Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình: Tính toán dao dộng của nhà máy thủy điện Sơn La bằng phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng của động đất

bảo vệ môi trường tốt nhất‘Vi thủy điện là một trong những giải pháp năng lượng có hiệu quả kinh tế và Vin đề dao động của nhà máy thuỷ điện trong quá trinh khai thác vận hành 1ä một ngu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYỄN VĂN THÀNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2010

BỘ GIÁO DUC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

'TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

NGUYEN VĂN THÀNH.

'Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ

Mã số: 60-58-40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

"Người hướng dẫn khoa học:

S PHAM NGỌC KHANH

TS NGUYEN NGỌC THANG

Hà Nội - 2010

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CẢM ON

Tuân vân Thạc sĩ kj thuật chuyên ngành xây dmg công trinh thủy với đề tải

“Tinh toán dao động của nhà máy thuỷ điện Sơn La bằng phương pháp phan tw

"hữu han có xét dén ảnh hucomg của động đất” được hoàn thành với sự giúp đỡ tậntình của các thy, c giáo trong các bộ môn của tường Đại học Thủy lợi, đặc biết

Hà các thay cổ giáo trong khoa Công Trink

Tác giả xin bày t lòng biét ơn sâu sắc tới thay giảo GSTS Pham Ngọc

Khánh và TS Nguyễn Ngọc Thắng đã tận tình hướng dẫn, cung cấp nhiu tài liệu

à thông tin có giá tị thế thực cho tác gi trong quá tình tực hiện lun văn Xin

chân thành cam ơn các thầy cổ giáo trong bộ môn Sức bên - Cơ lỗ cấu đã hướng

in và đồng gúp ý Miễn để ác giá hoàn thành tất luôn văn, Tác giá xi chân thànhcảm ơn các đẳng nghiệp, bạn bè và gia đình đã tạo mọi điều kiện và động viên vềnhu mặt dé tác giá hoàn thành tốt luận vấn

Tuy nhiền, do thời gian có hạn mà Kiến thức lại rt rộng lớn nén chắc chin

Muận van không thé tránh khỏi những thiểu sit, tác gid rất mong được sự đồng góp)của cúc thầu, các cổ và các bạn đồng nghiệp, Tác giả xin chân thành cảm om

Luan văn được hoàn thành tại Trường Đại học Thuỷ lợi tháng 11 năm 2010

Ha Nội, thắng 11 năm 2010

MỤC LỤC

MỠ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE NHÀ MAY THUY ĐIỆN VA ANH HƯỚNG.CUA DONG DAT DEN CÔNG TRINH

1.1 Giới thiệu tổng quan về nhà máy thuỷ điện, tỉnh hình xây đựng các nhà 4

máy thuỷ điện tên thé giới và Việt Nam

12 Các loại nhà máy thuy đi, ác hit bị động lực rong nhà máy hiy diga 6 1.3 Giới thiệu chung vé nhà may thủy điện Sơn La, b

1-4 Động dit và ảnh hưởng của động đắt đến công tình Is

CHUONG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DAO DONG NHÀ MAY

THUY ĐIỆN CÓ XÉT DEN TAL TRONG ĐỘNG PAT

2.1 Giớithiệu các phương pháp tinh oán có xế đn ti trong động đt 26

2.2 Cie phương pháp tinh toán dao động của nhà máy, ưu nhược điểm của cic 38

phương phíp

2.3 Giớithiệu các phần mễn tinh toán dao động nhà máy thuỷ đền 48

24 Giớithiệu phin mễm inh toxin dao động nhà my thủy điện 49

N DAO ĐỘNG NHÀ MAY THUY ĐIỆN SON LABẰNG PHƯƠNG PHAP PTHH CÓ XÉT DEN ANH HUONG CUA DONG DAT

a K m sơ bản vé phương pháp Phin tử hữu hạn 2 3.2 Phường trình dạo động tổng quát s

3 Tính toán dao động của nhà mấy thủy điện, 9

34 So đồ tính toin va kết qua tinh toán dao động cho nhà máy thủy điện Sơn — 64

La có xi én ảnh hưởng của động đất

3⁄8 Phin tch và nhận x óc kết gua tinh oán mKẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ số

bảo vệ môi trường tốt nhất

‘Vi thủy điện là một trong những giải pháp năng lượng có hiệu quả kinh tế và

Vin đề dao động của nhà máy thuỷ điện trong quá trinh khai thác vận hành 1ä một nguyên nhân chính gây nên hiện tượng phá hoại vật liệu, giảm tdi thọ của

thiết bị, ting chỉ phí duy tu sửa chữa, giảm hiệu quả khai thác của nhà máy,

Động đất và ảnh hưởng của nó đến các công tinh xây dựng, thủy lợi nóichung và đến nhà mấy thủy điện nói riềng là vấn đề ắt phức tạp trong quả trình tính

toán thiết kể công tình cũng như trong qué trình công trình đi vào vận hành Ngoài

việc ảnh hưởng của sóng địa chấn làm cho nền công trình có thể bị lún sụt, hóa

lòng, các kết cu công trình sinh ra nội lự, chuyển vị vượt quá mức cho phép thì

động đất còn gây ra một hiện tượng nguy hiểm hơn khi công trình đang trong quá

trình vận hành đó là hiện tượng cộng hưởng dao động.

Với quy mô xây dựng nhà máy thuỷ điện ngày càng lớn, đỏi hỏi lắp đặt các máy phát có công suất lớn nên van để kiểm soát va khắc phục hiện tượng dao động nhà máy thuỷ điện càng trở nên phức tạp Việc tính toán dao động của nhà máy thuỷ:

điện gập nhiều khó khăn khi sử dụng các phương pháp tính toán tuyển thông vì thể

phương pháp số cảng ngày cing được sử dụng rộng 1

Sử dung phương php phần từ hữu bạn là một xu hướng nghiên cứu mới của các nhà khoa học hiện nay Nó có thể mô phỏng và tinh toán dao động của nha máy:

thuỷ điện với kết qua chính xác cao, Hơn thể, hiện nay với sự phát triển khôngngũng của khoa học công nghệ nên có tất nhiều phần mém tính toán dựa rên thuật

toán của phương pháp phần từ hữu hạn, do đỏ hiểu và vận dụng được phương pháp

phần tử hữu hạn vào vie tính toán công trình nói chung và tính toần dao động của

thi máy thuỷ điện nói riêng là một nhủ cầu cấp thiết đối với người cán bộ khoa học

kỹ thuật

ăn thạc sĩ kỹ thuật 2

"Những nghiên cứu này giúp cho chúng ta có những biện pháp hiệu quả trong

‘qui trinh thiết kế và thỉ công nhằm kiểm soát và hạn chế những tác động có hại do

đao động gây nên đối với các nhà máy thuỷ điện.

“Trong luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với de tải “Tĩnh toán dao động của nhà may

Thuỷ điện Sơn La bằng phương pháp phn tử hữu hạn có xát đn ảnh hưởng củadong đẮT", tác giả đã nghiên cứu một cách tổng quát về phương pháp phẫ từ hữu

hạn sử dụng trong tính toán dao động, các phương pháp tính toán có xết đến ảnh

hưởng của động đt, nhằm góp phần vào việc lựa chọn giải pháp tính ton thi kếnhà máy thuỷ điện trong điều kiện ây dựng ti Việt nam hiện nay

Mục đích nghiên cứu của để

Nghiên cứu mồ phông vi tính toán dao động của nhà máy thuỷ điện Sơn La

bằng phương pháp phân từ hữu bạn cỗ xét đến ảnh hưởng của động đt

Xuất phát ừ nu cầu thực tế ở nước ta hiện nay có tắt nhiều công tình thuỷđiện có quy mổ lớn và vita được xây dựng, vẫn đề tinh toán dao động của nhà maythuỷ điện bằng phương pháp truy thống gặp cắt nhiều khó khăn Công trình Thuy

điện Sơn La là một công trình cắp đặc bgt, với công suit phát điện là 2400MW (6

tổ máy), nim trong vũng có hoại động địa hẳn phức tp, từ nghiên cầu này sẽ phần

nào giúp cho Chủ đầu tư, các nhà tư vấn có thể đánh giá và có bi n pháp kiểm soát ddao động của nha may khi có động đất xảy ra

Luận vin gdm ba Chương chính

~ Chương một a tổng quan về nhà máy thuỷ điện và ảnh hướng của động đến công trình, nêu lên các khải iệm, các dạng nhà máy thuỷ điện, những vẫn để

xung quanh tinh bình động đất và ảnh hường của nó đến nhà máy thuỷ điện

~ Chương hai nu lên các phương pháp tinh toán dao động nhà máy thuỷ điện

6 xét đến ảnh hưởng của động đất dựa trên cơ sở lý thuyết và đã được áp dụngtrong thực tiễn từ trước đến nay

ăn thạc sĩ kỹ thuật 3

~ Chương ba trình bay nội dung tinh toán dao động của nha máy thủy điện Sơn.

La bing phương pháp phần từ hữu han có xét đến ảnh hưởng của động đắt Xây

dựng thật toán tính dao động nhà máy thuỷ điện theo phương pháp phần tử hữu

bạn Nhận xết và đánh giá kết quả tính toán.

ăn thạc sĩ kỹ thuật 4

CHƯƠNG 1 : TONG QUAN VỀ NHÀ MAY THỦY ĐIỆN

VA ANH HUONG CUA DONG DAT DEN CÔNG TRÌNH.

1.1 GIỚI THIỆU TONG QUAN VE NHÀ MAY THỦY ĐIỆN, TÌNH HÌNH XÂYDUNG CÁC NHÀ MAY THỦY ĐIỆN TREN THE GIỚI VÀ VIET NAM.Nhu cầu ding điện ngày cảng lớn đồi hoi giải pháp về năng lượng điện đãthúc diy sự phất tiễn mạnh về thuỷ điện ở các nước un thé giới Việc xây dựngcác nhà máy thuỷ điện tạo nguồn điện phục vụ cho phát tiễn nên kinh tế quốc dân

là nh cầu không th thiểu với các nước trên thể giới Vì thể mã hiện nay trên thể

giới đã có 179 nước phát riển thuỷ di

‘Theo các chuyên gia thuỷ điện, những đập thuỷ điện có độ cao từ 1Sm trở lên

và có sức ngăn tối thiểu là 3x10" m” nước thì được xếp vào loại đập lồn Theo cách.phân chia này th hiện nay trên thể giới có Khoảng 50 000 đập thuỷ điện cỡ lớn

Hiện nay đặp thuỷ điện lớn nhất thé giới là đập Tam Hiệp ở Trung Quốc vớichiều cao là 185m với công suất nhà miy là 18200MW Đập Tam Hiệp sẽ giip

điều tết lũ trên dong sông Dương Tử.

Vi tri thứ 2 là dip laipu nằm trên biên gi

công suất nhà máy 12.600MW,

nước Brazil và Paraguay với

Vi trí thứ 3 là đập Guri ở Venezuela với công suất nhà máy 10.000MW, Va rit nhiều công trình thuỷ điện lớn trên thể giới

Ở nước ta, điện năng luôn đồng vai trd vô cùng quan trọng trong sự nghiệp

công nghiệp hoá và hiện đại hod đắt nước Dự báo nh cầu ding diện đến năm 2010

là 87.82 ty KWh/ndm và nhu cầu phụ tải tương ứng là 14,56 triệu KW Đến năm.

2020 nhu cầu về điện sẽ tăng gấp đôi trong đó thuỷ điện đóng vai trò lớn trong hệthống điện Vigt am

Một xu hướng quan trọng trong kế hoạch điện khí hoá toàn quốc là bên cạnh

các công trinh thuỷ điện có công suất lớn, để phủ kín bản đồ cung cấp điện trên toàn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5

cquỗc không thể hiếu các tram thuỷ điện có công suất vừa và nhỏ để cũng cắp cho

những vùng mà lưới điện quốc gia không với si được vì những chỉ phí cho đường

dây tả điện đến những vùng núi xa xôi hiểm trở quá lớn Chính vi vậy, rong nhữngnăm gin diy hàng loạt các tạm thuỷ điện có công suất vừa và nhỏ đã được đồngloại khối công xây dựng tại rt nhi các địa phương tong cả nước,

G nước ta hiện đang xây dựng nhà máy thuỷ điện lớn nhất Việt & am vàĐông am A là công trình thuỷ điện Sơn La có công suit lắp máy là 2400MW Còn

có rit nhiều nhà máy thuỷ điện lớn đang vận hành như nhà mây thuỷ điện Hoà Bình

ới công suất là 1920MW, nhà mấy (huỷ điện Ialy với công suất T20MW, nhà máythuỷ điện Trị An công suất 400MW

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6

Hình 1.2: Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình

13 CÁC LOẠI NHÀ MAY THỦY ĐIỆN, CÁC THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC TRONG

NHÀ MAY THỦY ĐIỆN [2|.|S|

hà máy thuỷ điện 18 công tình thuỷ công trong đó bổ tr các thit bị din,thiết bị thay lục (uabin, máy phát điện) và các bệ thẳng thiết bị phụ phục vụ cho silâm việc bình thường của ác thiết bị chính nhằm sản xuất điện năng cung cắp chocác hộ dùng điện Loại và kết ấu nhà mây phải dim bio lãm việc an toàn của cácthiết bj và thuận lợi trong vận hành

hà máy thuỷ điện được chia làm 3 loại cơ bản như sau:

1.21, Nhà máy thuỷ điện ngang đập:

hà máy thuỷ điện ngang đập là một phần của công trình dâng nức, chịu áp

lực nước thượng lưu, đồng thời cũng là công trình lấy nước nối trực

‘Voi đặc điểm trên, kết cấu của nhà máy này chịu được H< 30:40m.

p với luabin.lũng nhà

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1

máy ngang đập có công suất lớn và trung bình thưởng lấp tuabin cánh qu true

<img, hoặc dùng tuabin cính quạt sông suit nhỏ, cột nước dưới 20m Công suit

máy từ 120:150MAW, lưu lượng qua tuabin từ 650:700m's Do lưu lượng qua

tuabin lớn nên kích thước của buồng xoấn và ông hit rất lớn người ta lại dụng

Khoảng rồng trên phần Toe của ống hit để bổ tí các phòng phụ, Ting trên cũng

thưởng bố tri máy biển thé có đường ray để chuyển vào sửa chữa trong gian lắp ráp.

Loại nhà máy này thường bổ tri phần điện ở phía hạ lưu còn thượng lưu bố trí đường ống dã „ nước và khí nền Mé trụ phía thượng lưu của cửa lấy nước thường

được kéo dài để bổ tri ciu công tác và cầu giao thông ẳ goài mục đích trên cách bố

trí này còn tăng tính én ding của nhà máy,

Đối với nhà máy thuỷ điện ngang đập cột nước thắp, lưu lượng lớn, chiều dài

cđoạn tổ máy thường xác định theo kích thước bao ngoài buông xoẫn và ống hút Ởmặt nằm ngang chiễu rộng cửa lấy nước bằng chỉ tông mặt cất cửa vào bi

xoắn và kích thước đó phải phù hợp với điều kiện lưu Se cho phép qua lưới rác Chiều ngang đoạn tổ mây theo chiễu ding chảy phần dưới nước của nhà máy

ph thuộc vào kích thước cửa lấy nước, buồng xoắn tuabin và chiều dài dng hút,đồng thời việc tính toán ôn định nhà máy và ứng suất nền có quan hệ đến kích

thước phin dud nước của nhà may đặc biệt đối ví

Để đảm bảo dn định chống trượt và dp suất đầy nền không vượt quá tị sốcho phép, tim đầy của nhà máy ngang đập nằm rên nén mém thường có kích thước

rit lớn Lợi dụng chí day tim đây người ta bổ trí ở thượng lưu dưới cửa lấy nước, hành lang kiểm tra và thú nước.

1.2.2, Nhà máy thuỷ điện sau đập.

ẳ hà máy thuỷ điện sau đập được bổ tí ngay sau dip dâng nước, hà máy

dng đường ống dẫn nước vào tuabin, dng ấp lực đặt tong thin đập bêtông hoặc

ap bằng vật liệu địa phương hả máy không chịu áp tye nước phía thượng lưu, do

đồ kết cấu phần dưới nước và biện pháp chống thắm đỡ phức tạp hơn nhà my

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật #

ngang đập & hà may thuỷ điện sau đập thường dùng với cột nước từ 30+4Sm < II

< 250:300 m,

“Tuỷ thuộc vào cột nước công tác, nhà máy thuỷ điện sau đập thường dùng

taabin tâm trục, tuabin cảnh quay cột nước cao hoặc tuabin cánh chéo Ở nhà maythuỷ điện sau đập phần điện thường bổ trí phía thượng lưu giữa đập và nhà máy,còn hệ thống dẫn dẫu, nước thì bổ tr phía hạ lưu

1.2.3, Nhà máy thuỷ điện đường dẫn

“Trong sơ đỗ khai thác thuỷ năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thuỷ

nding riêng biệt tách khỏi công trinh đầu mỗi, Cửa lấy nước đạt cách xa nhà

mấy Trong trường hợp công trình din nước là không áp thì cửa ly nước nằm trongthành phan của bể áp lực, trong trường hợp công trình dẫn nước là đường him có ápthi cửa lấy nước bổ trí ở đầu đường him va la một công trình độc lập Đường dẫn

nước vào nhà máy thường là ống áp lực nhưng trong trường hợp trạm thuỷ điện.

đường dẫn cột nước thấp với đường dẫn là kênh dẫn thì có thể bổ tí nhà máy thuỷ

điện kiểu ngang đập.

hà máy (huỷ điện đường dẫn ống áp lực đặt 16 thiên có thể sử dụng cộtnước đến 2000 m, Với cột nước tử S00:600m trở lên thường dùng tuabin gáo tổ

Kết cfu nhà máy thuỷ điện được chia làm hai phn: phần dưới nước (Khốibetõng phía đưới) bổ tr wabin, buồng xoắn, ông hút, các hệ thống thiết bị trụ, Phin

trên nước bao gồm gian máy vi gian lắp rép sửa chữa, gian máy bố trí mấy phát

‘uabin

thùng đầu áp lực và ti đi t

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9

1.2.3 Các thiết bj động lực trong nhà máy thủy điện

“Trong nhà máy thuỷ điện thiết bị động lực gây ra dao động cho nhà máy thuỷ.

điện gdm có tuabin thủy lực và máy phát điện

1.2.3.1-Tuabin thuỷ lực [2]

‘Tuabin là một loại động cơ chạy bằng sức nước ding để biển đổi năng lượng dng nước (thuỷ năng) thảnh cơ năng làm quay máy phát điện Tổ hợp tuabin và máy phat điện gọi là tổ máy phát điện thuỷ lục,

“Tuabin thường làm việc ở phạm vi cột nước từ 2m đến 2000m ứng với các tr

số ưu lượng Q khác nhau Để sử đụng một cách có hiệu quả năng lượng đồng nước đặc ung bởi ác ổ hợp cột nước và lưu lượng khác nhau cin có đủ ác loại wabin

Khác nhau về cầu tạo kích thước cũng như qui trình lim việc của cơ edu công tác

của tuabin cha lâm 2 loại tubin:tuabin phản kích và tuabin xung kích

Logi tuabin phần kích (tuabin đồng chảy cỏ áp), áp lực dòng chảy ở của vào của bánh xe công tác bao giữ cũng lớn hơn áp lực ở cửa ra của nỗ Còn loại tuabin xung kích (aabin dng chây không áp) thi dp lục dòng nước ở hai điểm trên như.

nhau và bằng áp suất khí quyển

Tuabin phân kích và tuabin xung kich chia thành các bệ khác nhau tuỷ dheo

hướng dòng chảy trong bánh xe công tác và cách điều chỉnh lưu lượng Trong mỗi

hệ tuabin lạ cha ra các kiểu bảnh xe công tác với kích thước khác nhau tuỷ theo

công suất đã cho, Các tuabin có cùng kiểu sẽ có hình dang hình học của bé mặt cácphần nước qua đồng dạng

“Tuabin phán kích gồm các hệ như sau

“Tuabin hướng trục gồm tuabin cính quay và cánh quạt trực đng và twabin hướng trục ngang ding nước trong bánh xe công tác chảy theo hướng trục của Aabin

“Tuabin cánh quay hướng chéo dòng nước trong bảnh xe công tác chảy theo chiều đường chéo

Tuabin tâm trục trong phạm vi bánh xe công tác dòng nước đổi từ hướng kính sang hướng trục

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10

‘Tit cả các hệ tuabin nói trên được dùng nhiễu trong thực tế.

Loại tuabin xung kích gm các hệ sau:

Tuabin gio trực tia nước tgp tuyển với vòng tròn trung bình của các gio vànằm tong mặt phẳng đổi ứng của bánh xe công tác

‘Tuabin tia nghiêng trục tia nude tạo với mặt phẳng bánh xe công tác một gốc:

nhọn loi này không được sử đụng vì nh năng và hiệu suất làm việc kém

Tuabin nung kich hui lần đồng da ba lần chảy qua kênh của bính xe công

‘Theo cột nước thi ta quy ước : tuabin cột nước thấp khi H < 25m; tuabin cột

nước vừa H= 25 - 80m và tuabin cột nước cao H > 80m.

“Các bộ phận co bản của tuabin phản kích là bộ phận dẫn nước vào (buồng.xoắn), phin cơ khí thuỷ lực (trụ chống cánh hướng nước, bảnh xe công te), bộphận tháo nước (ông hú), hệ hồng thiết bị điều khiển wabin (hùng dẫu áp lực, tỉđiều tc, may tiếp lực)

Phụ thuộc vào eft nước mà sử dụng các loại abin cảnh quay, cánh quạt,

tâm tục hay tuabin gáo

“rực uabin có hai đầu, đầu dưới có bích nd với vành rên của bảnh xe công

tắc côn đầu rên công cở bich nổi v roto của máy phát điện, Stato của máy phát điện được ty lên khối bê tông lớn của nhà máy.

1.2.3.2, Máy phát thuỷ điện [2] IS]

Máy phát là động co biển cơ năng của tuabin thẳnh diện năng cung cấp cho

hệ thống dẫn điện Máy phát thuỷ điện về nguyên tắc là máy phát đồng bộ ba pha,các bộ phận chủ yếu của nó bao gồm réto nỗi với trục tuabin trực tiếp hoặc giản tiếp.qua hệ thing truyễn động Rôto làm nhiệm vụ tạo nên từ trường quay làm xuất hiện

dng điện xoay chiều trong các cuộn dãy trong các 6 eye của stator máy phát ĐỂ

đảm bảo th số dong điện tiêu chuẳn 50 hee (6 một số nước là 69 hee) yêu cầu rồomáy phát phải quay với tốc độ không thay đổi kh làm việc có phụ ti và bằng tốc

độ quay đồng bộ,

ăn thạc sĩ kỹ thuật "

4 6u trục tuabin và trục máy phát nỗi trực tiếp thì tốc độ quay của chúng

phải như nhau và là tốc độ quay đồng bộ

4 goai hai bộ phận chủ yéu là roto va stator máy phát còn có các bộ phận

phụ tợ khác như hệ thẳng kích tử, các hệ thẳng lâm mát, chống cháy, nén nước

“Tổ máy thuỷ điện có 3 hình thúc lắp máy: trục đứng, trục ngang và trục xiên.

“Trong hình thức lắp máy tre đứng có thé sử dung các máy phát kiểu treo và kiểu 6

“Thông thường máy phát kiểu treo được sử dụng với các máy phát có tốc độ quay 1>150 vòngiphút, máy phát kiểu ô với máy phát có tốc độ quay n<150 vòng/phút

tro là

Ưu điểm của máy phát kí tn định cao không bị rung động nhưng chúng lạ có nhược điểm là chiều cao giá chữ thập lớn ảnh hưởng tối chiều cao gian máy mặt khác khi sửa chữa õto bit buộc phải thảo đế ở tre chính š huge

điểm của máy phát kiểu ô là trục tổ máy dễ bị rung động với mức độ lớn hơn so với

máy phát kiểu treo nhưng có ưu diém là cho phép sửa chữa roto máy phát không

cần phải háo da 6 trục đỡ và do đồ không phải tiến hành cân chỉnh lạ trục giảmthời gian đại tụ sửa chữa Hơn nữa, giá chữ thập rên có chiều ao thấp có th tim

im chiễu cao của gian máy về mặt mỹ quan gian máy s thoáng đẹp hơn

"Toản bộ phin quay của 6 máy thuỷ lực (bánh xe công tác, trục và rồo máy

phát điện) có một hệ thing 6 trục gồm 6 trục hướng và & trục chặn © tr hướng có

tắc dng git cho trục tổ máy Không chuyển vị theo phương nằm ngang edn 6 trye chặn không cho chuyên vị theo phương thang đứng Tải trọng đè lên 6 trục chặn (ở.

tổ máy trye đứng) gồm có trong lượng phần quay của 16 máy và áp lực nước dọc

trục tác dụng lên bánh xe công tác Ô trục chặn thường được bỗ trí trên nắp tuabin

côn ở ổ máy trục ngang ti trong đó chỉ do áp lực nước.

Tổ hợp máy phát thuỷ lực làm việc như một động cơ có tốc độ quay lớn đặttrên bộ khung của nhà máy thu điện VỀ thự tế toàn bộ ổ hợp này được đặt trong

hồ máy phát nên khi ổ hợp này làm việ sẽ tim cho toàn bộ hỗ máy phát rung kéotheo nhà máy sẽ dao động Việc máy phát gây dao động lâm cho kết cầu hỗ máy

phát bị phá hoại sau đó ảnh hưởng đến sự lâm việc của máy phát gly ra hồng hóc

ce thiết bị nhà máy,

n độ bà

hưởng “của nhà máy tuổi tho công trinh vì thé mà ting chỉ phi duy lu sửa

chữa, Bên cạnh dé là vấn để an toàn của công trinh đối với nền kinh tế quốc dân,

nhất là những công trinh lớn như thủy điện Sơn La, thủy điện Hoa Bình, thay điện Yali

‘Bac biệt hơn nữa là khi xảy rahi tượng cộng hưởng tức là khi tân số dao.

động riêng của nhả máy bằng tần số dao động của lực cưỡng bức thì biên độ dao

động lúc này là vô cùng lớn không thể kiểm soát nỗi Vì vậy tính dao động của nhà

máy thuỷ điệ là vẫn đề cấp thiết để tránh những thiệt hại không mong muda

“rên thực tế, để tính toán dao động nhà máy thuỷ điện đôi hỏi phải tình toán

st phức tap vì phải inh kế cấu nhà máy chỉ tiết ung vì nhà máy có ết cầu dạng

Khung nên có thể đơn gián hoá bai toán bằng việc tính toán dao động của khung nhà máy với vật liệu của khung là bê tông cốt thép Lúc này việc tính toán lon giản

và nhanh hơn rất nhiều nhưng vẫn đảm bảo kết quả tinh toán là đáng tin cậy

“Chính vi thé mà tác giả đã đưa ra cách tinh dao động của nhà máy thuỷ điện

bằng phương pháp Phin tử hữu hạn được trình bày trong các chương tiếp theo củaluân văn với việc sử dụng phần mềm SAP2000 cho kết quả tính toán có thể chấp

nhận được và nhanh chóng kiểm tra được dao động của nhà máy thuy điện.

L3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MAY THỦY ĐIỆN SON LA [4

“Công tình thuỷ điện Sơn La đã được Thủ tưởng Chính phủ quyết định phê

duyệt đầu tư (vin bản số 92/QD-TTg ngây 15/1/2004) với các nội dung chính như

= Mục tiêu đầu tư của Dự án:

ăn thạc sĩ kỹ thuật a

+ Củng cấp nguồn điện năng để phát triển kinh té — xã hội phục vụ sự.

nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hoá đắt nước.

+ Gop phần chống lũ về mùa mua và cung cấp nước về mia kiệt chođồng bằng Bắc Bộ,

+ Góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế — xã hội vùng Tây Bắc.

+ Thong số chính của Dự án

+ Mực nước dâng bình thường: 215m

“+ Dung tích chẳng lũ cho hạ dụ: 7 tim’ (kể cả hỗ Hoà

+ Công ắt lắp mấy: 2400 MW

++ Điện lượng bình quân hàng năm: 9,429 tỷ kWh

++ Cấp công trình: cắp đặc biệt

= Cie hạng mục công trình chủ yếu

+ Công tình đầu mỗi gdm: Đập chính, đập ăn tại uyễn Pa Vĩnh 1 kết

cẩu bê ông trong lực

+ Tuyển năng lượng gầm: Cửa lấy nước, đường dẫn nước áp lực, nhàmấy thuỷ điện từ 6-8 tổ máy, trạm phân phối điện ngoài ri,

+ Đầu nối nhà máy điệ vào hệ thông điện Quốc gia

= Tiến độ xây dụng

+ ẳ ăm 2004-2005 chuẩn bị xây dựng, khởi công công trình chính vào

cuối năm 2008

+ Phát điện tổ máy 1 vào năm 2010

+ Hoàn thành toàn bộ công trình nam 2012.

Lưu lượng lũ thiết kể P=0.01% —_ 47700 mvs

‘Law lượng lũ kiểm tra PMF 60 000 mvs

Dung tích toàn bộ của hồ chứa —_ 92601 mẺ

Ding ích hữu ich của hồ chia 6.5044 m!

Dung tích chống lũ 4.000 te m

Cot nước tn toán He 780m

Cong suit kp my ẳlm 2400 MW

ahi mãy TD chân đập

“Công trình xã vận hành Xã sâu và xã mat

Sơ đồ nối điện chính

và tram phân phối điện 500kV

Khai công xây dựng các công trình chinh: Quý IV năm 2005

"hát điện tổ máy số 1 năm 2010

ăn thạc sĩ kỹ thuật 6

Hoàn thành xây dựng ẳ MTB: năm 2012

1.3.2 Mô tả chung về Nhà máy Thủy điện (TB) Sơn La

hà máy TD nằm phin lòng sông, liễn kề với bờ trai, Vị trí của ẳ bà máy TD duge xác định theo bổ tr chung của đầu mỗi có tính đến các điểu kiện địa chất và

bố trí hợp lý nhất các công trình xả để đảm bảo điều kiện nối tiếp thuỷ lực thượng

và hạ lưu an toàn.

“Thành phần công trình ẳ hà may TD như sau:

+ hà máy TB với các bloc sin lip ráp và sản chuyển tải:

+ Sân máy biển áp với bloc các buồng công nghệ:

+ Kênh din ra với các công trình tiếp giáp;

+ hà và công trình trong ẳ ha máy TP,

- Nhà máy TP bao 6 tỗ mây với tuabin tâm trục đường kinh 7,8m và ủy ph

dt lắp đặt 400MW.

đồng

bộ với vận tốc quay định mức 90,9v/ph và điện áp I8KV, công

“Tổng công suất lấp đặt của ẳ MTD là 2400MW Mỗi tổ my nằm trong 1 phân đoạn

riêng biệt với kích thước mặt bảng 31,5m (ngang dòng chảy) vả 56.3m (đọc dòng chảy) và chiều cao của phần ngằm dưới nước (đến cao tình gian máy 118,40m) là

39.đm; được ngân với các phân đoạn iễn kể bằng các khe biển dang

= Bloc sản lắp rp bỗ tí liền kề với 16 may của ä hà máy TD ở phía bờ tái và có

cao tình như sàn gian máy, kích thước mặt bằng 46 m (ngang dòng chảy) và 577 m

(đạc ding chây)

~ Bloc sàn chuyến tả, thực tỄ là sản kip rip kéo dài về phía bờ tri, Cao trình củatrin ngân ben trên được chọn bing cao tinh sin ẳ hà máy TP là 138,0Sm, Kíchthước của phn khối lớn của lo trên mặt bằng là 16,0xS4,3m và cao 27,8m,

Để phục vụ các tổ mấy trong giả đoạn vận hành và lấp ấp trong giai đoạnxây dựng, gian máy và sin lip rấp có tang bị 2 cầu rực nhịp 28m và sức ning550)90+107 với cao tình đường ray 133,40m, đảm báo vận chuyển khối tổ máygồm bánh xe công tác với trục Khi vận chuyển ritor đã tổ hợp của mấy phát, dự

đầu 2 cầu trục lại

ăn thạc sĩ kỹ thuật hà

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật is

14 DONG DAT VA ANH HƯỚNG CUA DONG DAT DEN CÔNG TRINH J9|j10|

1.4.1 Định nghĩa và phân loại.

Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh trong nền đất xây ra khi một

nguồn ning lượng lớn được giải phỏng trong hồi gia rất ngắn do sự nút ran độtngột rong phần vỏ hoặc trong phần áo trên của quả đất

nặt lý

được quy về một điểm gọi là chấn tiêu, Hình chiều của chắn tiêu lên bể mặt

‘Trung tâm của các chuyển động địa chin, nơi phát ra năng lượng

tụ

uả đắt được gọi là chắn tâm Khoảng cách từ chắn tiêu đến chin tâm được gợi là

độ sâu chin tiêu (H) Khoảng cách từ chắn tiêu va chan tâm đến điểm quan trắcđược gọi tương ứng là iêu cự hoặc khoảng cách chấn tiêu (R) và tâm cự hoặc

14.2.1 Động đất có nguồn gốc từ hoạt động kién tạo

Từ những năm 60 của thé kỳ XX, các nhà địa chất va địa chẵn học đã đưa rathuyết kiến tạo mảng hay côn gọi i thuyết ti dạt các lục địa để giả thích cho nguồn

Ốc của các trận động đất xuất ign trên th gii Theo thuyết này, úc đầu các lục địa

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9

gắn liễn với nhau được gọi là Panagea, sau dé cách đây khoảng chừng 200 triệu namchúng tách ra thành nhiễu mảng cứng di chuyển chậm tương đổi so v nhau trên một

ốp dung nham ở dạng thé long, nhiệt độ cao để có bình dạng như ngày nay

14.2.2 Động đất có nguin gốc từ các di gay

Khi quan sit địa hình ta thường gặp những sự thay đổi đột ngột trong cấu

trúc nền đá Ở một số chỗ, via để có đặc tinh khác nhau gối đầu vào nhau hoặc tựa lên nhau đọc theo mặt tiếp xúc giữa chúng Sự cắt ngang cấu trúc địa chất như.

iy được gọi li đứt gãy hoặc phay địa chit

ác vết đứt gãy được chia làm hai loại: hoạt động và không hoạt động Dit

gây hoạt động là những đứt gãy đã trải qua biển dạng cách đây hàng trăm ngắn năm

và sẽ còn liẾp tục rong tương li, Bit gây địa chin nỗi tiếng nhất trên th giớithuộc loại này là đứt gây San Andreas California (Hoa Kỷ) Bit gây nay có chiềuđãi 300 km và trượi ngang 64m, từng gây ra tận động dit ở San Francseo năm

1906 và nhiều trận động đất ip theo sau đó.

Da số các đút gly được vẽ trên các bản đỗ địa chất là không hoạt động Tuy

vây, đôi kh ại một đứt gãy trước đó được xem lš không hoạt động lại thấy trên nn

đất xuất hiện các vết nứt mới trong thời gian động dat.

1.4.2.3 Động ait phát sinh từ các nguồn gắc Khác

1 Sr giãn nd trong lốp vỏ đã cứng của quả đất

Ở độ sâu trong vỏ quả đất khoảng Skm áp lực địa tinh (do trọng lượng của.sắc lớp đất đã phía trên gây ra) đúng bằng cường độ của các mẫu dắt đá diễn hìnhchưa nứt ở nhiệt độ 500°C và áp suất trong đương ở độ sâu đỏ a éu không có các

yếu tố khác can thiệp vào, lớp đá sẽ bị biến dạng dẻo mà không bao giờ có thể bị

phá hoại din đột ngột và bị trượt do có ma sit dọc theo vất nứt, Kết quả nghiên cứu

4 cho thiy rằng sự tổn tại của nước trong lòng đất đã gây ra hiện tượng phá hoiđột ngột do lực ma sắt đọc theo các mép vất nứt bị giảm,

2 Đông đất do các vụ nỗ

ăn thạc sĩ kỹ thuật 2»

‘Cae trận động dat cũng có thẻ được gây ra bởi các vụ nỗ hóa học hoặc hạtnhân Khi một vụ nổ hạt nhân ngắm xảy ra, một năng lượng rất lớn được giảiphóng Trong nhiều thập ky qua, các vụ nỗ hạt nhân ngÌm trong lòng đất ở nhiềubai thử trên thể giới đã gây ra các trận động đất mạnh (đạt tới độ lớn 7 độ Richter).Cúc sóng địa chấn phát sinh từ các vụ nỗ này tuyển đi và được các địa chắn kế phi

hiatal mg mình cho kết luận rên

3, Ding đắt do hoại động của nữ tea

“Tuy tương đối hiểm, nhưng các trận động đất cũng có thé phát sinh từ hoạt

cđộng của núi lửa Đối với những trận động đắt phát sinh từ nguyên nhân này có thể

phân thành 3 loại: do các vụ nỗ khi núi lửa hoạt động, do chuyển động của dung

nam và do sự kết hợp với các trận động đắt kiến tạo

4 Động đắt do sup đổ nin đất

“Các trận động đất do sụp đổ nén đất thường nhỏ và xảy ra tong các vùng cóhang động ngắm hoặc khai thie mỏ Sự sụp 46 đột ngột trần các him mỏ hoặc hangđộng ngằm dưới đắt là nguyên nhân trực tiếp gây ra chắn động nề đắt

“Các vụ trượt lỡ đắt lớn đối khi cũng gây rà các trận động đắt thuộc dang này

5 Động đắt do tích nước vào các hỗ chia

Vige tích nước vào các bồ chứa lớn đôi khi cũng làm phát sinh ra các trận

động đất mạnh, Các trận động đắt này có thể đạt tới độ lớn 6 độ Richter Cho tối

nay người ta đã ghi nhận được trên 70 trận động đất ở nhiều nơi trên thể giới do tích

nước vào các hồ chia nhân tạo bằng cách dùng đặp ngăn sông.

1.4.3 Đánh giá sức mạnh của động đắt

‘Vin đề đánh giá và đo súc mạnh của các tận động đắt là một vẫn đề rất quantrong, được các nhà địa chin học thường xuyên quan tim nghiên cứu Trong nhiềuthé kỹ qua đã xuất hiện nhiều cách thức đánh giá định tinh và định lượng các chuyển

động địa chắn nói riêng và site mạnh động đất nói chung Hiện nay, tức mạnh động

dit được đánh giá qua: Thang cường độ động đất và Thang độ lớn động đất.

(1) Thang độ lớn động đất - Thang Richter - Thang do năng lượng động dit được

tỉnh bằng Magnitude (M), Một Magnitude bằng một độ Richter:

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật a

(2) Các thang đo cường độ động dat (I) được tinh bằng cấp động dat đại diện là cácthang: MMI (12 cấp); MSK (12 cấp): IMA (8 cấp)

Thang động đắt theo cường độ được thành kip trên ba tiêu ch:

~ Con người có thể nhận bit được sự tác động đến môi trường xung quanh.

Siti động của động đất dén công tỉnh,

~ Các hiện tượng thay đổi rong đắt hư hiện tượng tăng mục nước ngầm,

Magoitde và cường độ động đất là ha đại lượng khúc nhau đặc trưng cho

sức mạnh của động đất Magnitude là đơn vị do năng lượng của động đất côn cường,

độ động dat được đặc trưng bởi trị số gia tốc địa chin, mô tả động đất thông qua

chuyển vị, gia tốc, vận tốc của mặt đắt khi động dat đi qua.

‘Voi củng một trận động dat, nang lượng của động đất có giá trị Magnitude

viếng nhau ti mọi noi trên thể giới (không phụ thuộc vio khoảng cách đến chấn

tâm) còn cường độ động đắt ai có gi ị khác nhan tại các điểm do khác nhau (cinggần chin tâm, cường độ động đắt cảng lớn)

1.4.4 Kết quả nghiên cứu động đắt ở Việt Nam

1.4.1.1 Cấu trúc kiến tạo Việt Nam và vùng lân cận

VỀ mặt kién tạo, lãnh thổ Việt Š am nằm ở một v tí khả đặc biệ Trên bản

đồ kiến tạo mạng của võ ải đắt, ãnh thổ Việt ẳ am nằm trên một phn lỗi của mảng A - Âu, bị kẹp giữa ba mảng có mức độ hoạt động mạnh đó là các mảng Châu.

Úc, mảng Philpin và màng Thái Bình Dương Phía tay và phía nam của nước ta là vành đại động Himalaya và rinh siu Java được tạo ra do sự va cham gita mảng

Châu Úc với mảng A - Âu, côn phía đông là vành dai lửa Thái Bình Dương nỗitiếng được ạo ra do sự và chạm giữa mảng Thái Bình Dương và mảng Pilipin vớimảng A - Âu Đặc biệt tại Khu vực rãnh sâu Java nằm ở phía nam đảo Sumatra

(Indonesia) ngày 26 thing 12 năm 2004 đã xảy ra trận động dit với độ lớn khoảng

9.1 đến 9.3 độ Richter kèm theo sóng thin làm gin 300 nghìn người của 12 quốcgia ở Châu A và Châu Phi chết và mắt tích ẳ hiểu thing sau đó, đến thing $ nim

2005, theo thống kê của cục Địa lý và Khí tượng quốc gia Indonesia đã có 3183 cơn

chin động vẫn liếp tục xảy ra ở khu vực Aceh và đảo Sumatra, trong đó có những,

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2

trận động dat với độ lớn gần 8 độ Richter Theo một báo cáo khoa học công bố ngày

20 thing Š năm 2005, tận động đắt xảy ra vào ngày 26 thắng 12 năm 2004 có thồigian kéo di ky lục 500 600 giây, 4 guồn năng lượng được giải phóng ở chắn tiêutương đương một quả bom chứa 100 tỷ tin thuc nỗ TẢ T, làm một mảng vỏ tr đất

dài khoảng 1300 km rộng khoảng 100 km từ tây Sumatra đến Myanmar bị dich

chuyển Ở nhiều nơi, nén đất để dưới đầy biển bị nang lên cao tới 10m, Trận động

đt aa làm trụ quay của quảđắtbị thay đổi

Một số nhà khoa học cho rằng lãnh thé Việt 4 am và khu vực phụ cận dang

“chịu ảnh hưởng kéo theo của sự va chạm đồng thời của nhiều mảng kiến tạo hững

Đông Á bị

khác nhau chủ yếu là hướng Đông - Đông 4 am Lãnh thổ Việt ẳ am cũng với khu

n dạng và phân chia thành các mảng nhỏ chuyển động theo các hướng

vực phụ cận dang chuỗi din về phía Đông - Đông ẳam với the độ khoảng 50

mminăm.

14.4.2 Cúc trận động đất đã xấy ra trên lãnh thd Việt Nam

“Trong lich sử các vi bản ghì chấp còn giờ được đã cho thấy et nhiễu tậnđộng đắt mạnh ừ 3 độ Richter tr lên đã xả ra trên lãnh thd nước ta Đồ là các trậnđộng đắt cắp VII (6 độ Richter) ở quận hật & am (Bắc Đồng Hới) vào năm 114,

VI (55 = 6 độ Richter) ở Hà 'VNIL1X (tên 6 độ Richter) ở Yên Định - Vinh Lộc

Ả ho Quan vào năm 1635, động dit cắp VIII (6 độ Richter) ở ẳ ghệ An vào nam

các trận động đất

1216, 1278, 1285, động đắt cá

1821, động đất cap VII ở Hải Dương vảo năm 1137, các trận động dat cap VII (5.5

độ Richter) ở Phan Thiết vào các năm 1882 và 1887 (tit cả các cấp cường độ

động

+ Trận động đất xây a vào ngày 24 thing 6 năm 1983 có chắn tim nằm ở huyện

“Tuần Giáo (Lai Chiu) Trin động đắt này có độ lớn M = 6.7 (theo thang Richter) vàcường độ ở ving chắn tâm khoảng cấp VII (theo thang MSK-64) Trin động đắt đã

gây ra sụ lỡ lớn ở ác dãy núi, vũi lắp khoảng 200 ha ruộng, một số công trnh xây đựng nằm ở ving ch tâm bị phá hoại én đất bị nứt rộng 10em và đài tới 20km,

có hàng trăm dư chin tiếp tục xay ra, trong 46 có nhiều dự chấn mạnh từ 4.1 - 4.9

«49 Richter gây chin động cấp V-VI tại thị xã Điện Biên.

“Theo thống kệ, từ trước đến nay ở Việt ẳ am đã xảy ra 2 trận động đất cấp

VIII, 11 trận động đất cắp VII và 60 trận động đất cấp VI (theo thang MSK-64), Phin lớn các trận động đất đó đều xảy ra ở các tinh phía Bắc, dọc theo các vết đứt

sấy ving Sông Hồng, Sông Chiy, Sông Đà, Sông Mã, Sông Cả, Lai Châu ~ ĐiệnBiển và nói chung đều có độ sâu chin tiêu nông (H1 = 10 + 20km) nên ving ảnh

hưởng hẹp.

14.4.3 Một sb két quả nghiên cứu động đắt da đạt được

‘© Việt Š am, tới năm 1986 có tất cả 8 trạm quan trắc địa chin, Các tram quan

trắc địa chan nay được xây dựng va hoạt động ở những thời điểm khác nhau: Phủ.

Liễn (1924), ha Trang (1957), Sapa (1961), Bắc Giang (1967), Hòa Bình (1972),Tuyển Quang (1975), Đã Lạt (1980), Hà ôi (1986), Từ năm 1986 đến năm 1995nhờ dự án của Ua DP, mạng lưới các tram địa chin Vigt& am được tăng cường vàhiện đại hóa Đến nay chúng ta đã có 26 trạm địa chắn chủ ky ngắn, ghỉ số tong đồ

có hệ thẳng trạm địa chấn đo xa gầm 8 trạm xung quanh Hà 6

Để phục vụ cho các yêu cầu về thiết kế kháng chin các công tinh xây

dựng, cơ sở dữ liệu động đất tên lãnh thổ nước ta đã được xây dựng và từng bước

hoàn thiện Từ đầu những năm 60 của thé kỷ XX, công ác phân vùng động đt trên lãnh thé nước ta đã được tiến hành với sự giúp đỡ c chuyên gia nước ngoài dim

1968, a ha Khí tượng Việt ẳ am đã cho công bổ "Sơ đỗ phân vũng động đất miễn bắc Việt am” Để tiếp tục hoàn thiện ban đồ phản ving động đất, năm 1992 Bội Khoa học Công nghệ và Môi trường đã giao cho Viện Vật lý địa cầu thực hiện để

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ”

tải cắp nha nước “Co sở dữ liệu cho các giải pháp giảm nhẹ hậu quả động đất ở Việt

ẳ am" Kết quà nghiên cứu của đ ti này là các bản đỗ phân vùng động dit với chu

kỳ lip lại T= 200, 500 và 1000 năm và ban đồ phân vùng chin động cực đại Imax

(MSK.64) rên lãnh thổ Vit & am tỷ lệ 1:1000000 (1986)

"Để hoàn thiện hơn các bản đồ dự báo vé mức độ nguy hiểm động đất trênlãnh thổ Việt am và tiếp cặn bước đầu với phương pháp dự báo động đất về thời

gian phát sinh, ừ năm 2000 Bộ Khoa học Công nghệ đã giao cho Viện Vật lý Dia

cầu triển khai đề tải “A ghiên cứu dự báo động dat và dao động nền ở Việt ẳ ar Một trong các kết quả nghiên cứu của để tài này là bản đỏ dự báo cường độ chấn

dong cực đại, bản đỗ phân vùng gia tốc nén cục đại aga và các bản đỗ phân ving

sia tốc nền với xác suit vượt quá 10% trong các Khoảng thời gian 20, 50 và 100

4 hư vậy với các kết quả nghiên cứu này, chúng ta đã có cơ sở dữ liệu cầnthiết để thực hiện việc thiết kể kháng chin cho cc công trình xây dụng tong cácvũng có động đắt ở Vigrd am,

1.45 Ảnh hưởng của động đất đến nhà máy Thay điện

Khi động dit xảy ra sẽ xuất hiện các địch chuyén từ một điểm nhất định và lan truyền nhanh chong dưới dạng song địa chắn Duo ảnh hưởng của sông địa

chấn có thể Tim hư hại công trình do hình thành các ứng xử động đắt như: sự thay

đổi tính chất của khối đắt đá, hỏa mềm, hóa lòng, chuyển vị, trượt đắt hay sự hình

thành sóng nước tác dung lên bé mặt công trình, dưới tác dụng của sông địa chấn có thể gây hi tượng cộng hưởng trong dao động của nhà máy thủy điện.

hà may thủy điện là công trình thủy công có kết cầu khá phức tạp, cũng với

các kết cấu bê tong cốt thép còn có các thiết bị động lực được đặt bên trong nhà

mấy, khi nhà máy thủy điện hoạt động các thiết bị động lục đã gây ra những dao

động nhất định rất khó kiểm soit, Khi xây ra hiện tượng động đt, dưới ác dụngcủa ải tong động đất vẫn đề dao động của nhà my thủy điện li củng phúc tạp và

Khó kiểm soát hơn, kĩ xảy ra động đất công trinh có thể bị hư hồng dưới các dang

ăn thạc sĩ kỹ thuật 25

+4 hat thời làm ting các lực đứng va lực ngang gây ứng suất cục bộ lớn.

+ Đo sự răng lắc gây lún nhà máy và nền

+ Chuyển động cit gây a đứt gây kết cfu nhà máy

++ inh thành sóng nước, ác động vào nhà máy gây mắt ổn định

+ Dao động của nhà máy có thể tăng đột biển do hiện twang cộng hướng dao động

hư vây khi có động đắt xây ra, nó sẽ ảnh hưởng xấu đến sự làm việc bình

thường của nhà máy, có hể gây hư hông hoàn toàn nhà máy thủy điện

“Công trình thủy điện Sơn La là công trình cắp đặc bit, cổ tim quan trọng

chiến lược trong việc phòng chống lũ cho đồng bằng Sông Hồng, cắp một lượng điện lớn cho Quốc gia lại nằm trong vùng có anh hưởng phức tạp của địa chan, nên việc thiết kể nhà may thủy điện sao cho an toàn nói chung, dao động của nhà may

nó iêng là hết súc quan trong và phức tạp

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 26

CHUONG 2 : CAC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DAO DONG NHÀ MAY.

THUY ĐIỆN CÓ XÉT DEN ANH HUONG CUA BONG DAT

21 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHAP TÍNH TOÁN CÓ XÉT DEN ANH HƯỚNG

CUA ĐỘNG DAT (9, [10)

“ác dụng của động dit lên công trình xây dụng được hiu là sự chuyển động

kéo theo của công trình khi mặt đắt chuyển động hỗn loạn theo thời gian Khi công.trình chuyển động sẽ xuất hiện các lực quán tính người ta gọi đó là lực động đất

Khi có lực động dat tác dụng, công trình sẽ xuất hiện các phản ứng động lực.

(chuyén vị, vận tốc, gia tốc, ứng suất, biển dang ) go tất là phân ứng

"Để dự đoán một cách chính xác phân ứng của công trình dưới ác dụng của

động đắt là một công việc rất phúc tap và có nhiều yế tổ ảnh hưởng đến nó,

= Magnitude của động đắc độ sâu chin tiêu, tiêu cự, tâm cự

~ Đặc trưng chuyển động của nin khi xây ra động đất (gia tốc, chuyển vi

1 biển dạng của vi liệu và nén công trình dưới tác dung của tải

~ Tim quan trong của công trình,

~ Trình độ thi công công trình.

Cho đến nay phương pháp tinh toán tải trong động đắt có thể chia thành hai

nhóm chính:

~ Phương phip tĩnh lực tương đương,

= Phương pháp động lực

3.1.1 Các phương pháp tĩnh lực tương đương.

“Theo phương pháp này, lực ngang do động đất sinh ra tác động lên công trình được thay bằng các tĩnh lực ngang tương đương nhằm đơn giản hóa cho việc tinh toán Các phương pháp thuộc nhóm này bao gôm:

~ Phương pháp hệ số động đất

= Phương pháp hệ số mái đốc

ăn thạc sĩ kỹ thuật n

~ Phương pháp quay mái dốc

~ Phương pháp dao động điều hòa (hay phương pháp tựa động)

~m, Q: khối lượng va trong lượng của toan bộ công trình.

= gia tộc trong trường

~K.= súp hộ số động dit được xắc định trên cơ sở thục nghiệm

4 hư vậy nếu bit agg và trọng lượng công trình ta có thể xác định được lựcđộng đắ tác dụng lên công trình

= Uu điểm của phương pháp này là tinh toán don giản và có thể áp dụng cho các công trình có hình dang bit kỷ Công thức nảy sau đó được Omori điều chỉnh.

số điều chỉnh ø

F-aK.Q (22)

~ dhuye điểm của phương pháp này là không xét đến biển dạng cũng như

bằng cách bổ sung hệ

các tinh chất động học của công trình (tin số, bình dang dao động rí

gia tốc tai mọi điểm trên công nh là như nhau và bằng a,.„ của nn

2.1.1.2 Phương pháp dao động điều hoà (phương pháp tựa động).

4 tm 1920 một nhà Khoa học d hit là Š Mononobe đã đề nghỉ đưa các tínhchất biển dang của kết cầu vào trong tinh toán tải trọng động đất Ông đã xem xét

kết cấu như hệ một ba tự do và giả thiết trong thời gian xảy ra động đắt nền đất

chuyển động theo quy luật điều hoà hình Sin Tuy nhiên, lực cản không được,

én trong dao động của kết cấu Với giả thiết như vậy, phương trình chuyển động

số dang:

ăn thạc sĩ kỹ thuật Ey

Mĩ@)+kr(t —miigt) = =m[a Sino,t] 23)

Mononobe đã dùng hệ số sau trong tinh toán tải trong động đắc

Tuy đã có một bude tin quan trong trong khoa học kháng chin nhưng vẫn

tổn tại những nhược điểm sau:

~ Phúc tạp trong sử dụng, không mô tả chính xác các quy luật chuyển động

của nên công trình khi xây ra động đất thực

- Lực căn của kết cấu được giả thiết bằng 0 Trong lý thuyết của mình

Mononobe chưa đưa ra giải pháp cho vấn để quan trọng là lực trong miền cộng.

hưởng Khi T,

ố cân thường gặp ở các công trình xây dung không thể xảy ra hiện

theo (2-4) và (2-5) thì Fs điều này li mâu thuẫn với thực tế

với các hệ

tượng này được trong một thời gian tương đối ngắn khi động đất xây rà

= Do quan niệm mô hình toán là hệ 1 bậc tự do nên cũng như Ohmoi,

phương pháp Mononobe chưa đưa ra giải pháp phân b tải trong địa chắn trên chiều

cao công tình khi chúng là hệ có nhiều bộc tự do.

2.12 Các phương pháp động lực (9), [I0]

ải dung ca bản của phường pháp động lực trong bài toán kháng chin là

ing trình như một hệ cơ học đản hồi có m hay vô hạn bậc tự do bị dĩ chuyển theo nên i U40), các tinh chất cơ lý của công trình được biéu diễn qua độ ứng K

+ (Ex), {Ee}: Các ma tận cột khối lượng tương ứng để xác định

chuyển vị (heo các phương (x, ⁄) của ede nút

+ Ÿ§() g(0: các thành phần gia tốc nên theo phương ngang (x) và

+ [M]{1}12): đồng vai trò lực cưỡng bức, là ham của thời gian

Đề giải (2-7) có nhiều phương pháp với độ phức tạp khác nhau đó là:

en

~ Phương pháp phân tích trực tiếp phương

~ Phương pháp chồng dang dao động hay chồng Mode (Mode Superposition

Method),

“Trong đó phương pháp chồng Mode hiện nay được sử dụng rộng rãi trong

tiêu chuẩn của nhiều nước cũng như trong các phần mềm phân tích kết cấu Theo

phương pháp nảy trước khi phân tích các phản ứng của công trình chịu tai trọng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 30

dong đất theo các dạng dao động riêng theo một nguyên tắc nào đỏ sẽ tinh được phản ứng toàn phần công trình,

4 ghigm riêng của (2-7) biểu diễn dao động bình ổn của khối lượng my theo

+ fy là toa độ tương đối của khổi lượng

“+ mụ trong dang dao động ri tự chính thứ

“Tập hop các giả trị (k = 1) miêu tả hình dạng dao động riêng thứ ï của công

Dựgkde6 Dang | Dang? Dụg3

“Mình 2 1 Hình dang dao động riéng

"Sine (tiết 2-10)

“Trong công thức (3-11) miều ti chuyển vị tương đổi ea khổi lượng m, trong

dạng dao động thir i rong thời gian xây ra động đt

Hình (2.1) la tinh toán được triển khai từ công thức (2-10) (biểu đỗ gia tốc

động dit thiết kể, ứng với chu kỳ dao động ring T = 0.25, hệ số cân (thường lấy

3%),

Chuyểnjsn)

Tigi)

"Hình 2.2: Phân ing của củng trình trong thời gian ding de

Từ (-10) xác định him pia tộc tuyệt đối của khỗi lượng my theo thời gian:

Sq biểu thị phan ứng cục đại của công trình dưới tắc dụng của ti trong động đất và

không phụ thuộc vào thời gian, Đối với một trận động đắt cụ thể người ta có thé xây

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2

‘dung được đường cong các giá tị phổ gia tốc theo các chu kỳ dao động riêng khác nhau tương ng với hệ số cản cho trước (thường ly 5%),

4 hư vậy néu biết được chu kỳ dao động riêng của công trình từ pho gia tốcxác định được Sy từ dé dễ dàng tinh dược lực động dit theo công thức (2-13),

Việc xác định các phản ứng động dat cực đại dựa theo đường cong phô chính.

là nội dung của phương pháp Phố phan ứng (hay phổ tuyển tính) Phương pháp Phiđược M.Bio để xuất năm 1933, sau đó được nhiều nhà nghiên cứu bổ sung và hoàn

"Đường phố gia tốc do M.Bio xây dựng đựa trên phân ứng cự đại của hệ các

eonson đơn có chu kỳ dao động tiếng khác nhau đặt trên bản rung

ăn thạc sĩ kỹ thuật 3

ai da số các quốc gia khi xây dựng tiêu chuẩn kháng chin đều sử dụngphương pháp phổ với nhiều đặc diểm riêng được thể hiện qua các hệ số, tuy nhiênv8 bản chất du xuất phát từ công thức (2-5)

“Tiêu chuẩn của ẳ ga CHu] 11 - 7-81

+ M, = S50" m,: là khối lượng tổng quất

Tiêu chuẳn kháng chắn của Pháp PS:

6-16)

rong đó

+ q:là hệ sé,

+ uy ue là chuyển vị tương đối của khối lượng thi

+ R(T): có ý nghĩa tương tự như S,

Các công thức 2-5), (2-14), 2-15), (2-16) ta thấy trong biểu thức lục động

đất đã xuất hiện các thành phần mô t inh chất dao động riêng của công trình, đ là

+ Tân số dao động iêng œ (hoặc chu ky đạo động riéng Ti)

- Hệ số hình dang dao động ny (theo TC 4 ga), hay (Li{[/MI) (theo TC

Mỹ)

ăn thạc sĩ kỹ thuật M

~ Phần tram cản tới hạn 0,

hư vây phương pháp động lực đã mô tỉ được dy đủ hơn các tinh chất độnghọc của công tình, cho thấy ảnh hưởng của các tinh chất biển dạng đến phân ứngcủa công tình đối với lực động đất

Đặc trưng động học nói tên lại phụ thuộc vào hình dạng, kích thước công

trình và sự phân bổ khối lượng tong kết cfu Công trình cửa lấy nước có rất nhiều

kích thước khác nhau, trọng lượng tại các cao độ cũng khác nhau hay độ cứng phân

ô khác nhau theo chiều cao cho nên tinh chit động học cũng rắt phúc tạp Việc kể

‘én ảnh hưởng của ede yếu tổ động học nói trên đến phần ứng động đất của công

trình hiện Ti vẫn đề côn dang nghiền cứu,

Lye động đắt tổng cộng tác dung vào công trình sẽ được ổ hợp từ lực động

tie nào đó, dit theo các dang dao động riêng chính theo một ngu) mặt lý

thuyết tắt cả các dao động phải được kế đến Tuy nhiên, việc xác định được tất

các dạng dao động riêng của công trình đặc biệt các công trinh phúc tạp là một việc

lâm khó,

Do đồ việc kẻ đến ảnh hướng của tắt cả các dạng dao động riêng đến giá ti

“động dit toàn phần cũng là đi: smi cho đến nay chưa ở đầu làm được

“Thực tế các tiêu chun kháng chin thường quy định số lượng các dang daođộng tham gia vio phân ứng động dit toàn phần ứng với mỗi dang công tinh là

khác nhau, iêng đối với nhà máy hủy điện qui định này là không thống nhất

“Thực tế phương pháp này tính toán cho nhiễu loại công trình nhưng nó cũng

chỉ kể đến ảnh hưởng của một dang dao động riêng

4 hược điểm chính của phương pháp này à tính toán phức tạp và edn có biểu

43 gia tốc ghỉ được khỉ quan trắc Cho đến nay phương pháp này dùng rt hạn chế,

chí khi nghiên cứu các công trình quan trọng và có đủ tả liệu, Việc ính toán phải

thực hiện bằng các phần mềm trên máy tính.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 35

2.1.2.1 Phương pháp ngẫu nhiên

Phương phip ngẫu nhiên nghiên cứu các hệ kế cầu chịu tác động của độngđất, vật liêu của kết cấu và động đấ là yêu ổ ngẫu niên thay đổi theo thời gian

Bài toán nhằm xác dinh đặc tính xác suất ho trước của nền dt Bi toán dao động

động đất dẫn đếnbài toán cơ bản của lý thuyết him ngẫu nhiền bằng việc xây dựnghàm ngẫu nhiên từ hàm ngẫu nhiên đã cho

Đây là phương pháp hiên đại trong lĩnh vực động lực kháng chắn nhưng việc

thu thập thông tin xác suất chính xác vi tác động của động đốt ở từng vũng là một

bài toán khó

2.1.2.2 Phương pháp chẳng dao động.

ôi dung của phương pháp này là biến đổi các phương trình chuyển động về

dang phụ thuộc vio các vée tơ riêng, hay các dạng dao động riêng Ap dụng phương

pháp chuyển tọa độ thông thường phủ hợp với Clugh và Penzien(1993), từ phương trình:

mar(t) + er(9 + kat) = p(t) Tách các phương trình chuyển động cho từng dang dao động riêng biệt sau:

Mia (t)* Cate () + Kz/(0 = Pad) 218)

“Trong đó khối lượng riềng, cản nhớt, độ cứng và ti trọng được xác định:

ăn thạc sĩ kỹ thuật 36

“Trong đó: + & là ty số can nhớt dao động riêng,

+ là tin số dao động tự do không cản

4 ghiệm riêng của (2-20) biểu diễn phản ứng của công trình theo từng dang dao động:

Phương pháp này quan tim tới các giá tị cục đại của các chuyển vị và các

lực thành phần tong mỗi dang dao động Các giá tỉ cực đại này được tính toán ti

€

trận động đất điễn hình cho từng ving Phân ứng cực đại toàn phn sẽ được tổ hợp

10) và thường được lập thành các đường cong phổ thiết kế trên cơ sở bao của các

theo nguyên tắc cộng tác dụng từ phán ứng cực đại của các dang dao động tiếng, quan trong và theo các thành phần động động dit đầu vio (các hướng tác dụng khác,

nhau của động dit), Hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi để tính toán bài toán động do n6 mô tả sự làm việc của kết cấu gần với thực té hơn.

2.1.2.4 Phương pháp lịch sử thời gian

Đặc điểm của phương pháp lịch sử thời gian là mí tả đầy đủ các phản ứng động dit của kết cầu, trong đó có ảnh hưởng tương tác giữa kết cấu nền và kết cầu trước khi xây ra động đất, số liệu dầu vio dưới dạng biểu đồ gia tốc mô tả chính xác, hơn nhiều khía cạnh của chuyển dich động đắt nền như khoảng thời gian tên ti, số

lượng chu kỷ, sự có mặt của rung động và chuỗi rung động, cho phép tim ra khảu

yếu của kết cầu để tăng cường trước cho nó cũng như cho phép sử dung vật liệu hop

lý hơn.