Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng và ổn định của trạm bơm chìm trên nền đất yếu theo mô hình bài toán phẳng

Các loại công tình thủy lợi đã được xây dựng ngày càng nhiều với mức độ từ giản đơn đến phức tạp Nay nay để xây dựng được những công tình thuỷ lợi có quy mô lớn chúng ta cẩn nghiên cứu đ

LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình

của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài:

“Nghiên cứu trạng thái ứng suất — biến dạng và én định của trạm bom chim trên nền đất yếu theo mô hình bài toán phẳng”

Tác giả đặc biệt xin bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo Giáo sư, Tiến sĩ Phạm Ngọc Khánh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tác giả nhiều vấn đề quý báu trong

nghiên cứu khoa học nói chung cũng như trong bản thân luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Công trình,

bộ môn Sức bền - Kết cau, phòng Đảo tạo Đại học và Sau đại học trường Đại học Thuỷ Lợi đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về các tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, ban lãnh đạo Công ty Cổ phan tư vấn xây dựng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn nơi tác giả công tác, các đồng nghiệp và bạn bẻ đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác

giả hoàn thành luận văn.

Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu cũng như trình độ còn hạn chế nên luận văn không thê tránh khỏi những tôn tại và thiếu sót, tác giả rat mong nhận được moi

ý kiến đóng góp, trao đổi chân thành của các thầy cô và các quý vị quan tâm Tác giả rat mong những van dé còn tồn tại sẽ được tác giả phát trién ở mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất.

Hà Nội, tháng 11 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Quốc Trọng

“Ten tôi là Nguyễn Quốc Trạng, tôi xin cam đoan diy là công trình nghiêncứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả tinh bày trong luận văn là trung thực

và chưa được ai công bé trong bắt kỳ công trình nghiên cứu nào

là Nội, tháng 11 năm 2013

“Tác giả

Nguyễn Quốc Trọng

CHƯƠNG I: TONG QUAN

1.1 Tổng quan vé tram bơm 3 1.2 Sự phát triển cia tram bom chim trên thé giới va trong nước 5 1.2.1, Sự phát tri của trạm bơm chim trên thể giới 5 1.22 Sự phát tri của trạm bơm chim trong nước 9

13 Những vấn đề thường gặp phải khi thiết kế trạm bơm chim n

1.3.1 Đối với công ình thủy công 2

1.3.2 Đối với máy bơm va các thiết bị điện 13

1.4, Một số tu, nhược điểm của các loại tram bơm, “ 1.4.1 Các tram bơm truyền thống 4 1.42 Các trạm bom chim Is

L5 Một số hình ảnh tram bom da va đang được xây dựng 161.5.1, Các trạm bơm truyễn thống 16

1.5.2 Các tram bom chim 18

CHUONG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNGSUÁT - BIEN DẠNG VÀ ÔN ĐỊNH CUA TRAM BOM CHIM TREN NEN

3.1 Điều kiện làm việc của công trình trên nề đất yếu a1.2.1, Nền đất yêu và phân loi nền dit yếu 211.22 Đặc điểm fim việc của công tình bê tong trên nén dit 21.2.3 Một số phương pháp sử lý công tình khí gặp nên dit yến 23

2.2 Các phương pháp nghiên cứu trang thái ứng sudt — biển dạng và én định 25 22.1, Các phương pháp nghiên cửu 2s 2.22, Phương pháp phần từ hữu hạn 26

2.3, Phân tích ứng suất ~ biển dạng của công trình bằng phương pháp phin từ hữu

hạn 28

2.3.4 Giới thiệu phần mềm SAP2000 342.4 Phân tích én định của công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn 37

2.4.1, Cơ sở lý thuyết 37

2.43 Giới thiệu phin mềm Plaxis 40

CHƯƠNG IIL: UNG DỤNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN TRẠNG THAL

ỨNG SUÁT - BIEN DẠNG VÀ ON ĐỊNH CUA TRAM BOM CHÌM TREN

NÊN DAT YEU 44 3.1 Giới hiệu chung về công trình trạm bom Đào Xá, huyện Phú Xuyên, thành phí

Hà Nội 44

3.1.1 Mục tiêu đầu tư của dự án “4

3.12 Quy mô và nhiệm vụ cia dự án 44

3.13 Các chiêu va thông số kỹ thuật chủ yếu 44

3.1.4, Đặc điểm dia hình ving dự én 46 3.1.5 Đặc điểm địa chit vũng dự án 4i

32 Sử dụng phần mém SAP3000 để tinh toán trạng thi ứng suất ~ biển dạng của trạm bơm Đào Xã trên nén đất yếu 49

3.2.1, Tinh toán trang thái ứng suất - bién dạng theo phương dọc nhà tram 49

3⁄22 Tinh toán trạng thi ứng su biến dang theo phương ngang nhà trạm 56

3.23 Tổng hợp kết quả tính toán 63

3.2.4, Phân tích va nhận xét kết quả tính toán 63.3 Sử dụng phần mềm Plaxis để tinh toán én định của trạm bơm Đào Xã trên nềnđấuyêu 63.3.1 Giải quyết bài toán 6s3.3.2 Phân tích và nhận xét kết quả tính toán 76KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

1 Két luận n3.Kiến nghị nTÀI LIEU THAM KHAO

Hình 1.1; Sơ đồ bổ trí hệ thông các công trình tram bom,

Hình 1.2: Máy bơm chìm kiểu giếng sâu nhiều tng cánh

Hình 1.3: Máy bơm ly tim chim true đứng

Hình L4: Máy bơm hỗn lưu (dòng chéo) chim trục đứng

Hình 1.5: Máy bom hướng trục

chìm trục đứng

Hình 1.6: Hình anh tram bom Hán Quảng.

Hình 1.7: Máy được lắp 43¢ tại trạm bơm Hán Quảng

Hình 1.8: Hình ảnh trạm bơm Tân Chỉ 2

Hình 1.9: Máy được lắp đặt tại trạm Tân Chỉ 2

Hình 1.10: Hình ảnh trạm bơm chim Halle ~ Đức

Hình 1.1: Hình ảnh lắp đặt máy bơm của trạm bơm chìm Halle ~ Đức

Hình 1.12: Hình ảnh tram bom Phụng Châu ~ Chương Mỹ.

Hình 1.13: Hình ảnh khoang đặt máy bom chìm của trạm bơm Phụng ChâuHình 1.14: Hình ảnh phối cảnh trạm bơm Hạ Dục ~ Chương Mỹ:

Hình 1.15: Bản vẽ cắt đọc thiết kế trạm bơm Hạ Dục - Chương Mỹ

Hình 2.12: Sơ đồ giải bài toán kết cầu theo phương pháp PTHH [14]

Hình 2.13: Sơ đồ các bước giả bài oán kết edu bằng phần mềm SAP 2000 [7]

Hình 2.14: Quan hệ ©MSft ~ chuyển vị

Hình 2.15: Ba cách kiểm tra cơ chế phá hoạ theo phin mễm Plaxis

Hình 2.16: Biểu th hinh học về (ø, ) thí nghiệm và (gm, cm) huy động

Hình 3.1: Bản vẽ thiết kế cắt dọc nhà trạm

Hình 3.3: Sơ đỗ tính toán ứng suit biển dang

Hình 34: Chuyển vị của nhà trạm THỊ, UI = 1,48em, U3=-74

Hình 35: Biểu đồ ứng suất $11=0,76.103 Tim

Hình 3.6: Biểu đồ ứng suất S

Hình 37: Biểu đồ ứng suất S

Hình 3.9: Biểu đồ ứng suất Smin=

Hình 3.10: Biểu đổ ứng suất SVMEI,16.108 Tim2

Hình 3.11: Mat eft tính toán (TH2)

Hình 3.12: Chuyển vị của nhà trạm TH2, U

Hình 3.13: Biểu đồ ứng suất $11=-1,00.103 Tí m2.

Hình 3.14: Biểu đồ ứng suắt $22 =I,35.103 T/m2.

Hình 3.15: Biểu đồ ứng suit $12 =0,33.103 T/m2

Hình 3.16: Biểu đồ ứng suất Smax =0.95.103 Tim?

Hình 3.17: Biểu đỗ ứng suất Smin =-1,50.103 T/m2

Hình 3.18: Biểu đổ ứng s

Hình 3.19: Bản ve thiết kế

Hình 3.20: Mặt cắt

Hình 3.21: Sơ đỗ tính toán ứng suất - biến dang,

Hình 322: Chuyển vị của nhà tram THI,UI = 0,06m, U:

Hình 23: Biểu đồ ứng suất $11=0,78,103 Tim2

Hình 3⁄28: Biểu đổ ứng suất S22 =1,67.103 Thm?

Hình 3.25: Biểu đồ ứng suất S12 =1,87.103 Tim2

Hình 3.26: Biểu dé ứng suất Smax=2,58.108

50

Biểu đồ ứng uất Sin

Biểu đồ ứng suất SVM=6,45.103 Tim2

Sơ đồ tính toán bằng phần mém Plaxis V8.2.

Chia lưới chia phần tử

Khai báo mực nước ngim

Tinh toán hệ s

Hệ số an toàn của Trạm bơm sau khi thi công xong

1,388

an toàn cho công trình

Hình dang của cung trượt với hệ số an toàn.

Chuyển vị của nhà trạm theo phương ngang Ux max = 0,02687 ( m) Chuyển vị của nha trạm theo phương đứng Uy max = 0,07835 ( m) Chuyển vị thẳng đứng của ban đáy nhà trạm Uy max = 0,0463 (rm).

Chuyển vì ngang trồng chin đắt của nhà tram Ux max = 0.0265 m

Sơ đồ tính toán bằng phan mềm Plaxis V8.2.

Cia lưới chia phần từ

Khai báo mục nước

“Tính toán hệ số an toàn cho công trình

Hệ số an toàn của tram bom khi làm việc với MNTK, 653,

Hình dạng của cung trượt với hệ số an toàn K= 1,653

“Chuyển vị của nhà trạm theo phương ngang Ux max = 0,017 ( m)

„04714 (m)

Chuyên vị của nhà trạm theo phương đứng Uy me

Chuyển vị thẳng đúng của bản đấy nhà trạm Uy max = 0018 (m)

Chuyển vị ngang tường chin đắt của nhà ram Ux max = 0,011 m

61 6 61

“

“

66 67 6 68 68

69

69 70

70

T6

Bảng 2.1: Một số chi tiêu phân loại nén dt mềm yếu

Bang 3.1; Bang phân bổ diện tích theo cao độ huyện Phú Xuyên,

Bảng 32: Tri trung bình các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất (17 chỉtiêu)

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp kết quả các gi trị ứng suất

46

48

63

1 Tính cấp thiết của đề tài

“Trong định hướng phát triển ngành thuỷ lợi đến năm 2020 đã nêu rõ "Phát

triển thuỷ lợi tưới tiêu, cắp nước phục vụ chuyển dịch cơ cấu kinh tế, thực hiện

sông nghiệp hóa hiện đại hóa nông nghiệp - nông thôn và phát tiễn các ngành kinh

tế xa hội " Vì vậy cùng với sự phát triển của nhân lại, công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa nền nông nghiệp của nước ta ngày cảng được quan tâm và phát triển Các loại công tình thủy lợi đã được xây dựng ngày càng nhiều với mức độ từ

giản đơn đến phức tạp

Nay nay để xây dựng được những công tình thuỷ lợi có quy mô lớn chúng ta

cẩn nghiên cứu đầy đủ các yêu tổ ảnh hướng đến sự bền vững và on định của côngtrình để có những cơ sở lý luận vững chắc, tir đồ giáp cho con người thiết ké xâydựng được những công tr an toàn, hiệu quả

Ngoài ra song song với mục tiêu dim bdo an toàn và hiệu quả tì vấn để thẳm

mỹ của công tình thủy lợi cũng ngày cảng được quan tâm nhiều hơn đặc biệt là các

công trình đầu mỗi như hỗ đập, thủy điện, trạm bơm, cầu cống, Ở vùng đồngbằng sông Hồng thì công nh đầu mỗi tram bơm tưới, tiêu ngày càng phát tiển

mạnh, nhiều công trình được xây dựng với quy mô lớn và vấn đề thâm mỹ của công.

trình dang dẫn được quan tâm, chính vì vậy mà các công tình như trạm bơm chim

đã ra đời cứu về tram bơm chim còn khá ít din dén gặp 1y nhiên việc nghiề nhiều khó khăn khi thiết kế, xây dựng công trình.

ĐỀ tà: “Aghiên cửu trang thái ứng suất = biển dang và Ân định của trạm

‘bom chìm trên nền đất yéu theo mô hình bài toán phẳng” có ý nghĩa khoa học và

thực tiễn trong chiến lược phát triển ngành thủy lợi và thie diy quá tình công

nghiệp hóa, hiện đại hóa nén nông nghiệp nước nhà

Nghiên cứu về trạng thái ứng suất ~ biển dạng và én định của trạm bơm chim

trên nên đất yếu

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Tiếp cận thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học hay các phương ti thông tin đại chúng để nắm được tổng quan về tram bơm chim và các phương pháp tinh

toán Từ đồ nhận thấy nhũng tu điểm của trạm bơm chim và những hạn chế trong

việc tìm phương pháp tính toán, các phương pháp tính hiện nay còn tương đối don giản Các bộ phận thiết kế thường thiên lớn nên gây King phí về mặt kinh tế Vì vây với đề ti “Nguyên cứu rạng thái ứng suất biển dạng và én định của trạm bơm

chim trên nén đất yếu theo mô hình bài toán phẳng” tác giả sẽ giải quyết được các

nhược điểm vừa nêu trên

“Thu thập, phân tích đánh giá ác tả liệ liên quan, các quy phạm hướng dẫn tính toán từ đó đưa ra phương pháp nghiên cứu tính toán trang thấi ứng suất - biển dạng và ôn định của tram bơm chim.

Phuong pháp nghiên cửu lý thuyết kết hợp với đúc rút kinh nghiệm thực tế,

dựa tên chỉ dẫn tính toán của các quy tình quy phạm, sử dụng mô hình toán và các

phan mềm ứng dụng

4, KẾt quả dự kiến đạt được

Nắm vững phương pháp tinh toán ứng suất - biến dạng và én định của trạm.

bơm trên nền đất yếu bằng phương pháp phin tử hữu hạn

Đưa ra kết quả nghiên cứu về trạng thấi ứng suất - biển dạng và bn định củatrạm bơm chìm trên nên đắt yéu

TONG QUAN1.1 Tổng quan về trạm bơm

Ngay từ thời cổ ưa, do điều kiện sin xuất và đi sống đôi hồi, cơn người đã

Điết dùng những công cụ thổ sơ như cong quay, xe đạp nước wv để đưa nước

len các thửa ruộng có độ cao chênh lệch Những công cụ vân chuyển chit ong

dưới áp suất khí quyển Sau đó người ta đã biết dùng những pitông đơn giản nhưống thụt im bằng tre gỗ để chuyển nước dưới áp suất dư Các máy bơm thô sơhoạt động dưới tác động của sức người và sức kéo của động vật do vậy năng lực.

bơm không co, hiệu suất hấp

Vio thé ky I I trước công nguyên, người Hy lap đã sing chế ra pitting bằng

gỗ Tới thé ky XV, nhủ bác học người Ý là D Franxi di đưa ra những khái niệm vềbơm l tâm, Sang thé ky XVI li xuất hiện loại máy bơm rô to mới Cho đến thể kỷXVII, một nhà vật lý người Pháp áp dụng những nghiên cứ của D Franxi chế go

ra được một my bơm i tim đầu iên Tuy nhiên do chưa có những động cơ có vingquay lớn kéo máy bơm, nên năng lực bơm nhỏ, do vậy loại bơm lỉ tâm vẫn chưa

được phát n uu thé trong các loại bơm.

Về lý luận, đến thể ky XVIII có thể ké đến những ống hiến vô cùng lớn lao

Š lý luận có liên quan đến máycủa nhà khoa học Ole, người đã đề xuất những

thủy lực và Zucépsky trong lý luận về cơ học chất lòng Ké từ đó việc nghiên cứu

và chế tạo máy bơm mới có cơ sở vững chắc Thời kỳ nảy máy hơi nước ra đời tăng.thêm khả năng kéo máy bom Đầu thé ky XX các động cơ có số vòng quay nhanh rađời thì máy bơm li tâm cảng được pho biển rộng rãi và có hiệu suất cao, năng lực

bơm lớn

Ngày nay máy bơm được ding rắt rộng rãi trong đời sống và các ngành kinh

tế quốc din, Trong công nghiệp, mấy bom được ding để cung cấp nước cho các lò

sao, him mỏ, nhà máy bom dầu trong công nghiệp khai thúc dầu mỏ Trong kỹ

nghệ chế tạo máy bay, trong nhà máy điện nguyên tir đều đùng máy bơm Trong

bom dùng cấp nước sạch cho nhu cầu ăn uồng của con người, gia súc.

Hiện nay đã cho ra đời những máy bơm nn đại, có khả năng bơm bàng, lòng trong một giờ và công suất động cơ tiêu thy tới hing nghìn KW Ở Nga đã chế tạo được những máy bơm có lưu lượng Q = d0 ms, công suất động cơ

N 14.300 KW và có dự ân chế tạo động cơ điện kéo máy bom với công suắt N=200,000 kW Các bộ phận và công dụng của từng bộ phận tạm bơm được diễn tà

như hình II

a\\

i

Hình 1.1: Sod bi tri hệ thỗng các công trùh trạm bom

- Công tinh cửa lấy nước 1, Ky nước từ nguồn (ấy từ sông, hồ, kênh dn

= Công tỉnh din nước 2, có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước về bể tập trung nước trước nhà máy bơm Công trình dẫn nước có th là kênh dẫn, đường ống dẫn hoặc xi phông Trên công tình dẫn có thé có bể lắng cát 3, nếu có luận chứng

thỏa ding;

- Bể tập trung nước 4 nằm rước nhà máy bơm, nỗ có nhiệm vụ nối tiếp

đường dẫn với công trình nhận nước (BÉ hút của nhà máy sao cho thuận dòng;

= Công trinh nhận nước 9 (BE hit) lấy nước từ bỂ tập trung và cung cắp nước

cho ống hút hoặc ống tự chây vào máy bom;

- Nhà máy bơm 5, day là nơi date: mấy bơm và các thiết bị phụ cơ điện:

~ Đường ống áp lực (Ống đẩy) 6, đưa nước tir máy bơm lên công trình tháo 7;

phân phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc công trình nhận nước.

1.2 Sự phát triển của trạm bơm chim trên thể git và trong nước

1.2.1 Sự phát triển của trạm bơm chim trên thé giới

Ngành công nghiệp ché tạo mấy bơm trên thé giới đã đạt được nhiễu thành,

tựu trong nại

khoảng 1500 loại máy bơm Máy bơm chim đã được nghiên cứu sâu và đạt đếntrình độ cao về cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kể, chế tạo, đặt biệt là các bơm chim

n cứu lý thuyết cơ bản, thiết kế chế tạo và áp dụng vào sản xuất

phục vụ nông nghiệp và thoát nước thải

Hiện nay, các máy bơm cánh dẫn trục đặt ngang thường làm việc với chiều

cao hút địa hình Hạ < (5-7)m, đối với bom cánh dẫn trục đứng cũng bị hạn chế

chiều dài của rye Trong thực tế, các mục nước sông xuỗi thay đổi ắt lớn AH > Sm

và nhanh đột ngột gây nhiều khó khăn cho việc vận hành sử dụng khai thác thit bị

Đã có một số biện pháp kỳ thuật giải quyết tình trạng trên: Dùng trạm bơm nỗi.(huyền, phao ) trạm bơm di động trên đường ray, máy bơm phun ta nhằm tránh

cho sự ứng ngập động cơ điện Tuy nhiên, các biện pháp đó đem lại hiệu quả chưa

thiết bi và công trình phức tạp, khó điều khiển theo nguyên lý tự.

do vậy không chủ động trong vận hành khai thác Máy bơm chim đã khắc

phục tốt các nhược điểm trên.

© các nước công nghiệp phát triển, máy bơm chim da được chú ý đầu tr,

nghiên cứu, chế tạo và sản xuất áp dụng vào phục vụ nông nghiệp công nghigp xây

dmg, giao thông từ những năm 1940-1950, Các tram bơm chim đã đạt chit lượng

jc thông số kỹ thuật khác nhau và công suất N = 0,1 - 000W, cột áp H=

1 0 -500m, lưu lượng Q

bơm chim lip với các động cơ chim kiểu khô, kiêu nữa ướt vàkiễu tớ Các động cơ

1.0 -30.000m'yh, Thực tế dang sử dụng rồng rt các mấy

điện chim phân thành động cơ điện chìm loại một pha hay loại ba pha kiểu lông sóc

và quấn đây, Phổ biển nhất là các máy bơm chìm kiểu giếng sâu trục đứng hay trục

ngang một ting hay nhiều tang cánh phục vụ cho cấp nước trong công nghiệp, nông

nghiệp, sinh hoạt đời sống dân sinh Các máy bơm chim trục đứng kiểu ly tâm, kiều

ấp dung rộng rãi trong nông nghi và các mục dich khác Hồu như các hãng sin

xuất bơm cỏ uy tin của các nước công nghiệp phít tiễn đều quan tâm nghiên cứu vàphát triển mấy bơm chim các loại Các hãng nỗi ng với các sản phẩm my bơm

chim - động cơ điện chim như: Flygt (Thủy Điện) ABS, Mona (Đức) Omega (Tây

Ban Nha), Kubota, EBARA, Hitachi (NhậU, 3HEPTOMAIH (Nga), Huyndai (Hàn.

Quốc), các hãng bơm của Pháp, Hungary, Anh (hình 1.1 và hình 1.4).

Hungary có nhiều hãng chuyên ngành chứ ý nghiên cứu thiết kế và chế tạomáy bơm với chất lượng đạt tiêu chuẩn quốc tế và có uy tín cao, đặc biệt đối với

ngành thủy lợi Việt Nam Hàng chục máy bom trực đứng loại CsVI.000 (N=

250-320KW, Q= 8000 - 16000 mÌ/h) đã được lắp tại 9 trạm bơm phục vụ tưới tiêu ở

Việt Nam từ những năm 1960 - 1970, đến nay, vẫn hoạt động khá hiệu quả Hang

EXTREN của Hungary đã cung cấp các máy bơm nêu trên và đã nghiên cứu, thiết

kế, chế tạo nhiều may bơm chim cúc loại công suất dat chất lượng cao, đã xuất khẩusang nhiều nước trên th giới

Hãng ABS của Cộng hòa liền bang Die được thành lập từ cuối thé kỹ 19 và

đầu ch tạo máy bơm chim từ những năm 1950, ABS có doanh thu hàng năm

éu tỷ đồ la do cung cấp số lượng lớn máy bơm chim cho hơn 100 nước tr

giới ABS sản xuất hàng trăm loại bơm chìm (cả động cơ và bơm chìm) với công

16 - 15.000 KW, lưu lượng đạt tới Q,„„ = 25.000 mh và cột áp Hous =

220 m ABS luôn được xếp trong hàng ngũ những Hãng đứng đầu thé giới về chế

tạo máy bơm chim,

suất N =

Hãng Flygt của Thụy Điện là một trong những tổ hợp công nghiệp đứng vị trí hàng đầu tong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chìm Xuất phát từ nhu cầu thực tế của ngành khai thác mỏ edn loại bơm mà động cơ không bị ảnh hưởng

do ngập lụt mỏ, chịu được sự mài mòn của nước có nhiễu tạp chất ở mỏ và có th di chuyển linh hoạt bằng thủ công Hãng Flygt đã cho ra đời những mẫu bơm chìm

dầu iên từ năm 1948 Đến nay, hãng da có hing trim kiễu máy bơm chim với các

sỡ công suất (đạt tới Neus = 10.000KW), các thông số và tính năng kỹ thuật khácnhau Hãng đã xuất khẩu tới 110 nước trên th giới với đoanh thu hing năm hing tỷ

đồ la Tuy vậy gi thành may bom chim vẫn ở mức cao

“Hình 1.4: Máy bơm hỗn lưu (đồng chéo) “Hình 1.5: Máy bơm hướng trực chìm trục đứng chìm trục đứng

bền, Khả năng làm việc theo nguyên lý tự động hóa của thiết bị cũng như nâng caochất lượng thủy lực phần dẫn đồng của bơm chìm, nghiên cứu các kết cấu mới

nhằm tăng công suất của mỗi tổ máy bơm N = 10.000KW, cột áp H = 600-800 m,

lưu lượng Q = 40,000m'%, Lý thuyết tinh toán thiết kế máy bơm chìm đã đạt đượcnhiều thành tựu lớn, đặc biệt, về phần tính toán kết cấu các loại trạm bơm chim kiểu

ly tâm, dong chéo và hướng trục (kể cả trục ngàng và trục đứng) với cấu tạo gối đỡchịu lye, hệ thống làm kín cơ giới, bôi trơn và lâm mat Lý thuyết tính toán đangđược hoàn thiện và phát triển, Nói chung lý thuyết tính toán phần dẫn dong máy

ác biệt so với tính toán dẫn dòng các bơm cánh dẫn bơm chìm không có gi quá Kk

thông thường Tuy nhiên, do đặc điểm đặt chìm trong môi trường chất long (có thể

là nước ch, chất lồng thái, hóa chit, nước bùn eit với nhiệt độ khác nhau) haytrong điều kiện thự tế khác nhau như bom từ các giếng khoan sâu vải trim mét(bơm giếng sâu), bơm nước phục vụ làm mát ở các nhà máy điện nguyên tử, bơm

chìm phục vụ cho công tác khai thác dầu khí sẽ đòi hỏi các phương pháp tính toán

die biệt khác nhau với những lưu ý đặc thù.

“Các bơm chìm phục vụ cho nông nghiệp và thoát nước thải loại bình thường (độ xit thấp, kích thước các vật cứng trong nước thải không quá lin ) sẽ cho phép

sử dụng loại bom chim kiểu cánh dẫn tuyễn thing và phần tính toán lý thuyết sẽ

don giản hơn nhiều so với bơm chim phục vụ các mục đích đặc biệt đã nêu,

Các nước ASEAN và Châu A đã có nhiều liên doanh, liên kết với các Hãng

bơm lớn trên thé giới trong nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các kiểu bom chìm với các loại công suất khác nhau và đạt kết quả tốt Rút kính nghiệm ở các nước công

nghiệp phát triển các nước ASEAN và Châu A cing sử dụng rit rộng rãi các máybơm chìm, đầu tw cho nghiên cứu, thiết ké và chế tạo các loại bơm chim phục vụnội tiêu và suất khẩu đạt biểu quả cao Nguyên nhân dẫn đến tình hình trên là đotinh ti vigt của trạm bơm chim: công tinh tram đơn giản, rt phù hợp với các vàng

có sự thay đổi mực nước nhiễu, nhanh, đột ngột và đặc biệt là không gây tiếng dn,

lực lượng lao động ít.

1:22 Sự phát triển của trạm bơm chim trong nước

CCho đến nay, máy bơm chim sử dụng ở Việt Nam phục vụ tưới tiêu rong nông nghiệp còn quá it (chưa quá 100 tỗ máy các loại) với công suất N = 10-

320KW Nguyên nhân chính dẫn đến nh trạng trên là do giá thành các bơm chim

quá cao trong khí giá trị sản phẩm nông nghiệp thấp, nguồn vốn ngân sách Nhà

nước lại hạn chế Ngoài ra, bản thân các nhà quản lý, những người khai thác máy

bơm và trạm bơm chưa được chuin bị đầy đủ kiến thức cho vige tgp nhận loi máybơm này nhằm đạt hiệu quả cao Bộ Nông nghiệp và Phát iển nông thôn đã bit đầu

chú ý nhập các bơm chim kiểu ly tâm, dng chéo và hướng trục một cắp công suất

lớn Nụ„„= 320KW, lưu lượng lớn Q.„„ = 16.000 mÏ/h phục vụ tưới tiều trong nông.nghiệp từ các nước: Thụy Điển, Đức, Ấn Độ, Hàn Quốc, Sau một số năm đưa

vào sử dung trong thực tế, có thé rút ra một số kết luận về máy bơm chìm: các may

bơm chin lâm việc tốt n định; công tin trạm rit đơn gin, đặc bit phù hợp và

hiệu quả đối với vùng sông hd có sự thay đổi mực nước nhiễu và nhanh đột ngột Kinh ng mg chỉ rõ chất lượng máy cia mỗi nước có khác nhau

Những năm qua cũng thấy rõ nhiều vấn đỀ tồn tại đối với ngành chế tạo máybơm, Bơm chim công suất lớn, lưu lượng lớn phục vụ nông nghiệp và thoát nướcthải còn quá mới mẻ đối với Việt Nam, kể cả cần bộ kỹ thuật chuyên nghành máythủy khí đếi

chữa Hầu như chưa có tai liệu kỹ thuật nào về bơm chim chính thức được công

cán bộ quản lý, lắp đặt và sử dụng hay công nhân vận hành, sửa

bố và phổ biển một cách bài bản có tính pháp quy, mặc dù số lượng và chủng loại

máy bơm chìm được nhập khẩu và sử dung ở Việt Nam là rit đăng ké (hàng ngàn tổmáy các loại) Nhiều công ty khai thác nước ngầm chủ yếu chỉ quan tâm đến tinhtoán lựa chọn các bơm giếng sâu và nhập khẩu máy của nước ngoài

Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã giao cho Tổng công ty cơ điện

nông nhigp và thủy lợi nghiên cứu và chịu trách nhiệm lắp đặt bầu hết các tổ máybơm chim có công suất lớn (N =320 KW, Q = 16.000 m/h) do Bộ nhập khẩu

của nước ngoài phục vu tướ tiêu rong nông nghiệp Tổng công ty đã hoàn thành tốtnhiệm vụ nghiên cứu tài liệu về bơm chim, động cơ chìm và các thiết bị điều khiểnkèm theo: đã nghiên cứu các quy tình công nghệ lắp đặt máy bơm chim cỡ lon và

trực tiếp tiền hành lắp đặt bơm chìm đạt kết qua tối Tổng công ty cũng nghiên cứu, thiết k chế tgo các phụ ting nhằm bảo dưỡng, sửa chữa, thay thé các chỉ iế bơm)chim nhập ngoại bị hur hồng nhằm dim bảo cho tit cả các máy bơm hoạt động bìnhthường không cần sự can thiệo của chuyên gia nước ngoài

Hiện nay rong nông nghiệp dang sử dụng cúc mấy bơm hướng trực, ly tâm và

dòng chéo kiểu trục ngang, trục đứng và trục đặt nghiêng với các thông số công suấtđộng cơ điệ rit phổ biến (N =0,15 - 650KW, số vòng quay n = 300 - 2900viphú)

May bơm chim của các nước trên thể giới đã phủ hẳu như đầy đủ các ị số

sông suất động cơ điện đã nêu của Việt Nam và các trị số công suit khác và lớn

hơn, Nhằm phục vụ cho công tác nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chim phục

vụ tưới tiêu nông nghiệp cũng như các ngành khác chúng ta phải nghiên cứu theo

sam động cơ trên với ci gam bơm đặc rưng nhất

Với các máy bơm chim và động cơ chim được thiết ké và chế tạo tròng nước

chắc chấn sẽ hạ giá thành sản phẩm tổ máy và cho phép chủ động cung cấp thễt bị,

phụ tùng thay thé, Đây là giải pháp tôi ưu nhất để áp dụng rộng rãi các máy bom

chim vào sản xuất phục vụ nông nghiệp cũng như các ngành kính tế Khe Ngoài ra,

đây cũng là biện pháp

phí nhập khẩu, tăng ngoại tệ xuất khẩu, nhanh chống hòa nhập vàp AFTA trong thời

gian tối, đặc biệt là tham gia vào việc thực hiện

in thiết phát huy nội lực Việt nam, góp phần làm giảm kinh.

e Dự án xây lắp các tram bơm

chim thưo nguồn vốn của Ngân hàng thé giới WB2, ADB và ODA.

Vira qua, Trung tâm nghiên cứu, tư vấn cơ điện và xây dụng (REMECO) thuộc Tổng công ty Cơ điện xây dựng Nông nghiệp và Thủy lợi (AGRIMECO) đã được Bộ Khoa học và Công nghệ giao cho thực hiện 02 để tài ng! sn cứu khoa học

cấp Nhà nước theo Nghỉ định thư với nước ngoài vé “Hợp túc nghiên cứu chế tạomáy bơm chim công suất lớn phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp" (năm 2001-2002) và "Hop tác nghiên cửu ch tạo động cơ điện chìm N = 37 KW lắp với máy

bơm chim cho nông nghiệp" (năm 2003-2004), 02 dự án sản xuất thử nghiệm cấp

Nhà nước về thiết kế, chế tạo các máy bơm chìm kiểu ly tâm, hỗn lưu và hướng trục

kể có chế tao động cơ điện chìm công suit N < 75 KW công như thiết kể, xây dựngsắc trạm lip máy bơm chim, Hàng loạt máy bom chim đã được ché ạo và ấp dụng

ào sản xuất đạt kết quả tốt

‘Trung tâm đã tạo máy bơm chim kiểu hỗn lưu ký hiệu AGREX 285/4 (N

= 37 KW H= 10m, Q = 1000 mÌ/h, n = 1.450 vong/phiit) Máy bơm chim AGREX285/4 đã được lắp áp dụng thành công vào sản xuất (trạm bơm Se Đình, huyện Lập

“Thạch, tinh Vĩnh Phúc và trạm bơm Cổng Bún, tỉnh Bắc Giang)

5 KW,

May bơm chim kiểu hỗn lưu HLC 1100 - 12 (N

12m, Q = 1100 m'fph) do Trung tâm thi

chim trục đứng áp đụng cho tạm bơm Cổng Bún (Bắc Giang) làm việ tt, đạt hiệu

CÝ Yên, Nam Định) Máy hoạt động én định phục vụ tưới tiêu rất hiệu quả, được

người sử dụng đánh giá cao.

Các máy bơm chìm kiểu ly tâm LTC 470 - 16 lắp với động cơ chim IKC37/6

N=37 KW, n = 980 v/ph) do Tổng công ty thiết kế và chế tạo (cả động cơ chim vàmấy bơm chim) đã ầm việc tốt vi đang được áp dung rông rã vào thực tổ sin xuất

Hiện nay, Trung tâm REMECO đang cho ra đời nhiều loại máy bơm chìm và kết hợp với Công ty chế tạo điện cơ Hà Nội, Công ty điện cơ Việt sm - Hungary

chế tạo số lượng lớn các động cơ điện chìm công sult N= 10-75 KW phục vụ tưới

tiêu trong nông nghiệp

“Tám Ii, máy bơm chim là thất bị cơ điện thuộc loại công nghệ cao đã được

sử dụng với số lượng không nhỏ và đang có nhu cầu rất lớn đối với nhiều ngành,

đặc bit đối với nông nghiệp và thoát nước thi, Tuy nhiên, có thé khẳng định rin,

về lĩnh vực máy bơm chim, Việt Nam đã bi tụt hậu khá xa so với các nước trong, khu vực (Singapor, Thai Ls Malayxia, Indônêxia) vẻ hiểu biết chuyên sâu trong lý

h h

thuyết tính toán thiết kế, công nghệ chế tạo, quy u ng nghệ về

hành khai thác quản lý và sửa chữa máy bơm chim, các kiến thức về kết cầu các loại máy bơm chim và các kiểu công tình tram lip đặt máy bơm chim, cổ quá it các ải

liệu thông tin, các tà liệu kỹ thuật, chưa quan tâm đầy đủ đến công tác bỗi dưỡng

đổi với các cán bộ kỹ thuật,quản lý công nhân lành nghề vỀ ch tạ, lắp đặt sữa chữa bơm chim

đào tạo chuyên ngành về bơm và trạm lắp bơm chì:

1.3, Những vấn dé thường gặp phải khi thiết kể tram bơm chìm

1.3.1 Đối với công trình thiy công

1.3.1.1 Những sự cổ hư hỏng do thiết kế

= Cửa lấy nước bị bồi thường gặp ở trạm bơm liy nước ven sông.

Š nạo vết kênh dẫn

- Trạm bơm đặt xa sông lấy nước gây tn kém kính phí

~ Cửa lấy nước bị treo (mực nước bẻ hút quá thấp)

- Trạm bơm bị x6i lỡ, bị reo

- Những nguyên nhân gây ra

+ Điều tra, thu thập thiểu tải liệu về thủy văn công trình.

+ Tính toán sai chế độ thủy lực đòng chảy.

+ Thiên nhiên diễn biển ngày cảng phức tạp không theo quy luật, luồng lạch

dẫn nước thay đổi heo thời gian,

13.1.2, Sự cổ do nền móng công tình

Những nguyên nhân gây rủ

- Khi thiết kế các trạm bơm không tính lún, khi xây ra lún mới tinh kiểm tra

hú hoặc chỉ tính lún của trạm bơm không tính lún của é xả, Gian tủ điện, gian

điều hành là những bộ phận không xử lý nỀn hoặc xử lý nền chỉ bằng đệm cắt nhất

là các trạm bơm có địa chất rit xấu không xử lý nền triệt để

- Chưa tinh đến ảnh hưởng của lop đất đắp sau tường bên của bể xả.

~ Không xử lý bằng cùng một biện pháp tương xứng hoặc do sự có kết của phần đất

tiếp xúc với bộ phận công trình làm phát sinh lực nén tác động vào công trình.

~ Thiết kế biện pháp tiêu nước hỗ móng không tích hợp.

Thi công biện pháp tiêu nước hồ móng không tt, làm hỏng sự

nn công trình.

- Thi công biện pháp xử lý nền chưa đảm bảo chất lượng và không theo đúng

đồ án thiếc độ chối chưa dạ độ chỗ thiết kế

1.3.2 Đối với máy bơm và các thiết bị điện

1.3.2.1 Những hư hỏng thường gặp đổi với cúc tram bơm

Các máy bơm thường được chế tạo từ những năm 60 của thé ky trước Các máy bơm nhí

trục bơm và các thiết bị đồng cit diện Các thiết bị và chỉ tết máy được thay thé

lần đại tu sửa chữa, thay thể tại chỗ bánh xe công tác, các bạc đỡ,

không đồng bộ, sản xuất trong nước dẫn đến thường xuyên có các sự cổ vẻ các chỉtất hoạt động như bánh xe công tc, gối đỡ, trục bơm, cánh hướng gây ra hiệntượng gầm ri máy và độ ro giữa các chỉ tiết lớn Tại các 6 trục, nước bị rò rỉ lớn,khe hở giữa vành môn và bánh xe công tic lớn do đó hiệu suất máy bơm giảm rit

nhiễu Mặt khác, động cơ điện do sử dụng quá lâu dẫn đến chất cách điện giòn, bo,

động cơ tip

điện và hiệu s

gay nên dẫn đến tinh trạng hay xáy ra sự cố

“Các động cơ điện thường xuyên bị cháy các cuộn đây do hệ thống tủ điều khiển bảo

vệ không an toàn.

132.2, Hư hỏng về hệ thống điều khiển, điện

- Thiết bị đóng cắt công nghệ đã cũ và lạc hậu vì vậy khả năng cắt dong kém,

đồ an toàn về điện không cao, khả năng bảo vệ và cit khỉ có sự cổ kém:

- Hiệu suất sử dụng của hệ thống thấp.

- Hiện nay, do các thiết bị cũ đã không còn được sản xuất nữa nên không cóthiết bị đồng bộ để thay thể khi xy ra hông hóc, sự cổ

- Hệ thống đo lường và bảo vệ hiện tại được thiết kế va lắp dat tr rất lâu, đã cũ

và lạc hậu Các thiết bị hầu hết không an toản về điện, các số liệu đo lường không,

chính xác và không côn sử dung được nữa.

~ Tính năng bao vệ của hệ thống kém, không an toàn cho thiết bị và con người trong quá trình làm việc và thao tác,

~ Hệ thống i điều khiểm; Các thếtbịđã cũ, cổng knh, không an toàn về điện.Người sử dụng khó giám sát va vận hành.

- Hệ thống tủ điện: Hệ thống tủ điện được thiết kể theo các ách thước của các

thiết bị cũ không còn phù hợp với các thiết bị điện đời mới Tủ điện được thiết kế

sông kénh không đảm bảo mỹ quan và tin lợi cho người vận hành Cin thay mới lại

toàn bộ hệ thống tủ điện cho phủ hợp với các tiêu chuỗn của thiết bị điện đời mới

1-4 Một số wu, nhược điểm của các loại trạm bơm

+ Đặc biệt, không gian kiến trúc khu đầu mỗi chật hẹp, xây dựng trạm

‘bom mới đồ sộ bên cạnh trạm bom cũ và giống nhau về kiến trúc là không, phù hợp cảnh quan;

1.4.2 Các tram bơm chim

- Ưu điểm

+ Thiết bị cơ điện có tỉnh năng ưu việt: độ ben cao, độ an toàn cao nhờ các

thiết bị bảo vệ như chống đảo pha, mắt pha, ch pha, ching rò ri quá

nhiệt, quá t cảm biến độ âm;

+ Vận hành máy bơm hiện dai, đơn giản;

+ Tiết kiệm điện năng hơn;

+ Kết cấu nhà trạm chỉ có 01 tang bơm nên gọn nhẹ và có tính én định cao

hơn trên nén địa chit yéu Đặc iệt tạo được mặt bằng không gian kin trúc

cho khu vye đầu mỗi và Chỉ phi xây dựng thấp.

1.5 Một số hình ảnh tram bom đã và đang được xây dựng.

15.1 Các tram bom truyền thống

~ Tram bơm Hin Quang: Thuộc huyện Tiên Da, tinh Bắc Ninh hoàn thànhvào năm 2010 Tram bơm gém 5 tổ máy bơm hỗn hưu trục đứng ký hiệu 1350VZM

do Tập đoàn EBARA sản xuất Lưu lượng mỗi tổ máy là 33.8400 m3/h, cột nước

bơm 7,68m, tốc độ vòng quay 590víp, động cơ công suất 250k

Hình 1.7: Máy được lắp đặt tại tram bơm Hán Quảng.

= Trạm bơm Tan Chỉ 2: Thuộc huyện Tiên Du, tinh Bắc Ninh hoàn thành vào,

năm 1999 từ nguồn vốn tải trợ của Nhật Bản Tram bơm gồm 4 tổ máy bơm hỗn lưu

trục đứng ky hiệu 1350VZM do Tập đoàn EBARA sản xuất Lưu lượng mỗi tổ may

là 14.400 m3/h, cột nước bơm 7,3m, tốc độ vòng quay 245v/p, động cơ công suất

400kw Dây là trạm bơm tiêu lớn nhất của tinh Bắc Ninh

Hình 1.9: May được lắp đt tại tram Tân Chi 2

152 'ác trạm bơm chìm.

= Tram bơm thoát nước tại Halle ~ Đức: Tram bơm gồm 4 tỗ máy bơm chìm

trục đứng ký hiệu Amacan P 800-540/155 6UAGI_ do Tập đoàn AMACAN của ite sản xuất Lưu lượng mỗi tổ máy là 5.000 m3/h, cột nước bơm 70m, động cơ công suất 155kw.

- Tram bom tiêu Phung Chau ~ Hà Nội: Thuộc huyện Chương Mỹ, thanh phổ

Ha Nội hoàn thành vào năm 2012 Trạm bơm gồm 4 tổ máy bom chim trục đứng do

“Tập đoàn Flygt Thuy Điễn sản xuất Lưu lượng mỗi tổ máy là 2.700 m3/h, cột nước

bơm 10,0m, tốc độ vòng quay 730v/p, đội sơ công suất 110kw,

“Hình 1.12: Hình ảnh tram bơm Phung Châu — Chương Mỹ:

"Hình 1.13: Hình ảnh khoang đặt máy bom chim của ram bom Phụng Châu

- Tram bom Hg Dục ~ Hà Nội: Thuộc huyện Chương Mỹ, thành phố Hà Nội

công trình đang được đầu tư xây dựng Trạm bơm gồm 4 tổ máy bơm chìm trục

đứng Lưu lượng mỗi tổ máy là 2.000 m3/h, cột nước bơm 8,1m, tốc độ vòng quay

'980v/p, động cơ công suất 75kw.

HUYỆN CHƯƠNG MỸ - TP HÀ NỘI

“CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU TRẠNG THÁI UNG SUAT- BIEN DẠNG

'VÀ ƠN ĐỊNH CUA TRAM BOM CHÌM TREN NEN ĐẮT YÊU

2.1 Điều kiện làm việc của cơng trình trên nén đắt yếu

1.2.1 Nén đất yếu và phân loại nền đất yếu

Nền đất la đt yếu nễu ở trạng thái tự nhiên, độ dm của chúng gần bing hoặccao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính theo thí nghiệm cắt nhanh khơngthốt nước tir 0,15 daN/emÊ trở xuống, gĩc nội ma sát từ 0” +10” hoặc lực dính tirkết quả cắt cánh hiện trường S, < 0,25 daNiem’ Theo sức kháng cắt khơng thốt

và trị số tiêu chuẩn N như sau:

- Bit rit yêu: S, < 12,5 kPa hoặc N <2

- Đắt yếu: S, < 255 kPa hoặc N < 4

Các loại ất yên thường gặp

= Đắt sét mềm: gm các loại dit sé hoặc & sét tương đối chặt, ở trạng thbio hoa nước, cĩ cường độ thấp

= Bùm: Các loại đắt tạo thành trong mơi trường nước, thành phần hạt rt min(200 jum) ở trang th luơn lo nước, hệ số rồng rất lớn, rt yêu về mặt chịu lục

~ Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu rời rac, cĩ thể bị nén chặt hoặc pha

lộng đáng kể Loại này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi

là cát chay.

bazan: Đây cũng là dt yêu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung rọng khơ

bé, khả năng thắm nước cao, bị lún sập

Dit sét yêu là một trong những dBi tượng nghiên cứu và xử lý rt phúc tạp,Albi hỏi sơng tác khảo sắt điều tra, nghiên cứu, phân tích và tính tốn rt cơng phú

Dit sét yêu nĩi chung là loại dat cĩ khả năng chịu tải nhỏ (áp dụng cho đất

cĩ cường độ kháng nén quy ước dưới 0,50 daN/em® ), cĩ tính nén lún lớn, hệ số

rng lớn (e >1), có môdun biển dang thấp (E < 50 daN/em® ), và có sức kháng cắt

nhỏ, Khi xây dựng công tình trên nỀn dit yéu mà thiểu các biện pháp xử lý thíchđáng và hợp lý thì sẽ phát

tình bày một số chỉ iêu phn loại đất mém yếu

sinh biến dạng thậm chí gây hư hỏng công trình Bảng 2.1

Baing 2.1: Một số chỉ tiêu phân loại nên đắt mẫn yeu

Tìm lượng Teco Gốc nội mã Chỉ : | ES | pete | Cameloại dit S| nhiên 86 aa cy | OR nước m sit ¢) (hia

nhiên (5) (Mpa) cắtnhanh) Dit >40 | »i2 | 05) >9 <

Đá | SẠ0 | >095 | xua - >95 <3 1.2.2 Đặc điểm làm việc của công trình bê tông trên nền đất

“Công tinh bê tông thủy công là loại sông tình có ti trọng bản thân và tải trọng ngang lớn, làm việc trong môi trường nước, bởi thể nền thường bão hoa và điều

kiện làm việc không thoát nước Móng công trình bê tông có thé đặt trực tiếp trên nên.đất hoặc ngầm sâu vào nỄn Khi chịu ti trong phúc tạp, tải trong công tình truyỄn

xuống nén vượt quá sức chịu tải của nén, nền sẽ bị phá hoại hoặc xảy ra các hiện

tượng trượt phẳng, sâu hoặc trượt hỗn hợp; điễu đó dẫn đến sự ph hoại về

công trình bị phá hoại hoàn toàn.

Móng đặt trực tiếp trên nền Mong nông trên n

A

"Mống sâu ngàm vào nên Móng sâu ngàm vào nênnhờ tăng chi sâu hộp đầy nhờ hệ thống cọc

Hình 31: Hình thức móng công tình trên nền dd

“Thực tế ho thấy việc đánh giá khả năng lim việc của đất nén và biện pháp xử

lý khơng phù hợp đã dẫn đến những sự cổ đán tiếc, ey thie hại lớn về người và của1.23 Mật số phương pháp xữ lý cơng trình khi gặp nền đất yến

"Để khắc phục những sự cổ cơng tinh do nén đắt yếu dem đến cần cĩ những biện pháp kỹ thuật để cải tạo tinh năng xây dựng của nĩ, Một vài biện pháp điền hình.

cĩ thể kể đến như sau:

+ Biện pháp xử lý về mặt kết cẩu cơng trình:

- Dùng vật liệu nhẹ và kết cầu nhẹ: Làm giảm trọng lượng bản thân cơng trình

bằng cách sử dụng các loại vật liệu nhẹ, kết cầu thanh manh, tuy nhiên vẫn phải dim

"bảo cường độ của cơng trình.

= Lâm tăng độ mém của kết cầu cơng trình: Mục đích để khử ứng suất phụ thêm phát sinh trong kết cấu khi xây ra lúa lệch hoặc lún khơng đều Phương pháp.

đăng kết cấu inh định hoặc phân cắt các bộ phận cơng tỉnh bằng các khe lún

~ Lam tăng cường độ cho kết cau cơng trình: Mục đích dé đủ sức chịu các ứng.lựe sinh ra do lún lệch và lồn khơng đều Phương pháp dùng các dai bể tơng cốt tháp

48 tăng khả năng chịu ứng suất kéo khi chịu ỗn, đồng thời cĩ thé gia cổ ta các vi ut

<u độn xt hiện ứng suit cục bộ lớn

Phương pháp thay đổi kích thước móng có tác dụng thay đổi trực tiếp áp lực

tác dụng lên mặt nén do đó cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như điều kiệnbiến dang của nên

HH

Thay đỗi độ sâu chôn móng Thay đổi kích thước móng

Hình 2.3: Phương pháp xử lý về móng

~ Với các lớp đất yếu có độ day không lớn (tốt nhất với lớp đất yếu < 3m) ở

trạng thải bão hoa nước người ta sử dụng đệm cất (đảo bố toàn bộ lớp đắt yếu và thaybằng cát hạt trung, hạt thô dim chặ) để cai tạo nén, Đệm cát đóng vai trò như một lớp

“chịu tai tiếp thủ tải trọng công tinh và truyễn tii trong đó xuống các lớp đất bên dưới

š »

Sơ đỗ bồ trí đệm cát So dé bổ trí cọc cát

Hình 2.4: Phương pháp xử lý về nên

- Khi gặp trường hợp nền yếu nhưng có độ âm nhỏ (G < 0,7) có thể sử dung

phương pháp đầm chặt lớp mặt để làm ting cường độ chống cắt của đắt và làm giảm

tính nén lún Lớp đất mặt sau khỉ được dm chặt có tác dung như một ting đệm đắt, không những ưu điểm như phương pháp đệm cát mà còn có ưu điểm la tan dụng được

nên đắt thiên nhiên để đặt móng, giảm khi lượng dit đào đắp

- Phương pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép: Mục dich của phương pháp sit

dụng khả năng chịu ti cao của các ng đất đưới âu và lực ma sit giữa cọc và nén

móng để giữ ôn định cho công tình

'Với ưu điểm có lịch sử phát triển lâu đời, phù hợp với nhiều loại địa hình địachất phương án sử dụng móng cọc được sử dụng ph biển rộng ri với hu hết các

loại công trình nồi chung và công tình thủy lợi nồi riêng.

Mông cọc đài hấp Mong cọc dài caoHinh 2.5: Phương pháp xứ lý vẻ nền bằng móng cọc

22 Các phương pháp nghiên cứu trạng thai ứng suất ~ biến dạng và dn định

2.2.1 Các phương pháp nghiên cứu

én dạng và ổn

Có rit nhiễu phương pháp nghiên cứu trang thi ứng suất —

định của công tình rên nền đắt Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm

riêng Việc áp dụng là dựa vào yêu cầu, tính chất, mức độ của bai toán đặt ra

“Các phương pháp tính toán hiện hành bao gồm:

+ Phương pháp số

+ Phuong pháp thực nghiệm.

Do nội dung của đề tai là nghiên cứu trang thái ứng suất biển dạng và ổn inh của công trình theo mô hình bài toán phẳng, mà theo trio lưu hiện nay bài toán được xây dựng theo phương pháp phần tử hữu hạn (một trong những phương pháp

của phương pháp số) và đã có nhiều phần mềm wu việt ứng dụng để giải quyết bài

toán này nên tác giả xin tình bày nội dung của phương pháp phần từ hữu hạn.

2.2.2, Phương pháp phần tử hữu han

2.2.2.1, Nội dung phương pháp phần từ hữu hạn [9]

Phương pháp phan tử hữu hạn ra đồi vào cuối những năm 1950 nhưng rat ít

được sử dung vì công cụ toán học còn chưa phát triển Vào cuối những năm 1960,

phương pháp này đặc biệt phát triển nhở vào sự phát triển nhanh chóng và dir dụng

rộng rãi của máy tính điện tử Đến nay có thé nói rằng phương pháp phần tử hữu.hạn được coi là phương pháp có hiệu quả nhất để giải các bai toán cơ học vật rắnnói riêng và các bai toán cơ học môi trường liên tục nói chung như các bài toán thủykhí lục học, bài toán về từ trường và điện trường

Một trong những vu điểm nỗi bật của phương pháp phần từ hữu hạn là dễ

«dang lập chương trình để giải trên máy tính, tạo di kiện thuận lợi cho việc tự động,

hóa ính toán hàng loạt kết cấu với những

và điều kiện biên khác nhau

thước, hình dạng, mô hình vật liệu

Phương pháp phần từ hữu hạn cũng thuộc loại bồi toán biển phần song nó

khác với các phương pháp biển phân cổ đi như phương pháp Ritz, phương pháp,

xỉ của him Galerkin chỗ nó không tim dạng hàm tìm trong toàn miễn

nghiên cứu mà chỉ chỉ trong từng miền con thuộc miỄn nghiên cứu đó, Điều này đặc

bi thuận lợi đối với những bài toán mà miễn nghiên cứu gồm nhiều miỄn con có

những đặc tính cơ lý khác nhau, vi dụ như bài toán phân tích ứng suất trong đập

trong nền không đồng chất, bài toán thắm qua đập vật liệu địa phương

“Tinh ty giải bai toán bằng phương pháp phẫ tử hữu hạn

Chia min tinh toán thành nhiều các min con gọi tit là các phần tử Các

phần từ này được nỗi với nhau bởi một sé hữu hạn các điểm nút Các điểm nút này

có thể là định các phan tử, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên mặt (cạnh)

cia phần tử Các phin từ thường được sử đụng là các phần tử dạng thanh, dạng

phẳng dạng khối

2 Trong phạm vi của mỗi phẩn tử ta giả thiết một dạng phân bé xác định nào

đố của hàm cần tm, có th là: Hầm chuyên vị, hầm ứng xuất, cũng có th là cả hàm

Tùy theo ý nghĩa của hàm xắp xỉ mà trong các bài toán kết cấu ta thường

chia thành 3 loại mô hình:

= Mô hình tương thích: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gin đúng dạng

phần bổ cia chuyển vị trong phin tử Hệ phương trinh cơ bản của bài oán sử dụng

mô hình dang này được thết lập trên eo sở nguyên lý biển phân Lagrange.

~ Mô hình cân bing: Ứng với mô hình này ta biểu diễn gn đúng dang phân

bổ của ứng suất hay nội lực trong phần tử Hệ phương trình co bản của bài toán sử

‘dung mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano

= Mô hình hỗn hợp: Ủng w mô hình này ta biểu diễn gin đúng dạng phân

bổ của cả chuyển vị lẫn ứng suất rong phần tử Ta coi chuyển vi và ứng suất là 2 yếu tổ độc lập riêng biệt Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này

.được thếtlập trên cơ sở nguyên lý biển phân Reisner-Hellinger

“Trong 3 mô hình trên thi mô hình tương thích được sử dụng rộng rãi hơn cả,

còn 2 mô hình sau chỉ sử dụng có hiệu quả trong một số bài toán nhất định.

3 Thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán

Để thiết lập hệ phương trình cơ bản của bài toán giải bằng phương pháp phần

tử hữu hạn ta dua vào các nguyên lý biển phan Từ các nguyên lý biến phân ta rút ra.được hệ phương trình cơ bản của bài oán dựa trên thuật toán của phương pháp phin

từ hữu bạn có dụng bg phương tình địa số uyễn tính: AX=B

4 Giải hệ phương trình cơ bản: Gi hệ phương trình cơ bản trên sẽ tìm được.

các Ấn số tại các điểm nút của toàn miễn nghiên cứu

5 Xác định các đại lượng cơ học cần tim khác: Để xác định các đại lượng cơ

học cần tìm khác ta dựa vào các phương trình cơ bản của lý thuyết din hồi

2.2.2.2 Ưu nhược điểm của phương pháp phần tử hữu hạn

trường như lý thuyết truyền nhiệt, cơ bọc chất lỏng.

+ Giải được bài oán có xét đến ảnh hưởng biển dạng ban đầu, tinh dj hướngcủa nén, xét đến nin có xét ti các lớp xen kẹp, đứt ly, các bài toán có điều kiện

biển phức tạp.

+ Phin ánh đúng thực t làm việc của vật liệu là không đồng nhất, không

đẳng hướng

NHược d

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

23 Phân ch ứng suất ~ biến dạng của công trình bằng phương pháp phần từ hãu hạn

23.1 Cơ sở lý thuyết [9]

Phương pháp phần tir hữu hạn thuộc loại bài toán biển phân, song nó khácvới các phương pháp biến phân cổ điễn như phương pháp Ritz, phương phápGalerkin 6 chỗ nó không tim dạng hàm xấp xi của hàm ein tim trong toàn miễn

xác định mà chỉ trong từng mién con thuộc miễn xác định đó Điều này đặc biệt

thuận lợi đối với những bài toán mà miễn xác định gm nhiều miễn con có những

đặc tính khác nhau,

“Trình tự giải bài toán kết cầu bằng phương pháp phần tử hữu hạn như sau:

4 Burée 1: Chia miền tính toán thành các phần tử nhỏ

4 Bước 2: Chon in số là các chuyển vị nút của phần từ

Giả thiết tại một điểm nao đó trong phan tir có chuyển vị được biểu diễnbằng hàm (x.y), ta xắp xi hàm này bằng da thức nguyên

“Gọi U, là vé tơ chuyển vị nút của phần tử, ta có:

U¿={U); với i=l2, ny G3) trong đó: ny là số chuyển vị nút của phan tử, nó bằng tích của bậc tự do của mỗi nút và số nút của phần tử.

Vi hàm (3-2) thoả man cho mọi điểm trong phần tir nên cũng thoả mãn cho

các điểm nút của nó Thay toạ độ x.y của M, trong (3-2) bằng toa độ nút của phan tir

ta được

ụ 64) trong đó: Ac là ma trận toa độ nút của phần tử

Từ (3-4) giải ra ta được: a= A.”U, 5)

Thay (3-5) vào (3-2) được

f=M Ác Ue G46)

Đặt N.=M, Ác" 67

N, gọi là hàm dang của phần tử

"Với cách đặt tên thì (3-6) được viết lại như sau:

f=N.U (3-8)

-# Bước 3: Liên hệ giữa véc to chayén vị nút của phẫn tử và chuyển vị nút cũa

Giả sử số chuyển vị nút của phẫ tử à ny, cồn của toàn kết cấu là ï và vee tơchuyển vị nút của toàn kết cấu là A, thi rõ ring à các thành phần của véc tơ chuyển

vi nút của phần tử phải nằm trong các thành phin của véc tơ chuyển vị nút của toànte

u Nồi cách khác, ta có thé biểu diễn mỗi quan hệ này bằng một iu thức toán học như sau Uy =L,A G39)

trong đó: Lạ là ma trận định vị của các phần tử e có kich thước mạn, nó cho tahình ảnh cách sắp xếp các thành phin của U, vào trong A

“Các phần từ L chỉ nhận hai trị số là và Ì

Lự=0 nếu Us 4,

Lil nếu Us =A,

Nhu vậy, sử dụng ma trận L, có thé sắp xếp các thành phần véc tơ chuyển vịnút của phần tử (chuyển vị cá thé) vào véc tơ chuyển vị nút của toàn kết cấu(chuyển vị toàn thé) Nói cách khác là sử dụng ma trận định vị ta có thể biểu diễn

vée tơ chuyển vị nút cá thé qua vée tơ chuyển vị nút toàn thể

+ Bước 4; Mỗi liên hệ giữa biển dang và chuyên vị.

Goi z là véc tơ biển dạng, th ta có mai liên hệ giữa biển dạng và chuyỂn vị

như sau

G-10) trong đó: ð là ma tận toán vi phân

Thay F bằng biểu thức (3-8) ta được: G10)

Đặt G12)

B, là ma trận him các to độ nút của phần tử viết ni biễu thúc ø„

s.=B,U, g8)(3-13) biểu điễn mỗi quan hệ giữa biển dang của phần từ với các chuyển vị

nút của nó,

$# Bước 5: Mỗi liên hệ giữa ứng suất và chuyển vị,

Gọi ø, là éc tơ ứng suất của phần tử, theo định luật Hooke ta có:

ø.=D, 6-19)

trong đó; D là ma trận các hằng số din hồi

‘Thay (3-13) vào (3-14) ta được: ø; = DB,£- @-15)

(9-15) là biểu thúc liên hệ giữa ứng suất và huyên vĩ nút của phần từ

+ Bước 6: Thiết lập phương trình cơ bản của phương pháp phần tir hữu hạn

Vea

“Theo nguyên lý cực tiểu thé năng, gid sử vat thé có thé tíc bằng dưới tác dung của cá lực thé tích P và lực bE mặt q rên bề mat S, khi đó thé năng toàn

phần của kết cầu có dang

(Chia miễn V tính toán hành n, phần tứ, mỗi phần từ có thể ch V, điện ích

bề mặt là S gọi thể năng toàn phần của phần từ là

a= [ffje "am, -[ffec'nav.ffuaas, 410)

Dat (3-8),3-13) và (3.15) vào (3.16) ta được:

fez mr oa, —fforwsra, forza, tay x.<107K0,-u, eas

Với: K, = fff BF Đ8,4V,- gọi là ma tận cứng phin từ G19)

ff nav, + [fv aas,- gọi vé wr của phẫn từ 6.20)

Theo nguyên lý cụ ễu thé ning: =o G22)

“Thay (3-21) vào (3-22) ta được: KA-F Vay:KA=F G23)

(3-23) là phương trinh cơ bản của phương pháp PTHH, trong đó:

1 K.L, - là ma trận cứng của toàn kết cầu.

vée tơ tải của toàn kết cầu.

“Thuật toán tổng quát quá trình thiết lập và giải bài toán kết cầu theo phương

pháp PTHH (xem hình 2.12).

Giải phương trình (3-23) sẽ tim được các hàm dn của miễn xét tại các điểm nút

Để giải hệ phương trình trên thi một yêu cầu rất quan trọng là ma trận độ cứ ig

K không được suy biến, nghĩa li det(K) # 0 Để đáp ứng được yêu cầu này khi gi

ta có thể xử lý kiện biên Với bài toán tính toán kết cầu, khi đã xử lý đikiện biên thì điều kiện trên đương nhiên thỏa mãn,