Đề tài Phân tích bể nước có liên kết bản nắp đậy không liên kết ngàm quanh chu vi

Phân tích bể nước có liên kết bản nắp ñậy không liên kết ngàm quanh chu vi Thomngo – Cauduong.NET Giả sử bể nước là một kết cấu vỏ mỏng dạng cái hộp có kích thước, 4m dài x3m rộng x 3m cao, Tải trọng phân bố ñều trên nắp, nắp không có các ñiểm dị thường về hình học - Vật liệu: bê tông cốt thép lấy các thông số mặc ñịnh trong SAP2000 (ñể ñơn giản) - Kích thước chiều dày: Thành 0.15m, bản ñáy: 0.2m, nắp: 0.1m Tải trọng: - Tải phân bố ñều trên bản nắp: q = 0.5Ton/m2 ðiều kiện biên: - Liên kết khớp quang chu vi bản ñáy - Bản ñáy chống chuyển vị và xoay trong mặt phẳng làm việc (Ux, Uy = fixed, Rz=0 Mục ñích mô tả sự làm việc của bể ứng với tải trọng ñứng phân bố ñều trên nắp. Liên kết giữa nắp và thành không ngàm, nắp chỉ gác lên thành bể. Bước 1: Xây dựng mô hình hình học. Bước này ñơn giản, xây dựng theo sơ ñồ kết cấu có ñầy ñủ 6 mặt , dùng tiết diện loại vỏ dày hoặc mỏng. Nên loại tiết diện tấm dày sẽ cho kết quả tốt hơn vì có xét ñến biến dạng do ảnh hưởng của lực cắt (theo lý thuyết tấm – Mindin-Raisen). Bước 2: Tách rời các nút chung thành 2 nút riêng biệt Chọn tất cả các nút quanh chu vi bản nắp: Chọn từ menu Edit > Disconect Kết quả sẽ cho tất cả các ñiểm nút quanh chu vi sẽ có 2 ñến 4 nút riêng biệt, số nút chung bằng với số phần tử giao nhau tại nút ñó. (xem hình 2) Bước 3: Gán ñiều kiện biên Gán cho các nút quanh chu vi bản ñáy (Ux, Uy, Uz, Rz = Fixed), và các nút bên trong (Ux, Uy, Rz = Fixed) Rz Sơ ñồ làm việc Sơ ñồ tính trong SAP Vị trí có 2 nút chung Bước 4: Gán tải trọng (ñơn giản chỉ xét 1 trường hợp tải, có xét ñến trọng lượng bản thân) Gán tải phân bố qz = 0.5 Ton/m2 lên bản nắp (hướng gravity, hay global -Z) Bước 5a: Thực hiện giải: ðến ñây, rõ ràng là bản nắp chưa có bất kể ràng buộc nào với thần thành bên dưới, nếu thực hiện giản thì hệ kết cấu sẽ mất cân bằng, kết quả sẽ không ñúng với sự làm việc của kết cấu. ðôi khi hệ phương trình tuyến tính bị suy biến (vô nghiệm). Thực hiện giải: F5: Kết quả như hình 4, rõ ràng là không ñúng với yêu cầu. Hình 2: Các nút quanh chu vi sau khi disconnect H3. Mô hình kết cấu sau khi ñã gán tải trọng Hình 4: Kết quả chuyển vị không gán constraint Bước 5b: - ðể thuận tiện cho thao tác gán constraint giữa các nút và dễ minh họa, ta di chuyển bản nắp lên ñộ cao Z=3.5m (cộng thêm 0.5m), Hình 5. - Vì các nút của các tấm trên miệng thành ñã tách rời nhau hoàn toàn do vậy ta phải connect chúng lại với nhau. + chọn tất cả các phần tử thành bể: Edit > Connect. + làm tương tụ cho bản nắp nếu thấy các nút quanh biên có 2 nút ở cùng 1 vị trí - Di chuyển bản nắp trở về vị trí +3.0 (ñộ ban ñầu), như vậy tại vị trí một ñiểm chung sẽ có 2 nút tách rời. - Chọn tất cả các cặp nút chung trên biên: + Assign > Joint > Constraints > Constraint Type chọn equal ñánh ñấu vào ô Trans. Z Hình 6. Gán constraint cho Uz Bước 6. Thực hiện giải và phân tích kết quả Sau khi gán constraint chuyển vị Uz cho các nút, và thực hiện giải, kết quả chuyển vị như hình H.7. Biểu ñồ mô ment hình H.9. Hình 7. Chuyển vị của bể Hình 8. Lực màng F22 trong thành bể Hình 9. Biểu ñồ mô ment M11 à M22 Phân tích kết quả. - Với sự ràng buộc chuyển vị Uz, thành phần phản lực nút Rz của tấm ñã “truyền lực” tác dụng xuống phần thành, làm xuất hiện ứng suất, biến dạng…. trong bản thành. Hệ bể nuớc + tấm nắp làm việc ñồng thời. - Trong trường hợp tấm nắp có ñộ cứng không lớn, do chỉ tựa trên mặt bể cho nên biến dạng của nắp sẽ lớn, tương ứng nội lực trong nắp cũng lớn. Sự làm việc của bản nắp sẽ mang tính cục bộ cao hơn, khi tải trọng tăng thì phần nắp sẽ bị phá hoại cục bộ trước. - Tại miệng thành bể sẽ “không xuất hiện” các thành phần mô ment uốn (xem hình H.8), ñây là ñiểm hoàn toàn khác biệt với sơ ñồ nắp và thành gắn chặt với nhau. Nó phản ánh gần ñúng hơn sự làm việc của kết cấu thật. (trong lời giải số ta vẫn thấy có mặt của mô ment uốn nhưng nó khá nhỏ) - So với sơ ñồ nếu tăng ñộ cứng của tấm nắp nhiều lần so với thành , và cho nó gàm chặt với thành, ñiều này dẫn ñến nắp sẽ không bị phá hỏng khi tải trọng lớn. Nếu giảm ñộ cứng ñể rất nhỏ thì tấm bị phá hỏng trước. ðiều này không gần với thực tế làm việc của kết cấu, cả 02 trường hợp này ñều không dùng ñược nội lực trong bản nắp. (Quanh miệng bể vẫn có biến dạng góc xoay -> xuất hiện các thành phần mô ment) Mô ment M22- Không liên tục giữa bản thành và ñáy - Chú ý: Trong trường hợp ñang xét, Mô ment M11 uốn song song với trục X (xoay quanh trục Y), Mô ment M2 uốn song song với trục Y (xoay quanh trục X). Trên biều ñồ ñường ñồng mức ta thấy có vùng giá trị lớn theo phương cạnh ngắn của bản nắp. Bàn thêm kỹ thuật gán constraint trong SAP. Trong ví dụ vừa rồi, tất cả các nút trên miệng thành ñều ñược gán Constraints EQUAL1, ñiều này có thể dẫn tới tất cả các nút trên sẽ có cùng chuyển vị Uz, trong trường hợp tải phân bố ñều như trên thì tậm có thể chấp nhận ñược. Trong trường hợp tải phân bố không ñều hay nắp bể không ñối xứng hình học (có khoét lỗ chẳng hạn), thì cách gan như trên có thể ảnh huởng ñến ñộ chính xác của kết quả. Trong trường hợp này nên chọn từng cặp nút và gán constraint theo ñiều kiện ràng buộc chuyển vị thích hợp. Trong SAP Constraint còn ñuợc dùng ñể nối 2 phần của kết cấu với nhau (có thể không cùng “dính” nhau về hình học. Ngoài ra nó còn dùng ñể mô hình hóa các trường hợp sàn cứng trong mặt phẳng, nút chính phụ…. Rất mong nhận ñược sự góp ý của các bạn, thomngothomngo@gmail.com