Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của đập bê tông trọng lực dưới tác dụng của tải trọng động đất theo mô hình bài toán không gian

LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ của phòng Dao tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trìnhtrường Dai học thuỷ lợi, Tổng Công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam CTCP, cùng các thầy cô giáo, bạ

LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ của phòng Dao tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình

trường Dai học thuỷ lợi, Tổng Công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam CTCP, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của đập bê tông trọng lực dưới tác dụng của tải trọng động đất theo mô hình bài toán

-không gian” 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 sử dụng tài liệu đã công bố cũng như sự giúp

đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của lãnh đạo Tổng Công ty tư vấn xây dựng thủy lợi

Việt Nam - CTCP cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu vừa qua.

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Vũ Thành Hải người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện

luận văn này.

Với thời gian va trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các 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 03 năm 2011

Tác giả luận văn

VŨ THỊ THƯƠNG

MỤC LỤC

MO DAU

'CHƯƠNG 1 - TONG QUAN VE DAP BE TONG TRỌNG LỰC

ĐỘNG DAT

1.1 TONG QUAN VE DAP BE TONG TRỌNG LỰC

1.1.1 Tinh hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thé giới

1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam

chung khi thiết kế đập BTTL và BCT1.1.4 Bé trí đập bé tông trọng lực trong cụm công trình đầu mối

1.1.5 Các phương pháp tính toán thiết kế

1.1.5.1 Cỡ sở thiết ké mặt cắt,

ILS.

1.1.5.3 Các tổ hợp tải trong tính toán.

1.2, TONG QUAN VE DAP DAT

1.2.1 Giới thiệu chung về động dat

Tính toán độ bền và ẩn định đập bê tông trọng lực.

1.2.2 Anh hưởng của động đắt đến sự làm việc của đập

1.2.3 Động dat ở Việt Nam

1.2.4 Lý luận chung về các phương pháp tính toán động dat

1.25 Lựa chọn phương pháp tink toán tai trong động đắt.

1.3 KET LUẬN CHƯƠNG 1

20

20 27 28

31 35

35

'CHƯƠNG 2 - CO SỞ LY THUYET VA PHƯƠNG PHAP PHAN TÍCH

UNG SUAT - BIEN DẠNG

.C: c trường hợp tinh toán.

' Các phương pháp tính

2.3 Nhận xét các phương pháp tính toán ứng suất biến dạng

2.3.1 Tinh theo sức bên vật liệu

2.3.2 Tĩnh theo lý thuyết dan hồi

L.š Tinh theo các phương pháp khác

2.34 Tính theo phương pháp phần tử hiữu han

36

36 37 37 37

38

39

40

2.5 Phương pháp phần tử hữu hạn 41

2.5.1 Cơ sở của phương pháp 4 3.8.2 Nội dung của phương pháp 473.5.3 Tính toán kết chu với mô hình tương thích : 49)CHƯƠNG 4 -PHAN TÍCH TRẠNG THÁI UNG SUAT BIEN DẠNG DAP.TRONG LỰC DONG MIT THEO BÀI TOÁN PHANG VA BÀI TOÁN

KHONG GIAN BANG PHAN MEM SAP2000 54

3.1 Tổng quan về hồ chứa nước Đồng Mít : : coo 4

3,11 Vị Trí địa lý %4

3.1.2 Nhiệm vụ của dự ám 5

3.13 Các thông số chink 55

3.14 Các chỉ tiêu tính toán của đập và nằm ¬

BLS Trường hợp tink toán sr

3.2 Tính toán kết cầu đập theo mô hình phẳng 58

3.2.1 Mặt eit tink toán 58

3.2.2 Các lực tác dụng lên mặt cắt đập : : soo SB

43.2.3 Lựa chon phần mầm tính toán 65

3.24 Mô hình hóa đập 653.2.5 Kết quả tính toắn — -

3.3 Tính toán ứng suất biến dạng của ia đập chịu tác dụng của tải trọng

động đất theo mô hình bài toán phẳng 7

3.3.1 Phương pháp tính toán ứng suất bién dạng của đập chịu tai trong

động đắPt : : : : : M.3.3.2 Két quả tính toán 72

3.4 Tĩnh toán kết cấu đập theo mô hình không gian 14

3.4.1 Mô hình tinh toán 1

3.4.2 Két quả tính toán : : : :

¬.-KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ siTÀI LIEU THAM KHAO 3ã

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của dé tài

'Nước là nguồn tải nguyên thiên nhiên vô cing quý giá Ngây nay với việc

nguồn nước ngọt ngày càng cạn kiệt do khai thác nguồn nước, do biến đổi khí

hậu, ô nhiễm môi trường nước Phân bố nguồn nước thì không đồng đều theoKhông gian và thời gian Đề điều chỉnh nguồn nước phù hợp với yêu cầu ding

nước, một trong những biện pháp phô biến và hiệu quả nhất là điều tiết nguồn

nước bằng hỗ chứa

Công trình Hỗ chứa nước được xây dựng ngày cảng nhiễu, càng có quy mô.

lớn, một trong những kết cấu xây dựng để tạo

về thể loại của đập ICOLD - 1986 cho thấy đập đất chiếm 78%, đập đá đỗ chiếm

-hứa là đập Theo các thống kê

5%, đập bê tông trọng lực chiếm 12%, đập vòm chiếm 4% Trong số các đập có

chiều cao lớn hơn 100m tl tỉnh hình lại khác: đập đất chỉ chiếm 30%, đập bê

tông chiếm 38%, đập vòm chiếm 21,5% Điều đó cho thấy, đập bê tông trọng lực chiếm ưu thể và sử dụng rộng ri khi kích thước của đập lớn.

Khi thiết kế đập bê tông trong lực, ngoài tính toán én định trượt lật thì cầntinh ứng suất và biến dạng để kiểm tra độ bền của đập, tính toán cốt thép cũng

như phân vùng vật liệu trong đập một cách hợp lí, tránh lãng phí vật liệu và giảm giá thành xây dựng Trước đây, phương pháp tính toán cho đập trọng lực thường

đưa về bài toán phẳng đễ tinh nên chưa phản ánh đúng trang thái chịu lực của công

trình khi làm việc Trong đề tài này, tác giả sẽ tính theo bải toán không gian tức là

đập và nền cùng làm việc đồng thời, do đó nó phản ánh được đầy đủ hơn, chính xác

hơn trạng thai làm việc của công trình trong thực tế

"Động đất de dọa rất lớn đến van đề an toàn của đập bê tông trọng lực Vi vậyvige đưa lực động đắt vào để tính toán ứng suất và biến dạng đập là thực sự cầnthiết bởi nó giúp cho người tính dự đoán sự thay đối của ứng suất biễn dạng đập khi

có động đắt từ đỏ đưa ra giải pháp hạn chế ảnh hưởng của lực động đắt đến vấn đề

an toàn đập.

„ để tài này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao trong bỗi cảnh xây

dựng đập và hỗ chứa của Việt nam hiện nay

II, Mục đích của

Nghiên cứu trạng thái ứng suất và biến dạng của đập bé tông trong lực

dưới tác đông của động đất theo mô hình bai toán không gian Ap dụng tỉnh toán

ih eụ thể, cho công

fi Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin và tổng hợp các tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và

ngoài nước có liên quan đến đề tài này,

(ghiên cứu cơ sở lý thuyết, lựa chọn phương pháp tính toán, mô hình tính

toán va phần mềm hợp lý dé tinh toán phân tích ứng suất, biển dạng

~ Phân tích và đánh giá kết quả

IV Kết qua dự kiến đạt được:

Tinh toán ứng suất, biến dạng của đập bê tông trọng lực va nén làm việc

dưới tác dụng của các tải trọng: áp lực nước, áp lực thắm, áp lực day nỗi, áp lực bùn cát, trong lượng bản thân, tải trong động dit theo bai toán phẳng và bài toán

không gian, Từ đồ so sinh kết quả tính toán ứng suất b dạng của đập bê tông

trọng lực theo 2 mô hình và rút ra kết luận của việc có cần thiết hay không việc

tính toán ứng suất va biến dang của đặp heo bài oán không gian

Phan tích sự thay đổi ứng suất biển dạng của đập

mô đuyn biến dang của nén thay đối.

CHƯƠNG 1 - TONG QUAN VE DAP BÊ TONG TRONG LỰC VÀ

ĐỘNG ĐÁT1.1 TONG QUAN VE DAP BÊ TONG TRỌNG LỰC

1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thé giới

Đập bê tông trong lực là đập có khối lượng bê tông lớn Đập duy tri ônđịnh nhờ trọng lượng của khối bê tông đập

U nhược diém của đập bê tông trong lực:

Ui điểm:

- Kha năng chống thắm và tinh bén vững tốt, độ an toàn va tin cậy cao khi phân tích tính toán kết cầu.

= Khi vit ligu địa phương không đảm bảo các yêu cầu về vat eu đắp đập.

= Tốc độ thi công nhanh, khi thi công xong biến dạng không đáng kẻ, côngviệc duy tu, bảo dưỡng và quản lý đễ dàng,

= Có thé xả lũ qua đập với một mức độ nhất định.

Nhược điềm:

= _ Đôi hỏi, yêu cầu về nền móng cao hon đập vật liệu địa phương

= Chiu chuyển vị nền kém,

ấn để khổng ch nhiệt trong thi công gặp nhiều khó khăn

= Sử dụng nhiều thiết bị cơ giới hiện đại, giá thành cao hơn đập vật liệu địa

phương.

Nguồn nước trong lục địa đóng vai trd rit quan trọng đối với cuộc sống vahoạt động của con người Lượng dong chảy bình quân hàng năm trên trái đất

khoảng 40.000 km’, trong đó châu A chiếm khoảng 13% Lượng nước tuy dồi dào

song lại phân bổ không đều theo thời gian và không gian Vì vậy, để khai thác có

hiệu qua nguồn nước trên, các công trình thủy lợi bắt đầu được xây dựng

Cách đây khoảng 4000 năm ở Ai Cập, Trung Quốc đã bắt đầu xuất hiện

những công trình thủy lợi (đập kênh mương và các công trình đơn giản khác ).

Đập đầu tiên được xây dựng ở trên sông Nile cao 15m, đài 450m có cối là đá đổ

và đất sét

‘Theo thống kê của Hội đập cao thé giới (ICOLD) tính d

có khoảng 45.000 đập lớn Theo cách phân loại của [COLD thì đập

có chiều cao H=10+ 15m và có chiều dai L>500m, Qui 022.000 m/s; hồ có dung

năm 2000 trên.

toàn thé

tích W>1.000.000mẺ nước được xếp vào loại đập cao Số lượng hơn 45.000 đậpphân bé không đều trên các châu lục

Nước có nhiều đập nhất trên thé giới là Trung Quốc với khoảng 22,000 đập

chiếm 48% số đập trên thé giới Đứng thứ hai là Mỹ với 6.575 đập, thứ ba là An

Độ với 4.291 đập Tiếp đến là Nhật Bản có 2.675, Tây Ban Nha có 1.196 đập.Vigt Nam có 460 đập đứng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập lớn

Tốc độ xây dựng đập cao trên thé giới cũng không đều, thống kế xây dựng

đập từ năm 1900 đến năm 2000 thấy rằng thời kỳ xây dựng nhiều nhất là vào

những năm 1950, đỉnh cao là năm 1970.

‘Theo thống kê đập 6 44 nước của ICOLD - 1997, số đập cao 15 30m chiếm

khoảng 56,2%, cao từ 30 150m chiếm khoảng 23,8% và trên 150m chỉ chiếm có

Thập kỷ 30+40 của thé ky 20 tỷ số giữa đáy đập B và ch

bằng khoảng 0,9 Thập ky 50+60 tỷ số B/H~0,8 Thập kỷ 70 B/

kỷ 30 70 thể tích đập giảm được (20 + 30)%.

cao đập HH L7 Từ thập

Đã xuất hiện những đập rất cao như đập đá đổ Rogun ở Tadikistan cao

335m, đập bê tông trong lực Gradi Dixen ở Thụy Điển cao 285m, đập vom trọng lực sanoShushensk ở Nga cao 245m.

Phan loại đập tràn:

+ Dap trọng lực không tran

Đập có chức năng chắn nước, không cho nước tràn qua.

+ Đập trọng lực trân mước

Dip có chức năng vừa chấn đảng nước, vừa cho nước trên qua

Hình 1.2: Các hình thức dap trọng lực tràn nước.

a.Tràn mặt; b Xa sâu; ¢ Kết hop trần mặt và xả sâu

Bang 1-1: Bảng thẳng kẻ sổ lượng đập cao đã được xây dựng trên Thẻ gi

STT Nước jSốlượngđập |STT| Nước Số lượng đập|

1 | Trung Quéc | 22000 |16| ViệtNam 460

2Ì Mỹ ests [i7| NaUy | 335

14] Anh SI7 29 | BDioNha | 103

15 | Australia 486 — |30 |Lign Bang Nea 96

* Số liệ lấy từ báo (Đập và an toàn đập) của tác giả Nguyễn Tién Đạt

inh hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam

thé ki 20, ở nước ta đã xuất hiện mội

Thời ki trước những năm 30 c

đập bê tông trọng lực nhưng mới chỉ là những đập thấp có chiều cao khoảng 5 đến

10 m, chưa có những đập lớn Cúc đập có kết cấu đơn giản thi công nhanh bằng

phương pháp thủ công, kỳ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam, tỉnhPhú Yên do đặc điểm thủy văn của sông Đà Ring Phan lớn công việc từ thiết kế,

chỉ đạo thi công là do kỹ sư Pháp thực hiện Xi măng nhập từ châu Âu, cắp phối

bê tông chủ yếu dựa vào các kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những

giải pháp va công nghệ phủ hợp với Việt Nam.

Giai đoạn từ 1930 đến 1945 người Pháp tiếp tục xây dựng ở nước ta một số

đập bê tông trong lực như đập dâng Đô Lương, tinh Nghệ An làm nhiệm vụ cấpnước tưới, đập Bay ở Hà Tây có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như

đập dâng An Trach ở Quảng Nam, đập ding Cam Ly ở Quảng Bình.

Bang 1-2: Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1943

TT Tên Địa điểm xây dựng Năm xây dựng

1 |CầuSen | SôngThương-Bắc 1902

Liên Son Sông Phó Day 1914-1917

3 | BấiThượng Song Chu~— Thanh Hóa 1920

4 | Thác Đuống | Sông Cầu- Thái Nguyên 1922-1929

5 |ĐồngCam Sông Ba Ring ~ Phi Yen 1925-1929

6 |ĐôLương Song Ci-Nghé An 1934-1937

7 | DipDiy Song Day — Ha Tay 1934-1937

Giai đoạn từ 1945 đến 1975, đất nước có chiến tranh nên việc tập trung đầu

tư xây dựng các công trình thủy lợi lớn bị hạn chế Trong thời kì này chưa có đập

bê tổng trong lực cao nhưng cũng đã xây dụng một số đập tràn thấp như đập trin

thủy điện Thác Bà, đập tran thủy điện Cắm Son, Đa Nhim Kĩ thuật và công,nghệ xây dựng ở phía Bắc chủ yếu của Liên Xô (cil) và của Trung Quốc, ở phíanam là công nghệ của Nhật

Từ năm 1975 đến nay, nước ta bước vào sự nghiệp công nghiệp hóa hiện

đại hóa nên các công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng khấp cả nước, và đập bê tông cũng trở nên khá phổ biển với quy mô va hình thức ngày cảng phong,

phú Đầu mỗi các công trình thủy lợi, thủy điện như Pleilkrông, Sẽ San 3 và Sẽ

San 4, Bản Vẽ, Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông và đập tràn ở các công.

trình đầu mỗi thủy điện Hòa Bình, Tuyên Quang là những đập bê tông vớikhối lượng hàng triệu m’ bê tông, chiều cao đập tir 70 đến 138 m Việt Nam đã

và đang sử dụng thảnh công kĩ thuật va công nghệ hiện đại để xây dựng các đập

bê tông trọng lực có quy mô cả về chiều cao và khí lượng bê tông ngày một lớn hơn.

Một trong những ki thuật và công nghệ mới xây dung đập Việt Nam đang

áp dụng thành công hiện nay là đập bê tông dim lan

Sw phát tin củu bê tông dim lăn tai Việt Nam

Việt Nam đến với công nghệ BTĐL tương đối muộn so với một số nước trên thégiới, nhưng trước sự phát triển nhanh chống của nó và đặc biệt tại nước láng

giềng Trung Quốc, nước có đặc điểm tự nhiên gan tương tự như Việt Nam, nên

có rit nhiều dự án thủy lợi, thủy điện lớn đã và đang chuẩn bị được thi công với

công nghệ này Từ nay đến năm 2013 nước ta có số đập BTĐL lên tới 27 đập Việt Nam trở thành nước được xếp hang thứ bay vé tốc độ phát triển đập BTBL.

Địa danh, quy mô các đập đã đang và sẽ xây dựng ở nước ta được thống kê trong

bảng:

l2Bang 1-3: Danh sách các đập BTTL ở Việt Nam đến năm 2013

STT | TênCôngtrình | Chiều (ĐịađiểmXD Năm dự Ghichú

cao kiến hoàn

(m) thành

1 |PliKrong 3L [Kem (2007 | Dang xD

2 | Định Bình st [BmhĐph |2007 | Dang xD

3 | A Vương 70 | Quing Nam | 2008 Dang XD

4 | SêSand $0 |GiaLai 2008 Đăng XD

5 | Bie Ha 100 | Lao Cai 2008

6 | Bình Điền 7S |Thừa Thiên 2008

Huế

7 | COB 70 |Thừa Thiên | 2008

Huế

& | Đồng Nai3 110 | Đắc Nông 2008 Dang XD

9 | Dong Nai + 129 | Dic Nong | 2008 | Dang XD

10 | Dak Rinh 100 |QuảngNgài 2008

11 | Thượng Kon Tum Kon Tum 2009| Chuan bi

12 | Nước Trong TÔ |QuảngNgài ¡2010 | Chun bj

13 |Sơnla 138 | Son La 2010 Dang XD

14 | Bản Chat T0 |Lai Châu 2010 | Bang XD

15 | Ban ve 138 |NghệAn 2010 | Bang XD

STT | Tên Công trình | Chiều | Djadiém XD | Nămdự | Ghỉchú

cao kiến hoàn

(m) thành

16 | Hua Na Nghệ An 2010 | Chuan bi

17 | Song Bung 2 95 |QuingNgsi | 2010 | Chin bj 1$ | Song Tranh2 100 |QuảngNgấi | 2010 | Dang XD

19 | Song Con 2 50 |QuảngNam | 2010 Chuẩnbị

20 | Bản Uôn 85 [Thanh Hon | 2011 jChuẩnh|

21 | Huội Quảng Sơn La 2012 | Chuan bi

22 | Lai Châu Lai Chiu 2012 | Chuin bj

23 | Nam Chiến 130 | Son La 2013 | Chun bj

24 | TaPao Bình Thuận =| Chuan bj

Đập bê tông trọng lực đã và dang xây dựng ở Việt Nam ngày càng nhiều với quy

md ngày càng lớn Đập bê tông cũng như các công trình thủy lợi khác dang góp

phần quan trọng trong công cuộc ị thủy và xây dựng đất nước

Tình 1.3: Cắt ngang đoạn đập không tràn (Đập Sơn La)1.1.3 Các vấn để chung khi thiết kế đập BTTL và BTCT

1.1.3.1 Yêu cầu chung đối với nền và cách chọn kiểu đập

Cấu tạo địa chất thung lũng sông ảnh hưởng đến ổn định và thấm của đập

Vi vậy, khi bố tri tuyến phải chú ý đến đặc trưng về cấu tạo dia ting, chiều dày

tụ trên mặt và tính đồng nhất của thành phần nham thạch góYêu cầu về nền móng khỉ thiết kế đập trên nên dé:

~_ Nham thạch nền đủ cường độ

- _ Nến không có khe nứt, không có vết nút phân lớp, không có vùng bị phong

hoá sâu, bị phá hoại hoặc mềm yếu

~_ Khi nền có nhiều lớp không có lớp nham thạch yếu

= Nham thạch không có tinh hoà tan khi gặp nước.

Yêu cầu về nên móng khi thiết ké đập trên nền không phải là đủ

nên đủ khả năng chịu lực

~_ Chất đất tương đối đồng nhất, không có lớp dat pha dé bị xói mon

= Không có lớp đắt mềm yếu dễ hình thành mặt trượt.

~ iit it bi nén và nén tương đối đều.

= Đắt không bị hoà tan, không thay đổi độ chặt, không bị trương nở khi gặp,

Các điều kiện khi chọn kiểu đập

= Địa chấtnền

= Chiều cao cột nước

= Phuong pháp tháo lũ

- _ Vận hành khai thác

Khi thiết ké đập bê tông trong lực, phải tuân theo các yêu câu vẻ

và kinh tỂ như sau:

-_ˆ Đập phải thỏa mãn các nhiệm vụ thiết kế đặt ra (dâng nước, tràn nước, lợi dung tổng hợp).

- _ Đập phải đảm bảo trong mọi điều ki thi công, quản lý khai thác và sửa chữa

= Dap phải có độ bén, chống các tác động phá hoại của ngoại lực, tải trong,

nhiệt, biến hình nền và ảnh hưởng của môi trường, đảm bảo tuổi thọ theo

quy định

= _ Bố tri mặt bằng và kết cầu đập phải thỏa mãn các điều kiện thi công, quản

ý, vận hành, sửa chữa, đảm bảo mỹ quan

~ Đập phải có tinh hiện đại, áp dụng các công nghệ thiết kế, thi công và quản

lý tiên tiến phủ hợp với điều kiện tại chỗ và xu hướng phát triển của địa

phương.

- ˆ Giá thành đập phải hợp lý, phủ hợp với nhiệm vụ của nó và với các điều

n tại nơi xây dựng.

1.14 Bố trí đập bê tông trọng lực trong cụm công trình đầu mối

Trong cum công trình đầu mối thường có đập dâng, đập trần và các công

trình khác để thỏa man điều kiện khai thác công trình và bio vệ môi trường (cổnglấy nước, nhà máy thủy điện, âu thuyển, công tinh phục vụ đu lịch )

'Với đập bê tông trên nền đá thường kết hợp đập dâng và đập trin trên cùngmột tuyến Đập tràn thường bố trí ở đoạn lòng sông dé tránh làm biến đổi quá

nhiều đến điều kiện nỗi tiếp dòng cháy 6 hạ lưu so với khi chưa có đập, còn phần

‘ap không tràn thường bồ trí ở bai đầu tuyến, nơi tiếp giáp với bờ

Hình 1.4: Bồ tri mặt bằng đập bê tông trên nên đá

1 Đập khong tran; 2 Tran mặt; 3 Xé đây:

Điều kiện địa chất đóng vai trò quan trọng trong bố trí mặt bằng Nóichung khi bố trí đập trong cụm công trình đầu mối cần thỏa man các điều kiện sau.đây:

- Chọn tuyển đập có địa chất nền và hai vai

mềm yếu cục bộ, phải xử lý phức tạp

~ Khi các tuyến có điều kiện địa chất như nhau, nên chọn tuyến đập thẳng,

nơi lòng sông thu hẹp để giảm khối lượng công trình Trong trường hợp cần mở

tránh các vị trí nứt gây và

rộng diện tràn nước thì mới làm tuyến đập cong lồi lên thượng lưu, cũng có thểchọn tuyến đập gãy khúc khi phải né tránh các vùng có địa chất yêu cục bộ

§ trí đập tràn phải phủ hợp với điều kiện tháo lưu lượng thi công và

phương pháp thi công.

~ Khi trên cùng một tuyến có bố trí nhiều hạng mục khác nhau (đập tràn,

nhà máy thủy điện, âu thuyền.) cần phi phân tích để chọn vị trí đặt thích hop

cho từng hang mục để giảm nhỏ ảnh hưởng của việc tháo lũ qua tràn đến sự làm

việc bình thường của các công trình khác.

~ Khi tháo lũ thiết kí i huy động đến khả năng tháo một phần lưu lượng

1a qua các công trình khác trong cụm đầu mỗi như nhà máy thủy điện, âu thuyền,

đường thả bè Ngoài ra cũng cần xem xét khả năng cho tran nước trên đỉnh nhà máy thủy di

- Khi bd nit bằng đập, cần nghiên cứu tổng thé bài toán nổi tiếp dòng

chảy ra hạ lưu trong điều kiện khai thác bình thường và khi thảo lũ, để đảm bảo

điều kiện không xói lở bờ và đáy lòng dẫn ở hạ lưu

1.1.5 Các phương pháp tính toán thiết kế

1.1.5.1 Cơ sở thiết kế mặt cắt

Mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực có đạng tam giác, tải trọng tính

toán bao gồm trong lượng bản thân, áp lực nước, áp lực thấm Trong công tácthiết kế, tính toán để lựa chọn đưa ra mặt cắt thoả mãn được ba điều kiện sau đây:

Điều kiện ổn định: Đập không bị mắt an toàn về ổn định chống trượt, hệ số

an toàn chống trượt tinh với mặt trượt tiếp xúc giữa đập và nền mặt cắt không nhỏ

hơn trị số cho phép.

Điều kiện ứng suất: Khong chế không dé xuất hiện ứng suất kéo ở mép

thượng lưu hoặc có xuất hiện ứng suất kéo nhưng phải nhỏ hơn trị số cho phép,

ứng suất nền ở mép hạ lưu không được vượt quả trị số ứng suất nén cho phép

Khi hỗ không có nước không sinh ứng suất kéo ở mép biên hạ lưu, ứng

suất nén ở mép biên thượng lưu không vượt quá trị số ứng suất nén cho phép

Điều kiện kinh tế: Diện tích mặt cắt là nhỏ nhất đảm bảo khối lượng

công trình nhỏ nhất

1.1.5.2 Tính toán độ bén và ôn định đập bê tong trong lực

a Tinh toán ôn định, độ bên của đập và nên đập theo trạng thái giới hạn

Vige tinh toán én định được tiến hành tinh theo trạng thái giới hạn thứ nhất

theo công thức:

Trong đó: N va R tương ứng là các trị số tinh toán của các động lực tổng

quit và khả năng chịu tải tổng quát của công trình (có thể là mômen, lực hoặc ứng,

suat),

b Tinh toán độ „ ổn định của đập và nén đập theo hệ số an toàn

~ Hệ số an toàn trượt của đập

~ Các đập được xây dựng trên nền đá: Đập trượt theo hình thức trượt phẳng,

hoi

in toàn có thé tinh theo nhóm cá lực ma c lực ng thức chỉ x

cắt trên mặt phá hoại Tién bộ trong tính toán đập hiện nay có nhém các công

thức xét đến hỗn hợp giữa phá hoại cục bộ dẫn đến phá hoại tổng thé

1c đập xây dựng trên nền đất có thể xảy ra ba dạng trượt: Trượt phẳng,

trượt si „ và trượt hỗn hợp Hiện nay các hệ số én định trượt được tinh theo quyphạm nền các công tình thủy công

- HỆ số an toàn chống lật

Đập bê tổng trong lực khi có độ lệch tâm lớn có khả năng lặt quanh điểmthấp nhất ở bản đáy của đập Hệ số an toàn chồng lật tinh theo công thức:

k= a d2)

~ Hệ số an toàn về cường đội

Hg số an toàn về cường độ của đập được tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất (3)

1.1.5.3 Các tỔ hợp tải trọng tính toán

«a, Các lực tác dụng lên đập bê tông trong lực

- Trọng lượng đập và các thiết bị đặt trên đó

~ Áp lực thủy động, thủy tĩnh phía thượng lưu (Tì, P,), hạ lưu (Tạ, P;)

trong đó:

~ T: Thành phn nằm ngang, P: Thành phin thẳng đứng.

~ Tác dung của nhiệt độ trong thời ky thi công.

- Ảnh hướng của biển hình nễn

"Hình 1.5: Sơ đồ lực tác dụng lên đập bẻ tông trọng lực b) Các t6 hợp lực dimg trong tính toán

~ Tổ hợp lực cơ bảm

“Tổ hợp lực cơ bản bao gồm các trọng lượng thường xuyên hoặc định kỳ tác

dụng lên đập, như trọng lượng bản thân và các thiết bị đặt lên trên đập, áp lực

nước với MNDBT, áp lục sóng, gió với vận tốc giỏ bình thường (Vigna, lục

thắm, day nỗi va áp lực bin cát.

- Tổ hợp lực đặc biệt

“Tổ hợp lực đặc biệt gồm các lực trong tô hợp lực cơ bản, cộng 1

thé một số lực xảy ra trong trường hợp đặc biệt như:

- Lực sinh ra khi có động đất.

~ Ap lực thủy tinh, áp lực nước và áp lực đây nỗi khí có mực nước dâng gia

cường (thay thé cho các lực này trong trường hợp MNDBT)

~ Áp lực thắm khi thiết bị chống thắm hoặc thiết bị thoát nước không làm

c bình thường (thay thé cho áp lực thắm khi các thiết bị nảy làm việc bình.

thường).

1.2 TONG QUAN VE ĐỘNG DAT

1.2.1 Giới thiệu chung về động dat

Động đất là một hiện tượng thiên nhiên gây ra rất nhiều thảm họa cho conngười và các công trình xây dựng Trong suốt chiều dai phát triển nhân loại, để

bio vệ sinh mạng của minh và tải sản vật chất xã hội, con người đã có rất nhiều

nỗ lực trong việc nghiên cứu phòng chống động đất Tuy đã có những bước tiến

rit ngoạn mye trong lĩnh vực này, nhưng con người vẫn không ngăn được những

thảm họa do động đất gây ra Các trận động đất xảy ra trong những năm gần đâytại Nhật Ban (1995), Thổ Nhĩ Kỳ (1999), Hy Lạp (1999), Dai Loan (1999), An

Độ (2001), Iran (2004) đã chứng minh cho điều đó.

121 Dinh nghĩa và phân loại

"Động đất là hiện tượng dao động rất mạnh nền đắt xay ra khi một nguồn nănglượng lớn được giải phéng trong thời gian rất ngắn do sự nứt rạn đột ngột trong

phần vỏ hoặc trong phần áo trên của quả đắt

Trung tâm của các chuyển động địa chắn, nơi phát ra năng lượng về mặt lýthuyết, được quy về một điểm gọi là chấn tiêu Hình chiếu của chấn tiêu lên bề

mặt qua đất được gọi là chấn tâm Khoảng cách tir chắn tiêu đến chắn tâm đượcgọi là độ sâu chắn tiêu (H) Khoảng cách từ chắn tiêu và chấn tâm đến điểm quan

trắc được gọi trong ứng là tiêu cự hoặc khoảng cách chấn tiêu (R) và tâm cự hoặckhoảng cách chắn tâm (L}

“nh 1-6: Vị trí phát sinh động đắt

“Tùy thuộc vào độ sâu của chắn tiêu (H) mà động đất có thể được phân thành

các loại sau: ~ Động đất nông H<70km

~ Động đất trung bình H=70+300 km

~ Động đất sâu H>300km

Các trận động đất mạnh thường xảy ra ở độ sâu H = 30:100km

1.2.1.2 Nguồn gốc của động đắt

a, Động đất có nguồn góc từ hoạt động kiến tạo

Từ những năm 60 của thể kỳ XX, các nhà địa chất và địa chin học đã đưa ra

thuyết kiến tạo mảng hay còn gọi là thuyết tôi dạt các lục địa để giải thích cho

nguồn gốc của các trận động đất xuất hiện trên thể giới Theo thuyết này, lúc đầucác lục địa gắn liền với nhau được gọi là Panagea, sau dé cách đây khoảng chừng

200 triệu năm chúng tách ra thành nhiều mảng cứng di chuyển chậm tương đối so

với nhau trên một lớp dung nham ở dang thé lòng, nhiệt độ cao để có hình dạng như ngày nay.

Các thành tựu khoa học kỹ thuật, đặc biệt là mạng lưới địa chấn kế và quantrắc địa chất trên thé giới đã chứng minh tính đúng đắn của thuyết kiến tạo mảng

Do đó trong vòng 10 năm tiếp theo, lý thuyết này đã được giới khoa học chấp

nhận một cách rộng rãi và được xem là một trong những thanh tựu khoa học lớnnhất của nhân loại trong thé ky XX

b, Động đất có nguôn góc từ các ditt gay

Khi quan sát dia hình ta thường gặp những sự thay đổi đột ngột trong cấu trúcnền đá Ở một số chỉ , các via đá có đặc tính khác nhau.

lên nhau đọc theo mặt tiếp xúc giữa chúng Sự cắt ngang cấu trúc địa chất như

vậy được gọi là đứt gẫy hoặc phay địa chất

Các vế đứt gẫy được chia làm hai loại: hoạt động và không hoạt động Đứt

Ấy hoạt động là những đứt gẫy đã trải qua biển dạng cách đây hàng trim ngân

năm và sẽ còn tiếp tục trong tương lai, Bit gẫy địa chắn nồi tiếng nhất trên thé

giới thude loại này là đứt gly San Andreas ở California (Hoa Kỳ) Dit gẫy này cóchiều dài 300 km và trượt ngang 6.4m, từng gây ra tận động dit ở San Francisco

năm 1906 và nhiều trận động đất tiếp theo sau đó.

Da số các đứt gly được về trên các bản đồ địa chất là không hoạt động Tuyvậy, đôi khi tại một đứt gẫy trước đó được xem là không hoạt động lại thấy trênnền đất xuất hiện các vết nứt mới trong thời gian động đất

c Động đất phát sinh từ các nguén gốc khác

+ Sie gin nở Irong lấp vỏ đá cứng của quả đắt

Ở độ sâu trong vỏ qua đất khoảng 5km áp lực địa tinh (do trọng lượng của các

lớp đất đá phía trên gây ra) đúng bằng cường độ của các mẫu đất đá điển hình

chưa nứt ở nhiệt độ 500°C và áp suất tương đương ở độ sâu đó Nếu không có các

yếu tổ khác can thiệp vào, lớp đá sẽ bị biển dạng déo mà không bao giờ có thé bị

phá hoại đồn đột ngột va bị trượt do có ma sắt đọc theo vết nứt, Kết quả nghiêncứu đã cho thấy rằng sự tồn tại của nước trong lòng đắt đã gây ra hiện tượng phá

hoại đột ngột do lực ma sát dọc theo các mép vết nứt bị giảm

= Đông đắt do các vụ nỗ

Các trận động đất cũng có thể được gây ra bởi các vụ nỗ hóa học hoặc hạt nhân Khi một vụ nỗ hạt nhân ngằm xy ra, một năng lượng rất lớn được giải

phóng Trong nhiều thập ky qua, các vụ nỗ hạt nhân ngầm trong lòng đất ở nhiều

bãi thử trên thể giới đã gây ra các trận động đất mạnh (đạt tới độ lớn 7 độ

Richter) Các sóng địa chắn phát sinh từ các vụ nỗ nảy truyền đi và được các địa

chấn kế ghi lại đã chứng minh cho kết luận trên

- Động đất do hoại động của núi lửa

Tuy tương đối hiếm, nhưng các trận động đất cũng có thể phát sinh từ hoạtđộng của núi lửa Đối với những trận động đất phát sinh từ nguyên nhân này có

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

dang nham và do sự kết hợp với các tran động đất kiến tạo

~ Động đắt do sụp dé nén đắt

Các trân động đất do sụp đổ nền đất thường nhỏ và xiy ra trong các vùng cóhang động ngim hoặc khai thác mô Sự sụp đỗ đột ngột trần các him mé hoặc hang

động ngầm dưới đất là nguyên nhân trực tiếp gây ra chắn động nên đất

Các vụ trượt lỡ đất lớn đôi khi cũng gây ra các trận động đất thuộc dang này

"Động đất do tích nước vào các hỗ chúa

Việc tích nước vào các hỗ chứa lớn đôi khi cũng làm phát sinh ra các trận động,

đất mạnh Các trận động đất này có thé đạt tới độ lớn 6 độ Richter Cho tới nay

người ta đã ghi nhận được trên 70 trận động đất ở nhiều nơi trên thé giới do tíchnước vào các hồ chứa nhân tạo bằng cách đùng đập ngăn sông

Ông Fan Xiao, Kỹ sư trưởng Cục Địa chất và Khoáng sản Tứ Xuyên, cho rằng

áp lực nước không lỗ trong hồ chứa nhân tạo của đập Zipingpu đã dé lên các rãnh

nứt địa chất, có thé là một yêu tổ gây ra trận động đất khủng khiếp hồi tháng5/2008 ở Tứ Xuyên, Trung Qué

Hình 1.9: Đập Zipingpu không bị vỡ trong tran động đắt, nhưng bị nứt nát, hiện

vẫn chica được khỏi phục

1.2.1.3 Biểu đề động đất

Biểu đồ ghi lại quỹ đạo chuyển động nén theo thời gian được gọi la biểu đỏđộng đất Biểu đỗ động dat là các tài liệu quan trọng để đánh giá tính chất của mộttrận động đất, đồng thời là số liệu dé suy các thông số quan trong trong thiết kế

kháng chấn cho công trình xây dựng

Hình 1.10: Biéu đồ động

1.2.1.4 Đánh giá sức mạnh của động đắt

Vin dé đánh giá và đo sức mạnh của các trân động đất là một vẫn đề rit quantrọng, được các nhà học thường xuyên quan tâm nghiên cứu Trong nhiềuthé ký qua đã xuất hiện nhiều cách thúc đánh giá dinh tinh và định lượng các

chuyển động địa chắn nói riêng và sức mạnh động đất nói chung Hiện nay, sức

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

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

tính bằng Magnitude (M), Một Magnitude bằng một độ Richter

(2) Các thang đo cường độ động đắt (1) được tinh bằng cấp động đắt đại diện là

các thang: MMI (12 cấp); MSK (12 cấp); JMA (8 cấp)

Thang động đắt theo cường độ được thành lập trên ba tiêu chí:

- Con người có thể nhận biết được sự tác động đến môi trường xung quanh

- Sự tác động của động đất đến công trình.

~ Các hiện tượng thay đổi trong đắt như hiện tượng tăng mực nước ngầm

Magnitude và cường độ động đắt là hai dai lượng khác nhau đặc trưng cho sứcmạnh của động đất Magnitude là đơn vị đo năng lượng của động đất còn cường,

độ động đất được đặc trưng bởi trị mô tả động đất thông qua

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

Với cũng một trận động đất, năng lượng của động đất có giá trị Magnitude

giống nhau tại mọi nơi trên thể giới (không phụ thuộc vào khoảng cách đến chắn

tâm) còn cường độ động dit lại có giá trị khác nhau tại các điểm đo khác nhau

(càng gần chin tâm, cường độ động đắt càng lớn)

Bảng 1-4; Bảng chuyên đổi tương đương giữa các thang động đất

CN nu] ama | Merkaly | Nhehơng | CEpning

Anh hướng của động đắt dé sự làm

"Động đất là một thiên tai đặc biệt nguy hiểm đe dọa nhiều khu vực trên trái

đất, Trên dat liền, động dat gây trượt lỡ trong vùng núi, gây biến dạng mặt dat nơiđồng bằng, làm biến mắt hoặc tạo thành các hd và dim lay Ngoài biển, động đất

mạnh làm thay đổi địa hình đáy bién, gây ra sóng thần, tin phá các vùng gin biển

Chin động động đất gây phá hủy nhà cửa và các công trình, tan phá các

thành phổ, cướp di của cải và sinh mạng của nhân loại

Nguyên nhân của động dat rit phức tạp, có thé rit khác nhau: hoạt động kidtạo, núi la, sip hang động ở vùng carter, các vụ nỗ Nhưng với quan điểm

ta quan tâm nhất tới động đất kiến tạo, tức là động đất liên

công trình thì ngư

quan tới sự tích lũy và giải phóng năng lượng trong một phần rộng lớn của vỏ trái

đất gây ra bởi sự chuyển động liên tục của các địa khối (vận động kiến tạo)

Người ta quan tâm nhất tới dang động đất này bởi lẽ nó có khả năng lặp lại

thường xuyên, giải phóng một năng lượng lớn và tác động trên một diện rộng Có

nhiều quan điểm khác nhau v cơ chế phát sinh động đắt kiến tạo nhưng ngàynay, quan điểm được thừa nhận rộng rã nhất và được chứng minh đầy đủ bằng

quan sit thực tế là quan điểm cho rằng động đất kiến tạo phát sinh do dich chuyển

đột ngột của các khối theo các đứt gãy địa chất Trong các trận động đất mạnh,dịch chuyển ấy bắt đầu từ một điểm nhất định và lan truyền nhanh chống theo

chiều dai đứt gay.

Năng lượng của động đất là rit lớn Ví dụ dé có năng lượng sóng địa chấntương đương với năng lượng của động đất với manitude MI=7,3 cần phải nỗ mộtquả bom khoảng 50 megaton

Động dit có tác động tới công trình được coi như là tải trọng động đất, tải

trọng đặc biệt Động dit tác động trực tiếp vào công trình do dao động nền tạo ralực quan tính động đắt, lâm tăng áp lực nước, áp lực bin cát gây nên sự biến đổi

về trị số, sự phân bổ ứng suất bắt lợi cho công trình

1.2.3 Động đất ở Việt Nam

Trong lich sử tử năm 114 đến năm 2003 Việt nam đã ghỉ nhận được 1645

trận động đất mạnh tir 3,5 độ Richter trở lên Đó là trận động đất cấp 8 xảy ra vào.năm 114 ở bắc 1g Hới, các trận động đất cắp 7, cắp 8 xảy ra ở Hà nội vào các

năm 1277, 1278, 1285 ; động đất cấp 8 ở khu vực Yên Định - Vĩnh Lộc - Nho,

Quan vào năm 1635 ; động đất cấp 8 vào năm 1821 ở Nghệ An, cấp 7 ở Phan

Thiết vào các năm 1882, 1887 Trận động dat lớn nhất ở Việt nam trong vòng

100 năm qua là trận động đất 6.8 độ Richter ở Tây Nam - Điện Biên Phủ vào năm

1935 với cấp động đất bê mặt la 89 Tiếp theo là trận động đất 6,7 độ Richter ởTuan Giáo năm 1983 làm nhiều nha sup đỏ

29Bảng 1-5: Thong kê các trận động dat ở Việt nam

1968 | Nha Nam, Yênthế| 5S

Chiều sâu chấn tiêu 23m, lầm

ra các trận động đất mạnh 5,1+5,5 độ Richter Chu kỳ lặp lại động đất mạnh 5,4

độ Richter ở Hà nội là 1100 năm và trận động đắt mạnh cuối cùng xảy ra cách day

đã hơn T00 năm 9(1285) Hiện Hà nội đang trong thời kỳ yên tĩnh nhưng trong,tương lai hoạt động động dat có thé ing lên và động đất có thé xảy ra Ngoài ra,

Hà nội còn phải chịu tác động của động đất mạnh xảy ra ở những ving đứt gây

lân cận như đứt y sông Lô, Đông Triều, Sơn La.

Mot kiểu động đắt ở Việt nam là iếp nhận năng lượng từ vận động

mảng giữa mảng ấn Độ Dương (có phần Đại Dương và phần tiểu lục di

xô vào mảng châu á Các nhà địa chấn học theo thuyết "kiến tạo mang’

minh rằng hầu hết biển động của lục địa châu & ngày nay có liên quan đến hành vi

của đới ranh giới giữa hai mảng thạch quyền nói trên Đới này có hình vòng cung

từ nơi tiếp giáp giữa tiểu lục địa ấn Độ với day Himalaya, vòng xuống ving biển

động đất Aceh, đã xảy ra đồn đập các động đất yếu hon, muộn hơn và phân tán.

trên lành thổ Vi ậ"Thời gian lan truyền và giải tod năng lượng này còn

sn và động đắt côn có thể xuất hiện ở nước ta trong thời gian tới.

‘Ving Tây Bắc là nơi xảy ra động đất nhiều nhất ở Việt Nam.

Dutt gây Điện Biên - Lai Châu và Điện Biên - Sơn La có thé gây ra động

đất nguy hiểm nhất Việt nam Sau dé là đứt gay sông Mã có thé gây ra động đất

cấp 9 đứt gay sông Hồng có thé gây ra động đất cấp 8 Các đứt gay khác có thể

gây ra động đất cấp 7 trở xuống Miễn Nam nước ta là nơi có động đắt yếu và it

gây hại

Dya trên các ti liệu phân ving động đất của trung tâm địa lý địa cầu thuộc

viện khoa học Việt nam những vùng có khả năng động đất mạnh có liên quan đến

đặc điểm kiến tạo, mỗi vùng gắn liền với một đới đứt gãy sâu và các thông số địachấn, cụ thé như sau:

~ Vùng Đông Bắc trung Hi Nội Cấp 7

+ Vùng Sông Hồng, Sông Chay : Cip 7-8

LILLI; BI :

1.24 Lý luận chung các phương pháp tính toán động đất

KY thuật kháng chấn có liên quan đến việc phân ving động đất, trang thái

động lực học của công trình, các phương pháp tính toán kết cấu của công trình và.tính kinh tế khi thiết kế công trình

“Các phương pháp tính hiện nay có thể chia làm hai nhóm: phương pháp tĩnh

và phương pháp động lực học.

1.2.4.1 Phương pháp tinh

"Trong quá trình động đắt, v6 quả đắt bị rung động din hồi với chu kỳ

T=0,8-1,2 giây và gia tốc + Khi đó, công trình chịu tác động của lực động đất Có nhiều

phương pháp tinh lực động đất

Khi tính toán người ta coi công trình chịu tác động của các ngoại lực tăngthêm một hệ số tính toán có xét đến do động đắt gây ra

Lực quán tinh động đất: khi có động đất, công trình bị rung động do đó.

ra lực quân ính, lực 4 tỷ lệ với khối lượng công ình Gig và gia tốc động đắt r

trong đó: -G : Trọng lượng công trình

~ ø : Hệ số đặc trưng động học.

Đối với các tháp, tường chắn, đập bê tông hoặc bê tông cốt thép cao trên

lôm :

trong đó:

~ hạ Khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt nền

hy: Khoảng cách từ trọng tâm công trình đến mặt nên

~ Với các kết cầu chịu lực xô ngang như vòm thì ø =2.

~ Với các bộ phận kết cấu cục bộ với công trình như cột, dàn thì ø =5

= Với các công trình và các bộ phận khác không nêu ở trên thì ø =1

Phuong, c với gia tốc động đất

Vi vậy lực nay có hướng tùy thuộc vào hướng của gia tốc Trong thiết ké, chúng

ta không xác định được hướng gia tốc mà phải chọn hướng nào bất lợi cho công

trình về mặt én định và độ bền Diễm đặt của tổng áp lực quán tinh được xem như

đặt ở trọng tâm công trình.

“Theo phương pháp này thì không chú ý đến biển dang của công trinh và xem

đao động của mọi điểm trên công trình là như nhau, sự phân bố lực quán tính

động đắt phụ thuộc vào khối lượng phân bổ ở công trình Các lực động đất đượcxem như lực ngang ty lệ với khối lượng của kết cầu

1.24.2 Các phương pháp động lực học

Năm 1920 lần đầu tiên Mô nô né be cho rằng dao động tuin hoàn của nền

đất như dao động cường bức của công trình và đưa ra công thức sau

S=k Q./

trong đó: -k,: Hệ số động đất

- Q : Khối lượng của công trình.

~ /: Hệ số động lực

Cơ sở chung nhất của phương pháp động lực học được nghiên cứu vào

những năm 1927 Người ta nhắn mạnh đến tính chit tác động tức thời của động,

đất, Trong thời gian tức thời hệ số ,đcó thé tăng gap 2 lần

“Trong nhóm các phương pháp động lực có nhiều phương pháp:

ích:

a Phương pháp gi

Co sở của phương pháp là công nhận mô hình tính toán cơ học của công

trình trong một môi trường liên tục hoặc rời rac thiết lập ham giải tích đưa yếu tố

thời gian vào đao động của đông đất Từ các phương trình vi phân xác định được

chuyên vi, vận tốc và gia tắc Các lực động đất xác định bằng tích của khối lượng,

và g tốc tương ứng

b Phương pháp phố:

Trên cơ sở phân tích các trân động đất ở XanFranXisco năm 1923 và

Laybich năm 1933 nhiều tác giả đã thiết lập được dạng mới của phương pháp

động lực học để tính toán công trình đó là phương pháp pho, hoặc theo phương

pháp đường cong pho.

Phương pháp phổ được M.Bo đề xuất năm 1933 và sau đó được Cotrinski

nghiên cứu hoàn tÌ

Nội dung của phương pháp phé là xác định các gia tốc, vận tốc và chuyển vị

cực đại của các dao động Khi phân tích, người ta đã sử dụng sự tương tự của hệ

phức tạp với hệ có một bậc tự do, Phương pháp tính toán theo đường cong phổ đã

được ứng dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn quy phạm của các nước để xác định

áp lực động đất

e Phương pháp động lực:

Co sở của phương pháp nay là dựa vào các biểu đồ gia tốc thức té của các

trận động đất đã quan trắc được dé phát triển cùng với phé

“Các phương trình vi phân được viết ra là các phương trình có về phải là các

lực gây ra các dao động cưỡng bức được biểu thị bằng biểu đồ gia tốc ghỉ được

bằng máy đo các trận động đắt trên thế giới

'Nhược điểm chính của phương pháp này là tính toán phức tap và cằn có biểu

đồ gia tốc ghi được khi quan trắc Cho đến nay phương pháp này dùng rất hạnchế, chỉ nghiên cứu các công trình quan trong đủ tải liệu

d Phương pháp ngẫu nhiên:

Cach đặt vẫn dé của phương pháp ngẫu nhiên là nghiên cứu các hệ kết cấuchịu tác động của động đất, vật liệu của kết cấu và động đất là các yếu tổ ngẫunhiên thay đôi theo thời gian Bài toán xác định đặc tính xác suất cho trước của

nên đất Bai toán dao động động đất dẫn đến bài toán cơ bản của lý thuyết hàm

ngẫu nhiên bang việc xây dựng ham từ các hàm ngẫu nhiên đã cho, tuy nhiên việc

thu thập thông tin xác suất chính xác và tác đông của động đắt ở từng khu vực là

một bài toán khó,

1.2.5 Lựa chọn phương pháp tinh toán tai trọng động đắt

Mặc dù có nhiều wu điểm nhưng phương pháp lịch sử thời gian có những

hạn chế: yêu cầu một khối lượng tinh toán bằng máy tính lớn để có thé dẫn đếncác thông tin đầu ra phụ thuộc vào thời gian; sự phân tích phải được lặp lại cho

nhiều chuyển động động đất khác nhau để bảo đảm rằng tất cả các dạng dao động

quan trong đều bị kích động Việc phân tích luôn đòi hỏi phải có biểu đỗ gia tốcthực, điều này ở nhiễu quí

khan,

gia trong đó có Việt Nam còn dang gặp nhiều khó

ƯA điểm nỗi bật của phương pháp phổ phản ứng: Do xem xét các giá trị phản ứng cực đại (hông qua các đường cong phổ thiết ké lập sin cho nên tinh theo

phương pháp phé phan ứng bao giờ cũng cho kết quả thiên lớn và có tính an toàn

cao Nhược điểm chính của phương pháp này là các chuyển vị, ứng suất, lực và mô men là dương và thông thường không xảy ra cùng một thời điểm.

‘Trong phạm vi luận văn, tác giả dùng phương pháp phổ phản ứng để phântích ứng suất, biển dạng của đập bê tông trọng lực dưới tác dụng của tải trọngđộng đất

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

“Trong chương I tắc giả đã nêu khái quát về tinh hình phat triển đập bê

tông trong lực trên thé giới và Việt Nam, cách bổ trí đập bé tông trọng lực trong

cụm công trình đầu mối, những yêu cầu chung khi thiết kế đập bê tông trong

lực.

Chương | cũng nêu lên tác động của tải trọng động đất đối với đập bê

tông trọng lực và các phương pháp tính toán tải trọng động dit

CHUONG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYET VÀ PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH

NG SUẤT - BIEN DANG

‘Tinh toán ứng suất trong thin đập bề tông trong lực nhằm mục đích xácđịnh trị số, phương, chiều và sự phân bố của các ứng suất dưới tác dụng của ngoại

lực và các nhân tố khác như biến dạng của nén, sự thay đổi nhiệt độ, sự phân giai

đoạn thi công của thân đập Trên cơ sở đó tiên hành kiểm tra khả năng chịu lực.

của vật liệu, phân ving đập để xác định các số u bê tông khác nhau, phủ hợp

với điều kiện chịu lực của từng vùng, bé tí, cấu tạo các bộ phận công trình thích

ứng với điều kiện làm việc của chúng

Khi tính toán xem vật liệu lâm việc trong min dan hai, quan hệ giữa ứng

suất và biển dạng là tuyển tính Ứng suất, bién dạng của đập không chỉ phụ thuộc

vào tải trọng tác dung lên đập, ảnh hưởng của nền đập mà còn phụ thuộc vào

tao độ x.y của từng điểm khác nhau trong thân đập; giữa chúng có mỗi liên hệ

chặt chẽ với nhau thông qua các phương trình cần bằng, phương trình hình học,

phương trình vật lý gọi chung là các phương trình cơ bản.

Trường hợp thi công.

Đập vừa thì công xong, hỗ chưa có nước tác dụng Trong thực tế có nhiều

công trình người ta tiến hành khai thác ngay trong thoi gian thi công, cột nước.trước đập chỉ ding đến một độ cao nảo đó, trường hợp này cũng cẩn tiến hànhxem Xét

Trường hợp sửa chữa

Tinh toán ứng suất thân đập được tiễn hành trong phạm vi bài toán phẳng,

nghĩa là chúng ta khảo sát một đoạn đập có chiều dai đơn vi, bỏ qua ảnh hưởng, của các lực tác dụng theo phương song song với trục đập,

2.2 Các phương pháp tính toán

& kế

“Trong tính toán thi à nghiên cứu đập bê tông trọng lực hiện này

thường sử dụng ba phương pháp tinh toán sau để phân tích ứng suất

- Phương pháp sức bền vật liệu còn gọi là phương pháp phân tích trọng lực hoặc phương pháp phân tích tuyển tính Phương pháp này đơn giản cho kết quả

đủ độ tin cật trong các bài toán thiết kế dip bê tông trọng lực có cấu tạo mặt cắt

cũng như nền không phức tạp

- Phương pháp lý thuyết đàn hồi Phương pháp này xem thân đập là một

môi trường liên tục, đồng nhất đẳng hướng, ứng suất và biến dang trong phạm vi

dan hỗi của vật liệu tuân theo định luật Hic Nói chung với những đập cao các giảthiết đó cơ bản phù hợp với tinh hình thực tế Phương pháp này có thé giải quyết

được những vin đề đặc biệt như ứng suất tập trung, ứng suất nhiệt mà phương,pháp sức bền vật liệu không giải quyết được

- Phương pháp phần từ hữu hạn Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn

có thể phân tích một cách gần đúng trang thái ứng suất của đập bê tông trọng lực.

kể cả các đập có điều kiện biên phức tạp, gidi được các bai toán phẳng va

bai toán không gian Các bai toán có xét đến trang thái lâm việc đồng thời của

môi trường vật liệu Kim đập và nền Nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin nên hiện nay phương pháp nảy đang được ứng dụng một cách rộng rãi

trong tính toán và nghiên cứu đập bê tông trọng lực.

2.3 Nhận xét các phương pháp tính toán ứng suất biến dang

2.3.1 Tính theo sức bén vật

2.3.1.1 Ui điểm

Phương pháp sức bền vật liệu được coi là phương pháp tính toán cơ bản,

giúp cho ta tính toán ứng suất và biến dạng để dàng Tính được các giá ti

Z,.Ø,r„ tại các điểm đang xét, từ đó xác định được ứng suất chính và phương

chính tại mọi điểm trong đập Thường được sử dụng để tính toán trong giai đoạn

thiết kế sơ bộ đối với công trình cắp III, IV (theo 14TCN 56-88)

2.3.1.2 Nhược điền

Kết quả tỉnh toán có sa số rất lớn, không phản ánh đúng trạng thái ứng suất

biến dang trong đập Nguyên nhân là do tinh theo Sức bền vật liệu ta đã coi đập

như một thanh được ngàm chặt vào nền, chịu uốn và kéo nén đồng thời, giả thị

sự phân bố ứng suất pháp ø, trên mặt phẳng nằm ngang là đường thẳng, trị số tạibiên đập được xác định theo công thức nén lệch tâm, vật liệu đồng nhất đẳng

hướng Mặt khác, không thể giải quyết được các bài toàn phức tạp như có biết

lập trung, ứng suất tại lỗ khoét, ứng suất nhiệt, tinh di hướng,

không xét được trong giai đoạn thi công

2.3.1.3, Két luận

Do sai số rất lớn nên lời giải Sức bên vat liệu hầu như không được sử dụng

để phân tích ứng suất biển dang trong thiết kế đập, Thường ding 48 tính toán

2.3.2 Tinh theo lý thuyết dan hồi

23.2.1 Ui điễn

Giải quyết những van dé như ứng suất tập trung, ứng suất lỗ khoét, ứng suất

nhiệt mà phương pháp Sức bén vật liệu không thể giải quyết được Tính toán tương đối đơn giản, áp dụng dễ dàng, độ chính xác cao.

C6 thể nói giải theo lý thuyết đàn hồi chính là lời giải trực tiếp từ các

phương trình vi phân, chúng vừa thỏa mãn điều kiện liên tục của biến dạng vừa

thỏa mãn điều kiện biên

2.3.2.2 Nhược điểm.

an hồi rất khó thực hiện với những trường hợp tải trọng phức tạp

như áp lực thắm, áp lực dy nỗi, áp lực bùn cát, động đắt, ảnh hưởng của nền, nền

dị hướng Kết quả tính toán chưa sắt với thực tế làm việc của vật liệu đồng nhấtđẳng hướng Không xét được ảnh hưởng biển dạng của nén, các lớp xen kẹp, đứt

gay, nền có tính di hướng, không tinh được trong giai đoạn thi công, ảnh hưởng,

của động đấ

2.3.2.3 Kết luận

inh ứng suất biến dang theo lý thuyết đàn hỏi cho kết quả chính xác cao

hơn so với Sức bên vật liệu Tinh toán đơn giản, dễ áp dụng, kết quả chấp nhận

được Thường được sử dụng tinh toán trong thiết kế các công trình Đập bê tôngtrọng lực có chiéu cao dưới 60m (theo I4TCN 56-88)

2.3.3 Tính theo các phương pháp khác

2.3.3.1 Phương pháp sai phân hữu han

Khối lượng tinh toán lớn, chưa phản ảnh được sự làm việc của nền và vật

liệu Phương pháp sai phân hữu hạn không giải quyết được các bài toán có điều kiện biên phức tạp Độ chính xác còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước mắt

lưới, mắt lưới cảng day thì độ chính xác cảng cao Không phân tích được bai toán

dị hướng và trong giai đoạn thi công công trình Thường chỉ áp dụng được với các

công trình nhỏ, đơn giản thì mới cho kết quả tương đối chính xác

2.3.3.2 Phương pháp thí nghiệm mô hình

Dựa vào mô hình sự tương tự, kế hợp với các phương trinh toán học,

phương pháp thí nghiệm mô hình cho ta độ chính xác cao Nhưng phương pháp

này thường được tiến hành với những công trình lớn, mức độ rit quan trọng, đòihỏi phải có thoi gian di, đặc biệt à chỉ ph cho những thí nghiệm mô hình rt

cao Chưa phản ánh hết sự làm việc của nén và đập Do đó, phương pháp nay rất

ít được sử dụng trừ những công trình đặc biệt quan trọng.

2.3.3.3, Phương pháp thí nghiệm quang đàn hôi

liệu rit quan trọng, sẽ phản ánh trực tiếp kết quả thí nghiệm, phải thỏa mãn: trong,

suét, đồng chất, đẳng hướng, có độ nhạy quang học cao, có thể hình thành biểu đồ

vân rõ rằng Do đó, kết quả tính toán không phản ánh hết tinh chất của nền đá

nên, không giải quyết được bài toán dj hướng

2.3.4, Tinh theo phương pháp phần tử hữu hạn

2.3.4.1 Ưu điểm

Phuong pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp đặc biệt có hiệu quả để

tìm dang gin đúng của một him chưa biết trong miễn xác định của nó Phương.pháp này đã giải được bài toán có xét đến ảnh hưởng của biển dạng, tinh dj hướngcủa nén, xét đến nền có lớp xen kẹp, đứt gãy và giải được bai toán có điều kiện

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

không đẳng hướng Phân tích được trang thái ứng suất biến dạng quanh 15 khoét,

tập trung, ứng suất nhit mà các phương pháp Sức bên vật liệu, Lý

thuyết đàn Không giải quyết được Cơ sở của phương pháp này là thay kết

cấu, môi trường liên tục bằng một mô hình bao gồm một số hữu hạn phần tử riêng

lẽ liên kết với nhau chỉ ở một số hữu hạn điểm nút, tại các điểm nút tổn tại các lực

hoặc các đại lượng đặc trưng khác tủy theo bài toán Các đại lượng tính toán bêntrong phần tử được biểu diễn thông qua các trị số tại các điểm nút của phần tử

các bài toán

Cling với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc giải quyé

có khối lượng lớn, phức tạp được giải quyết và cho kết quả có độ chính xác cao

2.3.4.2 Nhược diém của phương pháp

Khối lượng tính toán lớn, phức tạp không thể thực hiện được bằng thủ công,

mặt khác phải phân tích kết cấu thực tế dé đưa về kết cấu tính toán sao cho hợp lí

và cho kết quả đúng, sắt với thự