Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Tính toán kết cấu tháp điều áp của nhà máy thủy điện bằng phương pháp FEM và ứng dụng cho nhà máy thủy điện Dốc Cáy - Tỉnh Thanh Hóa

LỜI TÁC GIÁ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thuỷ với dé

tài: “Tinh toán kết cấu tháp điều áp của Nhà máy thuỷ điện bằng phương pháp FEM và ứng dụng cho Nhà máy thuỷ điện Dốc Cáy - Tỉnh Thanh Hoá”

được hoàn thành ngoài sự cố gang nỗ lực của ban thân, tác giả còn được sự

giúp đỡ nhiệt tình của các thây, cô giáo, cơ quan, gia đình và bạn bè.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thây giáo PGS TS Nguyễn

Quang Hùng đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thây, cô giáo Phòng đào tạo đại học và Sau đại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận văn này.

Dé hoàn thành luận văn này, tác giả còn được sự cổ vũ, động viên khích

lệ thường xuyên và giúp đỡ về nhiều mặt của gia đình và bạn bè.

Với thời gian và kiến thức còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi

những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của

các thay, cô giáo, của Quy vị quan tâm và bạn bè.

Hà Nội, tháng 5 năm 2012 Tác giả luận văn

Đặng Thanh Bình

LỜI CAM KET

Ten tôiĐặng Thanh Bình.Hoe viên lớp: 1702

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội

dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố

trong bắt kỳ công trình khoa học nào.

MỞ ĐẦU

CHUONG 1 TONG QUAN VỀ TINH HÌNH PHÁT TRIEN THUY ĐIỆN

VIET NAM

1.1 Tiềm năng thủy đi 4 1.1.1 Tiền năng lý thuyết thuỷ din Việt Nam 4

1.1.2, Tiền năng kinh tê kỹ thuật thy điện Việt Nam 51.2 Tình hình xây dựng thủy điện ở Việt Nam và định hướng phát triển 6

1.2.1 Tình hình xây dựng thủy điện ở Việt Nam 6

1.2.2 Định hướng phát triển thủy điện ở Việt Nam 71.3 Các hình thúc khai thác thủy năng 161.3.1 Ding đập dé tao thành cật nước 161.3.2 Tập rung cột nước bằng đường dẫn "

1.3.3 Trạm thuỷ điện kiểu kết hợp đập - đường dẫn 18 1.4 Các hình thức kết cầu tháp điều áp thường ding 19

14.1 Tháp điều ip 9

1.4.2 Cúc hình thức kết cấu thấp đu áp thường dùng 21

1.5 Kết luận chương 1 +

CHƯƠNG 2 LỰA CHON PHƯƠNG PHÁP TÍNH VÀ CÁC VAN DE THƯỜNG GAP TRONG TÍNH TOÁN KET CẤU THÁP DIEU ÁP.

2.1 Giới thiệu về phương pháp tính toán kết cầu thấp điều áp 32.1.1 Các phương pháp tính toán thập điều áp 252.1.2, Lựa chọn phương pháp tinh toán 282.2 Các vin để thường gặp khi tinh

phần tử hữu hạn - FEM,

3.2.1 Mô hình 31

2.2.2 Buea cúc thành phan ngoại lực tắc dụng vào thấp 31 2.2.3 TỔ hap tính toin động kết cấu thấp điều áp với cúc cúc phần ngoại lực 4 2.3 Các kỹ thuật xử lý trong việc giải FEM cho kết cầu tháp điều áp 34

2.3.1 Giải quyết vẫn dé mô hình hóa 34

2.3.2 Giải quyết vẫn dé đưa các ngoại lực tác dung lên tháp điều áp khi tính toán kết cấu bằng phương pháp phủn từ hữu hạn ~ FEM 35

2.3.3, Giải quyét việc tổ hợp các thành phần lực Khi tính toán động két cấu thấp

điều áp với các các phần ngoại lực khác nhan 40

2.4 Trình tự thực hiện phân tích kết thấp điều áp bằng phương pháp FEM khi tinh

toán bải toán động AL

2.5 Két luận chương 43

CHUONG 3 NỘI DUNG UNG DỤNG PHƯƠNG PHAP FEM CHO NHÀ MAY THUY DIEN DOC CAY - TINH THANH HOA.

3.1 Giới thiệu công trình thủy điện Dốc Cay 43.1.1 Giới thiệu chung về nhà may 443.1.2, Bia hình, dia mao 4

3.2.2 Xây dựng mô hình tink toán từ công trình thực tổ 53

3.3 Tinh toán và phân tích kết qua tinh toán thấp diều dp 5s3.3.1 Các lực tác dụng và tổ hợp lực 5s3.3.2 Xúc định các lực tác dụng lên công trình 5s

3.3.3 Kết quả tính toán cho từng tổ hop 5

3.4, Kết luận chương Š: cesoeeoeocoo 74

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, eeseersrrsrrrarsrsusoue TỔ,

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Phương thức khai thác kiểu đập

Hình L2: Trạm thuỷ điện b6 tí

Hình 1.3: Trạm thuỷ điện bo trí

Hình 1.4: Sơ đồ dat tháp điều áp

Hình 1.5: Sơ đồ dao động mực nước trong thấp điều áp

Hình 1.6: Các kiểu tháp điều áp

Hình 2.1; Tính toán thấp điều áp theo quan điểm cắt một lát cắt,

Hình 2.2: Mô hình tính toán 3D phân tử Solid của tháp điều áp.

Hình 2.3: Mô hình tinh toán 3D phần tử Shell Khi inh toán tháp điều ấp,

Hình 2.4: BB thị dao động mực nước trong thấp theo thời gianHình 2.5: Ký hiệu và vịt xác định cột nước Hạ Hạ Han

Hình 3.1b: Cit doe tháp điều áp

Hình 3.2: Mô hình của sở đồ tính xây dựng trong Sap2000 v14 Hình 3.3: Dé thị dao động mực nước trong tháp theo thời gian.

inh 3.4:Phương chiều của hệ trực tọa độ địa phương cia

Hình 3.5: Quy định phương chiều nội lực của

Hình 3.6: Ap lực nước tác dụng lê thấp với mực nước Min=105.95(m)Hình 37: Chuyển vị của tháp ứng với mực nước Min=l05.95(m)

Hình 3.8: F11 của tháp ứng với mực nước Min=105.95(m).

Hình 3.9: F22 của tháp ứng với mực nước Min=105.95(m).Hình 3.10: MI của thấp ứng với mực nước Min105,95(m)Hình 3.11: M22 của thấp ứng với mực nước Min=l05.95(m)

Hình 3.12: V13 của tháp ứng với mực nước Max=121,11(m)

Hình 3.13: V23 của thấp ứng với mực nước Max=12l.11(m)

Hình 3.14: Ap lực nước tác dung lên thập với mục nước Min=121.1l(m)

Hình 3.15: Chuyển vị của tháp ứng với mực nước Max=121.11(m),

2.6: Biểu đồ thé hiện đưa áp lực nước theo thời gian vào thập theo cách thứ nhất,

Hình 3.16: FIL của tháp ứng với mực nước Max=121.11(m)1.1m)Hình 3.18: M11 của thấp ứng với mực nước Max=121.11ím).Hình 3.17: F22 của tháp ứng với mực nước May

Hình 3.19: M22 của tháp ứng với mực nước Max=121.11(m).Minh 3.20: V13 của tháp ứng với mye nước Mai

Hình 3.21: V23 của tháp ứng với mực nước Mai

Hình 3.22: FI tại phần từ shell 2691 của tháp ứng với mục nước trong thấp dao

động trong tháp theo thời gian“Hình 3.23: F1 tại phần tử shell 2076 của tháp ứng với mục nước trong thấp daođộng trong tháp theo thời gian 65

Hình 3.24: F22 tại phần tử shell 2160 của tháp ứng với mực nước trong tháp dao

động trong tháp theo thời gian65

Hình 3.25: F22 tại phần shell 1615 của tháp ứng với mực nước trong thấp dao

cđộng trong tháp theo thời gian66

Mình 3.26: F12 tại phần tử shell 2156 của tháp ứng với mực nước trong tháp dao

động trong tháp theo thời gian66

Hình 327: FI2 tại phần từ shell 2147 của thip ứng với mực nước trong thấp dao

cđộng trong tháp theo thời gian61

Hình 3.28: M11 tại phần từ shell 2161 của thấp ứng với mực nước trong thấp dao

động trong tháp theo thời gian6

Hình 3.29; M11 tại phần tử shell 2160 của tháp ứng với mục nước trong tháp dao

động trong tháp theo thời gian68

Hình 3.30: M22 tại phần tử shell 2187 của thấp ứng với mực nước trong thấp dao

cđộng trong thấp theo thời gian68Hình 3.31; M22 tại phần từ shell 2082 của tháp ứng với mục nước trong thấp dao“động trong tháp theo thời gian60

Hình 3.32: M12 tại phần tử shell 2183 của tháp ứng với mục nước trong tháp dao

“động trong tháp theo thời gian

Hình 3.33: MI2 ti phần từ shell 2192 còn hấp ứng với mục nước rong thấp

6970

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 n năng lý thuyết theo lưu vực 5

Bảng 1.2 im năng kinh tế - kỹ thuật theo lưu vực 6

Bảng 1.3: Các dự ân nguồn điện vào vận hành giai đoạn 2011 - 2020, 8 Bảng 2.1: Tốc độ gió lớn nhất không kể hướng- V (ms) 41

Bang 2.2: Các thông số chính của công trình AT

Bảng 23: Quy mô các hang mục công trình chính 49

Bảng 3.1: Đặc trưng vật liệu của phần tử shell khi mô phỏng tháp 54

Bảng 3.2: Bang tổng hợp kết quả khi tính ton áp lực nước tỉnh 39

trong tháp ứng với các mực nước lớn nhất và nhỏ nhất trong quả trình dao động 59Bang 3.3: Bang tổng hợp kết qua khi tính toán áp lực nước trong tháp dao động 63Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chu kj, tin số của dao động riêng của thip điều áp 6£

Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết quả nội lực của tháp điều áp ứng với trường hợp tải

tĩnh MNEI21.11(m) và trường hợp mực nước trong thấp dao động m

Bảng 3.6: Bảng tổng hợp hệ số nội lực giữa trường hợp tính toắn động và 73

tính toán tĩnh 73

MỞ DAU

Nguồn năng lượng điện có vai trỏ vô cùng to lớn trong sự phát triển văn

hoá và đồi sống nhân loại Nhu cầu điện năng của cd thé giới tăng trưởng ngày,

cing mạnh hoà nhịp với tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế chung vì vậy sản

xuất điện năng ngày cảng phát triển mạnh.

iit nước ta dang trên đà hội nhập và phát tiễn Cùng với quá trình phát

triển chung của đất nước thì nhu cầu dàng điện dang và sẽ là nguồn nănghượng

võ cùng quan trọng để thúc day sự phát triển của nền kinh tế đt nước, Sản lượng điện được lấy từ các công trình thuỷ điện đóng vai trò chủ yếu cho nguồn lưới

điện quốc gia Các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện có quy mô từ nhỏ đến lớn đã và dang được triển khai xây dựng trên mọi miễn của đất nước như: Thuỷ điện Hoà

Bình, thuỷ điện Sơn La, thuỷ điện Tuyên Quang, thuỷ điện Lai Châu, thuỷ điện„ thuỷ điện Yaly, thuỷ điện Trị An, thuỷ điện Thác Mơ, thuỷ điện Quảng

Để có thé đáp ứng được nhu cầu ding điện trên mọi miễn của đất nước,

đặc biệt là nơi mà lưới điện quốc gia chưa có khả năng cung cấp được Với vị tí

địa lý như nước ta thì biện pháp khả thi nhất là xây dựng các công trình thuỷ.

điện vừa va nhỏ, vi tại d6 thường có địa hình thuận lợi với nguồn nước dồi dio

từ các sông suối, dễ dàng xây dựng các công trình thuỷ lợi kết hợp với nhà máy

thuỷ điện 48 thực hiện c c nhiệm vụ: phát điện, điều tiết nước.

1 Tính cp thiết của đề tài:

Ngày nay, do nhu cầu dùng điện ngày cảng tăng cao và những diễn bién

bắt thường của thời tiết làm cho nhiệt độ trái đắt ngày cing tăng lên Sản lượng điện cung cấp ra vẫn không đủ đáp ứng được nhu cầu ding điện Các công trình Thuy lợi - Thuỷ điện đang được gắp rút xây dựng như: Thuỷ điện Lai Châu (hủy

điện Sơn La, Thủy điện Đồng Nai, Thủy điện Bản Chit, Thủy điện Nim

Chiến Tuy nhiên, khi đầu tơ xây dựng các công trình thuỷ điện có công suit

lớn thường phải sử dụng hỗ rộng, dễ dẫn đến ngập lụt nhiễu và phải di din vớ

lượng lớn, do đó ảnh hưởng tiêu cực rat lớn đến môi trường Ngoài ra vốn đầu tư lớn cũng dẫn đến khó khăn trong kế hoạch phát triển đầu tư của Nhà nước Do

vậy việc xây dựng các công trình thuỷ điện vừa và nhỏ là rất phù hợp với yêu cầu phát triển bên vững, đồng thời phù hợp với hiện trạng nền kinh tế hiện nay

của nước ta,

Việc nghiên cứu, tìm ra giải pháp khoa học kỹ thuật để có cơ sở tính toán.

lựa chọn xây dựng các trạm thuỷ điện vừa và nhỏ một cách hiệu quả nhất nhằm

mục đích khai thác hợp lý nguồnnăng to lớnnăng lượng thuỷ điện để

phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo sự ổn định về chính trị an ninh và quốc phòng

à nhiệm vụ cấp thiết cần phải thực hiện.

Đối với các công trình thuỷ điện nhỏ chủ yếu dùng hình thức khai thác

kiểu đường dẫn, hạng mục tháp điều áp là một trong những hạng mục quan trọng trong cả hệ thống Việc nghiên cứu tinh toán kết cầu tháp điều áp của nhà máy cho hợp lý là không thé thiểu được.

Đề tài luận văn “Tink toán kết cấu tháp điều áp của (Nhà máy thuỷ điện

= Tĩnh

bằng phương pháp FEM và ứng dụng cho Nhà máy thuỷ điện Đắc Ci

Thanh Hod” đã được đặt ra nhằm mục đích nghiên cứu lựa chon giải pháp công,

trình hợp lý cho trạm thuỷ điện, nâng cao hiệu quả góp phần đáp ứng nhu cầu

dùng điện, nâng cao nguồn điện để phát triển kinh tế xã hội.

2 Mục dich của đề ti

Mục đích của đề tai là nghiên cứu tính toán kết cầu tháp điều áp của nhà

máy thuỷ điện bằng phương pháp phan từ hữu hạn và ứng dụng phương pháp

tính cho thấp điều áp thuỷ điện Dốc Cáy - tinh Thanh Hóa.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Di tượng nghiên cửu: Tháp điều áp của nhà máy thủy điện

Pham vi nghiên cứu: Dạng tháp điều áp hình dang viên trụ của nha máy.

thủy điện.

4, Phương pháp nghiên cứu:

Tir các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả công trình để lựa chọn

cấu tạo, kích thước tháp điều áp đưa vào tối wu hoá Từ đó chọn ra giải pháp có

tinh khả thi về kinh tế kỹ thuật nhất

Sử dụng phương pháp phần từ hữu hạn là một xu hướng nghiên cứu phdbiến của các nhà khoa học hiện nay Hơn thé, hiện nay với sự phát triển không

ngừng của khoa học công nghệ nên có các phần mềm tinh toán dựa trên thuật

toán của phương pháp phần tử hữu hạn, do đó việc vận dụng được phương pháp

này vào việc tính toán công trinh nói chung và tính toán kết cầu tháp điều áp của nhà máy thuỷ điện nói riêng 48 lựa chọn kết cấu thích hợp nhất, đảm bảo các yếu

tố kinh tế kỹ thuật cho công trình,

CHƯƠNG I.

TONG QUAN VE TINH HÌNH PHÁT TRIEN THUY ĐIỆN VIỆT NAM.

1.1 Tiềm năng thủy điện ở Việt Nam:

"Việt Nam nằm ở vùng nhiệt đới gió mùa, mưa nhiều, nóng và ẩm Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 2000 mm Lượng mưa rơi nhiều nhất đạt tới

4000 - 5000 mm, nơi mưa thấp nhất cũng đạt trên 1000 mm Mùa mưa trong

năm thường từ 3 - 5 thắng, mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5, 6 và kết thúc

vào tháng 10, 11 Lượng mưa tập trung vào 3 tháng có mưa nhiều nhất, chiếm khoảng 70 - 80% tổng lượng mưa trong năm Hệ thống sông ngòi cỏ mật độ cao.

Tổng số các con sông có chiều dài lớn hơn 10 km là 2400 Hầu hết sông ngồi

nước ta đều đồ ra biến Đông Hing năm, mạng lưới sông suối vận chuyển ra

biển, lượng nước 870 km3/năm, tương ứng với lượng bình quân khoảng 37.500mâ/s

1.1.1 Tiềm năng lý thuyết thus điện Việt Nam:

Theo kết quả nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu và thiết kế thuỷ điện

thuộc Bộ Điện lực (cũ) trên 2.171 sông suối từ cắp 1 đến cắp 6 có ch dai sông

tir 10 km trở lên trong phạm vi toàn quốc thi tiềm năng lý thuyết của thuỷ điện

nước ta được đánh giá là 300.044 Gwh/nam, tương đương với công suất lýlà3425IMW.

“Tiềm năng lý thuyết như trên được phân bố trên 3 vùng của đất nước như sau; -Miễn Bie: 181.000 Gwh/năm.

- Miễn Trung: 89.000 Gwh năm

-Miễn Nam; 30.000 Gwh/năm.

Phan bố chỉ tiết hơn của tiềm năng lý thuyết theo các khu vực khác nhau.

trên lành thổ Việt Nam.

Bảng 1.1: Phân bồ tiềm năng ly thuyết theo lưu vực

Công suất lý Điện lượng | Tỷ trong Lưu vực thuyết (MW) (Gwh/năm) | (%)

Theo: Trung tâm thông tin và dich vụ KHKT, Bộ Nang lượng, 1990.

Xét theo mức độ tập trung năng lượng thuỷ điện, nước ta có 8 hệ thống

sông quan trọng nhất trong đó đã tập trung tới trên 85% nguồn trữ lượng thuỷ:

năng lý thuyết của dat nước.

1.1.2 Tiêm năng kink tế - kỹ thuật thay điện Vigt Nam:

Tiêm năng kinh tế kỹ thuật - kỹ thuật khoảng 82 đến 100 ty KWh, tương đương với tổng công suất khoảng 18.600 đến 20.000MW (chiếm 30 đến 33%

của tiểm năng lý thuyết.

thuật theo lưu vực

Bang 1.2: Phân bồ tiễn năng kinh tế

Tong 10 lưu vực sông chính 17550 10.77 84.8% Toàn bộ lãnh thd quốc gia 20560 83.42 100%

1.2 Tình hình x dựng thấy điện ỡ Việt Nam và định hướng phát triển.

1.2.1 Tình hình xây dựng thủy điện ở Việt Nam.

Nude ta có tiém năng thủy điện khá lớn, tập trung ở vùng Tây Bắc, miễn

quý giá này

óp phần đảm bảo an ninh, an toàn năng lượng quốc gia, nhất là trong béi

cảnh các nguồn năng lượng hóa (hạch, năng lượng không tái tạo ngày cảng suy giảm, cạn kiệt, qua đó cũng góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng.

tăng tỷ trọng công nghiệp của tỉnh trong khu vực này Trong các cơ chế chính

sách, các quyết định của Chính phủ về chiến lược và quy hoạch phít triển năng

lượng và nghành điện, việc phát tiễn thủy điện (một trong những nguồn năng

lượng sạch có khả năng tái tạo, giá thành rẻ) được xem xét ưu tiên phát triển, đặc.

biệt là các dự án có hiệu ích tông hợp (chống lũ, cắp nước và phát điện) Các dự

án thủy điện lớn như Hòa Bình, Sơn La, Lai Châu, Trị An, laly, Vĩnh Sơn, sông,

Hinh, Tuyên Quang, Đại Ninh đã và đang được Nhà nước quan tâm đầu tư

thủy điện Hỏa Bình, Thá c Bà, Tuyên Quang đã vận hành chống lũ và cấp nước

cho đồng bằng sông Hồng và thủ đô Hà Nội với hiệu quả cao, một số dự án thủy điện như Đại Ninh, Đa Nhim có nhiệm vụ rất quan trong là bd sung nguồn nước.

48 đáp ứng nhu cầu nước cho các vùng đặc biệt khô han ở nam Trung Bộ Việt Nam hiện được đánh giá là quốc gia thiểu nước, đặc biệt là khu vực miễn Trung

và Tây Nguyên, trong khi lượng nước phân bố không đều theo các mùa (chủ yếu.

tập trung vào mia lũ với khoảng 70 ~ 80% tổng lượng nước cả năm) Vì vậy,

việc đầu tr xây dựng các hỗ chứa thủy điện cũng đã và sẽ góp phin quan trong

trong việc trữ và điều hòa nước cho các nhu cầu khác, đặc biệt là vào mùa khô.

1.2.2 Định hướng phát triển thấy di Nam.

Theo quy hoạch phittriénthiy điện của cả nước công suất lắp dt các nhà máy thủy điện đến năm 2015 vào khoảng hơn 80.000MW với sản lượng điện

‘rung bình hang năm trên 80 tỷ kWh, Trong đó, riêng 9 hệ thống sông Lô - Gam,xông Da, sông Mã - Chu, sông Cả, sông Vu Gia, sông Ba, sông Sẽ San, sông

Srepok và sông Đồng Nai đã được quy hoạch phát triển các nhà máy thủy điện

có tổng công suất khả dụng 15.383 MW với sản lượng điện trung bình hing năm.63,87 tỷ kWh (chưa kể các nhà máy thủy điện nhỏ tdi tạo) Các nhà máy thủyđiện của 4 hệ thống sông Đà, sông Đồng Nai, sông Sé San va sông Vu Gia đã có

tng công suất lắp đặt 4 153KW, cung cap cho dat nước trung bình mỗi năm trên

18,06 tỷ kWh, đứng thứ 2 sau sản lượng do các nhà máy điện chạy khí thiên

nhiên sản xuất Trong số đó đáng ké nhất là các nhà máy thủy điện Thác Ba, Hoa

Bình, Trị An, Yal„ Ham Thuận ~ Đa My đã tùng giữ vai trosift quan trongkhó khăn và

cho việc cung ứng điện cho dat nước những năm đầu đổi mí

thiếu điện nghiêm trọng.

Năm 2011, cả nước tiếp tục đưa vào hoạt động 7 nhà máy thủy điện, 2 tổ

máy số 2 và 3 của nha máy thủy điện Sơn La và 16 nhà máy thủy điện nhỏ với

tổng công suất lắp đặt 1.901MW.

Năm 2012, sẽ đưa thêm 7 nhà máy thủy điện cùng với 16 nhà máy thủy

điện nhỏ năng lượng ái tạo đưa vào vận hanh 13 nhà máy thủy điện cùng với 42

nhà máy thủy điện nhỏ năng lượng ti tạo cổ tổng công suất lắp đặt 3.615MIW,

Đến năm 2010 đã có khoảng S0 nhà máy thủy điện đưa vào vận hành và

đến năm 2020 sẽ có khoảng 80 nhà máy thủy điện lớn nhỏ được đưa vào vận hành trong hệ thống điện.

Ngày 21/7/2011, Thủ tướng Chính phủ đã ra Quyết định số 1208/QĐ-TTg

về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển nguồn điện lực quốc gia giai đoạn

2011-2020 có xét đến năm 2030.

Bang 1.3: Các dự án nguồn điện vào vận hành giai đoạn 2011 - 2020,

TT 'Tên nhà máy aw) Chi đầu tw

1 Vein hinh nim 2011 4187

7 TD An Khô: Kanak tra EVN

8 | ThSésan4 63 | CôngtycôphẳnthiyđiệnSêSan4A

9 | TDicmy4 190 wIco

10 | TD SeKaman3 (Lao) 250 “Công ty cổ phần Vigt Lio

11 | Takin 14 “Tổng công ty xây dựng số 1

3 | TĐNậmChinữ2 100 Tap đoàn Sông Đà

4 | TB Ban Chit #1.2 220 EVN

5 | TD HiaNa #12 180 'Công ty cổ phần thủy điện Hùa Na

6 | TĐNhoQuÉ3/12 m Công ty cổ phần Bitexco

7 /TĐKheBôZl2 100 “Công ty cỗ phần điện lực

12 | ND Ving Ang #1 oo PVN

13 | ND Formasa #2 150 (Cong ty TNHHHime Nghiệp

Điện gi, Ningluongtiitgo | 100HH | Ven inh nam 2013 2105

6 | ND Hai Phing2#2 30 EVN7 | NDNahi Som H2 300 EVN

3 JTĐĐểngNai6 135 “Công ty Đức Long Gia Lai

4 | TD SeKaman 1 (Lào) 290 Cong ty cổ phần Việt Lào 5 | ND Quing Ninh HH 300 EVN

13 | NĐCôngThanh#L2 600 Céngtycé phin ND Cong Thanh

Điện gi, Năng lươngtái tạo | 150

VI | Vận hànhnăm 2016 7136

1) TDLaiChiu#t 400 EVN

12 | ND Hai Duong #l 600 Jak Resourse_MalaysiaBOT

4 | ND LangPhi E2 0 PVN 15 NB Vinh Tan ớl2 1200 CSGBOT 16 | NB Duyén Hai HE2 600 EVN

18 | TBKHH Mén I T50 BOT

Điện gió, Năng lượngtiạo | 200VE | Vận hành năm 2017 5775

1 | TD Lai Chau#2.3 800 EVN

3Ì NĐThăngLongfl 300 Cangty cdphin ND Thing Long

9 | ND Van Phong #1 660 Sumitomo- HanoineoBOT 10 | NB Vinh Tan VII ø00 EVN

11 | ND Vĩnh Tân HE góp Constycophan tne gms Vinh Tan

12 | ND Séng Hau HA 600 PYN

Điện gó, Ningluong ito | 200VINH Vn hành năm 2018 782

1 | TBioLim 120 “Tập doàn Sông Đà

TD Sẽ Kông (Lio) 192 EVN BOT

4 NDNa Duong 1,2 100 TKV

S| ND LucNam#2 50 TP

6 | ND Ving Ang 141 00 'VAPCOBOT 7 | ND Quảng Trach HH 600 PVN

9 | NB Van Phong 142 660 Sumitomo Hanoineo/BOT 10 | ND Sing Hu 2 600 PYN

11 TBKHHSonMÿEI2; 1170 (P Sojia PacificyBOT

12 | NB Duyên Hai Hới 600 JanakuasvBOT

14 | ND Vinh Tân V2 00 EVN

15 | Nhậpkhẩu Trng Quốc 1000 Phuthuge dm pln np ki

Điện gió, Ningluomg ito | 200 TP

1X Vain hành năm 2019 7015

3 TĐNậmSum3(ào) 196 SaiGon Invest

4 | TD Vin Son I 80 IPP

5 | NĐVũngÁngưØ 00 'VAPCOIBOT

6 | NDQuing Trach HO 600 PYN

7 | NDNam Bini E2 600 Taikwang Hàn Quốc BOT

8 | ND Thang Long #2 300 Céngty ¢8 phan NB Thang Long

10 | NB Duyén Hii 12 600 JanakuasvBOT

11 NĐDayênHãiHE3(MR) | 600 EVN

12 | ND Kign Long #1 600 Tân Tạo

13) TBKHHSonMỹH#45 780 (B_Sojia PacificyBOr

ND Higp Phước ngừng chạy | -375

14 | Nhậpkhẩu Trang Quốc 1000 Phụ thuộc vào dim phán

Điện gi, Nănglượngtấitạo | 230, TP

Vận hành năm 2020

TĐ tích năng Đông Phù Yên | 600, Công ty Xuân Thiện

"TD tích năng Bác Ai#2,3 00 EVN

‘TD Nim Mô I(Nam kan_ ụlo n EVNI

NB Quảng Tri #2 600 IPP/BOT.

TBKHHM-Tnngfl(Qướg | „sọLT hoặc Quảng Ngài)

NMDHN Ninh Thuận Hl 1000 EVN

NMDHN Ninh Thuận H1 | 1000) EVN

‘ND Vinh Tân 11K 6œo Côngtycôphẳn Năng lượng Vĩnh Tân

ND Kién Lương #2 600 “Tân Tạo

ND Thủ Đức ngừng chạy 2aĐiện gió, Năng lượng tái tạo | 300

1.3 Các hình thức khai thác thủy năng.1.3.1 Dùng đập dé tạo thành cật nước.

Xây dựng đập tại một tuyến thích hợp nơi cân khai thác Đập tạo ra cột

nước do sự chénh lệch mục nước thượng hạ lưu đập Đồng thời tạo nên hồ chứa

có tác đụng tập trung va dig tiết lưu lượng, làm ting khả năng phít điện trong mùa kiệt, nâng cao hiệu quả lợi dụng tông hợp nguồn nước như cất lũ

chống lụt, cung cắp nước, nuôi cá, vận tải thuỷ.

Hải Ae

Hinh 1.1: Phương thức Khai thác kiểu đập

Phuong thức tập trung cột nước như sơ dé hình 1.1 được gọi là phương

thức khai thác kiểu đập Phương thức này có ưu điểm là vừa tập trung được cột

nước vừa tập trung và điều tết lưu lượng phục vụ cho việc lợi dụng tổng hợp

nguồn nước Song nó có nhược điểm là đập cảng cao, khối lượng xây lắp cảng nhiều, kinh phí lớn, ngập lụt vả thiệt hại nhiều Khi thi kế xây dựng phải thôngqua tính toán kinh tế kỹ thuật, so sánh lựa chọn phương án có lợi.

Sơ dé khai thác kiểu đập thường thích ứng với các vùng trung du của các

xông nói có độ dốc lũng sụng tương đổi nhỏ, địa hỡnh địa thể thuận lợi cho việctạo nên hồ chứa có dung tích lớn là tổn thất ngập lụt tương đổi nhỏ Ngược lại ởvùng thượng lưu, do lũng sung hep, độ dốc lũng sung lớn nờn dự cú làm đập cao

cũng khó tạo thành hỗ chứa có dung tích lớn Ở hạ lưu, độ dốc lũng sung nhỏ,

xây đập cao dẫn đến ngập lụt lớn thiệt hại nhiễu Cho nên ở vùng này ít có điều

kiện khai thác kiểu đập.

Voi sơ đổ khai hắc kiễu đập, tram thuỷ điện cỏ thé bổ trí ở ngang đập hay sau đập (hình 1.2 và hình 1.3) nhưng thường thấy hón cả là loại trạm thuỷ điện sau

đập Trạm thuỷ điện ngang đập chỉ thích ứng trong trường hợp cột nước thấp, nhà

máy đủ sức chịu lực như một đoạn đập và kết cầu kinh tế.

Hinh 1.2: Tram thuỷ điện bồ trí Hinh 1.3: Tram thuỷ điện bổ trí

ở ngang đập ở sau đập

1-lồng sông thiên nhiền, 1-lồng sông thiên nhiền,2 đường nước đẳng, 3- đập, 2 đường nước ding, 3- đập,4- nhà máy thủy điện 4- nhà máy thủy điện

$- hỗ chứa nước $- hỗ chứa nước

1.3.2 Tập trang cột nước bằng đường dẫn.

Cột nước chủ yếu do đường dẫn tạo nên Dựa theo sườn núi đào kênh dẫn (hoặc có khi đặt máng dẫn, ống dẫn, đường him din nước ) có độ dốc nhỏ hơn độ đốc sông rit nhiều Sự chênh lệch mực nước ở sông tạo thành cột nước.

Tram thuỷ điện đường dẫn bao gồm ba loại công trình: Công trình đầu mỗi hoặc công trình lấy nước, công trình dẫn nước và nhà máy Công trình lấy

nước có đập ngăn sông (có thể là đập không tràn, đập tràn hoặc cả hai loại ni

tiếp), cổng lấy nước, công xói cát, Cống lấy nước từ sông vào và không chế lưu

lượng qua công trình din nước, đảm bảo cho trạm làm việc bình thường Công trình dẫn nước thường dùng hình thức kênh dẫn nước đến khu nhà máy, ít khi

dùng đường him đối với tram nhỏ.

Cuối kênh dẫn có bể áp lực, ông dẫn nước áp lực nổi với bể dẫn nước vào nhà máy Trạm thuỷ điện kiều này thường xây dựng ở ving trung du, khi gặp

những địa hình sau

- Dòng sông, sudi chảy dốc từ trên sườn núi xuống khe, còn đường dẫn

chạy trên suồn núi

- Dòng sông uốn khúc, độ dốc lớn Dùng đường dẫn đi thẳng để tạo thành

cột nước

- Hai con sông gần nhau nhưng cao trình mặt nước ở hai sông khác nhau,

đặt đường dẫn từ sông có mặt nước cao dan đến sông có mặt nước thấp.

Hình 1.4: So dé đặt tháp điều dp

1- Tháp điều áp phía thượng lưu; 2- Tháp điều áp phía hạ lưu: 3- Nhà máy th

điện; 4- Đường ham dẫn nước; 5- Đường ống áp lực dẫn nước vào turbin

1.3.3 Trạm thuy điện kiểu kết hợp đập - đường dẫn.

Các công trình và hình thức bổ trí về cơ ban cũng giống như trạm thuỷ.

điện đường dẫn, chỉ khác là đập ngăn sông tương đối cao, cột nước hình thành một phần do đập và một phần lớn do đường dẫn Kiểu này chủ yếu xây dung ở.

vùng trung du, ở những sông suối có độ dốc trung bình Nói chung kiểu đường,

dẫn và kiểu kết hợp đập - đường dẫn nên tim những vi trí cô tháp để xây dung, an

cao, có lợi về kinh tế.

đập đặt ở phía thượng lưu thắc nước đập sẽ thấp mà tạo được eft nước

1-4 Các hình thức kết cấu tháp điều áp thường dùng.

1.4.1 Tháp điều áp.

Tháp điều áp là một giải pháp công trình nhằm giảm áp lực nước va khi

đồng mở tude bin, Giúp tổ máy làm việc én định * Nguyên lý làm việc của thấp điều áp.

+ Trường hợp giảm tải

“Hình 1.5: Sơ đồ dao động mực nước trong tháp điều áp

Khi giảm tải đột ngột turbin từ Qy xuống Q¡ Do quán tính của dòng chảy,

lưu lượng vào đường him dẫn nước vẫn là Qo, như vậy sẽ có một trị số lưu

lượng AQ = Qy - Q( chay vào thấp, làm cho mực nước trong tháp dâng lên dẫn, từ đó độ chênh lệch mực nước giữa thượng lưu (trong hồ chứa) vị trong thấpgiảm din, dẫn đến vận tốc ding chảy giảm dần, do đó lưu lượng trong đường

him giảm dẫn Nhưng cũng do quản tính của dòng chảy, mực nước trong tháp, không dừng ở mực nước tương ứng với lưu lượng Q, trong đường him ma vẫn

tiếp tục dâng lên thậm chí cao hơn cả mực nước thượng lưu Sau đó, để cân bằng

thuỷ lực nước phải chảy ngược trở lại về thượng lưu, mực nước trong thấp hạ

xuống Nhưng cũng do lực quản tính nó lại ha xuống quá mức nước cân bằng và

đông chảy lại chảy vào tháp Cứ như vậy, mực nước trong thấp dao động theo

chu kỳ và tắt din do ma sát Cuối cùng mực nước trong tháp dừng ở mực nước.

ổn định mới ứng với lưu lượng Q, (hình 1.5).

“Trường hợp giảm tai trong thiết kế thường tính với mực nước thượng lưu

cao nhất va cắt tải (thường là cắt toàn bộ công suất lớn nhất của nhà máy) để xác

định mực nước cao nhất của tháp điều áp (Zu)

+ Trường hợp tăng ti:

'Khi lưu lượng qua turbin tăng đột ngột mực nước trong tháp hạ xuống đến trị

số (Z„„u).và cũng dao động theo chu kỳ và tắt dần ngược lại với trường hợp trên.

Trong thiết kế thường tính với mực nước thấp nhất ở thượng lưu (mực nước chét) và mức tăng tải lớn nhất có thể xảy ra trong van hành (thưởng là mở

tổ máy cuối cùng trong khi các tổ máy khác đang làm việc) để xác định mựcnước thấp nhất của tháp Zn).

* Điều kiện xây dựng và vị trí đặt tháp:

Khi chỉ phi xây dựng tháp rẻ hơn chỉ phí tăng thêm khi không có tháp, do

đường him dẫn nước không phải chịu áp lực nước va, thi xây dựng thấp điều áp

là hợp lý Trường hợp ngược lại thì không nên xây dựng tháp điều áp.

Tiêu chuẩn gần đúng có cin thiết phải xây dựng tháp điều áp có thể căn

cứ vào hằng số quán tính của đường ống.

Qmax: Lưu lượng lớn nhất chảy trong ống;

Ho: Cột nước tính toán;

li, Fi : là chiều dài và diện tích mặt cất thứ i

1.4.2 Các hình thức kết chu tháp điều áp thường ding a Tháp diéu áp kiểu viên trụ (hình 1.6).

“Tháp điều áp kiểu viên trụ là một giếng đứng hoặc nghiên có tiết diện tròn

không thay đổi Kiểu này có kết cấu đơn giản, dễ thí công, tính toán thi

cũng đơn giản Nhưng có nhược điểm cơ bản nhất là ở chế độ én định khi dong chảy qua tháp, tổn thất thuỷ lực cục bộ ở chỗ nồi tiếp đường him và đường ống

có thể lớn, đồng thời dung tích tháp lớn, thời gian dao động kéo dài Tháp điều

áp viện trụ được ứng dung ở nhũng trạm thuỷ điện có cột nước thấp, mực nước.thượng lưu it thay đổi.

ca kiểu viên tru; b- kiẫu viên tru có mang cản;tiểu hai ngăn; d- kiểu có mảng

trần; e- kiểu có lỗi trong,

b Tháp điều áp kiểu viên tru có màng cản (hình 6b).

“Thực chit là tháp điều áp kiểu viên trụ, nhưng có đặt một mảng cản ở day

tháp để tăng thêm tổn thất thuỷ lực khi dòng chảy vào và ra khỏi tháp Mang cản

có thể ở đưới dang lỗ cản hoặc lưới cản làm tang tên thất thuỷ lực khi nước.

chảy qua nó và do đó giảm được biên độ dao động dẫn đến giảm được dung tích tháp và làm cho dao động mye nước trong tháp tắt nhanh Ngoài ra so với thấp

điều áp viên trụ nó còn giảm được tồn thất thuỷ lực của đòng chảy ổn định khi

aqua vị trí đặt thấp thấp điều áp kiểu này được ứng dụng cho các trạm thuỷ điện

có cột nude trung bình va mực nước thượng lưu it thay đổi.

© Tháp điều áp kiểu hai ngăn (có ngăn trên và ngăn dưới) - (hình 1.6c).

Tháp điều áp kiểu này gồm hai ngăn và một giếng đứng ngăn trên và

ngăn dưới códiện lớn hơn nhiều so với giếng đứng Nguyên lý làm việc như.

Khi thay đổi phụ tải, mực nước trong tháp dao động, nhưng vì tiết diện

giếng đứng nhỏ, nên mực nước thay đổi rất nhanh lâm cho dao động giảm Nhung nếu chỉ với tiết diện của giếng đứng thi biên độ dao động sẽ lớn, vì vậy

mực nước trong tháp dao động đến cao độ nhất định, do tiết điện được mở rộng.

rất nhiều ở ngăn trên hoặc ngăn du nên biên độ dao động sẽ không tăng nhanh

được Như vậy tháp điều áp loại này đã giảm được thời gian dao động mà lại hạn

chế được biên độ dao động mực nước trong tháp,

Với cấu tạo hợp lý như vậy, nên dung tích tháp kiểu này nhỏ hơn nhiều so.

với tháp điều áp kiểu viên trụ, nhưng nó có nhược điểm là cấu tạo phúc tạp,

thường thích hợp với tháp điều áp ngam trong đất.

“Tháp điều áp kiểu này thích hợp với trường hợp cột nước cao, mực nước

hồ chứa thay đổi lớn, khi đó chỉ vi kéo dai phần giếng đứng Tháp điều áp kiéu có mắng tran (hình 1.64).

Nguyễn lý làm việc tương tự như tháp điều áp kiểu hai ngăn, nhưng ngăn

trên có đường tran nước Kiểu nảy có wu điểm là hoàn toàn có thể khống chế

mực nước cao nhất của thấp, nhưng nhược điễm là mắt một phần nước qua máng

tràn.

@ Tháp điều áp kiẫu có lõi trong (tháp điều áp kiéu vi sai) - hình 1.66)

Kiểu này gồm có giếng đứng ở trong và ngăn ngoài, ở đáy giếng đứng có.

các lỗ thông với ngăn ngoài, nhưng các lỗ này nhỏ, khi mực nước dao động,

nước không thoát từ giếng đứng ra ngoài kịp (vi các lỗ thông nhỏ) nên thay đổi

mực nước nhanh, tạo ra hiệu quả giig như kiểu tháp điều áp hai ngăn, sau đó

nước mới chảy dẫn qua lỗ thông để cho mực nước trong giếng và ngăn ngoài

bằng nhau ở kiểu này khi mực nước lên cao khỏi miệng giếng đứng thi tran ra ngăn ngoài, do đó mà khống chế được độ cao lớn nhất của mực nước tuy theo.

sức chứa của ngăn ngoài

“Tháp điều áp kiểu này thường được ứng dụng trong tắt cả các trường hợp

khi thấp để hở trên mặt đất

# Tháp điều áp kiểu nén khí hoặc kiểu nữa nén khi.

“Trong thấp điều áp kiểu nén khi, không khi trong thắp trên mặt thoáng

được ngăn cách với không khí bên ngoài Trong quá trình dao động mực nướctrong tháp, áp suất không khi sẽ thay đổi theo hướng ngược trở lại, do đó khi daođộng mực nước sẽ bị áp lực không khí làm cho biên độ giảm Tuy nhiên dangtháp này hiện nay còn ít được sử dụng.

1.5, Kết luận chương 1:

- Trong chương 1 tác giả đã khái quát được tiềm năng thủy điện ở Vik

Nam, tình bình xây dựng thủy điện và định hướng phát tiễn, từ đó cho thấy việc thiết kế và thi công ngày cảng được hoàn thiện hơn,

cảng nhiễu, hình thức ngày càng đa dạng.

~ Thấy được ưu nhược điểm và các vấn dé cần quan tâm nghiên cứu khi xây dựng tháp điều áp Tử những công trình thực tế để cải tiến đưa ra những

h thức thấp điều áp mới, hoặc edi tiền những hình thức tháp điều áp kiểu cũ

448 dim bảo sự làm việc an toàn, ôn định của công trình mà hiệu quả kinh tế cao.- Thông qua nghiên cứu tổng kết, nhận dạng hình thức tháp điều áp

thường sử dụng, luận văn lựa chọn hình thức tháp điều áp dang viên trụ làm đối

tượng cứu

CHƯƠNG 2.

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH VÀ CÁC VAN ĐÈ THUONG GAP TRONG TÍNH TOÁN KET CAU THÁP DIEU AP

2.1 Giới thiệu vỀ phương pháp tinh toán kết edu tháp điều á

3.11 Cúc phương pháp tink toán tháp điều áp.

Trong tinh toán thiết kế và nghiên cứu thip điều áp thường sử dung ba

phương pháp sau để tính toán phân tích:

- Phương pháp sức bền vật liệu còn gọi là phương pháp phân tích trọng

Ie hoặc phương pháp phân tích tuyến tính.- Phương pháp lý thuyết dan hồi.

- Phương pháp mô hình sổ: phần từ hữu hạn (FEM), phan từ biên phần từ khối,

Phương pháp giải tích (2 phương pháp đầu): phương pháp giải đúng, nghiêm của bài toán là nghiệm toán bọc của phương trình cơ học Khi gặp vấn

đề về các điều kiện biên của bài toán tuân theo biên lý thuyết => Kết quả tính

toán xa rời thực tế vì chưa mô phỏng hết được các điều kiện làm việc thực tế của.

công trình và môi trường.

Phương pháp mô hình số: Sử đụng phương pháp giải gin đúng, hệ phương

trình dựa trên sự cân ing của phương trình liên tục, phương trình cân bằng Mô

phòng sự cân bằng của toàn khối bằng sự cân bằng của các miễn nhỏ cấu thành

nên kí mô tả biên sát với thực tế hơn, điều kiện làm việc của công trình được phản ánh đúng din hon so với phương pháp giải tích => Nhóm phương pháp này cho kết quả sắt với thực tế và được sử dụng nhiễu trong các nghiên cứu đánh giá về ổn định tổng thể cũng như ổn định cục bộ của công trình khi có xét

kiện làm việc của nền.

Trong tinh toán kết cấu nói chung và kết cầu thấp điều áp nói riêng, di tinh toán tinh hay động bằng phương pháp phần từ hữu hạn ~ FEM thi cing đều

dựa vào phương trình cân bằng động lực học của hệ kết cấu:

ME(t)=CU()+KU()=F()=¥ felt), 2

Trong đỏ:

M,C, K: Ma trận khối lượng, cản, độ cứng của kết cầu

U(t),U (t),U (1), F (1): Tương ứng là vector gia tốc, vận tốc, chuyển vị nút,

và vector tai trọng ngoài thay đổi theo thời gian.

Nếu tính toán kết cầu tĩnh phương trình cân bằng động lực học của hệ kết

cấu trở thành:

Trong đó: Các thành phần vẫn như của phương trình (2.1).

Ở đây ta thấy rõ sự khác biệt giữa phương trình động lực học của

cấu có ngoại lực tác dụng thay dồi theo thời gian (bài toán động), và phương

trình động lực học của hệ kết cấu (bai toán tĩnh) chính là trong thành phần thời

gian ~ g(0 Ủ(r), (1) lần lượt là thành phần ngoại lực theo thời gian, gia tốc, vận tốc của hệ kết cầu thay đổi theo thời gian đều bị khử.

Để tinh toán kết cầu tháp điều áp có thé tính toán hiện nay ngoài các thành

phần tỉnh lực thông thương như: áp lực chủ, bị động của đất đá xung quanh tháp,

áp lực nước ngầm, trọng lượng bản thân kết cấu Còn có một thành phần chủ yếu đó là áp lực nước dao động trong tháp Từ đây sinh ra 2 phương pháp tính

toán là:

Phương pháp giả tĩnh: Coi áp lực nước trong tháp là tĩnh, và tính toán cho

2 mực nước là mực nước lớn nhất, nhỏ nhất của quả trình dao động mực nước.

Quan điểm 1: Quan điểm này đơn giản hóa kết

bằng tay, không quá phức tạp lên có thé dùng FEM hoặc tính toán bằng phương.

pháp sức bền vật liệu Quan điểm này dựa vào sơ đỗ tính toán, đưa ra phân tích

ju rằng: K xứng, chị ti trong đối xứng, do đ ta hoàn toàn có thể tinh toán gần đúng bằng cách tach một lit tháp điều áp để tinh toán đại điện

af [

Hình 2.1: Tĩnh toán tháp điều áp theo quan dim cắt một lát cắt

Quan điểm 2: Tinh toán toàn bộ mô hình của kết cấu với hình dạng 3D

của nó, Đề xét đến ảnh hưởng tương hỗ của các phần tử với nhau.

Hinh 2.2: Mô hình tính toán 3D phan tử Hình 2.3: Mô hình tính toán 3D phan tử Solid ca thép dd dp Shell kh nh toán thấp điều áp

V8 nguyên tắc để tinh toán chuẩn xác và cũng là bai toán kỹ thuật, kỉnh tế thi việc mô hình tính toán 3D là cần thế, để đảm bảo sự lâm ệc an toàn cũng,như kinh tếcho công trình.

2.1.2 Lựa chọn phucong pháp tính toán.

Đề đưa ra quyết định lựa chọn phương pháp tính toán tác giả đưa ra một số nhận xét về các phương pháp tính toán khác nhau:

a) Phương pháp sức bền vật liệu:

Uu điểm: Phương pháp sức bền vật liệu được coi là phương pháp tính.

toán cơ bản, giúp tính toán dễ dàng, có thể tính toán bằng tay với một số kết cấu đơn giản Thường được sử dụng để tính toán trong giai đoạn thiết kế sơ bộ đối

với công trình cấp II, IV (Theo 14TCN 56-88).

"Nhược điểm: Kết quả tính toán với những kết cầu phức tạp có sai số lớn,

không phản ảnh hết các trường nội lực trong kết cầu Mặt khác, phương pháp sức

bin vat ligu không thể giải quyết được bai toán phúc tap như có biến dang nén, ứng suất tp trừng, ứng suất tạ lỗ khoết, ứng suất nhiệt tính dị hướng, không xét

được được trong giai đoạn thi công.b) Phương pháp phần tử hữu hạn - FEM:

Uu điểm: Phương pháp FEM là một phương pháp đặc biệt có hiệu quả để

tìm dạng gin đúng của một hàm chưa biết trong miễn xác định của nó Phương

pháp này đà giải quyết được bài toán có xét đến ảnh hưởng của biển dạng, tinh dj hướng, xét dén lớp xen kẹp, đứt gay và giải được các bài toán có điều kiện

phức tạp Phản ánh đúng thực tế sự làm việc của vật liệu là không đồng nhất,

không đẳng hướng Phân tích trạng thái đáp ứng của kết cấu ở những vị trí như

18 khoét, ứng suất tập trung, ứng suất nhiệt mà phương pháp sức bén, hay lý

thuyết dan hồi không giải quyết được Cơ sở của phương pháp này là thay kết cấu, môi trường liên tục bằng một mô hình gồm một số hữu hạn phần tử riêng lẻ.

liên kết với nhâu chỉ ở một số hữu hạn điểm nút tại các điểm nút tồn tại các lực

hoặc các dai lượng đặc trưng khác tủy theo bài toán Các đại lượng tinh toán bên

trong phần tử được biểu diễn thông qua các trị số tại các điểm nút của phan tử,

Củng với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc giải quyết các bài toán có khối lượng lớn, phức tap được giải qu ết và cho kết quả có độ chính xác

Nhược điểm: Khối lượng tính toán lớn, phức tạp không thé thực hiện được

ế để đưa về kế ju tính

bằng thủ công, mặt khác phải phân tích kết cấu thực

toán sao cho hợp lí và cho kết quả đúng, sát với thực tế.

Kế luận:

Do sai số rất lớn nên lời giải Sức bén vật liệu bầu như không được sử

dụng để phân tích các loại kết

thiết kế sơ bộ,

Phương pháp phần từ hữu han gidi được các bài toán có biên phic tạp, phin ánh đúng với thực tế sự làm việ của nén, vit iệu và cho kết quả có độ

chính xác cao Với phương pháp này ta có thể nghiên cứu được bài toán nền dị

hướng và trong trường hợp đang thi công, bai toán nhiệt, bai toán có xét đến ảnh hưởng của động đất,

Mặc dù khối lượng tính toán lớn, nhưng với sự phát triển của máy tính

điện tử đã giúp ta giải quyết bài toán một cách d& ding, thuận tiện hơn Hơn nữa,

phương pháp này ngày cing được sử dụng rộng rãi vì những wu việt của nó, với

miễn tính toán bao gồm các loại vật liệu khác nhau và có hình đáng kích thước

bắt kỳ, biên của bài toán có thể phức tạp.

Do vậy, trong luận văn này tác giá sử dụng phương pháp phin tử hữu han

— FEM để tính toán tháp điều áp Cụ thể là sử dụng phn mềm Sap2000v14 để tính toán kết cấu tháp điều áp.

2.2 Các vấn đề thường gặp khi tính toán kết cấu tháp điều áp bằng phương pháp phần tử hữu hạn - F]

Với bit kỳ loại kết cầu nào khi tính toán bằng phương pháp phần tử hữu han — FEM thi việc mô hình hóa và quan điểm tính toán kết cầu đó, từ thực tế vào mô hình là điều quan trọng nhất, Vì kết quả tính toán thu được khi sử dụng

phần mém có đúng hay sai, có mô phỏng đúng đáp ứng của kết cấu công trình

thực tế có đúng không, phụ thuộc vào việc đưa đúng mô hình thực tế vào mô.

h trong phin mềm phần tử hữu hạn.

Tir quá trình là thực tế khi tỉnh toán kết cầu công trình nói chung và kết

cấu tháp điều áp bằng phần mềm phần tử hữu hạn nói riêng, bản thân tác giả

nhận thấy một số van để thường gặp khi sử dụng FEM để tính toán tháp điều áp

như sau

2.2.1 Mô hình.

Khi tính toán thiết kế các hạng mục công trình đặc — hạng mục tháp điều.

áp của công trình thủy điện, thi việc mô phòng sao cho mô bình trong khi tinh

toán gin giống nhất với công tình làm việc thực tế, Việc đó đời hồi người tính toán cần có kiến thức tổng hợp vỀ công trình, tư duy và quan niệm tính toán

2.2.2, Đưa các thành phần ngoại lực tác dung vào tháp.

Khi đóng hay mở turbin, lưu lượng và lưu tốc trong ống dẫn nước vào turbin sẽ thay đổi Đối với công trình thủy điện thi do yêu cầu kỹ thuật của dòng.

điện, mà sự đồng mở turbin cần phải nhanh, thường thời gian đồng mỡ hoàn toàn

chỉ từ 3s đến 6s, Trường hợp đặc biệt cũng không quá 10s.

Sự thay đổi lưu tốc nhanh, gin như đột ngột như vậy gây ra sự gia tăng áp

lực (trường hợp đóng turbin) hoặc giám thấp áp lực (trường hợp mỡ turbin) trong ống dẫn

Sự gia tăng áp lực khi đông turbin, gọi là nước va dương Trường hợp

giảm tải, trong thiết kế thường tinh với mức nước thượng lưu cao nỶ

(cắt toàn bộ công suất lớn nhất của nhà máy) để xác định mực nước cao nhất

trong thấp (Zmax).

Sự giảm thấp áp lực khi mở turbin, gọi là nước va âm Trường hợp tăng.

tai, trong thiết kế thường tính với mực nước thắp nhất ở thượng lưu (mực nước chết) và mức tăng tải lớn nhất có thể (thường là mở tô máy cuối cùng trong khi.

các tổ máy khác dang làm việc) để xác định mực nước thấp nhất của tháp (min).

Trong quá trình thiết kế, tính toán tháp xác định được được đường dao

động mực nước trong tháp, thông thường đường dao động mc nước trong tháp

có dạng hình sin nhưng có xu hướng tắt dần.

° „ se = rr)

Hình 2.4: Đồ thi dao động mực nước trong tháp theo thời gian

Trong khi tinh toán kết cdu tháp điều áp với bài toán động, tai trọng tác

dụng thay đổi theo thời gian, thì việc được áp lực nước thay đổi theo thời gian này là phức tạp nhất, do một s