Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Tính toán và tối ưu hóa kết cấu đập tràn phím PIANO-áp dụng cho công trình thủy điện ĐĂC MI2

Trường Đại học Thủy lợi 1 Luận văn thạc sĩLỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ của phòng Dao tạo Dai học va Sau Dai học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, Công ty CP Tư vấn Xây dựng Điện 1 -

Trang 1

Trường Đại học Thủy lợi 1 Luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN

Với sự giúp đỡ của phòng Dao tạo Dai học va Sau Dai học, Khoa Công trình

trường Đại học thuỷ lợi, Công ty CP Tư vấn Xây dựng Điện 1 - PECCI, cùng các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, đến nay Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Tính toán và tối ưu hóa kết cấu đập tràn phím Piano-Áp dụng cho công trình thủy điện Đăk Mi 2” đã được hoàn thành.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp

đỡ, đóng góp những ý kiến quý báu dé tác giả hoàn thành luận văn.

Tác giả cũng xin được cảm on chân thành tập thé cán bộ, lãnh dao Doan TKTD Sơn La, Công ty CP Tư vẫn Xây dựng Điện 1 đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua.

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Ngọc Thắng, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này.

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rat mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.

Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi.

Hà Nội, tháng 3 năm 2011

Tác giả

Lại Tuấn Anh

Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy Lại Tuan Anh - CH16C2

Trang 2

Tưởng Đại học Thủy lợi 2 Lun vin thạc sĩ

ĐẦU.

TONG QUAN VE DAP TRAN XA LI

1.1, Các loi dp tràn áp dụng cho công trinh ding nước 9

1.1 Khái niệm [2], [3] 9 1,12, Phân loi [1] (2 (3) 1g 1.1.3 Tink hình xây đựng đập dâng tràn trên thé giới và ở Việt Nam 1s 1.2 Các kết quả nghiên cứu về lưu lượng qua tuyển tràn có hình dạng khác nhan 16 1.2.1 Ngưỡng trần thực dụng kẫu Creager-Ophixerop 7

1.2.2, Ngưỡng orm ste sắc kiẫu truyénthing( Traditional labyinth wei) 19

1.2.3 Ngường erin e sắc iễu phim Plano Piano Keys Weir) 27 1.3, Ap dụng trần Piano cho công trình thy din Bak Mi 2 39 1.3.1 Mue địch 9

1.3.2 Quy mồ vi loại trn Piano 40 CHƯƠNG2

PHAN TÍCH UNG SUAT BIEN DANG DAP TRAN PIANO BẰNG PHƯƠNG PHAP PHAN TỪ HỮU HAN

2.1 Các phường pháp git i toán cơ vật rin biển dang bi toán din hi (6), (7) 2.11, Phương pháp chính xác lay phương pháp tích phn trực tp) “

2.12, Các phương pháp gin đíng(Cúc phương pháp biến phân) 4

2.13 Phương pháp si phân hữu han “ 2.2 Phương pháp phan tử hữu hạn [6], [7], [13] 43 2.2.1, Khái nigm và nội dang của phương pháp 8 2.22 Tinh tự phân tích bài tin theo PP PTH “4 2.2.3, Tinh lết cd theo mổ hình omg tích 46 2.24 Giải hệ phương tnh cơ hin 32

12.3, Phần tir bậc cao và phiin tir đẳng tham số |6], (71, [12], [13] %

2.31, Toa đ tự nhiên của phần tử ba chiêu sa

2.3.2 Phần tử cạnh cong, Phần từ đẳng tham sé %6

CHuyên ngành Xây đựng công trình thy Tại Trấn Anh -CHIGC2

Trang 3

Trưởng Dai học Thủy lợi 3 Lun vin thạc sĩ

2.3.3, Phin sé hữu han ba chiéw trong bài toán không giam, % 2.4 Lựa chọn phương pháp và công cụ tỉnh toán Cy CHƯƠNG 3 6

ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KET CAU DAP TRAN PHIM ĐÀN PIANO CONG TRINH THỦY ĐIỆN DAK MI2 55c5ccccccceccccrrrcrce.6Ể

BALL Viti dự ấn 65

3.1.2, Nhi vụ của den 65 3.2 Các giải pháp công trình và kết cau chính [5] 6T

4.2.1 Cấp công tinh và tiên chuẩn thổ kế chủ yêu 57

3.2.2 Tayén đấu mãi “7

3.23, Tuyen năng lương oo 3.24 Các hạng mục công tinh phụ tr và đồng bộ 70

33 Cie thing số eơ bin của công tinh thủy điện Dak Mĩ 2 giá đoạn TRKT 70

34 Số lig tính toần ®

341 Các tiêu chuẳn và my phom áp dang (Bảng 3.2) 73

3.4.3, Các số liệu ve đập tràn 74 3.5 Phân tích kết cấu đập tràn T5 3.5.1 Trường hop tink toán 3

3.5.3 Mo hình tính toán 76

36 Két qua tinh toán n

3161 Kết quả tinh với ốm, 7

3.6.2 Kế quả tinh với 48

3.6.3 Kết quả tinh với H=7.Šm 93.1 Nhận xét két quả tink toán và lựa chon chiéu cao console thượng lưu 110KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 2 TÀI LIEU THAM KHẢO Hà

DANH MỤC CÁC HÌNH VE

Hình I: Các đại lượng đặc trưng của đập tràn 9

Trang 4

Trưởng Đại học Thủy lợi 4 Tuận vin thạc sĩ

Hình 1-2: Mat ct ca trần thee dung 10 Hình 1-3: Mat cat của tràn dink rộng iW ình 1-4: Các bình dang cứu trầm „

Hình 1-15: Cấu tao tràn labyrinth 20

Minh 1-16: Mat bing các dạng ngường trân đặc biện 21 Hình 1-17: Các dang đỉnh tràn 2

Tình 1-18: M6 hình trần Sông Móng 2s inh 1-19: Mỡ hình 1/2 trấn Phước Hồ (nhin từ thương he) 2s Tình 1-20: Bap tàn phim Piano Ghrib ở Algeria 27 Hinh 1-21: Đập tàn phim Piano Goulou ở Pháp 27 Hình 1-22: Mo hình dap tràn phim Piano Văn Phòng ở Việt Nam 38

tuyên ngành Xây đựng công trình thấy Tại Tuấn Anh - CHISC2

Trang 5

Hình 1-32: 118 số a lượng phụ thuộc vào quan hệ bla [17]

"Mình 1-33: Hệ số hat lượng phụ thuộc vào quan hệ đệ [17]

Hình 1-34: Hes

Tình 1.35: Van lành của PRW với sự tắc nghền của vật nd [17)

Hình 1-36: He số hưu lượng phụ thuộc vào sự có mat của vật nỗi [17]

Hình 1-37: Các dạng mặt cit thay th.

Hình 1-38: Thi công tràn phim đần- dng dẫu khí đặt dưới console a ai

35 36 tieu lượng phụ thuộc vào hình dang cửa vào dưới công xôn [17J 36

37 37 38 39

"Hình 1-39: Mỏ hình thi nghiệm mặt cắt trân loại PKB, 6 ra có dang bậc thang áp dung

tại Thủy điện Dak Mi2 - Quảng Nam 40

Hình 2-1: Sơ đồ phương pháp giải 4

Hình 2-2: Hinh dạng phản tử “

Tình 2-3: Sơ đồ kd lập và giải bài mắn theo phương pháp PTHH, sỉ Hình 2-4: Xử lý điều kin biên 33 Minh 2-5: Hệ toa độ tự nhiên phần tt điệu st

Hình 2-6: Hệ tọa độ tự mhién phan tứ lục diện 55

Hình 2-7: Phan tứ cạnh cong, đẳng tham số 3 chiéu 56

Hình 2-8; Phan tứ lục điện 8 điểm mit, s8 Hình 2-9; Phan tử lục điện bậc cao 20 điểm nút $8

ình 2-10: Phin nử chuẩn khi lập phương ” Hình 2-11: Phan tử lục điện bậc cao 32 điểm nút 62

Hình 3-1: Varta án thủy điệu Bak mi 2 66

Hình 3-2: Mat edt dc tuyén dip 4

Hình 3-3: Mat cất ngang đập tràn Piano z

Tình 3-4: Mat edge tròn Piano 75

Hình 3-5: 8đ lục tác dung 76Tình 3-6: So đồ lồn học phân tử solid 186 7tình 3-7: Sơ đổ ứng suất phân tử solid 186 Là

Tình 3-9: Chuyến vị tm) 7% Hình 3-10: Chuyến v(m) 78

Hình 3-11: Ứng suất (Tn?) 79

Hình 3-12: Ứng suất ø, (7/2) 79 Hình 3-13: Chuyến vf, (m) so

Chuyên ngành Xây dong công trình thậy Tại Tuân Anh - CHISC2

Trang 6

Hình 3-14: Chuyén vị (m) _

Hình 3-15: Ứng suất ø, (T⁄m2) ar

Hình 3-16; Ứng suất (Tn) ‘1

Hình 3-17: Chuyén vị (m) _ Hình 3-18: Chun vị (m) 2 Hình 3-19: Chuyén vị ứ, (mm) “ ình 3-20: Ứng suất Ø, (722) _

Hình 3-29: Ứng sudo, Tin) 48

DANH MỤC CÁC BẰNG BIEUBảng Ls Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây đụng trên thé giới15J 23

Bảng 3.1; Cúc thôngsổ cơ bản phương án chọn TD Dak Mi 2 70 Bảng 3.2: Cúc điều chuẩn và quy pham áp dụng, 73 Bảng 3.3: Chisiéw cơ lý của Bê ving 7 Bảng 3.4: Chi siéu cơ lý của đá nén ”

Trang 7

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của để tài

“rong quá trình phát triển kinh ế, cúc công trình xây dựng mọc lên nghy càngtrong đó bao gồm các công trình thủy lợi nhằm điều tiết ding chay tạo thuận.lợi cho công việc sản xuất và dip ứng nhu cầu cấp nước cho các hộ dũng nước,cũng như các công tình thủy điện nhằm phục vụ nhu cầu ning lượng ngày cảngtăng của các ngảnh sản xuất, địch vụ và phục vụ đời sống nhân dan

Khi xây dựng đầu mối công trinh hỗ chia nước, ngoài dip, công trinh lấy nước

và một số công tình phục vụ cho mục đích chuyên môn, cằn phải xây dựng công

trình để tháo một phần lượng nước thửa hoặc thảo cạn một phẩn hay toàn bộchứa để kiểm tra sửa chữa đảm bảo hỗ chứa lam việc thường và an toàn, Đập tràn là một phần

thủy điện

Hau hết những đập tự tràn lòng sông hiện nay, thuộc hệ thống công trình đầumỗi thấy lợi, thủy điền, thường có dạng dip ồn thực dung Creager hoặc dang

Creager-Ophixerov Vì vậy để tăng khả năng tháo nước lũ qua đập tràn người ta

đăng dip tần có cửa van để hạ hấp cao trình ngưỡng trần xuống (hay tăng chiều

‘cao lớp nước tràn) để chủ đội điều tit lượng nước xả Tuy đập tran có cửa van có

khả năng tháo lớn hơn nhưng nó cũng làm cho t6n thất lượng nước hỗ nhiều hon, vận hành phức tap và í an tan hơn (kẹt cửa van) so với đập tự trần.

ĐỂ cải thiện khả năng tháo lũ của đập tự tran, có hàng chục đập tràn biện nay

đã được thiết kế theo kiểu tưởng đứng tn một đấy phing với sơ đồ răng cưa(mỏ vịt) có chiều dài đường tràn dài hơn nhiều bề rộng của đập tràn (thường gấp

4 lần), Kiểu thiết kế này thường tăng gấp đôi lưu lượng so với kiểu đập tràn

thực dung Creager Tuy nhiền, các lọai đập trần mỏ vit, do đặc điểm về hình dang tường tràn đặt trên bệ móng phẳng, không U ấp dụng trên đỉnh của

áp

ho một số ít đập trần có những điều kiện

mặt cất đập bê tông trọng lực thông thường Vì thé kiểu thiết kế này chỉ dụng để nâng cao khả năng tháo lũ

thích hợp nhất định và thực tẾ chi chiếm một phin ngàn của những dip lớn

CHuyên ngành Xây đựng công trình thủy Tại Trấn Anh -CHIGC2

Trang 8

Chin những hạn chế của các đập tràn truyền thống, đập tần có cửa vancũng như đập trần ring cưa đã đặt ra vấn đỀ cho nhóm của ông E Lempérigre

(Hydrocoop-France) nghiên cứu tim ra kiểu đập trần mới có lưu lượng trần

lớn dễ xây dựng có hình dang giống như bàn phím đàn Piano gọi là dip

tràn phím Piano

“Từ những vin đỀ rên để đảm bảo điều kiện kỹ thuật cũng như dim bảo tính hiệu

quả của đập tràn phím Piano và tiết kiệm tôi đa chỉ phí trong qué trình xây dựng.

Chúng ta cin nghiên cứu, tinh toán va tối vu hóa kết cầu của đập trần phím Piano từday chúng ta có cơ sở lựa chọn kích thước cũng như bó trí cốt thép cho tran,

“Trên cơ sở nghiên cứu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), áp dụng để

tính toán trang thai ứng suất và biển dạng của đập tràn phim Piano, từ đó lựa chọn.

duge chiều cao hợp lý của console thượng lưu đảm bảo điều kiện Lim việc của tràn

và áp dụng cho công trình Thuỷ điện Dak Mi 2.

THỊ, Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Pham vi nghiên cứu :

Nghiên cứu tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của đập tràn phim

piano.

Phương pháp nghiên cứ

_ Trên cơ sở hu thập ti liệu, tìm higu về công trình nghiền cứu

- Tìm hiểu ảnh hưởng của ngưỡng răng cưa đến lưu lượng tháo qua đập tràn

= Kết hợp lý thuyết với phương pháp tinh toán hiện đại - phương pháp PTHH,

lựa chọn phần mềm phù hợp để áp dụng tính toán,

Trang 9

CHƯƠNG 1

TONG QUAN VE DAP TRẤN XÃ LŨ

1.1 Các loại đập tran áp dụng cho công trình dâng nước

1.1.1 Khái niệm |2], [3]

Vat kiến trúc ngã n một dong không áp lim cho dòng đó chảy tràn qua đỉnh gọi

là đập tràn Đập tràn là một trong những bộ phận chủ yếu của nhiều công trình

thủy lợi : phần trản nước tháo lũ của hỗ chứa đập ngăn sông dâng nước, một số

loại cổng

"Đập ding tràn: là một hạng mục trong hệ thống đầu mỗi công tinh, chấn ngang,

xông vừa cổ tác dung chin nước vữa cho nước trin qua để Khai thie dòng chảy tự

nhiên (lau lượng ec bản) và nguồn nước điều tết từ hỗ chứa thượng lưu (nếu có).

Đập ding trin được xây dựng khi

+ Có nhu cầu nâng cao mực nước.

~ Lưu lượng nước dùng nhỏ hơn lưu lượng nước đến tự nhiên từng tháng

Qua,

Qo: Lưu lượng nước đến từng tháng trong năm Qu: lưu lượng nước cần từng tháng trong năm

- Khi địa hình khong cho phép xây dựng hồ chứa do không tạo được bung hồ

Đập ding trin là biện pháp công trình để ding cao mục nước rong sông suối

phục vụ tưới tự chảy cho khu vực nhỏ lân cận mà vốn đầu tư không cao xây dựng

không phức tạp như biện pháp hỗ đập.

Trang 10

với: bs Chiều rộng dip tin: là chiều đồi đoạn tran nước

PL: “Chiều cao của đập so với đáy kênh hoặc sông thượng lưu.

Ps Chiều cao của dp so với đây hạ lưu

Hs Ce muse tràn: là chiều cao mặt nước thượng lưu so với định đập5: Chiều diy định đập

hy: “Chiều sâu cột nước hạ lưu

hạ Độ ngập hạ lưu : là chiều sâu từ mặt nước hạ lưu đến đỉnh đ_ ập (khinước hạ lưu cao hơn đình đập), hy = hy - P

1.1.2, Phân loại (1), (21 [3Ì

1) Phân loại theo hình dang kích thước mat it ngang trân

Theo cách phân loại này đập tràn có thể chia ra làm 3 loại sau đây:

a Đập trân thành mỏng (hình 1-1)

Khi] su dây của đình đập _ ö < 0.67H, lan nước ngay sau khi trần qua mép,

thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi định đập không chạm vào toản bộ mặt

định đập, do đó hình dang và chiều đây của đập không ảnh hưởng đ én lân nước trần

và lưu lượng trăn

b Đập trin có mặt cắt thực dụng (hình 1-2)

Khi chiều day định đập ảnh hưởng đến Kin nước tràn, nhưng không quá lớn, cụ

0.67H < ä<(2:3)H

Mit cit đập có th là đa giác hoặc hinh cong

Tình 1-2: Mặt cắt của trân thực dung

4) Đập thực dụng hình cong; b) Đập thực dụng hình thang; c) Đập trần thực

dung có của van điều tất hat lượng

Trang 11

Trưởng Đại học Thủy lợi " Tuận vin thạc sĩ

Khi đỉnh đập nằm ngang (hoặc tắt ít dốc) và có chiều diy tương đối lớn

(223)H <8 < (§+10)H Trên định đập hình thành một đoạn đồng chảy có tính chất thay đồi din

Nhung nếu chiều dày đính đập quá lớn _ ö > (8+10)H, thi không thé coi là đập tran

nữa ma phải coi như một đoạn kênh.

—Hình 1-3: Mặt cắt cửa trần đình rộng

2) Phân loại theo hình dang cửa trim

a, Đập tràn cửa chữ nhật (1-4a) c Đập trin cửa hình thang (1-4c)

'b Đập tràn cửa tam giác (1-4b) Đập trin cửa hình cong (1-4a)

z[ L“ ape

» »

2 ” Hinh 1-4: Cie inh dang cửa tràn

3) Phân loại theo dang tuyén đập trên mặt bằng

a, Ngưỡng tràn trên mặt bằng có dạng đường thẳng

= _ Đập tràn thẳng hoặc trần chính diện (hình 1-5a)

- Đập tràn xiên (hình 1-Sb)

= Đập tran bên (hình 1-Se)

'b Ngưỡng tin trên mật bằng có dạng không phải là đường thẳng

~ _ Đập tràn hình gãy khúc (hình 1-Sd)

= _ Đập tràn hình cong (hình 1-5e)

~_ Đập tràn khép kín (thường là kiểu giếng đứng) (hình 1-5f)

Trang 12

Tơ ‡ neat

DI J bà

Hình 1-5: Các dạng tuyén đập

4) Phân loại theo ảnh hướng của mực nước hạ lieu đổi với đồng chảy'

4a Đập tran không ngập, lúc đó Q và II đều không phụ thuộc vào hy,

'b Đập tran chảy ngập : Khi mực nước hạ lưu cao hơn _ đỉnh đập đến mức độ

ảnh hưởng đến hình dang lần nước tran và năng lực tháo nước của đập,

"Ngoài ra đập trin cửa chữ nhật còn phải căn cứ vào quan hệ giữa chiều dải tinnước của đập với chiều rộng long dẫn ở thượng lưu mà chia ra ai loại Ki đập không,

có có hep bên và đập có co hep bên

5) Phân loại theo hình thức kết cầu, vật liệu làm dap

Đối với đập dâng tran thường được phân log theo các hình thức sau:

a Đập gỗ tràn nước: Theo kết cẫu có các loại

= Đập cọc gỗ (hình 1-6) : Dũng cọc gỗ kết hợp với vật liệu đất đá

~ Đập tường chẳng: Bản chắn nước và các tường chống đều bằng gỗ.

- Đập cũi gỗ (hình 1-6b): Dũng cũi gỗ trong đó chứa đất, cát, đá để tạo thành đập

Vật liêu gỗ tuy sẵn có nhưng loại dip này không nên khuyến khích phát triển

nhất là trong điều kiện diện ích rùng ngày cảng bị thu hep hiện nay

Hình 1-6: Một số dang đập gỗ

Trang 13

Trưởng Đại học Thủy lợi 1B Tuận vin thạc sĩ

1b Đập đá tràn mước: Sit dụng vật liệu đã kết hợp với một phần vật liệu khácnhư dat, bê tông Do khối đá đỏ thin đập có chuyển vị nên mặt trin thường bị biến

dang sau mùa lĩ cần phải tu sử lại

~ Đập trên nén dat (hình 1-7a): có mat tran nước thoải

~ Đập trên nền đá (hình 1-7b): có mặt trin đốc hơn, ở đỉnh và chân mái hạ lưu

6 khối bê tông giữ ôn định, mặt tràn được xây bằng tim bê tông hoặc đá xây

+

Am an

"`

Hình 1-7: Một số dang dip đã tran nước

Minh 1-8: Đập ding phản theo vật liệu làm đập

- Đập xen cốp: gồm bản mặt va các vách dọc ngang bằng đá xây phía trong

chất diy bằng vật liệu tại chỗ như: đất, cát, sồi, đá

= Đập đá xắp bọc b tông: phần lõi là khôi đã xếp

‘e Đập cao su (hình 1-9)

‘Than đập là một túi cao su có thể bơm căng bằng nước hay không khí để tạo.thành vật chắn nước.Thành tii được gắn chặt với bản đấy bằng BTCT tiếp giáp vớinền, Khi tháo lũ thì xả hết nước hay không khí để túi xẹp xuống bản đáy và nude

chảy trần tự do rên đ.

Trang 14

Trưởng Đại học Thủy lợi i Tuận vin thạc sĩ

-_ˆ Đập trọng lực giữ én định nhờ trọng lượng bản thân, đập có thé lim bằng

bê tông, bê tông cốt thép, đá xây, đá đỏ, đá bọc bê tông (hình 1-10)

~ Dap vòm có thé bằng đá xây nhưng là đập rất thấp, phần lớn làm bằng bêtông, bé tông cói thép (hình 1-11)

Các mặt cắt nằm ngang đập là những vòng vòm, chân tựa vào hai bờ do vậy

‘you cầu về địa chất nơi xây đựng đập phải tốt thường là đá rắn chắc

Ngoài địa chất phải tốt thi địa hình cũng ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng xây

dựng đập Lòng sông có mặt cắt chữ V là trường hợp địa hình lý tưởng nhấ

= Bip trụ chống được tạo bởi các bản chin nước nằm nghiêng và các trụ

chống để đờ ban, Dap có các hình thức sau: đập chắn nước và đập tran nước

Trang 15

Hình 1-12: Các dang đập chan nước.

4) Đập bản phẳng; b) Đập liên vòm; c) Đập to đẳu

1.1.3 Tình hình xây dựng đập dang tràn trên thé giới và ở Việt Nam

‘Voi sự phát triển của xã hội nói chung và lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói riêng,

từ buổi sơ khai khỉ con người biết dùng vật liệu tai chỗ như đất đá, cảnh cây, gỗ đểchặn dong chảy trên các sông suối để nâng cao mực nước, lấy nước vio các kênh

đất tự nhiên và nhân tạo dé phục vụ sản xuất va sinh hoạt, thi đập dâng đã trở thành

phát mình thứ hai của nhân loại sau kênh mương, Đến nay, công trình đập ding

không chỉ có nhiệm vu dâng nước phục vụ cho một vùng diện tích nhỏ với quy mô

đơn giản mà đã có những nhiệm vụ và quy mô lớn hơn với sự phát triển không

ngừng về hình thức, vật liệu và thời gian thi công Đó lả các công trình đập dingtrên sông lồn, đập đãng nước phục vụ tuới sau đầu mỗi hứa, đập ding két hopphát dign Vi dụ: Ở nước ta có một số đập dang lớn điển hình đã và đang được xây.dmg như: công trnh Thạch Nham- Quảng Neti, Ding Cam-Phú Yên công tình

thủy điện Hòa Bình, thủy điện Sơn La, thủy điện Tuyên Quang,

Trang 16

Trên thé giới hàng loạt đập dng được xây dựng để phục vụ tưới và phát diện

đơn cử như: Đập Tumwater Canyon (Mỹ); đập Irwell Ramsbottom, Bury ở Anh;

dập Mildura xây dựng tên sông Murray ở Mỹ.

Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó thì các yêu cầu về mực nước, khả năng.

thảo là, vẫn dé ngập ạt âm cho các tiêu chun cũ không còn đáp ứng được trong

thiết kế và quản lý vận hinh dẫn đến sự thay thể các tiêu chun cũ bằng tiêu chuỗnmới cao hơn Bên cạnh đó, sự thay đổi khí hậu toàn cầu làm cho các con lũ đến vượtthiết kế, sự phát iển của xã hội làm cho nhu cầu dũng nước tăng lên đã lâm cho

các công trình đã xây dụng không dim bảo được an toàn trong mùa mưa lũ và giảm

hiệu quả trong khai thắc vận hành.

Vi vậy, vấn đề nâng cấp, thiết kế công trình, tăng Khả năng tháo của đập trăn

43 và dang được quan tâm nghỉ: iu, ứng dụng

Một số giải pháp dang được dp dung là

~ Mở rộng khẩu diện tràn.

- Thay tần tự do bằng trần cổ của van dia tiết

= Lam tràn sự cổ,

+ Thay đổi hình thức ngưỡng trin để tăng khả năng tháo.

Các giải pháp trên đều có những ưu nhược điểm riêng và phải nghiên cứu để

điển

áp dụng cho phi hợp với công trình như điều kiện tự nhiên, địa hình, địa el

kiện an toàn trong quản lý vận hình, điều kiện đảm bảo hiệu qua kính tế

Gần đây, giải pháp thay đổi hình thức ngường trin truyền thống bằng ngưỡngtrần mới cỏ kiểu Ác zắc, nhằm kếo di đường trần nước đài hơn trìn thing có cũng,

khẩu độ, đã được nghiên cứu áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thể giới và dem lại

ảnh tế,hiệu quả cao về mặt công trình cũng như lợi ích

1.2 Các kết quả nghiên cứu về lưu lượng qua tuyến tràn có hình dạng khác

nhau

Để cải thiện khá năng thos lồ của dp tự trmgoài các inh thie trần ray thông

như đập tràn định rộng, đập tràn thực dung Creager hoặc CreagerOphixerop đã có.

Trang 17

nhiều nghiên cứu về cúc kiểu trin mới(chủ yéu li kéo dài đường trần) nhằm tăng khảnăng tháo của đập trần Tác giả xin được giới thiệu một số kiểu ngưỡng tran sau:12.1 Ngưỡng trần thực đụng kiểu Creager-Ophixerop

Mat cất Creager Ofixerov được các nhà khoa học Braxin nghiên cứu và công

nghiền cứu và công bố năm 1945

bồ năm 1929 va được các nha khoa học À

Nguyên tic thiết kế mat cắt đập không có chân không là làm cho mặt cắt đập ấn

khớp với mặt đưới của làn nước chảy qua đập tràn thành mỏng tiêu chuẩn, ứng với

một cột nước Hạ cho trước, gọi là cột nước thiết kế

‘Creager nghiên cứu đường cong nước rơi tự do từ đập tràn thành mỏng, vẽ quỹ.

đạo của hạt nước từ vị tí 2/3H, từ quỹ đạo đó lấy xuống một đoạn bing 1/3 chiềuđây làn nước thì được mặt dưới của làn nước tran tự do và cho mặt đập hơi ăn lắn

vào lân nước tràn tự do,

Sau này, Ofixerov nghiên cứu và sữa chữa mặt cất Creager, ci biến điều kiệnthủy lực đưa ra mặt cắt gọi là kiểu mặt cắt Creager - Ofixerov (hình 1-13) và đưa ra

bảng tra toa độ của tran ứng với cột nước Hy [1]

ˆ * a XP

Hình 1-13: Một số dang mặt cắt đập tràn

* Khả năng th của trần có ngưỡng thực dung Ophixerop: [1] [4

Lưu lượng chảy qua đập tran có ngưỡng thực dụng tính theo biểu thức:

Q= ø,smB 28H)? ay

Trang 18

TH; Cột nước tn định dip có kể đến lưu tốc đến gin

Muốn tinh được Q theo (1.1) cần xác định được các hệ số m, , 6 Các hệ số

này được xác dinh bằng công thức thực nghiệm hoặc tra bảng.

Néu trên định đập có cửa van, khi cửa mở với độ mở a nảo đó, lưu lượng tháo

p được tính theo biểu thức:

Đây là loại mặt cắt tran được áp dụng rộng rãi nhất hi nay trên thể giới và

đặc biệt ở Việt Nam Cơ sở lý thuyết của loại mặt ct tin này trong đối diy đủ vàhoàn chỉnh Lưu lượng đơn vị của lọai đập trần này xp xi q72.2H, `2, Vì vậy dé

tăng cường khả năng thảo lũ của đập tràn thường phải hạ thấp cao trình ngưỡng tran

và sử dung cửa van để điều tết lưu lượng Tuy nhiên điỀu này din tối những ảnhhưởng đến khả năng tháo qua tràn do hình dạng cửa vào, trụ pin, khe van, khe phai,

vi tr dat cửa van Ngoài ra việc vận hành cia van sẽ phức tap và đôi khỉ Lan toin

do sự cổ về cửa van

Trang 19

1.2.2 Ngưỡng tràn zie sắc kiểu truyền thống (Traditional labyrinth weir)

1941, có lưu lượng xả lớn nhất Q=1020m's, cột nước trăn He1,36mchigu cao

"ngưỡng trin P~2,lầm, số nhịp n=11 Những nghiên cứu sâu về lý thuyết và mô hình

có từ cuỗi những năm 60, dầu những năm 70 của thế ky XX Trần zie zie lớn nhất

700m*/s, cột

nước trin H=1,36m, chiều cao ngưỡng trin P = 9.14; n = 11 chu ky zie zắc, tổng

chiều dai định là W = 1024m trên đường tràn rộng 256m,

hiện nay là đập Ute trên sông Canadian ở New Mexico có Qua

2 Đặc dé cấu tao và ích thước của trên

Ngưỡng trăn gồm những tường bể tông edt thép thẳng đứng, tương đổi mồng,

LW

“được đặt trên sin phẳng theo dang ring cưa hình thang (hình1-15) TY

thường bằng 4 (L là chiều dit ngưỡng theo tuyển răng cưa và W là

tràn) cho lưu lượng xả trin lớn gấp đôi so với ngường tràn thông thường kiểu

lộng khoang

Creager Nhược điểm của kiểu ngưỡng trin này là muốn tăng lưu lượng tràn thi phải

Trang 20

tăng chiều cao tường và cin di

trọng lực

tích rộng cho sin phẳng, khó bổ tí trên định đập

Loại đập này có nhiều biển thi khác nhau, nhìn chung cũng chỉ nhằm kéo đãi

D : Chiểu dài tràn labyrinth, theo hướng dòng chảy về hạ lưu,

tăng trân (trong hình 1-15 là 2)

We : Khẩu độ tràn.

`W Chiều rộng chân 1 răng tran.

2a: Bề rộng định răng tran

@: Góc hop bởi tường nghiêng và phương dòng chảy,

+ ¡ Chiều day tường trin (hình 1-17)

R:: Bán kính đình tràn (hình 1-17)

P : Chiều cao trân (hình 1-17)

Ho : Tổng chiều cao cột nước bao gồm cả cột nước tới gần

* Các kích thước của đập labyrinth được xác định như sau

Chiều rộng mỗi răng tràn

CHuyên ngành Xây đựng công trình thủy Tại Trấn Anh CHISC2

Trang 21

Trưởng Đại học Thủy lợi 2L Tuận vin thạc sĩ

e=o/v 09

Chiều dài inh đập

Ao=(A/0) =0 (18) Gée ma tường bên

Tình 1-16: Mặt Bằng các dang ngường tràn đặc bit

- Loại hình thang (hình 1-16a): Hầu hết trần labyrinth có hình dạng mặt bằng kiểu hình thang, thậm chí có tác giả còn định nghĩa “tràn labyrinth là tràn tự do có.

hình dạng mặt Š Kiểu hình thang khắc phụcđược nhược điểm của kiểu tam giác, tại vị trí góc hình tam giác thì được cắt i

ing là một số hình thang xép liên

tại vị trí nào xem phần sau), mục đích là cất bỏ phẫn mà khả nding thoát không hiệu

‘qua, đồng thai còn làm giảm chiễu rộng để móng.

Trang 22

- Loại hình tam giấc (hình 1-166): Cỏ mặt bằng hình tam giác, loại này thường

it được sử dụng vì tại vị trí góc tam giác hiệu quả không cao, trong khi đó lại kéo dai

4 Các hink thức edu 10 của ngưỡng tràn (hình 1-17)

coun Hướng dng chy

~_ Loại có ngưỡng dạng 1⁄4 đường tròn.

= _ Loại cổ ngưỡng 14 đường trồn

= Loại số ngường dang đặc biệt

Hiện nay dang được sử dụng nhiễu nhất là loi trần có ngưỡng 1⁄ đường tronCác công thức tính toán sau này cũng chủ yếu nghiên cứu từ dạng này

5 Đặc điểm làm việc

- Ding chảy qua đập trần labyrinth cỏ những đặc điểm khác biệt so với dong

chảy qua đập tran đỉnh thắng Với tràn đỉnh thing, tắt cả các đường dong vuông góc.

với với định trăn và là dong chảy 2 chiều Với trần labyrinth được đặt không vuông

Trang 23

gốc với ding chảy, các đường đồng là dòng 3 chiều Phía dưới lớp nước đồng chủyvuông góc với ngưỡng, tại mặt thoáng các đường dòng hướng theo chiều chảy hạ lưu.

- Dang chảy qua dip tần labyrinth cảng phức tạp hơn với hiện tượng giao thoa của các tia nước từ các din nhọn của tin, Hiện tượng này là do các ta nước của 2

tường bên ké nhau sẽ trong tác với nhau và làm giảm lưu lượng trần Cấp độ ảnh

"hưởng cing tăng néu chiều cao cột nước trên nh trần tăng, kh ting đến 1 gi tị nhất

định đồng chảy qua tàn labyrinth cũng chỉ tương đương với các loại tràn thẳng khác.

6 ng dung tràn labyrinth trên thế giới và Việt Nam

‘Tran labyrinth được xây dựng trên khắp thé giới, nước ứng dụng loại tran naynhiều nhất là Mỹ và Bồ Đảo Nha, Trin có lưu lượng thoát lớn nhất hiện nay là trần

Ute thuộc Mỹ Bảng 1-1 thống ké một số đập tràn labyrinth đã được xây dựng trên

thé giới

Bảng 1-1: Thông số cơ bản một số đập tràn labyrinth đã xây dựng trên th giới 15]

Giản | xơ m9 | HO P| WoL Tác giá

Tênđập | Nước "

4p xd |mä| mô m | mom sập nhật

Quintel et

‘Agua Brance | Poutugal ea] 165 a5] 125 280) 2|

Aliaes - [Pouugl|1999| 99) 16, 2.5} 132, 373) 1| Susie

Quintel etAvcosso | Pouugat 2001] 85) 125, 25| 133/166) 1U

‘Avon Australia| 1970 | 1430| 216, 30) 135 265| I0|Damis

Bartlett

noe usa - |I983 | 5030| 219, 343) 183, 703] 20] Mayer

Belia Zaire 400) 2.00, 32] 180) 310] 2] Magallas

Beni Bahdel |Algeia | 1944 | 1000| 05 4) 625) 20| Afshar

Boardman |USA| 1978 | 387| 177 276, 183, 5335| 2| Babb

Cary usa |H97T| 37| 18 2843| 183 546] 2| Afshar

iia lay |1982| 1100) 15) 155] 300 875| 4) [evi

Dango [Angola _[1985| 576 240, 43] 97 286| | tax 1989

Trang 24

5

¬ eat] son, rẽ so) 1] sets

trungHartezza Algeria | 1983 | 350) 1.9) 35| 97) 28.6) 3| ‘

—

can 8Keddera Algeria | 1985 | 250) 2.46 35| 89 263 2h) ‘

Saco, Brzi |1986 | 640| 15 45 248.5 Quin et al

Seon [rome | BỊ 128) AB 103/74) vien

ve løA |me|"”Ïšm sm| mãi aa] m|us

Trang 25

6 Việt Nam, đập tran labyrinth bước đầu đang được nghiên cứu và áp dụng &một số công trình như: Trin xả lũ Sông Móng - Bình Thuận (hình 1-18), Tran xã lũ.Phước Hòa -Bình Phước (hình 1-19), trăn xã là Tuyển Lâm (Lâm Đẳng) Một số

thông số cơ bản của tràn như sau:

* Tran xé lũ Sông Móng (Bình Thuận):

+ Lưu lượng xả: QIk = 224,44 m/s

- Cột nước tràn max: H = 4m

~ Chiều cao ngưỡng trần: 5,1 m

- Số ring: n=2

- Chiều diy răng: t= 0,30 m

“ác g— 1227 Hình 1-18: Mô hình tran Song Móng.

(nhìn từ thượng lưu)

* Tran xé lũ Phước Hòa (Bình Phước)

~ Trần có cửa kết hợp tràn mỏ vịt.

= Lưu lượng x: Quix = 8700 m/s

nước train max: Hạy=7 85m;

Hạa=18.25m.

- Tổng chiễu đài tuần mỏ vị: L= 190m

~ Chiều dai tràn có cửa: L=40m

Hình 1-19: Mé hinh 1/2 tran Phước - Số răng tràn trên mỗ vit: n=20

‘Hoa (nhìn từ thượng lưu)

* Nận xét

Ta thấy khả năng thoát của tran labyrinth có thé gap từ 2 đến 5 lần các tràn có.

Trang 26

ngưỡng thẳng do vậy có thé tăng mức độ an toàn hồ chứa hoặc nâng cao khả năngtích nước của hồ Tuy vậy các điều kiện ràng buộc về các yếu tổ thuỷ lực cũng rấtkhất khe, như là cật nước trăn thấp, đồng chảy sau trần là đồng siết, khả năng điềutiết hồ chứa va đến các yếu tổ về mat cấu tạo tràn như là giới hạn về tỷ số giữa

chiều cao trin với cột nước trên trản, giới hạn gỏc tường bên, chiều đài ving xáo trộn v.v là hết sức phúc tap Điều kiệ ứng dung thích hợp:

~ Hình dang ngưỡng tin: Cin có chiều cao ngudng tràn đảm bảo sao cho.H/P<0.9, do vậy thay thé trần cũ có chiễu cao ngưỡng, như là trần thực dụng, hìnhthang hoặc thành mỏng là thích hợp nhất.

- Bộ phận thin đốc: Cần phải tạo ra sao cho phía sau ngưỡng trần la đồng xiễt

~ Bộ phận tiêu năng sau trần: đơn giản và có thé tăng tỷ lưu lên hoặc mở rộng,

đuôi trân

- Địa hình: Đối với trăn labyrinth, khẩu điện trần néu bằng khẩu điện tran cũ

khả năng tháo có thé lớn hơn từ 2 đến 5 lin tràn thẳng, do vậy không cẳn phải mởrộng mà vẫn có khả năng thảo với lưu lượng lớn hơn Như vậy thích hợp loại tran khó mở rộng, địa hình sườn dốc đớng chẳng hạn.

- Địa chit: Do cin phải cổ chiều cao ngưỡng trăn đảm bảo sao cho HLP<0

do vậy nu cin phải dio sâu ngường tràn tì địa chất nén có thể đảo sâu được Đặc biệt bộ phận tiêu năng, do đám nhận tiêu năng với ty lưu lớn hơn trước (trường hợp.

không mở rông bộ phân sau trăn) thi nỀn phía sau tt nhất là nền đá cứng chắc hoặc

tiêu năng bằng mỗi phun

“Trần labyrinth đạt hiệu quả cao hơn các loại trần cổ ngưỡng thing khi các yến

tổ như: hình dang tràn, địa hình, địa chất thuận lợi cho việc áp dụng như phân tích ởtrên, khả năng đi tết của hồ kém hoặc coi như bằng không, ộ phận tiêu năng đơn

giản, hoặc không cần thiết (nén đá gốc chẳng hạn) Với khả năng tháo wu thé, tein

labyrinth đã làm giảm đáng ké chiều cao cột nước tràn, giảm thời gian ngập do lũ và

giảm diện tích ngập Nhược điểm của kiểu ngưỡng nay là muốn ting lưu lượng thi

Trang 27

phải tăng chiễu cao tường và cin diện tích rộng trên sản phẳng, do đó khó bé trí trên

din đập trọng lực,

1.2.3, Ngưông trần íc tắc hiéu phim Piano (Piano Keys Weir)

Hình 1-20: Dap tràn phim Piano Ghrib ở Algeria

Trang 28

Hình 1-22: Mé hình đập tràn phim Piano Văn Phong ở Việt Nam

“Nhóm của ông F, Lempérigre (Hydrocoop- France) nghiên cứu tim ra kiểu đập trần

mi này với kiểu thiết kế đầu tiên đã được thử nghiệm vào năm _ 1999 ở phòng thi

nghiệm L.N.H.E của Điện lực P hip và vào năm 2002 ở trường đại học Roorke của

An Độ cùng với trường đại học Biskra của Algeria

Từ năm 2000, nhiều nghiền cứu và thí nghiệm mô hình vé tran theo kiểu labyrinth có thị

Pháp, Algeri, Trang Quốc, An Độ, Việt Nam và Thuy Sỹ Một số kiểu đã được cổ

6 trí được trên đập trọng lực thông thường đã được thực biện ở

gắng tối ưu về phương diện thủy Ive cũng về phương diện kết cấu và thi công Hơn

100 kiều dang tran đã được nghiên cứu và thí nghiệm, nhiều giải pháp có tính khảthi song các kiểu thuận lợi nhất đã được xây dựng trên hai nguyên lý sau:

~ Cie tường có đạng chữ nhật trên mặt bằng, tương tự như các phim din piano;cũng vi vậy kiểu tràn này được đặt tên là trần phím dan piano, gọi tắt là trần phimđân, từ tiếng Anh là Piano Keys Weirs, viết tắt là P.K Weirs

- Các tường theo phương thẳng góc với dòng chảy đều được bố tri theo mặt

dốc (nghiêng) Bố trí này tạo nên thuận lợi về phương diện thủy lực, nhất là trongtrường hợp lưu lượng xa lớn, đồng thời lại giảm được chiều rộng đầy của kết cầu, và

do vậy, có thể bổ tí tần phim đản trên các đập tran hay đập trọng lục thông thường.

ca, Mặt cắt điền hình và khả năng tháo của tràn phim din [I6]

Nhóm của ông F, Lempérigre đã nghiên cứu 2 dạng trăn phím đản:

Trang 29

~ Loai A (PKA): máng tần (hường đối xứng) cả 2 phía thường và hạ lưu

inh 1-23; Mặt bằng, cất ngang trần PK°A (L=W+BH, N=L/W=6)

+ Tỷ lưu của đập phím din loại A là: q = 4hVH mŸS/m, (110)

“rong đó h (đầu nước), H (ghiễu ao lớn nhất của tường) nh bằng m

+ Tỷ số giữa chiều dài phim đản trên /đài tràn

N-+ Phan công xôn thượng và hạ lưu có cùng độ dốc _ 2/1 (H/V) Chiều rộng của.phím vào (Inlet) bằng 1.2 lần chiều rộng phim ra (outlet)

+o liều rộng đáy phim đàn “b” bằng _ 1⁄2 chiều rộng đỉnh “a” Chiều cao lớnnhất của tường “H” bằng a/4

~ Loại B (PKB: máng tin chỉở phía thượng lưu nhưng di hơn, đình 1-24)

Trang 30

Hình 1-24: Mặt bing, cắt ngang tràn PK-B (L=W+6H, N=L/W=6)

+ Tỷ lưu của dip phím din loại B là: q = 4.5hVH mim ay

+ Ty số giữa chiều dai phím dan trên /dai tràn N:

+ Phần công xôn thug ng và hạ lưu có cùng độ đốc 2/1 (H/V) Chiều rộng củaphím vào (inlet) bằng chiều rộng phim ra (outlet)

+ Chiễu tông đầy phim dan “b” bằng 1/2 chiéu rộng định “a”

chữ nhật Tỷ số N

nước có bè rộng lớn hon 6 thoát me

= Đồ thị (hình 1-25) cho thấy tỷ lưu Q (lưu lượng trên 1m bề rộng khoang trần)

tăng gấp 3 lần so với đập trân kiéu Creager.

~ Hình 1-26 cho thấy tru điểm của việc thay thể nguéng tran kiểu Creager bằng

ngưỡng trần kiểu phím dan.

Trang 31

Hình 1-25: Đổ thị so sánh khả năng xã của đập tran Kiểu Creager va kiểu PKA với

H=4m [16]

tran ngưông phim ano

Lp bọc ngưỡng iểu Creager 2H

"=

“Thước hi hạ hấp nh đp Sout tsp inn ip

Hình 1-26: 7bay thể ngường tràn Mẫu Creager bằng ngưỡng tin kiểu PKA với

H=4m [16]

Hình 1-27: Thi nghiệm dng chảy qua tràn phim dan

Trang 32

b.- Các yếu tổ ảnh hướng db khả năng tháo của trần phim đàn plano

Ngường tràn được xây dựng trên hai nguyên lý: Các tường có dang chữ nhật

trên mặt bằng, tương tơ như các phim din piano; các tưởng theo phương thẳng sóc

với dòng chảy đều được bố trí theo mặt đốc (nghiêng) Bố trí này tạo nên thuận lợi

về phương diện thủy lực, nhất là trong trưởng hợp lưu lượng xã lớn, đồng thời hi

giảm được chiều rộng đầy của kết cấu.

Do đặc điểm cấu tạo như vậy nên khả năng tháo của tràn phím đản chủ yêuphụ thuộc vào ỷ số giữa chiều di, độ sâu, chiều rộng và hình dáng của các phím và

đặc biệt à sự phụ thuộc vào tỷ số N bằng tổng chiễ đài trồng trăn chia chiều rộng

tràn chính diện Bên cạnh đỏ còn có ảnh hưởng của tác động va đập của đồng nước khi chảy qua tran; hình dạng của ngưỡng cũng cũng làm cho phân bổ lưu tốc và lưu lượng don vị trên ngường trin không đồng đều

Các đặc ng hình họ của tân phim din được thể hiện ở hình 1-28, nh 1-29,

trong đó:

H: Chiều cao ối đa của tin phím din,

B: Chiều dài định tràn.

a: Chiều rộng 6 d6n nước

b: Chiều rộng ô thoát nước.

6: Chiều đài nh ra của công xôn thượng lưu

d: Chiều dài nh ra của công xôn hạ lưu

W: Chiều rộng một đơn vị tran.

L: Chiều dai tran nước một đơn vị tràn.

Trang 33

Hình 1-28: Các đặc trưng hình học của một Hình 1-29: Mặt bằng một phân đoạn

đơn vị trin phim đòn trân phim din

Để kiểm tra được mức độ ảnh hưởng của các thông s6 trn, từ năm 2002 nhóm

tác giả Ouamane và Lempirière đã tiến hành rất nhiều thi nghiệm chỉ it trên các

dạng đã lưạ chọn để tối ưu hóa năng lực xả của tràn phím đản

Khả năng tháo của một dip trần không thẳng được biểu thị qua hệ số lưu lượng

được rút ra từ phương trình tong quát có công thức như sau: [17]

Q

wy2eh'? 412)

Voie Q: Lưu lượng qua trn (m5)

h: — Chiều cao lop nước tản(m)

W: Chiều rộng của tràn (m)

Công thức (1.12) tr thấy hệ số lưu lượng được xác định theo cúc cập giá tỉ số

do Q và h Các thông số còn lại trong phương trình là hẳng số cho mỗi kiểu 1

Vi vậy, cần phân tích kỹ ảnh hưởng của các thông số hình học trân để lựa chọn mặtcắtthiết kế hợp lý:

* Tý lẻ thẳng đứng WT

~ Phân ánh hiệu quả của sự thay đổi chiều cao đối với một chiều rộng trần cổ định

~ Phan ánh ảnh hưởng của chiều rộng tran với một chiều cao cổ định

Trang 34

"Đồ thị hình 1-30 cho thấy sự phụ thuộc của hệ s bru lượng và tỷ số WI, Khítăng chiều cao tràn lên 25%, khả năng tháo của tràn tăng lên 6%

20 18 16

14

12 10 oe 06 oe

Hình 1-30: Hé số liew lượng phụ thuộc vào quan hệ W/H [17]

* Chu dài ương đồi LW

‘Ty số này ảnh hưởng đáng kể đến dòng chảy Khi tăng tỷ số L/W lên 2 lần thì hệ:

sé lưu lượng tăng lên 50% với những cột nước tương đối h111<0,4 Tuy nhiên, hiệu

“quả giảm ding ké đối với cột nước tương đối lH>0.ó Như vậy, đối với những giátrị lớn của L/W và bỲH hiệu quả về khả năng tháo không cao, không kinh tế

x + ues, when

Hình 131: Hệ số lưu lượng phụ thuge vào quan hệ LW (17)

Trang 35

* Ảnh hưởng của chiều rộng các Khoang trần a, b

Ta biết độ đốc đáy khoang phụ thuộc vào chiều dai các công xôn thượng hạ lưu

và chiều cao đập, Từ đó đồng chảy trong cúc khoang thượng và hạ lưu có thể sẽkhác nhau Kết quả thí nghiệm cho thấy việc chọn chiều rộng khoang thượng lưu alớn hơn khoang hạ lưu b cho hiệu su tốt nhất với cột nước tương đổi h”/H<0 5, Khicột nước tương đối hŸH>0,5 hiệu suất này nhỏ hơn Việc ting chiều rộng mộtkhoang thượng lưu lên 20% và giảm chiều rộng khoang hạ lưu thi khả năng thiotăng 5% mà không ảnh hưởng đến quy mô công trình Từ đó cho thấy thiết kế vớichiều rộng a>b là có lợi nhất

Tình 1-32: HỆ số hưu lượng pẫụ thuộc vào quan hệ bu (171

* Ảnh hướng chidu dài của các công xôn thương, hạ lim:

Với mô không có công xôn ha lưu (d/e=0)

khi có công xôn hạ lưu Năng lực xã tăng khoảng 12% đổi với cột nước tương đốihỶ/H < 0,4 và khoảng 9% đối với h'/H > 0,4.

iệu suất của tran cao hơn.

“Trưởng hợp công xôn đổi xứng d/e—] thi hiệu quả của trin cao hơn với côngxôn không đối xứng Năng lực xã tăng 7% với h'/H < 0.4 và khoảng 2% đối vớih/H>04

Trang 36

Từ đó ta thấy với d/e=0 có thể là - se ——

một giải pháp cho tràn có lưu lượng đơn zs

vilêm wile thi i hấp họ, —

tế vì sự đối xứng làm thuận lợi cho việc g 4s

sử dụng các cẫu kiện chế to sin te

Hình 1-33: H4¢s6 few lượng phụ thuộc

vảo quan hệ de (17

* Ảnh hướng của dạng của vào dưới công xôn thượng lưu.

Xét hai trường hợp là dang sô

thẳng và dang trên cho thấy: thiết kế — %2 «+ Foma gerade ao

kiện tối ưu về mat thay ° mà

lực cho phần thẳng đứng dưới cong” Ce vào trên

xôn thượng lưu (như là đối với rw

pin của trân có cửa) thì sẽ làm tăng 5) Ci viophing

hiệu suất của trân phím đền khoảng 94 TT

Tế wat

Hình 1-34: 16 số lưu lượng phụ thuộc vào

Hình dạng cửu vào dưới công xôn (17)

* Ảnh hưởng của vật nổi

Kết qu thí nghiệm cho thấy

= Không có vật nỗi nào bj tắc Ini dưới công xôn thượng lưu khi mực nước tăng

n đỉnh trn,

dẫn từ diy

- Khi cột nước trung bình ~ 0.4H thì có một số ít vật nỗi được kéo theo trong

khoang hạ lưu và bị mắc lại

- Khi cột nước trung bình > 0.4H thì các vật nỗ bắt đầu được thio một cch hệ thống vẻ phía hạ lưu.

Trang 37

Trưởng Đại học Thủy lợi 3? Tuận vin thạc sĩ

- Hình 1-36 cho thấy, tác động của vật nỗi có thé lâm giảm hệ số lưu lượng đối

với cột nước tương đối h”/H < 0,5, quá giá trị nay thi dòng chảy trở lại bình thường.

và hệ số hưu lượng cổ giá trị bằng giá bị đồng chảy ne do

- Tác động của vật nỗi có thé làm giảm lưu lượng ~ 10% khi el du sâu của lớp

nước trản từ 1 đến 2m (như là đối với Creager),

"Như vậy, ảnh hưởng của vật nổi tới khả năng tháo của trin phím dan cần phảilưu ý khí cột nước trin thấp, Tir đó có biện pháp giải quyết để hạn chế ảnh hưởng.như làm lưới chắn hay chủ động trục vớt ngay khi có vật nỗi mắc lạ trước ngưỡng

tràn

LAr Chay ted

Chay với sự có mặt cha vt nỗi

Hình 1-35: Van hành của PKW véi.se Hình 1-36: HE số ưu lượng phụ thuộctắc nghẽn của vật nỗi (17) ảo sự có mat của vất nổi (17)

`Với cùng lưu lượng và bố tr chung, có thể có những sửa đổi nhỏ về dạng trànnhư ở hình 1-37 Những sửa đổi này thuận lợi cho việc tháo các vật nỗi, 6 ra có cácbậc thang ở đấy có thé tiếp nỗi với các bậc thang ở phần bên dưới của đập trn Việclựa chọn cũng cần xét đến các điều thi công

Trang 38

e_ Điều kin tỉ công

Cé thể xây dựng tràn phím đàn bằng bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc đỏ tại chỗ

“Trong trường hợp tưởng thấp, cổ thể chọn chiều dẫy tường từ yêu cầu sử dụng cốt

thép Trường hợp H < 2 m, có thể sử dụng tường thép có các dai tăng cứng Chi phí

xây dựng theo một mét chiều rộng tràn thường ti lệ với H

Không nên bổ tr kí

‘va ô ra vi chúng có thé Lim các vật nỗi mắc lại

iu gia cường hay các thanh giằng tại các tưởng ở ô vào

Trang 39

Có thể đưa khí vào bên dud

phần console hạ lưu để tránh bị rung.

động bing các ống dn khí giản đơn

Do xảy ra cuốn khí mạnh nên ding

chay ra khỏi trần phim din được tiều

năng nhiều hơn và xi ở hạ lưu giảm

dang kể, nhất là với các lưu lượng xã

tử trung bình trở xuống

din khí đặt dưới console hạ lew

4 Điều liện ứng dung

“Trong trường hợp xây mới, tràn phím đàn có thể giảm được ba lần chiều dai trànhoặc giảm được hai lần chiều cao cột nước tran so với trần mặt cắt Creager

Có thé áp dụng trăn phim dan ở các trần mặt chảy tự do đã xây dựng để tăng độ an

toàn hoặc tăng dung tích chứa với chỉ phí xây dựng thấp

Có thể xây dựng trần phim đản làm trần khẩn cấp kết hợp với trần đã có hoặc vớitràn có của xây mới thông qua sử dụng phần dung ích trên mức nước ding bìnhthưởng (MNDBT) để xã một phần nhũng con lũ đặc bit lớn Vi dụ, với chiễu caotrên MNDBT là 4m có thể xả thêm được 40 đến 50 m°/s/m

1.3 Ap dạng trần Piano cho công trình thủy điện Đăk Mi 2

13.1 Mục dich

'Công trình thủy điện Dak Mi 2 có đặc điểm là dung tích hồ chứa rat nhỏ, thung lũng

sông Dak Mi tg khu vực dự án có địa hinh hai bên ở là núi cao, độ đốc ba sông lớn,

nên khi xây đập chi tạo được một hồ chứa là một dai hẹp dọc theo lòng sông Lòng.sông ti tuyển đập rộng khoảng 30m, tới cao độ 630 thi rộng khoảng 100m

Trang 40

Với mục tiêu là nâng MNDBT cao trình 630.0m nhưng đồng thời phải đáp ứng

các điều kiện là: - Mực nước thượng lưu lớn nhất không thay đổi để không ảnh.hưởng đến dự án phía thượng lưu: - Tổng chiều rộng trin không thay đổi (chỉ

khoảng 100m) do did

đập không vượt qua lợi nhuận thu được do tăng cột nước phát điện đem lại; - Công

kiện địa hình tại tuyến đập; - Ch phí tăng do tăng chiều cao.

tác vận hành hd chứa thuận tiện và giảm chi phi, Vi vậy, việc áp dụng đập teinngưỡng Piano phổi hợp với tràn có cửa van đã đáp ứng được cả các điều kiện về kỹthuật và kinh t, trong khi đập trin có cửa van hoàn toàn chỉ đáp ứng được cúc điềukiện về kỹ thuật ma không thỏa mãn các điều kiện về kinh tế.

1.32 Quy mồ và loại tran Piano

"Để dim bảo tính tin cậy trong tính toán và đẩy nhanh tiến độ thiết ké khi công

hành, kiến nghịlựa chọn đập trân loại B có bậc tiêu năng với các thông số theo mô hình thí nghiệm

đã thực hiện tại trường Đại học Bách khoa TP Hỗ Chi Minh Khả năng tháo củatrần sẽ bằng chiều rng trần nhân với lưu lượng đơn vig khi Im<H4m thì

dạ,= 10.81 - 2.34, khí H>4m thì gs = 17.17 HC)

tác thí nghiệm mô hình thủy lực riêng cho công trình chưa được tié

Mình 1-39: M6 hình thí nghiệm mặt cắt tràn loại PKB, 6 ra có dạng bậc thang áp

đụng tại Thủy điện Đăk Mi2 - Quảng Nam

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	4,09 MB

Tiêu đề	Tính toán và tối ưu hóa kết cấu đập tràn phím PIANO-áp dụng cho công trình thủy điện Đăk Mi 2
Tác giả	Lại Tuấn Anh
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Ngọc Thắng
Trường học	Trường Đại học Thủy lợi
Chuyên ngành	Xây dựng công trình thủy
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Hà Nội