Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện cùng làm việc với nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LỜI CẢM ƠN

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

trường Đại học thuỷ lợi, bạn bẻ, đồng nghiép, dén nay Luận van Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện cùng làm việc với nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn” đã được hoàn thành.

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép tác giả sử dụng tài liệu đã công bố trong quá trình

học tập, nghiên cứu vừa qua.

Đặc biệt tác giả xin được to lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Khánh, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện

luận văn này.

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thé tránh khỏi những thiếu

sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.

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

Hà Nội, Tháng 05 năm 2012

Tác giả

Trần Thị Mai Phương

LỜI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trích dẫn là trung thực Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào, công bố trong bắt kỷ công trình nào khác.

Trần Thị Mai Phương.

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ NHÀ MAY THUY ĐIỆN 2' VA CÁC CHI TIẾT.

1.1 Sự phát triển của thủy điện Việt Nam [2]

1.2 Phân loại nhà máy thủy điện [2]

1.2.2 Phân theo dikiện chịu dp lục nước ở thượng lưu1.2.3 Phân loại theo kết cầu nhà máy

123 Tổng quan về các hạng mục của công tri thủy điện [2, 7, 8} 1.3.1 Công trình đầu mối

1.3.2 Công trình trên tuyển năng lượng.

1.3.2.2 Đường ham đường ong áp lực 1-4 Tác dung và yêu cầu của cửa lấy nước [2] 8 1.4.1 Tác dung của cửa lay nước 81.4.2 Yêu cầu của cửa lấy nước 8L5 Phân loại cửa lấy nước [1] 91.5.1 Cia lấy nước có ấp 10 1.5.1.1 Thiết bj dit trong cite lấy nước 10 1.5.1.2 Hình dang và cầu tạo cửa lẾy nước có áp la 1.5.2 Cửa ấy nước không áp Is 1.5.21 Vite va điều kiện ấp dụng 151.52.2 Phin log cửa lấy nước không áp 16Chương 2: TÍNH TOÁN CỬA NHAN NƯỚC BANG PHƯƠNG PHAP HIE!

2.1 Các phương pháp tinh toán 19

2.1.1 Phương pháp giải tick 19

2.1.1.1 Phương pháp Sức bên vật liệu 9 2.1.1.2 Phương pháp Lý thuyết din hồi 20 2.1.2 Các phương pháp số 20 2.121 Phương pháp sai phân hữu han 21 2.1.2.2 Phương pháp phan tir hữu hạn 2 2.2 Lựa chọn phương pháp tính toán trong luận văn, 23 2.3 Trinh bảy các mô hình nên thường dùng và chon mô hình tinh toán trong luận văn [1] 23 23.1 Khải niệm về mô hình nền 23 2.3.4 Mô hình lớp không gian biến dạng tổng thé 29 CHƯƠNG 3: TINH TOÁN CUA NHAN NƯỚC CUNG LAM VIỆC VỚI XEN BẰNG PHƯƠNG PHAP PHAN TỬ HỮU HAN 30 13 Thlập phương trình cơ bản của bai toán dựa trên thuật toán của phương.pháp phần từ hữu hạn (61 303.1.1 Nội dung của phương pháp phần từ hữu han 303.1.2 Phương pháp tinh 31 3.1.3 Thiết lập hệ thong phương trình cơ bản của bài toán 32 3⁄2 Áp dạng tinh toán cửa nhận nước nhà mày thủy điện Lai Châu a4

3.2.1 Giới thiệu chung 34

3.2.11 Viti công trình a43.2.1.2 Tom tit thông số thiết kể ky thut công trình a43.2.13 Hạng mục cửa nhận nước 33.2.2 Tính toán kết cầu cửa nhận nước 40

3.2.2.1 Qui trình, qui phạm sử dung rong tính toán 40

3.2.22 Thông số mô hình 41

3.2.2.3 Tai trọng tác dụng 43

3.22.4 Tổ hop tải tone 47 3.22.5 Các nguyên ắc trong tinh ton bổ tri cốt thé 48 3.2.2.6 Kết quả phan tích ứng suất biển dạng 48

3.2.2.7 Kết quả tinh toàn ct thép các bản mông chịu ấp ss 3.2.2.8 Kết qua tinh toán cốt thép phần bê tông khối lớn “ 3.2.2.9 Bồ trí cốt thép T8 3⁄3 Các ảnh hưởng của nền 793.3.1 Trong bài toán tĩnh T93.3.2 Trong bài toán động, 82 3.3.3 Kết luận 83 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

TÀI LIEU THAM KHẢO SeeerrrrrrerrreoooỂ

DANH MỤC CÁC HÌNH VE

Hình 1.1: Các công trình trên tuyển năng lượng.

Hình L2:ơ đồ các kiểu cửa lấy nước Tình 1.3: Cửa lấy nước có áp kiều bên bờ, Hình 1.4: Cửa lấy nước trong thân đập trọng lực Hình 1.5: Cửa lấy nước bên bờ có giếng cửa van Hình 1.6: Cửa lấy nước kiểu thấp

Hình 1.7: Của lấy nước Ha Na - Qué Phong - Nghệ An Tình 1.8: Cửa lấy nước thủy điện Tuyên Quang

Hình 1.9: Của lấy nước Thủy điện A VươngVinh 2.1 Hình 29

Hình 3.1

Hình 3.2: Vị tí công trình

Hình 3.3: Mặt cắt ngang cửa nhận nước,Hình 3.4 : Chinh diện thượng kn

'Hình 3.5: Mô hình tính toán nhìn từ thượng lưu.

Hình 3.6: Mô hình tính toán nhìn từ hạ lưu

'Hình 3.7: Phần tử shell mô hình thành mỏng chịu áp Hình 3.8: Ap lực nước tác dụng lên cửa nhận nước

Hình 39: Lực cầu trụ chân dé tác dụng lên sn cửa nhận nướcHình 3.10: Tải trong tác dung lên sin cia nhận nước

‘Tim 1 -M và N theo phương X ‘Tim | -M và N theo phương Y ‘Tim 2-M va N theo phương X

Mặt cắt 3-3 : Đường đẳng ứng suất Sy.

Mat cất 4-4: Đường đẳng ứng suất SzMặt

Mặt cắt 5-5 Đường ding ứng suất Sxi 4-4: Đường đẳng ứng suất Sz

Mặt cất 5-5 : Dưỡng đẳng ứng suit Sy và Sz

Hình 347: Mat cất 1-1: Đường đăng tcốtthếptheo phương Z Hình 3.48: Mat cắt 2-2 : Dường đăng trị

Hình 349: Mat cắt 3-3: Đường đẳng tị cốt thép phương Z Hình 350: Mat cắt 4-4: Đường đẳng tr cốtthp theo phương Z Hình 3.5L: Mat cắt 5-5: Đường đẳng tị cốt thép phương Z Hình 352: Bồ tứ cốt thép của nhận nước

ốt thép phương Z

Hình 3.53: Trường hop 1 - Nền không được mô phông Hình 354: Trường hợp 2 Nén được mô phòng,

Hình 3.55: Kết quả chuyén vi tại định Ux theo 2 phương din Hình 356: Kết quả c yến vị tại đỉnh Uy theo 2 phương án

Hình 357: Kết quả chuyển ị tại định Uz theo 2 phương án

Hình 3.58: Gia tốc theo phương X cửa nhận nước trong trường hợp xảy ra động đắt MCE.

DANH MỤC CÁC BANG BIE Bang 1.1: Tiềm năng kinh tế - kỹ thuật thủy điện Việt Nam Bảng 3.1: Các thông số chính của công tinh thủy điện Lai Châu Bang 3.2: Đặc trưng vật liệu

Bảng 33: Phố gia tbe với động đắt cực dại tin cy, thành phin nằm ngang (MCE-H) và phổ gi tốc với động đất cơ sở vận hình, thành phn nằm ngang OBE-H cho đập chính cir thuỷ điện Lai Châu, giai đoạn thất kể kỹ thuật

Bảng 34

Bảng 35: Thông số của b tông và cốt thép rong trang thải giới hạn Bảng 36: Kết qui cốt thép

Bảng 37: Tin số dao động

MỞ ĐẦU

1 Tính cắp thiết của Đ

Ngày nay, công trình thuỷ điện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng.

lượng khi mà nhủ cầu phát triển kinh té tăng cao đồi hỏi nhiều ning lượng điện thì thuỷ điện là nguồn năng lượng rẻ nhất cần khai thác triệt dé, Ngoài ra nó còn là công trinh lợi đụng tổng hợp và phòng chống thiên ti Vì vậy việc xây dựng cáccông trình thuỷ điện lợi dụng tổng hợp chống lũ và cắp nước cho hạ du sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao và li mục tiêu quan trong cia công cuộc phát tiễn đất nước.

Cita nhận nước là công tình đầu tiền trong hệ thông công tinh dẫn nước vào

nhà máy thuỷ điện, nó trực tiếp lấy nước từ hồ chứa vào nhà máy đảm bảo cung cấp đủ lượng nước cin thiết theo yêu cầu thủy điện và yêu cầu ding nước khác

Việc tinh toán kết cấu cửa nhận nước nhà may thuỷ điện là vô cùng quan trọng từ đồ xác định hình dạng kết cấu công trình đảm bảo an toàn dn định trong quả trinh ân hành là cin thit và có tinh ứng dụng thực tẾ coo.

2 Mye dich của ĐỀ tài:

Nahin cứu các yéu tổ ảnh hưởng đến sự làm việc của cửa nhận nước của nhà máy thủy điện dé từ đó có biện pháp tính toán xác định hình dạng kết cấu công trình đảm bảo an toàn én định trong quá trình vận hành,

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

~ _ Trên cơ sỡ thu thập tải liệu, tim hiểu vé công trình nghiên cứu;

= Tìm hiễu về nha may thủy điện và của nhận nước nhà máy thủy điện

~ Tim hiễu về các phương pháp tín toán kết cầu cửa nhận nước

~ _ Mô phòng cửa lẾy nước làm việc cũng với nền trong phần mềm ansys Tính toán

ứng suất biển dạng

Phan tch cúc ảnh hưởng của nền đến ứng suit biến dang

4 Két quả dự kiẫn đạt được:

= Tinh toán ứng suất biến dạng và bổ tri cốt thép của nhận nước

+ Xem xét anh hưởng của nén trong tin toán trong bãi toán nh và bài toán kẻ tới

động đất

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ NHÀ MAY THUY ĐỊ Ackc CHI TIẾT

1.1 Sự phát triển của thủy điện Việt Nam [2]

Dit nước Việt Nam có trên 1000 con sông suối được phân bổ đều khắp trong

phạm vi cả nước, với trữ năng khoảng 280 tỷ KWh Trên các triển sông lớn như.

sông Di, sông Lô, sông Mã, sông Ci, sông Cứu Long đều có khả năng xây dựng

các trạm thủy điện công suất lớn hoặc tương đối lớn Đến nay, chúng ta đã có tram

thủy điện Thác Bà 120MW, Son La 2400MW, Tuyên Quang 342MW và hiện.

dang xây dựng các tram thủy điện lớn khác như Lai Châu 1200MW, Huội Quảng520MW Ngoài ratác sông suối nhỏ cũng đã và dang được xây dựng nhiều

trạm thủy điện với công suất >IMW,

Tiém nang lý thuyết về thủy tắt cả các hệ thống sông của Việt Nam khoảng 300 tỷ Kh năm, trong đó lưu sông Hồng là 122 tý Khi năm (chiếm 41% lý thuyế, sông Đồng Nai 27.35 tỷ 300 tỷ Kwh/ năm (chiếm 9%) và sông Sẽ San 1646 tỷ Koh! năm (chiếm 6%), Trên toàn quốc, một số lưu vực sông có iểm năng thủy điện lớn như sông Đà, sông Đằng Nai, Sẽ San, Srepok, sông Ba, sông Vũ Gia-Thu Bồn, sông Lô - Gâm, sông Mã và sông Cả Trong đó lớn nhất là sông Da khoảng 7800MW, sông Sẽ San 4000 MW và sông Đồng Nai khoảng 1900MW Ngoài ra trên các lưu vực sông suối nhỏ khác có thể khai thác thủy điện nhỏ với trnăng kính tế có thé dat tới 16 tỷ Kwh/ năm.

Bảng 1.1, Tiềm năng kinh té - kỹ thuật thủy điện Việt Nam

Lowry sing | DẾPEh| Sốcông | Ting sng sit | ĐiệnMượng

Trữ năng kính tế của 10 lưu vực sông chính chiếm 85,9% trữ năng kink tế ky thuật khi thúc rên toàn anh thổ Qua số iệu trên cho thấy tổng trừ lượng kinh tẾkỹ thuật của các lưu vục sông chính là hơn 18000MW, điện năng tương ứng khoảngT0tÿ Kwh/ năm, trong đó miễn Bắc khoảng 9490MW(S2% tổng côi ự suất tren các lưu vực chính) tương ứng khoảng 36,43tÿ Kwh, miễn trung S6SSMW(31,29

ứng trên 22tj kWh và miễn Nam 3000MW(16,5%) tương ứng 12tÿ kWh.

Theo dự thảo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia dự báo nhu cầu điện toàn quốc sẽ tang bình quân từ 14% đến 16% hàng năm trong giai đoạn 2011-2015, tăng khoảng trên 11,5%/năm giai đoạn 2016-2020 Nhu cầu điện sản xuất dự kiến năm 2015 là 194 - 211 tỷ kWh; nấm 2020 là 329 - 362 tỷ kWh và năm 2030 là 695 - 834 tỷ kWh Tuy nhiên sau năm 2020 tỷ tong thủy điện trong hệ thống điện có xu hướng giảm vi phần lớn trữ năng thủy điện đã được khai thác mà như cầu dùng điện tăng cao do đó cần phải bổ sung các nguồn năng lượng khác và chủ yếu là nhiệt điện dùng khí đốt hoặc dầu Các nguồn năng lượng khác như điện nguyên tử, năng lượng gió, năng lượng mặt trời và thủy tiểu cũng sẽ được nghiền cứu đưa vào sửdạng

Để đảm bảo cũng cấp điện an toàn liên tục cho nhủ cầu xã hội, với như cầu điện như trên, chương trinh phát triển hệ thống diện sẽ cổ quy mô rất lớn Trong QHĐ7,

với phương án cơ sở dự kiến tổng công suất nguồn điện năm 2015 sẽ khoảng.42.500MW, gp hơn 2 lần năm 2010 với tỷ trọng 33,6% thuỷ điện, 35,1% nhiệt

điện than, 24,9% nhiệt điện dầu và khí, khoảng thuy

Đến năm 2020 tổng công suất nguồn diện sẽ khoảng 65.500MW với tỷ trọng thuỷ điện 26,6% (~17.400MW), nhiệt điện than tăng lên 44,7% (~29.200MW), nhiệt in 4% nguồn năng lượng tái tạo mặt trời v.v.), côn lại khoảng 2,5% nhập khẩu.in nhỏ, đigiỏ, sinh khố

điện dầu khí giảm xuống 19.6% (~12.800MW), nguồn năng lượng ti tạo chiếm 4,8% (3.100MW), nhập khẩu chiếm 2,8% (~1.800 MW) và sẽ có tổ máy đầu tiên — 1000MW của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận Năm 2030 tổng công suất nguồn điện lêntới 137.600MW, tong đó thuỷ điện chỉ còn chiếm 13.3%, nhit điện than tăng lên chiếm 56,1%, nhiệt điện dau - khí 12,7%, công suất các nhả máy điện hat nhân lên tới 10.700MW với tỷ trọng 7.8%, côn điện nhập khâu chiếm khoảng 4.6%.

1⁄2 Phân loại nhà máy thủy điện [2]

Nhà mãy thủy điện có thể làm việc với các loại tuabin khác nhau, như tubinsáo, tim trụ, cánh quay, chong chóng Phạm vi dao động của mực nước và lưu lượng ở các nhà máy thủy điện cũng thường rất lớn Có nhiều cách phân loại nhả máy thủy điện (MTD), thường phân ra ba loại

1.2.1 Phân theo tị số công suất lắp máy (Nig)

Phân theo No, các nước hân loại không giống nhau, diéu đó phụ thuộc vio mức độ phất triển kinh tế kỹ thuật của tồng nước.

Nồi chung thường phân như sau:

= NMTB nhỏ Nụ, <5000 Kw

+ NMTD trung binh Nig, =5000-:-50000 Kw

-_ NMT lớn Nin > 50000-:-1000000 Kw

Việt Nam theo quy phạm QPVN 08-76 cũ cũng như theo quy phạm TCVN 5060-90) đã phân ra các cấp NMTP như sau:

1.2.2 Phân theo diều kiện chịu áp lực nước ở thượng lewC6 thể phân thành hai nhóm sau

~ _ NMTP chịu áp lực nước từ phia thượng lưu : Nhà máy nay ld một thành phần của công trình đăng nước, nỗ chịu áp lực nước tử phía thượng lưu, đó là các NMTD lòng sông cột nước thấp ( hoặc nhà máy năm trên kênh dẫn) như NMTD Thác Ba, Trị An, Bàn Thạch.

= NMTTĐ không chịu áp lực nước tử phía thượng lưu: Đây là các NMTD kiểu sau

ap hoặc đường dẫn, nước được dẫn vào tuabin theo những đường ống chảy có áp đặt trong thân đập hoặc đặt hở trên mặt đất Đó là các nhà máy thủy điện Đa Nhim, Cam Sơn, Suối Cun.

1.2.3 Phân loại theo k

Tuy cách phân loại trên là khá chặt chẽ dựa trên đặc điểm về kết cấu cũng như vi tí của các NMTD trong hệ thng công trình, nhưng thực tế, thường phân loại các NMTB một cach đơn giản

~ _ Các loại NMTĐ kiểu lòng sông, sau đập và đường dẫn.

+ NMTB kid lòng sông: được xây đựng trong các sơ đồ khai hắc thủy năng kiễu

đập với cột nước không quá 35+40m, Bản thân nhà máy là một thành phần công

trình ding mide, nó thay thé cho một phần đập ding Cia lấy nước cũng là tinh

phần cấu tạo của bản thân nhà máy:

+ NMTD sau dip được bỗ tí ngay sau đập dâng nước Khi cột nước cao hon30:45m thì bản thân nhà máy vi lý do ôn định công tình không thể là một thành phần của công trình ding nước ngay cả trong các trường hợp tổ máy công suất lớn

Nếu đập dang nước là đập bê tông trọng lực thì cửa lấy nước và đường ống dẫnnước turbin được,ví trong thân đập bê tông, đôi khi đường ống dẫn nước turbin.được bổ trí trên phía hạ lưu của đập.

+ NMID đường dẫn trong sơ đồ khai thắc thủy năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thủy điện đúng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mỗi Cita lấy nước

đặt cách xa nhà may Trong trường hợp công trình din nước là không dp thi cửa lấy

nước nằm trong thành phần của bé áp lực; trong trường hợp công trình dẫn nước là đường him có áp thi cửa lấy nước bố tri ở đầu đường him và li một công trình độc.

lập, Đường dẫn nước vio nhà máy thường là đường ống áp lực nhưng trong trường

hợp trạm thủy điện đường dẫn cột nước thấp với đường dẫn là kênh dẫn thì có thể bổ trí nhà máy thủy điện kiểu nga

~_ Các loại NMTD kiểu đặc bigt: Các loại NMT kiểu tnt năng, thủy triều, kết hợp,

1.3 Tổng quan vé các hạng mục của công trình thủy điện [2, 7, 8]

Công tình thủy điện bao gồm các hạng mục chủ yêu như công trình đầu mỗi hỗ chứa (đập dâng, trần xà lũ.) và các công trình rên tuyển ning lượng (của lẾy nước, đường ống áp lực nhà máy, nha máy, bể xả hạ lưu nhà máy )

“Trong phạm vi của luận văn này tác gi xin giới thiệu sơ bộ các hạng mục chính của công trình thủy điện và chủ yếu đi sâu vào phan tích về hạng mục cửa lấy nước phục vụ công tác nghiên cứu luận văn.

1.3.1 Công tình đầu mắt

Công trình đầu mỗi bao gồm : đập ngăn nước, trần xả nước, cổng lấy nước,

= Đập ngăn nước có tác dụng điều tết ding chảy làm nhiệm vụ giữ nước tạo hồ

chứa để hinh thành cột nước phục vụ mục dich tưới cho hạ lưu và làm quay bánh xe

công tác cho nhà máy thủy điện

Đập ngăn nước được chia làm 2 loại theo vật liệu:

+ Dap bê tông trọng lực: bê tông thường CVC hoặc bêtông dim lin RCC. + Đập vặt liệu địa phương là cde dạng đập đã dỗ, đặp đắc hoặc đập đt đi hỗn hợp

- Trần xả nước: xi lượng nước thừa khi mye nước trong hồ vượt quá khả năng tíchtrữ cho phép

~ Cổng lấy nước: có hay không tùy thuộc yêu cầu và nhiệm vụ của công trình đầu mỗi ding để cũng cắp nước cho hạ du công trình khí có yêu clu về nước, được bố

trí ngay trong thân đập hoặc kiểu tháp.

1.12 Công tinh trên tyễn năng lượng Các hạng mye tuyển nông lượng

Hình 1.1: Các công trình trên tuyến năng lượng.

1- Tháp điều áp thượng lưu.

2- Tháp điều ap ha lưu

3- Nha máy thủy điện

4+ Đường him din nước

5- Đường Ống dẫn nước áp lực turbine

1.3.2.1 Công tink dy made

Hạng mục công tình lẤy nước thường đặt ở gần công trình đầu môi hướng hồ chứa có nhiệm vụ lay nước trực tiếp từ hồ chứa cung cắp cho nha máy phát điện.

13.2.2 Đường him đường ông áp lực

Đường him đường dng dẫn nước áp lực có nhiệm vụ dẫn nước từ hé chứa để đưa nước vào tubin của trạm thủy điện

1.3.2.3 Công tình điều ấp

Đường ống dẫn nước vào turbin của thủy điện ngoài áp lực thông thường còn hải chịu thêm áp lục nước va khi đông mở turbin, Nếu có thé tạo 1a một mặt

thoáng ở một vĩ tí nào đồ trên đường ống thi ở đỏ ấp lực nước va được giải phóng và tại vi tri này trở lên thượng lưu đường ông sẽ không chị áp lực nước và nữa

Tháp điều áp chính là một bộ phận tạo ra mặt thoáng nói trên Nó có tác dụng giữ cho đường him dẫn nước phía trước thấp khỏi bị áp lực nước va, Ngoài ra nó còn làm giảm nhỏ áp lực ở phần đường ống dẫn nước từ tháp van vào turbin.

Nếu hằm xã hạ lưu của nhà máy dài cổ thể phải bổ tí thêm tháp điều áp hạ lưu tương tự như phía thượng lưu

1.3.2.4 Nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện là công trình chủ yếu của trạm thủy điện, trong d6 bố trí các thiết bị động lực: turbine, máy phát và các hệ thống thiết bị phụ trợ phục vụ cho sự: lầm việc bình thường của các thiết bị chính nhằm sản xuất điện năng cung cấp cho

các ngành công nghiệp, nông nghiệp cũng như sinh hoạt cho nhân dân.

1-4 Tác dụng và yêu cầu của cửa lấy nước [2] 14.1 Tác dụng của cửu lấy mước

Cita lầy nước là công trình trực tiếp lẫy nước tử hỗ chứa hoặc từ sông vào công.

trình dẫn nước hoặc trực tiếp vào nhà máy thủy điện

Hình dạng và kết cấu của cửa lấy nước phụ thuộc vào sơ đồ bổ trí công trình đầu mỗi, điều kiện địa hình, địa chất, đường dẫn nước sau cửa lấy nước, him lượng cát của dong chảy và các điều kiện kinh tế,

1-42 Yêu cầu của cửa lắp nước

= Phải đảm bảo cung cấp nước cho đường dẫn nước đủ lưu lượng cần thiết theo

biểu đỗ phụ tải của trạm thay điện và các yêu cầu diing nước khác néu có.

= _ Có thể đông han 48 ngừng cấp nước hoàn toàn trong trường, hợp hư hỏng, kiểm tra sửa chữa đường him dẫn nước, các bộ phận công trình và thiết bị sau cửa lay = Gil cho bin cátrác bin không vào đường hằm lâm hư hại công trình và thiết bị = Cửa lấy nước phải6 hình dạng vị tí sao cho nước chảy vào thuận ding tổnthất thủy lực là nhỏ nhất Nếu dong chảy sau cửa lấy nước là có áp thi phải giữ cho không khí không cuộn theo dòng chấy vào đường dẫn.

3+ Khe van sửa chữa

4 Khe van sửa chữa ~sy cổ

1.5 Phân loại cửa lấy nước [1]

Theo trang thái dng chảy trong cửa lẤy nước phân ra thành 2 loại

- Kiễu lấy nước không áp,

đầu mối, đặc điểm Tay theo vị trí tương đổi của cửa lấy nước trong công

dap, kiểu bên bở, kiểu tháp, cửa lấy nước mặt, cửa lấy nước dưới sâu.

ấu và hình thúc lấy nước, còn được phân ra thành cửa lấy nước đặt trong thân 1.5.1 Cửa lấy nước có áp

1.3.1.1 Thiết bị đặt trong cửa lẫy nước

Tình 13: Cửa lấy nước có áp kiểu bên bir

cấu lưới n vững, thuận ợicho việ lắp đặc thảo đỡ và thụ don sie

= Vitis lưới chắn rác thường được đặt trước của van có trường hợp lưới chắn rácvã phai sữa chữa đặt chung một khe (trong trường hợp đó, khi đồng phai sửa chữa hải rt lưới chắn rác lên)

.b, Thiết bị thu don rác

“Thường dùng mẫy loại sau: thiết bj edo rác thiết bị cắt rác, thiết bị cặp rác Cũng có thể ding nhiều lại thiết bị phối hợp với nhau để vớt rác

©, Cửa van sửa chữa.

Thường đặt ngay sau hi chin rác Cửa van này chỉ đồng khi cần sữa chữa công trình cửa lấy nước và phần đầu đường him.

Van sửa chữa thường được làm dang của van phẳng, khi chiều cao cửa lớn thitim cia van phẳng nhiều ting Trong trường hợp độ sâu cửa van không lớn, van sửa

chữa làm theo các phai độc lập.

Cita van sửa chữa không nhất thiết phải làm đủ cho các khoang cửa, mà chỉ cần

kK bộ dùng chung cho hạng mục Khi cin đóng để sửa chữa khoang nảo thi cần trụ chạy sẽ đưa ita hoặc phai đến đồng khoang đố

4, Cửa văn công tc

"Nếu đường ống dẫn nước áp lực đặt lộ thiên (hở trên mặt i) hoặc ống bổ trí ở mit hạ lưu đập bê tông trọng lực không có lớp bê tông cốt thép bảo vệ thì van công

tic thường là van đông nhanh để bảo vệ an toàn cho công trình và thiết bị ở phía

sau Lắc này này van công ti còn gọi la van sự cổ.

Cita van công tác chịu áp lực rất lớn, có trường hợp cật nước trước cửa đến100m Khi đông, cite he xuống đồng chảy có vận tốc lớn Như vậy cửa van phảitính toán chịu được áp lực cao nhất, lại phải đủ trong lượng thẳng lực diy ngang củanước cháy khi đồng.

Lực đông mở phải đủ lớn, nêu là cứu van sự cổ thi hệ thống tw động dng mở

phải nhanh, nhậy, luôn ở vị trí sẵn sing lim việc.

‘Cita van có thé làm theo dạng phẳng, van cầu, van cung, van đĩa.

Cửa van phẳng bao gồm: bản mặt cùng với hệ khung dầm đỡ, các mép ngoài gắn

các gioăng cao su để giữ kín nước Bản trượt con lăn hoặc bánh xe lăn đỡ cho cửa.

van luôn nằm đẳng vĩ tí tong khe cửa và giảm nhỏ ma sit Khi đông mở,

Các loại cửa van đĩa, van cầu, van bán cầu thường phải đặt chế tạo ở các nhà máy chuyên sản xuất

« Thiết bị nang chuyén

Day là thiết bị dùng để phục vụ đóng mở, tháo lắp vận chuyển các cửa van, lưới chắn rác và vớ rác trên lưới

Cửa van sửa chữa và lưới chấn rác có thể dùng một bộ phận thiết bị để luân chuyển ding cho khoang cửa chạy trên đường ray cổ định

Xi cửa van công tắc hoặc hoặc cia van sự cổ thì phi có thiết bị đồng mở riêng cho từng của Nhưng để vận chuyển thảo lắp, sửa chữa vẫn có thể dũng cầu trục chạy chung Thông thường dé đồng mử cia hiện nay dùng may nắng thủy lực, tốc độ 0.2-2 míph Nếu là cửa van sự cố thì cõ yêu cầu đóng nhanh, sau 2-3 phút phải đồng xong hoàn toàn

J Ông thông bhi

Phía sau cửa van công tác ở đường dẫn dòng có áp, phải đặt ống thông khi, để

khi đông ma dòng chảy rút di sẽ cổ không khí qua ống thông khí vào đường dẫn, tránh hiện tượng chân không phát sinh, Và ngược Ini, khi mở cũa nước vio day ông,không khí có đường thoát ra

&, Ông cân bằng áp lực

Voi cửa lấy nước có áp, nhất là với trường hợp độ sâu lớn khi cửa đồng sẽ có chênh lệch áp lực hai mặt cửa rit lớn, do đó lực mở cửa phải lớn BE giảm bớt lực. nàng này, cần bổ trí Sng cân bằng áp hte, Trước khi mỡ cửa, mỡ ống cân bằng để dang chảy vio diy đường Ống áp lực, tạo ra cân bằng áp Sau đô mới mở cánh cửa công tác,

1.5.1.2 Hình dang và cu tạo cửa lấy nước cỏ ấp Cita lấy nước có áp được chia Kim mắy loại chính:

ca, Cửa lẫy nước kễu đập

4, Cita lấy nước với lưới chin rúc thio lắp được

b, Của lắp nước với lưới chắn rắc đặt cổ định dom rc bình thường

1- Tường chẩn vật nổi

2- Van sta chữa3- Van sự cổ sia chữa 4- Lưới chắn rác 5- Ông thông Khí

6- Ông cân bằng áp lực7 Miđồng mở thủy lực 8- Ong dẫn nước turbin

+ Cita lấy nước đặt trong thân đập: thường được dùng để lấy vào trong đường ống dẫn nước cho các trạm thủy điện đặt trong đập bê tông

= Cia lấy nước của nhà máy thủy điện ngang độp lấy nước trực tp từ thượng lưu, dẫn vio nhà may, yêu cầu về cầu tạo và các thiết bị cũng theo các nguyên tắc nêu trên Cửa lấy nước có chung bản đáy bê tông và là một phần của nhả máy, cùng với nhà may chiếm một đoạn vị tí của đập ngăn sông Vi vậy nó cùng với nhà máy chịu áp lực nước thượng lưu Cửa lấy nước kiểu này thường có tiết diện rộng cho nên để giảm kích thước của cửa van, có thể đặt thêm trụ pin trung gian Chiều diy các trụ pin từ 1,5 +2,6m Khi có đặt khe lún giữa trụ pin, chiều dây trụ có thể tăng Tên gấp đôi Lưới chắn rác có thé đặt nghiêng (khi độ sâu nhỏ) hoặc đặt đúng.

b, Cửa lấy nước kiểu bên bờ.

Hình LS: Cửa lấy nước bên bờ có giếng cửa van

4, Kiến giống khô

b, Kiểu giẳng wit

Thường được dùng cho các trạm thủy điện đường dẫn có áp Cửa lấy đặt ở một bên ba, phía thượng lưu và gần với đập ngăn sông.

'Với địa hình thuận lợi, nén đá, cửa lấy nước cầu tạo như một khối bê tông gắn.vào bở, đặt các thiết bị thông thưởng như đã mô ta

Trường hợp địa hình không thuận lợi như bờ quá dốc hoặc qu thoải có thể đặt giếng các cửa van lùi sâu vào trong, nỗi với miệng cửa bằng một đoạn him dẫn có áp.

Lưới chắn ric thường đặt nghiêng phía đầu him dẫn Giếng đặt cửa van sửa chữa và van công tác Cửa van có thể phẳng hoặc van cung, Khi đó nước ra vào giếng bình thường nên được gọi là giếng ướt Cũng có thể đặt các cửa van dia hoặc cầu, Khi đó nước không vào giếng, gọi là giếng khô.

c,Của lấy nước kiểu tháp.

Hình 1.6: Cửa lấy nước kiểu tháp

Kết cấu phúc tạp hơn các kiểu trên, nhưng có 1 ấy nước bing nhiều diy lỗ theo chiều cao Các cửa lẾy nước có th bổ trí một ting hoặc hai ting, Cửa lấy nước có thể đặt xung quanh tháp hoặc một phía.

Lưới chin rác và cửa van sửa chữa thường đặt ở thấp, còn cửa van công tác có thể đặt ở tháp hoặc trên đường dẫn, ở ngoài phạm vi cửa.

1.52 Cita ly nước không áp 1.3.3.1 trí và đều kiện áp dung

Cửa lấy nước không áp thường được đặt ở các tram thủy điện có đường dẫn nước không áp, nhưng cũng có khi ở đường dẫn nước có áp Nhưng điều kiện cơ bản để áp dụng cửa lấy nước không áp là mục nước thượng lưu thay đổi rit

Cửa lấy nước không áp thường được đặt ở sông cỏ độ ốc và vận tốc lớn, đồng

chảy có độ hàm cát lớn trong mùa lũ.

CChú ý là sau khi xây dựng công trình đầu mỗi, dong chảy tự nhiên của sông bi thay dồi, phía thượng lu đập bắt đầu bồi lắp Cũng thời gian, đấy thượng lưu dâng lên, vận tốc đồng chảy trong mùa lũ tăng, đem theo cát vào cửa lấy nước Dé tránh.

bố ding chảy mang theo cát vào đường dẫn và tạo thuận dòng phải chon vị trí hợplý của cửa lấy nước,

Trên đoạn sông ngay phía thượng lưu của công trình đầu mối, nếu là đoạn cong thì dong chảy có dang cuộn (hình 1-9b) những đường cong trên mặt không mang theo cất đầy hướng về phía lõm, còn những đường dong diy mang theo cất hướng ở lồi Do đó bas lõm bị xói, bờ lỗi bị bồi Chọn vị tí cửa lấy nước ở phía bờ lõm

sẽ có được độ sâu tự nhiên và giảm bớt dong chảy mang cát.

Nếu không có được vị tr thuận lợi, hoặc lượng him cát lớn, có thể phải đặt các

tường hướng dòng.

1.5.2.2 Phin loại của ly nước Không áp CCó một số kiểu lấy nước không áp sau:

~_ Kiễu bên bờ lấy nước mặt: có một số dang như cửa võ ngưỡng ngăn cất, cửa cỗ ngăn lắng eit, của có h tập trung cát

~ Kiểu bên bờ có công trình dòng chảy cuộn trước ngưỡng.

= Cửa bên bờ có hành lang tháo cát

- Kiéu chính diện lấy nước mat.

Mot số hình ảnh công trình cửa lấy nước của trạm thủy điện ở Việt Nam

= E “J

Hình 1.7: Cửa lấy nước Hủa Na - Qué Phong - Nghệ An

Hình 1.9: Cửa lấy nước Thủy điện A Vương

Hiện nay, có ắt nhiễu phương pháp để xác định ứng suất và biến dạng trong công trình Có thé kể ra một số phương pháp sau:

= Phương pháp gi ich,

= Phương pháp số.

= Ngoài ra còn cổ các phương pháp thực nghiệm cũng giúp ta tìm được ứng suấtvà biển dang.

Mỗi phương pháp đều có tinh wu - nhược điểm Việc áp dụng là dựa vào yêu cầu, tính chất, mức độ của bài toán đặt ra.

2.11 Phương pháp giải tí

Tìm nghiệm giải tích thỏa mãn các phương nh vỉ phân tại mọi điểm trên công tình và thoa mãn các điều kiện biên trên bề mặt (như phương pháp Sức bền vật liệu, phương pháp Lý thuyết din hồi)

2.1.11 Phương pháp Sức bàn vật liệu

Coi công trình như một thanh được ngàm chặt vào nền, chịu uốn và kéo nén đồng thờ giả thiết về sự phân bổ ứng suất pháp a, rên mặt phẳng nằm ngang là đường

thẳng, trị số tại biên được xác định theo công thức nén lệch tâm.điểm:

= _ Là phương pháp tinh toán co bản, giúp ta tinh toán ứng suất biến dang đơn giản, dễ ding

= Tinh được các giá tị øạ, øụ, ty tai các điểm đang xét, từ đó xác định được ứngsuất chính và phương chính tại mọi điểm khác nhau.

“Nhược điểm:

= Kết quả tính toán có sai số khá lớn, không phản ảnh đúng trạng thai ứng suấtnhân là do Khi tính toánbiến dang của công trình tại một số vị tri đặc biệt Nguyê

theo phương pháp Sức bén vật liệu, ta coi công trình như một thanh được ngầm chặt vào nên, chịu tốn và kéo nền đồng thờ; giá thiết vé sự phân bổ ứng suất pháp ơ,

trên mặt phẳng nằm ngang là đường thẳng, tr số tai biện được xác định theo công thức nên lch tâm

~ Khong thể giải quyết được các bài toin phức tạp như cổ biển dạng nén, ứng su tập trung, ứng sut tại lỗ khoết, ứng su lính dị hướng, không xét được trong giai đoạn thi công.

21.1.2 Phương pháp Lj thuyét din hồi

Pháp Lý thuyết đàn hi chính là lời giải trực tiếp từ các phương trình vi phân,các phương trình này vừa thỏa mãn điều kiện liên tục của bidạng vừa thỏađiều kiện biên.

Ui did

= _ Phương pháp này giải quyết được những vin để như ứng suất tp trang, ứng suắt tại lỗ khoét, ứng suất nhiệt mà phương pháp Sức bền vật liệu không giải quyết được

= Tinh toán tương đối đơn giản, áp dụng đễ dàng, độ chính xác cao,“Nhược điểm:

- _ Khó thực hiện được với những tường hợp tải trọng phúc tạp, như áp lực thắm.và day nỗi, áp lực bùn cát, động đất, ảnh hưởng của nền, nền dị hướng.

~_ Kết quả tinh toán chưa sắt với thực Ế âm việc của vật liệ la không đồng chất, dịhướng.

+ Không xét được ảnh hưởng biển dạng của nén, các lớp xen kẹp, đất gây, nền cótính dị hướng, không tinh được trong giai đoạn thi công, ảnh hưởng động đắt

és luận: Tinh ứng suit biển dạng theo phương phip Lý thuyết din hồi cho kết quả chính xác cao hơn so với phương pháp Sức bền vật liệu Cách tính toán đơn

giản kết quả chấp nhận được, Thường được sử dụng trong tinh toán thết kế các

= Cie phương pháp rời rạc kiễu vt If (phương pháp phần từ hữu bạn)

Nếu như trong phương pháp sai phân hữu hạn ta chỉ thay các vĩ phần bằng các sai

phân thi trong phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ta thay thể hệ thực (hệ liên

tue) bằng một mô hình vật lý gần đúng (bằng một số hữu hạn các phần tử) mà lời giải của nó được xác định bằng số hữu hạn số.

2.1.2.1 Phuong pháp sai phan hầu han

Phương pháp sai phân hữu hạn là một phương pháp số cổ điền a đổi et la, nhưng chỉ từ khi mây tinh din từ phát triển thi phương pháp này mới được áp đụngộng ri Phương pháp này cũng là một phương pháp rồi rạc hoá, song khác với phương pháp phần tir hữu hạn, phương pháp nảy là phương pháp rời rae kiểu toán học, nó không thay đổi gì miễn tính toán mà chỉ phủ lên mim nh toán một lưới (có thé là lưới hình vuông, chữ nhật, tam giác, tử giác cong ) và nó thay thé một ham xác định trong một miễn liên tục bằng một him lưới gồm tập hợp rời rạc hữu hạn các điểm, ở đó đạo him này được thay thé bằng các tỷ sai phân, do đó bài oán biên của phương tình vi phân được thay thé bởi một hệ phương trình đại số tuyểntính

điểm: Phương pháp này vẫn thuận lợi đối với một số bài toán như bài toán tính toán thuỷ lực hay khi kết hợp với phương pháp phần tử hau hạn trong việt giải

các bài toán không đừng (bai toán phụ thuộc thời gian).

"Nhược diém:

+ Tinh toán tương đối don giản nhưng không thuận lợi trong vige lập trình do khỉ

giải trên máy tính thi việc đưa số liệu vào khá công kênh (so với phương pháp phầntừ hữu bạn)

= Rất khó khăn khi tính toán những bai toán mà min tính toán không thuần nhấtcó nhiều miễn con với những tinh chất cơ lý khác nhau, nên đến nay nó ít được

dùng hơn so với phương pháp phần tử hữu hạn.

+ Chua phản ánh được sự làm việc của nền và vật lệ u phức tap.

= Không giải được các bai toán có điều kiện biên phức tạp.

thước mat ~ Độ chính xác của phương pháp còn phụ thuộc vio bình dạng và

lưới, mắt lưới cảng day thi độ chính xác cằng cao

- _ Không phân tích được bài toán dị hướng và trong giai đoạn thi công công trình

2.1.2.2 Phương pháp phần hữu hạn

Phuong pháp phin tir hữu hạn cũng thuộc loại bài toán biến phân, song nó khác với phương pháp biến phân cổ điễn ở chỗ nó không tim dạng him xắp xi của các him cần tim trong toàn miễn xác định ma chỉ trong từng miỄn con trong miễn xác định của nó Điều này rắt thuận lợi khi giải bài oán mã mí nhuxác định gitmiỄn con có những đặc tinh khác nhau.

Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp rời rac kiểu vật lý, chia miễn tính toán thành các miền con gọi à phần tử Các phần từ tiên kết với nhau tại các điểm nút Từ các phương trình vi phân chuyển thành phương trình đại số ma dn là chuyển vi nút, Giải hệ phương trình vi phân tính được chuyển vị nút, từ đó tính được các,đại lượng khác Ham ẩn xác định cho miền con nên giải được nhiều loại vật liệukhác nhau.

Ưu điểm:

~ La phương pháp tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số nhiều lớp bài toán kỹ thuật

khác nhau, đặc biệt cổ hiệu quả để tim dạng gần đúng của một hàm chưa biễt trong miền xác định của nó Từ việc phân tích trạng thái ứng suất biến dạng trong các kết cấu công tình thủy lợi, xây dưng din dụng, giao thông cho đến các bài toán của hi dan lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất ling thủy đàn hồi.

điện ừ trường

= Phuong pháp này giải được bai toán có xét đến ảnh hưởng biến dang ban đầu,

tính dị hướng của nền, xét đến nền có lớp xen kẹp, đứt gẫy và giải được bài toán có.

điều kiện biên phức tạp Phân ánh đúng thực tẾ sự làm việc của vật liệu là không

‘ding nhất, không đẳng bướng Phân tích được trang thái ứng suất biển dạng quanhvị tí lỗ khoét, ứng suất tập trung, ứng suất nhiệt mà các phương pháp Sức bẻ)vật liệu, sai phân hữu hạn không giải quyết được Cơ sở của phương pháp này là thay kết cầu môi trường liên tục bing một mô hình bao gồm một số hữu hạn phần

tử iện lẻ liên kết với nhau chi & một số hãu han điểm nút, tại các điểm nt tồn tại các lực hoặc các đại lượng đặc trưng khác thy theo bài toán Các đại lượng tính toán bên trong phin tử được biểu diễn thông qua các trị số tại các điểm nút của phần tử Hiện nay, cùng với sự phát triển khoa học công nghệ, việc giải quyết bài toán có. khối lượng lớn, kết cấu phức tạp được giải quyết và cho kết quá có độ chính xác Nhược iém Khối lượng tính toán lớn, phức tạp không thể thực hiện bằng thủ công, mặt khác phải phân tích kết cầu thực tẾ đưa về nh toán sao cho hợp lý và cho kết quả đúng, sit với thục tẾ nhất

2.2 Lựa chọn phương pháp tính toán trong luận văn

Qua phân tich ưu nhược điểm trên cho thấy PPPTHH là một phương pháp thích hợp để phân tích các bài toán về kết cấu dé áp dụng vào việc tính toán kết cầu cửa ly nước của nhà máy thủy điện

2.3 Trình bày các mô hình nền thường dùng và chọn mô hình tính toán trong luận văn [1]

2.3.1 Khái niệm về mô hình nễm

‘Ta xét một móng đầm như hình 2.1, dưới tác dung của tải trọng ngoài q(x) móng.

dim bị tốn và độ võng của móng w(x) được xác định bằng phương trinh vi phân

trong môn sức bèn vật liệu.

Phương trình chứa hai hàm số chưa biết là w(x) và p(x) Chi riêng một phương trình đó thì bài toán không thể giải được Điều đó có nghĩa là biển dạng của đầm và nội lực của nó không chỉ phụ thuộc vào tải tong ngoài và độ cứng của bản thân dim mà côn phụ thuộc vào biển dang của nbn nữa

Để giải được phương tình trên cin dựa vio điều kiện móng và nén cũng làm vige, chúng luôn tiếp xúc với nhau, nghĩa là độ võng của dim bằng độ lún của nềnw(x)=s(x) Đồng thời người ta phải dung một mô hình cơ học nào đỏ để mô tả tínhbiến dang của nền, trên cơ sở mô hình ấy rút ra mỗi quan hệ giữa phản lực nền p(x) và độ võng của dim w(x) hoặc độ lún của én s(x) Mô hình cơ học như vậy gọi là mô hình nền,

“Trong thực tế tính toán thường hay sử dụng những mô hình nền như sau = Mô hình nền biển dang cục bộ (mô hình nên Winkler)

~_ Mô hình nỀn nữa không gian biến dang tuyén tin

= Mô hình lớp không gian biến dang tổng thé

2.3.2 Mô hình nền biến dạng cục bộ (mô hình nền Winkler)

Co sở của mô hình này dựa trên giả thiết là tại mỗi điểm (ở mặt đáy) của dam tiên nỀn din hồi, áp sất trên mặt nin (có tị số bằng phan lực nỀn pl) tỷ lệ bậc

nhất với độ lún của nền s(x), nghĩa là.

PX) s(x) (22)trong đồ

e là hệsố tỷ lệ còn gọi là hệ số nêm, trị số của nỗ bằng áp suit gây ra độ lún nền 1g đơn vi và có thứ nguyên là p/chiễu đãi

Đối với dầm có chiều rộng b, biểu thức liên hệ sẽ là

p(x) =bes(x) 63)

Đặt be =k tes

pix) = ka(x) 24)

[én đất tuân theo gi thiết Winkler gọi là nền Winkler và phương pháp tính toán dẫm trên nén din hồi Winkler gọi là phương pháp hệ số nền

Mô hình nén Winkler cho ta bình ảnh của nin dit như một day các lò xo có độ cứng c, các lò xo này độc lập với nhau (hình 2.2a và hình 23:) Thiếu sót chủ yếu của mô hình nền Winkler là ở chỗ không phản ánh được tính phân phối của đất Vi đất có tính dính và ma sắt trong nên khi chịu tải tong cục bộ nó có khả năng lôi

(huy động) cả vùng đắt xung quanh (ngoài phạm vi đặt tải) vào cùng kim việc với

phần dit ngay dưới tải trọng Đặc tinh Ấy của đất được gọi li đặc tính phân phối (hình 2.2b và 2.3b) Mô hình nền Winkler vi vậy còn được gọi là mô hình nền biến

Do không ké đến tính phân phối của đất nên có sự sai lệch như sau

~_ Khi nền đồng nhất, tdi trọng phân bổ đều liên tục trên dim (mềm tuyệt đồi) thì

theo mô hình nén Winkler dim sẽ Kin đều và không bị nốn (hình 2a), Nhưng thực Ế quan sắt thấy trong trường hợp này dim vẫn bị võng ở giữa (hình 2.4) Sở dĩ nhự vậy bởi vĩ vùng đt giữa phải âm việc nhiều hơn đọ ảnh hướng cửa vũng đắt xung quanh nên lún nhiễu hơn hai đả

~ _ Khí móng tuyệt đối cứng, ải trong đặt đối xứng, móng sẽ lún đu, theo mô hìnhnên Winkler ứng xuất tiếp xúc sẽ phản bổ đều Nhưng những kết quà đo đạc thí

nghiệm trong các trường hợp như vậy ứng suất tp xúc vẫn phân bổ không đều mà

phân bổ theo một đường cong lõm hoặc lồi ủy theo khoảng tác dụng của tải trong

= Một trường hợp nữa là khi dim tách ra khỏi nền (hình 2.6) nêu theo mô hình nền Winkler ứng suất tếp xúc phải có tị số âm (nghi là ứng suất kéo) Nhưng thực tẾ giữa dim và nỀn không thé có ứng suất kéo được.

Hình 2.6

= Một thiểu sốt khác của mô hình Winkler là hệ số nền e là một thông số có tình quy ước, không có ý nghĩa vật lý rõ ràng Ngay đối với một loại đắt, hi

cũng không phải là một hằng số, nỗ biến đổi phụ thuộc vào kích thước day móng,phụ thuộc khoảng ải trọng tác dụng,

Tuy vậy, mồ hình Winkler vẫn được sử dụng nhiều trong thực tế do sự đơn giản trong tính toán và nó cho kết qua ít sai khác với hựctế

2.3.3 Mô hình nên nữa không gian biển đụng tuyén tinh:

Từ những năm 30 mô hình này được nêu ra và phát tiễn để tinh ton nền móng công trình Ở đây, nền đất được xem như một nửa không gian bién dạng tuyển tính với những đặc trưng là mô đuyn biển dạng E, và hệ số nở hồng 1,

Dia ào kết qua lý huyết din hồi ta ó phương tình liên hệ giỏ ti trọng (đặt

trên mặt nên) và độ lún của nền như sau.

+ Trường hợp bài toán không gian (hình 2.7) : theo lời giải của Butxinesk, ta có.

+ Throng hợp bai toán phẳng (hình 2.8) : theo lời giái của Flamant, ta có độ lúncủa điểm A so với điểm B là

Edd2.6)trong đó

A,B chai điểm đang xét

P : tải trong tác dung theo dường thing

d: khoảng cách từ điểm xét đến điểm lực tác đụng.S: độ lún của nền

6 đây dang lin của mặt nén li một đường cong hàm số Logari.

Hình 2.8

Mô hình nền nửa không gian biến dạng tuyển tính đã xét đến tính phân phối của đất (biến dạng của nén đất xảy ra cả ngoài điểm dat ti) vi vậy mô bình này còn gọi

là mô hình nền biến dạng tông quát.

Thiểu sốt chủ yếu của mô hình này là inh git quả cao tính phân phối của đắt và Khi tinh toán đã coi chiều sâu vùng nén tới võ hạn, cho nên dẫn đến biến dạng của mặt nền ra xa vô hạn Điều d6 là không phủ hợp Thực tế chiều sâu ving chịu nén chỉ giới hạn ở một độ sâu nhất định (H1) và độ lún mặt nên sẽ tắt ở tại một điểm cách vị tri đặt tai chi một khoáng nhất định Thí dụ trong thí nghiệm ban nén độ lún.

mặt đắt ngoài phạm vi đặt tải tắt rất nhanh (hình 2.9) (thông thường chỉ vào Khoảng

(0.3-0.5) đường kính tắm nén tùy theo đất và trang thái của đất Chính thi

dẫn đến hậu quả là tỉ số nội lực trong kết cầu móng tính theo mô hình nửa không sót đó

sian biển dạng tuyến tinh rit lớn, kích thước mặt bằng móng cảng lớn thì độ sai lệch.

cảng nhiều

1- Môhình Winkler

3- Mô hình biến dang tổng quất

3- Tài ligu thí nghiệm thực tế đo được.

„ tên cơ sở mô hình nền nữa không gian biến dang tuyển tinh nhiều

-Pôxađôv, B.M.Giêmôskin ) đã nêu

nhà khoa học trên thé giới (M.I.Gorbuni

được những phương pháp giải quyết cho nhiều trường hợp tải trọng tác dụng khác nhau và lập nên các bảng biểu sử dung rt thuận tiện Chính vỉ thể mà mô hình này được sử dụng nhiều và càng được phát triển, nó phủ hợp khi đắt nền có tính nén ít và trung bình và chiễu diy của lớp đất chịu nền khả lớn

2.34 Mô hình lớp không gian biến dang tang thé

Mô hình này à bước phát tiễn của mô hình nền nữa không gian biến dạng tổng quát, nó vẫn giữ nguyên tính chất của mô hình nén nữa không gian biến dang tổng

quát nhưng đã xét đến chiều day lớp đất chịu nén (H,) Trường hợp lớp đất nềnHH, thi lấy H, dé tính toán, trường hợp H<H, thi lấy H để thtoán Kết quả phân Je ninth theo mô hình này sát với thực tế hơn.

“Nhược diém của mô hình là tinh toán coi vùng chịu nên, là hằng số nhưng thực ra H, thay đổi tủy theo điểm tính lún và việc tính toán khá phức tap trongnhiều trường hợp còn chưa giải quyết được,

Ngoài máy mô hình kể trên, còn nhiều mồ hình đất khác nữa như mô bình nỀn màng, mô hình nén tắm, mô bình nền nửa không gian biển dạng tổng quát có xét đến mô duyn biển dang E, thay đổi theo chiều sâu.

CHUONG 3: TÍNH TOÁN CỬA NHAN NƯỚC CÙNG LAM VIỆC VỚI NEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHAN TỬ HỮU HAN

L3 - Thiết lập phương trình cơ bản cia bài toán dựa trên thuật toắn của

phương pháp phần tử hữu hạn [6].

3.1.1 Nội dung của phương pháp phần tử hữu han

Chia miền tính toán thành nhiều các miễn nhỏ gọi là phần tử Các phần từ nay được nỗi với nhau bởi một số hữu hạn các điểm nút Các nút này có thể là đình các phần tứ, cũng có thé là một số điểm được quy ude trên cạnh của phần tứ Tay thuộc bài toán cần giải có thể sử dụng các loại phần tử dạng thanh, dạng phẳng hoặc phần.

Hình 3.1

Trong phạm vỉ của mỗi phần tử giá thiết một dạng phân bổ xác định nào đó cóhàm edn tìm Đổi với bài toán kết cầu thì hàm xắp xi có thé là hàm chuyển vị hoặc

hàm ứng suất hoặc cả hàm chuyển vị và ứng suất

Thường giả thiết hàm xắp xi là những đa thức nguyên mà hệ số của nó được gọi

là các thông số Trong phương pháp phần tử hữu hạn, các thông số này được biểu

diễn qua các trị số của hàm và có thé là tr số của đạo hàm của nó tại các điểm nút

của phần tử Dang đa thức nguyên của hàm xắp xí phải được chọn đảm báo để bài toán hội tụ Nghĩn là khi tăng số phần từ lên khá lớn thì kết quả tính toán sẽ tiệm

cận kết quả chính xác.

Ngoài m him xắp xi côn phải chon sao cho đảm bảo một số yêu cầu nhất định,

trước tiên là phải thỏa mãn các phương trình của lý thuyết đàn hồi (bài toán kết cấu)

hoặc định luật Darey (bài toán thắm) Tuy vậy dé thỏa man chặt chẽ tắt cá các yêu.

cầu sẽ gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn mô hình và lập thuật toán giải Do

đồ trong thực thé người ta phải giim bớt một số yêu cầu nào đồ nhưng vẫn dim bảo nghiệm đạt độ chính xác yêu cầu.

3.1.2 Phương pháp tinh

"rong phạm vi của mỗi phần tử, giả thiết một dang phân bố xác định nào đó Chọn an số là chuyển vị nút, giá thiết hàm chuyển vị bằng đa thức nguyên với bài toán phẳng:

trong đó

[7]: Ma trận hàm tọa độ của phần tử.

far}: Véc tơ các thông số của phan tử.fu}: Véc tơ chuyển vị,

Áp dung công thức trên cho các điểm nút ta được về tri là vé tơ chuyỂn vị một

phần tử {};

B]-[aleì @2)

[4] là ma trận chứa các ma trận [0 ] đã thay (x.y) lần lượt bằng tọa độ cụ thể của các điểm nút

Từ (2-1) và (2-2) ta được chuyển vị {u} tại một điểm bit kỳ M trong phần tir

biểu diễn qua chuyển vị nút {5} của phan tử đang xét;

#I=[w]jA]'BÌ= [x]ð] 3)

ÍV]=[Wl[AƑ" soi là him dang, chứa các toa độ (x,y) eau các nút phần tử và các

biển (x,y) là tọa độ điểm bat kỳ M đang xét tel=lelu

Ta có {o}=[D}e} với [D] là ma trận sau: