CHƯƠNG 7. THIẾT KẾ CỬA VAN CUNG
7.5. Tính toản cửa van cung bằng phần mềm SAP2000
7.5.6. Phân tích nội lực và chuyển vị cửa van cung
- Chọn đơn vị KN - m;
- Định nghĩa vật liệu thép CT38;
- Định nghĩa tiết diện dầm phụ dọc;
- Định nghĩa tiết diện thanh giằng,càng van;
- Định nghĩa tiết diện dầm chính, tiết diện không lăng trụ dầm đứng ( mô hình hóa bằng phần tử Frames );
- Định nghĩa phần tử shell bản mặt;
- Xác định vị trí dầm phụ dọc và dầm chính, mô hình hóa chúng: hình 7-21;
- Mô hình hóa bản mặt,dầm đứng trong nhịp: hình 7-22;
- Mô hình hóa dầm phụ, dầm chính: hình 7-23;
- Mô hình hóa càng van, thanh giằng: hình 7-24;
- Gán liên kết gối bản lề;
- Định nghĩa tải trọng; Joint Pattens;
- Gán áp lực nước vào bản mặt với C = -10, D = 100;
Hình 7-21. Mô hình kết cấu cửa van cung
Hình 7-22. Mô hình bản mặt (Shell) và dầm đứng (Frames)
Hình 7-23. Mô hình dầm phụ và dầm chính cửa van
Hình 7-24. Mô hình càng van
Hình 7-25. Phổ màu áp lực nước tác dụng lên bản mặt 7.5.6.2 Khai thác kết quả tính toán
Gán liên kết tại đáy các dầm đứng của cửa van vào đập tràn: khớp di động.
Tổ hợp tải trọng:
TH1=DEAD + ALN
TH2=1,1DEAD + 1,2ALN Chạy chương trình.
Kiểm tra độ tin cậy của mô hình:
a) Áp lực nước
Tổng áp lực nước tác dụng lên của van cung xác định bằng phần mềm Sap2000 theo mô hình tính toán đã xây dựng ở trên, bằng tổng phản lực liên kết tại các gối tựa do ALN sinh ra: Chọn các nút tại liên kết dầm đứng và mặt tràn và 2 nút ở hai gối bản lề > Display > Show Table > chọn:
Chọn Select load case > ALN.
Bảng 7-5. Phản lực gối tựa TABLE: Joint Reactions
Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1
Text Text Text KN KN KN KN-m
21 ALN LinStatic 0 0 -82.684 0
119 ALN LinStatic 0 0 99.935 0
121 ALN LinStatic 0 0 -23.755 0
123 ALN LinStatic 0 0 99.935 0
125 ALN LinStatic 0 0 -82.684 0
126 ALN LinStatic -
2004.451 303.264 -426.32 - 0.1897
136 ALN LinStatic -
2004.451 -
303.264 -426.32 0.1897
Px= -
4008.902 Pz= -
841.893
Thành phần nằm ngang:
Thành phần thẳng đ Tổng áp lực nước:
P= 4008, 902 841,893 Suy ra mô hình đủ
b) Chuyển vị cửa van Hiển thị chuyển v TH1>OK
Hình Từ hình 7-26, chuy lớn nhất là U1=0,0067 (m
Phổ màu ứng suất b Ứng suất S11Top có giá tr giá trị lớn nhất 23780,90
m ngang: Pn=∑F1= 4008,902(KN).
ng đứng: Pđ =∑F3= 841,893 (KN).
:
2 2
4008, 902 841,893 = 4096,34 (KN) ≈ Ptt= 4089,77 ủ tin cậy.
a van
n vị của cửa van: Display >Show Deformed > Combo name:
Hình 7-26. Biểu đồ chuyển vị
, chuyển vị ngang của cửa van theo phương dòng ch m) tại điểm chính giữa đỉnh van.
t bản mặt: hình 7-27.
t S11Top có giá trị lớn nhất 19052,01 (KN/m2), ứng su 0 (KN/m2).
= 4089,77 (KN)
a van: Display >Show Deformed > Combo name:
òng chảy, giá trị
ng suất S22Top có
S11Top Hình 7-27. Ph c) Dầm phụ
Biểu đồ nội lực dầ
Hình 7-28
S22Top
. Phổ màu ứng suất S11, S22 bản mặt cửa van
ầm phụ ngang: hình 7-28; 7-29.
8. Biểu đồ momen M33 của dầm phụ ngang a van
ngang
Hình 7-29. Biểu đồ lực cắt V2 của dầm phụ ngang Dầm phụ số 9 có biểu đồ nội lực lớn nhất: Hình 7-30
Hình 7-30.Biểu đồ momen uốn và lực cắt của dầm phụ ngang số9
Giá trị momen lớn nhất của dầm phụ là 21,62 (KN.m), tại vị trí giữa dầm Md=19,16 (KN.m).Giá trị tính toán bằng phương pháp trạng thái giới hạn ở phần trên là cho Mmax =38,66 (KN.m).
Phân tích kết quả:giá trị tính toán bằng Sap2000 cho giá trị nội lực tổng thể nhỏ hơn còn giá trị nội lực tại những vị trí liên kết giữa dầm ngang và dầm đứng thì lớn hơn giá trị tính toán bằng phương pháp trạng thái giới hạn.
Nguyên nhân: do khi tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn, ta coi dầm phụ tựa trên 2 gối là 2 dầm đứng, và là các dầm đơn, độc lập nhau nên cho giá trị nội lực trong dầm là lớn, đây là cách tính thiên về an toàn. Trong khi đấy, phần mềm Sap2000 lại tính đến sự tương tác giữa dầm phụ, dầm đứng và bản mặt nên sẽ cho nội lực tổng thể nhỏ hơn, còn nội lực cục bộ tại các liên kết lớn hơn.
Kết luận: Kết quả tính toán đưa ra kích thước dầm là chấp nhận được.
d) Dầm đứng
Biểu đồ nội lực dầm đứng: Hình 7-31;7-32.
Hình 7-31. Biểu đồ momen uốn của dầm đứng
Hình 7-32. Biểu đồ lực cắt và lực dọc của dầm đứng Dầm đứng số 2 và 4 có nội lực lớn nhất :
Hình 7-33. Biểu đồ momen uốn, lực cắt, lực dọc
của dầm đứng có nội lực lớn nhất
Giá trị momen uốn, lực cắt, lực dọc lớn nhất tại vị trí dầm chính:
M3=275,49 (KN.m), V2=314,16 (KN), P=-250,93 (KN).
Phân tích kết quả: Giá trị tính toán bằng phương pháp trạng thái giới hạn ở phần trên cho ta kết quả Mmax =408,44 (KN.m), Qmax =327,32 (KN), giá trị này lớn hơn giá trị tính toán bằng phần mềm Sap2000 đưa ra. Nguyên nhân sự khác nhau đó do ta đã đơn giản hóa sơ đồ tính toán, cho dầm đứng làm việc độc lập , còn trong sơ đồ tính toán bằng phần mềm Sap2000 dầm đứng cùng với các bộ phận khác của cửa van là 1 kết cấu thống nhất, nên giá trị nội lực sẽ nhỏ hơn.
e) Khung chính
Nội lực khung chính trên và khung chính dưới có nội lực tương đương nhau . Biểu đồ nội lực dầm chính dưới:
Hình 7-34. Biểu đồ momen dầm chính dưới
Hình 7-35. Biểu đồ lực cắt dầm chính
Giá trị nội lực lớn nhất trong dầm chính dưới: Momen uốn M3=311,68 (KN.m), lực cắt V2=276,79(KN) tại vị trí chân càng.
Chuyển vị và nội lực khung chính: chuyển vị lớn nhất tại giữa dầm chính dưới U1=0,0029 (m) cho ở hình 7-36. Chân khung chính dưới chịu lực dọc đồng
thời chịu mômen uốn, giá trị lớn nhất là: P = -1093,275 (KN),M3=30,75 (KN.m) tại vị trí giáp dầm chính.
Hình 7-36. Biểu đồ chuyển vị và momen uốn khung chính dưới
Hình 7-37. Biểu đồ lực cắt và lực dọc khung chính dưới
Phân tích kết quả: Giá trị nội lực lớn nhất của dầm chính trong phần tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn là: MBC = 508,69 (KN.m),Q= 522,64(KN), tại mặt cắt đầu càng momen uốn MCV=13,95 (KN.m), lực dọc N=1045,28 (KN).
Từ 2 kết quả phân tích nội lực này, thấy phần mềm Sap2000 đưa ra nội lực trên dầm chính nhỏ hơn giá trị tính toán bằng phương pháp trạng thái giới hạn, do khi tính toán ta đã giả thiết dầm chính như dầm đơn, chỉ chịu tải trọng phân bố đều.
Tuy nhiên,phần mềm Sap2000 lại phân tích ra nội lực tại chân càng lớn hơn,
momen uốn tại mặt cắt chân càng M3=30,75 (KN.m)>MCV=13,95 (KN.m). Điều này thể hiện phần mềm Sap2000 đã kể đến sự tương tác giữa dầm chính và chân khung mà khi tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn đã bỏ qua.
Kết luận:Kết quả phân tích nội lực bằng phần mềm Sap2000 đưa ra được nội lực tổng thể nhỏ hơn, còn tại 1 số điểm liên kết giữa các phần tử,các bộ phận cửa van mà khi tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn ta đã bỏ qua để đơn giản cho tính toán, tuy nhiên kết quả chênh lệch không nhiều.Kết quả tính toán bằng phương pháp trạng thái giới hạn để đưa ra kích thước cửa van như đã tính toán là chấp nhận được.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình thuỷ công, tập I + II, NXB Xây dựng - 2005.
2. Đồ án môn học thuỷ công Trường Đại Học Thuỷ Lợi - 2004.
3. Giáo trình thuỷ lực, tập I + II, NXB Nông Nghiệp-2006.
4. Bài tập thuỷ lực, tập I + II.
5. Các bảng tính thủy lực, NXB Xây dựng - 2005.
6. Giáo trình thuỷ văn công trình NXB Nông nghiệp - 1993.
7. Công trình tháo lũ trong đầu mối công trình thủy lợi, NXB Xây dựng - 2005.
8. Sổ tay tính toán thủy lực, NXB Nông Nghiệp.
9. Công trình thuỷ lợi, các quy định chủ yếu về thiết kế,QCVN 04-05:
2012/BNNPTNT.
10. Quy phạm tính toán Thủy lực đập tràn TCVN 9147 - 2012.
11. Kết Cấu Thép - Vũ Thành Hải, Trương Quốc Bình, Vũ Hoàng Hưng.
12. TCVN 9137 – 2012: Công trình thủy lợi - Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép.
13. TCVN 8299 - 2009: Công trình thủy lợi –Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế cửa van- khe van bằng thép
14. SAP 2000v14.2.2: Phân tích kết cấu công trình thủy lợi thủy điện - TS.
Vũ Hoàng Hưng.