Tính toán kết cấu cống ngầm có kể tới tải trọng động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Cống ngầm đã được sử dụng rất phổ biến và phát triển ngày càng hiện đại. Cống ngầm được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như thủy lợi, thủy điện, cơ sở hạ tầng đô thị và các công trình có chức năng đặc biệt.

Khác với những kết cấu trên mặt đất chỉ có móng chịu tác dụng tương hỗ với đất nền, cống ngầm làm việc trong điều kiện đất bao bọc xung quanh. Đất vừa là môi trường nền cống tựa lên, vừa là môi trường áp lực của tải trọng (xe cộ) từ trên mặt đất truyền xuống. Môi trường này biến dạng cùng với ống dẫn nên các áp lực từ đất đắp tác dụng vào cống phụ thuộc vào chiều sâu cột đất tác dụng, tính chất cơ lý của đất, độ cứng của cống, cách tựa cũng như cách đặt cống trên nền. Vì vậy cống ngầm chịu tác dụng của trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lực nước trong và ngoài cống, các tải trọng từ trên mặt đất truyền xuống, các tác dụng nhiệt và động đất…. Việc tính toán kết cấu cống ngầm để xác định hình dạng kết cấu công trình đảm bảo an toàn ổn định trong quá trình vận hành là cần thiết và có tính ứng dụng thực tế cao.

Gần đây sự xuất hiện của động đất xảy ra thường nhật hơn. Tuy nhiên những nghiên cứu về ảnh hưởng của động đất đến ứng suất và biến dạng của cống ngầm còn chưa nhiều. Việc áp dụng các quy trình tiêu chuẩn dựa trên nguyên tắc chống động đất còn chưa được xem xét đầy đủ.

Vì vậy việc “Tính toán kết cấu cống ngầm có kể tới tải trọng động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn” là cần thiết và bức xúc nhằm giải quyết các tồn tại hiện nay trong công tác nghiên cứu thiết kế cống ngầm ở khu vực có động đất.

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Trên thế giới hiện nay có nhiều quan niệm, tiêu chuẩn quy định tính toán về động đất tác động đến công trình khác nhau. Việc xem xét tính toán cho công trình nếu không phù hợp với thực tế làm việc của công trình sẽ là nguyên nhân gây biến dạng, nứt, phá huỷ công trình. Động đất tác dụng lên công trình là một vấn đề hết sức phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Sóng gia tốc động đất, địa chất nền, hình dạng công trình... Nó khó có thể xác định chính xác được về cường độ, và thời gian xảy ra động đất mà tất cả chỉ là dự báo. Vì vây động đất luôn là mối nguy hiểm đối với các công trình xây dựng. Hậu quả của động đất để lại là rất nặng nề về người và vật chất, để khắc phục hậu quả sau trận động đất phải trong thời gian rất dài. Vì vậy việc thiết kế các công trình nằm trong vùng động đất cần phải nghiên cứu, phân tích đúng đắn để đảm bảo an toàn cho công trình.

Khi nghiên cứu tính toán kết cấu một công trình thường chỉ tính toán cho từng cấu kiện nhỏ và tải trọng tác động lên công trình khi xét đến trường hợp có tải trọng động đất thì các tải trọng này chỉ được nhân với các hệ số an toàn “n” để tính toán. Để giải quyết vấn đề trên, trong phạm vi nghiên cứu của luận văn sẽ mô hình hoá cả công trình và các tải trọng tác động lên công trình được sát với thực tế điều kiện làm việc của công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm giải quyết các vấn đề sau:

- Về tải trọng tác động: gồm tất cả các lực tác động lên công trình đặc biệt lựa chọn tải trọng động đất để tính tải trọng động.

- Về mặt hình học: mô tả tổng thể công trình nên xem xét được tương tác giữa các cấu kiện.

- Về ứng suất biến dạng: phân tích ứng suất và biến dạng cho tất cả các cấu kiện và tổng thể công trình.

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Cống ngầm nói chung và cống qua đê nói riêng (cống ngầm có áp) dưới tác dụng của tải trọng động đất.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tổng quan các nghiên cứu về động đất nói chung, xem xét đánh giá các phương pháp hiện hành tính toán các tải trọng tác động lên công trình khi có tải trọng động đất.

- Sử dụng phương pháp lý thuyết và sử dụng phần mềm tính toán để tiến hành giải các phương trình động học bằng phương pháp số. Trong luận văn này dùng phương pháp PTHH, sử dụng phần mềm Sap 2000 Version 12.0.0 mô hình hoá không gian cả kết cấu công trình để giải.

- Áp dụng tính toán vào thực tiễn, đề xuất một số giải pháp chống động đất cho công trình.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2003), Quy trình thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép công trình thủy công 14TCN 54-87, Hà Nội.

[2] Bộ xây dựng (1995), Tải trọng tác động lên công trình thủy lợi TCVN 2737-1995, NXB XD, Hà Nội

[3] GS.TS. Võ Như Cầu, Tính kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Xây dựng, Hà Nội.

[4] PGS.TS. Trịnh Văn Cương, Giáo trình địa kỹ thuật - Bài giảng cao học khoa công trình.

[5] Phạm Hồng Giang - Nguyễn Khải - Phạm Ngọc Khánh - Nguyễn Văn Lệ (1993) Đàn hồi ứng dụng, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.

[6] GS.TS. Phạm Ngọc Khánh, Lý thuyết đàn hồi, Nhà xuất bản Nông nghiệp.

[7] Phạm Ngọc Khánh (2006), Phương pháp phần tử hữu hạn, Hà Nội.

[8] Phạm Gia Lộc (1985), Cơ sở của động đất và tính toán công trình chịu tải trọng động đất, NXB Xây Dựng, Hà Nội.

[9] Nguyễn Công Mẫn (2003), Khái quát về động đất, Hà Nội.

[10] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (2002), Công trình thủy lợi các quy định chủ yếu về thiết kế TCXDVN 285:2002, Hà Nội.

[11] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (2006), Thiết kế công trình chịu động đất TCXDVN 375:2006, NXB Xây dựng, Hà Nội.

[12] PGS.TS. Hoàng Đình Trí, Giáo trình cơ học kết cấu, NXB Nông nghiệp.

[13] Viện vật lý Địa Cầu (2000), Bản đồ phân vùng động đất ở Việt Nam.

[14] Nguyễn Xuân Bảo - Nguyễn Văn Lệ - Phạm Hồng Giang - Vũ Thành Hải (1993) Phương pháp PTHH và ứng dụng để tính toán công trình thuỷ lợi, NXB Nông nghiệp. Hà Nội.

[15] Giáo trình thuỷ công tập 2 (2002), Bộ môn thuỷ công, Trường Đại học Thuỷ lợi, NXB Nông thôn.

[16] Nền các công trình thuỷ công. tiêu chuẩn thiết kế TCVN 4253-86.

[17] Giáo trình hướng dẫn sử dụng phần mềm SAP 2000.

Tiếng Anh

[18] ER-1110-2-1806 (1999), Earthquake design and evaluation for civil work projects.

[19] EM 1110-2-6050 (1999) Response Spectra and Seismic Analysis for Concrete Hydraulic Structures

[20] EM 1110-2-2400 (2003) Structural Design and Evaluation of Outlet Works

Tiếng Nga

[21] CHu II-7-81 (1981), Tiêu chuẩn thiết kế công trình trong vùng động đất, NXB Maxcơva.

LINK DOWNLOAD