Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình Thủy: Đánh giá an toàn kết cấu cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin cậy

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ

của các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là cô TS Phạm Hồng Cường, thay GS.TS Nguyễn Văn Mao cô Th.s Nguyễn Lan Hương, va cùng sự

nỗ lực của bản thân Đến nay, tac giả đã hoàn thanh luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Xây dựng công trình thủy.

Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình nghiên cứu và tính toán ôn định cống lộ thiên, góp phan nâng cao độ chính xác

trong quá trình đưa ra mức độ hư hỏng và độ tin cậy của công trình Tuy nhiên,

trong khuôn khổ luận văn, đo điều kiện thời gian và trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những lời chỉ bảo và góp ý

của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp.

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô TS Phạm Hồng Cường, thầy giáo

GS.TS Nguyễn Văn Mạo và cô Th.s Nguyễn Lan Hương đã hướng dẫn, chỉ bảo

tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Bộ môn Thủy công- khoa Công

trình, phòng Dao tạo Đại hoc và Sau Đại học trường Dai hoc Thủy lợi đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ của mình.

Tác giả chân thành cảm ơn Công ty tư vấn và chuyền giao công nghệ Trường

Đại Học Thủy Lợi, Phòng thí nghiệm thủy lực tông hợp- Văn phòng tư van- trường Đại học thủy lợi đã tạo điều kiện cung cấp các tài liệu liên quan và giúp đỡ tác giả

hoàn thành luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã động

viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Hà nội, tháng 2 năm 2013 Tác giả

Nguyễn Thị Huyền Trang

BAN CAM KET

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các thông tin,

tải iệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc KẾt quả nêu trong luận

văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bắt kỳ công trình nảo trước.

Tác giả

Nguyễn Thị Huyền Trang

MỤC LỤC

MÔ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của để ti

2 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Pham vi nghiên cứu của đề tài 3

4 Mục tiêu của đề tải

5 Cách tiếp cận va nghiên cứu.

6 Các kết quả và đồng gop của luận vấn.

T Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

CHUONG I.KHÁI QUAT VE TINH HINH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHON

PHƯƠNG PHÁP TÍNH ON ĐỊNH CONG.

1.1 Tình hình xây dơng cổng đồng bằng ở Việt Nam,

LAA Cổng ấy nước

1.2 Các bộ phận chính của công lộ thiên.

1.2.1 Bộ phận nối tiếp thượng lưu.

1.3.4 Nguyên ti bé tr và lựa chọn kế cầu cổng

1.4 Các phương pháp tính toán ổn định cống ding trong thiết kế.

1.4.1 Phường pháp ứng suất cho phếp

1.4.2 Phương pháp hệ số an toàn 18

1.4.3 Phuong pháp trang thái giới hạn 19

1.42 Phương pháp tính theo độ in cây 201.5 Ưu và nhược diém các phương pháp 231.6 Kết luận chương 1 24

(CHUONG 2 BAI TOÁN THEO LY THUYET ĐỘ TIN CAY VÀ CÁC PHAN MEM UNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN 25

2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cây 25

2.1.1 Giới thiệu chung 25

2.1.2 Những tụ điểm nỗi bt khi sử dụng lý thuyết độ tin cây 3

2.2 Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên 29

2.2.1, Tinh toin cấp 46k 29 2.2.2 Tinh toán cấp độ II 31

2.2.3 Tinh toán cấp độ UL 36

2.3 Ca-ché ph hoại én định tổng thể cổng đồng bằng 7 2.3.1 Sơ đổ cảnh cây sự cổ cổng đồng bing 37 2.3.2 Lý thuyết áp dung để phan tích 39

2.4 Xác suất xây ra sự cổ đối với cổng lộ thiên 42

CHƯƠNG 3 UNG DUNG LY THUYET ĐỘ TIN CAY TÍNH ON ĐỊNH MỘT PHƯƠNG AN CONG NAM ĐÀN - NGHỆ AN, 50

3.1 Dat vin để 30

3.2 Giới thiệu chung s0

3.2.1 Viti công tỉnh

3.2.2 Nhiệm vụ và quy mô công trình.

3.2.3 Các thông số chính của công tình đầu mỗi

33‘ie trường hợp tí ih toán ổn định Công Nam Đàn.3.4 Các ti liệu tỉnh toán.

3.5 Tỉnh toán én định trượt phẳng.

3.5.1 Tính dn định trượt của cổng theo phương pháp hệ số an toàn 3.52 Tinh ôn định trượt của cổng theo trạng thái giới hạn

3.5.3 Tính ôn định trượt của cổng theo lý thuyết độ tin cậy.

3.6 Kiểm tra lật quanh trục B

3.6.1 Kiểm tra lật của cổng theo phương pháp hệ số an toàn

3.6.2 Kiểm tra lật của cống theo trang thai giới han.3.63 Kiểm tra lật của cổng theo lý thuyết độ tin cây

3.7 Kiểm tra ứng suất đáy móng A, B.

3.7.1 Kiểm tra ứng suất đáy mông của cổng theo phương pháp hệ số an toin6s

3.7.2 Kiểm tra ứng suất đáy móng của

3⁄73 Kiểm tra ứng suất3.8 Phân tích/Đánh giá kết quả

3.8.1, Phân tich/ Đánh giá kết quả tinhtoán én định trượi phẳng.3.82 Phân tích/ Đánh giá kết quả tinh toán ôn định lật.

3.8.3 Phân tich/ Đánh giá kết quả tính toán ứng suất nền (khả năng chịu tai

của nền),

3.9 Kết luận chương 3

KET LUẬN VA KIEN NGHỊ

1 Những kết quả dat được

2 Những tồn tại:

3 Kiến nghị:

4, Hướng tiếp tục nghiên cứu:

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

ig theo trạng thái giới hạn

ly móng của cổng theo lý thuyết độ n cậy

1-Tiếng Việt 29 IL Tiếng nước ngoài 80

PHU LUC CHƯƠNG 3 81

Hình 1-13: Sơ đỏ h thuỷ lực đập tran thực dung.Hình 1-14: Sơ đồithuỷ lực địp tràn định rộngHình 1-15: Sơ đồ chiy tự do

Hình 1-16: Sơ đồ chảy ngập

Hình 1-17: Ngường cuối bể tiêu năng.

Hình 1-18: Rang tiêu năngHình 1-19: Mồ tiêu năng

Tình 1-20: Sơ đồ phân ch lực tác dụng lên bản đáy o

Tình 1-21: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tí dụng lên nó.

Hình 1-22: Sơ đồ tinh tụ chị lực thẳng đứngTình 2-1: Định nghĩa biên hư hong Z = 0.

Hình 2-2 Sơ đồ tính độ cậy của kết cầu công inh

Hình 2:3 Sơ đồ cảnh cây sự cổ cña cổng lộ thiên

Hình 2-4 Định nghĩa xác suất xảy rũ sự cổ và chỉ số độ tin cây

Hin 3-1: Sơ đỗ đấy móng cổng

Hinh 3-2: Sơ đồ tải trong tác dụng lên cổng trường hợp cổng đồng Hình 3-3: Luật phân phối của yụ

Hình 3-4: Luật phân phối của 7.Tình 3-5: Luật phân phối của ø

Hình 3-6: Luật phân phối của C

‘Hin 3-7: Luật phân phối của L

Hình 3-8 Ảnh hưởng của các dai lượng

ngẫu nhiên đến én định trượt công lộ thiên

Hình 3-9 : Ảnh hưởng của các đại lượngngẪu nhiên đến ôn định ứng suẾt nên.

DANH MỤC CÁC BANG BIÊU

Bảng 3-1; Phân lớp và tỉnh các tham số thống kê.

Bảng 3-2: Tân suất ý thuyết ` của các lớp

"Bảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệm

Bang 3-4: Quy luật phan phối luật xác xuất.

Bảng 3-5: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẫn Việt Nam và Eurocode.

Bảng 3-6: Kết quả tỉnh toán ôn định cổng theo 3 phương pháp.

MỞ ĐÀU

1 Tinh cấp thiết của đề tà

Trong lý thuyết độ tin cây của kết cấu công trình sử đụng thuật ngữ "chất ượng

công trình” bao hàm các tiêu chí để đánh giá công trình được khai thác theo đúng

mục tiêu thiết ké nhau của kí, gm 2 trạng thái dÂu công trình: “an toàn, hay độitin cậy dam bảo” (tức là chất lượng được đảm bảo) và "không an toàn, hay bị phá

huỷ” (tức là chất lượng không đảm bảo).

“Các kết cấu công trình nói chung, trên thực tế chịu nhiều yêu tổ ác động đến chit

lượng công tình không thể định lượng được chính xác Các yếu tổ này, dưới đâysợi là các yếu tổ bắt định hay li các yếu tổ ngẫu nhiên

Theo truyền thông, việc tính toán tiết kế kết cấu công trinh da rên các tiêu

chuẩn quy phạm, trong đó coi các yu ổ bất định là “in định” kèm theo các hệ sốan toàn, Cách tính toán này được gợi là phương pháp tính heo “md hình tiễn định”,

không phan ảnh được ban chất ngẫu nhiên của các tác động, do đó không thể đánh giá đúng din chất lượng của kết cầu công tình thực t

Sự ra đồi của lý thuyết độ tin cậy kết cầu công trình nhằm khắc phục nhược điểm

của mô hình iễn định, nhờ dựa trên công cụ toán học chủ yếu là lý thuyết ác suất (kết hợp với thông kế và lý thuyết các quá trình ngẫu nhiền) cho phép mô tả sát thực tế hơn các yếu tổ ngẫu nhiên tác động lên kết cầu công trình Lý thuyết độ tin cậy đã đưa ra các phương pháp tính theo “md bình xác suất", để đảnh giá chất lượng công

trình theo độ tin cậy (đo bằng xác uất tn cậy) Từ đó trang thái khai thác an toần

của công tinh được xác định dựa trên đối chiếu giữa "độ tin cậy tinh toán” của

công trình so với "độ tin cậy cho phép” được quy định trong tiêu chuẩn quy phạm.

thiết kế theo độ tin cậy Luận văn tập trung di sâu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy nhằm đánh giá an toàn tổng thé cổng đồng bằng nhằm đưa ra được phương pháp kiểm tra đánh giá mức độ an toàn của các công trình hiện hữu Điều này hết sức cổ ÿ nghĩa nhất là trong điều kiện biển đổi khi hu toàn cầu Những kết quả

nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn khi cống đồng bằng hiện nay được xây dựng và vận

hình với thời gian tương đối di

2 Nội dụng ni

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn kết cấu công đồng bằng

en cứu của đề tài

3 Phạm vi nghiên cứu của để tài.

- Pham vi ngl

4 Mục tiêu của đề tài.

Nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của phương pháp tính truyền thống, cứu là cổng đồng bằng

bằng cách dựa trên áp dụng các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy để

đánh giá độ tín cậy an toàn tổng thể và từ đó nâng cao chất lượng như mong muốn

ng đồng bing trong điều kiện Việt Nam 5 Cách tiếp cận và nghiên et

= Thủ thập, nghiền cứu tàicủa các công trình tên hệ thống thực tế

- Tiếp cận với lý thuyết độ tin cây để đánh giá an toàn công tình,

~ Ứng dung các phần mm:

+ Bestft: Phin mềm xử lý các biển ngẫu nhiễn, xác định luật phân bổ chuỗi số iệu

+ Vap for MS windows: đánh giá độ tin cậy an toàn công trình6.

KẾ qua và đồng góp của luận văn.

ứu lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn công trình.

~ Ví dụ minh họn công nghệ tinh toán công trinh bằng lý (huyết độ tin cây

~ Đưa ra các kiến nghị vỀ nâng cao an toàn cổng đồng bằng theo lý thuyết độ tin

1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

~ Ap dung lý thuyết độ tin cậy trong tính toán công trình thủy lợi.

= Sử dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao an toàn cổng đồng bằng.

~ Ap dung công trình cổng đồng bằng hiđang tồn tại nhẳm chứng minh tính thực.

và khả năng ứng dụng được của kếquả tính toán.

soar(li‹aca

CHƯƠNG 1

KHÁI QUÁT VE TINH HÌNH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHAP TÍNH ON ĐỊNH CÔNG

1-1 Tình hình xây dựng cống đồng bằng ỡ Việt Nam

“Cổng đồng bing hay còn gọi là cổng lộ thiên là một loại công trình thuỷ lợi hở cđược xây dựng để điều tất lưu lượng và không chế mực nước nhằm đáp ứng các yêu cầu cấp nước, phân lũ, tiêu ding, ngăn triễu, giữ ngọt, ngân mãn

được dùng rộng rãi nhất là ở vùng đồng bằng, vi vậy còn gọi là

hay cống hở [12]

'Ở nước ta hiện nay công lộ thiên đã được xây dựng nhiều trên hệ thống thủy lợi sông Hồng và sing Tha Bình Các cổng này có đặc điểm chung là phong phú về hình thức

đđa dạng về chủng log, có thời gian xây dựng khác nhau, được thiết kể và thi công

theo các tiêu chuẳn, quy tinh khác nhau, một số ống đã tri qua 2 cue chiến tranh

vã là mục tiêu đánh phá của gic: sống Liên Mạc (Hà Nội, Dd Lương (Nghệ An), Bai Thượng (Thanh Hóa), sau 1954 ở các tinh phía Bắc do yêu cầu phát triển nông nghiệp giao thông thủy nhiễu cổng với quy mô khác nhau đã được xây dựng hệ thống Bắc Hung Hà với cống đầu mối là Xuân Quan, và cổng Neo, cổng Bá Thủy đđã được xây dựng từ 1958-1962, Hiện nay do yêu cầu phát tién nông nghiệp, nhất

là ở đồng bằng Sông Cửu Long nhiều cổng lấy nước cổng ngăn mặn và tiêu úng

dang được quy hoạch xây dựng để thâm canh tăng vụ [2]‘Theo mục đích sử dung

LAA Cổng ấy nước (4 (51

lộ thiên được chia thành những loại sau đây:

Cổng được xây dựng để lấy nước từ sông, kênh hoặc từ hồ chứa phục vụ các

yêu cầu dùng nước: tưới, cắp nước sinh hoạt, công nghiệp và các ngành kinh tế khác, Ở nước te cổng lấy nước kiễu cổng lộ thiên được xây dựng ở nhiễu nơi vỉ dự

ống lấy nước từ sông Văn Úc tưới cho 18.250 ha tạo nguồn tưới 420 ha Cổng có 4 cửa, mỗi

Cổng Trung Trang đặt ở Xã Bát Trang, Huyện An Lão, Hải Phòng.

cửa rộng 8m, Qu = ImŸs cống dùng van phẳng thép đóng mở tồi điện TD 62,

công xây dựng năm 1980,

Cổng Xuân Quan thuộc hệ thé thủy nông Bắc Hưng Hà Nằm giữa châu thỏ

Bắc Bộ, phía tây là sông Hồng, phía bắc là sông Đuống, phía đông là sông Thái

Bình, phía nam là sông Luộc Tưới 124.600 ha đắt canh tác của các tinh thành phổ Hà Nội, Hai Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh Rộng 19m 4eữa x3,Šmr* âu ấu Sm)

Công Nam Ban xây dng từ 32009 đến 5/2010 Cổng lấy nước được bổ trí phía phải âu thuyển Lưu lượng thiết kế Qtk=27,64m3/s Thân cổng đãi 28,0m,

chiều rộng tràn nước By=15m chia thành 3 khoang Day cao trình -1,4m, Tường

bên và trụ pin cao trnh định +11,95m Phía thượng lưu có khe phai và khe van.

Phía hạ lưu bổ trí bai khe phai, bai him để phai Âu thuyễn: bổ trí ở phía trái cống,

ngoài nhiệm vụ thông thuyển còn tham gia lấy nước vào mia kiệt lưu lượng

164m3/s, Âu đãi 120,35m, lòng rộng 7.0m, cao trình đáy -1.ám, bố trí khe phai, khe van, cửa van chính và cửa van điều tiết phía thượng và hạ lưu.

Hình 1-1: Công Xuân Quan Hình 1-2: Công Nam Dan 1.12 Cổng điều tiết |5]

Loại cổng này được xây dựng trên sông kênh để dâng cao mực nước tạo điều kiện lấy nước cho các công trình phía thượng lưu Đảm bảo nhiệm vụ cắp nước, tiêu.

ứng và an toàn cho mỗi công trình

Cổng điều tiết hạ lưu Liên Mạc xây dựng ở xã Thụy Phương, huyện Từ Liêm, “Thành phổ Ha Nội có nhiệm vụ: Dâng nước ở hạ lưu cổng Liên Mạc, khỉ mực nước

sông Hồng vượt +12,95 để đảm bảo én định cho cổng Liên Mạc Cung cắp nước tưới cho trên 60.000 ha canh tác của thành phố Hà Nội, tinh Hà Tây, Hà Nam Dam "bảo giao thông (đoàn tải trọng H30) qua hai bờ sông Nhuệ Cối

thước (6x8) m và I cửa âu kích thước (6x7)m cửa vào dài 15m, thân công 20m,

có 2 cửa có kích

“Cổng Tắc Giang được xây dựng ở Phủ Lý Hi Nam lưu lượng nước sẽ được lly từ sông Hồng vào sông Châu Giang cung cấp cho 5.672 ha tại khu vực sông

Nhug huyện Duy Tiên, tạo nguồn nước phù sa cải tạo cho 36.198 ha với lưu lượng.

lớn nhất là 69.61m3/5,

“Cổng điều tiết Mu Ba (hệ thống thủy nông Bắc Nghệ An) Tưới tiêu cho hon

1g dân sinh cho 4 huyện: Đô

Lương, Yên Thành, Diễn Châu, Quỳnh Lưu tỉnh Nghệ An Cổng có 4 cửa x 2m x

2.75mt 1 cửa 4m

31.000 ha đắt sản xuất nồng nghiệp và phục vụ đồi

Ding tháo nước, chống dng cho một ving nhất định trên một hệ thống, bên

canh nhiệm vụ tiêu, cống còn đảm nhận các nhiệm vụ khác.

Cổng Ling Thể đặt tại rach Láng Thể, Xã Đại Phước, Huyện Cảng Long Tỉnh

Trả Vinh Cổng có 7 cửa dùng van phẳng, mỗi cửa rộng 8,5m Nhiệm vụ của cổng

là: Tiêu ding cho 53940 ha, ngăn min cho 31.140 ha, tạo nguồn nước ngọt cho 51.128 ha, kết hợp cải thiện giao thông thuỷ bộ, bé trí dia bản dân cư, lấy nước phục vụ cap nước sinh hoạt cho thị xã Trà Vinh và vùng lân cận.

“Cổng Cổ Thi I (Huyện Kiến Thuy - Hai Phòng) 4 cửa, mỗi cửa rộng 7.5m,

van cung xây dựng năm 2000 đẻ tiêu ang cho 9.174 ha.

Xe (Hải Dương) tiêu cho khu vực Bắc Hưng Hải, gồm 7 cửa, mỗi

.cửa 8m, lưu lượng tiêu thiết kế 230m's.

CCéng tiêu Bến Thủy thuộc hệ thống thủy nông Nam Nghệ An 8 cửa x 4m + 1

cửa (âu thuyền) x Sm + 1 cửa van cung x Sm.

Céng tiêu Cổ Tiểu 2: b=26m, Cổng tiêu Cổ Tiêu 3: b=30m( 4 cửa x7,5m) thuộc hệ thông thủy nông Da Dé công trình cấp 2 nằm phía tây Nam thành phổ Hai Phòng

tiêu cho 23.920 ha diện tích đắt các huyện thị An Lão, Kiến Thụy và thành phổ Hải

Hình 1-5: Cổng Láng Thể Hình 1-6: Công Cầu Xe

1.1.4 Cống phân lũ

Dùng để tháo một phần lưu lượng về mùa lũ của một con sông sang hướng khác, hoặc tập trung nước phân là vào một vùng nhất định nhằm hạ thấp đình lĩ ở

sông chính Đảm bảo an toàn

Công phân la Văn Cốc đặt tại km 37 của để phải sông Hồng, ở đầu sông Đầy, cống gồm 26 cửa, mỗi cửa rộng Sm Cùng với các đoạn để thấp hai bên cổng (tin cứu hộ đê) dài 8,6 km có thé phân lũ với lưu lượng lớn nhất $000m*/s, Công Vân Cốc thuộc loại cống lộ thiên, cao trình ngưỡng cổng +12.0 lưu lượng qua cổng 2330mŸS, cổng ding van phẳng, đồng mở bing ti dig, và mia lũ cổng luôn luôn

‘tinh trạng sẵn sing vận hành,

Hình 1-7: Công Vân Cốc 1.15 Cổng ngăn triều

én, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều Ở một

_Xây dựng ở cửa sông ven

thời kỳ nhất định, khi thủy triều dâng, công mở để các công trình lầy nước ngọt vào đồng (do triều đẩy dẫn lên), Khi triều rit vào mùa 10, lợi dụng chân triểu thấp công mỡ thảo tiêu nước từ đồng ra Vào mùa khô cổng đóng để ngăn triều giữ ngọt `Ngoài ra cống còn có tác dụng thay đổi nước trong đồng nhằm thau chua ria mặn.

“Cổng Nghỉ Quang (Nghệ An) được xây dựng để tiêu dng, ngăn ru, giữ ngọi, ngăn mặn, Rộng 54m: 12 khoang cửa rộng 4m cửa phẳng lệch tam bằng BICT M300, đồng mở tự động, 1 khoang cửa thông thuyền b=6m, cửa cung bằng thép mạ kẽm chống ri, đồng mở bằng tồi Chiều dài thân cổng 20m Giữ ngọt tạo nguồn tưới cho 6.000 ha, ngăn mặn cho 1.100 ha, Cùng cổng Bến Thủy tiêu ding cho vụ hé thu 23,000 ha Kết hợp tiêu lũ ính vụ: Cấp nước sinh hoạt cho cing Cửa La.

Cổng đập Ba Lai xây dựng huyện Binh Đại tỉnh Bến Tre có nhiệm vụ: ngăn "mặn, giữ ngọt tiêu ing, tiêu chua, rữa phèn cãi tạo đắt cho 115.000 ha đất tự nhiên, 88.5000 ha dat canh tác và phục vụ sinh hoạt cho nhân dân các huyện Châu Thanh,

thị xã bên treGiồng Trôm, Ba Tri và Bình Đại, Phát triển mang lưới giao thông.

Kiểu lộ thiên bằng bê tông cốt thép, xử lý nền cọc BTCT 35x35 Khẩu độ 10 khoang cia, chiều rộng thông nước ám, chiều dài thân cổng 16m,

Cống Gò Cát xây dựng ở thành phố Mỹ Tho tỉnh Tién Giang có nhiệm vụ

ngăn mặn, giữ ngọt lắy nước từ rạch Bảo Định (nguồn nước sông Ti) phục vụ chokhu vực đông Bảo Định 2400 ha đất lúa và vườn cây an trái, cấp nước sinh hoạt cho

nhân dân trong vùng hưởng lợi Khấu độ 1 khoang rộng 7,5m dai 16m.

-4 cổng ngăn triều thuộc dự ân Công Trinh Kiểm Soát Nước Triều Cầu Bông

Binh Triệu — Bình Lợi - Rạch Lăng: Cau Bông (B=10m), Bình Triệu (B=20m),

Bình Lợi (B= khiếnbằng xi lanh thủy lực Chiều dai thân cổng 6.0m.

20m), rach Lãng (B~20m): Cửa sập bằng thép không r, di

Công Bảo Dinh cỏ nhiệm vụ ngăn mặn giữ ngot, tạo nguồn ngọt, teu ông, tiêu

chua, rửa phén, ải ạo đất cho 10.300ha đất lúa 3 vụ và vườn cây ăn tri, cắp nước sinh hoạt cho cho dân Chuyển nước ngọt từ rạch Bảo Định sang rạch Go Cát Kết hợp phát triển giao thông thủy, bộ và củi tạo môi trường sinh thấi wing dự án Cổng

được đặt dưới lòng kênh Bảo Định Cao trình ngưỡng -4.20m, kích thước

cửa mxBll = 3s(10x6 5m), chiều rộng thông nước + 300m, chiều đãi thin

cổng 16.0m.

Cổng đập Cần Chông Là công trình chủ chốt của dự án thủy lợi Nam Măng

Thit cũng với các công trình khác làm nhiệm vụ : Ngăn mặn, giữ ngot, tạo nguồn,

tiêu úng, tiêu chua, rửa phèn, cải tạo đất cho 177.792ha đất tự nhiên, trong đó.

267.000ha đắt canh tác Trong đó cổng Cần Ching trực tiếp ngăn mặn, tạo nguồn

cho 14040ha, tiêu ting cho 16500ha Cấp nước sinh hoại cho cho dân trongvùng Kết hợp phát triển giao thông thủy, bộ và cải tạo môi trường sinh thái vùng.dự án Cao tinh ngường -4.50m, kích thước cửa nxBxH = 6x(10x7.Sm), chiều rộng

thông nước 60.0m, chiêu đài thân công 17.0m.

Hình 1-8: Cống đập Ba Lai Hình 1-9: Cống Cầu Bông

Hinh 1-10: Cổng Bảo Dinh Hinh 1-11: Cổng đập Cin Chong 1.1.6 Cổng tháo cát

Để xói rửa bùn cát lắng đọng phía trước các công trình dâng và điều tiết 12 Các bộ phận chính của cống lộ thiên [2] [12]

Cổng lộ thiên gồm ba phẩm: Bộ phận tiếp thượng lưu, thân cổng và bộ

inh thức kết cầu và kích thưới ic bộ phận của

cổng cần dựa vào tình hình cụ thể đảm bảo sao cho toàn bộ cống làm việc an toàn về ôn định trước, về phòng chống thắm, phòng xói, về sức chịu tải của các kết cấu và nền công trinh, tha man yêu cầu về đẫn, tháo nước qua cổng.

Cắt dọc của cổng lộ thiên xem hình 1-12

Hình 1-12: Cắt đọc cổng lộ thiên

Kênh dẫn thượng lưu

2 Sân trước "

3 Tưởng cảnh thượng lưu 12, Cầu thả phai

4 Cứthượng lưu 13 Tường cánh thượng lưu.

5 Khe phai 14 Bản day bề tiêu năng.

6.Mé tm 15 M tiêu nang

7 Ban đầy công 16 Lỗ thoát nước.

3 Tưởng ngực 17, Ting lọc ngược

9, Cửa van 18, Sân sau thứ ai

10, Cầu giao thông 19 Kênh dẫn hạ lưu 1.2.1 Bộ phận nối tiếp thượng lưu.

Yêu cầu đối với bộ phận này là đảm bảo nước vào thuận lợi, đổi xứng nhằm giảm tôn thất đầu nước, tạo chế độ thủy lực thuận lợi Khi nước ra sau cổng (tiêu

năng và phân bổ dong chảy) Bộ phận này gồm tường cánh hướng nước, sin phủ

chống x6i và có thể có sin hoặc ct chống thắm, có bản neo để ting cường ôn định

- Tường cánh có tie dụng hướng dòng chảy vio được thuận lợi, chẳng xói và

chống thắm vòng quanh bờ Có nhiều hình thức tường khác nhau tùy theo điều kiện địn hình, quy mô cổng và tinh hình ụ thể lựa chọn cho thích hợp,

- Sân phủ có tác dụng chống xói, thường làm bằng đá xây khan, chiều dai sân thường (3+ 5) lin chiễu sâu nước chảy vào cổng Sân chống thắm cỏ tác dụng giảm áp lực thắm dưới nền Chiều dai sân xác định theo yêu cầu chống thắm ở nẻn.

1.2.2 Thân cống

Là phần chủ yếu của cổng bao gồm ngường đáy, các mé giữa mé bên, cầu

giao thông, cầu công tác, trờng ngực, cửa van Các mỗ giữa phân mỗ cống thành

các khoang, để tiện việc đặt cửa van chắn nước.

Bảniy có tác dụng truyềilực của bộ phân ở thân cổng, phân bổ tương

dồi đều đặn lên nền, đồng thời tạo ra lực ma sit với nền, giữ ôn định cho thân cổng

Bin diy còn có tác dụng chẳng xôi, chống thắm ở nén, Ở một số cổng còn dùng

tường ngực để chắn nước giảm chiều cao cửa van, hạ thắp cao tình đặt cầu công

tác Tường ngực còn có tác dụng làm tăng én định hướng ngang của các mo.

1.2.3 Bộ phận nỗi tiếp hạ lưu

Bao1m tường hướng nước ra bên bờ, cósh thước giống ở thượng lưu Bộ

phận nối tiếp hạ lưu là đoạn quá độ để dòng nước từ thân cng chảy ra kênh được. dễ dàng và khuếch tin đều đạn Ở bộ phận nay cần có kết cấu tiêu hao năng lượng của dong chảy từ cổng ra, không gây xói ở hạ lưu Tưởng cánh hạ lưu có tác dụng

phân b

da lát ở hai bên bở còn có tác dụng bảo vệ bờ

và hướng dòng chảy từ thân cổng ra kênh Ngoài ra, tường và bộ phận.ánh khỏi bị xói lở.

1.3 Đặc điểm làm việc của cổng và những yêu cầu tính toán thiết kế

Khi thiết kế việc lựa chọn các hình thức, kết cấu và kích thước các bộ phận

của cổng cin dựa vio tinh hình cụ thể đảm bảo sao cho toàn bộ cổng làm việc an

toàn về ôn định trước, về phỏng chống thấm, phòng xói, về sức chịu tải của các kết

cấu và nền công trình, thỏa mãn yêu cầu về dẫn, tháo nước qua cống.

Ngoài ra cần lưu trong khi lựa chọn, bổ tr các kết sầu so cho Khi tusita

48 dang và hình thức công trình cin cân đổi, đẹp mit, Trong thiết kế ngoài yêu cầu

kinh tế kỹ thuật, cần chú ý tới tính chất mỹ thuật của công trình [2]

1.3.1 Tính toán thủy lực

“Tính toán thủy lực để lựa chọn kích thước hợp lý của lỗ công, đảm bảo tháo .được lưu lượng cin thiết, tiều năng lượng thừa đảm bảo an toàn về xói, ứng với tin suất lựa chọn theo quy định.

13.1.1 Xác định khẩu diện cống

Kích thước lỗ công phải đảm bảo thực hiện được nhiệm vụ tháo nước, lấy nước của cổng (mặt khác bỄ rộng mỗi cita được lựa chọn còn phải chủ ý đ

cầu lắp đặc đóng mớ cửa van và yêu cầu cấu tạo chung) Xác định kích thước lỗ

cổng trước tiên cần xác định:

= Mực nước thiết kế thượng ha lưu cổng: cin xác định cặp Z,, Z, và lưu

lượng tương ứng bắt lợi nhất cho mỗi mục tiêu thiết kế để tính toán đảm bảo lấy đủ Iu lượng và an toàn cho công trình, đồng thời dâm bảo yêu cầu kinh tế

~ Lựa chọn kiểu ngưỡng cổng và lưu lượng đơn vi: Lựa chọn lưu lượng đơn vị

chảy qua céng rất quan trong, cần phi xét ngay từ đầu vi nó ảnh hưởng đến giá

thành xây dựng và điều kiện làm việc an toàn của cổng và kênh Hinh thức ngưỡng,

cổng có ảnh hướng đến khả năng dẫn nước qua cổng ảnh hưởng đến việc xác định kích thước lỗ ng và một số kết cầu khác của cổng Phin lớn các cống đã xây dựng ở nước ta chọn loại ngưởng bằng, có tác dụng như ngudng đỉnh rộng Ngoài loại ngường bằng có thể chọn hình thức ngường mặt cắt thực dụng không chân không

Hình 1-13: Sơ đồinh thuỷ lực đập — Hình 14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập

Nước từ thượng lưu xuống hạ lưu có một năng lượng thừa Vi vậy cần phải

xem xét đánh giá và đề ra các biện pháp tính toán để tiêu hết năng lượng thừa nay, đảm bảo sự lâm việc an toàn cho cổng ĐỂ giải quyết iêu năng sau cống ching ta

cẩn: kiểm tra để xác định dạng nỗi tiếp đồng chảy sau công để xác định trường hợp

bất lợi nhất; định big đảm bảo đồng chảy ra phânpháp và tinh toán tiênăng

phối được tương đối đều đạn

~ Thiết kế bể tưởng tiêu năng: Xây bể hoặc tường hay bể tường kết hợp nhằm tạo ra nước nhay ngập ngay sau cổng Bằng cách đồ năng lượng thửa được tiều hao

tữ.40% - 70% Đây là hình thức tiêu năng ding với cột nước thấp, nền đất

Hình 1-17: Ngưỡng cuối bé tiêu năng

~ Thiết bị tiêu năng phụ: Loại thiết bị nảy có tác dụng tiêu hao năng lượng thửa của đồng chấy, rit ngắn được chiều dài nước nhảy do đỏ giảm được khối

lượng sân tiêu năng Các thiết bị này còn có lợi cho việc phân bổ lưu tốc ở hạ lưu

‘Thit bj tiêu năng phụ thường gặp như răng, mồ và dim tiêu năng

Khi thiết kế có khi vấn để tiêu năng đã được xem xét và giải quyết dy đủ, song trong thực tế vẫn xảy ra xói lớ: nguyễn nhân thường là do việc bổ trí nỗi tiếp đông chảy ra, việc quản lý đồng mỡ cổng chưa tốt lâm cho dòng nước khuếch tần

khó, chảy tập trung, tạo ra các vùng nước xoáy vật Khi có hiện tượng này, lưu tbe

mạch động tăng, hiệu quả tiêu năng giảm và sinh ra x6i lở ở lòng và bờ kênh Vậy

= Không dé chiều rộng cổng quá hẹp so với lòng kênh, khó khăn cho việc bố.

trí hướng đồng

~_ Tường hướng dong nên mở rộng dan sao cho dòng chảy bám sát được tường,

Không tạo ra vùng xoấy vật

~ _ Ngay từ khi thiết kế phải quy định chế độ đông mở cửa cống

Can chú ÿ rong một số trường hợp, đính toán tiêu năng đã đưa vào bài tin chiy tr do dưới cửa cổng để xem xt, điều này chỉ nhằm chọn ra trường hợp tiêu năng bat lợi nhất và từ đó lựa chọn hình thức khắc phục.

1.32 Tính toán ôn định cổng

Tính toán thuỷ lực giúp chúng ta xác định các kích thước cơ bản của cổng.Sau khi chon cấu tạo, xác định kích thước các bộ phận chính, chẳng ta thực hiệntinh toán ổn định cổng Nội dung bao gồm;

~ Kiểm tra én định thấm: Do cống được xây dung tré thấm nước, khi có

chênh lệch cột nước thượng hạ lưu sẽ xu hiện ding thắm tn nÊn, dưới đấy cống,

“đồng thời xuất hiện dong thắm quanh bờ Để kiểm tra ôn định thắm edn xác định: + Áp lực thắm tác dụng lên đầy cổng

+ Lưu lượng thắm qua nền

+ Gradien và lưu tốc thấm ở hạ lưu cổng, Gradien trung

- Kiểm tra về biển dang, lún, nghiêng: Phin lớn cống được xây dựng ở ving

đồng bằng và trung du trên nén đắt hoặc yếu Do vậy cin kiểm tra biến dạng, lún lư ra biện pháp xử lý Trong thigt kế công trình trang thái giới hạn v biển dang

thường được gọi là trạng thái giới hạn thứ hai

+ Xử lý về kết cấu: kết cấu có thé bị phá hong hoàn toàn hay tùng bộ phận

đo lún quá lớn, lún không đều, hoặc do áp lực lên mặt nền vượt quả khả năng chịu.

lực của đất vì thế để giảm tải trọng tác dụng tăng khả năng chịu lực người ta

thưởng ding các biện pháp sau: kết cấu nhẹ, kết cầu mềm, thay đổi chiều sâu chôn

mồng, thay đổi ích thước móng, thay đổi loại mồng và kích thước của nó

+ Xử lý về nền cổng: Xứ lý nén cổng nhằm tăng sức chịu tải và hạn chế mức: độ biển dạng nhất là biến dạng không đồng đều của đắt nên Như chúng ta đã biết, sức chịu tải và tinh chit biển dạng cia đất phụ thuộc vào cường độ liên kết của cốt đất và độ rỗng của đất Do đó biện pháp xử lý nền công dựa vào nguyên tắc gia tăng độ liên kết giãn các hạt đất hoặc tang độ chặt của đất Vì thể có thể chia biện pháp

xử lý nền cổng thành 3 loại như sau: điều chỉnh sự phân phối ứng suắt và biển dang

tăng độ chặt của nề đất yêu, xửlý đắt bằng hỗa lý.

- Kiểm tra 6n định trượt của cổng hoặc của cổng với một phin nền: Khi chịu

tác dụng của các tải trọng tại các điểm của bản đáy phát sinh ra ứng suất tiếp Nếu vượt quả tr số giới han bản diy sẽ bị pha hoại Ngoài ra đưới tác dụng của ngoại

lựe, cổng có thể bị mắt ôn định đầy nỗi, lật Do đó khi thiết kế edn kiểm tra ổn định

trượt, ổn định chống diy nỗi và én định chống lit Trong thiết kế trạng that giới

han về én định gọi là trạng thái giới hạn thứ nl

1.33 Tinh toán kết cầu các bộ phận cổng

‘Tinh toán kết cấu mỗi bộ phận cổng là phân tích từng đặc điểm kết cấu đặc

điểm làm việc để xác định trường hợp tính toán, tổ hợp lực, tải trọng tác dụng, xác

định nội lực, tính toán khả năng chịu lực, biến dang, kiểm tra nứt của từng bộ phận.

đó Trong tính toán thiết kế thường tiễn hành phân tích kết sầu các bộ phận chính

như: bản đầy, tường ngực, mồ

1.3.3.1 Tính toán bản đầy cổng

Ban đáy chịu tit cả các lực phía trên và truyền xuống nền, Thân công là một kết cấu không gian, có cẫu tạo và chịu lục khả phức tạp Có thé tinh đến đặc điểm

này bing cách sử dụng các phương pháp số (phương pháp sai phân, phương pháp.

phần tir hữu han ) Mat khác có thé tinh giản đơn bằng cách xét bai toán phẳng và

tinh theo phương pháp sức bén vật liệu hay phương pháp lý thuyết đàn

xi Te

Hình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy cống.

Bản diy thường có kết cấu đặc và phẳng, vit liệu thường là bê tổng hoặc bê

tông cốt thép Theo kinh nghiệm chiều dày bản đáy thường Ge ? chiều rộng.

khoang cổng,

1.3.3.2 Tinh toán tường ngực.

“Tường ngực cỏ ác dung chin nước và giảm bớt chitu cao của van, do đó giảm <duge cao trình cầu công tác, Cao trình đỉnh tường ngực cao hơn mức nước cao nhất

ở thượng lưu, côn cao trình đáy tường ngực cao hơn mức nước mùa kiệt khi mở hin

cửa van khoảng 0,3+ 0,5m Tường ngực thường gồm bản che, dam trên và dầm.

dưới (hình 1-23).

a ett

Hình 121: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tác dụng len nó

1.3.3.3 Tinh toán trụ cổng

Mé trụ ding để đỡ cửa van, tường ngực cầu giao thông, cầu công tác Hình dang và kích thước mỗ trụ phải thỏa mãn các yêu cầu về thủy lực, vỀ ôn định, về

sức ban trong mọi điều kiện làm việc, và các yêu cầu về bổ trí các kết edu ở trên.

mỗ Đối với mé bên ngoài các yêu cầu trên còn có tác dung liên kết cổng với bo,

chống thắm vòng quanh bờ.

ban ~

Hình 1-22: Sơ đồ tinh trụ chịu lực thẳng đứng.

1.34 Nguyên tắc bố trí và lựa chọn kết cầu cống [2] [12] Khi xác định vị trí đặt cổng cin chủ ý các điểm sau:

Về địa hình cần chon vịt cổng sao cho đồng chy được thuận và thoi man

su cầu đã để ra Thi dụ cổng lấy nước phải bảo đảm yêu cầu về lưu lượng, về

chất lượng nước Cổng tiêu chọn ở vị trí thấp, đảm bảo khống chế được cả

tiêu Nơi xây dựng công trình phải thuận lợi cho công tác thi công, cho giao thông.

ân tải qua cổng Tuân theo nguyên tắc sử dụng tổng hợp.

Về địa chất phải chọn ở nơi nền tốt hoặc không phức tạp để giảm bớt khối lượng xử lý nền va không gây khó khăn cho thi công, tăng giá thành công trình.

Trong quá tình thiết kế cổng trước hết căn cứ vào tinh hình địa hình, địa chit,

;à các điều kiện cụ thể khác dé sơ bộ định ra hình thức Kết cấu cổng Sau 46 thông qua tính toán thuỷ lực,

thuỷ văn, nhiệm vụ thiết kế

lính toán kết cầu mà kiếm tra lai,

sửa chữa các bộ phận cho hợp lý Vì vậy quá it kế cổng là một quá trìnhú

xen kế giữa các bước tính toán, bé tí, chọn cấu tạo các bộ phận, nên phải thay đổi

sửa chữa để chọn được công trình an toàn và kin tế nhất

Khi bố trí các kết cấu thin cổng ein xét đến khả năng lợi dụng tổng hợp Thi dụ lợi dụng lỗ cổng làm âu thuyén, bổ trí edu giao thông qua các trụ Kết hợp bin đầy thân cổng làm sâu tiêu năng để rút ngắn chiều đãi sâu sau.

[god ra khi thiết kế cần chú ý bảo đảm quản lý vận hành dễ dàng thuận tiện

và bảo đảm yê cầu mỹ (huật, cảnh quan chung,

1.4 Các phương pháp tính toán ôn định cổng dùng trong thiết kế

Mỗi công trình thủy lợi là một hệ kết cấu chịu lực phức tạp Theo quan điểm

thiết kế, khi công trình không đủ sức chịu tả thiết kế hoặc còn đủ sức chịu tải thiết

kế nhưng tải trọng vượt tải trọng thiết kế thi công trình làm việc trong điều kiện

không an toàn và có thể xảy ra sự cổ dẫn đến đỗ vỡ Để công trình làm vi c được antoàn trong điều kiệ tải song và sức chịu ti thiết kế, người thiết kế phải lựa chọn

giải php kết cầu đủ điễu kiện ôn định tổng thể và én định về độ bin, Vì vậy tính ấn định và độ bin là một nội dung rit quan trong, không thể thiểu trong thiết kế

công trình.

Hiện nay trong thiết có nhiễu phương pháp tinh 6n định và độ bén công trình.

Các phương pháp được sử dụng phổ biến trong thiết kế là phương pháp ứng suất

cho phép, phương pháp hệ số an toàn, phương pháp trạng thái giới hạn và phương.

pháp tính công trình theo lý huyết độ tin cậy Đối với ob lô thiên thường dùngcắc phương pháp sau

1.4.1 Phương pháp ứng suất cho phép [12]Theo phương pháp này, điều kiện bền có dạng

Gaus < [ø] an

Gua" ứng suit tinh toán lớn nhất tại một điểm, xác định từ tổ hợp tải trong bắt lợi nhất

[a] - ứng suắt cho phép, lấy theo tai liệu, tiêu chun

1.4.2 Phương pháp hệ số an toàn [12]

Phuong pháp hệ số an toàn được ứng dụng trong tính toán ổn định công trình với biểu thức kiểm tra điều kiện an toàn như sau:

“rong dé: K - hệ số an ton, là tỷ lệ giữa yêu ổ (ực hay momen) giữ E, và yêu

tổ gây mắt én định Fy; Ke là hệ số an toàn cho phép

Trong tính toán thết kí người thiết ké thường lựa chọn công thức tinh toán hệ

Sn định K đã được tết lập cho từng loại công tình và cho từng sơ đồ tính cụ thé, Hệ số an toàn cho phép Key được xác định theo tiêu chuỗn kĩ thuật được chọn

làm tiêu chuẳn tiết kế.

14.23 Phương pháp trạng thái giới hạn [I2]

Phương phip tỉnh theo trạng tái giới hạn à việ sử dụng một nhóm các hệ số

an toàn mang đặc trưng thống kẻ: hệ số tổ hợp tải trong nạ, hệ số điều kiện làm việc

m, hệ số tin cậy Ky, hệ số lệch tải n, hệ số an toàn về vật liệu Ky Nhóm các hệ này thay thé cho một hệ số an toàn chung K Vì vậy phương pháp này côn được sọi là phương pháp nhiều hệ số an toản.

Người ta phân biệt 2 nhóm trạng thải giới hạn

Trang thái giới hạn thứ nhất ~ công trình, kết cấu và nén của chúng làm việc

trong điễu kiện khai thác bất lợi nhất, gdm: cúc tinh toán về độ bền và ổn định chung của hệ công tinh ~ nền; độ bn thắm chung của nền và công trình dắt độ bền

của các bộ phận mà sự hư hỏng của chúng sẽ làm cho việc khai thác công trình bj

ngừng tr: các tỉnh toán về ứng suất, chuyển vị của kết cầu bộ phận mà độ bin hoặc

độ ôn định công trình chung phụ thuộc vào chúng v.v.

“Trang thái giới hạn thứ hai ~ công trình, kết cầu và nỀn của chúng lâm việc

bắt lợi ong điều kiện khai thác bình thường, gồm: ác tính toán độ bin cục bộ của

nền: các tính toán về hạn chế chuyển vị và biến dạng, vé sự tạo thành hoặc mở rộng vết nứt và mỗi nỗ thi công: về sự ph hoại độ bề thắm cục bộ hoặc độ bên cửa kết cấu bộ phận mà chúng chưa được xem xét ở trạng thái giới hạn thứ nhất.

“Theo TCXDVN 285-2002 diều kiện dim bảo ôn định hay độ bên của công trình

trong đó: Nụ - trịsố tính toán của tai trọng tổng hợp, Tải trọng tính toán được xác

inh bằng cách lấy tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số lệch tải n

m- Hệ số điều kiện làm việc.

K, - Hệ số tin cậy xét đến tầm quan trọng (cấp) của công trình, các hậu

quả khi xây ra trang thải giới hạn

1.444 Phương pháp tính theo độ tin cậy [7] [9]

1.44.1 Con đường hình tinh của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên

Sự tiến triển logic của các phương phấp thiết kế công trình đã được

& như sau Ban di

tổng chúng được tính theo các phương pháp tất định (theo ứng suất cho phép và hệ số an toàn), với tiền dé là tải trong và độ bên tính toán đã được mặc định trong suốt quá trình làm việc của công trình Thực su tố khác.

thì các ham tai trọng và độ bên chịu tác động của rất nhiều y

nhau, và biển đổi theo quy luật ngẫu nhiên Vì vậy việc ấn định trước các giá

trị tính toán của chúng trong suốt thời gian làm việc của công trình là chưathoả đáng Bu lại, để tăng mức độ dự trữ an toàn, người ta phải giảm bớt các,

trị số ứng suất cho phép, hay tăng hệ số an toàn cho phép lên Việc tăng hay

giảm này không tránh khỏi yếu tổ chủ quan.

Sự chuyển sang phương pháp trang thái giới hạn là một bước tiễn trên

con đường cải tiền các phương pháp thiết kế công trình Phương pháp trạng thái giới hạn thực chất là phương pháp bin ngẫu nhiên, ở đây các hệ số an toàn eue bộ (ne Ke, m, Kvi) được xác định theo con đường xác suất thông kẻ

Bước tiến tiếp theo là việc chuyển sang các phương pháp ngẫu nhiên trong khuôn khổ lý thuyết độ tin cây Lý thuyết này xét đến bản chất thay đồi thường xuyên của tải trong và tác động, tinh chất vật liệu, bản thân kết cầu và.

cite điều kiện khai thie ching

1.4.4.2 Lich sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thé giới

Những năm thập kỹ 60 và 70 của thể kỳ XX trên thể giới đã có những

công trình công bổ về ứng dụng lý thuyết độ tin cậy vào“x.

h vực kết cầu xây:dung Các khái niệm.c suất đảm bảo không bị phá hoại” cũng như tínhtoán các xác suất này đã trở nên quen thuộc trong lĩnh vực kết cấu xây dựng.

Lý thuyết độ tin cậy cũng đã được ứng dụng vio th vực tính toán.

công trình thủy từ những năm thập kỷ 90 của thé ky XX Các thiết kế ngẫunhiên và các thiết kế rủi ro được phát triển khá mạnh mẽ trong lĩnh vực công

trình biển và công trình bảo vệ bo.

6 nước ta, lý thuyết độ tin cây cũng đã được xâm nhập vào từ những

năm 60, từ đó đến nay nó không ngừng được phát triển Đầu tiên là sự truyền bá lý thuyết bằng những sách dich, bai giảng, giáo trình giảng day trong các

trường đại học, tiếp đến là các công trình nghiên cứu trong khuôn khổ các

luận văn thạc si, luận án tiến sĩ trong các ngành Giao thông, Kết cấu xây

dựng, Công trình thủy, Đề và công trinh bảo vệ bở Trong lĩnh vực kết edu

xây dựng đã có những quy định ban đầu vẻ tính độ tin cậy kết cấu So với d giới ứng dụng lý thuyết này rong lĩnh vực công trình xây dụng của Việt nam

đang còn là mới mẻ.

1.4.4.3 Các cắp độ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên

Trong trường hợp tắt cả các nguyên nhân xảy ra hư hỏng công trình có thể liệt kế và xác suất xảy ra hư hỏng 46 có thể chắc chắn được xác định thi về nguyên tắc có thể xác định được xác suất xây ra sự cố Vì vậy, hoàn toàn có thể đưa ra một phương pháp tiếp cận mới trong thiết kế công trình với ý

tưởng “Cần xem xét vỀ mức độ có thể xây dựng tiêu chuẳn an toàn công trình

căn cứ vào phân tích rủi ro cho tất cả các yếu tổ liên quan”, Đây là lý do cơ bản của sự phát triển phương pháp “Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu

nhiên và phân tích độ tin cậy”

kế dựa trên cơ sở

Phương pháp thnhiên là phương pháp thi

toán xác suất thông kế để phân tích tương tác giữa các biển ngẫu nhiên của tải

trọng và của sức chịu tải tronge cơ chế phá hoại theo giới hạn lim việc của

sông trinb.Trong thiết kế ngẫu nhiên, tt cả các cơ chế phá hỏng được mô tả

bởi mô hình toán hoặc mô hình mô phỏng tương ứng Tỉnh toán xác suất phá

hong của một bộ phận kết cấu hoặc của công trình được dựa trên hàm độ tincây của từng cơ chế phá hỏng,

Cée cắp độ tiếp cân trong ứng dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên được chia ra làm bốn cấp độ:

* Cấp độ 0; Là phương pháp thiết kế tit định ~ phương pháp hệ số an toàn Thiết KẾ dựa trên cơ sở các trang thi trung bình, các trị trung bình và kèm theo hệ số an toàn thích hợp tương ứng với mỗi loại công trình;

* Cấp độ 1: Là phương pháp thiết kể tắt định ~ phương pháp trang thi giới hạn

"Đây là phương pháp tiếp cận bán ngẫu nhiên Trong thiết kế sử dụng

các I nhóm các hệ số an toàn cục bộ (nz, m, Ky, a, Ky1) để tăng giátrị của tải trọng và giảm giá trị của độ bên.

* Cấp độ Hz Là phương pháp thiết kế ngẫu nhiên Cấp độ này bao gồm một số phương pháp gần đúng dé biển đổi hàm phân phối xác suất sang dang

hàm phân phối chuẩn hay phân phối Gaussian, Để xác định gin đúng

sắc giá trì xắc suất xây ra sự cổ, quả trình tuyển tính hóa toán học các phương trình liên quan cần được thực hiện.

* Cấp đồ HH; Là phương pháp thiết kế ngẫu nhiễn Theo cắp độ tiẾp cận này, các

hàm phân phối xác suất của các biến ngẫu nhiên được xem xét hoàn.

toàn đúng với quy luật phản phối thực của chúng Trường hợp bãi toán phi tuyén, vin đề cũng sẽ được giải quyết theo phi tuyển

1.8 Ưu và nhược điểm các phương pháp.

Phương pháp: hệ sổ an toàn vả trang thải giới hạ tính toán đơn giản, không cin

chuỗi số liệu (hi cần giá trị trung bình của thí nghiệm và sổ liệu lựa chọn tính toán), Chính vi thể khi tinh toán với cả 2 phương pháp này đều chỉ đưa m một kết

luận công trình có ổn định hay không én định, nếu không én định lại phải thay đổikiu, kích thước của công trình tinh lại và kiểm tra Nến tin chính xác không

cao Việc tỉnh toán thiết kế kết cầu công trinh dựa trên các Tiêu chuẳn quy phạm, trong đó coi các yếu tổ bắt định là “tiền định” kèm theo các hệ số an toản Cách tinh toản này được gọi là phương pháp tinh theo “mô hình tiễn định", không phản ảnh

“được bản chất ngẫu nhiên của các tác động, do đó không thể đánh giá đúng đắn chất

lượng của kết cấu công tinh thực tế, Một số hạn chế của phương phip U tuyề thống theo có thể kể ra như

+ Chưa sắc định được xác suất hư hỏng của từng thinh phần cũng như của tonhệ thông:

+ Chưa xét đến tinh tổng thé của một hệ thống hoàn chỉnh;

+ Không đưa ra được xác suất gây thiệt hại và mức độ thiệt hại của vùng được

bảo vệ

Phương pháp lý thuyết độ tin cậy: Sự ra đời của lý thuyết độ tin cậy kết cầu công trình nhằm khắc phục nhược điểm của mô hinh tin định, nhờ dựa trên công

cụ toán học chủ yêu là lý thuyết xác sua (kết hợp với thống kê và lý thuyết các quá

trình ngẫu nhiên) cho phép mô tả sát thực tế hơn các yếu tố ngẫu nhiên tác động lên u công trình Lý thuyết độ tin cậy đã đưa ra các phương pháp tinh theo “mô

hình xác suất" để đánh gi chất lượng công tình theo độ in cay (do bằng xác suất

tin cậy) Từ đó trạng thái khai thác an toàn của công trình được xác định đựa trên.

chiếu giữa "độ tin cậy tính toán” của công trình so với "độ tin cậy cho phép”

được quy định trong Tiêu chuẩn quy phạm thiết kế theo độ tin cậy Luận vin tập trung di sâu nghỉ độ tn cậy nhằm đánh giá an toàn kếtcứu ứng dung lý thuy

sấu cổng đồng bằng nhằm đưa ra được phương pháp kiểm tra đánh giá mức độ an toàn của các công trình hiện hữu, Điễu này hết sức có ÿ nghĩa nhất là trong điều kiện biển đổi khi hậu toàn cầu.

16 Kết luận chương 1

Xi mặc địch đặt ra của đỀ ải, chương 1 đã nêu bật được những nội dung sau: 1 Đã khi quát được các iểu Cổng đồng bằng chính xây dựng ở nước ta phần

tích những yêu cầu tính toán cống dé dim bảo an toàn va giới hạn phạm vi

nghiên cứu: an ton ôn định tổng thể của cổng

ết kế

2 Da làm được rõ nội dung các phương pháp tinh dn định dùng trong t

sng: Phương pháp hệ số an tn, phương pháp trang thi giới hạn, phương

pháp lý thuyết độ in cây Từ đó phân tích ưu nhược điểm của từng phương

pháp đưa ra quyết định lựa chọn phương pháp lý thuyết độ tin cậy timphương pháp nghiên cứu của luận văn.

Để làm rõ hơn nội dung tính dn định cống ở chương 2 tác giả đi sâu vào.

phân tích lập và giải bài oán tinh ổn định cổng theo lý thuyết độ tin cây Việc nghiên cửu áp dụng phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trong tính toán ổn định cống nói chung và cho Công Nam in, Nghệ An nói riêng là một hướng di

đúng đắn và phủ hợp với xu thể hiện nay.

merle

BÀI TOÁN THEO LÝ THUYET ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHAN MEM UNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN

iệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy

thiệu chung [10]Hiện nay trên thé gi2d

lý thuyết ngẫu nhiên dang được ding tương đối phd biển trong những nghiên cứu, tính toán phân tích an toàn hệ thống như hệ thống phòng lũ, ệ thống công tình xây dựng Trong linh vực công tình xây đựng nhiều

nước tiên tiến trên th giới như các nước ở châu Âu, Mỹ, Nga, Trung Quốc vv đã

đưa ra những tiêu chun an toàn công tình theo xắc suất an toàn cho phép hoặc độtin cy an toàn của công trình

Hiện nay tại Việt Nam dang sit dụng hỗn hợp các phương pháp: phương pháp.ứng suất cho phép, phương pháp hệ số an toàn và phương pháp trang thái giới hạn

cùng với mô hình thiết kế truyền thông để tính toán công trình Theo mô hình thiết kế này ti trọng và độ bền tinh toán được mặc định trong suốt quả trình làm việc của

công trình, Nhưng thực tẾ các him tải wong và độ ben chịu tác động của rit nhiều

yếu tố khác nhau và biến đổi theo quy luật ngẫu nhiên Vi vậy quan niệm về quan

hệ giữa tải trọng và sức chịu tải của công trình trong quá trình làm việc của mô hình.

thiết kế truyền thống ngày cảng trở nên lạc hậu Xu hướng tiến bộ hiện nay là thiết

kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy Như ở Chương I tie

giả đã tình bảy mức độ tiếp cận với phương pháp thiết kế hiện đại này hiện được

chia ra ở các cấp độ khác nha:

~ Tiếp cân mức độ xác suất cắp độ 0, thiết kế tuy thống, sử dụng phương sân mức độ xác suất cắp độ I, thiết kế bán xác suất, sử dụng phương pháp nhiều hệ số an toàn (phương pháp trạng thái giới hạn)

- Tiếp cận xác suất cắp độ I và cắp độ II, phương pháp tiếp cận ngẫu nhiên.

Mức độ II, trong đồ các hàm phân bổ của các biển được giờ nguyên quy luật

phân bổ và các tinh toán không sử dụng các phương pháp gin đúng, Cấp độ II,

trong dé sử dụng các phương pháp gin ding để biến đổi luật phân bố của các tải

trọng và sức chịu tải về các hàm phân bổ chuẩn, các tính toán sử dụng các phương,

pháp xác suất gần đúng.

Luận văn di sâu vào nghiên cứu tính toán én định cổng lộ thiên làm cơ sở thiếtp bùi toin phân ích độ tin cây an toàn cho cổng ấp cận với lý thuyết ngẫu nhiên

ở cắp độ

“Các nguyên nhân xảy ra sự cổ cổng lộ thiên có thé liệt kê: Tham, trượt, lật, ứng suất nén, day nổi Từ trước đến nay khi tính toán én định cống theo

phương pháp tính truyền thống chưa phản ánh được hết những bắt lợi mà công

trình gây ra Việc tính toán thiết kế kết cấu công trình dựa trên các Tiêu chuẩnquy phạm, trong đó coi các yếu tổ bắt định là "tiễn định” kèm theo các hệ sốan toàn Cách tính toán này được gọi là phương pháp tính theo *

định không phản ánh được bản chất ngẫu nhiên của các ác động

không thé đánh giá đúng đắn chất lượng của kết cầu công trình thực tế ‘Theo:

ý tưởng của phương pháp uận nêu trên , người ta hoàn toàn có thé đưa ra một

phương pháp tiếp cận mới tong thiết kế công rình với ý tưởng “Can xem xét

nức độ có thể xây dụng tiêu chun an toàn

rải ro củatắt cả cá c yếu tb lita quan” Đ chính là lý do cơ bản cho sự phát

triển "Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên và phân tích độ tin cậy ý thuyết cơ bản của các phương pháp xác suất thing kế

Việc mở rộng cơ bản của thiết kế tắt định được giới thiệu bằng các phương

ie suất pháp xác suất thống kế là các him mật độ hai chiều hay các hầm mật độ

nối kết của sức bén và tải trong fx s(R,S) được đưa vào trong tính toán hơn là dùng,

các giá tị thiết kế đặc trưng Cúc dang hàm hay it trên

triỄn không gian ai chền, bắt ky một điểm nào trên đó sẽ mô ả bằng khoảng cic

§ và R đọc theo các trục tọa độ, Các hàm mật độ xác suwg từng phẩn fy và fs

được xây đựng từ phần chia của R và S của lượng xác định bởi fs Việc tính

toán xác suất phá hỏng cũa một thành p được dựa trên hàm độ tin cậy của từng

cơ chế phá hỏng Him độ tin cậy Z được thiết lập căn cử vào trang tái giới hạn

tương ứng với cơ chế phá hỏng dang xem xét, và là him của nhiễu biến và tham số

Theo đó, Z = R-S < 0 được coi là có xảy ra hư hỏng và hư hỏng không.

Z nhận cúc giá tỉ côn la (xem hình 2.1), Do đồ xác xuất phá hông được

Hình 2-1: Định nghĩa biên hur hing Z.=

Muốn tính được độ tin cậy của công tình, người thiết kế phải có đủ sổ liệu phân

phối ngẫu nhiên của tải trọng và độ bền từ đó kết hợp với các yếu tổ ảnh hưởng bên

ngoài tién hành phân phối xác suất vả đánh giá độ tin cậy công trình

Số liệu thống Số liệu thốngkế tải trọng ke độ bên

- ảnh hưởng của môi trường

inh ứng suất > ảnh hướng hình dạng của công tinh} ot Tịnh độ bản

- Quan hệ giữa các bộ phan

Phan phối xác Tính độ tin cậy Phân phối xác

suất ứng suất xuất độ bến

Hình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy của kết cầu công trình

2.1.2 Những ưu điểm nổi bật khí sử dụng lý thuyết độ tin cậy

Tính toán khả năng én định của một công trình theo phương pháp thiết kế truyền thông thông thường được goi là phương pháp tắt định Theo phương pháp

này các giá t thiết kế của ải trọng và các tham số độ bén được xem là xác định,

tương ứng với từng trường hop và tổ hợp thiết kế riéng, Vi dụ trong thiết kế cổng

lấy nước, tương ứng với mỗi giá tr tin suất thiết kể, mực nước và kích thước thân cống được xác định và được coi là tai trong thiết kế, dựa vào tiêu chuẩn quy định thiết kế, hình dang và các kich thước của công trình được xác định Các tiêu chuỗn uy định này được xây đựng trên các rạng thái giới hạn của cơ chế phá hong, trong

đồ cổ kể đến lự an toàn thông qua hệ số an toàn.

Theo phương pháp thiết ké tắt định, công trình được coi là an toàn khi khoảngcách giữa tải và sức chịu tải đủ lớn để dim bảo thỏa mãn từng trang thái giới hạncủa tắt cả các thành phần công tình Một số hạn chế tiêu biểu của phương pháp

thiết kế tat định có thể được nêu như sau:

+ Trên thực tẺ, chưa xác định được xác suit phá hồng của từng thành phần cũng:

như toàn hệ thống.

+ Chưa xét đến tính tổng thể của một hg thing hoàn chỉnh

+ Không so sánh được độ bn của các mặt cắt khác nhau vỀ hình dang và vị ti

+ Không đưa ra xác suất gây thiệt hại và mức độ thiệt hại của vùng bảo vệ (xác.

suất xay ra sự cống công tình

“Các phương pháp xác suất thống ké trong thực tế là một sự mở rộng các phương,

pháp truyền thống Vấn để lựa chọn một hệ số an toàn thích hợp được giải quyết

một cách có hệ thống bằng cách sử dụng các công cụ thống ké dé miêu tả các thuộc

tinh ngẫu nhiên của cả sức bén vật liệu va tải trong.

Trong giải pháp này, một phạm vỉ an toàn được thu nhận bằng cách đưa vào trong tinh toán tắt cả những bắt định, không chắc chin của các biển tải trọng và các, biển site bén, Bằng cách chấp nhận một xác suất sự cỗ nào đó, người thiết kế hiệu

cchinh phạm vi an toàn một cách hợp lý.

‘Tinh toán công trình theo lý thuyết độ tin cậy là sự phát tiền có tính logic phát

tiễn din từng bước từ phương pháp hệ số an toàn, phương pháp nữa xác suất để

phân tích các biên tả trọng, sức chịu tải của vật liệu, tính chất kết cấu vàlàm việc của công trình

Sự khác nhau căn bản gii thiết kế truyền thống và Ú

cay là ở chỗ, phương pháp thiết kế theo lý thuyết độ tn cây (phương pháp tht kế ngẫu nhiên) dựa trên xác suất hoặc tin suất chấp nhận thiệt hai của vùng ảnh hưởng Kết quả được đưa ra là xác suất hư hỏng của từng thành phần công ình toàn bộ hệ

thống, Vi vậy có thể nói thiết kế ngẫu nhiên là phương pháp thiết kế tổng hợp cho

toàn thểing Xác suất chấp nhận thiệt hại của ving ảnh hưởng phụ thuộc vàoin an toànvi tí, mức độ quan trong của khu vực, mức độ thiệt hại có thể va tiêu chị

của từng vùng, từng quốc gia Với lý do này, thay vì xác suất xác định chip nhận

thiệt hại bằng việc xác định mức độ chấp nhận rủ ro, bởi vi mức độ rủi ro là him

phụ thuộc giữa xác suất xảy ra thiệt hại và hậu quả thiệt hại

Định nghĩa chung về mức độ rủi ro là tích số của xắc suất xây m thiệt hại vàhậu quả thiệt hại: Mức độ nh ro=(Xác suất xây ru thật hai) x Hu quả thiệt hại)

Ly thừa n phụ thuộc vio tinh trang của đổi tượng phân tích (hệ thống) thông thường lấy bằng 1

‘Vay, những ưu điểm chính của giải pháp xác suất thống kê so với giải pháp tất định traydn thông là

~ _ Đánh giá tốt hơn các thống kê sức bền và tải trọng

- Ngăn chin những bảo thủ trong thiết kế không cin thiết đưa đến việc tiết

kiệm chi phí xây dựng

= Đưa những phương tiện để đánh giá quản lý, bảo dưỡng và đánh giá số liệu đối với quản lý

2.2 Cơ sở toán học cia phương pháp ngẫu nhiên

2.21 Tinh toán ấp độ

Một cách tổng quất, hiện nay các thiết kế được dựa vio các tiêu chuẩn

và hướng dẫn thiết kế Trong đó các thông số độ bền được gia giảm bằng các

hệ số đặc trưng, các thông số tải trọng được gia ting bằng các hệ số tải trọng

Thể hiện theo công thức 2.1

+ yx — Hệ số an toàn của độ bên; + s — Hệ số an toàn của tải trọng.

Các giá trị đặc trưng của thông số độ bền và tải trọng được tính theocông thức 2.2

SHH, thoy » Một số sách hướng dẫn thiết kế gin đây đã liên kết tính toán theo biểu thức 2.2 với lí huyết độ tin cậy để tính toán xác suất xây ra sự cổ ở mức độ IL Sự kết hợp này được thé hiện trong định nghĩa điểm thiết kế "Điểm thiết kế là điểm nằm trong miễn sự cổ với mật độ xác suất kết hợp của độ bền và tải trọng là lớn nhất” Vi vậy mã giá tr độ bền và tải trọng tại điểm sự cố gan với

giá trị tại điểm thiết kế

Hg số an toàn thành phần của độ bền phụ thuộc vào độ lệch chuẩn của cả độ bin và tải trong

4, G5)

2.22 Tính toán cắp độ II

Tinh toán cắp độ II bao gồm một số phương pháp gin đúng để biển đổi

hàm phân phối xác suất sang dạng hàm phân phối chuẩn hay phân phối Gaussian, Để xác định gin đúng các giá trị xác suất xây ra sự cổ, quá tình tuyển tính hóa toán học các phương trình liên quan cần được thực hiện.

Tây thuộc dang him tin cây và phân bổ các biển ngẫu nhiên cơ bản mà

các trường hợp tính toán cấp độ này bao gồm:

+ Trường hợp (1): Him tin cây tuyển tinh với các biển ngẫu nhiên cơ bản phân bổ chuẩn

+ Trường hợp (2): Ham tin cậy phi tuyển với các biển ngẫu nhiên phân bồ chuẩn.

+ Trường hợp (3): Hàm tin cậy phi tuyển với các biển ngẫu nhiên

không phân bố chuẩn.

+ Trường hợp (4): Ham tin cậy phi tuyến với các biến ngẫu nhiên

cơ sở phụ thuộc.

* Đường hop (1) - Hàm tin cậy tuyến tỉnh với các biển ngẫu nhiên co bản phân bố chuẩn: