Nghiên cứu sự thay đổi nội lực của hồ nước mái khi sử dụng các phương pháp mô hình khác nhau

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này khảo sát sự thay đổi nội lực của hồ nước mái thông qua các phương pháp phân phối tải trọng từ sàn vào truyền vào dầm và các phương pháp mô phỏng tính toán nội lực bằng phần mềm phần tử hữu hạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu sự thay đổi nội lực của hồ nước mái khi sử dụng các phương pháp mô hình khác nhau

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI NỘI LỰC CỦA HỒ NƯỚC MÁI KHI SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH KHÁC NHAU Nguyễn Phan Nhật Trung, Nguyễn Quang Phú Khoa Xây dựng, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: TS. Hà Minh Tuấn TÓM TẮT Ngày nay, hồ nước mái được tính toán thiết kế và sử dụng ở rất nhiều tòa chung cư cao tầng. Tuy nhiên việc lựa chọn phương pháp tính để đưa ra kết quả nội lực chính xác là vấn đề được đặc biệt quan tâm. Nghiên cứu này khảo sát sự thay đổi nội lực của hồ nước mái thông qua các phương pháp phân phối tải trọng từ sàn vào truyền vào dầm và các phương pháp mô phỏng tính toán nội lực bằng phần mềm phần tử hữu hạn. Kết quả tính toán được phân tích nhằm so sánh giữa phương pháp tính. Từ đó nghiên cứu so sánh và chỉ ra ưu nhược điểm của các phương pháp tính toán thiết kế khác nhau, và đưa ra phương pháp tối ưu giúp cho việc tính toán thiết kế hồ nước mái cho công trình. Từ khóa: hồ nước mái, nội lực, phần tử hữu hạn, ETABS, SAP2000. 1 MỞ ĐẦU Việc lựa chọn phương pháp tính toán nội lực đối với kết cấu chịu tải trọng đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế. Người thiết kế cần phải đưa ra phương án tính toán nội lực phù hợp. Khi lựa chọn sai phương án tính toán có thể dẫn đến sự sai lệch nội lực ở các cấu kiện, từ đó dẫn đến sự sai lệch trong việc bố trí cốt thép. Trong nghiên cứu này, các phương pháp tính toán nội lực cho hồ nước mái khác nhau được khảo sát. Phương án đầu tiên là phương pháp phân phối tải trọng từ sàn vào truyền vào dầm có trình tự và công thức dựa trên giáo trình Bê tông cốt thép 3 (Võ, 2015). Ba phương pháp còn lại là các phương pháp có sử dụng phần mềm ETABS và SAP2000 để tính toán nội lực của hồ nước mái. Trong đó, ở phương án mô phỏng 1, bản nắp, bản đáy, bản thành được tính toán riêng từng cấu kiện; hệ dầm nắp và dầm đáy được mô phỏng hệ dầm riêng biệt. Ở phương án mô phỏng 2, hệ dầm nắp, dầm đáy, cột được mô hình chung thành 1 khung không có bản nắp, bản thành, bản đáy. Từ đó tải trọng được gán và tính toán nội lực. Ở phương pháp mô phỏng 3, hồ nước được lập mô hình bao gồm tất cả các cấu kiện hồ và gán áp lực nước. Các kết quả thu được sẽ được so sánh từ đó đưa ra ưu nhược điểm của các phương pháp tính toán. 2 BÀI TOÁN ÁP DỤNG Trong nghiên cứu này, hồ nước mái tính toán được giả định có các thông số sau. Cao độ bản đáy và bản nắp lần lượt là +55,68m và +58,3 m. Hồ có kích thước dài, rộng, cao lần lượt là 8.500 mm, 8.000 mm, và 2.100 mm. Bản thành có chiều dày là 120 mm. Bản đáy và bản nắp có chiều dày lần lượt là 140 mm và 100 mm. Dầm nắp có kích thước bề rộng là 200mm và chiều cao là 500 mm. Hệ dầm trực giao của bản nắp có kích thước là 200 mm x 774
400 mm. Dầm đáy có kích thước 350 mm x 700 mm. Hệ dầm trực giao của bản đáy có kích thước bề rộng là 300 mm và chiều cao là 500 mm. Cột được giả sử có tiết diện là hình vuông cạnh 350 mm. Bê tông được sử dụng là B30 (Mac 400) có Rb = 17 MPa và Rbt = 1,2 MPa. Minh họa hồ nước được thể hiện trong Hình 1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1h. Hình 1a. Hồ nước mái dùng trong nghiên cứu này Hình 1b. Mô hình thực Hình 1c. Mô hình mô phỏng trong ETABS Hình 1d. Mặt đứng Hình 1e. Mặt bằng bản nắp 775
Hình 1f. mặt bằng bố trí dầm nắp và dầm đáy Hình 1g. Mặt cắt A-A Hình 1h. Mặt cắt B-B 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG 3.1 Phương pháp mô phỏng 1 Ở phương pháp 1, từng cấu kiện được tách riêng biệt để tính toán và kiểm tra. Bản đáy, bản nắp, bản thành được tính toán dựa trên giáo trình hướng dẫn bê tông cốt thép 3 – Thầy Võ Bá Tầm. Hệ dầm đáy và dầm nắp được mô phỏng là một hệ khung có gối tựa là các gối cố định và có dầm trực giao được mô phỏng trên phần mềm Sap2000 và Etabs. Các hình 2 đến 4 thể hiện cách gán tải trọng vào hệ dầm nắp và dầm đáy. Hình 2. Tải trọng bản nắp truyền vào dầm nắp 776
Hình 3. Sơ đồ gán tải trọng do bản nắp truyền Hình 4. Sơ đồ gán tải trọng do bản thành vào dầm đáy truyền vào dầm đáy 3.2 Phương pháp mô phỏng 2 Ở phương pháp mô phỏng 2, hệ dầm nắp, dầm đáy, cột được mô phỏng là một khung không gian và bản nắp, bản đáy, bản thành được tính toán riêng lẽ thủ công. Tuy nhiên ở trường hợp này tải trọng từ các bản truyền vào các dầm được gán thẳng vào mô hình qua công thức tính thủ công được mô phỏng trong phần mềm Sap2000 và Etabs. Các hình 5 đến 10 thể hiện cách gán tải trọng vào hệ dầm nắp và dầm đáy của phương pháp 2. Hình 5. Tải trọng bản nắp và bản đáy truyền Hình 6. Tải trọng nước truyền lên thành dầm đáy vào dầm và dầm nắp Hình 7. Tải trọng gió X tác dụng lên dầm đáy Hình 8. Tải trọng gió Y tác dụng lên dầm đáy 777
Hình 9. Tải trọng gió X tác dụng lên dầm nắp Hình 10. Tải trọng gió Y tác dụng lên dầm nắp 3.3 Phương pháp mô phỏng 3 Khác với phương pháp 1 và 2, ở phương pháp mô phỏng 3, tất cả các cấu kiện của hồ nước được liên kết và được mô phỏng dưới dạng hệ khung và có tải trọng do áp lực nước gây ra lên bản đáy và thành hồ (Hình 11). Để có được nội lực trong bản nắp và bản đáy tại các vị trí nguy hiểm, nghiên cứu sử dụng đường strip tại các ô bản S1, S2, S3, S4 (Hình 12). Hình 11. Hồ nước được mô phỏng toàn khối Hình 12. Dải strip được dùng để lấy nội lực 4 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT Kết quả nội lực phân tích của hệ dầm đáy và bản đáy được thể hiện trong Bảng 1 và 2. Từ kết quả của phương pháp 1, mô men uốn tại gối ở tất cả các tiết diện dầm không có giá trị nhưng tại nhịp mô men uốn rất lớn. Kết quả này có thể giải thích là do ở phương pháp mô phỏng này các gối tựa là gối cố định vì thế mô men uốn tại gối bị triệt tiêu thay vào đó mô men được phân phối vào giữa nhịp. Phương pháp mô phỏng thứ 2 cho kết quả nội lực được phân bố đồng đều cho nhịp và gối do mô hình mô phỏng là dạng khung có các dầm nắp và dầm đáy được liên kết với cột thành một hệ làm việc chung với nhau. Tương tự phương pháp 2, ở phương pháp 3, mô men tại các cấu kiện cũng được phân bố giữa gối và nhịp tương tự. Việc so sánh mô men có được tại dầm đáy cho thấy rằng có sự chênh lệch rõ ràng giữa kết quả tính toán từ phương pháp 2 so với phương pháp 3. Giá trị chênh lệch giảm từ 10,34% tại gối của dầm đáy 1 xuống 5.56% của dầm đáy 3 và tăng từ 17.53% tại nhịp của dầm đáy 2 lên 30,56% ở nhịp của dầm đáy 4. Tại bản đáy chênh lệch nội lực giữa phương pháp 2 và phương pháp 3 tại gối trái là 74,73% và tại gối phải là 88,31%, tại nhịp nội lực đều chênh lệch 40,27% của tất cả các bản đáy. 778
Bảng 1. Kết quả tính toán nội lực của hệ dầm đáy Dầm đáy 1 Dầm đáy 2 Dầm đáy 3 Dầm đáy 4 Phương pháp mô phỏng Gối trái Nhịp Gối phải Gối trái Nhịp Gối phải Gối trái Nhịp Gối phải Gối trái Nhịp Gối phải (kNm) (kN.m) (kN.m) (kNm) (kN.m) (kN.m) (kNm) (kN.m) (kN.m) (kNm) (kN.m) (kN.m) Phương pháp 1 0 849,51 0 0 802,81 0 0 361,1 0 0 316,14 0 Phương pháp 2 -294,25 524,35 -294,25 -257,38 484,37 -257,38 -164,75 257,4 -164,75 -157,08 286,19 -157,08 Phương pháp 3 -263,81 432,42 -263,81 -241,69 400,52 -241,69 -155,58 187,85 -155,58 -144,66 198,71 -144,66 So sánh chênh lệch PP2-3 10,34% 17,53% 10,34% 6,09% 17,31% 6,09% 5,56% 27,02% 5,56% 7,90% 30,56% 7,90% Bảng 2. Kết quả tính toán nội lực của hệ bản đáy Bản đáy 1 Bản đáy 2 Bản đáy 3 Bản đáy 4 Phương pháp mô phỏng Gối trái Nhịp Gối phải Gối trái Nhịp Gối phải Gối trái Nhịp Gối phải Gối trái Nhịp Gối phải (kNm) (kN.m) (kN.m) (kNm) (kN.m) (kN.m) (kNm) (kN.m) (kN.m) (kNm) (kN.m) (kN.m) Phương pháp 1 26,09 11,26 26,09 23,13 10,08 23,13 26,09 11,26 26,09 23,13 10,08 23,13 Phương pháp 2 26,09 11,26 26,09 23,13 10,08 23,13 26,09 11,26 26,09 23,13 10,08 23,13 Phương pháp 3 -6,5923 18,8517 3,0489 -6,5923 18,8517 3,0489 -6,5923 18,8517 3,0489 -6,5923 18,8517 3,0489 So sánh chênh lệch PP2-3 74,73% 40,27% 88,31% 74,73% 40,27% 88,31% 74,73% 40,27% 88,31% 74,73% 40,27% 88,31% 5 KẾT LUẬN Nghiên cứu này khảo sát sự thay đổi nội lực của hồ nước mái thông qua các phương pháp như tính thủ công và 3 phương pháp mô phỏng tính toán nội lực bằng phần mềm phần tử hữu hạn thương mại. Kết quả tính toán được phân tích nhằm so sánh giữa phương pháp tính tay và 3 phương pháp tính toán thiết kế bằng phần mềm. Các kết luận có được từ nghiên cứu này như sau. - Phương pháp mô phỏng 1 cho kết quả mô men uốn tại giữa nhịp của các dầm là lớn nhất, từ đó có thể dẫn đến lượng thép bố trí nhiều hơn tại giữa nhịp. - Phương pháp mô phỏng thứ 2 và thứ 3 có xét đến sự làm việc chung của cấu kiện. Mô men được phân bố đều hơn giữa nhịp và gối. Có sự khác biệt lớn về nội lực giữa 2 phương pháp này. Phương pháp mô phỏng thứ 2 cho kết quả nội lực ở nhịp lớn hơn so với phương pháp 3. Tiếp theo, sự ảnh hưởng của độ cứng dầm đến nội lực trong bản đáy sẽ được khảo sát bằng cách giữ nguyên chiều dày bản đáy và thay đổi tiết diện dầm đáy. Bên cạch đó, sự thay đổi hệ lực của hệ bản nắp cũng sẽ được nghiên cứu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Bá Tầm (2015). Kết cấu bê tông cốt thép, Tập 3. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.HCM. [2] SAP2000 User manual. [3] Giáo trình Tin học trong phân tích kết cấu. HUTECH. 779