ra kết luận rằng qua thí nghiệm hầm gió cho thấy cầu có vận tốc gió tới hạn lớn hơn vận tốc gió<br />
thiết kế. Các kết quả tính trong bảng 1 đưa ra các đánh giá gần đúng về vận tốc gió tới hạn của<br />
các cây cầu trên.<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1]. C. Dyrbye, S.O. Hansen (1999) Wind loads on structures. John Willey & Sons.<br />
[2]. A. G. Frandsen (1966) Wind stability of suspension bridges - Application of the theory of thin<br />
airfoils. International Symposium on Suspension Bridges, Lisbon, Proceddings, pp. 609-627.<br />
[3]. Niels J. Gimsing (1983) Cable Supported Bridges: Concept and Design. John Wiley & Sons.<br />
[4]. M. Herzog (1999) Elementare Berechnung von Seibrücken. Werner Verlag, Düsseldorf.<br />
[5]. A. Selberg (1961) Oscillation and Aerodynamic Stability of suspension bridges. Technical<br />
Report 13, Acta Polytechnica Scandinarica, Civil Engineering and Building Construction Series.<br />
[6]. Emil Simiu, Robert H. Scanlan (1996) Wind effects on structures (3rd editon). John Wiley &<br />
Sons.<br />
[7]. M. Virlogenx (1992) Wind design and analysis of the Normandie bridge. Aerodynamics of large<br />
bridges. Proceedings of the first international symposium on aerodynamics of large bridges,<br />
Copenhagen, p. 183-216.<br />
[8].Tập hợp các thuyết minh kháng gió của cầu Trần Thị Lý, cầu Nhật Tân, cầu Cao Lãnh, cầu<br />
Vàm Cống, Rạch Miễu.<br />
<br />
Ngày nhận bài: 20/3/2017<br />
Ngày phản biện: 12/5/2017<br />
Ngày duyệt đăng: 20/5/2017<br />
<br />
PHÂN TÍCH MÔ HÌNH SỐ ĐỂ XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CỦA THÙNG BÊ TÔNG<br />
THÀNH MỎNG CỐT THANH FRP<br />
NUMERICAL ANALYSIS FOR DETERMINATION OF BEHAVIOR OF THIN<br />
CONCRETE BLOCK REINFORCED BY FRP<br />
TRẦN LONG GIANG<br />
Viện Nghiên cứu Phát triển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam<br />
<br />
Tóm tắt<br />
Trong bài báo này, tác giả phân tích các cơ chế phá hủy của thùng bê tông thành mỏng<br />
phần mềm SAP2000. Tác giả cũng so sánh kết quả mô hình tính toán bằng phần mềm<br />
SAP2000 với kết quả thí nghiệm dùng để kiểm chứng kết quả tính toán trong bài báo.<br />
Từ khóa: Thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP, bản thành, bản đáy, mô hình số.<br />
Abstract<br />
In this paper, the author has studied effects of anchored method on internal force<br />
distribution of element of construction by SAP2000. The author also makes the comparison<br />
between the results of SAP2000 with results of the physical model to validate conclusion of<br />
this paper.<br />
Keywords: Thin concrete block reinforced by FRP, vertical shell, bottom shell, numerical model.<br />
1. Đặt vấn đề<br />
Hiện nay ở Việt Nam ý tưởng sử dụng vật liệu FRP thay cho cốt thép trong thi công các<br />
thùng bê tông cốt thép truyền thống để xây dựng kè bờ, đê chắn sóng và cầu phao và công trình<br />
bến đã được áp dụng tại một số công trình có quy mô nhỏ, đồng thời ứng dụng này cũng đang thu<br />
hút được sự quan tâm rất lớn của các nhà nghiên cứu và các đơn vị thi công xây dựng công trình.<br />
Các nguyên tắc chung tính toán kết cấu bê tông sử dụng thanh FRP thay thế cho cốt thép<br />
đã được xây dựng và công bố năm 2015, [1], [2], tuy vậy việc phân tích kỹ ứng xử của các bộ<br />
phận bản thành, bản đáy khi chịu tải trọng tác động chưa được nghiên cứu hoàn chỉnh, đa phần<br />
các nghiên cứu mới dừng lại ở mức nêu hiện tượng nhưng việc phân tích nguyên nhân của hiện<br />
tượng chưa được đề cập đến.<br />
Việc mô phỏng số là một cơ sở quan trọng để tìm hiểu rõ cơ chế làm việc của kết cấu từ đó<br />
giải thích được ứng xử của kết cấu một cách chính xác. Chính vì vậy, trong bài báo này tác giả sử<br />
<br />
<br />
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 70<br />
dụng phần mềm SAP2000 để lập mô hình số đi sâu phân tích ứng xử của bản thành, bản đáy của<br />
kết cấu thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP dưới tác dụng của lực gây phá hoại.<br />
2. Xây dựng mô hình tính toán của thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP bằng phần<br />
mềm SAP2000<br />
Nguyên tắc mô hình hóa thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP trong SAP2000 cũng<br />
tương tự như mô hình thùng bê tông cốt thép truyền thống, tức là yêu cầu đầu vào phải có tải<br />
trọng, các thông số hình học của kết cấu, các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu làm kết cấu công trình. Sau<br />
đó ta phải khai báo các điều kiện ràng buộc của kết cấu, sau khi mô hình hóa kết cấu, ta chọn các<br />
tổ hợp tải trọng và tiến hành tính toán để xác định nội lực và chuyển vị,…[3].<br />
2.1. Số liệu đầu vào<br />
Để phân tích ứng xử của thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP, trong bài báo này, tác<br />
giả lựa chọn mô hình kết cấu thùng bê tông thành mỏng có kích thước LxBxH=6mx2,4mx1,4m đã<br />
được sản xuất và bán trên thị trường của Công ty Cổ phần Xây dựng và tư vấn đầu tư Hoàng Lê<br />
được trình bày trong hình 1.<br />
Kết cấu thùng được mô hình dưới dạng khối không gian bao gồm phần tử thanh (dầm dọc<br />
và dầm ngang), phần tử tấm (bản thành và bản đáy).<br />
Mô hình hóa các thông số của vật liệu như sau:<br />
- Bê tông: khối lượng riêng = 2,45T/m3; E = 36.106N/m3; Hệ số poát xông µ = 0,20.<br />
- Thanh FRP có đường kính D10mm, có Mô đun đàn hồi khi kéo, E = 75000 MPa, Hệ số<br />
poát xông µ = 0,30. Chi tiết chỉ tiêu cơ lý xem trong [1] và [5].<br />
Mô hình hóa các mặt cắt hình học tiết diện dầm như sau:<br />
- Dầm dọc trên DD1: 275x275x6000mm: chiều cao h = 275mm, chiều rộng b = 275mm,<br />
chiều dài dầm l = 6000mm.<br />
- Dầm ngang trên DN1: 275x275x2400mm: chiều cao h = 275mm, chiều rộng b = 275mm,<br />
chiều dài dầm l = 2400mm.<br />
- Dầm dọc dưới DD2: 275x275x6000mm: chiều cao h = 275mm, chiều rộng b = 275mm,<br />
chiều dài dầm l = 6000mm.<br />
- Dầm ngang dưới DN2: 275x275x2400mm: chiều cao h = 275mm, chiều rộng b = 275mm,<br />
chiều dài dầm l = 2400mm.<br />
-Sườn gia cường bản thành S1 có mặt cắt ngang trên: 80x50mm, mặt cắt ngang dưới<br />
230x50mm.<br />
- Phía dưới thùng được gia cố bằng các dầm dọc DD3 và dầm ngang DN3 chia lưới ô cờ<br />
với khoảng cách 500mm, có kích thước mặt cắt ngang 50x230mm.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 1. Kết thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP thực và mô hình trong SAP2000<br />
Số liệu tải trọng đầu vào để phân tích kết cấu thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP<br />
được lựa chọn trên cở sở các giá trị tải trọng được dùng để thí nghiệm mẫu đến phá hủy trình bày<br />
cụ thể như trong bảng 1, vị trí các điểm đặt lực giống như trong thí nghiệm mẫu phá hủy được<br />
trình bày trong các hình 2, 3 và 4.<br />
<br />
<br />
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 71<br />
Bảng 1. Số liệu tải trọng dùng trong tính toán bằng SAP2000<br />
STT Tải trọng kích Đơn vị Giá trị<br />
1 TH1. Tải trọng tác dụng lên bản thành từ trong ra T 3,5<br />
2 TH2. Tải trọng tác dụng lên bản thành từ ngoài vào T 8,0<br />
3 TH3. Tải trọng tác dụng lên bản đáy T 30<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 2. Mẫu thí nghiệm bản thành tải trọng từ Hình 3. Mẫu thí nghiệm bản thành tải trọng từ<br />
trong ra ngoài vào<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 4. Mẫu thí nghiệm bản đáy<br />
2.2. Tính toán chuyển vị kết cấu thùng bê tông thành mỏng thanh FRP bằng SAP2000<br />
2.2.1. Trường hợp 1 (TH1). Tải trọng tác dụng lên bản thành từ ngoài vào<br />
Kết quả tính toán chuyển vị tại vị trí sườn số 4 (S4) và số 10 (S10) nơi đặt tải trọng tập trung<br />
của thùng bê tông thành mỏng cốt thanh FRP (TH1: tải trọng tác dụng từ ngoài vào trong như hình<br />
2) được trình bày như sau:<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S4. um =17,396, mm;<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S10. um =17,396 mm;<br />
- Mmax =130T.m (Chi tiết phân bố mô men trên hình 5).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 72<br />
Hình 5. Phân bố mô men trường hợp tải trọng lên bản thành từ ngoài vào<br />
2.2.2. Trường hợp 2 (TH2). Tải trọng tác dụng lên bản thành từ trong ra<br />
Kết quả tính toán nội lực tại vị trí sườn S4 và S10 trong TH2 được trình bày như sau:<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S4. um =7,56mm;<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S10. um = 7,56mm;<br />
- Mmax =34,45T.m (Chi tiết phân bố mô men trên hình 6).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 6. Phân bố mô men trường hợp tải trọng lên bản thành từ trong ra<br />
<br />
2.2.3.Trường hợp 3 (TH3). Tải trọng tác dụng lên bản đáy<br />
Kết quả tính toán nội lực tại vị trí sườn S4 và S10 của thùng bê tông thành mỏng cốt thanh<br />
FRP (hình 4) được trình bày như sau:<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S4. um =4,52mm;<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S10. um = 4,52mm;<br />
- Mmax=100T.m (Chi tiết phân bố mô men trên hình 7).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 7. Phân bố mô men trường hợp tải trọng lên bản đáy<br />
<br />
<br />
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 73<br />
3. So sánh kiểm chứng kết quả mô hình số trong SAP2000 với kết quả thí nghiệm<br />
Việc tiến hành thí nghiệm thùng bê tông thành mỏng đã được thực hiện bởi Viện khoa học<br />
công nghệ xây dựng - Bộ xây dựng - Số 81, Trần Cung, P. Nghĩa Tân, Q. Cầu Giấy, Hà Nội theo<br />
hợp đồng ký kết giữa Viện khoa học công nghệ xây dựng và Công ty cổ phẩn tư vấn xây dựng<br />
Hoàng Lê. Công tác thí nghiệm được thực hiện trực tiếp ngoài hiện trường tại bãi sản xuất thùng<br />
bê tông thành mỏng cốt thanh polyme của Công ty cổ phẩn tư vấn xây dựng Hoàng Lê - Địa chỉ:<br />
138 Lê Lai - Ngô Quyền - Hải Phòng. Sơ đồ bố trí đồng hồ đo chuyển vị trong thí nghiệm mẫu phá<br />
hủy được thể hiện trên hình 8. Kết quả đo chuyển vị trong thí nghiệm mẫu đến phá hủy ngoài hiện<br />
trường được tổng hợp như sau:<br />
Trường hợp 1. Tải trọng tác dụng lên bản thành từ ngoài vào:<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S4. ut =18,3 mm; (Tại vị trí đặt lực);<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S10. ut =18,57mm; (Tại vị trí đặt lực).<br />
Trường hợp 2. Tải trọng tác dụng lên thành từ trong ra:<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S4. ut =9,2mm;<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S10. ut = 9,37mm.<br />
Trường hợp 3. Tải trọng tác dụng lên bản đáy<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S4. ut =4,2mm;<br />
- Chuyển vị lớn nhất trong S10. ut =4,8mm.<br />
<br />
4 3<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1 2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 8. Sơ đồ bố tri đồng hồ đo chuyển vị<br />
<br />
Để kiểm chứng kết quả của mô hình số trong SAP2000, tác giả so sánh kết quả của ứng<br />
suất và chuyển vị của sườn đứng gia cường của mô hình số trong SAP2000 và kết quả đo trong<br />
thí nghiệm tại vị trí sườn S4 và S10 (vị trí tải trọng tác dụng).<br />
Bảng 2. So sánh kết quả ứng suất và chuyển vị ứng với 03 trường hợp tải trọng<br />
<br />
Trường hợp TH1(S4) TH2 (S4) TH3 (S4) TH1(S10) TH2 (S10) TH3 (S10)<br />
<br />
Sai số chuyển vị 5,0% 18,0% 8,0% 6,3% 19,3% 5,8%<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 74<br />