Nghiên cứu sử dụng kết hợp mô hình toán trong kiểm định chất lượng đập bê tông đầm lăn trong quá trình thi công

Sử dụng được mô hình toán phân tích được trường ứng suất đập RCCD trong quá trình thi công và biết sử dụng các kết quả tính toán kết hợp với các số liệu thí nghiệm và quan trắc để đánh g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

Người hướng dẫn khoa học:

GS- TS Nguyễn Văn Mạo

Hà Nội – 2012

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ và tên: Nguyễn Mạnh Hiển Giới tính: Nam

Ngày, tháng, n ăm sinh: 6/10/1984 N ơi sinh: Hòa Bình

Quê quán: Lê Chân – Hải Phòng Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi đi học tập, nghiên cứu:

Kỹ sư đoàn TKTĐ Sơn La – Công ty CP Tư vấn xây dựng Điện 1

Chỗ ở hiện nay hoặc địa chỉ liên lạc:

Số 35 – LK 12 – Khu đô thị Văn Khê – Hà Đông – Hà Nội

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: Email: 0TU denpietrau@fcbarcelona.com.vn U Di động: 0988955384

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Thời gian từ: / đến /

N ơi học (trường, thành phố): Ngành học:

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian từ: 9/2002 đến 7/2007

N ơi học (trường, thành phố): cơ sở 2 Đại học Thủy Lợi – Tp Hồ Chí Minh

Ngành học: Công trình thủy lợi

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hồ chứa thủy điện Sê San 4

Ngày và n ơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 6/2007, Tp Hồ Chí Minh

Ng ười hướng dẫn: GS-TS Nguyễn Văn Mạo

3 Thạc sĩ:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian từ: 9/2009 đến 9/2012

N ơi học (trường, thành phố): Đại học Thủy Lợi – Hà Nội

Ngành học: Công trình thủy

Tên luận văn: Nghiên cứu sử dụng kết hợp mô hình toán trong kiểm định chất lượng đập bê tông đầm lăn trong quá trình thi công

Ngày và n ơi bảo vệ :

Ng ười hướng dẫn: GS-TS Nguyễn Văn Mạo

4 Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, trình độ B

Ảnh 4x6

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

7/2007 Đoàn TKTĐ 1 - Công ty CP tư vấn xây dựng

Điện 1

Kỹ sư thiết kế (hợp đồng thời vụ)

1/2009 Đoàn TKTĐ Sơn La – Công ty CP tư vấn xây

dựng Điện 1

Kỹ sư thiết kế

VI KHEN THƯỞNG VÀ KỶ LUẬT TRONG QUÁ TRÌNH HỌC CAO HỌC:

Không

V CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:

Không

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 4 tháng 12 n ăm 2012

Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học

Thủy Lợi Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trường Đại học

Thủy Lợi – Hà Nội, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt

thời gian học tập tại trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Văn Mạo đã dành thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học

Thủy Lợi cùng quí thầy cô trong Khoa Công Trình, Khoa Đào Tạo và Sau Đại

Học đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận tuy nhiên không thể tránh

khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy

cô và các bạn

Hà Nội, tháng 12 năm 2012

Học viên

Nguyễn Mạnh Hiển

MỤC LỤC

3T

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ3T 4 3T

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU3T 7 3T

MỞ ĐẦU3T 8 3T

CHƯƠNG 13T 12 3T

TỔNG QUAN VỀ KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG RCCD Ở VIỆT NAM3T 12 3T

1.13T 3TSơ lược về tình hình phát triển RCCD ở Việt Nam3T 12 3T

1.23T 3TKiểm định chất lượng RCCD trong công tác xây dựng đập3T 14 3T

1.33T 3TTình hình nghiên cứu trong quá trình kiểm định một số đập RCCD ở nước ta3T 15 3T

1.43T 3TSự cần thiết nghiên cứu phát triển phương pháp kết hợp mô hình toán trong công tác kiểm định RCCD3T 16 3T

1.53T 3TKết luận chương 13T 17 3T

CHƯƠNG 23T 19 3T

PHÂN TÍCH TRƯỜNG ỨNG SUẤT RCCD3T 19 3T

TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG3T 19 3T

2.1.3T 3TCác nhân tố ảnh hưởng đến trường ứng suất của RCCD trong quá trình thi công3T 19 3T

2.1.13T 3T Sự phát triển cường độ và các đặc tính của bê tông đầm lăn trong thời gian thi công3T 19 3T

2.1.23T 3T Trường nhiệt độ trong đập3T 24 3T

2.1.3 Trường ứng suất nhiệt trong đập3T 25 3T

2.2.3T 3TPhương pháp và phần mềm sử dụng3T 26 3T

2.2.13T 3T Cơ sở của lý thuyết đàn hồi nhiệt3T 26 3T

2.2.23T 3T Phần mềm sử dụng tính toán3T 30 3T

2.3 Các bài toán nghiên cứu3T 30

CHƯƠNG 33T 32 3T

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP MÔ HÌNH TOÁN KIỂM ĐỊNH

CHẤT LƯỢNG ĐẬP SÊ SAN 43T 32 3T

3.1 Giới thiệu tóm tắt tình hình xây dựng đập Sê San 43T 32 3T

3.1.13T 3T Nhiệt độ môi trường3T 33 3T

3.1.23T 3T Tổn thất nhiệt vào nền đá3T 33 3T

3.1.33T 3T Đối lưu tại các bề mặt3T 34 3T

3.1.43T 3T Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bê tông đầm lăn tại khối đổ3T 34 3T

3.1.53T 3T Các đặc tính nhiệt của bê tông đầm lăn3T 34 3T

3.1.63T 3T Các đặc tính cơ lý của bê tông đầm lăn ở tuổi thiết kế 365 ngày3T 34 3T

3.1.73T 3T Các đặc tính nhiệt của nền đập3T 35 3T

3.1.83T 3T Các đặc tính cơ lí của nền đập3T 35 3T

3.1.93T 3T Mô hình phần tử kết cấu đập3T 35 3T

3.1.10 Tiến độ thi công đập3T 36 3T

3.1.11 Các thông số đầu vào cho bài toán 23T 38 3T

3.1.12 Các thông số đầu vào cho bài toán 33T 38 3T

3.2 Các số liệu thí nghiệm trong phòng, hiện trường, quan trắc ở đập Sê San

43T 39 3T

3.2.13T 3T Số liệu thí nghiệm trong phòng3T 39 3T

3.2.23T 3T Số liệu thu thập từ hiện trường và thiết bị quan trắc3T 40 3T

3.3.3T 3TTrường ứng suất nhiệt đập Sê san 43T 41 3T

3.3.13T 3T Phân tích trường nhiệt độ3T 41 3T

3.3.2 Bài toán 1: Phân tích trường ứng suất trong đập bê tông tông đầm lăn trong thời kì thi công do nhiệt độ tác dụng3T 49 3T

3.4.3T 3TTrường ứng suất chất tải và tải trọng thi công3T 54 3T

3.5 Trường ứng suất nhiệt và chất tải, tải trọng thi công3T 57

3.6 Trường ứng suất nhiệt và chất tải, tải trọng thi công quá trình thi công số

23T 62 3T

3.73T 3TPhân tích chất lượng đập RCC Sê San 43T 64 3T

3.7.13T 3T Khảo sát chất lượng RCC thân đập mô hình 1.3T 64 3T

3.7.23T 3T Khảo sát chất lượng RCC thượng lưu3T 66 3T

3.7.33T 3T Khảo sát bê tông RCC hạ lưu3T 67 3T

3.7.43T 3T Khảo sát chất lượng RCC thân đập mô hình 23T 69 3T

3.7.53T 3T Khảo sát chất lượng RCC thượng lưu đập mô hình 23T 70 3T

3.7.53T 3T Khảo sát chất lượng RCC hạ lưu đập mô hình 23T 72 3T

3.8 Kết luận chương 33T 73 3T

CHƯƠNG 43T 75 3T

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ3T 75 3T

4.1 Các kết luận rút ra từ các nghiên cứu của luận văn3T 75 3T

4.2 Những vấn đề tồn tại3T 75 3T

4.3 Kiến nghị3T 76 3T

TÀI LIỆU THAM KHẢO3T 77

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 Kiểm định theo sơ đồ kết hợp 10

Hình 2 Sơ đồ tiếp cận 11

Hình 2.1 Đường cong phát triển độ bền nén của bê tông đầm lăn 19

Hình 2.2 Đường cong phát triển độ bền kéo của bê tông đầm lăn 20

Hình 2.3 Đường cong phát triển môđun đàn hồi của bê tông đầm lăn 20

Hình 2.4 Đường cong hệ số từ biến của bê tông đầm lăn 22

Hình 2.5 Đường cong co ngót của bê tông đầm lăn 23

Hình 2.6 Biến dạng của bê tông theo thời gian 23

Hình 2.7 Đường cong nhiệt thuỷ hoá của bê tông đầm lăn 24

Hình 2.8 Quá trình diễn biến nhiệt độ trong khối đập 25

Hình 2.9 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng 29

Hình 3.1 Thi công đập bê tông đầm lăn trên công trình thuỷ điện Sê San 4 32

Hình 3.2 Sơ đồ lưới phần tử mặt cắt đập 36

Hình 3.3 Tiến độ thi công đập 37

Hình 3.4 Đường cong phát triển độ bền nén của bê tông đầm lăn 40

Hình 3.5 Biểu đồ sự phát triển cường độ nén tại hiện trường 41

Hình 3.6 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 360 (h) 42

Hình 3.7 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 5400 (h) 42

Hình 3.8 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 5760 (h) 43

Hình 3.9 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 10800 (h) 43

Hình 3.10 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 11160 (h) 44

Hình 3.11 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 18300 (h) 45

Hình 3.12 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 21000 (h) 45

Hình 3.13 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 21360 (h) 46

Hình 3.14 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 21360 (h) 47

Hình 3.15 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 30120 (h) 48

Hình 3.16 Phân bố nhiệt độ thân đập ở 34680 (h) 48

Hình 3.17 Trường ứng suất nhiệt trong đập ở 5400 giờ 49

Hình 3.18 Trường ứng suất nhiệt trong đập ở 10800 giờ 50

Hình 3.19 Trường ứng suất nhiệt trong đập ở 21000 giờ 50

Hình 3.20 Trường ứng suất nhiệt trong đập ở 29640 giờ 51

Hình 3.21 Trường ứng suất nhiệt trong đập ở 34680 giờ 52

Hình 3.22 Ứng suất nhiệt biên hạ lưu 53

Hình 3.23 Ứng suất nhiệt biên thượng lưu 53

Hình 3.24 Ứng suất nhiệt biên hành lang cao độ 159 m 54

Hình 3.25 Trường ứng suất trong đập do chất tải và tải trọng thi công 5400 giờ 55

Hình 3.26 Trường ứng suất trong đập do chất tải và tải trọng thi công ở 10800 giờ 55

Hình 3.27 Trường ứng suất trong đập do chất tải và tải trọng thi công ở 21000 giờ 56

Hình 3.28 Trường ứng suất trong đập do chất tải và tải trọng thi công ở 29640 giờ 56

Hình 3.29 Trường ứng suất trong đập do chất tải và tải trọng thi công ở 29640 giờ 57

Hình 3.30 Trường ứng suất do nhiệt độ và chất tải, tải thi công tác dụng ở 5400 giờ 58

Hình 3.31 Trường ứng suất do nhiệt độ, chất tải, tải thi công tác dụng ở 10800 giờ 58

Hình 3.32 Trường ứng suất do nhiệt độ và chất tải, tải thi công tác dụng ở

21000 giờ 59

Hình 3.33 Trường ứng suất do nhiệt độ và chất tải, tải thi công tác dụng ở 29640 giờ 60

Hình 3.34 Trường ứng suất do nhiệt độ và chất tải, tải thi công tác dụng ở 34680 giờ 61

Hình 3.35 Trường ứng suất do nhiệt độ, chất tải, tải trọng thi công tác dụng ở 5400h (mô hình 2) 62

Hình 3.36 Trường ứng suất do nhiệt độ, chất tải, tải trọng thi công tác dụng ở 7920h (mô hình 2) 62

Hình 3.37 Trường ứng suất do nhiệt độ, chất tải, tải trọng thi công tác dụng ở 18720h (mô hình 2) 63

Hình 3.38 Trường ứng suất do nhiệt độ, chất tải, tải trọng thi công tác dụng ở 38720h (mô hình 2) 63

Hình 3.39 Dữ liệu kết quả tính toán ứng suất 65

Hình 3.40 Biểu đồ phát triển ứng suất thân đập 66

Hình 3.41 Biểu đồ phát triển ứng suất thượng lưu đập 67

Hình 3.42 Biểu đồ phát triển ứng suất hạ lưu đập 68

Hình 3.43 Sơ đồ 3 đường phần tử thân đập 70

Hình 3.44 Sơ đồ 3 đường phần tử thượng lưu đập 71

Hình 3.45 Sơ đồ 3 đường phần tử hạ lưu đập 73

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Danh sách các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2013 12

Bảng 3.1 Nhiệt độ môi trường cho các bề mặt khối RCC tính toán 33

Bảng 3.2 Cường độ nén tiêu chuẩn của bê tông đầm lăn Sê San 4 39

Bảng 3.3 Cường độ nén thực đo của bê tông đầm lăn Sê San 4 40

Bảng 3.4 Kết quả tính toán ứng suất phần tử thân đập 65

Bảng 3.5 Kết quả tính toán phần tử thượng lưu đập 66

Bảng 3.6 Kết quả tính toán phần tử hạ lưu đập 68

Bảng 3.7 Cường độ nén thân đập của bê tông đầm lăn Sê San 4 69

Bảng 3.8 Cường độ nén thực đo phần tử thân đập 69

Bảng 3.9 Kết quả tính toán phần tử thân đập mô hình 2 69

Bảng 3.10 Cường độ nén thực đo phần tử thượng lưu đập 70

Bảng 3.11 Kết quả tính toán phần tử thượng lưu đập mô hình 2 71

Bảng 3.12 Cường độ nén thực đo phần tử hạ lưu đập 72

Bảng 3.13 Kết quả tính toán phần tử hạ lưu đập mô hình 2 72

MỞ ĐẦU

Công nghệ đập bê tông đầm lăn (RCCD) là một tiến bộ trong lĩnh vực xây dựng đập trong những thập kỷ cuối của thế kỷ XX Do có nhiều đặc điểm nổi trội nên công nghệ này được phát triển rộng khắp trên thế giới Tuy mới chỉ sử dụng công nghệ RCCD một số năm gần đây nhưng phần lớn các đập bê tông trong các dự án thủy điện, thủy lợi ở nước ta hiện nay đã được lựa chọn

là RCCD

Đối với Việt Nam, công nghệ xây dựng RCCD hiện đang là một công nghệ mới Vì vậy, công tác thiết kế, thi công theo công nghệ RCCD ở nước ta vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu để rút kinh nghiệm nhằm hoàn thiện công nghệ này theo điều kiện Việt Nam Một trong những vấn đề bức xúc trong quản lý xây dựng RCCD hiện nay ở nước ta là kiểm định chất lượng RCC trong quá trình thi công

Chất lượng RCC là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của đập Thực tế công tác kiểm định chất lượng RCC trong phòng và thí nghiệm hiện trường kết hợp với những giám sát và các số liệu thực đo thi công để kết luận về chất lượng Các phân tích bằng mô hình toán như trường nhiệt độ, trường ứng suất nhiệt, ứng suất bao gồm cả nhiệt và các tải trọng mới chỉ chú ý đến trong giai đoạn thiết kế Các phân tích này trong giai đoạn thi công còn rất hạn chế Vì vậy khi xảy ra những hiện tượng như nứt, thấm ngoài ý muốn thiếu cơ sở khoa học để giải thích và kết luận

Tương quan giữa cường độ của RCC và ứng suất phát sinh trong đập trong quá trình thi công là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng RCCD Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán đủ độ tin cậy để phân tích trường

ứng suất RCCD trong quá trình thi công kết hợp với số liệu thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hiện trường và số liệu quan trắc tại đập là hướng tích cực đóng góp vào phương pháp kiểm định chất lượng thi công RCCD ở nước ta hiện nay

Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng kết hợp mô hình toán trong kiểm định

chất lượng đập bê tông đầm lăn trong quá trình thi công”

Sử dụng được mô hình toán phân tích được trường ứng suất đập RCCD trong quá trình thi công và biết sử dụng các kết quả tính toán kết hợp với các

số liệu thí nghiệm và quan trắc để đánh giá chất lượng RCCD

1) Phân tích các đặc tính của bê tông đầm lăn phụ thuộc vào thời gian thi công

2) Phân tích trường nhiệt độ của đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công

3) Phân tích trường ứng suất của đập bê tông đầm lăn do nhiệt độ tác dụng trong thời gian thi công

4) Phân tích trường ứng suất của đập bê tông đầm lăn do quá trình chất tải và tải trọng thi công trong thời gian thi công

5) Phân tích trường ứng suất của đập bê tông đầm lăn do đồng thời tải trọng ngoài và nhiệt độ tác dụng trong thời gian thi công

6) Đánh giá các yếu tố bất lợi xảy ra trong quá trình thi công; đề ra các giải pháp nhằm khống chế ứng suất của đập bê tông đầm lăn trong giới hạn cho phép của vật liệu

7) Sử dụng mô hình toán kết hợp để đánh giá chất lượng RCCD

3 Cỏch tiếp cận và phương phỏp nghiờn cứu

Từ thực tiễn cỏc cụng trỡnh đó và đang thiết kế và thi cụng, ứng dụng cỏc tiến bộ khoa học kĩ thuật tiến hành nghiờn cứu trường ứng suất trong đập bờ tụng đầm lăn trong thời gian thi cụng, đề xuất cỏc giải phỏp khống chế ứng suất trong đập trong giới hạn cho phộp của vật liệu

- Phương phỏp đỏnh giỏ chất lượng theo phương phỏp kết hợp như sơ

đồ

Hỡnh 1: Kiểm định theo sơ đồ kết hợp

- Sử dụng phần mềm Midas Civil và sơ đồ hỡnh 1 kiểm định chất lượng đập Sesan 4

- Cỏch tiếp cận (sơ đồ hỡnh 2)

(4) Cường độ phát triển theo thời gian lý thuyết (thí nghiệm trong phòng)

(5) Cường độ thực RCC (thí nghiệm hiện trường) (6) ứng suất tính toán

(1) (2

(3

C ường độ

Th ời gian (theo tiến độ thi cụng)

Hình 2: Sơ đồ tiếp cận

Luận văn đã phân tích các đặc tính của bê tông đầm lăn thay đổi theo thời gian (sự phát triển cường độ, mô đun đàn hồi, co ngót và từ biến) và ảnh hưởng của chúng đến trường ứng suất trong đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công

Luận văn đã phân tích và làm rõ tác động của nhiệt độ và quá trình chất tải, tải trọng thi công đến trường ứng suất và trạng thái làm việc của đập bê tông đầm lăn trong quá trình thi công Kết hợp dùng mô hình toán để đánh giá chất lượng bê tông RCC Từ đó làm cơ sở đề ra các giải pháp khống chế sự phát triển của ứng suất trong đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công

Tiếp cận thực tế

Phân đợt thi

công

RRCC ~ t Thí nghiệm

RRCC ~ t Hiện trường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG RCCD Ở VIỆT NAM

Tốc độ phát triển đập bê tông đầm lăn Việt Nam đến với công nghệ bê

tông đầm lăn tương đối muộn so với một số nước trên thế giới, nhưng trước

sự phát triển nhanh chóng của nó và đặc biệt là nước láng giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự nhiên gần tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự án thuỷ lợi thuỷ điện lớn đã và đang được thi công với công nghệ này Từ nay đến năm 2013 nước ta có số đập bê tông đầm lăn lên đến 24 đập Việt Nam trở thành nước xếp hàng thứ bảy về tốc độ phát triển bê tông đầm lăn [3] Bảng 1.1 là danh sách các đập bê tông đầm lăn đã và đang được thi công ở Việt Nam đến năm 2013 [6]

Bảng 1.1 Danh sách các đập bê tông đầm lăn ở Việt Nam đến năm 2013

cao (m)

Địa điểm xây dựng

Năm dự kiến hoàn thành

Ghi chú

1 PleiKrông 71 Kontum 2007 Đang VH

2 Định Bình 55 Bình Định 2007 Đang VH

3 A Vương 70 Quảng Nam 2008 Đang VH

4 Sê San 4 74 Gia Lai 2008 Đang VH

6 Bình Điền 75 Thừa Thiên

9 Đồng Nai 4 129 Đắc Nông 2008 Đang XD

10 ĐakRing 100 Quảng Ngãi 2008 Chuẩn bị

11 Thượng

12 Nước Trong 70 Quảng Ngãi 2010 Chuẩn bị

14 Bản Chát 70 Lai Châu 2010 Đang XD

17 Sông Bung 2 95 Quảng Ngãi 2010 Chuẩn bị

18 Sông Tranh 2 100 Quảng Nam 2010 Đang XD

19 Sông Côn 2 50 Quảng Nam 2010 Đang XD

20 Bản Uôn 85 Thanh Hoá 2011 Chuẩn bị

21 Huội Quảng - Sơn La 2010 Đang XD

22 Lai Châu 137 Lai Châu 2012 Đang XD

23 Nậm Chiến 130 Sơn La 2013 Chuẩn bị

Các hình thức mặt cắt đập bê tông đầm lăn Mặc dù đập bê tông đầm lăn

trong những năm gần đây mới được ứng dụng tại Việt Nam nhưng đã có tốc

độ phát triển nhanh chóng Hầu hết các đập lớn trong thời gian gần đây đều dùng hình thức đập bê tông đầm lăn với lớp chống thấm ở mặt thượng lưu thường là GEVR (bê tông đầm lăn giầu vữa xi măng) có chiều dầy từ 0.5m đến 1m Ngoài ra một số đập sử dụng bê tông mác cao ở thượng lưu làm lớp chống thấm (thủy điện Sê San 4 ), hoặc không có lớp chống thấm ở thượng lưu (thuỷ điện Đồng Nai 3 )

Tình hình sử dụng vật liệu của đập bê tông đầm lăn Hiện tại ở Việt Nam

một số đập bê tông đầm lăn sử dụng chất kết dính có hàm lượng xi măng cao (như đập thuỷ điện Sê San 4, Plêikrông là 90 kg/mP

3

P, đập thuỷ điện A Vương

là 80 kg/mP

3

P

), một số đập sử dụng chất kết dính có hàm lượng xi măng thấp (như đập thuỷ điện Sơn La là 60kg/mP

3

P, đập thuỷ điện Đồng Nai 3 là 65 kg/mP

3

P

) Đặc thù của đập bê tông đầm lăn là tốc độ lên đập nhanh, nhiệt thuỷ hoá trong bê tông gần như tích tụ hoàn toàn trong đập, nhiệt toả ra chủ yếu phát tán ra môi trường từ biên thượng hạ lưu đập Do đó với những đập sử dụng hàm lượng xi măng trong tổng lượng chất kết dính lớn sẽ làm cho lưọng nhiệt thuỷ hoá trong bê tông lớn, dẫn tới nhiệt trong thân đập tăng cao, gây bất lợi về nhiệt cho đập Ngược lại, đối với các đập sử dụng hàm lượng xi măng trong tổng lượng chất kết dính nhỏ sẽ có lượng nhiệt thuỷ hoá trong bê tông thấp, dẫn tới an toàn về nhiệt, nhưng phát triển cường độ chịu kéo và nén của bê tông là kém hơn trường hợp trên, đặc biệt là trong thời gian đầu sau thi công

Các tiêu chuẩn thiết kế áp dụng trong tính toán Các tính toán thiết kế

của Việt Nam hiện tại dựa trên đồng thời hai hệ thống các tiêu chuẩn thiết kế

của Việt Nam - Nga và Mỹ

Công tác kiểm định chất lượng đập bê tông đầm lăn tương tự với bê tông đầm rung

- Phương pháp khoan lấy mẫu (phá hủy)

- Phương pháp sử dụng súng bật nẩy (không phá hủy)

- Phương pháp đo vận tốc xung siêu âm (không phá hủy)

- Phương pháp sử dụng kết hợp máy đo siêu âm và súng bật nẩy

Mức độ chính xác của phương pháp thí nghiệm được xếp hạng từ cao đến thấp như sau:

- Phương pháp khoan lấy mẫu xác định cường độ bê tông hiện trường quy về mẫu lập phương chuẩn (RR ht R) với sai số trong phạm vi ±R n

12

R,%, trong đó n là

số lượng mẫu khoan

- Phương pháp đo vận tốc xung siêu âm xác định cường độ bê tông hiện trường quy về mẫu lập phương chuẩn (RR ht R) với sai số trong phạm vi ± 20%

- Phương pháp dùng súng bật nảy cho cường độ bê tông hiện trường quy về mẫu lập phương chuẩn (RR ht R) với sai số trong phạm vi ± 25% [6]

Công tác kiểm định chất lượng đập bê tông đầm lăn gần tương tự với bê tông thường Điểm khác biệt lớn nhất là đập bê tông đầm lăn có tiến độ thi công rất nhanh và quá trình bê tông đạt đủ cường độ ứng suất để có thể tiến hành các công tác thí nghiệm kiểm định là 90 ngày Trong thời gian này thì khối bê tông đủ cường độ được đổ chùm bởi các dải bê tông mới nên thông thường việc kiểm định chất lượng chỉ được tiến hành đối với các khoảnh bê tông đang ở thời kỳ nghỉ thi công dài

Phương pháp kiểm định bê tông đầm lăn đạt độ chính xác cao nhất được

áp dụng rộng rãi là khoan lấy mẫu bê tông

ở nước ta

Trong thực tế, công tác khoan lấy mẫu bê tông thường được áp dụng khi

có yêu cầu kiểm tra vì nghi ngờ chất lượng bê tông Công tác kiểm định khoan lấy mẫu để thí nghiệm nhằm mục đích so sánh số liệu hiện trường với

số liệu thiết kế Các số liệu hiện trường có thể được tập hợp thông qua các thiết bị quan trắc được đặt sẵn nhằm phục vụ công tác kiểm định

Các đập RCCD tại Việt Nam đa số được khoan lấy mẫu theo dõi sự phát triển ứng suất khá toàn diện Nhất là các đập RCCD lớn do EVN đầu tư đều tổ chức thường xuyên việc kiểm tra công tác thí nghiệm kiểm định chất lượng Đặc biệt ở đập RCCD của thủy điện Sơn La đã có hiện tượng nứt bề mặt RCC gây sự chú ý rộng rãi Các bên liên quan đã tổ chức công tác kiểm định chất lượng RCCD Sơn La để tìm ra nguyên nhân gây nứt bề mặt Các mô hình toán được đưa ra nhằm tính toán nhiệt độ, ứng suất và tải trọng của đập RCCD Sơn La khẳng định tính toàn vẹn , sự ổn định và an toàn của kết cấu Các tham luận dựa trên các mô hình toán của trường đại học Thủy Lợi và tư vấn thiết kế chính đập RCCD của thủy điện Sơn La (Colenco) tập trung giải quyết bài toán ảnh hưởng của nhiệt thủy hóa, tiến độ thi công (Colenco), tải trọng do chất tải và tải trọng thi công (đại học Thủy Lợi) đến chất lượng đập RCCD Sơn La Qua đó cơ bản giúp chỉ ra nhiều nguyên nhân kết hợp có thể dẫn đến những hiện tượng tiêu cực và cũng là thực tế khó tránh khỏi với đập RCCD

toán trong công tác kiểm định RCCD

Công nghệ đập bê tông đầm lăn (RCCD) là một tiến bộ trong lĩnh vực xây dựng đập trong những thập kỷ cuối của thế kỷ XX Do có nhiều ưu điểm nổi trội nên công nghệ này được phát triển rộng khắp trên thế giới Tuy mới chỉ sử dụng công nghệ RCCD một số năm gần đây nhưng phần lớn các đập bê tông trong các dự án thủy điện, thủy lợi ở nước ta hiện nay đã được lựa chọn

là RCCD

Đối với Việt Nam, công nghệ xây dựng RCCD hiện đang là một công nghệ mới Vì vậy, công tác thiết kế, thi công theo công nghệ RCCD ở nước ta vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu để rút kinh nghiệm nhằm hoàn thiện

công nghệ này theo điều kiện Việt Nam Một trong những vấn đề bức xúc trong quản lý xây dựng RCCD hiện nay ở nước ta là kiểm định chất lượng RCC trong quá trình thi công

Chất lượng RCC là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của đập Thực tế công tác kiểm định chất lượng RCC trong phòng và thí nghiệm hiện trường kết hợp với những giám sát và các số liệu thực đo thi công để kết luận về chất lượng Các phân tích bằng mô hình toán như trường nhiệt độ, trường ứng suất nhiệt, ứng suất bao gồm cả nhiệt và các tải trọng mới chỉ chú ý đến trong giai đoạn thiết kế Các phân tích này trong giai đoạn thi công còn rất hạn chế Vì vậy khi xảy ra những hiện tượng như nứt, thấm ngoài ý muốn thiếu cơ sở khoa học để giải thích và kết luận

Tương quan giữa cường độ của RCC và ứng suất phát sinh trong đập trong quá trình thi công là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng RCCD Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán đủ độ tin cậy để phân tích trường ứng suất RCCD trong quá trình thi công kết hợp với số liệu thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hiện trường và số liệu quan trắc tại đập là hướng tích cực đóng góp vào phương pháp kiểm định chất lượng thi công RCCD ở nước ta hiện nay

3 Để giải quyết các vấn đề trên, đề xuất các nội dung cần nghiên cứu

trong luận văn: “Nghiên cứu sử dụng kết hợp mô hình toán trong kiểm định

chất lượng đập bê tông đầm lăn trong quá trình thi công” là:

1) Phương pháp tiếp cận: từ thực tiễn các công trình đã và đang thiết kế

và thi công, ứng dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật tiến hành nghiên cứu trường ứng suất trong đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công, đánh giá

cơ bản chất lượng RCC

2) Công cụ được sử dụng trong nghiên cứu: sử dụng phần mềm có sẵn là

MIDAS Civil trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán trường nhiệt độ và trường ứng suất của đập

3) Nội dung nghiên cứu:

- Phân tích các tính chất của bê tông đầm lăn phụ thuộc vào thời gian thi công

- Phân tích trường nhiệt độ của đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công

- Phân tích trường ứng suất của đập bê tông đầm lăn do nhiệt độ tác dụng trong thời gian thi công

- Phân tích trường ứng suất của đập bê tông đầm lăn do quá trình chất tải và tải trọng thi công trong thời gian thi công

- Phân tích trường ứng suất của đập bê tông đầm lăn do đồng thời nhiệt độ và quá trình chất tải và tải trọng thi công tác dụng trong thời gian thi công

- Phân tích mô hình toán so sánh giữa kết quả tính toán với các số liệu thu thập từ phòng thí nghiệm và hiện trường

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TRƯỜNG ỨNG SUẤT RCCD TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

trình thi công

2.1.1 Sự phát triển cường độ và các đặc tính của bê tông đầm lăn trong thời gian thi công

1 Sự phát triển cường độ của bê tông đầm lăn trong thời gian thi công

Đặc điểm của bê tông đầm lăn là thời gian ninh kết ban đầu bắt đầu chậm, cường độ của bê tông phát triển chậm, nhất là trong 7 ngày đầu cường

độ chịu kéo phát triển rất chậm [3] Trên hình 2.1 và hình 2.2 là đường cong phát triển cường độ chịu nén và chịu kéo của bê tông đầm lăn Quá trình thi công các lớp bê tông đầm lăn là liên tục, khi các lớp bê tông bên dưới cường

độ còn thấp thì các lớp bê tông tiếp theo đã được thi công chồng lên Trong thời gian thi công, đập phải chịu quá trình chất tải (tải trọng bản thân, tải trọng do máy đầm tạo ra) khi cường độ bê tông đang phát triển Tải trọng do quá trình chất tải sẽ ảnh hưởng tới sự phân bố ứng suất cũng như khả năng chịu lực của đập khi cường độ bê tông đầm lăn chưa đủ tuổi

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40

Hình 2.2 Đường cong phát triển độ bền kéo của bê tông đầm lăn

2 Môđun đàn hồi của bê tông đầm lăn

Môđun đàn hồi là một hàm của độ hyđrát hoá của bê tông, nó phụ thuộc vào thời gian và cường độ của bê tông [11] Hình 2.3 là đường cong môđun đàn hồi của bê tông đầm lăn theo thời gian Ta thấy rằng môđun đàn hồi của

bê tông đầm lăn tăng rất chậm trong khoảng một tuần đầu, sau đó mới tăng lên nhanh

Hình 2.3 Đường cong phát triển môđun đàn hồi của bê tông đầm lăn

3 Từ biến của bê tông

Biến dạng từ biến của bê tông là một hàm của ứng suất duy trì Độ lớn của biến dạng từ biến có thể bằng 1,5 đến 3 lần biến dạng đàn hồi Từ biến của bê tông thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố sau [11]:

1 - Tăng tỉ lệ N/X sẽ làm tăng từ biến

2 - Từ biến giảm với sự tăng của tuổi và cường độ của bê tông

3 - Biến dạng từ biến sẽ tăng với sự tăng của nhiệt độ môi trường và sự giảm của độ ẩm

4 – Từ biến cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như chất lượng của bê tông, điều kiện thi công thực tế, hàm lượng xi măng trong bê tông,v.v

Theo cường độ bê tông đạt được và quá trình hyđrát hoá theo thời gian, nếu tác dụng của tải trọng càng chậm thì độ đàn hồi và từ biến càng nhỏ Quá trình thi công đập bê tông đầm lăn là liên tục, các lớp bê tông được chồng phủ liên tiếp lên nhau, do đó quá trình chất tải là rất nhanh, dẫn tới độ từ biến của

bê tông cũng tăng lên Từ đó làm tăng biến dạng do đàn hồi và từ biến trong đập trong quá trình thi công, làm ảnh hưởng đến sự phân bố của trường ứng suất trong đập Trên hình 2.4 là đường cong phát triển độ tự biến của bê tông đầm lăn theo thời gian

Hình 2.4 Đường cong hệ số từ biến của bê tông đầm lăn

4 Co ngót của bê tông

Là một hàm của thời gian Độ co ngót thường được biểu diễn theo thời gian từ tR o Rđến t:

eR S R(t,tR o R) = eR So Rf(t,tR o R) (2.1)

eR So R: hệ số co ngót cuối cùng

t: thời gian khảo sát

tR o R: thời gian bắt đầu của co ngót

Hình 2.5 Đường cong co ngót của bê tông đầm lăn Hình 2.6 là biến dạng theo môđun đàn hồi, từ biến và co ngót của bê tông theo thời gian, biến dạng của bê tông sẽ bằng tổng biến dạng đàn hồi, biến dạng từ biến và biến dạng co ngót

Hình 2.6 Biến dạng của bê tông theo thời gian Như vậy cường độ, mô đun đàn hồi, từ biến, co ngót của bê tông đầm lăn là những đặc tính thay đổi theo thời gian, nó làm ảnh hưởng lớn đến sự phân bố ứng suất, khả năng chịu tải cũng như trạng thái làm việc của đập trong thời gian thi công Điều này là khác biệt so với các tính toán thiết kế, khi xem cường độ, môđun đàn hồi của bê tông đầm lăn đã đạt đến tuổi thiết

kế và bỏ qua ảnh hưởng của từ biến và co ngót đến trường ứng suất trong đập

2.1.2 Trường nhiệt độ trong đập

1 Nhiệt thuỷ hoá của bê tông đầm lăn

Các khoáng vật trong xi măng khi thuỷ hoá với nước sẽ phát nhiệt Quá trình thuỷ hoá của bê tông đầm lăn trong thời gian đầu diễn ra rất chậm Trên hình 2.7 là đường cong nhiệt thuỷ hoá của bê tông đầm lăn theo thời gian Ta thấy trong khoảng bẩy ngày đầu lượng nhiệt thuỷ hoá toả ra rất ít, sau đó mới tăng lên Bê tông đầm lăn là một loại vật liệu dẫn nhiệt kém, mặt khác quá trình thi công đập là liên tục, do đó nhiệt toả ra trong quá trình thuỷ hoá của

bê tông chủ yếu được tích tụ lại trong đập và toả dần ra môi trường chủ yếu qua mặt biên đập

Hình 2.7 Đường cong nhiệt thuỷ hoá của bê tông đầm lăn

2 Quá trình diễn biến nhiệt trong khối đập

Quá trình thay đổi nhiệt độ trong khối đập diễn ra theo ba thời kỳ là: thời

kỳ tăng nhiệt, thời kỳ giảm nhiệt và thời kỳ ổn định nhiệt Về lý thuyết, nhiệt

độ cao nhất trong khối đập sẽ bằng nhiệt độ ban đầu của bê tông khi đổ cộng với nhiệt độ tăng thêm do thuỷ hoá của bê tông Sau khi đạt được nhiệt độ cao nhất, do quá trình toả nhiệt ra môi trường, nhiệt độ trong khối đập sẽ giảm

dần đến nhiệt độ ổn định Hình 2.8 mô tả diễn biến nhiệt độ trong khối đập

Hình 2.8 Quá trình diễn biến nhiệt độ trong khối đập

2.1.3 Trường ứng suất nhiệt trong đập

Bê tông đầm lăn là loại bê tông chậm ninh kết, quá trình toả nhiệt của bê tông diễn ra trong một thời gian tương đối dài, thời gian nhiệt độ tăng tới đỉnh cao nhất sau khi đổ bê tông tương đối muộn, quá trình hạ nhiệt cũng diễn ra trong một thời gian dài, sự toả nhiệt chủ yếu qua bề mặt đập Trong khi phần lõi đập nhiệt độ tăng cao thì phần biên đập tiếp xúc với môi trường lại có quá trình hạ nhiệt nhanh, đặc biệt trong các tháng lạnh mùa đông Do đó dẫn đến

sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa phần trong thân đập và phần biên đập, gây lên ứng suất nhiệt Ứng suất do chênh lệch nhiệt độ giữa phần bên trong và bên ngoài thân đập thường gây nứt nẻ bề mặt, trong những điều kiện nhất định nó

có thể phát triển thành nứt nẻ tầng sâu hoặc nứt xuyên [5]

Chênh lệch nhiệt độ nền là chênh lệch nhiệt độ cao nhất giữa khối đập trong phạm vi ràng buộc của nền và nhiệt độ ổn định Đó cũng có thể là chênh lệch nhiệt độ giữa khối đập thi công kế tiếp và khối đập đã thi công trước có thời gian dừng đổ dài, phần đập đã thi công có thể coi là nền của phần đập thi công tiếp theo Chênh lệch nhiệt độ đó sẽ dẫn tới phát sinh ứng suất và thường là nứt nẻ tầng sâu [5]

2.2 Phương pháp và phần mềm sử dụng

2.2.1 Cơ sở của lý thuyết đàn hồi nhiệt

Biến dạng ở mọi điểm của vật thể eP

o

PR

iR trong trường hợp chung là tổng của biến dạng dẫn đến trạng thái ứng suất là biến dạng ở điểm đã cho eRiR và biến dạng do sự thay đổi nhiệt độ eP

Thực tế đập phải chịu tác dụng đồng thời của nhiều yếu tố Để phản ảnh trạng thái chịu tải thực của đập ta phải xét tác dụng đồng thời các yếu tố cùng tác dụng lên đập Trong đó, trong thời gian thi công đập, quá trình chất tải lên đập, tải trọng thi công của máy móc và nhiệt độ là các tố tác động chính tác dụng lên đập

Ngày nay, việc ứng dụng máy tính điện tử vào mô phỏng và giải các bài toán có điều kiện biên phức tạp bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) cho ta lời giải tin cậy và nhanh chóng Với bài toán nghiên cứu trường ứng suất trong đập RCC trong thời gian thi công có các điều kiện biên phức tạp, quá trình chất tải phát triển theo thời gian, ta thấy việc ứng dụng phương pháp PTHH vào để giải là hoàn toàn hợp lí, đáp ứng được các yêu cầu của bài toán

đề ra Do đó trong luận văn tác giả sử dụng phương pháp PTHH để tính toán Phương pháp PTHH ra đời vào những năm 50 nhưng rất ít được sử dụng

vì công cụ toán học còn chưa phát triển Vào cuối những năm 60, phương pháp PTHH đặc biệt phát triển nhờ sự phát triển nhanh chóng và sử dụng rộng rãi của máy tính điện tử Đến nay có thể nói rằng phương pháp PTHH được coi là phương pháp có hiệu quả nhất để giải quyết các bài toán cơ học vật rắn

nói riêng và các bài toán cơ học môi trường liên tục nói chung như các bài toán thuỷ khí lực học, bài toán về từ trường và điện trường

Một trong những ưu điểm nổi bật của phương pháp PTHH là dễ dàng lập phương trình để giải bài toán trên máy tính, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hoá tính toán hàng loạt kết cấu với những kích thước, hình dạng, mô hình vật liệu và điều kiện hình dạng khác nhau

Phương pháp PTHH cũng thuộc loại bài toán biến phân, song nó khác với các loại phương pháp biến phân cổ điển phương pháp Ritz, phương pháp

Galerkin … ở chỗ nó không tìm dạng hàm xấp xỉ của hàm cần tìm trong toàn miền còn có những đặc tính cơ lý khác nhau như bài toán phân tích ứng suất trong đập mà đề tài luận văn đang nghiên cứu

1) Trình tự giải bài toán bằng phương pháp PTHH:

Chia miền tính toán thành nhiều các miền con gọi là các phần tử Các phần tử này được nối với nhau bởi một số hữu hạn các nút, các điểm số nút này có thể là các đỉnh của các phần tử, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên mặt (cạnh) của phân tử

Trong phạm vi của mỗi phần tử giả thiết một dạng phân bố xác định nào

đó của hàm cần tìm, có thể hàm chuyển vị, hàm ứng suất cũng có thể là cả hàm chuyển vị và hàm ứng suất

Thông thường giả thiết các hàm này là những đa thức nguyên mà các hệ

số của đa thức là các thông số Trong phương pháp PTHH, các thông số này được biểu diễn qua các trị số của các đạo hàm của nó tại các điểm nút phần

tử

Tuỳ theo ý nghĩa của hàm xấp xỉ mà trong các bài toán ta thường chia thành ba loại mô hình sau:

+ Mô hình tương thích: Ứng với dạng mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử Hệ phương trình cơ bản trong bài toán của mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrage + Mô hình cân bằng: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng phân bố của chuyển vị trong phần tử Hệ phương trình cơ bản này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano

+ Mô hình hỗn hợp: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cà chuyển vị lẫn ứng suất trong phân tử Ta coi chuyển vị và ứng suất là hai yếu tố độc lập riêng biệt Hệ phương trình của bài toán là sử dụng

mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Reisner – Hellinger

Các hàm xấp xỉ thường được chọn dưới dạng đa thức nguyên Dạng đa thức này được chọn như thế nào đó để đa thức này được hội tụ, có nghĩa là chọn đa thức sao cho khi tăng số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính toán sẽ tiệm cận tới kết quả chính xác hơn Các hàm xấp xỉ cần phải chọn để đảm bảo một số yêu cầu nhất định trước tiên là phải thoả mãn các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi Nhưng để thoả mãn một cách chặt chẽ tất cả các yêu cầu thì sẽ có nhiều phức tạp trong việc chọn mô hình là lập thuật toán giải Do

đó trong thực tế ta phải giảm bớt một số yêu cầu nào đó nhưng vẫn đảm bảo nghiệm đạt được độ chính xác yêu cầu

a Thiết lập hệ phương trình cơ bản: Để thiết lập phương trình cơ bản của bài toán giải bằng phương pháp PTHH thường dựa vào nguyên lý biến phân

Từ các nguyên lý biến phân rút ra được hệ phương trình đại số tuyến tính

ở dạng:

[ ]K {∆}={F} (2-3) Trong đó: - [K]: Ma trận độ cứng

c Dựa vào phương trình cơ bản của loại bài toán nghiên cứu để tìm các đại lượng khác Đối với các bài toán kết cấu sử dụng các phương trình cơ bản của lý thuyết đàn hồi để tìm các đại lượng khác

2) Mô hình vật liệu

Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo được làm bằng bằng cách đổ khuôn

và làm rắn chắc một hỗn hợp bao gồm cốt liệu, chất kết dính và nước, phụ gia Việc pha trộn hỗn hợp bê tông quyết định cho vật liệu này cường độ rắn chắc hay tính dẻo, dễ chảy Mô hình vật liệu của bê tông bao gồm mô hình đàn hồi tuyến tính, mô hình đàn hồi dẻo Trong luận văn chỉ đề cập đến mô hình vật liệu là mô hình đàn hồi tuyến tính

Mô hình đàn hồi tuyến tính là mô hình tuân theo quy luật Hoocke có biến dạng tỷ lệ thuận với ứng suất (hình 2.9) Các tham số của mô hình này là:

Mô đun đàn hồi E, hệ số Poisson υ

ε σ

σ

ε 0

c

cHình 2.9 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

2.2.2 Phần mềm sử dụng tính toán

Trong luận văn sử dụng phần mềm MIDAS Civil làm công cụ để tính toán Phần mềm MIDAS Civil là một phần mềm chuyên dụng tính toán kết cấu, dựa trên phương pháp PTHH Nó được phát triển trên cơ sở các phần mềm tính kết cấu Sap2000, ETABS, SAFE, kết hợp với các tính năng nổi trội của các phần mềm khác như AutoCard, Microsoft Office giúp cho việc mô phỏng và giải các bài toán nhanh và có độ tin cậy cao, đặc biệt là giải các bài toán không gian và mô phỏng theo thời gian

Để giải quyết bài toán phân tích trường ứng suất của đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công, các điều kiện biên thay đổi được áp đặt phù hợp với thực tế Các tính chất của vật liệu là hàm của thời gian như cường độ, mô đun đàn hồi, từ biến, co ngót của bê tông đưa vào tính toán trong chương trình phù hợp với vật liệu thực tế Điều này đặc biệt quan trọng với bài toán của ta đang xét, khi mà các tính chất của vật liệu phát triển theo thời gian Mô hình phần tử kết cấu của đập được mô phỏng theo phần tử solid để tính toán

2.3 Các bài toán nghiên cứu

Để có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố đến trạng thái ứng suất của đập và so sánh với trạng thái ứng suất của đập khi chúng đồng thời tác dụng ta phải nghiên cứu trường ứng suất do nhiệt độ tác dụng, trường ứng suất do chất tải tác dụng và trường ứng suất do nhiệt độ và chất tải tác dụng đồng thời Do đó ta tiến hành nghiên cứu các bài toán sau:

- Bài toán 1: Trường ứng suất trong đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công do nhiệt độ tác dụng

- Bài toán 2: Trường ứng suất trong đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công do chất tải và tải trọng thi công tác dụng

- Bài toán 3: Trường ứng suất trong đập bê tông đầm lăn trong thời gian thi công do đồng thời nhiệt độ, chất tải và tải trọng thi công tác dụng

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG KẾT HỢP MÔ HÌNH TOÁN KIỂM ĐỊNH

CHẤT LƯỢNG ĐẬP SÊ SAN 4 3.1 Giới thiệu tóm tắt tình hình xây dựng đập Sê San 4

Thuỷ điện Sê San 4 được xây dựng trên sông Sê San thuộc địa phận 2 tỉnh Gia Lai và Kon Tum, có công suất lắp máy là 360 MW Đập chính của công trình là đập bê tông trọng lực sử dụng công nghệ bê tông đầm lăn lõi giữa và bê tông thường bọc bên ngoài, chiều cao đập lớn nhất là 74.00 m Công trình được khởi công từ năm 2004 và hiện tại đã được đưa vào vận hành khai thác Tác giả lấy các số liệu của đập bê tông đầm lăn thuỷ điện Sê San 4 làm cơ sở tính toán trong luận văn Ngoài ra một số các số liệu trong quá trình thiết kế của công trình không tiến hành thí nghiệm tác giả sử dụng các tiêu chuẩn của Mỹ để làm cơ sở tính toán (như từ biến và co ngót)

Hình 3.1 Thi công đập bê tông đầm lăn trên công trình thuỷ điện Sê San 4

3.1.1 Nhiệt độ môi trường

Ta sử dụng nhiệt độ trung bình tuyến tính hàng tháng của môi trường tại

vị trí công trình để tính toán Trong đó đã kể đến ảnh hưởng của bức xạ mặt trời lên các mặt biên của đập, ảnh hưởng của độ ẩm không khí trong chuỗi nhiệt độ môi trường Số liệu nhiệt độ môi trường sử dụng trong tính toán được cho trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Nhiệt độ môi trường cho các bề mặt khối RCC tính toán

Quá trình thủy hóa của chất kết dính, một phần nhiệt sẽ được truyền vào nền đá theo nguyên tắc đối lưu; hệ số truyền nhiệt giữa khối bê tông đầm lăn

và nền đá được lấy theo kinh nghiệm bằng [7]:

hR c(RCC- Nền) R = 0.03W/mP

2

P/P

0

P

C

3.1.3 Đối lưu tại các bề mặt

Trong thời gian thi công, các bề mặt khối bê tông đầm lăn tiếp xúc với ván khuôn thép và không khí Tỉ lệ truyền nhiệt bề mặt khối bê tông đầm lăn

và ván khuôn thép lấy theo kinh nghiệm bằng 12 (kcal/mP

3.1.4 Nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp bê tông đầm lăn tại khối đổ

Nhiệt độ của hỗn hợp bê tông đầm lăn tại khối đổ phụ thuộc vào nhiệt độ của các thành phần vật liệu trong cấp phối, phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình không khí của từng thời kỳ và nhiệt độ do quá trình trộn và vận chuyển

Ta chọn nhiệt độ ban đầu của bê tông đầm lăn là 22.5P

0

P

C xấp xỉ nhiệt độ trung bình năm (22.4 P

0

PC) để tính toán

3.1.5 Các đặc tính nhiệt của bê tông đầm lăn

- Nhiệt dung riêng: c=1000 (J/kgP

0

PC)

- Độ dẫn nhiệt: K=1.7 (W/mP

0

PC)

- Nhiệt thuỷ hoá: tổng lượng nhiệt thuỷ hoá của bê tông đầm lăn khoảng

200 (J/g)

3.1.6 Các đặc tính cơ lý của bê tông đầm lăn ở tuổi thiết kế 365 ngày

- Mô đun đàn hồi: ER C R=182.10P

3

P kg/cmP

- Độ dẫn nhiệt: K=3.7 (W/mP

0

PC)

- Hệ số giãn nở nhiệt: CR th R=1.00x10P

-5

P (1/P

0

PC)

3.1.9 Mô hình phần tử kết cấu đập

Mặt cắt đập tính toán là mặt cắt đập có bất lợi nhất về chịu lực Ta chọn mặt cắt đập có kích thước lớn nhất để tính toán Kích thước hình học của nền đập: nền đập được lấy về thượng lưu 65 m, về hạ lưu 65 m, chiều sâu nền đập

là 100 m Các phần tử thân đập được chia có kích thước 1.5 m, các phần tử nền đập được chia có kích thước 4.5 m để đảm bảo độ chính xác của kết quả

và thời gian tính toán là hợp lí Sơ đồ lưới phần tử được cho theo hình 3.2