Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng cầu giao thông trên cống và trên đập tràn

Kết quả dự kiến đạt được Sử dụng tốt phần mềm SAP2000 phân tích ứng suất, chuyển vị kết cấu cầu giao thông trên cống và đập tràn theo các mô hình khác nhau chịu tải trọng di động.. Theo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1

4 Kết quả dự kiến đạt được 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Khái quát về cầu giao thông trên cống và đập tràn 2

1.1.1 Kết cấu cầu đường bộ 2

1.1.2 Kết cấu cầu dầm 3

1.1.3 Tải trọng thiết kế cầu 4

1.2 Tính toán nội lực và chuyển vị kết cấu cầu 5

1.2.1 Tính toán cầu theo hệ phẳng 5

1.2.2 Tính toán cầu theo bài toán không gian 5

1.3 Những vấn đề đặt ra đối với Luận văn 6

1.4 Kết luận chương 1 6

CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM SAP2000 VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG DI ĐỘNG 8

2.1 Khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn 8

2.1.1 Các mô hình của phương pháp phần tử hữu hạn 8

2.1.2 Phương trình cơ bản của phương pháp PTHH [7] 9

2.1.3 Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phương pháp PTHH 11

2.2 Phân tích kết cấu chịu tải trọng di động bằng SAP2000 12

2.2.1 Khái quát về phần mềm SAP2000 [6] 12

2.2.2 Khái niệm về kết cấu chịu tải trọng di động 13

2.2.2.1 Tải trọng di động 13

2.2.2.2 Một số điểm cần lưu ý khi xác định nội lực dầm chịu tải trọng di động bằng SAP2000 14

2.2.3 Các bước tính toán kết cấu cầu chịu tải trọng di động khi gán tải trọng di

động vào cầu từ Frame và từ Bridge Layout Line 15

2.2.3.1 Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Frame 15

2.2.3.2 Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell 25

2.2.4 Ảnh hưởng của việc lựa chọn mô hình đến trạng thái ứng suất biến dạng của kết cấu 29

2.3 Kết luận chương 2 31

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TRONG CÔNG TRÌNH CỐNG NGĂN TRIỀU TP HỒ CHÍ MINH 32

3.1 Đặt vấn đề 32

3.2 Phân tích kết cấu cầu theo bài toán không gian bằng phần mềm SAP2000 33

3.3 Kết luận chương 3 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Mặt cắt ngang cống 2

Hình 1 2 Mặt cắt ngang cầu của phần trên cầu dầm 3

Hình 1 3 Mặt cắt ngang của dầm chính dọc 4

Hình 1 4 Một dạng mặt cắt ngang cầu giao thông kết hợp máng dẫn nước 4

Hình 2 1 Vị trí bất lợi nhất của mômen uốn và lực cắt 14

Hình 2 2 Sơ độ tính toán dầm 15

Hình 2 3 Mô hình hóa dầm bằng phần tử Frame 16

Hình 2 4 Nhập số liệu về làn xe 17

Hình 2 5 Nhập số liệu về xe 17

Hình 2 6 Nhập số liệu lớp xe 18

Hình 2 7 Lưu các kết quả tính toán do tải trọng di động 18

Hình 2 8 Định nghĩa tải trọng di động 19

Hình 2 9 Định nghĩa các trường hợp tải trọng 20

Hình 2 10 Biểu đồ mômen uốn và lực cắt do AUTO 20

Hình 2 11 Biểu đồ chuyển vị do AUTO 21

Hình 2 12 Nhập số liệu đường BLL1 22

Hình 2 13 Định nghĩa Lane 22

Hình 2 14 Nhập các số liệu cho LANE1 23

Hình 2 15 Mô hình dầm và LANE1 23

Hình 2 16 Biểu độ mô men uốn M3 và chuyển vị tại giữa nhịp 24

Hình 2 17 Giá trị mômen uốn M3 và lực cắt lớn nhất 24

Hình 2 18 Phổ mầu ứng suất S11 do AUTO 26

Hình 2 19 Phản lực gối tựa dầm chịu tải trọng di động AUTO 27

Hình 2 20 Sơ đồ chuyển vị dầm do AUTO 27

Hình 2 21 Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell và LANE1 28

Hình 2 22 Phổ mầu ứng suất S11 do AUTO 29

Hình 2 23 Phổ mầu chuyển vị Uz do AUTO 29

Hình 2 24 ĐAH phản lực gối tựa, mômen uốn tại mặt cắt giữa dầm

và mặt cắt có mômen lớn nhất 30

Hình 3.1 Hệ thống cống lớn kết hợp giao thông khu vực TP Hồ Chí Minh 33

Hình 3 2 Sơ đồ tính toán cầu dầm 34

Hình 3.3 Mặt cắt ngang phần tử thanh 35

Hình 3 4 Đa giác ngoài của tiết diện hình thang rỗng 36

Hình 3 5 Đa giác ngoài và đa giác trong của tiết diện hình hộp 36

Hình 3 6 Lệnh xóa phần trong của đa giác ngoài tạo tiết diện hình hộp 37

Hình 3 7 Lệnh gán vật liệu B30 vào tiết diện hình hộp 37

Hình 3 8 Hiển thị đặc trưng hình học của tiết diện hình hộp 38

Hình 3 9 Đặc trưng hình học của tiết diện hộp cho ở hình 3.8 39

Hình 3 10 Dầm liên tục đã gán tiết diện hình hộp MCHT 39

Hình 3 11 Định nghĩa tải trọng cố định và di động 39

Hình 3 12 Lệnh gán tải trọng cố định vào cầu 40

Hình 3 13 Sơ đồ tải trọng cố định DL đã gán vào cầu 40

Hình 3 14 Nhập các số liệu về làn xe 41

Hình 3 15 Nhập các số liệu về xe 42

Hình 3 16 Định nghĩa lớp xe 42

Hình 3 17 Định nghĩa các trường hợp tải trọng 43

Hình 3 18 Nhập số liệu tải trọng di động ML 44

Hình 3 19 Định nghĩa các trường hợp tải trọng 44

Hình 3 20 Biểu đồ mômen uốn M3 và lực cắt V2 do tổ hợp tải trọng TH1 45

Hình 3 21 Mômen uốn M3 và lực cắt V2 của nhịp 1 do TH1 45

Hình 3 22 Lệnh nhập số liệu đường tim cầu 46

Hình 3 23 Mặt cắt ngang cầu 47

Hình 3 24 Mô hình dầm và đường tim cầu BLL1 47

Hình 3 25 Nhập số liệu làn xe LANE2 47

Hình 3 26 Nhập số liệu tải trọng di động ML 48

Hình 3 27 Biểu đồ mômen uốn M3 và lực cắt V2 do tổ hợp tải trọng TH1 49

Hình 3 28 Mômen uốn M3 và lực cắt V2 của nhịp 1 do TH1 49

Hình 3 29 Mômen uốn M3 và lực cắt V2 của nhịp 1 do TH1 50

Hình 3 30 Mặt cắt ngang cầu và máng 51

Hình 3 31 Kết cấu mẫu mặt cắt ngang cầu dầm 52

Hình 3 32 Kích thước hình học mặt cắt ngang hình hộp vách ngoài thẳng đứng 53

Hình 3 33 Lệnh xuất kết cấu mẫu dầm hộp vách ngoài thẳng đứng 54

Hình 3 34 Mặt cắt ngang dầm hộp vách ngoài thẳng đứng 54

Hình 3 35 Nhập số liệu mặt cắt ngang cầu 55

Hình 3 36 Tọa độ các nút mặt cắt ngang cầu 56

Hình 3 37 Kết cấu cầu dầm hộp đã mô hình hóa 57

Hình 3 38 Sơ đồ tải trọng cố định và áp lực nước 57

Hình 3 39 Nhập số liệu đường tim cầu 58

Hình 3 40 Nhập số liệu về làn 59

Hình 3 41 Định nghĩa xe và số liệu lớp xe 59

Hình 3 42 Số liệu tải trọng di động 60

Hình 3 43 Định nghĩa các trường hợp tải trọng 60

Hình 3 44 Phổ mầu chuyển vị Uz của cầu 61

Hình 3 45 Phổ mầu chuyển vị Uz của vách giữa 61

Hình 3 46 Phổ mầu ứng suất S11Bot của bản đáy 62

Hình 3 47 Phổ mầu ứng suất S11Top của vách bên 62

Hình 3 48 Kích thước mặt cắt ngang cầu máng 64

Hình 3 49 Mặt cắt ngang và đặc trưng hình học tiết diện dầm 65

Hình 3 50 Sơ đồ tải trọng ALN và ND 65

Hình 3 51 Sơ đồ tải trọng TLN và ND 67

Hình 3 52 Lệnh gán lực căng cáp LNT*=100kN 67

Hình 3 53 Sơ đồ cáp ứng suất trước 68

Hình 3 54 Biểu đồ ứng suất do TH1 68

Hình 3 55 Biểu đồ ứng suất do LNT* 68

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Giá trị nội lực lớn nhất trong dầm do tải trọng di động AUTO 21

Bảng 2 2 Chuyển vị nút do tải trọng di động AUTO 21

Bảng 2 3 Chuyển vị giữa nhịp do tải trọng di động AUTO 25

Bảng 2 4 Nội lực tại mặt cắt MC1 và MC2 do tải trọng AUTO 27

Bảng 2 5 Chuyển vị giữa nhịp do tải trọng di động AUTO 28

Bảng 2 6 Mômen uốn lớn nhất do tải trọng di động AUTO 29

Bảng 2 7 Tổng hợp kết quả tính toán chuyển vị và nội lực 31

Bảng 3 1 Mô men uốn lớn nhất tại nhịp 1 45

Bảng 3 2 So sánh kết quả tính toán nội lực cầu dầm liên tục 50

Bảng 3 3 Chuyển vị đứng tại giữa nhịp cầu 61

Bảng 3 4 Ứng suất tại phần tử 527 và 595 của bản đáy 62

Bảng 3 5 Ứng suất tại phần tử 875 của vách bên 62

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đối với cống ngăn triều chống ngập lụt thành phố Hồ Chí Minh cần sử dụng cống có khẩu độ lớn, nên ngoài cửa van nhịp lớn, còn cần sử dụng cầu giao thông nhịp lớn để thoát lũ nhanh và phục vụ giao thông thủy Nghiên cứu các hình thức kết cấu cầu giao thông vừa vượt được khẩu độ lớn, vừa có thể kết hợp với mục đích khác như cầu máng có ý nghĩa thực tế và cần thiết

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu phương pháp tính toán thích hợp cho kết cấu cầu trên cống và đập tràn hướng tới cầu giao thông kết hợp làm cầu máng có nhịp lớn dùng bê tông cốt thép thường hoặc bê tông ứng suất trước

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp phần mềm SAP2000 phân tích trạng thái ứng suất-biến dạng cho cầu với các dạng mặt cắt ngang theo các mô hình khác nhau

4 Kết quả dự kiến đạt được

Sử dụng tốt phần mềm SAP2000 phân tích ứng suất, chuyển vị kết cấu cầu giao thông trên cống và đập tràn theo các mô hình khác nhau chịu tải trọng di động

Áp dụng tính toán cho một số dạng cầu trong hệ thống công trình chống ngập lụt TP Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Khái quát về cầu giao thông trên cống và đập tràn

1.1.1 K ết cấu cầu đường bộ

Khi xây dựng đập, cống thường phải có cầu để nối liền đường giao thông ở hai bên bờ công trình, trong công trình thủy lợi cầu thường dùng là cầu dầm, các loại cầu khác ít dùng Cầu gồm có kết cấu phần trên còn được gọi là kết cấu nhịp và kết cấu phần dưới Cầu trên cống và đập phần nhiều là cầu dầm, kết cấu phía trên cầu tựa trực tiếp lên mố cống hoặc mố đập, trụ pin mà không cần xây trụ cầu hoặc mố cầu.như ở hình 1.1

Hình 1 1 Mặt cắt ngang cống Khoảng cách L1 giữa hai mố cầu gọi là chiều dài của nhịp cầu, cầu có L < 30m gọi là cầu nhỏ, trong công trình thủy lợi thường gặp loại cầu này Khoảng cách

L giữa hai gối tựa của phần trên gọi là nhịp tính toán, khoảng cách Lo giữa hai mép trong của hai trụ cầu lân cận nhau gọi là nhịp thông thủy của cầu Tổng các nhịp thông thủy gọi là tổng nhịp của cầu Tổng nhịp thông thủy của cầu phản ánh khả

năng thoát lũ của cầu Chênh lệch độ cao h ở mặt trên và mép dưới của kết cấu phần trên gọi là độ cao kiến trúc của cầu

Mặt cầu bố trí ở mặt trên của kết cấu phần trên gọi là cầu kiểu mặt trên, còn nếu bố trí ở mặt dưới gọi là cầu kiểu mặt dưới Cầu kiểu mặt trên có cấu tạo đơn giản, thi công dễ dàng, nên cầu giao thông trong công trình thủy lợi thường dùng kiểu mặt trên

Bề rộng thông xe của mặt cầu (khoảng cách giữa hai mép trong của đường người đi lại) của cầu đường bộ, được quyết định bởi cấp của đường Bề rộng thông

xe của mặt cầu đường bộ cấp III là 7m, cấp IV là 4,5m Bề rộng thông xe của cầu nhỏ thì lấy rộng bằng mặt đường Bề rông đường người đi nên chọn 0,75m hoặc

1,0m, cầu không bố trí đường người đi cũng cần bố trí lan can và gờ an toàn

Khoảng lưu không dưới cầu dựa vào mực nước lũ thiết kế, khi có giao thông thủy thì khoảng lưu không dưới cầu cần đủ chiều cao để tầu bè qua lại

Trên mặt cầu đường bộ cần làm thêm một lớp phủ để cho xe qua lại dễ dàng, bảo vệ kết cấu chịu lực không bị bánh xe mài mòn và còn có tác dụng phân bố tải trọng tập trung của bánh xe lên kết cấu chịu lực

1.1.2 K ết cấu cầu dầm

Bộ phận trên của cầu dầm gồm: 1 Dầm chính dọc, 2 Dầm ngang, 3 Lớp phủ,

4 Đường người đi bộ, 5 Lan can, được thể hiện qua mặt cắt ngang cầu cho ở hình 1.2

Hình 1 2 Mặt cắt ngang cầu của phần trên cầu dầm

Mặt cắt ngang của dầm chính có nhiều dạng khác nhau như tiết diện chữ I, chữ

T, hình chữ U như ở hình 1.3 có thể mô hình hóa bằng phần tử Frame, Shell hay Solid

Hình 1 3 Mặt cắt ngang của dầm chính dọc Nếu cầu giao thông kết hợp làm máng dẫn nước thường sử dụng mặt cắt ngang hình hộp hoặc hình thang (xem hình 1.4)

Hình 1 4 Một dạng mặt cắt ngang cầu giao thông kết hợp máng dẫn nước

1.1.3 T ải trọng thiết kế cầu

Cầu chịu tác động của nhiều tải trọng gồm các tải trọng cố định, tải trọng xe ô

tô với các ảnh hưởng của nó, tải trọng người đi, các tải trọng khác như áp lực gió, tác động của động đất, ứng suất nhiệt, co ngót của bê tông, v.v

Trong các tải trọng trên thì xe ô tô cũng được coi là tải trọng tác dụng tĩnh có

vị trí thay đổi trên công trình và được gọi là tải trọng di động Để xác định vị trí bất lợi nhất của tải trọng di động cho giá trị lớn nhất của đại lượng xét như nội lực hay chuyển vị, một phương pháp đơn giản thường được dùng là phương pháp đường ảnh hưởng dựa trên cơ sở nguyên lí cộng tác dụng Khi một đoàn tải trọng có nhiều

lực tập trung di chuyển trên đường ảnh hưởng thì vị trí bất lợi nhất là có một trong các lực tập trung đặt ở đỉnh đường ảnh hưởng

1.2 Tính toán nội lực và chuyển vị kết cấu cầu

1.2.1 Tính toán c ầu theo hệ phẳng

Đối với cầu nhỏ có bề rộng không lớn, hoặc khi thiết kế sơ bộ có thể dùng phương pháp “Lý thuyết dầm” để phân tích nội lực Nội dung của phương pháp này

là thay bài toán tính dầm sàn không gian bằng hai bài toán phẳng riêng biệt theo phương dọc và theo phương ngang Theo lý thuyết tính toán này thì theo phương dọc cầu được tính như bài toán dầm đơn, theo phương ngang thân máng được tính như một bản dầm liên tục có bề rộng bằng một đơn vị được cắt ra từ bản mặt cầu, chịu tất cả các tải trọng tác dụng lên đoạn cầu đó và được cân bằng nhờ các lực tương hỗ của các phần cầu ở hai bên

1.2.2 Tính toán c ầu theo bài toán không gian

Khi phân tích nội lực và biến dạng cầu giao thông trên cống và trên đập tràn theo hệ phẳng không phản ánh được tác dụng qua lại giữa các bộ phận với nhau, nên kết quả tính toán không phản ánh đúng trạng thái làm việc thực của cầu giao thông khi chịu tác dụng của tải trọng Mặt khác khi phân tích cầu giao thông theo bài toán phẳng không xét được tác dụng đồng thời của nhiều loại tải trọng một lúc, đặc biệt đối với cầu giao thông sử dụng bê tông ứng suất trước Phương pháp phần

tử hữu hạn (PTHH) là phương pháp tìm dạng gần đúng của hàm chưa biết trong

miền xác định của nó bằng cách thay miền tính toán bằng các miền con gọi là phần

tử và biểu diễn miền rời rạc bằng những hàm xấp xỉ Các phần tử này xem như chỉ

được nối với nhau ở một số điểm nút được chọn trên mặt hoặc trên cạnh biên của

phần tử gọi là nút Thông thường hàm xấp xỉ được biểu diễn qua các giá trị của hàm

tại các nút này và thường được chọn dưới dạng hàm đa thức nguyên Dạng của hàm

đa thức này phải chọn sao cho thoả mãn điều kiện hội tụ của bài toán, đó là "Hàm

xấp xỉ phải phản ánh được trạng thái chuyển động của phần tử khi coi là vật rắn tuyệt đối", để sao cho khi tăng số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính toán phải tiến

đến kết quả thực Hiện nay các phần mềm thông dụng như SAP2000, ANSYS,… đều dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích trạng thái làm việc thực tế của công trình mang lại hiệu quả rõ rệt so với các phương pháp tính toán truyền thống Với cầu giao thông trên cống và trên đập tràn có kết cấu phức tạp và chịu nhiều tải trọng đặc biệt, việc mô phỏng kết cấu theo bài toán không gian là cần thiết

để phản ánh đúng trạng thái làm việc thực của cầu giao thông

1.3 Những vấn đề đặt ra đối với Luận văn

Việc tính toán kết cấu cầu theo hệ phẳng sử dụng phương pháp giải tích xác định nội lực và chuyển vị khi chịu tác dụng của tải trọng di động gặp nhiều khó khăn và không phản ánh đúng trạng thái làm việc của cầu Việc phân tích cầu giao thông theo bài toán không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng trong các phần mềm tính toán chuyên dụng là việc làm cần thiết

Tuy nhiên việc mô phỏng theo bài toán không gian sử dụng phần tử vỏ (Shell) hoặc khối (Solid) lại tương đối phức tạp và tốn nhiều công sức cả trong việc xây dựng mô hình và thời gian tính toán Cầu giao thông kết hợp làm máng dẫn nước thường có dạng lăng trụ đều vì vậy có thể coi kết cấu cầu không gian như kết cấu dầm làm việc chủ yếu theo phương dọc Vì vậy có thể đưa bài toán vỏ không gian

về bài toán thanh có mặt cắt bất kỳ, điều này vừa dễ dàng cho việc tính toán mà vẫn phản ánh đúng tình trạng làm việc thực của cầu khi chịu tác dụng của tải trọng di động Những vấn đề này sẽ được nghiên cứu để làm cơ sở cho việc tính toán các công trình thực tế sau này

1.4 Kết luận chương 1

Cầu giao thông là một hạng mục công trình không thể thiếu trong các cống và đập tràn Cầu được đặt trên các trụ pin và nhịp phụ thuộc vào yêu cầu thoát lũ và giao thông thủy Ngoài ra cầu giao thông qua cống và đập tràn thường kết hợp làm máng dẫn nước qua sông vì vậy việc tính toán trạng thái ứng suất và biến dạng của kết cấu cầu không giống như các kết cấu cầu giao thông thông thường và đòi hỏi

cần có mô hình tính toán thích hợp vừa đơn giản nhưng vẫn phản ánh đúng trạng thái làm việc thực của kết cấu

Việc tính toán nội lực của kết cấu dầm chịu tải trọng di động trong phần mềm SAP2000 tương đối đơn giản nhưng sử dụng kết cấu vỏ hoặc khối không gian tương đối phức tạp Vì vậy Luận văn đã đặt ra bài toán có thể tính toán theo hệ dầm được hay không thông qua so sánh kết quả tính toán theo dầm mặt cắt vỏ mỏng và kết cấu

vỏ không gian từ đó có kết luận cho việc áp dụng mô hình vào tính toán công trình thực tế

CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM SAP2000 VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÂN TÍCH KẾT CẤU CHỊU TẢI TRỌNG DI

ĐỘNG

2.1 Khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn

2.1.1 Các mô hình c ủa phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là phương pháp tìm dạng gần đúng của hàm chưa biết trong miền xác định của nó bằng cách thay miền tính toán bằng các

miền con gọi là phần tử Các phần tử này xem như chỉ được nối với nhau ở một số điểm nút được chọn trên mặt hoặc trên cạnh biên của phần tử gọi là nút Thông

thường hàm xấp xỉ được biểu diễn qua các giá trị của hàm tại các nút này và thường được chọn dưới dạng hàm đa thức nguyên Dạng của hàm da thức này phải chọn sao

cho thoả mãn điều kiện hội tụ của bài toán, đó là "Hàm xấp xỉ phải phản ánh được

trạng thái chuyển động của phần tử khi coi là vật rắn tuyệt đối", để sao cho khi tăng

số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính toán phải tiến đến kết quả thực

Tuỳ theo ý nghĩa của hàm xấp xỉ, trong bài toán kết cấu người ta chia ra làm

ba mô hình sau đây:

phần tử, các ẩn số là các chuyển vị được xác định từ hệ phương trình được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange hoặc định lý dừng của thế năng toàn phần,

Mô hình cân bằng: Biểu diễn gần đúng dạng phân bố của ứng suất hoặc nội

lực trong phần tử, các ẩn này là ứng suất hoặc nội lực được xác định từ hệ phương trình được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano

chuyển vị trong phần tử, coi ứng suất và chuyển vị là hai yếu tố độc lập nhau, các

ẩn số là ứng suất và chuyển vị được xác định từ hệ phương trình được thiết lập trên

cơ sở nguyên lý biến phân Hellinger-Reissner

Trong ba mô hình trên thì mô hình tương thích được sử dụng rông rãi hơn cả

và thích hợp cho bài toán tính toán kết cấu

2.1.2 Phương trình cơ bản của phương pháp PTHH [7]

Phương trình cơ bản của phương pháp PTHH với mô hình tương thích được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange khi có chuyển vị khả dĩ cho phép (phù hợp với liên kết của hệ), nếu vật thể ở trạng thái cân bằng và thỏa mãn các điều kiện biên thì thế năng toàn phần của hệ đạt giá trị dừng

0)

b

T e e

T e

σe, εe - vectơ ứng suất và vectơ biến dạng;

Ve, Se - thể tích của phần tử và diện tích đặt tải trọng bề mặt;

(pb)e, (ps)e - vectơ lực khối và vectơ tải trọng bề mặt

Với vật liệu đàn hồi tuyến tính, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng như sau:

σe = Dεe (2 3) trong đó: D là ma trận các hằng số vật liệu và là ma trận đối xứng

Thay (2.3) vào (2.2), ta có:

T e e

T e

)p(Ndv

DBB

T e e

b

T e e

e

T e

T e

Ke, Fe - ma trận độ cứng và vectơ tải trọng nút của phần tử trong hệ tọa độ địa phương, được xác định theo công thức sau:

K∆= F (2.10) trong đó: ∆ - vectơ chuyển vị nút của kết cấu

K, F - ma trận độ cứng và vectơ tải trọng nút của kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể, được xác định theo công thức sau:

trong đó: ma trận độ cứng K và vectơ tải trọng nút F của kết cấu bằng tổng ma trận

độ cứng Ke và vectơ tải trọng nút Fe của phần tử trong hệ tọa độ tổng thể được định

vị trong ma trân độ cứng và vectơ tải trọng nút của kết cấu nhờ ma trận định vị Le

và được ký hiệu lần lượt là L

T e

T e

F =T Ftrong đó:

2.1.3 Trình t ự giải bài toán kết cấu bằng phương pháp PTHH

Để tính toán một kết cấu đàn hồi tuyến tính theo phương pháp phần tử hữu hạn tương ứng với mô hình chuyển vị, ta thực hiện theo trình tự sau:

1 Chọn loại và dạng hình học của phần tử hữu hạn;

2 Rời rạc hóa kết cấu thành một lưới các phần tử hữu hạn, mức độ thưa mau phụ thuộc vào yêu cầu quy định về độ chính xác của kết quả tính toán Lập véc tơ chuyển vị nút của toàn kết cấu rời rạc hóa {∆} (véc tơ chuyển vị);

3 Giả thiết hàm chuyển vị cho phần tử đã chọn để tính toán;

4 Lập ma trận độ cứng của các phần tử dưới dạng các công thức để có thể tính

ma trận độ cứng của từng phần tử;

5 Tập hợp các ma trận độ cứng thành ma trận độ cứng của toàn kết cấu rời rạc hóa Ma trận này phù hợp chặt chẽ với véc tơ chuyển vị nút về thứ tự, thành phần và kích thước;

6 Xác định véc tơ tải tương đương (lực nút) của kết cấu rời rạc hóa bằng các tập hợp các véc tơ tải của từng phần tử Véc tơ tải này tương ứng với véc tơ chuyển

9 Xác định nội lực, ứng suất của từng phần tử;

10 Vẽ các biểu đồ biểu diễn kết quả

Việc giải bài toán kết cấu theo phương pháp PTHH có thể thực hiện trên máy tính thông qua các phần mềm thông dụng như SAP2000, ANSYS, MIDAS…

2.2 Phân tích k ết cấu chịu tải trọng di động bằng SAP2000

2.2.1 Khái quát v ề phần mềm SAP2000 [6]

Sap (Structural Analysic Program) là họ chương trình phân tích kết cấu do giáo sư Edward L Wilson nghiên cứu và phát triển tại đại học Califonia, Berkeley

Hoa Kỳ Sap được thương mại hoá bởi hãng CSI với version đầu tiên ra đời vào những năm 1970 Từ đó đến nay thì Sap luôn được mở rộng và bổ sung liên tục Sap du nhập vào Việt Nam từ những năm 1990 với các version Sap86, Sap90 và Sap2000 Phiên bản Sap2000 hoạt động hoàn toàn trong môi trường Window và được giảng dạy chính thức cho các sinh viên Khoa xây dựng thuộc các trường Đại học ở Việt Nam Cũng đã có nhiều công trình thực tế ở Việt Nam được phân tích và thiết kế bằng chương trình Sap2000 Hiện nay Sap2000 đã phát triển đến Version

16 với rất nhiều tính năng mạnh trong phân tích rất nhiều dạng công trình khác nhau như kết cấu công trình dân dụng, giao thông, thuỷ lợi,

2.2.2 Khái ni ệm về kết cấu chịu tải trọng di động

2.2.2.1 Tải trọng di động

Công trình thủy lợi thủy điện chịu tác động của nhiều tải trọng như trọng lượng bản thân, áp lực nước, áp lực gió, tác đụng của động đất, của xe cộ, cầu trục, tác động của nhiệt độ, co ngót của bê tông, v.v

Trong các tải trọng trên thì xe ô tô, cầu trục cũng được coi là tải trọng tác dụng tĩnh có vị trí thay đổi trên công trình và được gọi là tải trọng di động Để xác định vị trí bất lợi nhất của tải trọng di động cho giá trị lớn nhất của đại lượng xét như nội lực hay chuyển vị, một phương pháp đơn giản thường được dùng là phương pháp đường ảnh hưởng dựa trên cơ sở nguyên lí cộng tác dụng Khi một đoàn tải trọng có nhiều lực tập trung di chuyển trên đường ảnh hưởng thì vị trí bất lợi nhất là có một trong các lực tập trung đặt ở đỉnh đường ảnh hưởng

Đối với dầm đơn chịu hai lực tập trung P1 và P2 với P1>P2 thì vị trí sinh mômen uốn lớn nhất khi trung điểm của dầm nằm giữa hợp lực R=P1+P2 và lực có giá trị lớn hơn P2 như thể hiện ở hình 2.1a trong đó tung độ y1=ab/L Phản tực gối tựa có giá trị lớn nhất khi lực có giá trị lớn hơn P2 đặt tại gối tựa dầm như ở hình 2.1b

Hình 2 1 V ị trí bất lợi nhất của mômen uốn và lực cắt 2.2.2.2 Một số điểm cần lưu ý khi xác định nội lực dầm chịu tải trọng di động bằng SAP2000

- Định nghĩa tải trọng di động gồm có định nghĩa làn xe (Lane), định nghĩa xe (Vehicle), định nghĩa lớp xe (Vehicle Class) và xác định các đáp ứng (Bridge Response)

- Định nghĩa làn có hai cách: Định nghĩa làn theo đường tim cầu (Lane Defined From Bridge Layout Line) và định nghĩa làn theo thanh (Lane Defined From Frames)

- Định nghĩa làn theo Frame có hai cách: Cách 1 khai báo vào ô Frames lần lượt tên các phần tử dầm mà Lane sẽ đi qua, độ lệch tâm tương ứng (Centerline Offset), bề rộng làn (Lane Width) Cách 2 chọn các phần tử Frame mà Lane sẽ đi qua > Assign > Frame > Lane > Xuất hiên bảng Define Lane > Chọn LANE1 đã định nghĩa > OK Vậy làn được định nghĩa theo Frame rất thuận tiện khi dầm mà Lane đi qua đã được mô hình hóa bằng phần tử Frame hoặc đưa vào phần tử Frame

có kích thước nhỏ với mục đích để định nghĩa làn khi dầm cầu được mô hình hóa bằng các phần tử khác, chẳng hạn như phần tử Shell Trong các kết cấu mẫu trong SAP2000 về cầu Bridge, thân cầu đều được mô hình hóa bằng phần tử Shell có chiều dầy thay đổi và làn được định nghĩa từ đường tim cầu (Bridge Layout Line)

có dạng đường thẳng hay đường cong một chiều hoặc hai chiều

- Định nghĩa làn theo đường tim cầu (Bridge Layout Lines - BLL) từ menu Bridge > Layout Lines > Nhập số liệu cho BLL1 gồm tọa độ điểm đầu của nó trong

hệ tọa độ tổng thể XYZ và chiều dài tương ứng Sau đó định nghĩa làn từ menu Bridge > Lane và định nghĩa Lane theo Bridge Layout Line Định nghĩa Lane theo đường tim cầu dùng trong trường hợp cầu được mô hình hóa bằng phần tử Frame và cũng như được mô hình bằng các phần tử khác như Shell, Solid qua các ví dụ minh họa dưới đây

- Định nghĩa xe trong SAP2000 cho phép khai báo nhiều đoàn xe tiêu chuẩn của nhiều nước Có thể dùng đoàn xe tổng quát (General Vehicle) để mô phỏng đoàn xe chưa có sẵn trong SAP2000

2.2.3 Các bước tính toán kết cấu cầu chịu tải trọng di động khi gán tải trọng di động vào cầu từ Frame và từ Bridge Layout Line

Xác định nội lực và chuyển vị của dầm đơn bằng bê tông cốt thép chịu tải trọng tập trung di động AUTO cho ở hình 2.2 Bê tông B35 có E=3×107kN/m2, μ=0,2, γ=24kN/m3

Dầm đơn có nhịp L=10m, tiết diện chữ nhật b×h=0,20×1,0m được mô hình hóa bằng phần tử Frame và phần tử Shell Lane được định nghĩa từ Frame và từ Layout Line

Chọn hệ đơn vị: kN, m, C

Từ menu File > New Model > Chọn Beam một nhịp có chiều dài 10m, tiết diện chữ nhật có chiều cao 1,0m, bề rộng 0,2m với Section Name DAM Vật liệu bê tông B35 có môđun đàn hồi 3E+07 kN/m2, hệ số Poisson μ=0,2, trọng lượng riêng γ=24kN/m3

Chọn và chia phần tử dầm thành hai phần tử có chiều dài bằng nhau với mục đích để hiển thị chuyển vị ở giữa nhịp, dầm đã mô hình hóa được thể hiện ở hình 2.3

Định nghĩa tải trọng và gán tải trọng di động AUTO: Từ menu Define > Load

Patterns > Xuất hiện bảng Define Load Patterns trong đó nhập AUTO trong cửa sổ Load Pattern Name, chọn Live trong danh sách Type > Nhấn nút Add New Load Pattern

Định nghĩa làn từ Frame: Định nghĩa làn từ Frame theo trình tự sau: Nhấn

menu Bridge > Lanes > Xuất hiện bảng Define Lane > Add New Lane Defined From Frames > Xuất hiện bảng Lane Data > OK Nhấn menu Select > Chọn DAM

> Assign > Frame > Lane > Chọn LANE1 trong cửa sổ Lane Name > OK, ta có số liệu về làn xe đã nhập như ở hình 2.4, trong đó đã nhập hai phần tử dầm 2 và 3 để làn xe đi qua, nhập chiều dài các đoạn chia không lớn hơn 1/40 chiều dài nhịp dầm (chiều dài đoạn chia càng nhỏ thí số liệu xuất càng chính xác) > Chọn mầu hiển thị

là mầu đen

Định nghĩa xe (Vehicle): Nhấn menu Bridge > Vehicles > Xuất hiện bảng

Define Vehicle > Chọn Add General Vehicle trong cửa sổ Choose Vehicle Type to Add > Nhấn Add Vehicle > OK > Xuất hiện bảng General Vehicle Data > Trong hình 2.5 ở cửa sổ Vehicle Name nhập AUTO, trong cửa sổ Loads nhập các thông số

của tải trọng hai bánh xe lần lượt là 35kN và 95kN, khoảng giữa hai bánh xe trước

và sau bằng 4m > OK

Định nghĩa lớp xe: Từ menu Bridge > Vehicle Classes > Xuất hiện bảng

Define Vehicle Classes > Add New Classes > Xuất hiện bảng Vehicle Class Data như hình 2.6 > Định nghĩa lớp xe Define Vehicle Class trong cửa sổ Vehicle Class Name chọn AUTO > Add > OK > OK

Định nghĩa các đáp ứng: Từ menu Define > Bridge Loads > Bridge

Responses > Xuất hiện bảng Moving Load Case Results Saved như ở hình 2.7 > Kiểm tra đã mặc định chọn  Exact trong Method of Calculation > OK

Định nghĩa tải trọng di động: Từ menu Define > Load Cases > Xuất hiện bảng

Define Load Cases > Chọn AUTO (Linear Static) > Nhấn Modify/Show Load Case

> Xuất hiện bảng Load Case Data – Moving Load > Chọn Moving Load trong cửa

sổ Load Case Type > Nhấn Add xác định VECL1 trong Loads Applied > OK > OK

Định nghĩa các trường hợp tải trọng: Từ menu Define > Load Cases > Xuất

hiện bảng Define Load Cases > Chọn AUTO (Linear Static) > Nhấn Modify/Show Load Case > Xuất hiện bảng Load Case Data – Moving Load như ở hình 2.8 > Chọn Moving Load trong cửa sổ Load Case Type > Nhấn Add xác định AUTO trong Loads Applied > OK > Ta có các trường hợp tải trọng đã được định nghĩa như

ở hình 2.9 > OK

Hình 2 9 Định nghĩa các trường hợp tải trọng

Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.1-FL (dầm được mô hình hóa bằng phần tử Frame và Lane cũng được định nghĩa từ Frame), hiển thị kết quả tính toán Biểu đồ mômen uốn và lực cắt của dầm do tải trọng di động AUTO được hiển thị trên hình 2.10 và bảng 2.1 Từ bảng này cho thấy lực cắt lớn nhất tại đầu dầm V2=115,99kN, mômen uốn tại mặt cắt giữa nhịp ứng với x=5,0m có M3=255kNm, mômen lớn nhất tại hai mặt cắt ứng với x=4,50m và x=5,50m có M3max=258,75kNm

B ảng 2 1 Giá trị nội lực lớn nhất trong dầm do tải trọng di động AUTO

Chuyển vị tại mặt cắt giữa nhịp do AUTO cho ở hình 2.11 và bảng 2.2 có 0,0047m

B ảng 2 2 Chuyển vị nút do tải trọng di động AUTO

Định nghĩa làn từ Layout Line: Sau khi dầm đã được mô hình hóa bằng phần

tử Frame, định nghĩa Lane từ Layout Line được tiến hành như sau: Nhấn menu Bridge > Layout Lines > Xuất hiện bảng Define Bridge Layout Line > Add New Line > Xuất hiện bảng Bridge Layout Line Data như ở hình 2.12 Chấp nhận tên BLL1 trong cửa sổ Brdge Layout Line Data > Nhập tọa độ vị trí đầu của BLL1 với X=0 (gốc tọa độ tại đâu trái dầm), Y=0 và Z=0.5 (mặt trên của dầm), nhập vị trí đầu

0 và cuối 10 của BLL1 theo phương trục X > Nhấn Quick trong Horizontal Layout Data > Xuất hiện bảng Horizontal Layout Line Data – Quick Start > Chọn  Straigth trong Select Quick Start > Cũng thực hiện tương tự trong Vertical Layout

Data > OK, Layout Line BLL1 đã dược định nghĩa Tiếp theo định nghĩa Lane từ menu Bridge > Lanes > Xuất hiện bảng Define Lanes như ở hình 2.13

Hình 2 14 Nh ập các số liệu cho LANE1

Định nghĩa xe: Nhấn menu Bridge > Vehicles > Xuất hiện bảng Define

Vehicle > Chọn Add General Vehicle trong cửa sổ Choose Vehicle Type to Add > Nhấn Add Vehicle > OK > Xuất hiện bảng General Vehicle Data > Ở cửa sổ Vehicle Name nhập AUTO, trong cửa sổ Loads nhập các thông số của tải trọng hai bánh xe lần lượt là 35 và 95, khoảng cách giữa bánh trước và sau bằng 4m

Định nghĩa lớp xe: Từ menu Bridge > Vehicle Classes > Xuất hiện bảng

Define Vehicle Classes > Add New Classes > Xuất hiện bảng Vehicle Class Data >

Định nghĩa lớp xe Define Vehicle Class trong cửa sổ Vehicle Class Name chọn AUTO > Add > OK > OK

Định nghĩa các đáp ứng: Từ menu Define > Bridge Loads > Bridge Responses

> Xuất hiện bảng Moving Load Case Results Saved > OK

Định nghĩa tải trọng di động: Từ menu Define > Load Cases > Xuất hiện bảng

Define Load Cases Chọn AUTO (Linear Static) > Nhấn Modify/Show Load Case > Xuất hiện bảng Load Case Data – Moving Load > Chọn Moving Load trong cửa sổ Load Case Type > Nhấn Add xác định VECL1 trong Loads Applied > OK > OK Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.1-FLL và hiển thị kết quả tính toán

Mômen uốn và chuyển vị: Biểu đồ mômen M3 và chuyển vị tại giữa dầm do

tải trọng di động AUTO sinh ra được biểu diễn ở hình 2.16, hình 2.17 và bảng 2.3

Hình 2 17 Giá tr ị mômen uốn M3 và lực cắt lớn nhất

B ảng 2 3 Chuyển vị giữa nhịp do tải trọng di động AUTO

Dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell, trong mặt phẳng XZ với Y=0 vẽ phần tử diện tích chữ nhật có chiều dài 10m, chiều cao 1,0m, chia thành 40 phần tử theo chiều dài và 4 phần tử theo chiều cao

Nhấn menu Define > Section Properties > Xuất hiện bảng Area Sections > Chọn Shell trong cửa sổ Select Section Type to Add > Nhấn Add New Section > Xuất hiện bảng Shell Section Data > Chọn AS-S trong Section Name > Chọn  Shell Thick trong Type > Chọn B35 trong Material Name > Chọn Thickness nhập

Membrane: 0.2, Bending: 0.2 > Nhấn OK

Nhấn menu Select > Select > All > Nhấn menu Assign > Area > Secton > Chọn AS-S trong Sections > Nhấn OK

Định nghĩa tải trọng ôtô với Load Name AUTO và gán tải trọng di động (Moving Load) vào dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell được tiến hành như sau:

Định nghĩa làn từ Frame: Ở đây ta đưa thêm vào thanh gán làn (TGL) gồm 40

phần tử theo các nút dầm với tiết diện chữ nhật có kích thước b×h = 0,002×0,002m lên cạnh trên dầm đã mô hình hóa bằng phần tử Shell để gán tải trọng di động (Moving Load) là xe H13 khi định nghĩa làn xe (Define Lane) > Nhấn menu Bridge

> Lanes > Xuất hiện bảng Define Lane > Add New Lane Defined For Frames > Xuất hiện bảng Lane Data > OK > Nhấn menu Select > Chọn TGL > Assign > Frame > Lane > Chọn LANE1 > OK Làn xe đã được định nghĩa trong đó có 40 phần tử, xe sẽ đi qua

Định nghĩa xe AUTO: Nhấn menu Bridge > Vehicles > Xuất hiện bảng Define

Vehicle > Chọn Add General Vehicle trong cửa sổ Choose Vehicle Type to Add > Nhấn Add Vehicle > OK > Xuất hiện bảng General Vehicle Data > Ở cửa sổ Vehicle Name nhập AUTO, trong cửa sổ Loads nhập các thông số của tải trọng hai bánh xe lần lượt là 35kN và 95kN, khoảng cách giữa bánh trước và bánh sau bằng 4m

Định nghĩa lớp xe: Từ menu Bridge > Vehicle Classes > Xuất hiện bảng

Define Vehicle Classes > Add New Classes > Xuất hiện bảng Vehicle Class Data > Định nghĩa lớp xe Define Vehicle Class trong cửa sổ Vehicle Name chọn AUTO > Add > OK > OK

Định nghĩa các đáp ứng: Từ menu Define > Bridge Loads > Bridge

Responses > Xuất hiện bảng Moving Load Case Results Saved > OK

Định nghĩa tải trọng di động: Từ menu Define > Load Cases > Xuất hiện bảng

Define Load Cases Chọn AUTO (Linear Static) > Nhấn Modify/Show Load Case > Xuất hiện bảng Load Case Data – Moving Load > Chọn Moving Load trong cửa sổ Load Case Type > Nhấn Add xác định VECL1 trong Loads Applied > OK > OK Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.2-SL (dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell và định nghĩa làn từ thanh gán làn), hiển thị kết quả tính toán

Ứng suất S11: Phổ mầu ứng suất S11 của dầm do tải trọng di động AUTO cho

ở hình 2.18 có ứng suất tại thớ dưới của dầm S11=7648,337kN/m2

Dùng chức năng Sertion Cut xác định nội lực tại 2 mặt cắt dầm do tải trọng di động AUTO cho ở bảng 2.4 Tại mặt cắt MC1 với x=4,50m có M2=-258,714 và tại

MC2 với x=5,5m có M2-=-254,970kNm, hoàn toàn phù hợp với lời giải dầm đơn chịu lực di động được mô hình hóa băng phần tử Frame cho ở bảng 2.1 có mômen uốn tại mặt cắt giữa nhịp M3=255 kNm và tại mặt cắt có Mmax =258,75kNm

B ảng 2 4 Nội lực tại mặt cắt MC1 và MC2 do tải trọng AUTO

Phản lực gối tựa dầm: Display > Show Forces/Stresses > Joint > Joint

Reactions/ Forces > Chọn AUTO trong cửa sổ Case Name > Chọn  Show Results

at Arows > OK, ta có phản lực gối tựa cho ở hình 2.19 hoàn toàn phù hợp với lời giải tìm được khi được mô hình hóa bằng phần tử Frame cho ở bảng 2.2

Chuyển vị: Sơ đồ chuyển vị do tải tải trọng di động AUTO được biểu diện ở

hình 2.20 và bảng 2.5 có chuyển vị giữa nhịp U3=-0,0047m

B ảng 2 5 Chuyển vị giữa nhịp do tải trọng di động AUTO

Định nghĩa làn từ Layout Line: Sau khi dầm đã được mô hình hóa bằng phần

tử Shell, định nghĩa Lane từ Layout Line > Nhấn Bridge > Layout Lines > Bridge Layout Line > Add New Line > Bridge Layout Line Data > Chấp nhận BLL1 > Nhập tọa độ điểm đầu của BLL1 có X=0, Y=0, Z=1 (gốc tọa độ tổng thể XYZ tại góc trái phía dưới như ở hình 2.21) và nhập vị trí đầu và cuối của BLL1 theo phương trục X > Nhấn Quick Start > Chọn  Straigth trong Horizontal và Vertical Layout Data.> OK, ta có mô hình LANE1 ở mặt trên của dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell như ở hình 2.21

Tiếp theo định nghĩa Lane từ Bridge Layout Line BLL1 > Nhấn menu Bridge

> Lanes > Xuất hiện bảng Define Lanes > Nhấn Add New Lane Defined From Layout Line > Xuất hiện bảng Bridge Lane Data > Nhập các số liệu Lane tương tự như ở hình 2.14 > OK LANE1 đã được định nghĩa và được hiển thị từ menu Display > Show Lanes > Xuất hiện bảng Show Lane > Chọn  Show Centerline Only > OK, ta có dầm đã được mô hình hóa bằng phần tử Shell và LANE1 như ở hình 2.21 Các định nghĩa khác cũng thực hiện tương tự như trên

Cho chạy chương trình với tên file Vidu 2.2-SLL (dầm được mô hình hóa bằng phần tử Shell và Lane được định nghĩa từ Layout Line), hiển thị kết quả tính toán

Ứng suất: Phổ mầu ứng suất S11 trong dầm do tải trọng di động AUTO sinh ra

cho ở hình 2.22 và mômen uốn có giá trị lớn nhất tìm được từ chức Section Cut cho

ở bảng 2.6 có M2min=-257,69kNm tại vị trí x=4,75m

B ảng 2 6 Mômen uốn lớn nhất do tải trọng di động AUTO

Chuyển vị: Phổ mầu chuyển vị Uz của dầm do tải trọng di động AUTO được

biểu diễn ở hình 2.23 cho thấy chuyên vị tại giữa nhịp dầm có U3=-0.0047m

2.2.4 Ảnh hưởng của việc lựa chọn mô hình đến trạng thái ứng suất biến dạng

c ủa kết cấu

Mômen uốn và lực cắt trong dầm chịu tải trọng di động được xác định bằng phương pháp đường ảnh hưởng, từ hình 2.24 xác định được Qmax=116kN, mômen tại mặt cắt giữa nhịp M=255kNm và mômen uốn lớn nhất Mmax = 258,77kNm như dưới đây:

Kết quả tính toán nội lực trong dầm đơn tiết diện chữ nhật chịu tải trọng di

động được mô hình hóa bằng phần tử Frame hay Shell và định nghĩa Lane từ

Frame, thanh gán làn (TGL) hay Layout Line hoàn toàn phù hợp với lời giải giải

tích

Khi định nghĩa làn từ Frame và thanh gán làn cho kết quả tính toán nội lực sát

với lời giải giải tích hơn là khi dùng Layout Line để định nghĩa làn

B ảng 2 7 Tổng hợp kết quả tính toán chuyển vị và nội lực

Từ Frame Từ L Line Từ TGL Từ L Line

1 Chuyển vị U3(m) -0,00468 -0,00467 -0,0047 -0,0047

2 Mômen uốn Mmax (kNm) 258,75 256,0 258,714 257,69

Chú thích: Vị trí Mmax được xác định từ Frame và Layout Line không tại cùng một mặt cắt

2.3 Kết luận chương 2

Kết quả tính toán nội lực trong dầm đơn tiết diện chữ nhật chịu tải trọng di động được mô hình hóa bằng phần tử Frame hay Shell và định nghĩa Lane từ Frame, thanh gán làn (TGL) hay Layout Line hoàn toàn phù hợp với lời giải giải tích Khi định nghĩa làn từ Frame và thanh gán làn cho kết quả tính toán nội lực sát với lời giải giải tích hơn là khi dùng Layout Line để định nghĩa làn Vì vậy trong tính toán nội lực và chuyển vị của cầu giao thông trên cống và trên đập tràn có thể

mô hình hóa bằng phần tử thanh với mặt cắt bất kỳ và định nghĩa làn từ Frame hoặc thanh gán đối với kết cấu vỏ là phù hợp

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU TRONG CÔNG TRÌNH CỐNG NGĂN TRIỀU TP HỒ CHÍ MINH

3.1 Đặt vấn đề

Việt Nam là một quốc gia ven biển có mạng lưới sông ngòi dày đặc, mặt cắt lòng sông lớn, độ dốc lòng sông nhỏ, biên độ thủy triều cao và chịu ảnh hưởng trực tiếp của biến đổi khí hậu và nước biển dâng Những năm gần đây do mực nước biển dâng lên đáng kể làm cho xâm nhập mặn vào sâu trong đất liền và gây úng ngập trên diện rộng ảnh hưởng đến sản xuất và sinh hoạt của một vùng dân cư đông đúc,

là vùng kinh tế trọng điểm của Việt Nam

Đã có nhiều giải pháp được đưa ra kiểm xoát xâm nhập mặn và nước biển dâng, trong đó tập trung chủ yếu vào giải pháp xây dựng các cống lớn ở các cửa sông để hạn chế ảnh hưởng của thủy triều và nước biển dâng nhưng vẫn đảm bảo vấn đề thoát lũ và giao thông thủy Theo Quy hoạch phát triển thủy lợi vùng đồng bằng sông Cửu Long, riêng tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh là vùng kinh tế trọng điểm phía Nam của Việt Nam, xây dựng 12 cống lớn để hạn chế ngập úng khi mực nước thủy triều dâng cao (xem hình 3.1) Các cống này đều yêu cầu có khẩu độ thông thủy lớn từ 20m đến 60m và kết hợp cầu giao thông phía trên Việc tính toán kết cấu cầu giao thông theo một mô hình đơn giản mà chính xác là đòi hỏi của những người làm công tác thiết kế cầu

Kết cấu cầu dầm là một giải pháp thường được lựa chọn trong thiết kế cống vùng triều với mặt cắt ngang của dầm chính có nhiều dạng khác nhau như tiết diện chữ I, chữ T, hình chữ U hoặc hình hộp khi kết hợp làm cầu máng dẫn nước Khi

mô hình hóa cầu bằng phần tử Frame đã đưa bài toán không gian 3 chiều về bài toán một chiều nên giảm được thời gian tính toán và được sử dụng khi chỉ cần biết trạng thái ứng suất theo phương dọc cầu Dưới đây là ba ví dụ cụ thể tính toán kết cấu cầu trên cống ngăn triều khu vực TP Hồ Chí Minh