Phân tích độ tin cậy của cống tân đệ thuộc hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình

Bài viết Phân tích độ tin cậy của cống tân đệ thuộc hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình nghiên cứu giới thiệu một số giải pháp đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn về độ tin cậy cho cống Tân Đệ trong trường hợp cống cần được nâng cấp sửa chữa hoặc xây mới.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA CỐNG TÂN ĐỆ THUỘC HỆ THỐNG THỦY LỢI NAM THÁI BÌNH Nguyễn Lan Hương1, Nguyễn Quang Hùng1 Trường Đại học Thủy lợi, e-mail: lanhuong@tlu.edu.vn ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, cơng trình thủy lợi Việt Nam chủ yếu thiết kế theo phương pháp tất định phân tích hệ số an toàn Mức độ an toàn hệ thống đánh giá thơng qua tốn thủy lực, ổn định độ bền, tiêu kỹ thuật cơng trình mơ qua khả tháo, khả chịu tải cơng trình Hiện nay, nhiều nước tiên tiến giới sử dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên tiêu chuẩn độ tin cậy để đánh giá an tồn cơng trình Do đó, tốn tiếp cận với thực tế phương pháp ngẫu nhiên xét đầy đủ mức độ ảnh hưởng tính biến đổi ngẫu nhiên tính chất vật liệu xây dựng đất tải trọng đến trạng thái kết cấu Phương pháp ngồi việc tính độ tin cậy an tồn cho hệ thống cịn tiền đề cho q trình phân tích rủi ro sau Việt Nam có nhiều nghiên cứu độ tin cậy cho cơng trình thủy lợi ứng dụng lý thuyết ngẫu nhiên để tính độ tin cậy cho hệ thống cống lộ thiên chưa đề cập đầy đủ Bài báo giới thiệu phương pháp tính độ tin cậy cho cống lộ thiên Tân Đệ thuộc hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình theo lý thuyết ngẫu nhiên cấp độ II, từ phân tích kết độ tin cậy mức độ ảnh hưởng cố đến độ tin cậy chung hệ thống thông qua việc so sánh với tiêu chuẩn độ tin cậy Nga Trung Quốc Để nâng cao độ tin cậy cho cống Tân Đề, nghiên cứu giới thiệu số giải pháp đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn độ tin cậy cho cống Tân Đệ trường hợp cống cần nâng cấp sửa chữa xây XÁC SUẤT AN TOÀN CỦA CỐNG TÂN ĐỆ 2.1 Hiện trạng cống Tân Đệ - Cống Tân Đệ cống lộ thiên cấp I thuộc hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình, cống xây dựng xã Tân Lập, huyện Vũ Thư, Tỉnh Thái Bình năm 2006 Cống có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 2291ha đất canh tác huyện Vũ Thư, bổ sung nguồn nước cịn thiếu cho hệ thống Nam Thái Bình, kết hợp lấy phù sa từ sông Hồng phục vụ giao thông thủy Hệ thống cống Tân Đệ gồm phần [1]: - Thân cống: Chiều rộng thông nước B = 8,5m), chia làm cửa: cửa rộng 5,5m, kiểu lộ thiên kết hợp thông thuyền; cửa bên kiểu cống ngầm, kích thước cửa B x H =(1,5x2,6)m Cầu giao thông cống tải trọng H30-X80 - Tuyến kênh thượng lưu dài 525m, kênh đất, mặt cắt hình thang có Bđ = 12m; m = - Tuyến kênh hạ lưu dài 1653m kênh đất, mặt cắt hình thang có Bđ=12m; m=2,0, kênh có hệ thống cầu cơng trình kênh 2.2 Cây cố cống Hàng năm cống Tân Đệ có số hư hỏng nhỏ tu bổ sửa chữa phần lớn hạng mục cống vận hành ổn định Theo số liệu quan trắc đánh giá trạng cống, nghiên cứu thực đánh giá độ tin cậy cống Tân Đệ cho chế cố: thân cống bị trượt phẳng; thân cống bị lật quanh trục chân khay hạ lưu; cống không đủ khả chịu tải; đáy cống bị xói; cọc đáy 186 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 cống không đủ khả chịu tải mái kênh cửa cống bị trượt sâu 2.3 Xây dựng hàm tin cậy Mỗi chế phá hoại thiết lập hàm tin cậy Z, hàm biểu thị mối quan hệ sức chịu tải tải trọng tác dụng vào cơng trình (1) Cống bị trượt phẳng Z1  t g d  P  Wth   Wtt  m1Eb (1) + L.B.C  (WT  E c  WH ) (2) Cống bị lật Trong đó:  số độ tin cậy;     hàm phân bố chuẩn; - Các chế cố liên kết với theo cổng “hoặc”, xác suất an toàn cống Tân Đệ tính theo (8): n i 1    ( d  4)  5886  106, 07.tg (45  d   33738 L TT Các chế cố Cống bị trượt phẳng Cống bị lật Nền cống không đủ khả chịu tải Cọc đáy cống không đủ khả chịu tải Xói ngầm cửa cống Mái kênh bị trượt sâu ĐTC cống PatCT  )  (3) Nền cống cuối mũi cọc không đủ khả chịu tải Z 3.1  m.( A. b  B q  D.C TC )  G 6e  G 6e  0,5  (1  )  (1  )  F L F L  m  m Z3.2  1, 2.m.( A. b  B q  D.C TC )   G (1  6e ) Fm (8) Bảng Độ tin cậy cống Tân Đệ (2)  52818, 01. bt  346329, 05  Trong đó: Pi - Xác suất an toàn chế cố tính (7); n: số chế cố xảy với cống lộ thiên Z  ( M p + M E B + M w HL  M Pn  M Pd )  (M w TL  M w tt +M w th  M E c )  PatCT     Pati (3.1) Pat 0.99188 0.999998 0.9822 0.99414 0.9870 0.99865 0.95396 2.5 Phân tích kết (3.2) L (4) Cọc đáy cống không đủ khả chịu tải Z 4.1  Pc  Pmax Z 4.2  Pmin (4) P M y * xmax M x * ymax Pmax,min    (4.1) n xi yi (5) Xói ngầm cửa cống   d   n  1  n     (5) Z5   H  0,5.n   Ttt   i   (6) Mái kênh bị trượt sâu Z  K  (6) 2.4 Xác suất an toàn cống - Xác suất an toàn chế cố [2] Pat  P  Z        (7) - Với số liệu thu thập từ hệ thống cống Tân Đệ, nghiên cứu tính độ tin cậy cống Pat = 0.95396 hay số độ tin cậy   1.69 Hiện tại, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn cụ thể độ tin cậy cho phép cho công trình thủy lợi, nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn độ tin cậy Nga Trung Quốc để so sánh + Theo tiêu chuẩn Nga [3]: xác suất an toàn cống Tân Đệ lớn xác suất an toàn cho phép Pat  0.95396  [P]  0.95 , nên kết luận: Cống Tân Đệ làm việc an tồn tính theo lý thuyết độ tin cậy + Theo tiêu chuẩn độ tin cậy Trung Quốc [4], Pat  0.95396  [ P ]  0.99653 hay   1.69      2.7 , cống làm việc khơng an tồn theo tiêu chuẩn độ tin cậy nên cần có giải pháp để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống - Phân tích mức ảnh hưởng chế cố đến an tồn cống hình 1: 187 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 + Các chế cố: Nền cống không đủ khả chịu tải (39.32%), xói ngầm đáy cống (28.72%) cống bị trượt phẳng (17.94%) có ảnh hưởng nhiều đến độ tin cậy cống Do đó, cần nâng cấp độ tin cậy cống trình sửa chữa định kỳ cống cần quan tâm nhiều đến chế cố + Các chế cịn lại có ảnh hưởng khơng đáng kể đến an toàn cống đến độ tin cậy cống thiết kế cần nâng cấp, sửa chữa hệ thống đầu mối - Bố trí thiết bị quan trắc, đo đạc để: phát sớm nguy cố xảy với cống; đo liệt số liệu đủ dài BNN - Bảo dưỡng sửa chữa định kỳ thiết bị cống nghiêm túc, thường xuyên, tuân thủ nguyên tắc kỹ thuật - Tổ chức quản lý vận hành để không xảy hoạt động như: Nổ mìn gây chấn động đến cống; Vận tải qua cơng trình xe có tải trọng lớn vượt tải trọng cho phép - Đào tạo đội ngũ cán quản lý vận hành có hiểu biết kỹ thuật máy móc thiết bị thủy lợi hiểu rõ quy trình vận hành cống KẾT LUẬN Hình Ảnh hưởng chế cố đến độ tin cậy cống Tân Đệ - Phân tích ảnh hưởng biến ngẫu nhiên (BNN) đến độ tin cậy chế cố hình + Độ rỗng (n) chênh lệch cột nước thượng hạ lưu cống (H) có ảnh hưởng lớn đến cố xói cửa cống, BNN cịn lại: T, ,  có ảnh hưởng nhỏ nhiều + Dung trọng bê tông, chiều dài đáy cống lực dính đơn vị đất BNN có ảnh hưởng chủ yếu đến chế trượt phẳng thân cống, chiếm 95% Các BNN cịn lại có ảnh hưởng khơng đáng kể Hình Ảnh hưởng Hình Ảnh hưởng biến ngẫu BNN đến cố nhiên đến cố xói trượt phẳng thân cống ngầm đáy cống CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO CỐNG TÂN ĐỆ - Phân bổ độ tin cậy trọng số thích hợp cho chế cố có ảnh hưởng lớn Nghiên cứu giới thiệu phương pháp đánh giá độ tin cậy cho cống lộ thiên Tân Đệ – Thái Bình theo lý thuyết ngẫu nhiên cấp độ II Sử dụng tiêu chuẩn độ tin cậy Nga Trung Quốc để so sánh có nhận xét định hướng nguyên nhân gây cố cống, phân tích ảnh hưởng biến ngẫu nhiên đến chế cố cống Trên sở đề xuất số giải pháp an toàn để nâng cao độ tin cậy cống cần thiết phải tu sửa, nâng cấp thiết kế hệ thống cống lộ thiên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Báo cáo: Nâng cấp sửa chữa hệ thống thủy lợi Nam Thái Bình [2] Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Hữu Bảo, Nguyễn Lan Hương, Cơ sở tính độ tin cậy an toàn đập, Nhà xuất Xây Dựng, năm 2014 [3] "Основные положения расчета причальных сооружений на надежность," М В/О “Мортехинформреклама”, РД 3131-35-85, 1986 [4] Tiêu chuẩn thống để thiết kế độ tin cậy kết cấu công trình" Bộ Xây Dựng nước Cộng Hịa Nhân Dân Trung Hoa, Tiêu chuẩn nhà nước cộng hòa nhân dân Trung Hoa, JB 50153 – 92, 1992 188 ... thân cống ngầm đáy cống CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO CỐNG TÂN ĐỆ - Phân bổ độ tin cậy trọng số thích hợp cho chế cố có ảnh hưởng lớn Nghiên cứu giới thiệu phương pháp đánh giá độ tin cậy. .. hành cống KẾT LUẬN Hình Ảnh hưởng chế cố đến độ tin cậy cống Tân Đệ - Phân tích ảnh hưởng biến ngẫu nhiên (BNN) đến độ tin cậy chế cố hình + Độ rỗng (n) chênh lệch cột nước thượng hạ lưu cống. .. suất an toàn cống - Xác suất an toàn chế cố [2] Pat  P  Z        (7) - Với số liệu thu thập từ hệ thống cống Tân Đệ, nghiên cứu tính độ tin cậy cống Pat = 0.95396 hay số độ tin cậy   1.69