- PHÂN TÍCH PHI TUYẾN TRỤ THÉP TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DẦM-CỘT. - Để phản ánh sự làm việc thực tế của tháp trụ truyền tải điện, những yêu cầu về mô hình phân tích và các xem xét trong quá trình sử dụng trong thiết kế phải được xác định và đánh giá rõ ràng. - Việc sử dụng phân tích phi tuyến phi đàn hồi sẽ trực tiếp giải quyết được những nhược điểm của phương pháp thiết kế dựa vào phân tích đàn hồi tuyến tính trên. - Thuận lợi lớn của phương pháp thiết kế dựa vào phân tích trực tiếp tác động phi tuyến hình học và vật liệu là: (i) không cần dùng hệ số chiều dài tính toán vì tác động phi tuyến hình học đã được tích hợp trực tiếp;. - Trong bài báo này đưa ra những vấn đề sau: sử dụng phương pháp dầm-cột dùng hàm ổn định có khớp dẻo hai đầu để mô phỏng ứng xử phi tuyến của cấu kiện trụ thép truyền tải điện, sau đó tìm hiểu thuật toán giải phi tuyến để áp dụng phân tích hệ kết cấu chịu tĩnh tải. - Và xây dựng chương trình ứng dụng bằng ngôn ngữ lập trình Fortran để phân tích phi tuyến hệ khung cứng, khung giằng, dàn và trụ tháp thép truyền tải điện. - Sau đó kiểm chứng độ tin cậy của chương trình phát triển bằng các kết quả của các nghiên cứu khác và kết quả phân tích bằng SAP2000. - Phi tuyến. - Trụ thép.. - Trong thực tiễn hầu hết các tháp trụ thép truyền tải điện đều được thiết kế dựa vào phân tích đàn hồi và tác động phi tuyến hình học được kể đến bằng hệ số uốn dọc gần đúng khi kiểm tra khả năng chịu lực của cấu kiện. - Các công thức thiết kế có kể đến tác động phi tuyến hình học và vật liệu khi kiểm tra độ bền của cấu kiện riêng lẻ được thể hiện dưới dạng đơn giản và không tường minh. - Phương pháp thiết kế dựa vào phân tích đàn hồi có ưu điểm nổi bật là cho phép dùng nguyên lý cộng tác dụng nội lực, là cách đơn giản cho kỹ sư áp dụng và thiên về an toàn. - Tuy nhiên, ứng xử chảy dẻo, sự mất ổn định dần dần, dạng phá hoại, độ cứng và cường độ cực hạn của hệ kết cấu chưa được cung cấp rõ ràng và chính xác trong phương pháp này.. - Phương pháp thiết kế dựa vào phân tích đàn hồi cho phép dùng nguyên lý cộng tác dụng nội lực, là cách đơn giản cho kỹ sư áp dụng và thiên về an toàn. - Tuy nhiên, ứng xử và cường độ cực hạn của hệ kết cấu chưa được cung cấp rõ ràng trong phương pháp này.. - Trong bài báo này tác giả áp dụng phương pháp phân tích nâng cao để nghiên cứu ứng xử của từng cấu kiện riêng lẻ và toàn hệ kết cấu, như sự làm việc tương tự trong điều kiện thực để khắc phục các nhược điểm của phương pháp thiết kế dựa vào phân tích đàn hồi.Tác giả sử dụng hàm ổn định cho phần tử dầm-cột diễn tả phi tuyến hình học và sử dụng phương pháp khớp dẻo để kể đến tác động của phi tuyến vật liệu.. - Phần tử dầm-cột dưới tác động của phi tuyến hình học. - Xét phần tử dầm-cột chịu tác dụng lực như hình sau. - Phần tử dầm-cột tại vị trí x bất kỳ trong mặt phẳng Hàm ổn định cho phần tử dầm-cột được. - M : mô men gia tăng tại hai đầu phần tử. - B : chuyển vị dọc trục, góc xoay gia tăng tại hai đầu phần tử dầm-cột.. - động phi tuyến hình học do lực dọc trục và mô men giữa hai đầu phần tử dầm-cột gây ra có dạng:. - Phần tử dầm-cột dưới tác dụng của phi tuyến vật liệu. - Phi tuyến vật liệu do tác động của ứng suất dư. - Khái niệm mô đun tiếp tuyến của Hội đồng Nghiên cứu Cột CRC (Column Research Council) được đề xuất để mô phỏng sự chảy dẻo dọc theo chiều dài phần tử dưới tác dụng lực dọc trục do sự hiện diện của ứng suất dư của tiết diện trong quá trình chế tạo. - kháng cắt tiếp tuyến G t của phần tử trong phương trình:. - Phi tuyến vật liệu do sự hình thành khớp dẻo. - Dựa vào phương trình tương tác bậc hai của tiêu chuẩn AISD-LRFD, cường độ chảy dẻo mặt cắt ngang thép góc của phần tử dầm- cột được diễn tả như sau:. - Hình vẽ diễn tả chuyển vị nút phần tử trong không gian. - Chuyển đổi quan hệ giữa lực nút và chuyển vị nút trong hệ tọa độ tổng thể và lực nút, chuyển vị nút trong hệ tọa độ phần tử:. - d e : vec tơ lực nút và vec tơ chuyển vị nút của phần tử dầm-cột trong hệ tọa độ địa phương.. - Mối quan hệ giữa lực nút và chuyển vị nút của phần tử trong hệ tọa độ tổng thể phần tử được viết lại:. - Mối quan hệ giữa lực-chuyển vị của phần tử dầm-cột được viết lại như sau:. - ks : ma trận độ cứng cho phép xoay phần tử. - ma trận chuyển phần tử.. - Chuyển đổi hệ trục tọa độ phần tử Ma trận độ cứng trong các bước thiết lập chỉ thiết lập cho hệ tọa độ xyz phần tử và hệ tọa độ này không trùng phương với hệ tọa độ tổng thể x’y’z’. - Do vậy trước khi ghép nối phần tử phải thực hiện phép chuyển trục tọa độ tổng thể và tìm [k’] e là ma trận độ cứng phần tử trong hệ tọa độ tổng thể theo công thức:. - Với ma trận [n] được xác định từ các cosin chỉ phương của hệ trục phần tử so với hệ trục tổng thể của hệ kết cấu.. - Lực tác dụng vào trụ thép truyền tải điện. - Lực do tác dụng của dây dẫn tác dụng vào trụ thép truyền tải điện gồm dây dẫn và dây chống sét.. - Phương pháp giải và thuật toán. - Sơ đồ khối phân tích hệ. - Kích thước tiết diện thanh dàn bài toán dàn không gian Tiết diện Chiều cao. - tiết diện d (mm). - Sơ đồ dàn thép bốn thanh không gian Bài toán này được tác giả nêu ra để so. - sánh với kết quả phân tích của Seung-Eock Kim và các cộng sự. - Kết quả phân tích lực tác dụng-chuyển vị được thể hiện như hình sau:. - Đường cong tải trọng–chuyển vị dàn thép không gian khi P hướng lên và P hướng xuống. - So sánh kết quả bài toán dàn thép không gian khi P hướng lên về tải trọng tới hạn P u. - STT Phương pháp phân tích P u (kN) Sai số. - 1 Dàn không gian - phương pháp năng lượng - Seung-Eock Kim. - 2 Tác giả . - So sánh kết quả bài toán dàn thép không gian khi P hướng xuống về tải tới hạn P u. - 1 Dàn không gian- phương pháp năng lượng - Seung-Eock Kim. - Khung thép không gian hai tầng, một nhịp - chịu tải tập trung tại nút. - Bài toán khung thép không gian hai tầng, một nhịp được trình bày ở nh au. - Sơ đồ khung thép không gian hai tầng – chịu tải tập trung tại nút. - Thông số tiết diện bài toán khung không gian hai tầng-một nhịp Tiết diện Chiều cao tiết diện. - Tổng số phần tử tác giả sử dụng 16 phần tử. - Đường cong tải– chuyển vị ngang tầng 2 (tầng mái) khung thép không gian. - So sánh kết quả bài toán khung thép không gian về tải trọng tới hạn P u. - 1 Phương pháp khớp dẻo thớ- Cuong Ngo-Huu và các cộng sự. - 3 Khung không gian - Tác giả (2014) 75. - Dựa vào Bảng 5 so sánh kết quả bài toán khung nhà thép hai tầng, một nhịp - chịu tải tập trung tại nút sai lệch lực giới hạn P u so với phương pháp khớp dẻo thớ của Cuong Ngo- Huu là 3,73%. - Đường cong tải trọng - chuyển vị của tác giả cũng khá hợp lý so với kết quả của Cuong Ngo-Huu và Abaqus.. - Như vậy, qua hai ví dụ trên có thể kết luận được rằng: sử dụng phương pháp hàm ổn định cho phần tử dầm-cột trình bày tác động phi tuyến hình học và sử dụng phương pháp khớp dẻo cứng trình bày tác động phi tuyến vật liệu mô tả được ứng xử phi đàn hồi bậc hai cho kết khung dầm không gian và khung. - dàn không gian của tác giả hoàn toàn chấp nhận được. - Và cách phân tích này giúp cho việc khai báo số phần tử trong không gian ít hơn, ít tốn thời gian phân tích rất nhiều.. - Trụ thép đỡ thẳng một tầng xà, cao 10m Sơ bộ chọn tiết diện trụ. - Kích thước hình học trụ thép một tầng xà, cao 10m Sơ bộ chọn tiết diện cho toàn bộ thanh. - Thông số tiết diện bài toán trụ thép đỡ thẳng một tầng xà, cao 10m Tiết diện Chiều cao cạnh. - Kết quả phân tích trong giai đoạn đàn hồi. - khi sử dụng chương trình phân tích nâng cao của tác giả cho trụ thép một tầng xà, cao 10m vùng gió IA, IIA, IIIA so với phần mềm Sap được thể hiện theo sau:. - So sánh chuyển vị giai đoạn đàn hồi vùng gió IA.. - So sánh chuyển vị giai đoạn đàn hồi vùng gió IIA.. - Tác giả U 33x = 0,0153 (m), SAP U 33x. - So sánh chuyển vị giai đoạn đàn hồi vùng gió IIIA.. - Trụ thép đỡ thẳng ba tầng xà, cao 23m (ĐT-111-22). - Bài toán trụ thép tháp đỡ thẳng ba tầng xà, cao 23m có các thông số về vật liệu được thiết kế như sau: Module đàn hồi vật liệu thép. - Thông số tiết diện bài toán trụ thép ba tầng xà, cao 23m Tiết diện Chiều cao cạnh. - Sơ đồ không gian trụ thép đỡ thẳng ba tầng xà, cao 23m (ĐT-111-22). - Kết quả phân tích trong giai đoạn đàn hồi khi sử dụng chương trình phân tích nâng cao của tác giả cho trụ thép vùng gió IIA so với phần mềm Sap ở tổ hợp tải trọng COMBO1. - Biểu đồ lực– chuyển vị đầu trụ thép đỡ thẳng ba tầng xà, cao 23m, vùng gió IIA, hệ số tải trọng giới hạn λu=2,8, λu=3,0. - So sánh chuyển vị giai đoạn đàn hồi của tác giả:. - iểu đồ lực– chuyển vị đầu trụ thép đỡ thẳng ba tầng xà, cao 23m, vùng gió IIA, hệ số tải trọng giới hạn λu=2,8. - Khi sử dụng chương trình phân tích nâng cao thì hệ số tải trọng giới hạn của trụ thép đỡ thẳng ba tầng xà, cao 23m là 2,8. - Từ những quá trình phân tích của các bài toán kiểm tra độ tin cậy của chương trình tác giả ở trên, đặc biệt cho bài toán thiết kế và kiểm tra trụ thép truyền tải điện, một tầng xà, tác giả nhận thấy rằng:. - Khi sử dụng phương pháp hàm ổn định cho phần tử dầm-cột để diễn tả tác động phi tuyến hình học và sử dụng phương pháp khớp dẻo để diễn tả tác động phi tuyến vật liệu cho phần tử trong không gian đã mô phỏng được ứng xử phi đàn hồi bậc hai thực tế của các thanh dầm, cột chịu tải trọng tập trung tại nút.. - Đối với phương pháp dùng hàm ổn định cho phần tử dầm-cột diễn tả tác động phi tuyến hình học của phần tử trong không gian giúp cho việc khai báo và chia nhỏ phần tử ít hơn, việc giải bài toán tốn ít bộ nhớ và thời gian phân tích rất nhiều.. - Vì trụ thép có cấu tạo và sự làm việc trong không gian khá phức tạp nên nếu sử dụng phương pháp đàn hồi không thể hình. - Phương pháp phân tích nâng cao này đã khắc phục được điều này. - Sử dụng hàm ổn định cho phần tử dầm-cột để diễn tả tác động phi tuyến hình học và sử dụng khớp dẻo cứng để diễn tả tác động phi tuyến vật liệu đã diễn tả được sự làm việc của toàn bộ trụ thép, và đã dự đoán được dạng phá hoại và tải trọng giới hạn của trụ thép.. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ tập trung phân tích khung thép, trụ thép không gian. - Vì vậy, phương pháp này cần được phát triển tiếp theo những hướng sau:. - Sử dụng phương pháp phân tích phi tuyến vật liệu theo phương pháp phân tích khớp dẻo thớ hay vùng dẻo để diễn tả chính xác hơn sự chảy dẻo của thép góc trong không gian.. - Nghiên cứu phân tích trụ tháp thép chịu tác dụng của tải trọng động, đặc biệt là tải trọng động đất, nhiệt độ, sự làm việc đồng thời của các chế độ dây và gió. - Áp dụng phương pháp phân tích này cho những trụ phức tạp hơn, nhiều tầng xà, trụ thép néo góc, trụ thép néo rẽ, và trụ thép néo cuối,… không những cho những đường dây 110kV mà còn cho những đường dây 220kV và các trụ cho những đường dây 500kV để hiểu rõ ràng hơn ứng xử của hệ và từ đó nâng cao độ tin cậy của thiết kế. - và các tác giả (2006). - Phương pháp phần tử hữu hạn. - Tải trọng và tác động-Tiêu chuẩn thiết kế.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt