều cao H của thân đập,

bề rộng nền lấy sang hai bên thân đập được lấy bằng bề rộng đáy đập B. Điều kiện biên

của bài toán như sau:



Do bài toán là biến dạng phẳng nên mặt cắt đập chỉ có thể biến dạng trong mặt

phẳng vng góc với trục đập mà khơng thể biến dạng theo phương trục đập. Vì vậy các

điểm ở đáy nền được hạn chế chuyển vị theo phương đứng (gán liên kết chống đứng).

Các điểm biên hai bên của nền được hạn chế chuyển vị theo phương ngang (gán liên kết

chống ngang)

8.5.3. Trường hợp tính tốn

Thực tế để phân tích ứng suất thân đập ta cần phải tính tốn với nhiều tổ hợp tải

trọng khác nhau. Nhưng trong phạm vi đồ án này em tính cho 1 tổ hợp tải cơ bản ứng với

MNDBT= 476 m, MNHL = 369,76m , các thiết bị chống thấm và tiêu nước làm việc bình

thường.

8.5.4. Các loại tải trọng tác dụng

-



Trọng lượng bản thân đập



-



Áp lực nước thượng lưu tác dụng vào đập.



-



Áp lực đẩy nổi tác dụng lên đáy đập.



-



Áp lực sóng.



-



Áp lực bùn cát tác dụng vào đập



-



Trọng lượng của nước đè lên thượng lưu nền.



-



Trọng lượng của khối bùn cát đè lên thượng lưu nền.



-



Áp lực nước hạ lưu



-



Áp lực thấm tác dụng lên đáy đập.



Các chỉ tiêu cơ lý của nền và bê tông được cho trong bảng sau:

Bảng 8.1: Các chỉ tiêu cơ lý của nền và bê tông

Loại vật liệu

Bê tông M150

Nền đá IIA



 (T/m3)

2,4

2,65



E (T/m2)

2,1.106

1,2.106





0,2

0,22



Rk (T/m2)

85

100



Rn (T/m2)

900

1100



Bê tông M300

Bê tơng M250

Bê tơng M200



160

130

115



1300

1100

950



8.5.5.Kết quả tính tốn

Tiến hành các bước tính tốn trong phần mềm ANSYS, ta được kết quả hình ảnh

phổ màu của các thành phần ứng suất như phụ lục 8.

Giá trị của thành phần ứng suất chính (S1,S3) và ứng suất theo phương X , Y (SX,

SY) tại mặt tiếp giáp giữa đập với nền (A-B) và mặt cắt giảm yếu (C-D) được thể hiện ở

các biểu đồ sau:

Nhận xét:

Từ kết quả tính tốn ta thấy ứng suất kéo nén lớn nhất xuất hiện tại vùng tiếp giáp

giữa đập và nền. Cụ thể chân đập phía thượng lưu (điểm A) xuất hiện ứng suất kéo lớn

nhất, chân đập phía hạ lưu ( điểm B) xuất hiện ứng suất nén lớn nhất. Trị số thể hiện ở

bảng sau:

Bảng 8.2: Các giá trị ứng suất

Điểm

A

B



Giá trị Ư/S chính

S1 (T/m2)

S3 (T/m2)

207,871

0

0

-615,257



Giá trị ứng suất theo phương X,Y

SX (T/m2)

XY (T/m2)

185,815

51,423

-355,887

-593,769



Các giá trị ứng suất kéo tại điểm A có sự nhảy vọt vượt quá giới hạn chịu kéo của

vật liệu vùng ứng suất này khơng mở rộng về phía đập và phía nền. Điều này cũng có thể

giải thích là do xuất hiện ứng suất cục bộ và tăng đột ngột tại điểm chân đập (điểm kì dị).

Để có kết quả chính xác hơn cần tiến hành thí nghiệm để có được các thơng số đầu vào,

chọn mơ hình vật liệu và tiến hành những phân tích phi tuyến để mơ phỏng đúng sự làm

việc của vật liệu hơn. Các giá trị ứng suất nén nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu.

Trong đồ án này vì lý do thời gian nên em mới chỉ dừng lại ở phân tích tuyến tính.



Ứng suất xung quanh các hành lang rất phức tạp, tại các khu vực đó vừa xuất hiện

ứng suất kéo tập trung vừa xuất hiện ứng suất nén tập trung.

Tại khu vực chân đập thượng lưu và hạ lưu, vị trí các hành lang xuất hiện ứng suất

kéo gây mất ổn đinh cục bộ và có thể làm nứt bê tơng. Do vậy tại những vị trí đó ta bố trí

thêm cốt thép để tăng khả năng chịu kéo cho bê tông



LỜI CẢM ƠN

Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân và được sự

dạy dỗ, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn thủy công cũng như tồn thể

các thầy cơ giáo trong trường đã dạy dỗ và chỉ bảo em trong suốt những năm học vừa qua,

đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến, em đã hoàn thành

tốt đồ án tốt nghiệp của mình. Với đề tài:



’’



Thiết kế cơng trình đầu mối hồ Bản Chát–



Phương án 1’’.

Thời gian làm đồ án tốt nghiệp là một khoảng thời gian có ích để em có điều kiện

hệ thống lại kiến thức đã được học và giúp em biết cách áp dụng lí thuyết vào thực tế, làm

quen với cơng việc của một kỹ sư thiết kế cơng trình thủy lợi.

Đây là đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế cơng trình thủy lợi và vận dụng

tổng hợp các kiến thức đã học. Dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng vì điều kiện thời

gian còn hạn chế nên trong đồ án em chưa giải quyết hết các trường hợp có thể xảy ra.

Mặt khác kinh nghiệm bản thân trình độ còn hạn chế nên trong đồ này khơng tránh khỏi

những thiếu sót.

Em kính mong được sự chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy cô giáo giúp cho

đồ án của em được hồn chỉnh hơn, từ đó kiến thức chun mơn cũng được hồn thiện và

nâng cao.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đặc biệt là thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến

đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện giúp đỡ em hồn thành đồ án này.



Hà Nội, ngày 01 tháng 1 năm 2013

Sinh viên thực hiện



VŨ THỊ MỸ HẠNH



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. QCVN 04 - 05 : 2012 - Quy chuẩn kỹ thuật quốc giacơng trình thủy lợi - các quy định

chủ yếu về thiết kế

2. TCVN 9137: 2012 - Cơng trình thuỷ lợi - thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép

3. TCVN 9151 : 2012 - Cơng trình thủy lợi - quy trình tính tốn thủy lực cống dưới sâu

4. Trường đại học Thuỷ Lợi (2005), Giáo trình Thuỷ Công T1-2, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

5. Trường đại học Thuỷ Lợi (2005), Giáo trình Thi Cơng T1-2, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

6. Nguyễn Văn Cung, Ngyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng (2005), Cơng trình tháo lũ trong

đầu mối hệ thống thuỷ lợi, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

7. Phạm Ngọc Quý (2006), Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước, NXB Xây

Dựng, Hà Nội.

8. Trường đại học Thuỷ Lợi (2004), Giáo trình Thuỷ Lực T1-2.

9. Trường đại học Thuỷ Lợi (1984), Giáo trình Thuỷ Văn Cơng trình.



Phụ Lục 1.1: Quá trình lũ thiết kế tuyến Bản Chát mơ hình lũ tháng VIII – 1969

(Đơn vị : m3/s)

Ngày

9-VIII



10/VII

I



T

(h)



model69



Q

0.01%



16

17

18

19

20

21

22



1

2

3

4

5

6

7



812

874

870

845

832

862

926



1589

1710

1702

1653

1628

1687

1812



Q

0.02

%

1432

1541

1534

1490

1467

1520

1633



23



8



1010



1976



24



9



1010



1



10



2



Giờ



Q



Q

0.1%



Q

0.2%



1093

1177

1171

1138

1120

1161

1247



956

1029

1024

995

979

1015

1090



1781



1360



1189



1976



1781



1360



1189



1000



1957



1763



1346



1177



11



1020



1996



1799



1373



1201



3



12



1040



2035



1834



1400



1224



4



13



1010



1976



1781



1360



1189



5

6

7

8

9

10

11

12

13



14

15

16

17

18

19

20

21

22



965

909

870

845

824

799

791

791

913



1888

1779

1702

1653

1612

1563

1548

1548

1786



1702

1603

1534

1490

1453

1409

1395

1395

1610



1299

1224

1171

1138

1110

1076

1065

1065

1229



1136

1070

1024

995

970

941

931

931

1075



14



23



1020



1996



1799



1373



1201



15



24



1050



2054



1851



1414



1236



16



25



1040



2035



1834



1400



1224



17



26



1040



2035



1834



1400



1224



18



27



1100



2152



1940



1481



1295



Q

0.5

%

823

886

882

857

844

874

939

102

4

102

4

101

4

103

4

105

4

102

4

978

922

882

857

835

810

802

802

926

103

4

106

5

105

4

105

4

111

5



Q

1,0

%

724

779

776

753

742

768

826



521

561

559

542

534

553

594



Q

10

%

445

479

477

463

456

472

507



900



648



554



900



648



554



892



642



548



909



655



559



927



668



570



900



648



554



860

810

776

753

735

712

705

705

814



619

584

559

542

529

513

508

508

586



529

498

477

463

452

438

434

434

500



909



655



559



936



674



575



927



668



570



927



668



570



981



706



603



Q

5%



11/VII

I



19



28



1150



2250



2028



1548



1354



20



29



1180



2309



2081



1589



1389



21



30



1210



2367



2134



1629



1424



22



31



1220



2387



2151



1643



1436



23



32



1220



2387



2151



1643



1436



24



33



1220



2387



2151



1643



1436



1



34



1250



2446



2204



1683



1471



2



35



1240



2426



2187



1670



1460



116

6

119

6

122

7

123

7

123

7

123

7

126

7

125

7



102

5

105

2

107

9

108

8

108

8

108

8

111

4

110

5



738



630



758



647



777



663



783



669



783



669



783



669



802



685



796



680



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 8. PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT ĐẬP KHÔNG TRÀN TRƯỜNG HỢP MNDBT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×