BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN CHÍ CÔNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRA ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ HƯ HỎNG CỤC BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚCHÀ NỘI NGUYỄN CHÍ CÔNG KHOÁ 2014 – 2016 SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRA ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ HƯ HỎNG CỤC BỘ Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨKỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGỌC NAM Hà Nội – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ “ Sử dụng phần mềm Lira đánh giá làm việc bể chứa bê tông cốt thép bị hư hỏng cục ” công trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, Ngày tháng năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN CHÍ CÔNG LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp mình, học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, TS NGUYỄN NGỌC NAM tận tình góp ý, giúp đỡ, bảo cung cấp nhiều thông tin khoa học có giá trị suốt thời gian thực luận văn Học viên xin chân thành cảm ơn giúp đỡ khoa Đào tạo sau đại học – Trường Đại học kiến trúc Hà Nội, tận tình giảng dạy thầy cô học viên suốt khoá học giúp đỡ bạn bè lớp Cuối học viên xin cảm ơn gia đình, bạn bè chia sẻ, tạo điều kiện, giúp đỡ trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Hà Nội, Ngày tháng năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN CHÍ CÔNG MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục hình vẽ, sơ đồ, đồ thị Danh mục bảng, biểu PHẦN MỞ ĐẦU……………………………………… ……… …… PHẦN NỘI DUNG…………………………………………… CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ CHỨA BTCT VÀ CÁC HƢ HỎNG CỦA BỂ CHỨA BTCT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG VÀ SỬ DỤNG……… …………………………………………………………… 1.1 Bể chứa bê tông cốt thép 1.1.1 Phân loại, phạm vi ứng dụng 1.1.2 Một số yêu cầu bể chứa BTCT 10 1.2 Hư hỏng bể chứa bê tông cốt thép trình thi công sử dụng 11 1.2.1 Những hư hỏng bê tông nguyên nhân 11 1.2.2 Các hư hỏng tường bể chứa BTCT 17 a Bê tông bị giảm sút chất lượng cục 22 b Hư hỏng cục dạng ăn mòn cốt thép bong tróc bê tông 22 c Các khe nứt ngang, khe nứt nghiêng thành bể chứa 24 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BỂ CHỨA BTCT …… 26 2.1 Nguyên tắc tính toán cấu tạo bể 26 2.1.1 Tính toán thành bể trụ 26 a Bể chịu áp lực thuỷ tĩnh 26 b Thành bể chịu áp lực đất đắp 28 c Áp lực nước ngầm 30 2.1.2 Tính toán thành bể chữ nhật 31 a Tính toán bể chứa chữ nhật sườn 31 b Tính toán bể chứa chữ nhật có sườn 33 2.1.3 Tính toán đáy bể 34 2.1.3 Tính toán nắp bể 37 2.1.4 Hiệu ứng biên 40 2.2 Tính toán thành bể chứa BTCT phương pháp phần tử hữu hạn 40 2.2.1 Khái niệm phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 40 2.2.2 Trình tự bước phân tích toán theo phương pháp phần tử hữu hạn 42 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA THÀNH BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ CÁC HƢ HỎNG CỤC BỘ 44 3.1 Phương pháp sử dụng PTHH để đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng thành bể chứa BTCT có hư hỏng cục 44 3.1.1 Xây dựng phương pháp quy trình tính toán 45 3.1.2 Các bước xác định nội lực biến dạng cho trường hợp hư hỏng 47 3.2 Khảo sát làm việc thành bể chứa BTCT hình trụ có hư hỏng cục phần mềm LIRA 47 3.2.1 Thiết kế thành bể chứa BTCT phương pháp truyền thống 48 3.2.2 Khảo sát phân tích kết khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng thành bể chứa BTCT phần mềm LIRA 53 a Các thông số bể chứa 53 b Các phương án khảo sát 55 c Kết khảo sát 64 3.3 Khảo sát làm việc thành bể chứa BTCT hình chữ nhật có hư hỏng cục phần mềm LIRA………………………………………100 3.3.1 Thiết kế thành bể chứa BTCT phương pháp truyền thống…….100 3.3.2 Khảo sát phân tích kết khảo sát trạng thái ứng suất biến dạng thành bể chứa BTCT phần mềm LIRA…………………………102 a Các thông số bể chứa………………………………………………103 b Các phương án khảo sát ……………………………………………….104 c Kết khảosát…………………………………………………………110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………… …127 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình Hình 1.1 Tên hình Bể chứa nhiên liệu 30000m3 đặt ngầm BTCT lắp ghép Hình 1.2 Bể dung tích 45000m3, mái vỏ cầu Hình 1.3 Bể dung tích 35000m3, mái vòm Hình 1.4 Bể dung tích 2500m3 Hình 1.5 Bể 2500m3 bêtông cốt thép dự ứng lực Hình 1.6 Bể chữ nhật với phương án (a, b, c) dùng BTCT đổ liền khối (d) lắp ghép Bể trụ tròn với phương án lắp ghép nắp khác Hình 1.7 (a, b, c); 1, 2: Cấu kiện BTCT đúc sẵn (dầm, panen); 3, 4: Phần BTCT đổ chỗ Hình 1.8 Bể 23000m3 Mái vỏ hình vành khăn tựa hàng cột BTCT ứng suất trước Hình 1.9 Hình 1.10 Hư hỏng tường bể chứa nước thải Thọ Quang thuộc KCN dịch vụ thủy sản Thọ Quang (Đà Nẵng) Hư hỏng bể xử lý bùn Cty Nhật Bản thi công sau năm đưa vào sử dụng Hình 1.11 Hư hỏng bể chứa Ba Lan Hình 1.12 Hư hỏng bể chứa Anh Hình 1.13 Một số hư hỏng bể chứa BTCT Hình 1.14 Một số hư hỏng bể chứa BTCT Hình 1.15 Hình ảnh khe nứt ngang khe nứt nghiêng Hình 2.1 Sơ đồ tính bể chịu áp lực thuỷ tĩnh Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 a – Thành liên kết khớp di động với đáy ; b – Liên kết ngàm a – Sơ đồ tính toán lực vòng T0; b –Sơ đồ tính toán thành bể theo mô hình dầm đàn hồi Bể đặt (a) (b) mực nước ngầm Sơ đồ tính toán thành bể chứa chữ nhật sườn Sơ đồ tính toán thành bể chứa chữ nhật kê cạnh Hình 3.1 Sơ đồ tính toán bể chứa Hình 3.2 Bản thành bể chứa Hình 3.3 Định nghĩa vật liệu bê tông Hình 3.4 Định nghĩa vật liệu cốt thép Hình 3.5 Gán thông số cốt thép Hình 3.6 Định nghĩa trường hợp tải, tổ hợp tải Hình 3.7 Gán tải trọng Hình 3.8 Khai báo điều kiện biên Hình 3.9 Giải toán Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Sự phân phối lại nội lực Mx thành bể chứa hư hỏng cục Sự phân phối lại nội lực My thành bể chứa hư hỏng cục Sự phân phối lại nội lực Nx thành bể chứa hư hỏng cục Sự phân phối lại nội lực Ny thành bể chứa hư hỏng cục Sự phân phối lại chuyển vị theo phương Z thành bể chứa hư hỏng cục Biểu đồ thể thay đổi giá trị Ny bể chứa TH1 TH2 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Nx bể chứa TH1 TH2 Biểu đồ thể thay đổi giá trị My bể chứa TH1 TH2 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Mx bể chứa TH1 TH2 Sự phân phối lại nội lực Mx thành bể chứa hư hỏng cục Sự phân phối lại nội lực My thành bể chứa hư hỏng cục Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 Sự phân phối lại nội lực Nx thành bể chứa hư hỏng cục Sự phân phối lại nội lực Ny thành bể chứa hư hỏng cục Biểu đồ thể thay đổi giá trị Ny bể chứa TH3 TH4 Sự phân phối lại chuyển vị theo phương Z thành bể chứa hư hỏng cục Biểu đồ thể thay đổi giá trị Nx bể chứa TH3 TH4 Biểu đồ thể thay đổi giá trị My bể chứa TH3 TH4 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Mx bể chứa TH3 TH4 Hình 3.28 Sơ đồ phân bố khe nứt mức tải trọng KF =4,2 Hình 3.29 Gán thông số cốt thép Hình 3.30 Giải toán Hình 3.31 Hình 3.32 Hình 3.33 Hình 3.34 Hình 3.35 Sự phân phối lại nội lực Mx thành bể chứa hư hỏng cục Sự phân phối lại nội lực My thành bể chứa hư hỏng cục Biểu đồ thể thay đổi giá trị My bể chứa TH1 TH2 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Mx bể chứa TH1 TH2 Sự phân phối lại nội lực Mx thành bể chứa hư hỏng cục Hình 3.36 Hình 3.37 Hình 3.38 Sự phân phối lại nội lực My thành bể chứa hư hỏng cục Biểu đồ thể thay đổi giá trị My bể chứa TH3 TH4 Biểu đồ thể thay đổi giá trị Mx bể chứa TH3 TH4 DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Số hiệu bảng, biểu Tên bảng, biểu Bảng 3.1 Bảng giá trị áp lực tính toán bể chứa theo chiều cao Bảng 3.2 Bảng giá trị lực kéo tính toán bể chứa theo chiều cao Bảng 3.3 Bảng diện tích cốt thép bể chứa theo chiều cao Bảng 3.4 Bảng chọn thép bể chứa theo chiều cao Bảng 3.5 Bảng giá trị áp lực tính toán bể chứa theo chiều cao Bảng 3.6 Các trường hợp khảo sát Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 So sánh kết giá trị N y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 So sánh kết giá trị Nx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 So sánh kết giá trị M y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 So sánh kết giá trị Mx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 So sánh kết giá trị N y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị Nx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị M y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị Mx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 Bảng 3.15 Bảng giá trị áp lực tính toán bể chứa theo chiều cao Bảng 3.16 Bảng chọn thép bể chứa theo chiều cao Bảng 3.17 Bảng giá trị áp lực tính toán bể chứa theo chiều cao Bảng 3.18 Các trường hợp khảo sát Bảng 3.19 Bảng 3.20 Bảng 3.21 Bảng 3.22 So sánh kết giá trị M y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 So sánh kết giá trị Mx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 So sánh kết giá trị M y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị Mx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 PHẦN MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Ngày kết cấu bê tông cốt thép sử dụng phổ biến để xây dựng công trình dân dụng công nghiệp, giao thông, thủy lợi, quốc phòng v.v…, bê tông cốt thép chứng minh tính ưu điểm Tuy nhiên, đặc điểm ưu việt loại vật liệu độ bền cao, biến dạng ít, tương đối ổn định môi trường khí hậu thời tiết, dễ tạo hình v.v… bê tông cốt thép bộc lộ nhiều nhược điểm Những nhược điểm nguyên nhân quan trọng dẫn đến tình trạng xuống cấp kết cấu bê tông cốt thép, giảm khả chịu tải, tăng biến dạng Có dẫn đến cố gây sụp đổ công trình Sự tồn lâu dài công trình phụ thuộc vào điều kiện môi trường khu vực xây dựng, vật liệu xây dựng cẩn thận vận hành Một số nguyên nhân chế hư hại chủ yếu công trình bể chứa BTCT tóm lược sau: •Sự han rỉ kim loại, bao gồm loại cốt thép bê tông •Các rạn nứt bề mặt •Các trình lý hóa, phản ứng alkali- silica, tạo thành tinh thể ettringite, tác động ăn mòn sulfat bê tông •Các hư hỏng học tượng tróc vỡ ăn mòn bê tông, tải ảnh hưởng đến tất dạng vật liệu •Bê tông dễ bị hư hỏng nguyên nhân vật lý (bị mài mòn) nguyên nhân hóa học (tác động clorua sulfate, phản ứng kết hợp v.v) •Sự ăn mòn cốt thép với thâm nhập lớp phủ bê tông ion clorua oxy, nguyên nhân chủ yếu biến chất bê tông 2 •Tác động sulfat hóa phần tử nước biển lên hợp chất canxi hydroxit (Ca(OH)2) tri-canxi aluminat (Xelit hay C3A) hồ xi măng đông cứng dẫn đến mềm hóa biến chất bê tông Nếu có tượng mềm hóa xảy diện rộng bề mặt bê tông bê tông bị hư hỏng Hiện Việt Nam việc khảo sát, đánh giá, nghiên cứu làm việc kết cấu BTCT trình vận hành, sử dụng quan tâm rộng rãi Tuy nhiên nhiều vấn đề chưa làm rõ giải triệt để Vì việc nghiên cứu, đánh giá khả chịu lực bể chứa BTCT có hư hỏng cục có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao *Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài sử dụng phương pháp số nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng khả chịu lực bể chứa BTCT trường hợp bể chứa BTCT có hư hỏng cục bộ; Để từ có biện pháp khắc phục kịp thời, hiệu kinh tế kỹ thuật *Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài bể chứa BTCT có hư hỏng cục nguyên nhân trình thi công sử dụng Phạm vi đề tài đánh giá trạng thái ứng suất - biến dạng khả chịu lực bể chứa BTCT có hư hỏng cục *Nội dung nghiên cứu Nắm vững lý thuyết tính toán bể chứa BTCT Khảo sát, đánh giá tổng hợp nghiên cứu hư hỏng bể chứa BTCT Xây dựng mô hình hư hỏng thành bể chứa BTCT làm rõ nguyên nhân dẫn đến dạng hư hỏng này; Xây dựng phương pháp tính toán dựa phần mềm Lira để đánh giá trạng thái ứng suất biến dạng khả chịu lực thành bể chứa BTCT có hư hỏng cục nguyên nhân khác *Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp tính toán xây dựng Đề tài nghiên cứu sử dụng thực tế để đánh giá khả chịu lực biến dạng thành bể chứa BTCT có hư hỏng cục tác động môi trường lỗi thi công Nó sở để lập áp dụng biện pháp hữu hiệu nhằm nâng cao chất lượng công trình khắc phục cố xảy *Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, nội dung luận văn có ba chương gồm có: - Chương I: Tổng quan bể chứa bê tông cốt thép hư hỏng bể chứa bê tông cốt thép trình thi công sử dụng - Chương II: Lý thuyết tính toán bể chứa bê tông cốt thép - Chương III: Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng thành bể chứa bê tông cốt thép có hư hỏng cục THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, tổng hợp rút số kết luận sau : Việc nghiên cứu, tổng hợp mô hình hư hỏng thành bể chứa BTCT sở cho nghiên cứu việc đánh giá khả chịu lực, biến dạng tuổi thọ bể chứa BTCT có hư hỏng Nó cho phép áp dụng biện pháp hữu hiệu nhằm nâng cao chất lượng công trình khắc phục cố xảy Đề xuất phương pháp tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng thành bể chứa bê tông cốt thép có hư hỏng cục nguyên nhân trình thi công sử dụng Phương pháp cho phép kể đến tính chất phi tuyến vật liệu (bê tông cốt thép), thay đổi tiết diện bê tông, cốt thép suy giảm chất lượng (cường độ) bê tông Việc sử dụng phương pháp mô hình ăn mòn/hư hỏng bê tông cốt thép cho phép đánh giá làm việc tuổi thọ công trình theo thời gian Các hư hỏng cục ảnh hưởng lớn tới phân bố ứng suất biến dạng bề mặt thành bể chứa Trong bể trụ tròn có thay đổi lớn lực vòng (Nx) mô men theo phương đứng (My), giá trị lực dọc theo phương đứng (Ny) mô men theo phương ngang (Mx) thay đổi không nhiều Trong bể chữ nhật có thay đổi lớn xảy Mx My Sự hư hỏng bê tông cốt thép tường bể chứa dẫn đến tải Sự tải thể việc tăng biến dạng, biến dạng không đối xứng, giảm độ cứng độ bền công trình Các hư hỏng cục thành bể chữ nhật có ảnh hưởng lớn tới nội lực chuyển vị thành bể so với hư hỏng bể trụ tròn Các hư hỏng cục làm xuất sớm (ở mức tải trọng nhỏ hơn) khe nứt, khớp dẻo phá hoại thành bể 128 KIẾN NGHỊ Kết nghiên cứu luận văn bước đầu đưa cho kỹ sư xây dựng phương pháp tính toán bể chứa bê tông cốt thép có hư hỏng cục nguyên nhân trình thi công sử dụng, hạn chế Để áp dụng vào thực tế rộng hơn, đề tài cần hoàn thiện, nghiên cứu sâu nưa Vì tác giả có số kiến nghị sau: Nghiên cứu, thiết lập phương pháp đánh giá làm việc tính toán khả chịu lực thành bể chứa có hư hỏng dạng khác, đề xuất phương pháp khắc phục Nghiên cứu, thiết lập phương pháp đánh giá làm việc tính toán khả chịu lực dạng kết cấu khác có hư hỏng cục nguyên nhân khác  ... giá trị N y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị Nx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị M y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị Mx bể chứa. .. giá trị M y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 So sánh kết giá trị Mx bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH1 TH2 So sánh kết giá trị M y bể chứa hư hỏng có hư hỏng TH3 TH4 So sánh kết giá trị Mx bể chứa. .. NGUYỄN CHÍ CÔNG KHOÁ 2014 – 2016 SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIRA ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ HƯ HỎNG CỤC BỘ Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN