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

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 KHANHTS 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 tận tình 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 thành cảm ơn các đẳng nghiệp, bạn bè và gia đình đã tạo mọi điều kiện và động viên về nhu 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 61.3 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 LA BẰNG PHƯƠNG PHAP PTHH CÓ XÉT DEN ANH HUONG CUA DONG DAT.

a Km sơ bản vé phương pháp Phin tử hữu hạn 23.2 Phường trình dạo động tổng quát s3 Tính toán dao động của nhà mấy thủy điện, 934 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 m KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ số

ăn thạc sĩ kỹ thuật '

MO DAU

Củng với công cuộc đổi mới và phát triển ngảy cảng nhanh của đất nước,nhiều công trình thuỷ điện đã và đang được xây dựng trên khắp mọi miễn của tổ

bảo vệ môi trường tốt nhất

‘Vi thủy điện là một trong những giải pháp năng lượng có hiệu quả kinh tế vàVin đề dao động của nhà máy thuỷ điện trong quá trinh khai thác vận hành1ä 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 nói chung 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 cácmáy 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 củacác 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 không ngũng 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 họckỹ 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 của dong 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 kế nhà 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 thuỷ điện có quy mổ lớn và vita được xây dựng, vẫn đề tinh toán dao động của nhà may thuỷ 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 soátddao 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 độngđến 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 dụng trong 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 XÂY DUNG 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 đã thúc diy sự phất tiễn mạnh về thuỷ điện ở các nước un thé giới Việc xây dựng các 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 với chiều 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, Varit 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 2010là 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 hệ thống 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 những năm gin diy hàng loạt các tạm thuỷ điện có công suất vừa và nhỏ đã được đồng loại 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 và Đông 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 máy thuỷ 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 si lâm việc bình thường của ác thiết bị chính nhằm sản xuất điện năng cung cắp cho các hộ dùng điện Loại và kết ấu nhà mây phải dim bio lãm việc an toàn của các thiết 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 tríđường 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 Ở mặt 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 lướirác 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 số cho phép, tim đầy của nhà máy ngang đập nằm rên nén mém thường có kích thước

rit lớn Lợi dụng chíday 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 may thuỷ 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 trong thành phan của bể áp lực, trong trường hợp công trình dẫn nước là đường him có áp thi 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 cột nước đến 2000 m, Với cột nước tử S00:600m trở lên thường dùng tuabin gáo tổ

my trục đứng hoặc trục ngang.

VỀ đặc điểm kết ấu của ba loại cơ bản trên, nhà máy thuỷ điện côn có nhiều đạng kết cấu đặc biệt khác như nhà máy thuỷ điện kết hợp xã 10 đưới đầy hoặc

trong thin đập trăn, trong trụ pin, nhà máy (huỷ điện ngang đập với cuabin capxul,nhà máy thuỷ điện tích năng, nhà máy thuỷ điện thu trểu Các loại nhà may nàyxếp chung vào loại nhà mây đặc biệt

Kết cfu nhà máy thuỷ điện được chia làm hai phn: phần dưới nước (Khối betõng 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

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 điện1.2.3.1-Tuabin thuỷ lực [2]

‘Tuabin là một loại động cơ chạy bằng sức nước ding để biển đổi năng lượngdng nước (thuỷ năng) thảnh cơ năng làm quay máy phát điện Tổ hợp tuabin vàmáy 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 vàocủa bánh xe công tác bao giữ cũng lớn hơn áp lực ở cửa ra của nỗ Còn loại tuabinxung 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 các phần 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 twabinhướng trục ngang ding nước trong bánh xe công tác chảy theo hướng trục củaAabin

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

Tuabin tâm trục trong phạm vi bánh xe công tác dòng nước đổi từ hướngkính 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 và nằm 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), bộ phận tháo nước (ông hú), hệ hồng thiết bị điều khiển wabin (hùng dẫu áp lực, tỉ điều 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 phátđiện 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 rồo máy 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 quay1>150 vòngiphút, máy phát kiểu ô với máy phát có tốc độ quay n<150 vòng/phút

tro là

Ưu điểm của máy phát kítn định cao không bị rung độngnhưng chúng lạ có nhược điểm là chiều cao giá chữ thập lớn ảnh hưởng tối chiềucao 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 giảm thời 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 tryechặn 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 đặt trên 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 kéo theo 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 hócce thiết bị nhà máy,

ăn thạc sĩ kỹ thuật fe

4 éu nhà máy có cột nước càng lớn thi nhả máy dao động càng lớn vi áp lực.ước ác dung vào tuabin lớn sẽ lâm tuabin dao động nhiều hon

“Có thé ni, có rất nhiều loại nhà máy thuỷ điện mà mỗi lại nhà máy lại có vit nhiều cách lắp đặt máy phát và wabin khác nhau š hưng dù loại nhà máy và thiết bị thuỷ lực nào thì khi vận hành cũng đền gây ra dao động cho nhà may & hà máy dao động lớn sẽ ảnh hướng đến toàn bộ kết cấu công tình thuỷ điền, ảnh

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 điệnYali

‘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 nhàmáy 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 của luân 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 cho đồng 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

+ Côngắt 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, nhà mấy 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 TDduge 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 vàủy 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 của trin ngân ben trên được chọn bing cao tinh sin ẳ hà máy TP là 138,0Sm, Kích thước 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 đoạn xây dựng, gian máy và sin lip rấp có tang bị 2 cầu rực nhịp 28m và sức ning 550)90+107 với cao tình đường ray 133,40m, đảm báo vận chuyển khối tổ máy gồm 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 đột ngột 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

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 trắc được gọi tương ứng là iêu cự hoặc khoảng cách chấn tiêu (R) và tâm cự hoặc

khoảng cách chấn tâm (L).

Tình 1.7:

“Tủy thuộc vào độ sâu của chấn tiêu (H) ma động đắt có thé được phân thànhcác loại sau: - Động đất nông H<70km

“Động đất rung bình H=702300 km

= Động đất sâu 1> 300km,

“Các trận động đất mạnh thường xy ra ở độ sâu 1 = 30100km 1.42 Nguồn gốc của động đất

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 ra thuyết 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 nam chúng tách ra thành nhiễu mảng cứng di chuyển chậm tương đổi so v nhau trên mộtốp 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 hoặctựa 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 giới thuộc loại này là đứt gây San Andreas California (Hoa Kỷ) Bit gây nay có chiều đãi 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 hình chưa 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 hoi đột 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 hạt nhân Khi một vụ nổ hạt nhân ngắm xảy ra, một năng lượng rất lớn được giải phóng Trong nhiều thập ky qua, các vụ nỗ hạt nhân ngÌm trong lòng đất ở nhiều bai 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 có hang động ngắm hoặc khai thie mỏ Sự sụp 46 đột ngột trần các him mỏ hoặc hang động 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 quan trong, được các nhà địa chin học thường xuyên quan tim nghiên cứu Trong nhiều thé 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 các thang: 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 (cing gần 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 bảnđồ kiến tạo mạng của võ ải đắt, ãnh thổ Việt ẳ am nằm trên một phn lỗi củamảng 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 làvành 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 nỗi tiếng được ạo ra do sự và chạm giữa mảng Thái Bình Dương và mảng Pilipin với mảng 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 quốc gia 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 thồi gian kéo di ky lục 500 600 giây, 4 guồn năng lượng được giải phóng ở chắn tiêu tương 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

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 tận động đắt mạnh ừ 3 độ Richter tr lên đã xả ra trên lãnh thd nước ta Đồ là các trận động 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

+ 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) và cường 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 xâyđựng nằm ở ving chtâm bị phá hoại én đất bị nứt rộng 10em và đài tới 20km,

ăn thạc sĩ kỹ thuật Fa

~ Trận động dat Điện Biên Phủ xảy ra ngày tháng 2 năm 2001 có độ lớn M_5.3 độ Richter Chin tim của trận động dat nay nằm tại vùng núi 4 am Oun thuộc.

Lào, cách thi xã Điện Biên khoảng 15km, với độ siu chắn tiều khoảng 12km Chin động ở vùng chin tim đạt ti cấp VII-VIHtheo thang MSK-64, Đập Pe Luông cách chắn tâm 10km về phía đông bị nứt vai đập và phần tiếp xúc giữa đập với trăn Suỗi nước nóng Hua Pe nóng lên và có sự thay đổi về khoáng ch Sau chắn động chính

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 ~ Điện Biển 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 1995 nhờ dự án của Ua DP, mạng lưới các tram địa chin Vigt& am được tăng cường và hiện 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 trênlãnh thé nước ta đã được tiến hành với sự giúp đỡ cchuyên gia nước ngoài dim1968, a ha Khí tượng Việt ẳ am đã cho công bổ "Sơ đỗ phân vũng động đất miễnbắc Việt am” Để tiếp tục hoàn thiện ban đồ phản ving động đất, năm 1992 BộiKhoa 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 trên lãnh 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 cần thiết để thực hiện việc thiết kể kháng chin cho cc công trình xây dụng tong các vũng 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 vàlan truyền nhanh chong dưới dạng song địa chắn Duoảnh 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 hitượng 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 dụng của 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 daođộng

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 lượngđiện lớn cho Quốc gia lại nằm trong vùng có anh hưởng phức tạp của địa chan, nênviệc 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 côngtrình được thay bằng các tĩnh lực ngang tương đương nhằm đơn giản hóa cho việctinh 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)

-21-1.1 Phương pháp hệ số động dit

4 6i dung chính của phường pháp là todn bộ công trình được xem là một vậtthể rắn tuyệt đối cứng dat trên nền, lực động đất tác dụng lên công trình có phương

ngang, trị số bằng tích số khối lượng công trình và gia tốc nền cực đại ay

~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 lực động đắ tác dụng lên công trình.

= Uu điểm của phương pháp này là tinh toán don giản và có thể áp dụng chocác 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 rígia 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 tính chất 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 độngsố 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 chuyểntheo nêni U40), các tinh chất cơ lý của công trình được biéu diễn qua độứng K

ăn thạc sĩ kỹ thug »

và hệ số cản C của từng bộ phận công trình Sau đó, mô hình hod các kết cầu công trình chịu tác dung động đất bằng hệ phương trình vi phân toán học:

Le +1 IKI = zig)xigf)—“Trong dé:

+ IM}, [Ch [K là các ma trận: khlượng, cản, và độ cứng.

+ (Z1 l1, trì: là các veetơ gia tốc, vận tốc, chuyên vị tương đối của công trình so với nền

+ (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

+ ,(): là hàm gia tốc nền theo hướng đã chọn,

+ [MIZ}, [C12), [K]{r}: lần lượt đồng vai trỏ: lực quán tính, lực cản

nhớt, lực đàn hồi:

+ [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

“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+ vilà phần trăm cân tối hạn

+ fy là toa độ tương đối của khổi lượng

“+ mụ trong dang dao động ritự 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

"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:

Su được gọi là phổ gia tốc của công tinh theo dang dao động thứ, phụ thuộc vào gia tốc nỀn x(t) tin số dao động ring của công tình ö, và hệ sổ cain v

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 khácnhau 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 tốc xác 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 Phi được 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 dụng phương pháp phổ với nhiều đặc diểm riêng được thể hiện qua các hệ số, tuy nhiên

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

Tiêu chuẳn kháng chắn của Pháp PS:

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 động học của công tình, cho thấy ảnh hưởng của các tinh chất biển dạng đến phân ứng của 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 độngtie 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 dao động 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 động đất, 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 dựng hàm 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 phươngtrình:

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 dangdao động:

Tang chuyển vị của kết cấu trong hệ tọa độ tổng thể được xác định theo nguyên tắc “ching” phân ứng các dang dao động:

HO = G+ O24 +6500 (2-22)

2.1.2.8 Phương pháp phố phản ứng

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 mítả đầy đủ các phản ứngđộng dit của kết cầu, trong đó có ảnh hưởng tương tác giữa kết cấu nền và kết cầutrước 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.