NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ YÊU CẦU KỸ THUẬT THI CÔNG HẠ CHÌM ỐNG XI PHÔNG KẾT CẤU THÉP TRONG TIÊU CHUẨN VIỆT NAM 8642 / 2011

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ YÊU CẦU KỸ THUẬT THI CÔNG HẠ CHÌM ỐNG XI PHÔNG KẾT CẤU THÉP TRONG TIÊU CHUẨN VIỆT NAM 8642 / 2011

TR NG I H C THU L I

- -

NGHIÊN C U C S KHOA H C C A M T S YÊU C U K THU T THI CÔNG H CHÌM

NG XI PHÔNG K T C U THÉP TRONG TCVN 8642-2011

Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y

Mã s : 60-58-40

LU N V N TH C S

Ng i h ng d n khoa h c: PGS.TS PH M NG C KHÁNH

TS PH M XUÂN KHANG

M C L C

M U

1 Tính c p thi t c a đ tài 1

2 M c đính nghiên c u đ tài 1

3 i t ng và ph m vi nghiên c u 2

4 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u 2

CH NG 1 T NG QUAN V CÔNG TRÌNH XI PHÔNG VÀ CÁC PH NG PHÁP H CHÌM 1.1 S phát tri n c a công trình Xi phông 4

1.2 Các ph ng pháp thi công h chìm Xi phông đã và đang đ c áp d ng 13 1.2.1 Ph ng pháp h chìm có g i đ 4

1.2.2 Ph ng pháp h chìm dùng phao 5

1.2.3 Ph ng pháp h chìm t do 7

1.2.4 Ph ng pháp h chìm dùng c n c u n i ho c các g i đ mang thi t b nâng 9

1.2.5 Ph ng pháp kéo tr t ngang đáy sông 10

1.3 S quan tr ng c a quá trình h chìm xi phông b ng ph ng pháp h chìm t do 14

CH NG 2 M T S YÊU C U K THU T TRONG TÍNH TOÁN H CHÌM XI PHÔNG C QUY NH TRONG TCVN 8642-2011 VÀ C S KHOA H C C A M T S CÁC QUY NH NÀY 2.1 M t s yêu c u k thu t quan tr ng trong thi công h chìm ng xi phông k t c u thép quy đ nh trong TCVN 8642 : 2011 27

2.1.1 Yêu c u c a công tác chuyên ch đ ng ng t n i s n xu t đ n công tr ng l p ráp hoàn thi n đ ng ng 28

2.1.2 Yêu c u k thu t v l p ráp đ ng ng trong hào thi công tr c khi h

chìm 30

2.1.3 Yêu c u k thu t neo gi ng xi phông trên m t n c ch h chìm 35

2.1.4 Yêu c u v ki m tra xác đ nh tr ng thái ng su t – bi n d ng c a đ ng ng khi xi phông trong quá trình h chìm 35

2.1.5 Yêu c u v tính toán xác đ nh tr ng thái ng su t – bi n d ng c a đ ng ng sau khi đã đ c neo gi ho c l p ph b m t 35

2.2 C s khoa h c c a m t s tiêu chu n đã quy đ nh - t bài toán tính toán đ th c hi n các tiêu chu n quy đ nh trên c s thu t toán c a ph ng pháp ph n t h u h n 38

2.3 Gi i thi u v ph n m m sap2000 s d ng trong lu n v n 43

2.3.1 H th ng đ n v (Unit Sytem) - SAP 2000 38

2.3.2 H th ng to đ (Coordinate Systems) 38

2.3.3 Ch n c a s màn hình (Windows) 39

2.3.4 T o h l i ph ng và không gian 40

2.3.5 Ch c n ng v các ph n t thanh 41

2.3.6 Ch n đ i t ng đ th c hi n các l nh ti p theo (xoá, gán, sao chép, nhân b n, di chuy n, ) 41

2.3.7 Xoá m t s b ph n c a k t c u đã v ho c khôi ph c b ph n v a xoá) 41

2.3.8 Nhân b n m t s b ph n c a k t c u 41

2.3.9 Ch c n ng chia ph n t d m thành nhi u ph n t nh 41

2.3.10 Ch c n ng di chuy n nút 41

2.3.11 K t c u m u 41

2.3.12 nh ngh a đ c tr ng hình h c và v t li u c a các ph n t 41

2.3.13 Gán các đ c tr ng hình h c và v t li u vào các ph n t c a k t c u 41

2.3.14 G n liên k t 41

2.3.15 nh ngh a tr ng h p t i tr ng 41

2.3.16 Gán t i tr ng vào k t c u 41

2.3.17 T h p t i tr ng (Load Combinations) 41

2.3.18 S p x p l i mã nút và mã ph n t (Change Labels) 41

2.3.19 Ki m tra s li u nh p vào 41

2.3.20 Phân tích k t c u đã mô hình hoá 41

2.3.21 Hi n th hình d ng bi n d ng c a k t c u 41

2.3.22 Hi n th n i l c ho c ng su t c a các thành ph n k t c u 41

2.4 S d ng ph ng pháp ph n t h u h n đ làm sáng t c s khoa h c c a các yêu c u k thu t trong TCVN 8642:2011 nêu trên 41

2.4.1 C s khoa h c c a yêu c u k thu t chuyên ch đ ng ng t n i s n xu t đ n công tr ng l p ráp hoàn thi n đ ng ng 41

2.4.2 C s khoa h c c a yêu c u k thu t l p ráp đ ng ng trong hào thi công tr c khi h chìm 41

2.4.3 C s khoa h c c a yêu c u k thu t neo gi ng xi phông trên m t n c ch h chìm 41

2.4.4 C s khoa h c c a yêu c u k thu t tính toán tr ng thái ng su t trong quá trình h chìm 41

2.4.5 C s khoa h c c a yêu c u v tính toán xác đ nh tr ng thái ng su t – bi n d ng c a đ ng ng sau khi đã đ c neo gi ho c l p ph b m t 41

CH NG 3 ÁP D NG TCVN 8642 : 2011 TÍNH TOÁN THI CÔNG CÔNG TRÌNH XI PHÔNG SÔNG CHANH 3.1 Gi i thi u công trình xi phông Sông Chanh 44

3.1.1 Nhi m v c a công trình 44

3.1.2 Hi n tr ng công trình 44

3.2 Thông s k thu t ch y u c a công trình xi phông sông Chanh m i 44

3.3 Áp d ng TCVN 8642:2011 tính toán ph ng án thi công h chìm xi phông sông Chanh 44

3.3.1 Các s li u c b n dùng đ tính toán 44

3.3.2 Tính toán con kê đ n i ng trong hào l p ráp 44

3 3.3 Tính toán neo gi ng trên m t n c ch h chìm 44

3.3.4 Tính toán h chìm ng xi phông 44

3.3.5 Tính toán tr ng thái ng su t c a ng sau khi đã h chìm xong 44

K T LU N VÀ KI N NGH 1 K t lu n 86

2 Ki n ngh 87

TÀI LI U THAM KH O Ti ng Vi t 88

Ti ng Anh 89

Ti ng Nga 89

TH NG KÊ CÁC B NG BI U B ng 1.1 Danh sách công trình xi phông xây d ng Vi t Nam B ng 2.1: H s g i đ ko ( Theo TCVN 8642:2011) B ng 3.1: T i tr ng tác d ng lên ông khi neo TH NG KÊ CÁC HÌNH V Hình 1.1: Siphon Hình 2.1: B trí các đ u c m bi n Hình 2.2: S đ gi i bài toán k t c u theo ph ng pháp PTHH Hình 2.3: D m đ t trên g i c ng

Hình 2.4: S đ tính ng và dây neo

Hình 2.5: S đ quá trình h chìm ng dài

Hình 2.6: S đ tính toán đ ng ng h chìm t do d ng u n cong hình ch S Hình 2.7: S đ tính toán đ ng ng h chìm t do ng có d ng công xôn b

u n

Hình 2.8 S đ h chìm xi phông ng ng n

Hình 2.9: S đ tính toán ng su t bi n d ng c a ng xi phông khi đã đ c neo gi đúng tuy n thi t k

Hình 3.1 : S b b trí dây neo cánh đ u nhau

Hình 3.2 : T i tr ng tác d ng lên đ ng ng khi neo ngang sông

Hình 3.3 :Bi u đ Mômen xu t hi n trong ng khi b trí cáp đ u nhau

Hình 3.4 :Bi u đ l c c t xu t hi n trong ng khi b trí cáp đ u nhau

Hình 3.5 :L c d c xu t hi n trong cáp neo khi b trí cáp đ u nhau

Hình 3.6 : Chuy n v c a ng xi phông khi b trí neo đ u nhau

Hình 3.7 : S b b trí l i v trí dây neo theo s phân b t i tr ng

Hình 3.8 : T i tr ng tác d ng lên đ ng ng khi neo ngang sông

Hình 3.9 :Bi u đ Mômen xu t hi n trong ng sau khi b trí l i neo

Hình 3.10 :Bi u đ l c c t xu t hi n trong ng sau khi b trí l i neo

Hình 3.11: L c d c xu t hi n trong cáp neo sau khi b trí l i neo

Hình 3.12: Chuy n v c a ng xi phông sau khi b trí l i neo

L I C M N

Trong quá trình h c t p và nghiên c u lu n v n đ tài “Nghiên c u c s

khoa h c c a m t s yêu c u k thu t thi công h chìm ng xi phông k t c u thép

trong TCVN 8642 : 2011”, tác gi đã nh n đ c s h ng d n và giúp đ t n tình, chu đáo c a các nhà khoa h c, các chuyên gia và đ ng nghi p

Tác gi đ c bi t xin bày t lòng c m n t i th y giáo Giáo s , Ti n s Ph m

Ng c Khánh đã t n tình h ng d n, ch b o cho tác gi nhi u v n đ quý báu trong nghiên c u khoa h c nói chung c ng nh trong b n thân lu n v n này

Tác gi xin chân thành c m n các th y giáo, cô giáo trong khoa Công trình, b môn S c b n-K t c u, phòng ào t o i h c và Sau đ i h c tr ng đ i

h c Thu L i đã t o đi u ki n giúp đ tác gi v các tài li u, thông tin khoa h c k thu t và đóng góp nhi u ý ki n quý báu cho lu n v n

Cu i cùng tác gi xin g i l i c m n chân thành t i gia đình, b n bè, đ ng nghi p đã đ ng viên, t o m i đi u ki n thu n l i đ tác gi hoàn thành lu n v n

Do trình đ có h n nên lu n v n không th tránh kh i nh ng t n t i và h n

ch , tác gi r t mong nh n đ c m i ý ki n đóng góp, trao đ i chân thành Tác gi

hi v ng r ng nh ng v n đ còn t n t i c a lu n v n s đ c phát tri n m c đ nghiên c u sâu h n góp ph n đ a nh ng ki n th c khoa h c vào ph c v s n xu t

Hà N i, tháng 2 n m 2012

V c Tài

M U

N c là n i b t đ u c a s s ng Có l vì v y mà m i sinh v t trên trái

đ t đ u c n có n c đ t n t i Và con ng i chúng ta c ng không ngo i l , chính vì th các n n v n minh c a loài ng i luôn b t ngu n t nh ng con sông Nh n n v n minh sông n, n n v n minh sông Nil hay n n v n minh sông H ng…

Con ng i dùng n c đ sinh ho t, đ s n xu t l ng th c, đ phát

đi n… Và đ có n c s d ng con ng i xây d ng các công trình d n n c

t các h ch a n c t nhiên ho c nhân t o b ng kênh d n n c ho c đ ng

Xi phông là các ng d n n c b ng thép, b ng bê tông ho c các v t li u khác Các k s s d ng xi phông khi c n d n n c lu n qua các công trình khác hay lu n qua các con sông …đ đ m b o vi c d n n c đ c liên t c

mà không làm nh h ng đ n s làm vi c bình th ng c a các công trình đó hay nh h ng đ n giao thông th y trên các dòng sông c n d n n c v t qua

nó

thi công l p đ t các ông xi phông qua các công trình khác, các k s

th ng c t công trình ra đ xây l p ng xi phông r i sau đó xây hoàn tr l i

Ví d nh xi phông qua đ ng giao thông, kênh d n n c có tr c,…k c khi c n thi công xi phông qua các sông có m c n c t ng đ i nh và ít thay

đ i ng i ta c ng có th s d ng ph ng pháp thi công này H s d ng đê

quây, sau đó b m c n n c ra kh i h móng và ti n hành l p đ t ho c xây

d ng đ ng ng xi phông

Nh ng đ i v i tr ng h p sông có m c n c l n, n u thi công b ng

ph ng pháp này s r t t n kém Khi đó các k s th ng thi công l p đ t

ng xi phông ngay trong dòng n c đang ch y Trong tr ng h p này ng xi phông k t c u thép là l a ch n t i u có th l p đ t đ ng ng xi phông vào đúng tuy n thi t k trong khi dòng n c đang ch y là m t vi c không h

đ n gi n M t trong các ph ng pháp th ng đ c s d ng đó là ph ng pháp “h chìm” ng xi phông Ngh a là đ nh v ng vào đúng tuy n trên m t

n c nh h th ng neo, sau đó b m n c vào ng đ ng chìm d n xu ng đáy vào đúng tuy n hào thi t k

Trong quá trình h chìm ng xi phông r t d x y ra nh ng s c , nh là

ng cong quá m c hay ng n m l ch kh i tuy n hào… có th thi công h chìm ng xi phông vào đúng tuy n hào thi t k mà không làm đ ng ng cong vênh, th m chí đ t gãy trong qua trình ng chìm xu ng, yêu c u ng i

k s ph i có đ ki n th c chuyên môn v l nh v c này

Hi n nay, B khoa h c và Công ngh đã công b TCVN 8642:2011 quy

đ nh v các yêu c u k thu t trong thi công h chìm ng xi phông k t c u thép Vi c ban hành tiêu chu n này s góp ph n giúp các k s Vi t Nam gi i quy t bài toán thi công h chìm ng xi phông k t c u thép

Lu n v n này, v i m c đích nghiên c u c s khoa h c c a m t s yêu

c u k thu t quan tr ng nh t trong TCVN 8642:2011 v thi công h chìm ng

xi phông k t c u thép và áp d ng tiêu chu n tính toán c th cho m t công trình, s giúp cho các đ n v có liên quan hi u rõ v các quy đ nh k thu t trong tiêu chu n T đó áp d ng tiêu chu n này vào đ thi t k , th m tra và thi công h chìm ng xi phông k t c u thép

1 Tính c p thi t c a tài

“TCVN 8642 : 2011, Thi công công trình th y l i – Yêu c u k thu t trong thi công h chìm ng xi phông k t c u thép” là m t trong nh ng tiêu chu n qu c gia m i nh t v a đ c b n hành

Do đó vi c nghiên c u c s khoa h c c a tiêu chu n giúp cho các đ n

v có liên quan hi u rõ và có th áp d ng tiêu ch n này vào trong th c t thi công h chìm các công trình xi phông Vi t Nam là m t v n đ c p thi t

a ra ph ng pháp tính toán gi i m t s bài toán th c hi n các yêu c u mà tiêu chu n quy đ nh giúp các đ n v thi t k và thi công áp d ng thu n l i

i t ng nghiên c u là m t s yêu c u v k thu t trong TCVN 8642 :

2011 – Yêu c u k thu t thi công h chìm ng xi phông k t c u thép

D a trên c s nh ng môn đã đ c h c, đ t bài toán, thi t l p thu t toán

và trình bày ph ng pháp gi i m t s bài toán thi công h chìm ng xi phông

k t c u thép đ c quy đ nh trong TCVN 8642 : 2011

Áp d ng tiêu chu n tính toán cho m t công trình c th làm ví d tham

kh o

S u t m tài li u, t ng quan v công trình xi phông, đ c bi t là nêu đ c

t m quan tr ng c a quá trình thi công h chìm S d ng ph ng pháp ph n t

h u h n đ làm rõ c s khoa h c c a m t s yêu c u k thu t thi công h chìm ng xi phông k t c u thép trong TCVN 8642 : 2011

CH NG 1

PHÁP H CHÌM

1.1 S phát tri n c a công trình Xi phông

Xi phông trong ti ng Vi t Nam có ngu n g c t ti ng Pháp: ‘siphon’ Trong ti ng anh c ng là ‘siphon’ Và theo đ nh ngh a ph bi n nh t thì siphon

Ngày nay, siphon ng c (siphon có hình ch u) đ c s d ng r ng rãi

h n trong đ i s ng c ng nh trong k thu t, đ c bi t là khi c n d n ch t l ng

v t qua đ a hình khó kh n hay v t qua công trình khác

Vi t Nam chúng ta, t gi a th k 20 nhi u công trình xi phông đã

đ c xây d ng (b ng 1.1) v i nhi u lo i k t c u: bê tông c t thép, g ch xây,

ng thép, ng nh a hay v t li u t ng h p

B ng 1.1 Danh sách công trình xi phông xây d ng Vi t Nam

TT Tên công trình a đi m xây

Qu ng

6

Xi phông sông V

Qu ng

Qu ng

9

Xi phông sông Chanh

b r ng sông, h , v n t c dòng ch y, đi u ki n m t b ng đ thi công…

- Th i gian h chìm, đi u ki n thi công…

Ph ng ti n, k thu t thi công

M i ph ng pháp có u, nh c đi m riêng, tùy thu c vào đi u ki n, kh

- Sau khi ki m tra v trí c a ng, neo các đi m g i n i

- C n c u gi đ b m n c vào ng cho cân b ng v i s c đ y n i c a các phao

- Gi c n c u cho n c ti p vào m t s phao, lúc này cân b ng b phá

- Có th h ng chính xác vào tuy n thi t k ;

- ng sau khi đ đ t trên g i v n có th d ch chuy n theo h ng b t k

đ có th thu t l i n i ti p các công trình hai đ u ng

- V i các g i đ n i, khi chìm đ n đáy ng v n không b u n (tr kho ng cách gi a hai g i) do đó có th h chìm đ sâu tùy ý

* Nh c đi m:

- òi h i ph i t m d ng giao thông khi thi công đ ng ng

- Yêu c u nhi u dây neo, phao

- Giá thành thi công khá l n

1.2.2 Ph ng pháp h chìm dùng phao

Dùng phao đ h chìm xi phông theo nhi u giai đo n khi đ sâu c a sông

t ng đ i l n Ph ng pháp này ch dùng cho nh ng n i không có ho c ít

ph ng ti n giao thông đi l i

* u đi m:

- Không c n g i đ nào đáy sông, h

- S d ng ít thi t b , thi t b đ n gi n nên r ti n

* Nh c đi m;

- C n tr vi c thông lu ng

- Dùng thi t b đ c bi t nên giá thành cao

- Ch ng d ng đ c trong đi u ki n đ a hình và đi u ki n th y v n thu n l i

1.25 Ph ng pháp kéo tr t ngang đáy sông

- H chìm dây cáp n ng (qua sông…)

- Dùng máy kéo kéo ng

* u đi m:

Ph ng pháp h chìm b ng kéo theo đáy sông là m t ph ng pháp ph

bi n trong xây d ng, có nhi u u đi m:

- Khi h chìm không c n ng n tàu bè qua l i nên có th thi công trong

m i th i gian trong n m

- T n ít th i gian

- T n ít dây cáp và thi t b phao

- Trong th i gian h chìm, ng không b tác đ ng b i t i tr ng sóng và gió

* Nh c đi m:

- Công tr ng đ l n đ l p ráp và b trí thi t b h chìm

- M t c t ngang sông ph i đ tho i đ đ m b o bán kính cong c a ng khi b u n còn n m trong gi i h n cho phép u n

1.3 S quan tr ng c a quá trình h chìm xi phông b ng ph ng pháp h chìm t do

Chúng ta d dàng nh n th y r ng, quá trình h chìm xi phông là công

vi c ph c t p nh t trong thi công công trình xi phông qua sông b ng ph ng pháp h chìm Nh t là n i có v n t c dòng ch y l n, hay g n c a sông có

m c n c th y tri u lên xu ng ph c t p

Nh ng sai sót d x y ra trong quá trình h chìm là:

- ng ng b n m l ch kh i tuy n hào thi t k ;

- Trong quá trình chìm, ng b cong quá gi i h n đàn h i d n đ n r n

n t ng

M c dù trong tiêu chu n TCVN 8642:2011 đã nêu đ y đ v nh ng yêu

c u k thu t trong thi công h chìm ng xi phông k t c u thép Nh ng đi u

ki n thi công th c t r t khác nhau, ng i k s c n bi t v n d ng chính xác

nh ng yêu c u đó vào th c t Mu n v y ng i k s thi công ph i hi u rõ c

s khoa h c c a yêu c u k thu t quy đ nh trong TCVN 8642:2011 đ có th

áp d ng chính xác vào công trình c a mình

CH NG 2

M T S YÊU C U K THU T TRONG TÍNH TOÁN H CHÌM

KHOA H C C A M T S CÁC QUY NH NÀY

phông k t c u thép quy đ nh trong TCVN 8642 : 2011

H chìm ông xi phông là công vi c r t d x y ra s c trong quá trình thi công, vì v y c n đ c đ c bi t chú tr ng, ph i có bi n pháp thi công kh thi,

đ c tính toán k l ng và tuân th toàn b nh ng yêu c u k thu t trong TCVN 8642:2011 D i đây trích m t s quy đ nh c n thi t trong tiêu chu n

2.1 1 Yêu c u c a công tác chuyên ch đ ng ng t n i s n xu t đ n công tr ng l p ráp hoàn thi n đ ng ng [8]

Thông th ng đ ng ng đ c s n xu t trong nhà máy cách xa công

tr ng thi công Sau khi l c xong t ng đo n ng, dùng xe chuyên ch các

đo n ng t i công tr ng đ th c hi n ti p vi c thi công l p ráp các đo n ng thành đ ng ng hoàn ch nh Các đo n ng th ng dài trên 6m Khi chuyên

ch các đo n ng b ng ô tô, ph i dùng các g i đ kê và ph i dùng dây neo gi các đo n ng đ tránh b u n quá m c quy đ nh và tránh s phá ho i do t i

tr ng xung kích khi đi trên đ ng ây là m t công vi c r t h tr ng đ đ m

b o an toàn, không b bi n d ng các đo n đ ng ng trong quá trình chuyên

ch , nh t là không đ c đ bi n d ng ô van các đ u ng

Trong tiêu chu n quy đ nh khi kê kích đ ng ng đ v n chuy n, kho ng cách g a các g i kê tính theo công th c:

G k

D R G

k

W R

0

4 3

2 0

2.1 2 Yêu c u k thu t v l p ráp đ ng ng trong hào thi công tr c khi

h chìm [8]

Sau khi chuyên ch các đo n ng đ n công tr ng s ti n hành hàn các

đo n ng thành đ ng ng hoàn ch nh theo thi t k Tuy n hào thi công l p ráp ph i đ m b o đi u ki n thu n l i đ thi công l p ráp đ ng ng khi thi công và ph i đ m b o đ đi u ki n thu n l i đ lai d t đ ng ng ra v trí tuy n công trình chu n b h chìm Nên ch n tuy n hào có ph ng th ng trùng v i tuy n công trình là t t nh t (n u đi u ki n cho phép)

Các g i ph i đ m b o đi u ki n n đ nh v lún, n đ nh v tr t trong quá trình thi công l p ráp và ki m tra th th y l c

Kho ng cách gi a các g i đ đ c tình b ng công th c (2.1) nh ng có thêm các t i tr ng trong khi thi công hoàn thi n đ ng ng và t i tr ng khi

ti n hành ki m tra th y l c đ ng ng

2.1 3 Yêu c u k thu t neo gi ng xi phông trên m t n c ch h chìm [8]

Tr c khi h chìm ng ph i đ c neo gi trên m t n c ngang sông Khi tri u c ng, cho n c vào hào thi công, kéo ng ra kh i hào, đ t vào tuy n thi t k ng c n đ c gi đúng v trí thi t k t i khi m c n c ki t m i ti n hành h chìm đ đ m b o đ sâu h chìm là nh nh t Do đó c n ph i tính toán quá trình ch u l c c a ng và dây neo d c tác d ng c a dòng ch y và gió Lúc này trong ng không có n c, m t ph n ng chìm trong n c

Bài toán neo gi ng trên tuy n nh m gi i quy t các yêu c u:

2.1 4 Yờu c u v ki m tra xỏc đ nh tr ng thỏi ng su t – bi n d ng c a

đ ng ng khi xi phụng trong quỏ trỡnh h chỡm [8]

V i đ ng ng dài nh t thi t ph i ti n hành ki m tra th c nghi m xỏc

đ nh tr ng thỏi ng su t – bi n d ng m t c t x y ra ng su t l n nh t trong quỏ trỡnh h chỡm và m t s m t c t khỏc

Trong quỏ trỡnh h chỡm, ngoài vi c ph i tớnh toỏn tr ng thỏi ng su t –

bi n d ng c a đ ng ng đ đi u ch nh ti n đ thi cụng đ đ m b o ng su t

l n nh t khụng v t quỏ ng su t cho phộp, cũn b t bu c ph i dựng thi t b

đo đ cỏc đ i l ng c n thi t t i m t c t cú ng su t l n nh t s s y ra trong quỏ trỡnh h chỡm, đ xỏc đ nh tr ng thỏi ng su t – bi n d ng c a đ ng ng, xỏc đ nh mụ men u n theo ph ng đ ng và ph ng ngang, t đú suy ra đ cong (bỏn kớnh cong) c a ng theo ph ng đ ng, ph ng ngang đ đ m b o trong quỏ trỡnh thi cụng h chỡm đ cong c a đ ng ng và mụ men u n khụng v t quỏ giỏ tr cho phộp

1

2

Chú dẫn:

1,2 là dat tric điện trở;

3 là cảm biến đo độ sâu.

) 1 ( 05 , 0

Mx: mô men u n theo ph ng ngang, N.m;

My: mô men u n theo ph ng th ng đ ng, N.m;

2.1.4 Yêu c u v tính toán xác đ nh tr ng thái ng su t – bi n d ng c a

đ ng ng sau khi đã đ c neo gi ho c l p ph b m t [8]

Theo tiêu chu n, ng i k s ph i ki m tra tr ng thái ng su t có th

xu t hi n trong đ ng ng v i m i tr ng h p t i tr ng b t l i nh t sau khi

đ ng ng đã đ c neo gi ho c l p ph b m t theo đúng thi t k

Yêu c u ki m tra b ng ph ng pháp th c nghi m và so sánh v i k t qu tính toán lý thuy t m b o các k t qu này không đ c v t quá ng su t cho phép c a ng xi phông

a) Ki m tra b ng th c nghi m: Xác đ nh các giá tr ng su t t i m t s

m t c t nguy hi m nh t b ng nh ng thí nghi m

b) Tính toán b ng lý thuy t: S d ng mô hình tính toán ph h p đ tính

n i l c xu t hi n trong ông xi phông

2.2 C s khoa h c c a m t s tiêu chu n đã quy đ nh - t bài toán tính toán đ th c hi n các tiêu chu n quy đ nh trên c s thu t toán c a

ch n đ c ph ng án l i nh t và x lý các tr ng h p có th x y ra trong quá trình thi công h chìm th c hi n đi u đó trong lu n v n đ t bài toán trên

c s thu t toán c a ph ng pháp ph n t h u h n Ph ng pháp ph n t h u

h n là m t ph ng pháp tính hi n đ i có nhi u u đi m trong vi c gi i các bài toán c h c k t c u Ph ng pháp ph n t h u h n là m t ph ng pháp r i

r c ki u v t lý Mi n tính toán đ c r i r c thành m t s h u h n các ph n t trong đó các ph n t đ c n i v i nhau t i m t s h u h n các đi m nút – đó

lá các đ nh c a ph n t hay là m t s đi m đ c quy c trên m t (c nh) c a

ph n t Trong ph ng pháp này ta không tìm hàm x p x c a hàm n trong toàn mi n tính toán mà ch tìm trong t ng mi n con thu c mi n tính toán

i u này đ c bi t thu n l i khi gi i các bài toán mà mi n xác đ nh g m nhi u

mi n con có các đ c tr ng c lý khác nhau (bài toán đ p c u t o b ng nhi u

lo i v t li u, bài toán k t c u trên n n nhi u l p…) Trong đ tài ch gi i h n

bài toán trong khuôn kh tính toán h thanh trên g i c ng ho c trên n n đàn

h i Trình t gi i bài toán b ng ph ng pháp ph n t h u h n nh sau:

* Thi t l p ph ng trình c b n c a bài toán (tr ng h p t ng quát tính

trong đó:

Kd: Ma tr n c ng c a d m;

Kn: Ma tr n c ng c a n n

Ph n t d m trong tr ng h p ch u u n và kéo (nén) nên Kd đ c thi t

l p riêng cho tr ng h p ph n t ch u kéo (nén) đ n và tr ng h p ph n t

l l

l l

l l

l l

l l

l l

l l

l l

l l

J E 4 J E 6 0 J

E 2 J E 6 0

J E 6 J E 12 0

J E 6 J E 12 0

0 0

F E 0

0 F E

J E 2 J

E 6 0 J E 4 J E 6 0

J E 6 J E 12 0

J E 6 J E 12 0

0 0

J E 0

0 F E

K

2 2

2 3

2 3

2 2

2 3

2 3

10 1 8 3

9 8 7 2

4 3 2 1

Kne v i các s đ c quy c v i giá tr :

2

2

Trong lu n v n dùng n n Wincler nên c2 = 0

Toàn b quá trình gi bài toàn k t c u b ng ph ng pháp ph n t h u

- Ae: là ma tr n to đ nút c a ph n t

Ghi chú: ng m i tên b ng nét đ m ch quá trình thi t l p h ph ng trình c b n c a bài toán, còn đ ng m i tên nét nh t bi u di n quá trình gi i bài toán đ xác đ nh tr ng ng su t, bi n d ng và tr ng chuy n v c a k t

c u S đ gi i bài toán theo thu t toán c a ph ng pháp ph n t h u h n

đ c th c hi n trên ph n m m SAP2000 ây là ph n m m r t hi u qu đ

gi i bài toán tính toán k t c u

2.3 Gi i thi u v ph n m m sap2000 s d ng trong lu n v n [4]

Trên c s thu t toán c a ph ng pháp ph n t h u h n, trong lu n v n đã s

d ng ph n m m SAP 2000 đ tính toán

SAP 2000 là ch ng trình tính toán k t c u theo ph ng pháp ph n t h u h n (PTHH) v i mô hình t ng thích ti n cho vi c trình bày và phân tích k t qu tính toán k t c u ng xi phông các ph n sau

2.3.1 H th ng đ n v (Unit Sytem) - SAP 2000

H th ng đ n v cho phép ng i s d ng ch n m t trong s h đ n v th ng

g p, danh sách các h đ n v n m c a s bên ph i phía d i c a màn hình Trong cùng m t bài toán cho phép ch n nhi u h đ n v m i b c tính toán khác nhau, song k t qu c a bài toán s có h đ n v t ng ng v i h đ n v đ c ch n ban

đ u và c ng có th đ i k t qu tính này sang h đ n v khác

e V

e

e pdV N qdS N

Fe

e e

∫

=

e e V

T

e DB dV B

2.3.2 H th ng to đ (Coordinate Systems)

H to đ chung (Global Coordinate Systems): H to đ chung (h to đ k t

c u hay h to đ t ng th ) th ng dùng là h to đ thu n vuông góc đ c ký hi u

là XYZ, chi u d ng đ c m c đ nh c a tr c Z h ng th ng đ ng t phía d i lên phía trên màn hình Chi u c a tr ng l ng b n thân có chi u m c đ nh ng c l i

v i chi u c a tr c Z trong h to đ chung

H to đ ph tr (Set Coordinate Systems): SAP2000 cho phép đ a thêm vào

m t ho c nhi u h to đ ph tr giúp cho quá trình mô hình hoá m t b ph n nào

đó c a k t c u đ c thu n l i h n H to đ ph tr c ng th ng dùng là h to đ thu n vuông góc đ c đ nh v trong h to đ chung, vì th nó có th dùng thay th

h to đ chung, nên c ng đ c ký hi u là XYZ Chi u m c đ nh c a tr c Z trong

h to đ ph tr c ng th ng đ ng và h ng t d i lên trên đ c quy c là

d ng C n l u ý đi u này trong bài toán có xét t i tác d ng c a tr ng l ng b n thân c a k t c u

t o h to đ ph tr ta dùng menu Options:

Options > Set Coordonate System > Add System

S xu t hi n h p tho i, ch n h to đ vuông góc (Cartesian), ta có h to đ

ph tr thu n vuông góc có tên (System Name) m c đ nh là: CSYS1, nh p các s

li u t bàn phím v s kho ng l i (Number of Grid Spaces) theo các ph ng X,Y,Z và đ l n các b c l i (Grid Spacing) theo các ph ng X,Y,Z, nh n nút Advanced s xu t hi n h p tho i đ khai báo v v trí h to đ m i, d ch chuy n (Translatians) theo X,Y,Z và góc xoay c a h to đ ph tr quanh các tr c Z,X’,Y’ tính b ng đ so v i h to đ chung (Global), OK,OK,OK

H to đ đ a ph ng (Local Coordinate System): M i thành ph n c a k t c u (nút, ph n t , liên k t hay ràng bu c, .) đ u đ c g n v i m t h to đ đ a

ph ng c a riêng nó H to đ đ a ph ng dùng đ đ nh ngh a các đ c tr ng hình

h c, xác đ nh t i tr ng tác d ng lên ph n t và xu t ra các k t qu n i l c Các h

to đ đ a ph ng c ng là h to đ vuông góc thu n có các tr c đ c ký hi u là 1,

2 và 3 Khi hi n th ch đ ch n màu m c đ nh, SAP2000 quy đ nh tr c 1 màu đ ,

tr c 2 màu tr ng, tr c 3 màu xanh da tr i

V i ph n t thanh, tr c 1 c a ph n t luôn luôn d c theo thanh và có chi u

d ng h ng t nút i (nút đ c ch đ nh tr c) đ n nút j, còn tr c 2 và 3 n m trong

m t ph ng quán tính chính c a m t c t ngang c a thanh và t o thành h to đ thu n Khi c n thay đ i góc c a to đ đ a ph ng cho ph n t , ta ch n m t ph n t hay m t nhóm ph n t c n thay đ i, r i t menu

Assign: Assign > Frame > Local Axes

Nh p góc xoay tính b ng đ (Angle in Degree), n u c n thay đ i tr c 1 t nút j

t i nút i c a ph n t thanh (Frame), ta nh n chu t vào [*] Reverse Start and End Connectivity

Khi c n đ i h ng các tr c, t menu Assign: Assign > Shell > Local Axes

Nh n chu t vào [*] Reverse direction of normal đ thay đ i chi u tr c 3, ho c

mu n thay đ i h ng tr c 2 ta nh p góc xoay quanh tr c 3 (Angle in Degrees) theo quy t c bàn tay ph i t 1 đ n 2 là d ng (+)

2.3.3 Ch n c a s màn hình (Windows)

Sau khi th c hi n m t ch c n ng nào đó, ch ng h n ch c n ng v h l i, màn hình s đ c chia m c đ nh thành hai c a s màn hình, c a s bên trái cho hình không gian (3D) và đang làm vi c, c a s bên ph i là cho hình ph ng (2D), s

l ng c a s l n nh t là 4 và có th tu ch n t 1 đ n 4 Mu n thay đ i s c a s màn hình thì t menu Options:

Options > Windows > One/Two/Three/Four

Mu n làm vi c v i c a s màn hình nào thì nháy chu t vào m t đi m b t k trong ô c a s đó và có th thay đ i hình th c th hi n t 3D sang 2D và ng c l i

nh menu View:

View > Set 3D View > Fast View >3D/xz/xy/yz > OK

2.3.4 T o h l i ph ng và không gian

thu n ti n cho vi c mô hình hoá m t k t c u không gian ho c k t c u

ph ng, tr c h t ta c n t o ra m t h l i và th c hi n mô hình hoá k t c u trên h

- Nh p đ dài m i b c l i (Grid Spacing) theo các ph ng X, Y, Z

Tu theo hình d ng k t c u c n mô hình hoá mà ch n m t m t ph ng l i đ

v Ch ng h n m t X - Y có Z = 0, t menu View:

View > Set 2D View → Set 2D View → Nháy chu t vào [*] X-Y plan v i Z=0, OK

Có th thay đ i kích th c c a m i b c l i b t k , t menu Draw:

Draw >Edit Grid > Modify Grid Lines → S a kho ng cách các b c l i,

OK

2.3.5 Ch c n ng v các ph n t thanhT menu Draw

Draw > Add Special Join t dùng đ v nút

> Add Frame Element dùng đ v ph n t thanh

> Quick Draw Frame Element dùng đ v nhanh ph n t thanh

2.3.6 Ch n đ i t ng đ th c hi n các l nh ti p theo (xoá, gán, sao chép, nhân

b n, di chuy n, )

T menu Select /Deselect (Ch n đ i t ng ho c xoá đ i t ng ch n):

Select/Deselect > Pointer/Windraw/Intersecting Line/Groups, All,

Dùng đ ch n đ i t ng ho c xoá đ i t ng đã ch n b ng nháy chu t tr c ti p vào đ i t ng ho c ch n b ng khung bao đ i t ng, ho c dùng đ ng c t ho c

ch n nhóm đ i t ng đã đ nh ngh a tr c ho c ch n t t c ,

2.3.7 Xoá m t s b ph n c a k t c u đã v ho c khôi ph c b ph n v a xoá

Ch n các đ i t ng mu n xoá theo các cách trình bày trên, t menu Edit: Edit >Delete/Undo/Redo

2.3.8 Nhân b n m t s b ph n c a k t c u

Ch c n ng này cho phép ta nhân b n theo ki u dãy t nh ti n (Linear), theo

ki u quay quanh m t tr c (Radial), theo ki u đ i x ng g ng (Miror)

nhân b n tr c h t ta ch n đ i t ng mu n nhân b n theo m t trong các

cách trình bày trên, r i t menu Edit > Replicate, ch n ki u nhân b n:

> Linear → Nh p các kho ng cách theo các ph ng X, Y, Z l y giá tr d ng khi nhân b n v phía chi u d ng c a tr c to đ đang làm vi c (hi n hành), theo

h ng ng c l i l y giá tr âm và nh p s l ng b n nhân, OK

> Radial → Ch n phép nhân b n ki u quay (Rotate About) quanh tr c X ho c

Y ho c Z, nh p gia s góc xoay l y giá tr d ng khi véc t quay có chi u cùng chi u v i tr c quay, theo h ng ng c l i l y giá tr âm và nh p s l ng nhân b n,

OK Khi tr c quay quanh h to đ hi n hành không phù h p v i m c đích phép nhân b n, c n ch n h to đ ph tr thích h p cho phép quay nhân b n này

> Mirror → Ch n phép nhân b n đ i x ng g ng qua m t XY ho c YZ ho c

XZ và nh p to đ v trí m t g ng, OK

2.3.9 Ch c n ng chia ph n t d m thành nhi u ph n t nh

Ch c n ng Divide dùng đ chia ph n t thanh thành nhi u ph n t nh

Ch n đ i t ng chia, t menu Edit:

Edit > Divide > Nh p thông s chia, có th chia đ u ho c không đ u,

OK

2.3.10 Ch c n ng di chuy n nút

Ch c n ng Move dùng đ di chuy n m t nút ho c nhi u nút

Ch n đ i t ng di chuy n, t menu Edit:

Edit > Move > Nh p gia s to đ chuy n, OK

2.3.11 K t c u m u

Trong SAP2000 đã l p s n m t s k t c u th ng g p nh d m liên t c, dàn

ph ng, dàn không gian, khung ph ng, khung không gian, t m ch nh t, h d m sàn,

v tr tròn, vòm tròn, Có th thêm b t, s a đ i, l p ghép các k t c u m u v i nhau

t o thành m t k t c u theo ý c a ng i s d ng M i m t k t c u m u đã m c đ nh

s n h to đ c c b c a riêng nó, nên khi l p ghép chúng v i nhau ch c n đ nh v trí c a h to đ này trong h to đ chung c a k t c u

V i k t c u m u đ u tiên, t menu File:

File > New Model from Template

Trong các Model Templates > Ch n k t c u m u thích h p và nh p các s li u

c u t ng th , OK

2.3.12 nh ngh a đ c tr ng hình h c và v t li u c a các ph n t

nh ngh a v t li u (đ t tên khác n u không mu n dùng tên m c đ nh) và nh p

đ c tr ng v t li u (Materials), t menu Define:

Define > Materials > t tên v t li u m i > Ch n lo i v t li u >Add Ne

Material > Modify/Show Material (s a đ i ho c xem các đ c tr ng c lý c a v t

li u)) > OK, OK

nh ngh a m t c t d m và v (đ t tên m t c t n u không mu n dùng tên m c

đ nh) và nh p đ c tr ng hình h c c a ph n t d m (Frame)/v (Shell), t menu

Define:

Define > Frame Sections/Shell Sections

> FSEC1/SSEC1 (có th thay đ i tên m c đ nh này) > Modify/Show Section (đ ki m tra ho c thay đ i kích th c), mu n ch n tên khác và lo i v t li u khác > AddI/Wide Flange, đ t tên m t c t, lo i v t li u và nh p kích th c m t c t

2.3.13 Gán các đ c tr ng hình h c và v t li u vào các ph n t c a k t c u

Ch n đ i t ng gán là các ph n t d m hay ph n t v , t menu Assign: Assign > Frame/Shell > Section > Tên m t c t gán cho các ph n t có th là tên m t đ nh FSEC1/SSEC1 ho c các tên đã đ nh ngh a trên t ng ng v i ph n

t đ c gán > Modify/Show Section (s a ho c xem l i m t c t), OK

2.3.14 G n liên k t

Liên k t có th là các g i t a c ng (Restraints) ho c g i t a lò xo (Springs),

các liên k t ph i đ c gán vào các nút S l ng liên k t ph i đ đ k t c u không

b bi n hình gán liên k t tr c h t ph i ch n các nút c n gán, t menu Assign: Assign > Joinsts > Restraints/Springs > Nhasy chu t vào các ph ng 1, 2, 3

mà liên k t không cho d ch chuy n th ng và vào các tr c 1, 2, 3 liên k t không cho chuy n v góc ho c có th nháy chu t vào các bi u t ng liên k t t ng ng, OK

2.3.15 nh ngh a tr ng h p t i tr ng

Các t i tr ng tác d ng lên k t c u trong SAP2000 có th là tr ng l ng b n thân c a k t c u, t i tr ng t p trung, t i tr ng phân b đ u, t i tr ng phân b d ng hình thang, tác đ ng c a nhi t đ , tác đ ng c a ng su t tr c, áp l c b m t

nh ngh a tr ng h p t i tr ng (đ t tên cho các t i tr ng), t menu Define: Define > Static Load Cases > Define Static Load Case Name (đ t tên cho các

t i tr ng) > Add New Load

Ngoài t i tr ng b n thân có tên m c đ nh LOAP1 có h s Self-weight Multiplier l y b ng 1, đ t tên cho các t i tr ng ti p theo và nh p h s Self-weight Multiplier b ng 0

Riêng đ i v i áp l c b m t tác d ng lên m t ph n t (Surface Pressure Load),

v i SAP2000 Version 11 c n có đ nh ngh a riêng nh sau, t menu Define:

Define > Joint Pattern > Define Pattern Names

→Ch n tên Pattern (NUOC ch ng h n) → Add New Pattern Name, có th thay đ i ho c xoá tên Pattern đã đ nh ngh a tr c b ng cách nháy chu t vào Change/Delete Joint Pattern, OK

2.3.16 Gán t i tr ng vào k t c u

T i tr ng b n thân (Self-weight Loads) – T i tr ng b n thân tác d ng lên t t c các ph n t và có chi u ng c v i chi u tr c Z c a h to đ t ng th (Global), có tên m c đ nh (LOAD1), ch ng trình t tính, không c n khai báo gì thêm

T i tr ng t p trung (Joint Loads) – N u đ i t ng gán là các nút, t menu

Assign:

Assign > Joint Static Loads > Forces > Ch n tên tr ng h p t i tr ng (Load Case Name) t ng ng đã đ nh ngh a trên:

→ Nh p các thành ph n t i tr ng t p trung theo các ph ng X, Y, Z ho c các thành ph n mômen t p trung có véc t mômen theo ph ng X, Y, Z và l y giá tr