TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÁP TRỤ - PHÂN TÍCH PHI TUYẾN HÌNH HỌC & VẬT LIỆU
Viết bởi Đặng Thị Phương Uyên – P. TK Xây dựng   
Thứ hai, 26 Tháng 11 2012 13:30

Trong hầu hết thực tiễn thiết kế kết cấu trụ thép truyền tải điện hiện nay tại Việt Nam đều thiết kế dựa vào phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính. Phân tích bậc một giả thiết rằng biến dạng tỷ lệ với lực tác dụng, và quan hệ giữa lực và chuyển vị ở bất cứ thời điểm nào cũng là một đường thẳng. Một điểm nổi bậc và thuận lợi của phương pháp này là sự phù hợp của nguyên lý cộng tác dụng trong những trường hợp khác nhau. Tuy nhiên cách phân tích này không cung cấp bất cứ công thức nào về sự ổn định và khả năng chịu lực thực tế của kết cấu. Người thiết kế phải dựa vào một số công thức tải trọng mất ổn định Euler để kiểm tra sự chịu nén dọc trục của kết cấu và khống chế sự làm việc của tất cả các thanh bởi chiều dài hữu hiệu bằng hệ số uốn dọc φ. Ngoài ra, độ cứng của một cấu kiện mảnh phụ thuộc vào ứng suất có trước (ứng suất dư) đã bị bỏ qua trong phân tích phi tuyến bậc một.

Do vậy trong hấu hết tất cả thiết kế hiện nay, việc phân tích theo công thức đàn hồi tuyến tính để xác định kết quả nội lực và chuyển vị và dùng các công thức thiết kế đơn giản để kể đến tác động phi tuyến vật liệu và hình học dưới dạng không tường minh. Mặc dù cách làm này tương đối đơn giản và đáp ứng được một phần nào đó về tiến trình công nghiệp hóa thực tiễn của Việt Nam hiện nay.

Phân tích phi tuyến hình học là phân tích có kể đến ảnh hưởng do sự biến đổi hình học và ứng suất khởi tạo trong cấu kiện. Phân tích phi tuyến hình học thường cần đến một thủ tục lặp theo cách gia tải từng bước do sự thay đổi hình học của kết cấu khi không được biết sự thành lập phương trình cân bằng và những quan hệ động học. Dạng hình học của các kết cấu ở bước tính toán trước được làm cơ sở cho sự việc thành lập phương trình cân bằng và quan hệ động học cho bước tính toán hiện tại. Có rất nhiều công thức tính toán và sự lặp đi lặp lại việc tính toán các ma trận độ cứng và vectơ tải phần tử, sau đó ghép nối vào ma trận độ cứng và vectơ tải tổng thể, giải hệ phương trình tuyến tính nhiều ẩn số tìm ra được kết quả khảo sát.

Khi làm việc thực tế toàn bộ tháp trụ thép truyền dẫn không làm việc một cách đứng yên như hệ ban đầu đã giải theo phương pháp đàn hồi mà bản thân trụ có sự dao động cộng với sự chuyển động do dây dẫn làm nên một chuyển vị lớn ngay trên đầu tháp. Do vậy, mô phỏng sự làm việc này không thể dựa vào phương pháp phân tích đàn hồi tuyến tính mà lúc này đòi hỏi nhà thiết kế phân tích sâu hơn, mô phỏng mô hình thỏa điều kiện thực tế hơn để kết quả thiết kế được chính xác và an toàn.

Sự phân tích cấu trúc chính xác của trụ thép dẫn điện thì khá phức tạp bởi vì cấu trúc không gian 3D và sự cấu tạo hình học bất đối xứng của các thanh thép giằng. Sự ảnh hưởng của phi tuyến hình học và vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cách thức làm việc sau cùng của kết cấu.

Vào năm 1991, hai giáo sư của trường đại học Queensland, St Lucia, Queensland, 4072 Australia là F. G. A. Al-Bermani và Kitipornchai đã cùng với viện nghiên cứu Australia research Council (ARC) trong dự án Project Grant No. 834 và The Australia Electricity supply Industry Research Board (AESIRB) thí nghiệm, phân tích và nghiên cứu Phân tích phi tuyến của trụ thép truyền dẫn điện năng”. Bài báo này mô tả phương pháp phân tích phi tuyến với hệ số tải trọng chính xác nhất tác động đến sự làm việc tới hạn sử dụng. Sự phát triển phần mền AK TOWER được sử dụng để phỏng đoán cách thức vận hành của cấu trúc tới hạn trụ ở Australia.

Mô hình của phân tích phi tuyến vật liệu cho các thanh cánh dựa vào sự giả định và sự kết hợp của lý thuyết dẻo với khái niệm của một miền dẻo trong không gian lực. Việc tính toán ứng suất trong cấu trúc thông thường bao gồm phân tích tuyến tính dẻo khi mà các thành phần giả định là tải trọng dọc trục cho hầu hết phần lớn các trường hợp, liên kết khớp.

Một nghiên cứu gần đây bởi viện nghiên cứu Electric power Research Institute (EPRI) đã chỉ ra rằng quá trình thiết kế hiện thời chỉ một phần quan trọng phục vụ tốt cho quá trình công nghiệp. Tuy nhiên, các dữ liệu cho quá trình phân tích tổng thể cách thức làm việc của trụ dưới các tình huống tải phức tạp không thể sử dụng phỏng đoán nhất quán đặc tính kỹ thuật hiện tại. Kết quả điều tra bởi EPRI hầu hết chỉ ra rằng vượt qua 57 trường hợp tải trọng được xây dựng, có 23% tải trọng phá hoại sớm theo kinh nghiệm.

Chính những nguyên nhân này, có một sự cần thiết để phát triển một phương pháp phỏng đoán khả năng phân tích cách thức làm việc cấu trúc tới hạn của trụ thép chính xác hơn phương pháp phân tích hiện tại (phân tích dàn đàn hồi tuyến tính 3D). Như một sự cân chỉnh đặc tính kỹ thuật sẽ được cung cấp cho nhà thiết kế hiểu hơnvề cách thức làm việc của trụ và sẽ thiết kế cho một cấu trúc kinh tế hơn bởi một số lượng lớn các trụ thép thiết kế giống nhau.


Hình 1:
Mô hình phá hoại trụ thép thử nghiệm

Như vậy, có thể nói rằng để đảm bảo khả năng chịu lực của trụ thép trong đường dây tải điện. Chúng ta không thể thiết kế theo những phương pháp đàn hồi tuyến tính như hiện nay mà đòi hỏi nhà thiết kế phải hiểu sâu rộng hơn các nguyên lý thuyết kế, các công thức áp dụng để thiết kế trụ được chính xác, an toàn và bền vững. Phỏng đoán được sự phá hoại của trụ để kịp thời kiểm tra và khắc phục hậu quả. Không những thế nó còn đỏi hỏi một chương trình thiết kế hợp lý để mô phỏng sự làm việc này. Và đây cũng đang là câu hỏi, là bài toán đặt ra trong bối cảnh, điều kiện phát triển của Việt nam hiện nay.

 


Các tin khác:


banner_biendao_798x134

Thăm dò nhận xét

Theo quý vị đánh giá chất lượng dịch vụ tư vấn của Công ty là:
 

Tìm trên Google

Đăng nhập



Tìm kiếm

Hỗ trợ trực tuyến

Liên kết website

EOffice

Tổng lượt truy cập

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter