Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Công trình thủy nâng cao - Chương 4b: Bài toán tỏa nhiệt 3D cung cấp cho người học các kiến thức về bài toán khuếch tán nhiệt trong khối đổ bê tông bao gồm: Nghiên cứu sự phân phối nhiệt độ theo thời gian sau khi đổ, ảnh hưởng của các điều kiện, ảnh hưởng của quy mô khối đổ,... Mời các bạn cùng tham khảo.
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM CơNG TRìNH THủY NâNG CAO Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN PGS TS NGUYỄN THỐNG Email: nguyenthong@hcmut.edu.vn or nthong56@yahoo.fr Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 10/25/2010 Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 10/25/2010 PGS Dr Nguy?n Th?ng CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CơNG TRìNH THủY NâNG CAO NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 4b: Bài tốn toả nhiệt 3D Chương 5: Phân tích ứng suất đập bê tơng xảy động đất Chương 6: ðường hầm thủy cơng Giếng ñiều áp Chương 7: ðường ống áp lực – Nước va đường ống 10/25/2010 NỘI DUNG MƠN HỌC Chương 1: Thấm qua cơng trình Chương 2: Áp lực khe rỗng Chương 3: ðập vật liệu ñịa phương Chương 3a: Mơ Monte Carlo áp dụng đánh giá ổn định mái dốc Chương 4: ðập bê tơng trọng lực Chương 4a: ðập bê tơng đầm lăng (RCC) NỘI DUNG THỰC HÀNH Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính nước va đường ống áp lực WaterHammer_BK Hướng dẫn sử dụng phần mềm tính khuếch tán nhiệt 3D bê tông thủy công Hướng dẫn sử dụng phần mềm mô Monte Carlo ứng dụng tính ổn định mái dốc đập vật liệu địa phương 10/25/2010 PGS Dr Nguy?n Th?ng CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO TÀI LIỆU THAM KHẢO Thủy công – Tập Trường ĐHXD T/g Nguyễn Xuân Đặng Cơ học đất – Trường ĐHTL Phần mềm SIGMA Phần mềm SLOPE Phần mềm SEEP Phần mềm Crystal Ball Tài liệu download địa Web: 10/25/2010 Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong Chương 4: Đập bê tông trọng lực NỘI DUNG Giới thiệu toán khuếch tán nhiệt khối đổ bê tông: Thiết lập toán Nghiên cứu phân phối nhiệt độ theo thời gian sau đổ nh hưởng loại điều kiện biên lên toán nh hưởng quy mô khối đổ … 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực GIỚI THIỆU HIỆN TƯNG GIỚI THIỆU HIỆN TƯNG Trong thi công cần phải “kiểm soát” tượng giới hạn để đảm bảo ứng suất co ngót bê tông không vượt giá trò cho phép ( không gây nứt nẻ làm giảm khả làm việc bê tông) Khi đổ bê tông khối lớn tượng toả nhiệt nhiệt độ khối đổ tăng Khi bê tông đông cứng & nhiệt độ khối đổ KHÁC nhiệt độ môi trường (cao hơn) nhiệt độ tiếp tục giảm tượng co ngót bê tông tượng ứng suất nhiệt 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực CÁC THÔNG SỐ LIÊN QUAN - Giá trò nhiệt độ nâng tuyệt đối nhiệt thủy hoá ximăng - Trò số biến dạng, co ngót qua kỳ tuổi bê tông - Môdule đàn hồi bê tông qua kỳ tuổi - Độ rão bê tông qua kỳ tuổi GIA TĂNG NHIỆT ĐỘ TUYỆT ĐỐI KHI THỦY HOÁ CQ 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống T( t ) = T(t) giá trò gia nhiệt độ gia tăng (0C) bê tông sau thời gian đổ t(ngày) C(kg) : lượng ximăng cho 1m3 đổ bê tông Q(J/kg) : lượng nhiệt toả kg ximăng–bảng sau c (J/kg.C): tỉ nhiệt bê tông: 0.92 ρ=2400 2500 kg/m3 (trọng lượng riêng đơn vò bê tôn g) 10/25/2010 10 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực m : hệ số kinh nghiệm liên quan với ximăng, nhiệt độ lúc đầm đỗ bê tông: 0.2 0.4 t(ngày): số ngày từ lúc đỗ đến lúc tính nhiệt độ NHIỆT THỦY HOÁ CHO kg XIMĂNG DẠNG TỔNG QUÁT CỦA T(t) T(t) Tmax = CQ cρ Loaïi 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống cρ (1 − e −mt ) Ximăng thường Ximăng xỉ Q (J/kg) 225 275 325 425 525 201 188 289 247 377 335 461 - 243 205 t(ngày) 11 10/25/2010 12 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực CHÚ Ý CQ dT( t ) mCQ − mt (1 − e − mt ) ⇒ = e cρ dt cρ dT( t ) ⇒ Max nhiệt ñộ tăng nhanh dt khối ñổ T(t ) = t=0 t>>1 10/25/2010 dT( t ) ⇒0 dt khơng gia tăng nhiệt khối đổ 13 PGS Dr Nguyễn Thống Ví dụ: Một khối đổ bê tông kích thước lớn, loại ximăng xỉ Lượng ximăng dùng C=275kg/m3 bê tông Lấy tỉ nhiệt bê tông c=0.96 m=0.3 Tính gia tăng nhiệt độ: a Sau t=15 ngày b Sau t>>1 ( gia taêng Max) 10/25/2010 14 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực Giải: 275 * 335 (1 − 2.718−0.3*15 ) = 39.540 C T (15) = 0.96 * 2400 T (∞ ) = 275 * 335 (1 − 2.718−∞ ) = 39.980 C 0.96 * 2400 10/25/2010 15 PGS Dr Nguyễn Thống TÍNH ỨNG SUẤT SINH RA DO CO DÃN BÊ TÔNG VÌ NHIỆT (CÔNG THỨC ĐƠN GIẢN) σ= E ( t ).α.∆T S( t ).R 1− ν σ (N/mm2) ứng suất ν hệ số Poisson bê tông : 0.15 0.2 ∆T nhiệt sai lớn (sai biệt nhiệt độ lớn nhiệt độ bình quân môi trường) S(t): hệ số rão bê tông (xem bảng) R:10/25/2010 hệ số ràng buộc bên bê tông (xem bảng) 16 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực E(t): Module đàn hồi bê tông qua kỳ tuổi −0.09 t c E ( t ) = E (1 − e MÔDULE ĐÀN HỒI E QUA CÁC KỲ TUỔI: C7.5 60 ngày ) Ec(N/mm2): module đàn hồi cuối bê tông, lấy gần module đàn hồi 28 ngày t: thời gian (ngày) (gần tra bảng sau) 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống 17 Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) C7.5 1.45 C10 1.75 C15 2.2 Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) C20 2.55 C25 2.8 C30 10/25/2010 18 PGS Dr Nguyễn Thống Cấp cường độ CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ t (ngày) t (ngày) C35 3.15 C40 3.25 C45 3.35 Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) Cấp cường độ Module đàn hồi 104(N/mm2) C50 3.45 C55 3.55 C60 3.6 10/25/2010 19 PGS Dr Nguyễn Thống S(t) 12 15 0.186 0.208 0.214 0.215 0.213 18 21 24 27 30 0.252 0.301 0.367 0.473 Nền đá R Nền lớp đệm động Nền đất thường 0.25-0.5 10/25/2010 20 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực ε y ( t ) = ε 0y (1 − e −0.01t )M1.M M M n ε S(t) PGS Dr Nguyễn Thống TRỊ SỐ BIẾN DẠNG BÊ TÔNG εy(t) y HỆ SỐ RÃO BÊ TÔNG Module đàn hồi 104(N/mm2) Mi: hệ số tra bảng (xem sau) trị sơ co ngót cuối trạng thái tiêu chuẩn (3.24*10-4) 10/25/2010 21 PGS Dr Nguyễn Thống ĐƯƠNG LƯNG NHIỆT SAI TƯƠNG ỨNG Ty(t) Ty ( t ) = − ε y (t) ( C) α α=10-5 : h số n tuyến tinh ca bê tông 10/25/2010 22 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực BẢNG TÍNH Mi BẢNG TÍNH Mi Loại ximăng M1 Độ mòn ximăng M2 Ximăng xỉ Ximăng cứng nhanh Ximăng nhiệt thấp Ximăng xỉ vôi Ximăng thường Ximămh tro núi lửa Ximăng chòu axit 1.25 1.12 1.1 1 0.78 0.9 0.93 1.13 1.35 1.68 2.05 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống 150 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Loại ximăng M3 H2O/xi măng Ximăng xỉ Cát 1.9 0.2 Ximăng cứng nhanh Cát sỏi 0.3 Ximăng nhiệt thấp Không cốt liệu 0.4 Ximăng xỉ vôi Đá hoa cương 0.5 Ximăng thường Đá vôi 0.6 Ximămh tro núi lửa Đá bạch vân 0.95 0.7 Ximăng chòu axit Thạch anh 0.8 0.8 23 10/25/2010 Cốt liệu M4 0.65 0.85 1.21 1.42 1.62 1.82 24 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực BẢNG TÍNH Mi Loại ximăng BẢNG TÍNH Mi Lượng vữa ximăng M5 Ximăng xỉ Ximăng cứng nhanh Ximăng nhiệt thấp Ximăng xỉ vôi Ximăng thường Ximămh tro núi lửa Ximăng chòu axit 15 20 25 30 35 40 45 T(ngaøy) 0.9 1.2 1.45 1.75 2.1 2.55 10/25/2010 1-2 10 14-180 25 PGS Dr Nguyễn Thống 1-2 10 14-180 1.11 1.09 1.07 1.04 1.00 0.96 0.93 1.00 0.98 0.96 0.94 0.90 0.89 0.84 W% M7 25 30 40 50 60 70 80-90 1.25 1.18 1.1 0.88 0.77 0.7 0.54 10/25/2010 26 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực BẢNG TÍNH Mi T(ngày) M6(*) r M8(*) 0.54 0.1 0.76 0.2 0.3 1.03 0.4 0.5 0.6 0.7 10/25/2010 PGS Dr Nguyễn Thống P/p thao tác BẢNG TÍNH Mi T(ngày) M9 0.21 Đầm máy 0.78 Đầm thủ công 1.1 Bảo dưỡng nước 0.85 1.03 Hấp cao áp 0.54 r(cm-1): nghòch đảo b/k thủy lực=L/A 27 10/25/2010 1-2 10 14-180 EaAa/ EbAb 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 M10 0.85 0.76 0.68 0.61 0.55 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực GHI CHÚ (*) M6, M8: giá trò trước cứng hoá tự nhiên, giá trò sau cứng hoá trạng thái gia nhiệt t (ngày): thời gian bảo dưỡng sơ kỳ sau đổ bê tông W% độ ẩm tương đối môi trường r(cm-1)=L/A nghòch đảo bán kính thủy lực L: chu vi tiết diện cấu kiện A: diện tích cấu kiện EaAa/EbAb: suất phối trí cốt thép (E mudule đàn hồi, A tiết diện) 10/25/2010 29 Ù PGS Dr Nguyễn Thống 28 PGS Dr Nguyễn Thống Ví dụ: Một khối đổ bê tông kích thước lớn, loại ximăng xỉ Lượng ximăng dùng 275kg/m3 bê tông, tỉ lệ nước ximăng 0.6 Ec=2.55.104N/mm2, Ty=90C, S(t)=0.3, R(t)=0.32, nhiệt độ bê tông đổ vào khuôn 140C, nhiệt độ bình quân môi trường đổ bê tông 150C, dự báo cho nhiệt độ bình quân tháng thời kỳ bảo dưỡng thấp 30C 10/25/2010 30 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực Lấy tỉ nhiệt bê tông c=0.96 phương trình tăng nhiệt lấy m=0.3 a Tính ứng suất co ngót lớn sinh b ng suất co ngót nhiệt thời kỳ bảo dưỡng lộ thiên Theo kết tính trước biết T(15)=39.540C Tmax=39.980C Giải: Tra bảng có M1=1.25, M2, M3, M5, M8, M9 1, M4=1.42, M6=0.93, M7=0.7 M10=0.95 Trò số biến dạng co ngót bêtông: 10/25/2010 31 PGS Dr Nguyễn Thống ε(15) = 3.24.10 −4 (1 − 2.718−0.15 ) * 1.25 *1.42 * 0.93 * 0.7 * 0.95 = 0.498.10 −4 10/25/2010 32 PGS Dr Nguyễn Thống CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực Đương lượng nhiệt sai co ngót bêtông sau 15 ngày: −4 0.498.10 Ty (15) = 10 −5 ≅5 C Nhieät sai tổng hợp lớn bêtông: ∆T = −14 − 39.98 − + 15 = 34.650 C Ứng suất co ngót nhiệt giáng lớn bêtông: 2.55.104.1.10−5.34.65 Module đàn hồi bêtông sau 15 ngày tuổi: σ= * 0.3 * 0.32 − 0.15 = 0.978 ≅ < f c = 1.1N / mm E(15) = 2.55 *10 (1 − 2.718 −0.09*15 ) = 1.89.10 N / mm 10/25/2010 33 PGS Dr Nguyễn Thống K = 1.1 / 0.978 = 1.1 > 1.05 ⇒ OK 10/25/2010 CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO CÔNG TRÌNH THỦY NÂNG CAO Chương 4: Đập bê tông trọng lực Chương 4: Đập bê tông trọng lực Ứng suất co ngót nhiệt giáng thời kỳ bảo dưỡng lộ thiên bêtông: ∆T = −14 − 39.98 − + = −42.360 C 2.55 *10 *1*10 −5 * 42.36 σ(15) = * 0.3 * 0.32 − 0.15 = 0.96 > 75%1.1 = 0.83N / mm Kết luận: Có khả sinh vết nứt (phải có giải pháp để σ(15)