Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình thủy: Phương pháp đánh giá an toàn kết cấu đập bê tông trong thời kỳ vận hành - Trường hợp áp dụng cho đập thủy điện Bắc Hà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM THANH ĐẠT

PHƯƠNG PHAP ĐÁNH GIA AN TOÀN KET CÁU DAP BE TONG TRONG THỜI KY VAN HANH - TRUONG HỢP AP DUNG CHO

DAP THUY ĐIỆN BAC HÀ

LUAN VAN THAC Si

HÀ NỘI, NĂM 2018

BQ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LOL

PHAM THANH ĐẠT

PHƯƠNG PHAP

TRONG THỜI KỲiH GIÁ AN TOÀN KET CAU DAP BE TONG

NHÀNH ƯỜNG HỢP ÁP DUNG CHO DAP THỦY ĐIỆN BAC HA

Chuyên ngành: Kg thuật xây dựng công trình thũy

Mã số: 60-58-02-02

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC: PGS.TS.Vũ Hoàng Hung

HA NỘI, NAM 2018

LỜI CAM DOAN

“ác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thin tác giả Cúc kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong Luận văn là trung thực, không sao chép tử bắt kỳ một

nguồn nào và đưới bắt ky hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tà liệu đã được

thực hiện trích dẫn và ghỉ nguồn ti liệu tham khảo đúng quy định

“Tác giả Luận van

Pham Thanh Đạt

LỜI CÁM ƠN

Luận văn với đề tài “Phương pháp đánh giá an toàn kết cầu đập bê tông trong thời kỳ

vận hành - Trường hợp áp dụng cho đập thủy điện Bắc Hà ” là kết quả từ quá trình nỗ

lực học tập và rèn luyện của tác giả tại Trường Đại học Thủy Lợi.

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn gia đình và người thân đã luôn ở bên động viên,khích lệ và giúp đỡ để tác giả hoàn thành chương trình học tập cao học tại Trường Đạihọc Thủy Lợi.

Tác giả cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể cán bộ, giảng viên Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo điều kiện thuận lợi và truyền đạt kiến thức cho tác giả trong thời

agian học tập tại trường.

Đồng thời, tác giả chân thành cảm ơn các lãnh đạo đồng nghiệp và bạn bè đã hỗ trợ,

aip đỡ, tạo điều kiện cho tác giả trong quá tinh học tip.

Cuối cùng, tác giá xin trân trong cảm ơn PGS.TS Vũ Hoàng Hưng và TS Mai Cao Trí

đã nhiệt tinh hướng dẫn, đông gốp nhiễu ý kiến quý bu để giúp cho tác gia hoàn thành

Luận văn tốt nghiệp này.

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ANH.DANH MỤC BANG BIEU.

MG ĐẦU.

1 Tính cấp thiết của để tài 2 Mục dich nghiên cửu

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 4, Dự kiến kết quả đạt được,

'CHƯƠNG | TONG QUAN VE DANH GIA AN TOAN KET CÂU DAP BÊ TÔNG.3 1.1 Tổng quan về đập bể tông trong lực

1.1.1 Đập bê tông trọng lực

1.1.2 Sơ lược lich sử phát tiển đập bê tổngli3 Thiết kế đập bê tông trọng lực

1.1.4 Vấn để an toàn đập bê tông trọng lực

1.1.5 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về đánh giá an toàn đập bê tông,

2.2 Phương pháp kiểm tra thực dia2.2.1 Phương pháp quan sát hiện trạng

2.2.2 Phương pháp kiểm tra bé mặt bé tông

2.2.3 Nội dung, wu nhược điểm và phạm vi ứng dụng 2.3 Phương pháp phân tích dữ iệu quan te

2.3.1 Phương pháp xử lý dữ liệu do2.3.2 Phương pháp phân ích dữ liệu đo

2.3.3 Ưu nhược điểm và phạm vi dp dụng.

2.4 Phương pháp phân tích tính toán.

2.4.1 Phương pháp phần tie hữu hạn

2.42 Phần mềm ANSYS trong tính toán kết cấu đập bê tông

3.1 Giới thiệu công trình3.1.1 Quy mô công trình

3.1.2 Các thông số kỹ thuật chính

3.3 Đánh giá thông qua kết quả kiểm tra thực địa

3.2.1 Vẻ ôn đị

3.2.2 Về thắm và rò rỉ nước qua thân, vai đập và hành lang thân đập,

3.2.3 Về dịch chuyển của hai khối đập nằm hai bên khe biển dang

Jn thông qua phân tích trang thái ứng suắt biến dạng

3.4.3 Trường hop tính toán

3.44 Kết quả tính toán ôn định

3.4.5 Kết quả tính toán chuyỂn vị, ứng suất và biển dang của đập 3.5 Kiểm tra hệ số ổn định trượt

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.LĐập bê tông và bê tông cốt thép trong lực trên nền đá [8] 3 Hình I.2Đập bê tong tong lực Grand ~ Dixence nhìn từ hạ lưu [Internet] 5Hình 1.3Đập bê tông trọng lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu [Internet] 6Hình 1.4Đập bê tông trọng lực đầm lăn Sơn La nhìn từ hạ lưu [Internet] 6Hình 2.1Phin từ tam giác có 3 nút 31Hình 2.2Đập trong lực 33

Hình 2.3Mặt cắt ngang thường ding của đập trọng lực 34

Hình 2.4Mô hình inh tod đập bê tông trong Nfe sss Hình 2.5Tính toán đập bê tông trọng lực bằng phần mém ANSYS 35 Hình 3.1 Mat thượng lu đập khi mực nước hỗ hạ thấp 46 Hình 3.2Mat hạ lưu đập 46Hình 3.3Vị tr hành tang thu nước sau khi hoàn công 47

Hình 3.4Một số hình ảnh trong các hành lang thu nước nằm dưới mực nước thượng hud

Hình 3.5Sàn nhà máy, 49Hình 3.6Céc hạng mục yêu áp thiết bị quan trắc đối với đập b tông trọng lực theo «qui định của qui phạm Trung Quốc SL 319-2008 14] 50

Hình 3.7Đầu ra của các thiết bj quan trie đặt trong hành lang 141.5 5

Hình 3.8Biểu đồ quan hệ ứng suat- theo thời gian của thiết bị S27 [15] 53 Hình 39Cụm cảm bi sỉHình 3.10M6 hình phan từ hãu han đập làm việc đồng thờ 39 Hình 3.11 Mat cắt ngang đập ngăn tai vi trí CN20 thực tế 59

Hình 3.12Biéu đồ ALNTL, ALNHL, ALBC, ALT-DN ứng với MNDBT 60

Hình 3.1380 đô ALNTL, ALNHL, ALBC, ALT&DN ứng với MNLKT 3 Tình 3.14Sơ đồ tính toán ổn định ượt và ật ứng với tổ hợp lực cơ bản 64 Hình 3.15Sơ đồ tính toán ôn định trượt va lật ứng với tổ hợp lực đặc biệt 66Hình 3.16M6 hình bình học đập theo bài toán phẳng tại mặt cắt CN20 thực 69

Hình 3.17Mô hình phần tử hữu han đập theo bài toán phẳng tại mặt cắt CN20 thực tế

s9 Hình 3.1880 đồ áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực thắm và dy ỗi 70 Hình 3.19Sơ đồ áp lực bùn cát tác dụng vào đập, 70

Hình 3.20Phổ chuyển vị tổng do fc thành phin tải trong gây rà Hình 3.21Phổ màu ứng suắt SX do tổ hợp ti trong THIB Hình 322Phổ mẫu ứng suắt SY do tổ hợp ải trong THỊHình 3.23Ứng suất SX và SY tại mặt cắt diy đập do THỊB, Hình 3.24Ứng suất S1 và S3 tại mặt cắt đáy đập do THIB Hình 3.25Ph chuyển v ting do các thành phẫn ải trọng gây ra Hình 3.26Phổ mẫu ứng suit SX do tổ hợp ải trong TH2B Hình 3.27Phổ mẫu ứng suất SY do tổ hợp ải trong TH2BHình 3.28Uing suất SX và SY tại mặt cất diy đập do THB. Hình 3.29Ứng suất S1 và S3 tại mặt cắt đáy đập do TH2B Hình 3.3080 đỗ tính toán trong lượng bản thân địp Hình 3.31 Phân lực tại vịt gối ta

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1Dap bê tông trong lực lớn được xây dựng tại Việt Nam [9]

Bang 2.1Phẩn tử thu1g đùng trong phân chia mạng lưới tự thích ứng. công trình và tin suất thiết kế.

ý số kỹ thuật tần xã lũ.

Bảng 3.4Các thông số kỹ thuật cửa lấy nước

"Bảng 3.586 lần quan trắc trong ứng với các hạng mục quan trắc Bảng 36Chỉ tiêu cơ lý của nỄn

Bảng 37 Chỉ tiêu cơ lý của bê tông đập thực tỉ

Bảng 3 Ứng suit cho phép của bê tông thin dip ứng với các tổ hợp ti trong Bảng 3.9Chuyén vị ở định đập do cúc thành phần ải trong.

Bảng 3.10Uing suất tại chân đập do THỊ B.

Bang 3.11Chuyển vị ở đỉnh đập do các thành phan tai trọng — Bảng 3.12Uing suit ti chân đạp do THB

‘Bang 3.13Trong lượng bản thân đập,

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

An toàn đập có ảnh hưởng trực tiếp đến tính mạng và tài sản của đông đảo người dân sống ở vùng hạ lưu đập Vỡ đập gây tổn thất lớn về kinh tế và chính tị, nhất là với các

đập lớn, do vậy vin đề an toàn đập được hầu hết các quốc gia trên thể giới đặc biệt

lẻ, Chính phủ Việt Nam đã ban‘quan tâm 1] Nhận thức được tằm quan trọng của vẫn

hành nghị định 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 về quản lý an toàn đập|2 tiếp đồ cácBộ NN và PTNT vào năm 2008 và Bộ Công thương vào năm 2010 đã lần lượt ra các

thông tw hướng din thực hiện nghị định này Tiếp đó VNCOLD ban hành “S8 tay An

toàn đập” năm 2012 [3], Tổng cục Thủy lợi ban hành "Hướng dẫn đánh giá an toàn đập" năm 2015 [4] Năm 2016 Việt Nam cũng đã ban hành Tiêu chuẩn quốc gia“TCVN 11699: 2016 Công trình thủy lợi - Đánh giá an toàn đập trong đó cũng để cập

anh giá an toàn kết cầu đập bê tông và bê tông cốt thép [5].

Nhiều nước trén thể giới đã ban hành cúc hướng dẫn quản lý an toàn đập, nhất là các nước phát triển Chẳng hạn, Úc ban hành "Qui phạm an toàn đập” (Dam Safety Code)

năm 2003, Mỹ ban hành "Hưởng dẫn của liên bang cho an toàn đập”

(FederalGuidelines for Dam Safety) năm 2004 [6),

Trung Quốc là nước có số lượng đặp nhiều nhất và một số dang đập, như đặp vòm

'Cẩm Bính I, cao 305m, đập bê tông dim lăn Long Than, cao 215m, đập đá đổ bản mặt

bê tông Thuỷ Bổ Ô, cao 233m, chiếm kỷ lục thé giới v chiều cao của các đập cùng

loại Gần đây nhất Bộ Thuỷ lợi Trung Quốc đã ban hành tiêu chuẩn "Hướng dẫn đánhgiá an toàn đập" OKPE2ÿ#E.® ÌŸÍ S1fU) ký hiệu SL 258-2017 ngày 09/01/2017 và

chính thức thực hiện từ 09/04/2017 thay thé tiêu chuẳn SL 258-2000, trong đó chỉ rakhá cụ thể các phương pháp và tiêu chuẫn đánh gi an toàn của các loại dp [TL

“Trong tiêu chuẩn nay đưa ra 3 phương pháp được sử dụng để đánh giá an toàn của kếtsấu dip bê lông, DS là

+ Phương pháp kiểm tra thực dia;

+ Phương pháp phân tích các dữ liệu quan trắc:

+ Phương pháp phân tích tính toán.

Việt Nam đã và đăng xây dựng nhiễu đập bể tong lớn, vi vậy cin thiết phải én hành: đánh giá để kiểm chứng lại thiết k hoặc tim giải pháp nâng cao an toàn công tỉnh 2 Mục đích nghiên cứu

Đánh giả được an toàn kết cầu đập bé tông trong thời kỳ vận hành từ kết quả kiểm tra

thực địa, số liệu quan trắc và phân tích tính ton,

3 Cách tgp cận và phương pháp nghiên cứu

"Nghiên cứu kiểm tra thực địa để đánh giá bằng cảm quan an toàn kết cầu đập bê tông Nghiên cứu phân tích số liệu quan trắc và kết hợp sử dụng phần mém ANSYS phân tích trang thấi ng suất và biển dạng của dip bê ông trong lực dưới tác dụng dưới các tổ hợp tai trong để đánh giá đúng tình trang làm việc của đập.

4 Dự kiến kết quả đạt được

[im được phương pháp dinh giả an toàn kết cầu đập lông.

Đánh giá được an toàn kết cầu đập b tông trọng lực thủy điện Bắc Hà - Lào Cai trong thời kỳ vận hành.

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VỀ ĐÁNH GIA AN TOÀN KET CAU DAP BE TONG

1.1 Tổng quan về đập bê tông trong lực 1-1-1 Đập bê tông trọng lực.

Đập bê tông trọng lực là loại đập có khối lượng bê tông lớn Đập duy tì ôn định nhờ.

trọng lượng và độ bền chủ yếu theo khả năng chịu nén của bê tông Loại đập này có ưu diễm là kết cầu và phương pháp thi công đơn giản, độ én định cao có thể ding để tran nước hoặc không trin nước, độ an toàn xả lũ cao.

Đập bê tông trọng lực được xây dựng cả trên nén đã và trên nền đất, tuy nhiên, trên nền dit chỉ xây đựng được những đập thấp Dap bê tông trọng lực không tran có dạng

mặt cắt ngang thường gặp là hình thang, mái thượng lưu thẳng đứng hoặc hơi nghiêng

như Hình 1.1 Trong thân đập có thẻ bé trí đường ống dẫn nước qua đập Đập bê tông trọng lực trăn nước có dang mặt cất thường gặp là dang mặt cong Để thỏa min điều kiện bé tông chỉ làm việc theo điều kiện chịu nền và đập ổn định vé rượt thi chiều rong diy đập bê tông trọng lực trên nền đã thường bằng 0,65 - 0.8 chiều cao đập Hiện

nay đập bê tông trọng lực được xây dựng bằng công nghệ bê tông truyền thống và

công nghệ bê tông dam lăn.

x = IN R

a » ° ° °

CHÚ DAN:

4) kiểu khối lớn; Ð) kiểu cô khớp nổi mở rộng;

©) kiểu có khoang rộng đọc nền; 4) kiểu có lớp chống thắm ở mat chịu áp

9) kiểu neo vào nền

1)khớp nổi mở rong; 2)khoang dọc; 3)lớp chống thắm; 4) neo ứng suấttước Hình 1.1Dap bê tông và bê tông cốt thép trong lực trên nền dé [S]

Đập bê tông trọng lực duy tei ôn định nhờ trọng lượng của khối bê tông liên kí nin, Dưới tác đụng của tải trọng nằm ngang, chủ yêu là áp lực nước hướng từ thượng lưu về hạ lưu, đập có thể bi mắt én định trượt, lật hoặc dip bị lún không đều do biến dạng ở

lần, vì vậy độ bén của đập được thiết kế theo khả năng chịu kéo của bê tông, Dễ huy động khả năng làm việc của vật liệu trong thân đập, mặt cắt đập được thiết kế theo.

dạng kết cấu chịu nến lệch tâm theo hai phía Khi Không có cột nước tác dụng ở

n, Vật liệu bê tổng có khả năng chịu kéo nhỏ hơn khả năng chịu nén nhiều.

thượng lưu, đập có xu thé lệch tâm về thượng lưu, khi có cột nước tée dụng ở thượnglưu, đập làm việc lệch tâm vé ha lưu Kết cầu đập bê tông trọng lực thuộc loại kết cầu

bê tông khối lớn nên thường xảy ra hiện tượng nứt do ứng suit nhiệt, Để giảm thiểu ảnh hưởng xu do ứng suất nhiệt gây ra đối với đập, các biện pháp kiểm soát đồng nhiệt và biện pháp xứ lý nhiệt được chú trong không chỉ trong thét kế mà cả trong thi công cũng như thời gian vận hành đập.

CChênh lệch áp lực nước thượng hạ lưu không chỉ lam cho đập có nguy cơ mắt ẳn định Dang thắm này gây mắt nước ôn định va độ bi

ở đập cần bổ trí các thiết bị chống thắm nhằm giảm thiểu các tác hại của đồng thẩm, tổng thé mà còn hình thành dng thắm qua đập và

của hồ đồng thời áp lực của nó có ảnh hưởng xấu đitủa đập Vì vậy

(Qué tình làm việc của đập là qua trình tương tác giữa đập, nén và các tải tong, trong 46 các lực xuất phát từ môi trường nước là các lực chủ yếu Vì vậy các bài toán phân tích én định và độ bền của đập là những bai toán cơ học tương tắc giữa ba mỗi trường "Nước - Nền - Dap.

Yeu cà ấu tạo cũng như về tính toán đập bê tông trọng lực tuân thủ theo các tiêu

chuẩn hiện hành để đập đáp ứng được công năng cũng như an toàn về én định, về độ

bền và khá năng chống thấm cho đập và nn 1.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển đập bê tong

Theo cáí tài liệu nghiên cứu về lịch sử phát tiễn dlp, đập bê tổng được xây dung vào khoảng năm 3000 trước Công nguyên Các đập được xây dụng vào thời ky đầu như đập Jawa ở Jordan, cách thủ đô Amiman 100km về phía Bắc.

Dap bê tông được xuất hiện rit sớm nhưng mãi đến thé ky thứ 18 trước sự đồi hỏi cung cấp năng lượng ở châu Âu, việc xây đựng đập bê tông mới trở thành phổ biển.

Vào khoảng những năm 50 của thể kỹ này các tiễn bộ khoa học kỹ thuật bắt đầu được ấp dụng vào việc xây dựng đập.

Nhờ sự phát trign kỳ thuật và công nghệ xây dựng, đập bê tông đã được sử dụng khá phổ biển để xây dựng các đập có chiều cao lớn Theo tổng kết của ICOLD, trong số các đập có chiều cao lớn hơn 100m, đập bê tông chiém khoảng 60%.

Hinh 1.2 là hình chụp từ phía hạ lưu đập bê tông trọng lực Grand-Dixenee ở Thụy Sĩ

"Đập cao 285m, chiều dài ở định 700m, chiều rộng đáy 200m, chiều rộng định 15m, xửlý chồng thắm nền tới độ sâu 200m, sang hai phía vai đập 100m Đập được bit đầu xây

dựng năm 1950, hoàn thành năm 1960, khối lượng bê tông xây đập là 6 triệu mẺ Hiện nay đập này được coi là đập bê ông trọng lực cao nhất th giới

Hình L.2Dập bê tong trong lực Grand ~ Dixence nhìn từ hạ lưu [Internet

6 Việt Nam các đập bê tông tràn nước có quy mô vừa như đập Liễn Sơn, đập Bái

Thượng dip Đô Lương đã được xây dựng từ những năm 30 của thể ky XX Các đậpbê tông trọng lực không trần như dip Tân Giang, dip Sẽ San mới được xây dựng vào những năm cuối thé ky XX, Đập Tân Giang ở Ninh Thuận cao 37,5 m được xem là đập bê tông trong lục không trăn đầu tiên được xây dụng ở thời kỳ này Hình 1 làhình ảnh đập Tân Giang nhìn từ phía hạ lưu.

Hình 1.3D§png trọng lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu [Internet]

Đến cuối thế ky XX nước ta mới tiếp thu công nghệ xây dựng đập bê tông đầm lăn

nhưng được phát tiễn tương đổi nhanh Tính đến năm 2013, Việt Nam đã xây dựng: được 24 đập bê tông dim lan, dimg vào hàng thứ bảy về tốc độ phát tiển, rong đồ có nhiều đập có chiều cao lớn hơn 100m như đập Sơn La cao 138m, đập Bản Vẽ cao

137m Hình 1.41 hình ảnh đập bê tông trọng lục dim lăn Sơn La,

Hình 1.4Đập bê tông trọng lực dim lin Sơn La nhìn từ hạ lưu [Internet]

Bảng 1.1D§p bê tông trọng lực lớn được xây dựng tai Việt Nam [9]

TT | Têncôngtình | Chigucao(m) | ĐịađiểmXD | Nămxây dung

1 Pleikrong 7 Kon Tum 11/2003

2 Định Bình M Binh Dinh 5/2003.

3 A Vương 10 Quảng Nam 3/20034 Bản Chat 100 Lai Châu 2003 5 Bắc Hà 100 Lio Cai 2004

6 | Sẽ Sản 4 80 Gia Lai 11/2004

7 Đồng Nai 3 nó Đắc Nông 13/2004 8 Đồng Nai 4 129 Đắc Nông 12/2004 9 Binh Diễn T5 Thừa Thiên Huế | —_ 1/2005 10 | Cổ Bì (Hương Điền) 70 “Thừa Thiên Huế 5/2015 H Bản Về 138 Nghệ An 20052 Sông Kôn 2 50 Quảng Nam 11/2005B Son La 138 Son La 12/200514 | - SôngTranh2 100 Quảng Nam 2006

1S | Huội Quảng 104 Sơn La 2007

16 | Nam Chign 165 Son La 2007

17 | Nude Trong 68 Quảng Nei 12/2007

18 ‘Dak Đrình 100 Quảng Ngãi 2/2008

19 | Song Bung 4 95 Quảng Nam 6/2010

20 Lai Châu 137 Lai Châu 120112L Tân My 5 Ninh Thuận 20122 Sông Bung 2 Sẽ Quảng Nam 20122 Trung Sơn a “Thanh Hóa 11/2012

Đập phi đủ cao đồng thời bổ tí công tình thảo lũ và các công tình khác như nhà

máy thủy điện, âu thuyền.

Đập và nén phải an toàn v thắm, v lớn không đều, v ảnh hưởng cia nhiệt độ, Có hành lang công ác, có thiết bị quan tắc.

Lựa chọn hình thức đập, cấu tạo các bộ phận phù hợp với biện pháp, thời gian thỉcông, thuận lợi trong quản lý, có giá thành và kinh phí quản lý rẻ.

ie yêu cầu khi tính toán thiết kế mặt cắt đập:

(1) Điều kiện én định: dim bio hệ số an toàn én định trượt trên mặt cắt nguy hiểm

nhất không nhỏ hơn trị số cho phép

“Trong đó;K: - hệ số an toàn dn định chống trượt; Ky - hệ số an toàn én định cho phép, phụ thuộc vào cấp của đập và tổ hợp tải trọng, xác định theo tiêu chuẩn hiện hành.

(2) Điều kiện độ bền: khống chế không để xuất hiện ứng suất kéo ở mép thượng lưu

hoặc có xuất hiện ứng suắt kéo nhưng phải nhỏ hơn ti số cho phép: ứng suất chính tính toán nhỏ nhất ở mép hạ lưu không được vượt quá tri số cho phép:

“Trong đó: R, - cường độ chịu nén tính toán của vật liệu hoặc nén.

+ Tại mép đập, đặc biệt ở mép thượng lưu khi hỗ diy nước không cho phép phát sinh ứng suất kế

Hoặc Sf <R£

Trong đó: Si - ứng suất chính tính toán lớn nhất tại biên thượng lưu đập;S{ - ứng suất chính tiêu chuẩn lớn nhất tại mép biên thượng lưu đập:RỊ” ~ cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bể tông

(3) Điễu kiện kinh tế: mặt cắt đập phải có điện ích nhỏ nt điều kiện trên,

(8)Điều kiện sử dụng: mặt cắt đập còn cần phải thỏa mãn các yêu cầu trong sử dụng, vận bành như cần có đường giao thông trên định đập, có đường him trong thân đập đẻ đi lại kiểm ta sửa chữa, đặt các thit bị quan trắc thí nghiệm, bổ t các hành lang thoát nước. ora, còn phải lưu ÿ đến việc tạo đáng kiến trúc đẹp của công tinh

"Để thoả mãn yêu cầu nêu trên, khi thiết kế mặt cắt ngang đập thường tiến hành theo 2

giai đoạn

Giai đoạn xác định mặt cắt cơ bản: dựa vào các yêu cầu ôn định, ứng suất, kinh tế tiến hành tính toán chọn mặt cắt cơ bản của dip.

Giai đoạn xác định mặt cất thực dung: theo các yêu cầu về sử dụng như giao thon dẫn tháo nước, kiểm tra, sửa chữa mà bổ trí thêm các phẫn cấu tạo đình đập, c

cđường ống tháo, lấy nước trong thân đập hệ thống đường him và hành lang trong thân

.đập, bộ phận nổi tiếp với hạ lưu của dap tran,

in tiến hành tính toán én địnhSau khi đã chính sữa, thêm bớt các bộ phận trên đập,

va phân tích ứng suất để kiểm tra điều kiện ben của đập

1.1.4 Vấn dB an tàn đập bê tông trong lực

Vin đề an toàn đập à vẫn đề lớn trong xây đựng và quản Lý đập ĐỂ hỗ chứa phát hy được nhiệm vụ theo thiết k, đảm bảo an toàn tính mạng và ti sản cho vùng he du tì an toàn của dip rt quan trong và có tính quyết định hiệu quả của hd chứa.

Đập là công trình đầu mỗi của hồ chứa Mức độ an toàn của đập không chỉ phụ thuộc vào bản thân công tình, phá họai hoặc ngưng tr sản xuất, còn có thể gây ra ổn thấ nặng nb

về sinh mạng, tài sản ở vùng hạ lưu đập, làm ách tắc giao thông gây thiệt hại to lớn cho

kinh t quốc phòng và an ninh của đắt nước Mức độ tác hại của sự cổ phụ thuộc vào quy mô, vite cng tình cũng như đặc diễm khu vực hạ đủ nhưng đủ ở mức độ nào th tổn thất do sự cỗ vỡ đập gây ra sẽ là rất dang kẻ về mặt kinh tế, chưa nói các tốn that về sinh mang tài sản và làm đảo lộn môi trường sinh thái ở một khu vực nhất định.

Những năm sau này, những thiểu sót, hạn chế trên đã từng bước được khắc phục đối với các hồ được xây mới Tuy nhiên, tình hình nhìn chung vẫn chưa được cải thiện nhiều Thêm vào đó, diễn bién thỏi tiết ngày càng bit lợi cộng với rừng đầu nguồn của hồ chứa bi tản phá làm cho lượng nước tập trung về hồ nhanh và lớn hơn, tăng

mức độ nguy hiểm cho công trình.

Những tổn thất có thể do các sự cỗ mắt an toàn đập, những vấn đề tổn tại tiém tầng trong hệ thống các hỗ đập đã đ cập ở trên, cộng với những hệ lụy của việc biển dBi khí hậu, mật độ dân cư đông đúc cũng như yêu cầu phát triém kinh tế xác hội ở khu ha du đập đã nồi én yêu cầu bức thiết của công tác quán lý an toàn đập ở nước ta

1.15 Các nghiền cứu trong và ngoài nước về đánh giá an toàn đập bê tông

- Trong nước:

Nhận thức được tằm quan trọng của vin đẺ, chính phù Việt Nam đã ban hành nghịđịnh 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 vẻ quản lý an toàn đập[2], tiếp đó các Bộ NN và. PTNT vào năm 2008 và Bộ Công thương vào năm 2010 đã lần lượt ra các thông tư hướng dẫn thực hiện nghị định này, Hiện nay Việt Nam đã ban hành Tiêu chun quốc gia TCVN 11699:2016 về Công trình thủy lợi - Đánh giá an toàn đập 5]

"Ngoài ra thành lập Ban An toàn Đập (DSU) trực thuộc Tổng cục Thủy lợi Các hoạtcủa Ban kể từ khi thành lập gồm (i) Phát triển và hoàn thiện các văn bản quản lý an toàn đập Nghị định của Chính phủ sổ 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 về Quản lý an toàn đập|2]; Thông tư số 33/2008/TT-BNN ngày 04/02/2008 hướng dẫn thực hiện một thuộc Nghị định số 72/2007/NĐ-CP và Quyết định sé 3562/QD-BNN-TL ngày 15/11/2007 Quy định tạm thời về yêu cầu năng lục kỹ thuật của đơn vị quản lý dap 10}, Gi) Xây đựng Dự án “Nang cấp hệ thống giám sát hồ chứa”, được phê duyệt

vào năm 2009; xây dựng "Chương trình Bảo đảm an toàn hồ chứa nước đã được Thủ

tướng Chính phủ phê duyệt tại văn bản số 1734/TTg-KTN ngày 21/9/2009", (ii) Tổ chức đảo tạo tăng cường năng lực cho 150 cán bộ thuộc các đơn vị quả lý hỗ chứa và sắc cần bộ làm công tác quản lý nhà nước thuộc các Chỉ cục thủy li tại các tỉnh: diotạo tăng cường năng lực cho bộ phận Quản lý an toàn đập tại Tổng cục Thủy lợi

10

- Ngoài nước:

Nhiều nước trên thể giới đã ban hành các hướng dẫn quản lý an toàn đập, nhất là các.

nước phát iển Ching han, Úc ban hành “Quy phạm an toàn đập” (Dam Safety Code)

năm 2003, Mỹ bán hình "Hướng din của liên bang cho an toàn đập”

(FederalGuidelines for Dam Safety) năm 2004

Trung Quốc là nước có số lượng đập nhiễu nhất và một số dang đập Bộ Thủy lợi Trung Quốc đã ban hành tiêu chuẩn “Hướng dẫn đánh giá an toàn đập” CKEAMZS AFM SMpky hiệu SL 258-2017 ngày 09/01/2017 và chính thức thục hiện từ 09/04/2017(7), trong đó chỉ ra khá cụ thể các phương pháp và tiêu chuẩn đínhgiá an toàn của các loại đập.

1.2 Tổng quan về các phương pháp đánh giá an toàn kết cấu đập bê tông trọng lực trên thể giới và tại Việt Nam

An toàn đập được đánh giá trên cơ sở đánh giá an toàn các nội dung quyết định sự an oàn của đập, bao gdm: Chất lượng đập và các công trình liên quan, quản lý vận hành,

“Chuyển vị của thân đập, nền đập nhỏ hơn giá trị cho phép;

Bê tông thin đập không bị nứt, đảm bảo điều kiện bên, không bị thắm nước;

Nén đập ôn định về cường độ:

Bê lông thin đập đảm bảo điều kiện bin;

“Cổng lấy nước, tran xã lẽ

“Chuyển vị của nên cổng, nền trần xà lĩ nhỏ hơn gi trì cho phép: “Các bộ phận của cổng, tran xã lũ không bị nứt, chuyển vị thắm nước;

Bộ phận tiêu năng, hai bờ lòng dn nối iếp sau tiêu năng không bị xối lở

Các công tình liên quan; Các thiết bị và kết cấu kim loại, lớp bảo vệ mái đập thượng và hạ lưu đập, tường chin sóng định đập, đường quản lý, nhà quản lý, hệ théng điện vận hành công trình ó kết cấu ôn định, chưa bj hư hỏng.

Phuong pháp đánh giá an toàn đập được tiễn hành từ đơn giản =n phúc tạp, từ quansắt trực quan ngoài hi A kiểm định, cụ thể gồm

Phuong pháp 1: Kiểm tra, quan sắt trực quan tại hiện trường,

Đánh giá an toàn đập bằng cách kiểm tra, quan sắt rực quan bằng mắt thường tại hiện trường, đánh giá mức độ an toàn của đập bằng kinh nghiệm của người kiểm tra

"Phương pháp 2: Phân tích tài liệu lưu trữ

"Đánh giá an toàn đập thông qua phân tích các số liệu đo đạc, quan trắc được thống kê, lưu trữ; thông qua các hỗ sơ tải liệu về quán lý chất lượng, kiểm tra chất lượng, cácbáo cáo giám sát, nghiệm thu trong thời kỳ thi công và trong quá trình quản lý vận hành để tến hành phản ch đánh giá:

“Trường hợp ở những đập không tổ chức đo đạc quan tắc, thiếu tài liệu ưu erữ, cần thụ

thập tà liệu, tham khảo ý kiến từ các đơn vị, cả nhân đã trực tiếp thiết kế, quản lý xây

dưng, quản lý vận hình đập,

"lương pháp 3: Tink toàn kiểm tra

"Để đánh giả mức độ an toàn của đập và công tình liên quan, người đánh giá phải cậpnhật bổ sung tài liệu khí tượng thủy văn, địa hình, địa mạo, thảm thực vật trên khu vue

đến thời điểm kiểm tra, thu thập các tài liệu thiết kế công trình (hỗ sơ địa chất, thiết kế

bản vẽ thi công, các thông số thiết kế của công trình, tài liệu tính toán thủy văn ), hd sơ kiểm định các lần trước đây (nêu có); tiến hành tính toán lũ, thấm, ôntra

định đập va các công trình liên quan theo quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hinh, đánh giámức độ an toàn đập,

1.3 Kế luận Chương 1

Vin đề về đánh giá an toàn kết cấu đập bê tông trong lực là vẫn để ht sức quan trọng trong việc đảm bảo an toàn công trình cũng như an toàn đến tính nạng và tài sản củavùng hạ du Trong chương này, luận văn đã phân tích một số khái niệm cơ bản nhất về

dap bê tông trọng lực, an toàn đập và các phương pháp đánh giá an toàn đập bê tông

trọng lực

CHUONG 2 CƠ SỞ DANH GIA AN TOAN KET CAU

2.1 Dat vấn đề

An toàn đập có ảnh hướng trực tiếp đến t in của đồng đảo người dânh mạng và tài sống ở vàng hạ lưu đập Vỡ đập gây tôn thất lớn về kinh t và chính tị, nhất là với các

đập lớn, do vậy vẫn đề an toàn đập được hầu hết các quốc gia trên thé giới đặc biệt

quan tam, Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề chính phủ Việt Nam đã ban hành nghị định 72/2007/NĐ-CP ngày 7/5/2007 về quản lý an toàn đập|2] tiếp đó các Bộ NN và PTNT vio năm 2008 và Bộ Công thương vào năm 2010 đã lần lượt ra các

thông tư hướng dẫn thực hiện nghị định này, Hiện nay Việt Nam đã ban hành Tiêu

chuẩn quốc gia TCVN 11699:2016 về Công tình thủy lợi - Đánh giá an toàn đập|5]

thể giới đã ban hinh các hướng din quản lý an toàn đập, nhất lànước phát tiển Chẳng hạn, Úe ban hành "Qui phạm an toàn đập” (Dam Safety Code)năm 2003, Mỹ bạn hành "Hướng din của liên bang cho an toàn đập

(FederalGuidelines for Dam Safety) năm 2004

Trung Quốc là nước có s lượng đập nhiễu nh Cảm Bí

và một số dạng đập, như đập vòmJ, cao 305m, đập bê tông đầm lin Long Than, cao 215m, đập đá đổ bản mat bê tông Thuỷ Bồ Ô, cao 233m, chiếm kỷ lục thé giới về chiêu cao của các đập cine

loại Bộ Thuỷ lợi Trung Quốc đã ban hành tiêu chuẩn “Hướng dẫn đảnh giá an toinđập" Øk/E20JSE23}#/ì'9) ký hiệu SL 258-2017 ngày 09/01/2017 và chính thức

thực hiện từ 09/08/2017171, trong đó chỉ ra khá cụ thể các phương pháp và tiêu chuẩn

đánh giá an toản của các loại đập

Trong mục 9 cia tiêu chuẩn SL 258-2017 quy định [7Ì

Phương pháp được sử dụng để đánh giáantoàn của kết cầu đập bê tông ebm

+ Phương pháp kiém ra thực da:

+ Phương pháp phân tích các dỡ liệu quan tắc;

+ Phương pháp phân tích tính toán.

“Trên cơ sở kiểm tra an toàn hiện trường, dựa vào các tài liệu khảo sát địa chất công

trình, quan trắc an toàn, kiểm tra an toàn,tiến hành đánh giá tổng hợp phân tích tài liệu quan trắc và tính toán kết cầu đối với an toàn đập Đổi với đập có ti liệu quan trắc biến hình, ứng suất, bidạng, nhiệt độ, cần wu tiên tiến hành phân tích tai liệu quan trắc Đối với các vấn dé ảnh hưởng đến an toàn kết cấu trong vận hành như nứt, lỗ

rng, xâm thực, trượt mi hoc tình trang bắt thường cần fim phân tích riêng

Đảnh giá an toản kết cấu là kiểm tra tính ổn định, biến dạng và cường độ của đập

“dưới tác đụng của tải trọng tinh có thỏa min các yêu cầu của quy phạm hiện hànhhay không.

Nội dung chủ yêu của đánh gi an toàn kết cấu bao gồm kiểm tra biến dang, cường độ, n định của kết cấu đập, cao trình đình đập và b rộng đình đập Quan trọng nhất đổi với đập bê tông là phân tích cường độ và ẩn dinh Kiém tra cường độ chủ yếu bao gồm: kiểm tra ứng suit, kiểm toán số trí thép cục bộ Kiểm tra ổn định chủ yếu cần tính toán kiểm tra ôn định trượt đập trọng lực vả đập trụ chéng trên lớp xen kẹp mềm yến tên mặt đt gay, én định trượt chân vòm ở hai vai đập vòm và ổn định bên của

trụ chống trong đập trụ chống Đối với đập trọng lực bê tông đầm lăn cần kiểm tra én

định trượt trên mặt các lớp dim nén Đổi với đập vòm có độ cong nhỏ trên mặt bằng sẵn tính toán kiểm tra ổn định trượt trên mặt nén Khi cin thiết nên phân tích ổn định tổng thể của các đoạn đập trên đốc nghiêng.

“Tham sổ có liên quan đến tính toán phân tích an toàn kết cầu đập bê tông, khi cin thiết đối với đập cao nên tiền hành lại thí nghiệm khoan sâu vào thin đập và nn đối với đập vừa và thấp kh ti liệu quan trắc và kết quả phân tích cho thấy ứng suất khá cao hoặc biển dang khá lớn hoặc hệ số an toàn thắp cũng cin thí nghiệm lại để xác định tham số tinh toán Khi cổ đầy đủ tà liệu quan trắc cần đồng thời sử dụng tà Higa quan trắc để tiền hành phân tich ngược, tổng hợp xác dinh các tham số tính toán.

Để đánh giá an toản đập bê tông cân sử dụng các tiêu chuẩn đánh giá như dưới đây:

“Trong kiểm tra hiện trạng hoặc quan sát, phát hiện một trong các biểu hiện dưới đây có thể xem là kết cấu đập không an toàn hoặc tồn tại nguy cơ mắt an toàn và cần tiến một "bước quan trắc và phân tích:

Mot bộ phận của bề mặt đập hoặc hành lang, đường dng dẫn nước bị suy yếu và bản

thân trụ pin cửa van xuất hiện vết nứt nguy hiểm đối với an toàn kết cầu;

-Bê tông thân đập xuất hiện hiện tượng xâm thực nghiêm trong:

-Bé mặt đập hoặc trong thân đập xuất hiện hiện tượng bê tông bị vỡ khi chịu nến;

-Mat nền đập phát sinh chuyển vị rõ rang hoặc thân đập bị đổ nghiêng rõ ràng;

Ha lưu nén đập xuất hiện hiện tượng đây trồi hoặc khối núi hai vai dịch chuyển rõ rằng;

-Nén đập hoặc chân vòm của đập vòm, trụ chống của đập trụ chống phát sinh biển inh hoặc chuyển vị 10 rang:

-Hai bên lớp đút gay trong nên đập hoặc chân vòm của đập vom xuất hiện chuyển vị

tương đối rõ rằng;

-Nén đập hoặc khối ndi ai vai đột nhiên xất hiện hiện tượng thắm nước lớn hoặc

thông thủy;

-Đập trần kh tran nước, thân đập phát sinh công hưởng;

-Tham nước hoặc phun nước rõ ràng trong hành lang.

Khi tiến hành đánh giá an toàn kết cầu đập thông qua phân tích tài liệu quan tic, xuấthiện một trong các trường hợp dưới đây có thé xem kết cấu đập không an toàn hoặctỔn tại nguy cơ mat an toàn.

-Giá tỉ quan trắc thực tế của chuyển vị, biển hình, ứng suất, độ mở khe nổi vượt quá

quy phạm có liên quan hoặc giá tị cho phép quy định của thiết kế hoặc thí nghiệm;

-Giá ti tính toán trên mô hình toán của chuyển vị, biển hình, ứng suất, độ mở khe nối trong thiết kế hoặc điều kiện kiểm tra vượt quá giá trị cho phép quy định trong quy

thí nghiệm: phạm, hoc thế kí

-Giá tị quan trắc chuyển vị, biển hình, ứng suất, độ mở khe nối thay đổi quan hệ độtbivới các nhân tổ tải trọng tải trọng, thời gian, không gian , có biên độ tăng lênkhá lớn so với trường hợp giống như mọi khi

Khi tiến hành đánh giá an toàn kết cấu đập thông qua phân tích tính toán, tiêu chuẩn.kiểm soát đánh giá cường độ và ôn định của đập trọng lực và đập vòm cần thỏa mãn.các quy phạm hiện hành Tiêu chuẩn kiểm soát đánh giá cường độ va én định đập tru chống giống như đập trọng lực

Dưới đây sẽ trình bay cơ sở đánh giá an toàn của kết cầu đập bê tông trọng lực dựa rên cả "ba phương pháp kiểm tra thực địa, phân tích dữ liệu quan trắc, phân ích tính toán.

Kiểm tra thực dia được thực hiện tong thời gian đập vận hành, chủ yếu là quan sắt bằng mắt để phát hiện những bat thường vẻ én đỉnh của đập và nền bai bên vai đập, chuyên dịch và lún của các khối đập, tinh trang nốt nẻ của bê tông thân dp biển động

“của các khe co dan giữa các khối đập, hiện tượng thắm và rò rỉ nước vào hành lang thu

nước cũng như thắm và rò rỉ nước qua thân và vai đập Sử dụng búa để gỡ ở những vi

tríngờ bê tông có chất lượng kém Ở những vị trí không có điều kiện tgp cận gần

Khác lạ khô phân địnhmắt thường, Với các vết nứt, ngoài bé rộng của khe nứt, cũng chú ý đến hình thái đã sử dụng ống nhồm để quan sắt nhằm phát hiện các đi

vết nứt để sơ bộ xác định nguyên nhân gây nứt là nứt do co ngót của bê tông, do khe

thi công chưa được xử lý tốt hay do tác động của lực mà thuật ngữ chuyên môn gọi là

khe nút kết cấu” (structural cracks)

vin định và chuyển vị tổng thé của đập, quan sát mặt đập, đầy hạ lưu đập va hai bên vai đập, không thấy có dấu hiệu bắt thường n tượng tồi, lún của én, sat khối đập hai bên khe biển dạng Điễu đồ chứng 16 về tổng thể, đập và nỀn vẫn ôn định ốt

trượt của mái dốc, địch chuyển ngang hoặc đứng của c:

2.2.2 Phương pháp kiễn tra bi mặt bê tông

(Quan sát mặt thượng lưu và hạ lưu đập xem có xuất hiện các đốm trắng khỉ mực nước

hồ hạ, bề mặt bề tông có nhẫn không để đánh giá chất lượng thi công Quan sát các

khe thi công giữa hai khối đổ xem có xuất hiện các vết nằm ngang hay không Khi hồ tích nước, nước xâm nhập vào các phn khe thi công chưa được xử lý ốt và những chỗ

bê tông kém đặc chắc này, một phần thắm và r rỉ vào hành lang thu nước, một phn giữ lại trong kế rồng giữa các bạt cốt liệu bê tông và các khe hở Khi mực nước hồ hạ thấp, phần nước bị giữ lại rong bê tông thắm ngược v8 thượng lưu, nước tử trong các hành lang thắm ra hạ lưu cuốn theo vôi trong bê tông và để lại các vết và các đốm trắng trên bé mặt thượng và hạ lưu đập.

Quan sát các vết nút do co ngói (thường ở dang rạn chân chim) hoặc vết nứt kổ

(thường ở dang một hoặc vài vết chạy song song),

2.2.3 Nội dung, wu nhược diém và phạm vi ứng dung

Nội dung đánh giá trong công tác kiểm tra thực địa an toàn đập gồm:

Công tác kiễm tra đập và các công tình xả nước, công tình lẤy nước theo các chế độ: Kiểm tra thường xuyên, kiểm tra định ky bảng năm tước mia lũ và sau mùa lũ, kiểm tra đột xuất khi có sự

Công tác quan trắc an toàn dập theo quy trinh vận hành, khai thée và kiểm tra hỗ chia nước do tư vẫn thiết kể lập và được cắp có thim quyền phê duyệt, phù hợp với các iêu chuẩn hiện hành, ao gồm

(Quan tric các yêu tổ khí tượng thủy văn trong lưu vực hỗ chứa: lượng mưa, đồng chảy đến hỗ, diễn biển mực nước hỗ trong mùa kiệt và mia lũ, lưu lượng dòng chảy qua tràn xả lũ, qua cổng lẫy nước;

Quan trắc các diễn biến liên quan đến an toàn đập: Lưu lượng thấm qua nén và thân

đập; chuyển vị, lún của mặt đập, của nên và thân đập; nứt nẻ, sat trượt của đình đập,

mái đập, lớp gia có mái thượng lưu; sat trượt mái đập.

‘Uv nhược điểm phương pháp kiếm tra thực dia:

+ Ưu điểm: Đánh giá được thực trang của đập tại các thời ky trước và sau mùa lũ, quan sit được chỉ tết các kết cầu của đạp để đảnh giá xem còn ổn định không, hống ké được vị tí bất thường hiện trang của đập làm mắt én định để có biện pháp khắc phục.

+ Nhược điểm: Mức độ an toàn đập bằng đánh giá trực quan bing mắt thường và bằng kinh nghiệm nên phương pháp kiểm tra thực địa mang tinh chit định tính và chủ quan của người kiểm tra

2.3 Phương pháp phân tích dữ liệu quan trắc 2.3.1 Phương pháp xử lý dữ liệu do

Cong nghệ quan trắc được áp dụng cho công trình để kiểm soát sự cổ có thể xay ra

trong qué tinh thi công, điều chỉnh thiết kế trong quá trình thi công, cung cấp số liệu

về ứng xử của công trình trong quá tinh sử dụng và cung cấp số liệu cho mục đích nghiên cứu Tuy nhiên mức độ chính xác của sổ liệu quan trắc phụ thuộc vào nhiều

tố khác nhau, cụ thể là

Yếu tổ môi trường: mưa gió, nhiệt độ, độ dm ảnh hưởng cục bộ đến sổ iệu đo;

Yếu tổ mấy móc, tiết bis Tig bị quan tắc không được kiỗm ta, bảo dưỡng thường én hỏng hóc, mi

› chẳng hạn Pezomet chỉ cao độ đường bão hòa cao hơn mực nước hi

xuyên sẽ in hiệu chỉ báo, hoặc có tín hiệu nhưng chỉ báo không

mực nước hỗ dang én định và không có yếu tổ bên ngoài làm dâng cao đường bão hòa

người quan tie đọc số i

on người: Tay theo điều kiện ngoại cảnh và yếu tổ tâm lý, có thé lầm choKhông chính xác, hoặc nhằm lẫn trong ghỉ chép, làm cho sổ liệu quan trắc không phân ánh đúng thực tổ Như vậy có nhiễu yêu tổ ảnh hưởng đến tính chính xác và mức độ trung thực của s6 liệu quan tắc Do đó cần thiết phải xử lý dữ liệu quan trắc, loại bo đi những si lý, không phù hợp với thực tế khách quan Cong túc xử lý dỡ liệu quan trắc phải do cắp thắm quyền quyết định để wnt tay tiện trong quản lý số iệu Người được cử làm công tác xử lý số liệu phải có kiến thức về

lo vô

công trình, kinh nghiệm trong công tác quan trắc, va đặc biệt phải có ý thức tráchnhiệm cao đối vcông việc được giao Việc xử lý dữ liệu tùy tiên sẽ làm cho số liệu quan trắc bị sử lệch, không phản ánh ding thực té khách quan, có thể dẫn dén những quyết định sa, gây nguy bại trong xử lý đối với công trình

2.3.2 Phương pháp phân tích dữ liệu do

‘Thu thập số liệu đo đạc và quan trắc đập, các công trình ở tuyển đầu mối, tuyển năng lượng kể từ khi thi công, vận hành đến thời điểm lập báo cáo kiểm định;

Liệt kê danh mục các thiết bị quan trắc đã lắp đặt, số lượng, tinh trạng hoạt động hoặc

đo đạc, độ tin c

hư hỏng, thời gian sửa chữa, khôi phục, đánh giá phương phá củaphương pháp do, chu kỳ đo;

19

Phân tích, đánh gid các sổ liệu đo đạc và quan trắc đập ở từng điểm quan trie của tuyến đo, số liệu quan trắc được thể hiện dưới dạng bảng và biểu đồ Trên cơ sở đó, phân tich, đánh giá về Unh trạng làm việc của công tinh, dự báo xu hướng phát tiển các chuyển vị đập (chuyển vi đứng, chuyển vi ngang các nguyên nhân chính ảnh hưởng tới giá tri quan trắc khi số do có thay đổi đột biển:

“Thiết lập đường bão hòa thực đo va đánh đập dat, đất đá; đánh gi:

á so với đường bão hòa thiết kế đối với các

ip lực thắm dưới nền đối với các đập bê tông;

Trên cơ sở các số liệu quan rắc đập từ giá đoạn th công hoặc kể ừ lần kiểm định sẵn

nhất, đánh giá tỉnh trang an oàn đập và dự báo mức giảm độ an toàn đập

Cúc đề xu ông tác quan tric, đo đạc cho thờ gian tới như về thiết bị,kiến nghị & hu

điểm quan tắc bổ sung (dạng quan trắc, các thiết bị đo hiện có, chu kỳ do.

các sửa chữa, khôi phục độ tin cậy

2.3.3 Vie nhược điểm và phạm vi áp dựng

Đây là phương pháp quan trọng trong đánh giá an toàn kết cấu đập bê tông, Lúc có đầy đủ dữ Hiệu quan tắc tì phải vu tiên sử dụng đỡ liệu này và kết hợp với phương pháp kiểm tra thực địa để đánh giá,

Tuy nhíphương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của tết bị quan trắc và phương pháp ấp đặt

2.4 Phương pháp phân tích tinh toán 2.4.1 Phương pháp phần tử hữu hạn [11]

24.1.1 Các mô hình của phương pháp phần tử hữu han

Phương pháp phin từ hữu hen (PTH là phương pháp tìm dang gin đẳng của hàm chưa biết trong miền xác định của nó ‘n thay miễn tính toán bằng các miễn con.sợi là phần tử và biểu diễn miễn rời rạc bằng những him xắp xi, Các phn tử này xemnhư chỉ được nối với nhau ở một số điểm nút được chọn trên mặt hoặc trên cạnh biên

của phần tử gọi là núc, Thông thường hàm xắp xi được biểu diễn qua các giá trị của

hầm tại các nút này và thường được chọn dưới dang him đa thức nguyên Dạng của

20

him da thức này phải chọn sao cho thoả man điề ki xấp xi phải phan ánh được trang thái chu

én động của phần tử khi coi là vật rắn tuyệt "để sao cho khi tng số phần tử lên khá lớn thi kết quả tính toán phải tiến đến kết ‘qua thực,

‘Tuy theo ý nghĩa của hàm xắp xi, trong bài toán kết cấu người ta chia ra làm ba mô.

hình sau day:

Mô hình tương thích: Biểu diễn gin đúng dang phân bổ của chuyển vi trong phin tử, là các chuyển vị được xác định từ hệ phương trình được thiết lập trên cơ sởnguyên lý biển phân Lagrange hoặc định lý dừng của thé năng toàn phần,

Mô hình cân bằng: Biểu diễn gin đúng dang phân bổ của ứng suất hoặc nội lực phần tử, các ấn này là ứng suất hoặc nội lực được xác định từ hệ phương trình được.

thiết lập trên cơ sở nguyên lý biển phân Castigliano.

lẫn chuyển vi

Mô hình hỗn hop: Biểu diễn gin đóng dạng phân bé của cả ứng suất

trong phần tử, coi img suit và chuyển vị là hai yếu tổ độc lập nhau, các ans là ứng suit và chuyển vi được xác định từ hệ phương tinh được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Hellinger-Reissner

“Trong ba mô hình trên thi mô hình tương thích được sử dụng rông rai hơn cả và thích

h"hợp cho bài toán phân

2.4.1.2 Phương trình cơ bản của phương pháp PTHH

Phương trình cơ bản của phương pháp PTHH với mô hình tương thích được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Lagrange như sau: "Tổng công khả dt của ngoại lực

và nội lực trong toàn vật thể V ứng với chuyển vị khả dĩ u phải bằng không khi các.

điều kệ cân bằng và điều kiện biên được thoa

“Trong bài toán nh, biểu thức thé nang toàn phan của phn tử có dạng:

DU 000 ào)

@Ð)

Trong đồ:ơ, = vetơ ứng suất và veetơbiễn dạng: Vụ, Se = thể tích của phần từ và diện tích đạt tii trọng bề mặt;(p) (pds veoto lực khối và velơ tải trọng.

`ii vậtliệu din hồi uyến tính, quan hệ giữa ứng suất và biển dạng như sau

De 22)

trong đó: D là ma trận các hing số vat liệu và là ma trận đổi xứng

Thay (2.2) vào (2.1), ta có:

A fff, oso fff, s62 [[ s 622) G3)

Tir nguyên lý thể năng toàn phn ta viết được

ăn, oat [[[ 228.4,0 {ff so9.0°-[[ NIe0,

hoặc viết đưới dạng:

K.As Fe= (Fie + (Be 2.6)

Trong dé:

Ac- veetor chuyển vị nút của phần từ:

Ke, Fe~ ma trận độ cứng và veoto tai trọng nút của phan tử trong hệ toa độ địa phương,

được xác định theo công thức sau:

fh, BỊDB,dv 47)

Raff Neenah Nove G8)

'Viết công thức (2.6) cho toàn kết cấu ta được;

2

KA=F @9)

trong đó

A veetơ chuyển vị nút của kết cấu;

K, E © ma trận độ cứng và veclơ tôi trong nit của kết cấu trong hệ tọa độ tổng th, <duge xác định theo công thức sau:

SUK, 2.10)

Se -Sur G10

“Trong đó: ma trận độ cứng K và vect tải trong nút E của kết cầu bằng tổng ma trận độ

cứng Ke và vectơ tải trọng nút F của phần tử trong hệ tọa độ tông thể được định vị trong ma trân độ cứng và vecto tải trọng nút của kết cấu nhờ ma trận định vị Le và

được ký hiệu lần lượt là KỲ và FE

Ma trận độ cứng K va vectơ tai trọng nút F của phần tử trong hệ tọa độ tổng thể được.

xác định từ ma trận độ cứng K và vectơ tải trong nút E, của phần tử trong hệ tọa độ

địa phương nhờ ma tận biến đồi tọa độ T‹ như am

24.1.3 Ma trận độ cũng và vecto tải rong nút của phn nữ

Ma tận độ cứng và veclơ tải trong nút của phần tử trong hệ toạ độ địa phương được

xác định theo các công thức sau:

=[[[p‡ns.d (14

" aw

"Nếu hàm xp xi chuyển vị gi thiết là các da thức nguyên và được

ma trận như sau

Trong đồn - vectơ chuyển vi của phần tie; Pe~ ma trận him dạng của phần tre: vecto các hing số của hàm chuyển vị

Goi Ac là veetơ chuyển vị nút của phần tử, ta có:

17) từ đồ có, a, = ANA, (2.18)

“Thay (2.18) vào (2.16) ta được

uy 2.19)

Trong đó: ký hiệu N, =P.AZ!

"Nếu goie, là vecto biển dang, ta có mỗi quan hệ giữa ứng suất và biến dạng như sau:

2.4.1.4 Phin từ vỏ kết hap phần tử ứng suất phẳng và phản tử tắm ~ Ma trận độ cứng của phần tử võ

Khi gii bai toán vo mỏng cong một hoặc hai chiều bằng phương pháp phần từ hữu chọn là hạn, ta có thể coi vỏ nhưđược tập hợp bởi các phần tử Các phần từ này thường

phần từ phẳng ít khi ding phần tử cong Để đơn giản, khi xác định ma trận độ cứng cũng như vectơ tải trong nút của phan tử, ta chọn hệ toa độ cục bộ cho từng phần từ vỏ im trong mặt trung bình, còn trục Z' vuông góc với mặt đó và tạo thành hệtọa độ vuông góc thuận.

"Từ ma trận độ cúng và vetơ tải trọng nút của phin tử trong hệ toa độ địa phương ta số thể suy ra ma trận độ cũng và vect tải trong nút của phần tử trong hệ toa độ kết cầu như đã trình bảy ở trên.

‘Theo lý thuyết vỏ mỏng, nội lực trong vỏ gồm có lực đọc Ni, Na, lực trượt S¡, $2 nằm.

trong mặt trung bình của vỏ, được gọi là nội lực màng (bài toán ứng suất phẳng),

ngoài ra còn có mômen ubn Mi, Mo, momen xoắn Mrz, Mọi, lực cắt Qi, Qe được gọi là

nội lực tắm (bai toán tắm mỏng) Trạng thái chịu lực của bài toán v6 coi như hợp bởi

trạng thai chịu lực phẳng và trang thấ chịu lực uốn-xoắn Vậy các trường hợp đặc biệt của bùi toán võ mông là ái ton ứng suẾt phẳng và bài toán tim mồng

Đối với phần từ vỏ phẳng, khi ghép ma trn độ cứng cia bai trang thấ chị lực này, cần lưu ý 1 chuyển vị của trang th này không ảnh hướng tới biến dang của trang thikia và ngược lại như đã chứng minh trong lý thuyết vỏ mỏng.

Vecta chuyỂn vị nút và voctơ tải trong nút tương ứng của phẫ tử vô trong hệ toa độ địa phương được viết đưới dang sau:

Vay trong trưởng hợp này ta có ma trận độ cứng của phần tử võ trong hệ tọa độ địa

phương như sau:

3 6)

Trong đó: KỲ", Kể lần lượt là ma trận độ cứng của phần tử ứng suất phẳng và của phần tử tắm

Ma tận biển đổi tọa độ Te là ma trận đường chếo được tạo bối ma trận con chỉ phương A của hệ toa độ địa phương x'Y2 trong hệ tọa độ kết cầu xyz với số lượng ma

với tos là cosin của góc g

~ Ma trận độ cứng và nội lực của phần từ vỏ tong hệ tọa độ địa phương

4/ Phần từ hình tam giác

ecto chuyển vị nút của phần tử phẳng hình tam giác có 3 điểm nút jk trong trang thi nội lực màng như ở hình 2.1, mỗi nút có hai thành phan chuyển vị u, v được sắp xếp như sau:

a ay

26

Vecto tải trong nút của phin tử hình tam giác có 3 điểm nút ijk trong trạng thái nội lực màng tương ứng với vectơ chuyển vị nút (2.26) như sau:

Ma trận độ cứng của phin từ hình tam giác có 3 điểm nút ijk trong trang thi nội lục màng tương ứng với vectơ chuyén vị nút (2.26) va veto tải trọng nút (2.27) như sau:

mi (228)

ecto nội lực màng của phần tử phẳng hình tam giác có 3 điểm nút ijk trong hệ tọa độđịa phương như sau:

trong đó: SẺ", AS lần lượt là ma tận nội lực đơn vị và vetơ chuyển vĩ nút của phin

tử màng trong hệ tọa độ địa phương.

Veto chuyển vị nút của phần tử hình tam giác có 3 điểm nút ijk trong trang thái nộilực tắm, mỗi nút só ba thành phần chuyển vị được sắp xép như sau:

'Vectơ tai trong nút của phin từ hình tam giác có 3 điểm nút ijk trong trạng thái nội lực

tắm trơng ứng với woot chuyên v nó (2.30) như san

R 630)

vớt LW We Ml

Ma trận độ cứng của phn tử hình tam giác có 3 điểm nú ik trong trạng th nội lựctắm tương ứng với vectơ chuyển vị nút (2.30) và vectơ tải trọng nút (2.31) như sau:

Ki Ky Kh

K Ky KẾ (2.32) ax Ku

Vecto nội lực nút của phần từ tim hình tam giác có 3 điểm nút fk tong hệ toạ độ dia phương như sau:

trong đó: 52, AP lần lượt là ma tận nội lực đơn vị va vectơ chuyển vj nút của phần tử

tắm trong hệ toa độ địa phương,

Đối với phần tử tam giác có 3 điểm nút trong trạng thái nội lực màng, mỗi nút có 2

thành phần chuyển vi va v, ta có thể chọn hàm xắp xi chuyển vị là đa thức có 3 số

'Vectơ chuyển vị nút của phi từ phẳng hình tứ giác có 4 điểm nút ijkl trong trạng thái

nội lực màng, mỗi nút có hs thành phần chuyên vị u,v được sắp xếp như sa

Ma trận độ cứng của phần tử hình tứ giác có 4 điểm nút ijkl trong trang thái nội lực.màng tương ứng với veetơ chuyển vị nút (2.36) và vetơ tai trọng nút (2.37) như sau

KẾ OK

Ke Ky 2.38)

KỦ KỈ

ds ki

‘Veeto chuyển vị nút của phan tử hình tứ giác có 4 điểm nút ijkl trong trạng thái nội lực

tắm mỗi nút có ba thành phần chuyển vi được sắp xẾp như sau:

ar-[at Ai at at] 239) với: wị OT

Vecta tải trong nút của phần từ hình tứ giác có 4 điểm nút ikl tong trạng thái mội lực

lắm tương ứng với veclơ chuyển vị nút (2.39) như sau:

wey 2.40)

#-[M tie Ml

Ma trận độ cứng của phần tử hình tứ giác có 4 điểm nút ijkl trong trạng thái nội lực tm tương ứng với vectơ chuyên xị nt (239) và vect ti trọng nút (2.40) như sau

KỈ KẾ KỈ

Ki Re Ke ean

Kh Kt

ác KỈ

Wtơ nội lực tắm của phần tử hình tứ giác có 4 điểm nút ikl ong hệ tọa độ địtphương như sau:

Mj My MỸ =8lAc (2.42)

với Mi=[Mx My Mã

trong đó; SẺ, AP lần lượt là ma trận nội lực đơn vị và veetơ chuyển vj nút của phâng

tử tắm trong hệ toa độ địa phương

Xi phần từ phẳng tử giác có 4 điểm nút trong trang thái nội lực màng, mỗi nút có 2 thành phần chuyển vị u và v, ta có thể chọn hàm xắp xi chuyển vị là da thức có 4 số hạng như sau

"` tax + ay tay

(xy) = as tage + ary tasxy 2.43)

Còn với phần từ tắm vì mỗi nút có 3 thành phn chuyển vị w, 0, 0y nên hàm xắp xỉ

mặt võng của tắm phải chọn là đa thức có 12 số hạng như sau:

WOK) = art BỌN + ý + A9 + asK? + aay? + any + AgXy + A9X + aye

aueytanxy® 4)

~ Ma trận độ cứng và vectơ tải của phần tử phẳng hình tam giác trong hệ tọa độ tổng thé

30

Phin từ phẳng hình tam giác cỏ 3 điểm nút mỗi nút có hi hành phin chuyển vị như ở hình 2-1, nên hàm xắp xi chuyển vị là đa thức có 3 số hang, xem (2.45).

Hình 2.1Phan tử tam giác có 3 nút

Xa trận độ cứng của phần tử phẳng hình tam giác Ke được xác định theo công thức sau

YaYg TMuyn CMY pe AACOX nV ARRAY Rady AY Vie [ -Yayu+AXuXu - Coxayy Hear, ‘|

(CCsXuyi TMuẩu FUR AES Yat AR, —CsXuyn =ÂXuyg