Nghiên cứu tương tác giữa ống dẫn và nền san
hô”
1
Më ®Çu
1. TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi:
Đặc điểm nổi bật của các loại công trình biển đảo nói chung là điều
kiện thi công khó khăn, chịu các loại tải trọng và môi trường khắc
nghiệt, song có ý nghĩa rất lớn về mặt an ninh quốc phòng và kinh tế
biển. Do đó, nghiên cứu, lựa chọn trước các giải pháp tối ưu cho các
công này phục vụ cho thời bình, thời chiến và cả phát triển kinh tế quốc
dân là vấn đề cấp bách hiện nay.
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về vật liệu san hô và nền san hô
làm số liệu đầu vào cho việc xây dựng mô hình, phương pháp tính, tác
giả lựa chọn vấn đề “Nghiên cứu tương tác giữa ống dẫn và nền san
hô” làm nội dung nghiên cứu của luận án.
Môc ®Ých cña luËn ¸n:
- Nghiên cứu tổng quan về san hô và bài toán tương tác giữa kết cấu
công trình dạng ống dẫn và nền, xây dựng mô hình san hô phục vụ cho
việc giải bài toán tương tác giữa ống dẫn và nền san hô.
- Xây dựng, đề xuất mô hình, phương pháp giải bài toán tương tác
giữa ống dẫn và nền san hô dưới tác dụng của tải trọng: sóng xung kích
do nổ hoặc kết hợp đồng thời tải trọng sóng xung kích và một số dạng
áp lực trong của ống.
- Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố hình học, tải trọng, vật lý đến
sự làm việc của ống dẫn trong nền san hô.
- Góp phần lựa chọn các giải pháp hợp lý tăng khả năng làm việc của
ống dẫn trong nền san hô phục vụ an ninh quốc phòng và kinh tế biển.
2. §èi tîng, ph¹m vi nghiªn cøu cña luËn ¸n:
- Tập hợp, phân tích những kết quả nghiên cứu về tính chất cơ lý của
vật liệu san hô và nền san hô ở một số đảo thuộc quần đảo Trường Sa.
- Nghiên cứu giải bài toán tương tác giữa ống dẫn và nền san hô theo
mô hình bài toán phẳng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH).
- Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của ống dẫn trong
nền san hô.
- Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình ống dẫn trong nền san hô chịu
tải trọng do nổ trong nền và nổ trong không khí gây ra.
3. Néi dung luËn ¸n:
Luận án bao gồm 117 trang thuyết minh, trong đó có 25 bảng, 63 đồ
thị, hình vẽ, 83 tài liệu tham khảo, 21 trang phụ lục.
Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết của đề tài, mục đích, đối tượng,
phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án.
2
Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu về san hô và bài toán
tương tác giữa ống dẫn và nền.
Chương 2: Tính tương tác giữa ống dẫn và nền san hô bằng phương
pháp phần tử hữu hạn.
Chương 3: Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của
ống dẫn trong nền san hô.
Chương 4: Nghiên cứu phản ứng động của ống dẫn trong nền san hô
bằng thực nghiệm.
Kết luận và kiến nghị: Trình bày các kết quả chính, những đóng góp
mới của luận án và các kiến nghị xuất phát từ vấn đề nghiên cứu.
4. Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu:
Nghiên cứu bằng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. Khi nghiên cứu
lý thuyết để tính toán kết cấu, sử dụng phương pháp PTHH. Phương
pháp thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu
bằng lý thuyết và xem xét phản ứng động của ống dẫn trong nền san hô
dưới tác dụng của sóng xung kích (SXK) do nổ.
5. CÊu tróc luËn ¸n:
Phần mở đầu, 4 chương, kết luận chung, tài liệu tham khảo và phụ lục.
Néi dung chÝnh cña luËn ¸n
Ch¬ng 1: tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu vÒ san h«
vµ bµi to¸n t¬ng t¸c gi÷a èng dÉn vµ nÒn
Trình bày các kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới về vật
liệu san hô, nền san hô và các mô hình, phương pháp tính tương tác giữa
kết cấu ống dẫn và nền nói chung. Từ nội dung nghiên cứu, trên cơ sở
các vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu và phát triển, tác giả luận án tập
trung vào vấn đề: “Nghiên cứu tương tác giữa ống dẫn và nền san
hô”. Theo đó, luận án sẽ tập trung giải quyết các nội dung chủ yếu sau:
1) Nghiên cứu tổng quan về san hô, nền san hô và bài toán tương tác
giữa kết cấu dạng ống dẫn và nền nói chung và đối với nền san hô nói
riêng nhằm làm rõ tính cấp thiết, phương pháp nghiên cứu của luận án.
2) Xây dựng mô hình, phương pháp giải bài toán tương tác giữa ống
dẫn và nền san hô theo mô hình bài toán phẳng chịu tác dụng đồng thời
của áp lực trong ống và sóng xung kích do bom đạn nổ gây ra.
3
3) Xây dựng hệ phương trình, thuật toán và chương trình tính tương
tác giữa ống dẫn và nền san hô theo mô hình bài toán phẳng, trong đó kể
đến sự tách, trượt giữa ống dẫn và nền, giữa lớp đất bù và nền chịu tác
dụng đồng thời của: áp lực trong của ống, tải trọng sóng xung kích do
bom đạn nổ gây ra bằng phương pháp PTHH.
4) Khảo sát số trên kết cấu cụ thể, nghiên cứu ảnh hưởng của một số
yếu tố đến sự làm việc của ống dẫn trong nền san hô, đưa ra các kiến
nghị phục vụ tính toán, thiết kế loại kết cấu này.
5) Nghiên cứu thực nghiệm xác định phản ứng động của ống dẫn
trong nền san hô chịu tác dụng của SXK do nổ gây ra nhằm kiểm tra độ
tin cậy của chương trình tính.
Ch¬ng 2: tÝnh T¬ng t¸c gi÷a èng dÉn vµ nÒn san h«
B»ng ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n
2.1. Đặt vấn đề
Đặc thù của vật liệu san hô và nền san hô là loại vật liệu dòn, quan hệ
ứng suất – biến dạng gần như tuyến tính và là loại vật liệu làm việc một
chiều (chỉ chịu nén, không chịu kéo), do đó khi tính toán các công trình
làm việc trong nền san hô thì một trong những điểm khó là đưa ra được
mô hình tính thích hợp, thể hiện được tính chất này của nền - đặc biệt
đối với bài toán tương tác động lực học. Điều này sẽ được khắc phục khi
ta đưa vào phần tiếp xúc giữa kết cấu và nền một loại phần tử đặc biệt,
đó là phần tử tiếp xúc. Trong chương này, nghiên cứu tính toán bài toán
tương tác giữa ống dẫn và nền san hô, trong đó tập trung việc xây dựng
mô hình, đề xuất phương pháp giải, xây dựng thuật toán, chương trình
máy tính, tính toán số, kiểm tra độ tin cậy của chương trình tính đã lập.
2.2. Đặt bài toán, các giả thiết và phương pháp tính toán
Nghiên cứu sự làm việc của ống dẫn trong nền san hô chịu tác dụng
đồng thời của áp lực trong ống và SXK do nổ gây ra. Mô hình tính của
bài toán đặt ra được xây dựng trên các giả thiết sau:
- Vật liệu ống biến dạng đàn hồi tuyến tính. Chỉ nghiên cứu sự làm
việc của ống – nền sau khi ống dẫn đã được hạ ổn định vào nền san hô.
- Mỗi lớp nền là vật liệu đồng nhất, đẳng hướng, đàn hồi tuyến tính.
Lớp đất bù là đồng nhất.
4
- Hệ ống dẫn và nền làm việc trong điều kiện biến dạng phẳng. Liên
kết giữa ống dẫn và nền san hô, giữa lớp nền gốc và lớp đất bù được
thay thế bằng liên kết nút giữa các phần tử biến dạng phẳng thông qua
liên kết với phần tử tiếp xúc. Liên kết tiếp xúc giữa ống dẫn và nền san
hô, giữa lớp đất bù và lớp nền gốc là liên kết một chiều.
- Bỏ qua ảnh hưởng tốc độ di chuyển dọc trong ống của áp suất.
Để giải bài toán, tác giả luận án sẽ sử dụng phương pháp PTHH.
2.3. ThuËt to¸n PTHH gi¶i bµi to¸n
2.3.1. Mô hình PTHH của bài toán
Tách từ hệ thực bán vô hạn ra một miền hữu hạn bao gồm ống dẫn và
một phần nền gọi là miền nghiên cứu (Hình 2.2), miền nghiên cứu được
xác định thông qua phương pháp lặp. Mô hình PTHH thể hiện như trên
hình 2.2b, trong đó phần ống dẫn và nền được thay thế bởi phần tử biến
dạng phẳng dạng tam giác và tứ giác, còn lớp tiếp xúc giữa bề mặt ống
dẫn, giữa lớp đất bù và lớp nền nguyên thổ được thay thế bởi phần tử
tiếp xúc phẳng 4 điểm nút.
a, Mô hình thực của hệ
b, Mô hình tính của hệ
Hình 2.2. Mô hình bài toán và sơ đồ tính
5
2.3.2. Các phần tử sử dụng
2.3.2.1. Phần tử tiếp xúc (PTTX):
Hình 2.4 biểu diễn mô hình PTTX sử dụng trong luận án. Mô hình hình
học là dạng hình chữ nhật 4 hoặc 6 nút (Hình 2.4a). Khi có ứng suất pháp
và ứng suất tiếp theo các phương và trong hệ toạ độ cục bộ phần
tử, xuất hiện biến dạng pháp tuyến và biến dạng tiếp tuyến .
a,
b,
c,
Hình 2.4. Sơ đồ phần tử tiếp xúc của Goodman (1 6 là ký hiệu các nút)
a, Sơ đồ hình học của phần tử tiếp xúc; b, Quan hệ ứng suất pháp tuyến và biến dạng
pháp tuyến; c, Quan hệ ứng suất tiếp tuyến và biến dạng tiếp tuyến
Quan hệ số gia ứng suất - biến dạng: Dse
(2.1)
k 0
Trường hợp biến dạng phẳng: Dse
(2.2)
0 k
với k và k là độ cứng pháp tuyến và phương tiếp tuyến của phần tử.
Quan hệ giữa số gia chuyển vị với các số gia biến dạng:
(2.8)
Bse Use ,
T
Ma trận độ cứng phần tử: Kse Bse Dse Bse det J d (2.9)
2.3.2.2. Phần tử biến dạng phẳng:
Phần tử biến dạng phẳng được sử dụng ở đây là loại phần tử tam giác 3
điểm nút và tứ giác 4 điểm nút, mỗi nút có 2 bậc tự do ui, vi. Các phương
trình quan hệ đối với loại phần tử này đã được trình bày trong các tài liệu
về phương pháp PTHH, ở đây tác giả xin phép không trình bày.
2.3.3. Phương trình giải bài toán tương tác ống dẫn – nền san hô chịu
tải trọng động
Dưới tác dụng của tải trọng động, hệ kết cấu ống dẫn và nền san hô
chuyển động với phương trình có dạng sau:
6
M U CU U K U U R ,
với: M - ma trận khối lượng, CU M K U
(2.31)
ma trận cản:
2
, 12 (1, 2 là 2 tần số đầu tiên trong dao động tự
1 2
do; là tỷ số cản kết cấu), K K U là ma trận độ cứng, R là véc
tơ ngoại lực nút của hệ. Sau mỗi khoảng thời gian tính, tuỳ thuộc vào
trạng thái nội lực trên PTTX, nếu xuất hiện tách, trượt, ma trận độ cứng
được cập nhật lại, nghĩa là: K K U , do đó C CU , lúc này
(2.31) là phương trình phi tuyến.
2.3.4. Thuật toán PTHH giải bài toán:
Phương trình phi tuyến (2.31) được giải bằng việc kết hợp tích phân trực
tiếp Newmark và lặp Newton – Raphson. Sơ đồ thuật toán như hình 2.8.
Hình 2.8. Sơ đồ thuật toán giải bài toán tương tác giữa ống dẫn và nền san hô
7
2.5. Chương trình tính và kiểm tra độ tin cậy của chương trình
2.5.1. Giới thiệu chương trình:
Với các thuật toán đã nêu trên, tác giả tiến hành lập trình tính toán bài
toán tương tác ống dẫn – nền san hô chịu tải trọng động. Chương trình
có tên PIPE_CORAL_2011, được viết bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.
2.5.2. Kiểm tra độ tin cậy của chương trình:
Để kiểm tra độ tin cậy của chương trình PIPE_CORAL_2011 đã lập,
tác giả thực hiện theo 2 con đường:
- So sánh kết quả tính bằng chương trình đã lập với kết quả bài toán
tương tự với công trình đã được tác giả nước ngoài công bố (Tín hiệu 1);
- So sánh kết quả tính bằng chương trình đã lập với kết quả nghiên
cứu thực nghiệm (Tín hiệu 2).
Trong phần này, tác giả tính toán so sánh với công trình của Akinola
J. Olarewaju, N.S.V. Kameswara Rao, Md. A. Mannan [25,(2010)] đã
công bố (tín hiệu 1). Đây là công trình được các tác giả tính toán bằng
phương pháp PTHH theo mô hình khối, trong đó không xét đến sự tách,
trượt giữa bề mặt ống dẫn và nền. Việc so sánh với kết quả thí nghiệm,
xác định tín hiệu 2 sẽ được tác giả trình bày trong chương 4 của luận án.
Tác giả giải bài toán với số liệu xuất phát và điều kiện như trong
[25], mô hình bài toán như hình 2.9.
Hình 2.9. Mô hình bài toán [25]
Thông số nền: Gồm 3 lớp giống nhau, vật liệu đồng nhất, đẳng hướng,
môđun đàn hồi biến dạng dài Es = 104Mpa, hệ số Poisson = 0,3, khối
lượng riêng vật liệu s = 4600kg/m3.
8
Thông số của ống dẫn: Đường kính D = 1m, chiều dày t = 0,01m,
môđun đàn hồi biến dạng dài Ep = 106Gpa, hệ số Poisson p = 0,2, khối
lượng riêng p = 7800kg/m3.
Thông số tải trọng: Ngoài tải trọng bản thân, ống chịu áp lực sóng nổ
dạng sóng xung kích phân bố đều mặt trong của ống, hàm tải trọng:
t
p t p max 1 khi 0 t
, với pmax = 30Mpa, = 0,025s.
p t 0
khi t
Tính toán với 3 độ sâu khác nhau của ống dẫn, tương ứng với các tỷ
số: H/D = 1, H/D = 2, H/D = 3. Kết quả chuyển vị đứng lớn nhất
U max [cm] theo phương đứng của ống dẫn (điểm đỉnh, mặt ngoài ống)
y
được so sánh giữa 2 phương pháp thể hiện như trong bảng 2.3.
Bảng 2.3. Kết quả so sánh kiểm tra chương trình tính
U max [cm]
y
Phương pháp
Olarewaju, Rao, Mannan [25]
PIPE_CORAL_2011
Sai số (%)
H/D = 1
4,08
3,96
2,94
H/D = 2
3,46
3,39
2,02
H/D = 3
2,76
2,71
1,81
Với sai số từ 1,81% đến 2,94% như kết quả so sánh trên, có thể nhận
thấy đây là một tín hiệu khẳng định sự tin cậy của chương trình
PIPE_CORAL_2011 đã lập (Tín hiệu 1).
2.6. Kết luận chương 2
Trong chương này đã đạt được các nội dung chính sau:
- Xây dựng, đề xuất mô hình và phương pháp giải bài toán tương tác
giữa ống dẫn và nền san hô bằng phương pháp PTHH trong đó sử dụng
phần tử biến dạng phẳng kết hợp phần tử tiếp xúc mô tả sự tách, trượt
giữa kết cấu và nền, giữa phần đất bù với phần nền nguyên thuỷ.
- Xây dựng thuật toán, chương trình tính giải bài toán tương tác động
lực học giữa ống dẫn và nền san hô.
- Tính toán trên ví dụ cụ thể, so sánh kết quả tính với kết quả của tác
giả khác trên thế giới, xác định tính tin cậy của chương trình đã lập.
9
Ch¬ng 3: KH¶O S¸T MéT Sè YÕU Tè ¶NH H¦ëng ®Õn sù
lµm viÖc cña èng dÉn trong nÒn san h«
3.1. Đặt vấn đề
Trên cơ sở tính toán ví dụ số bài toán ống dẫn làm việc trong nền san
hô, trong chương này trình bày kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh
hưởng đến sự làm việc của ống dẫn cho phép lựa chọn các thông số hợp
lý nhằm nâng cao khả năng làm việc của ống dẫn trong nền san hô.
3.2. Ví dụ số
3.2.1. Bài toán 1: Tương tác ống dẫn – nền san hô chịu tác dụng của
SXK, khi không có áp lực trong ống
Thông số ống dẫn: d = 1,8m, D = 2m, ống nằm trong nền san hô ở độ
sâu 4m, vật liệu Ep = 2,1107N/cm2, p = 0,3 và p = 7,8103kg/m3. Tải
trọng SXK phân bố đều lên bề mặt nền (hình 3.1), = 0,05s.
Thông số nền: Gồm 4 lớp, đặc trưng cơ lý của vật liệu như bảng 3.1.
Góc mở phần đất đào = 600, chiều dày lớp đệm h = 0,2m.
Điều kiện biên: Liên kết gối cố định tại đáy và gối di động theo
phương đứng tại biên hai bên.
Thời gian tính toán tcal = 4, sai số biên miền nghiên cứu = 0,5%, sai
số tính toán D = 0,25%.
Hình 3.1. Mô hình bài toán
Hình 3.2. Hàm tải trọng
10
Bảng 3.1. Đặc trưng vật liệu nền san hô
Lớp Độ sâu (m) Ef (N/cm2)
fms
f
f(kg/m3)
1
2
0,21
0,28105 0,22
2,5103
5
3
2
6
0,25
0,32
2,1010
2,810
5
3
3
10
0,25
0,41
20,010
2,910
5
3
4
16
0,25
0,47
2,6010
2,010
5
3
Đất bù
0,25
0,45
25,010
3,210
5
3
Lớp đệm
0,24
0,45
40,010
4,810
Tỷ số cản
0,05
Kết quả đáp ứng chuyển vị, ứng suất tại các điểm tính thể hiện như
trên các hình 3.4, 3.5, 3.6 và 3.7 sau.
0.2
0
-0.2
Chuyen vi U [cm]
y
-0.4
-0.6
Diem A
-0.8
Diem B
-1
-1.2
-1.4
-1.6
-1.8
-2
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.4. Quan hệ chuyển vị U y - t (tại A, B)
0.025
Diem C
Diem D
0.02
0.015
Chuyen vi Ux [cm]
0.01
0.005
0
-0.005
-0.01
-0.015
-0.02
-0.025
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
Thoi gian t[s]
Hình 3.5. Quan hệ chuyển vị U x - t (tại C, D)
0.2
11
1400
Diem A
Diem B
1200
Ung suat xicmax[N/cm2]
1000
800
600
400
200
0
-200
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.6. Quan hệ ứng suất x - t (tại A, B)
2000
0
Xicmay[N/cm2]
-2000
-4000
Diem C
Diem D
-6000
-8000
-10000
-12000
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.7. Quan hệ ứng suất y – t (tại C, D)
3.2.2. Bài toán 2: Tương tác ống dẫn – nền san hô chịu SXK, p = p0 = 5N/cm2
0.2
0
Chuyen vi dung Uy [cm]
-0.2
-0.4
Diem A:p=0
-0.6
Diem A:p=5
Diem B:p=0
-0.8
Diem B:P=5
-1
-1.2
-1.4
-1.6
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.8. Quan hệ chuyển vị Uy – t (tại A, B)
12
0.02
Diem C:p=0
Diem C:p=5
Diem D:p=0
0.015
Diem D:p=5
Chuyen vi ngang Ux [cm]
0.01
0.005
0
-0.005
-0.01
-0.015
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.9. Quan hệ chuyển vị Ux – t (tại C, D)
1200
Diem A:p=0
Diem A:p=5
Diem B:p=0
1000
Diem B:p=5
Xicmax[N/cm2]
800
600
400
200
0
-200
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.10. Quan hệ ứng suất x – t (tại A, B)
3.2.3. Bài toán 3: Ống dẫn – nền san hô chịu SXK, p(t) = pcos2ft
Giải bài toán như trên, biên độ p = 5N/cm2, tần số f = 20Hz.
0.2
0
Chuyen vi dung Uy[cm]
-0.2
-0.4
Diem A:p=0
Diem A:p=5
-0.6
Diem A:p=pcos(2pif t)
Diem B:p=0
-0.8
Diem B:p=5
Diem B:p=pcos(2pif t)
-1
-1.2
-1.4
-1.6
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.12. Quan hệ Uy – t (tại điểm A, B)
13
0.02
Diem C:p=0
Diem C:p=5
Diem C:p=pcos(2pift)
0.015
Diem D:p=0
Diem D:p=5
Diem D:p=pcos(2pift)
Chuyen vi ngang Ux [cm]
0.01
0.005
0
-0.005
-0.01
-0.015
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
Thoi gian t[s]
Hình 3.13. Quan hệ Ux - t (tại C, D)
3.3. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của ống
Để khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự làm việc của ống dẫn
trong nền san hô, đối với bài toán xuất phát tác giả xét là trường hợp bài
toán 2 (mục 3.2.2) đã trình bày ở trên.
3.3.1. Ảnh hưởng của cường độ áp suất trong ống:
Giải bài toán với trường hợp áp suất trong p của ống thay đổi từ 0
N/cm2 đến 100N/cm2. Kết quả thể hiện như trên các hình 3.16 đến 3.19:
1.5
C h u y e n v i d u n g U yma x [c m ]
1.25
1
0.75
0.5
0.25
Diem A
Diem B
0
0
250
500
750
1000
1250
Ap suat trong ong p[N/cm2]
Hình 3.16. Quan hệ U max - p tại điểm A và B
y
1500
14
0.1
0.09
0.08
Chuyen vi Ux
max
[cm]
0.07
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
0
250
500
750
1000
1250
1500
Ap suat trong ong p[N/cm2]
Hình 3.17. Quan hệ U max - p tại điểm C
x
3000
Diem A
Diem B
2000
Ung suat (Xicmax)
max
[N/cm 2]
2500
1500
1000
500
0
0
250
500
750
1000
1250
1500
2
Ap suat trong ong p[N/cm ]
Hình 3.18. Quan hệ max - p tại điểm A và B
x
10000
9000
Ung suat (Xicmay)
max
[N/cm 2]
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
250
500
750
1000
1250
2
Ap suat trong ong p[N/cm ]
Hình 3.19. Quan hệ max - p tại điểm C
y
1500
15
Nhận xét: Cường độ áp suất trong của ống ảnh hưởng đến chuyển vị
và ứng suất tại các điểm tính thuộc ống là không đáng kể.
- Chuyển vị đứng tại điểm A giảm, tại điểm B tăng, song mức độ thay
đổi không đáng kể (3,6% - tại A, 2,7% - tại B). Trong khi đó chuyển vị
ngang tại các điểm C, D tăng với mức độ lớn hơn (2,96 lần).
- Ứng suất tại điểm A và B đều có xu hướng tăng, song cũng không
nhiều (2,5 lần). Tại điểm C và D, ứng suất giảm không nhiều (27,3%)
3.3.2. Ảnh hưởng của độ cứng lớp đệm:
Sự thay đổi độ cứng lớp đệm đàn hồi được xem xét trên cơ sở thay đổi
môđun đàn hồi Eb từ 25105N/cm2 đến 50105N/cm2.
3
Diem A
Diem B
Chuyen vi lon nhat (Uy )max[cm]
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2.5
3
3.5
4
4.5
Modun dan hoi Eb[N/cm2]
5
6
x 10
Hình 3.20. Quan hệ U max - Eb tại điểm A và B
y
0.035
Chuyen vi lon nhat (Ux )max[cm]
0.03
0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
2.5
3
3.5
4
Modun dan hoi Eb[N/cm2]
4.5
5
6
x 10
Hình 3.21. Quan hệ U max - Eb tại điểm C và D
x
16
1200
Diem A
Diem B
Ung suat (xicmax)max[N/cm2]
1150
1100
1050
1000
950
900
2.5
3
3.5
4
4.5
Modun dan hoi Eb[N/cm2]
5
x 10
6
Hình 3.22. Quan hệ max - Eb tại điểm A và B
x
9100
Ung suat lon nhat (xicmay)max[N/cm2]
9050
9000
8950
8900
8850
8800
8750
8700
2.5
3
3.5
4
4.5
Modun dan hoi Eb[N/cm2]
5
6
x 10
Hình 3.23. Quan hệ max - Eb tại điểm C
y
Nhận xét: Khi môđun đàn hồi lớp đệm thay đổi như trên, chuyển vị
tại A và B đều giảm với mức độ lớn (50,4% 51%), chuyển vị ngang tại
các điểm C, D tăng với mức độ cũng lớn (55,6%). Ứng suất tại A giảm,
tại điểm B tăng với mức độ bé (0,47%), ứng suất tại điểm C, D tăng.
3.3.3. Ảnh hưởng của lớp nền chứa ống dẫn:
Môđun đàn hồi Efp của lớp nền chứa ống dẫn biến thiên từ 0,9105 [N/cm2]
đến 2,7105 [N/cm2]. Kết quả:
17
1.6
1.4
[cm]
1.2
Chuyen vi (U )
y max
1
0.8
0.6
0.4
0.2
Diem A
Diem B
0
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
Modun dan hoi Efp[N/cm2]
3
5
x 10
Hình 3.24. Quan hệ U max – Efp tại điểm A và B
y
0.021
0.02
Chuyen vi ngang (Ux)max[cm]
0.019
0.018
0.017
0.016
0.015
0.014
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
Modun dan hoi Efp[N/cm2]
3
5
x 10
Hình 3.25. Quan hệ U max – Efp tại điểm C, D
x
1140
1120
1100
Ung suat xicmax[N/cm2]
1080
1060
1040
1020
1000
980
960
Diem A
940
Diem B
920
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
Modun dan hoi Efp[N/cm2]
2.4
2.6
2.8
3
5
x 10
Hình 3.26. Quan hệ max - Efp tại điểm A và B
x
18
8970
8968
8966
Ung suat xicmay[N/cm2]
8964
8962
8960
8958
8956
8954
8952
8950
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
Modun dan hoi Efp[N/cm2]
2.8
3
5
x 10
Hình 3.27. Quan hệ max - Eb tại điểm C, D
y
3.3.4. Ảnh hưởng của vật liệu ống:
Môđun đàn hồi vật liệu ống Ep biến thiên [0,052,1]107N/cm2.
1.8
Diem A
Diem B
1.7
Chuyen vi dung (U )
y max
[cm]
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1
0
0.5
1
1.5
2
Modun dan hoi Ep[N/cm2]
2.5
7
x 10
Hình 3.28. Quan hệ U max – Ep tại điểm A và B
y
0.021
0.02
Chuyen vij ngang (U )
x max
[cm]
0.019
0.018
0.017
0.016
0.015
0.014
0.013
0
0.5
1
1.5
Modun dan hoi Ep[N/cm2]
2
2.5
7
x 10
Hình 3.29. Quan hệ U max – Ep tại điểm C
x
19
1200
Ungs suat (xicmax)max[N/cm2]
1100
1000
900
800
700
600
Diem A
Diem B
500
0
0.5
1
1.5
2
Modun dan hoi Ep[N/cm 2]
2.5
7
x 10
Hình 3.30. Quan hệ max - Ep tại điểm A và B
x
12000
Ung suat (xicmay)max[N/cm2]
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
0.5
1
1.5
Modun dan hoi Ep[N/cm2]
2
2.5
7
x 10
Hình 3.31. Quan hệ max - Ep tại điểm C và D
y
Nhận xét: Chuyển vị đứng tại điểm A và chuyển vị ngang tại điểm C,
D giảm với mức độ giảm khá lớn (11,87% - điểm A và 6,22% - điểm C,
D), tại điểm B chuyển vị đứng tăng nhẹ khi môđun đàn hồi ống tăng
(2,26%). Ứng suất pháp tại điểm A và B đều có xu hướng tăng.
3.3.5. Ảnh hưởng của lớp nền trên cùng:
Giải bài toán với môđun đàn hồi Ef1 của lớp nền số 1 (Hình 3.1) biến
thiên từ 0,08105 N/cm2 đến 1,08105 N/cm2. Kết quả như sau:
20
1.8
Diem A
Diem B
1.6
[cm]
1.4
Chuyen vi dung (U )
y max
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
6
8
10
12
Modun dan hoi Ef1[N/cm2]
4
x 10
Hình 3.32. Quan hệ U max – Ef1 tại điểm A và B
y
0.025
Chuyen vi (U )
x max
[cm]
0.02
0.015
0.01
0.005
0
0
2
4
6
8
10
12
Modun dan hoi Ef1[N/cm2]
4
x 10
Hình 3.33. Quan hệ U max – Ef1 tại điểm C và D
x
3.3.6. Ảnh hưởng của độ dốc taluy phần đất đào:
Góc mở độ dốc taluy phần đất đào biến thiên từ 00 đến 700, kết quả:
1.45
1.4
Chuyen vi (U )
y max
[cm]
1.35
1.3
1.25
Diem A
Diem B
1.2
1.15
1.1
1.05
1
0
10
20
30
40
50
60
70
Goc mo beta[do]
Hình 3.36. Quan hệ U max – tại điểm A và B
y
- Xem thêm -