Luận văn thạc sĩ Kinh tế Tài nguyên thiên nhiên và Môi trường: Phân tích ảnh hưởng của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực

Phương pháp phần từ hữu hạn "2.2 Tình hình nghiên cứu các phương pháp phân tích ứng suất thân đập và ảnh hưởng.của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực "92.3 Kết luận hương

LOI CAM ON

Luận văn “ Phân tích ảnh hướng của hành lang đến ứng suất than đập bê

tông trọng lực” được tác giả hoàn thành tại trường Đại học Thủy Lợi với sự nỗ lực

của bản thân và sự giúp đỡ của các thày cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Thủy Lợi,

đặc biệt là Phòng Dao tạo Dai học và sau Đại học, các giảng viên Khoa Công trình

~ Trường Đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức chuyên môn cần thiết trong quá trình tác giả học tập tại trường.

Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quang Hùng, đã

trực tiếp hướng dẫn, cũng như cung cấp tải liệu, thông tin khoa học cần thiết cho tác

gia hoàn thành luận văn.

Tác giả xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên và đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình tác giả thực hiện luận văn.

Do trình độ hiểu biết và kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn không thé tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và những ý kiến đóng góp của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn !

Hà Nội, ngày 30 tháng 05 năm 2012.

Tác giả luận văn

Lê Tuấn Anh

LỜI CAM KET.

Tên tối là; Lê Tuấn Anh

MỤC LUC

MO DẦU 1

1 Tính cắp thiết của để tài 1

2 Mục đích của dé tài 1

3 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, 1

4 Kết quả dự kiến đt được, 2CHUONG |: TONG QUAN VE TINH HÌNH XÂY DỰNG DAP BE TONG

TRONG LUC Ở VIỆT NAM VA TREN THE GIỚI

1.1, Tinh hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở nước ta và trên thể giới.

1.1.1 Tinh hình xây đựng đập bê tông trọng lực trên thể giới

1.1.2 Tinh hình xây dựng đập bê tông ở.

1.2 Hành lang công tic, cấu tạo và vai trỏ ©

2.1.1 Phương pháp sức bề vật liệu 13

2.1.2 Phương pháp Ly thuyết din hồi 16

2.14 Phương pháp phần từ hữu hạn "2.2 Tình hình nghiên cứu các phương pháp phân tích ứng suất thân đập và ảnh hưởng.của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực "92.3 Kết luận hương 2 23'CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LY THUYET DE PHAN TÍCH UNG SUAT THAN DAP.KHI CO XÉT DEN HANH LANG CÔNG TAC 25

3.1 Phương pháp phân tích ứng sut sử dụng trong luận văn - phương pháp Pn tir hữu

bạn

3.1.1 Khái niệm về phương pháp phi tử hữu hạn

3.12.

3.2 Lý thuyết về tiếp xúc

3.3 Lập mô hình tính toán, xử lý điều kiện biên bài oán.

3.3.1 Lựa chọn, giới thiệu phần mềm tính toán ANSYS.

3.3.1.1 Khái niệm APDL

33.1.2.Dặc điểm của APDL.

33.1.3 Giải bài oán trong phin mém ANSYS

3.3.14/Mô phông phần từ tếp xúc

3.3.2 Lập mô hình tính toán, xử lý điều kiện biên bai toán.

3.3.3 Cơ sở đánh giá, phân tic kết quả

3⁄4 Kết luận chương 3

"bước tính toán của phương pháp phan tử hữu hạn.

25 25 26 29 32 32

35

36 37 38

40 40

4.1.3 CÍp công trình và tiêu chuẩn thiết kế

4.1.4 Quy mô công trình

42 Thu thập s liệu đầu vào, các trường hợp tính toán

4.2.1 Các thông số tính toán:

4.2.1.1 Các đặc tinh của vật liệu và của nền

4.2.1.2 Các tải trong tác dung:

4.2.2 Các trường hop tinh toán

4.23 Sơ đồ tinh toán

NG SUAT THAN BAP DONG BIEN - KHANH HÒA

43 Ứng đụng phần mm Ansys phân tích ứng su

-44 Tổng hợp kết quả và đánh giá két quả.

4.4.1 Tổng hợp kết quá.

44.2 Phân ích, đánh giá kết quả.

4.4.2.1 Phân tích, đánh giá bản chất các trường hợp tính toán.

4.4.2.2 Phân tích, đánh giá kết qua tinh toán của các trường hợp.

ot

6 68

DANH MỤC CÁC HÌNH VEBảng 1.1 Bảng thống kê số lượng đập của các châu lục 3Hình 1.1 Biểu đổ xây dựng đập lớn trên toàn thé giới (1900-2000), 4

Hình 2.1 Sơ đồ xác định các loại ứng suắtở biên đập 4

Hình 2.2 Sơ đồ vòng Mo ứng sui ii 1 điểm 1sHình 2.3 Biểu đồ quan hg giữa tỉlệ /Hị và hệ số én định trượt (H 21Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ giữa ti lệ x/H, và ứng suất kéo chính Kim nhất than đập 21

Hình 2.5 Mặt cắt thiết kế tính toán và vị tình lang công tác hợp lý trong thân đập 2

Hình 26 Biểu đồ ứng suất chính in nhất và ứng suất chính lớp nhất 18 khoét ở cao

Hình 4.4 Mô hình Hành lang hai khối (témptigp xúc với dp 50

Hình 4.5 Mô hình Hành lang hai khối (đưới) tiếp xúc với đập 50

Hình 4.6 Mô hình Hành lang bin khối ếp xúc với đập siHình 4.7 Đồng nhất - Phân bổ ứng suit Sx toàn mô hình 35Hình 4 Bồn khối tiếp xúc - Phân bổ ứng suắt Sx trong toàn mô hình sHình 4.9 Đồng nhất - Phân bổ ứng suất S3 khu hành lang 56Hình 4.10 Bốn khối iếp xúc - Phan bổ ứng suất S3 khu hành lang 56Hình 4.11 Đồ thị quan hệ t lề ig su SĨ giữa các trường họp tính oần 57

Hình 4.12 Mộ kh tgp xúc - Phân bổ ứng suất SI khu hành lang sẽ

Hình 4.13 Bồn khối tiếp xúc Phân bổ ứng suất S1 khu hành lang 38

Hình 4.14 Mộ khối tip xúc - Phân bổ ứng suất Sy toàn mô hình 39

Hình 4.15 Bốn khối tiếp xúc - Phân bổ ứng suit Sy trong toàn mô hình 59

inh 4.16 Đồng nhất - Phân bổ ứng suit $3 rong hành lang 0Hình 4.17 Bổn khối tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S3 trong hành lang 60

Hình 4.18 Đồng nhất - Phân

Hình 4.19 Bồn khi

ứng sudt $1 trong thân đập phía ngoài nh lang.61

p xúc Phân bổ ứng suất SI trong thân đập ngoài hàng langól

DANH MỤC CÁC BANG BIEBảng 1.2 Motsé đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam

Bảng 4.1 Tổng hợp các thông số cơ bản công tình

Bảng 42 Các đặc trưng của vật liệu và nền.

Bang 4.3 Tổng hợp kết quả tính toán các trường hợp với Hyj,=80(m)Bảng 44 Tổng hợp két quả tính toán các trường hợp với Hạ=80(m)Bảng 4.5 Tổng hợp các hệ số so sánh các trường hop

Bảng 46 Tổng hợp hộ số ứng suit Sx, Sy

Bảng 4.7 Tổng hợp ứng suất chính ngoài phạm vi hành lang

DANH MỤC CÁC PHY LUC

Phy lụ 1: Kết quả tinh toán ứng suất thân đập và hành lang công tác trường hợp 1

Hình 1: Đồng nhất - Phân bổ ứng suất Sy toàn mô hình

in 2: Đồng nhất - Phân bổ ứng suất S1 khu hành lang

Hình 3: Đồng nhất - Phân bổ ứng suất S2 khu hành lang

Hình 4: Đồng nhất - Phân bổ ứng suất $1 trong hành lang

Hình 5: Đồng al

Hình 6: Đồng nhất - Phân bổ ứng suất S2 trong thân đập phía ngoài hành lang

Hin 7: Đồng nhất - Phân bổ ứng suất

Phy lục 2 : Kết quả tinh toán ứng suất thân đập và hành lang

Hình 8: Mộ khối tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S:

Hình 9: Mộ khối tiếp xúc Phân bố ứng suất S2 khu hành lang

Hình 10: Một khối tiếp xúc - Phân b6 ứng suất $3 khu hành lang

ít Phân bổ ứng suất S2 trong hành lang

trong thân đập phía ngoài hành lang

ng tác trường hợp 2 toàn mô hình

Hình 11: Một khối ấp xúc Phân bổ ứng suất S1 trong hành lang

Hình 12: Một kh

Hình 13: Một khí

Hình 14: Một khối tiếp xúc Phân bổ ứng suắt S1 trong thân đập xung quanh hàng:

tiếp xúc - Phân bố ứng suất S2 trong hành lang

tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S3 tong hành lang

Hình 17: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bd ứng st x trong toàn mô hình

Hình 18: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bổ ứng suất Sy trong toàn mô hình

Hình 19: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bố ứng suất $1 khu hành lang

Hình 20: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S2 khu hành lang

Hình 21: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S3 khu hành lang

Hình 22: Hai khối tên) ấp xúc Phân bổ ứng suất SI trong hành lang

(tr) tiếp xúc Phân bổ ứng suất S2 rong hành lang

ối (ten) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S3 trong hành lang,Hình 25: Hai khối (trên) tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S1 trong thân đập xung quanh

Phụ lục 4 : Kết quả tính toán ứng suất thân đập và hành lang

Hình 28: Hai khối (đưới) tiếp xúc - Phân bổ ứng sất Sx trong toàn mô hình

Hình 29: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bổ ứng suất Sy trong toàn mô hình.

Hình 30: Hai khối (đưới) tếp xúc - Phân bổ ứng suất S1 khu hành lang

Hình 31: Hai khối (dưới) tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S2 khu hành lang

Hình 32: Hai khối (dưới) tiếp xúc - hân bổ ứng suất S3 khu hành lang

Hình 33: Hai khối (đưới) tiếp xúc - Phân bổ ứng suất SI rong hành lang

Hình 34: Hai khối (đưới) tiếp xúc - Phân bố ứng suất S

inh 35: Hai khối (dud tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S3 trong hành làng

Phụ lục 5 Kết quả tính toán ứng uất thân đập và hành lang công tác trường hợp Š

Hình 39: Bốn khối Ất S2 khu hành langếp xúc - Phân bố ứng suất

Hình 40: Bốn khối tiếp xúc - Phân bổ ứng suất S1 trong hành lang

Hình 41: Bốn khối p xúc - Phân bổ ứng suất S2 trong hành lang

Hình 42: Bốn khối ấp xúc - Phân bổ ứng suất S2 trong thân đập ngoài ng langHình 43: Bốn khối ấp xúc Phân bổ ứng suất S3 trong thân dip ngoài hàng lang

MO ĐÀU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay Việt Nam đang xây dung rit nhiễu các công trình thủy lợi lớn trên

khắp dit nước, trong đó có các công trình đập dâng nước là đập bê tông trọng lực.dang được áp dụng ngày một nhiều hơn Việ tính toán thiết kể, phân tích ứng suất

thân đập nói chung và ảnh hưởng của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trong

lực vẫn còn những hạn chế, chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn, các phương pháp tính

ứng suất trong các sich hướng dẫn còn thủ công không đáp ứng được dồi hỏi về

tiễn độ cũng như chất lượng công tác thiết kế Vai trò của việc phân tích ứng suấthành lang một cách có hệ thống còn chưa được quan tâm đầy đủ Chính vì vậy nêntrong thực tế xây dựng djp đã xuất hiện nhi vết nứt ong hành lang công tác gây

nh hưởng đến an ton ôn định cục bộ của đập.

“Trong khuôn khổ luận văn này ác gi ip trung nghiên cứu các phương pháp

tích ứng suất thân đập bê tông trọng lực và ảnh hưởng của hành lang để từ đó tìm ra

fs ế sự mắt én định cục bộ của đập bê tông.

phương pháp hữu hiệu nl

trọng lực

2 Me dich của đề tài

hiên cứu cơ sở lý thuyết, mô hình ton rong phân tích kế cu, n định,

ất ôn định cục bộ hành lang công tác của đập bê tông trọng lực trong quá

3 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Đập bê tông trọng lực

Pham vi nghiên cứu: Các đập bê tông trọng lực có chiều cao 30:100m.

Phương pháp nghiên ctu: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, ứng dụng phần mềmtính toán kết cầu để phântích din gi

4 Kết quả dự kiến đạt được.

Miêu tả sơ lược và đánh giá hiện trạng công tác thiết kế = phân tích ứng suấtthân đập, ảnh hưởng của hành lang đến ứng suit thân đập bê tông trong lực ở ViệtNam.

Phân tích ứng suất thân đập, ảnh hưởng của hành lang công tác đến ứng suất

thân đập bê tông trọng lực cho đập Đồng Dién — tinh Khánh Hòa bằng phương pháp.

phần tử hữu hạn

“Tạo cơ sở lý luận về tính toán, đề xuất phương pháp tính ỗi ưu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE TINH HÌNH XÂY DUNG DAP BÊ TONG

TRONG LỰC Ở VIET NAM VÀ TREN THE GIỚI

1.1 Tính hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở nước ta và trên thé giới.

1.L1 Tình hình xây đụng đập bê tông trọng lực trên thé giới

CCảch đây 4000 năm ở Trung Quốc, Ai Cập đã bắt đầu xuất hiện những công

trình thuỷ lợi Đập được xây dựng đầu tiên là đập xây tên sông

450m có cốt là đá đỗ va đất sét

le cao 15m, di

‘Theo con số thống kế của hội đập cao thể giới (ICOLD) tính đến năm 2000trên thể giới có khoảng 45000 đập lớn Theo cách phân loại của COLD th đập có

chiều cao 0 + 15 m và có các điều kiện: Chiều dài L > 500m, Q, > 2000 m's,

hồ có dung tích W > 1,000,000 m nước được xếp là loại đập cao

“Số lượng 45.000 đập được phân bé không đều trên các châu lục

Bảng 1.1 Bang thống kê số lượng đập của các châu lụe

Độ có 4.291 đập, sau đó là Nhật Bản với 2.675 đập, tiếp đến là Tây Ban Nha có

1.196 đập Việt Nam có gần 500 đập đứng khoảng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập cao trên thể giới

‘Theo con số thống ké đập ở 44 nước của ICOLD-1997, số đập cao 15 + 30 mchiếm khoảng 56.2% Đập cao hơn 30m chiếm khoảng 23.8%, đập cao hơn 150m

chỉ khoảng 0.1%

xen

Hình 1.1 Biểu dy dụng đập lớn trê toàn thể gii (1900-2000)

Các thing kê về thể loại đập của ICOLD ~ 1986 cho thấy 78% là đập dit, đập

đã đỗ 5%, dap bê tông trong lực 12%, đập vòm chỉ 4% Trong số các đập có chiều

ao hơn 100m thì tình hình ti khác, 30% là đập đất, 38% là đập bê tông, 21.5% là

w vậy, trong số dip cao hơn 100m thi tỷ lệ đập bê tông và đập vòm đập vom N

chiếm wu thé

Hiện nay Trung Quốc là nước có nhiều đập bê tông trọng lực được xây dựng

nhất tên thể giới tinh đến năm 2000 đã có 22 đập cao trên 70m đã được xây dựng.

Phải kẻ đến những đập như Shuifeng cao 106m, đập Sanmen-xian cao 106m, đậpBaozhusi và Manwan cao 132m, Ankang cao 128m Mỹ là nước đứng thứ 2 về số

lượng đập bê tông trọng lực được xây dựng ví dụ như đập Willow Creek cao 52m đập Upper Stillwater cao 91m, đập Cuchillo Negro cao 50m, đập Spring Hollow cao

“ám, đập Olivenhain cao 97m.

1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông ở Việt Nam.

“Thời kỉ trước những năm 30 của hE kỹ 20, ở nước ta đã xuất hiện một số đập

bê tông trong lục nhưng mới chi là những đập thấp có chiều cao khoảng Sm đến

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

công, kỹ thuật không phức tạp ngoại trừ đập Đồng Cam tỉnh Phú Yên do đặc điểm

thuỷ văn của sông Đà Rang Phần lớn công việc từ thiết kế, chỉ đạo thi công là do

sự Pháp thực hiện Xi ming nhập từ châu Âu, cấp phổi bê tông chủ yếu dựa

ác kết quả nghiên cứu của nước ngoài, chưa có những giải pháp và công nghệ phù hợp với Việt Nam,

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

đập bê tông trong lực như đập ding Đỏ Lương, Nghệ An làm nhiệm vụ cấp nước

tươi, đập Day ở Hà Nội (Hà Tây cũ) có nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ

Khác như đập dng An Trạch ở Quảng Nam, dip ding Cảm Ly ở Quảng Bình

Bang 1.2 Một sé đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam

(Giai đoạn trước năm 1945) STT | TéncOng rin | Dj didmxty dyng |Nămxâydựng

1 | ciuson Sông Thương - Bắc Giang 1902

2 |Liénson — | Song Pho Diy 1914-1917

3 | Bai Thwong | Sng Chu —Thanh tos 1930

4 |ThácHuổng — SôngCầu-ThấiNguyên 1922-1929

5 | Ding Cam | Sng Đà Ring— PhúYên 1935-1939

6 | Dé Luong Sông Ca - Nghệ An 1934-1937

T7 | Đập Day Sông Day — Hà Tay 1934-1937

Giai đoạn ừ năm 1945 đến 1975, đất nước có chiến anh nên việc đầu trxây dựng các công tình thuỷ lợi lớn bị hạn chế Trong thời kỷ này chưa có đập bê

tô ig trong lực cao nhưng cũng đã xây dung một số đập trần thấp như đập thuỷ điện

“Thác Ba, đập tràn thuỷ điện Cầm Sơn, Đa Nhỉm Kĩ thuật và công nghệ xây dựng,

ở phía bắc chủ yếu của Liên Xô (cũ) và của Trung Q\ , ở phía Nam là của Nhật

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

dại hoá nên các công tinh thuỷ điện thuỷ lợi được xây dựng khắp cả nước, và đập

bê tông cũng trở nên khá pho biển với quy mô và hình thức ngày càng phong phú

San 3 và Sẽ San 4,

Hoà Bình,

Dau mối các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện như: PleyKrông,

Bản Vẻ, Thạch Nham, Tân Giang và đập trần ở các đầu mỗi thuỷ di

“Tuyên Quang là những đập um

cao từ 70 — 138m Việt Nam đã và dan

tông với khối lượng hàng tông, chiều

sử dụng thành công kỹ thuật và công nghệ hiện đại dé xây dựng các đập bê tông trong lực có quy mô về cả chiều cao và khối lượng bê tông ngày càng một lớn hơn.

Một trong những công nghệ mới xây dựng đập Việt Nam đang áp dụng thành công hiện nay là đập bê tông đầm lăn, Việt Nam đến với công nghệ bê tông dim lăn

tương đối muộn so với một số nước trên thể giới, nhưng trước sự phát triển nhanh.chống của nó và đặc biệt là nước láng ng Trung Quốc nước có đặc điểm tựnhiên gin tương tự như Việt Nam, nên có rất nhiều dự án thuỷ lợi thuỷ điện lớn đã

và đang chuẩn bị được thi công với công nghệ này Từ nay đến năm 2013 nước ta

có số đập bê tông đầm lăn lên đến 24 đập [5] Việt Nam trở thành nước xếp hàng

thứ bay về tốc độ phát triển bê tông dim lăn

Bảng 1 2 Danh sách các đập BTĐL ở Việt Nam đến nam 2013

Năm dự

Chiều Đhđiểmxy

STT Tên công trình ‘ 4 kiến hoàn | Ghỉchú

7 me thành

1 PiKrông 71 Kontum 2007 Đăng VH

2 | Binh Binh 54 Binh Định 2007 Đăng VH

3 | AVuong T0 Quảng Nam 200 Dang VI

4 | Se Sand 80 Gia Lai 2008 Dang VH

3 | Bie Ha 100 Lào Cai 2008 Đăng VH

© BìnhĐiền 75 “Thừa Thiên Huế | 2008 Đăng VH

1 JC6Bi 70 “Thừa Thiên Huế | 2008 Đăng VH

S| Bang Nai 3 i) Đắc Nông 2008 Đăng VH

9 ĐồngNai4 129 Đắc Nông 2008 Đăng VH

1Ó |ĐakRing 100 Quảng Ngấi — 2008 Đang XD

11 | Thượng KonTum KonTum 2009 Đang XD

12 | Nude Tong — 70 Quảng Ngấi — 2010 Đang XD

13 | SonLa 138 SơnLa 2010 ‘Dang VH

14 | BanChat 70 Lai Châu 2010 ‘Dang XD

15 | BinVe 138 Nghệ An 2010 Dang VH

16 | Ha Na - Nghệ An 2010 Dang XD

17 | Song Bung 2 95 Quảng Ngấi — 2010 Dang XD

18 Sông Tranh 2 100 Quảng Ngãi 2010 Dang VH

19 | Song Con 2 Quảng Nam — 2010 Đang VII

20 |BảnUôn 45 Thanh Hoá — 2011 ang XD

21 | HugiQuing — - Son La 2010 ang XD

2 | LaiChiu - Lai Châu 2012 Đang XD

2 130 Sona 2013 Đang XD

4 - Binh Thận — - Chuẩn bị

1.2 Hành lang công tác, cấu tạo và vai trò của hành lang công tác đối với dap.Hành lang công tác được bổ tí trong thân đập, hành lang công tác bao gồm

hành lang doc và hành lang ngang Nhiệm vụ của các hành lang này là đ kiểm tra

sự làm việc của các giếng tiêu nước và trạng thái bê tông đập; là nơi đặt các ống,

các thết bị kểm tra đo lường để tiên hành phun xỉ măng vào các khớp nổi, để thicông min chống thắm, cũng như làm công tác phục hồi sửa chữa sau này,

“Thường thì hành lang công tác được bổ tí ngay sau lớp bê tổng mặt thượng

ru đập bê tông trọng lực, đây là lớp bê tông chống thắm, tu) từng loại đập và điều

ign thi công mà người ta sử dụng lớp chống thắm là bê tông cốt thếp hay bê tông

giầu vữa xi ming, Phía sau lớp bê tông chống thắm thượng lưu là ông thu nước có

nhiệm vụ thu nước thắm về các hành lang công tác trong thân đập.

cao đập, các hành lang thường bố ti cách nhau 15-20m VỀnguyên th Ê hành lang dọc thấp nhất cao hơn mực nước kiệt hạ lưu để

‘dam bảo có thể thio nước tự chảy Trong trường hợp không bố trí được như vậy thi

phải

phải bơm nước ra từ các hành lang này

"Việc chọn kích thước cho các hành lang công tác này cũng rắt quan trọng, kích

thước của hành lang đùng để phun xi mang nền và các khớp thi công đập, để tạo

và khôi phục các giếng tiêu nước thing đứng cần chọn nhỏ nhất, đủ đảm bảo sự vận

chuyển và lâm việc của các thiết bị khoan, phun xi ming v.v Những hành lang

dùng để tập trung va tháo nước, kiểm tra trạng thai bê tông đập và làm kin nước cho.các khớp nỗi, để bổ tí các thiết bị do lường và các loại đường Sng cần cổ các kích

thước như sau

- Chiễu rộng không nhỏ hơn 1.2m

~ Chiều cao không nhỏ hơn 2.0m

“Các hành lang công tác tong thân đập thường có kết cầu bằng bé tông đúc sẵn

và được lắp đặt sau khi đổ bê tông đến cao độ nỀn hành lang công tác Các hành

tang công tác có nhiệm vụ khoan các Ống thu nước từ hành lang công tác trên xuống

hành lang công tác dưới (đỗi với đặp RCC còn các đập bê tông thường thì Sng thu

nước được đặt sẵn), ngoài ra hành lang công tác ở sát nên đập có nhiệm vụ dé khoan.

phun hing trung tâm chống thắm, khoan thoát nước tong nền và đập Hành lang

công tác côn đồng vai trò kiém tra quan trắc trong quá nh thi công, vận hành đập

Vi trí của hành lang công tắc thường thẳng hàng nhau đối với đập có mái thượng,

ưu bằng 0, đối với đập có mái thượng lưu khác 0 thì đặt Ống thu nước xiên hoặc khoan xiên theo mái đập vì vậy khoảng cách từ hành lang công tác tới mái thượng lưu là không thay đổi

Kích thước mặt cit và vị tr hành lang công tác cũng có ảnh hướng đến quá

tinh thi công, vận hành đập và kết edu dip đặc biệt là ự phân bổ ứng suất vùng dip

quanh hành lang công tác Củng với đó số hành lang công tác cũng có anh hưởng sự:

phan bé ứng suất đập, sự phân bố ứng suất quanh hành lang công tác và toàn đập.Xung quanh hành lang công tác thường xuất hiện ứng suất kéo gây ra hiện tượng

nứt bê tông, nếu vị trí hành lang công tác quá sát mặt thượng lưu sẽ ảnh hưởng đến

khả năng chống thắm của đập Hành lang công tác cổ hàng khoan phun thoát nước ở

sit nên đập nêu lam sit mặt thượng lưu đập sẽ lâm giảm hiệu quả thoát nước, cách

xa mặt thượng lưu quá sẽ làm tăng áp lực thắm đáy đập làm giảm tính ôn định và độ.bền của đập

nghiên cứu và phân tích ứng suất thân đập với các vị trí hành lang

Viti

Vì vây vi

khác nhau để xắc định được vị trí inh lang công tác thích hop là cần thế

ống thắm của lớp bê tông

mặt thượng lưu, dim bảo điều kiện thi công ống thu nước và hàng khoan phun

hành lang công tác thích hợp là vẫn đảm bao kha năng cl

nề:

chống thắm nền đồng thời vẫn không ảnh hưởng

ấn định cục bộ đập.

1.3 Kết luận chương 1

Trong chương 1 tác gid đã khái quát được tình hình xây dựng đập bê tông

trong lục ở rên thé giới cũng như ở Việt Nam, cho thấy việc thiết kế và thi công

ngày cảng được hoàn thiện hơn, số lượng đập cao và quy mô lớn ngày càng nhiều

và chiếm ưu thể

Hành lang công tá trong thân đập đồng vai trồ quan trong trong thị công cũng

như vận hành dip Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thu nước thắm trong thânđập cũng như khả năng chống thắm đầy đập Ngoài ra hành lang công tắc còn ảnh

hưởng đến sự phân bổ ứng suất trong thân đập đặc biệt là mặt thượng lưu đập xung

quanh hành lang công tác,

`Với tằm quan trọng của hành lang công tác tác giả đề xuất những vẫn để sau

để nghiên cứu trong luận văn

~ Phương pháp tiếp cận: Từ những nhiệm vụ hết sức quan trong trong thi công

vận hành của hà h lang công tác như khoan ống thu nước, thu nước thắm từ các ống

thu nước, khoan hàng khoan phun chồng thắm + và những ảnh hưởng của hành.

lang công tác đến kết cầu dp tiến hành phân ích nghiên cứu ảnh hưởng của hànhlang công tác đến ứng suất thân đập và và sự mắt ôn định cục bộ của lớp bê tông

bao quanh hành lang công te.

= Công cụ được sử dụng trong nghiên cứu: Sử dụng những phần mém có sin là ANSYS để phân tích ôn định, ứng suất của đập

~ Nội dung nghiên cứu,

+ Phân tích lựa chọn mặt cắt đập điển hình cho tính toán

+ Tidn hành phân tích im suất thân đập bằng phương pháp PTHH với vịtrí hành lang công tác đã chọn dé kiểm tra lại sự phân

đánh gi

{ing suất trong thân đập vàkết quả theo tiêu chuẩn thể

4+ Ứng dụng các kết quả đã nghiên cứu vào dap Đồng Điền — tỉnh Khánh.

Hoa để khving định những lợi ích mà các kết quả nghiên cứu đem lại.

'CHƯƠNG 2: DANH GIÁ HIỆN TRANG CONG TÁC PHAN TÍCH UNGSUAT THAN DAP, ANH HUONG CUA HANH LANG CÔNG TÁC ĐÈNUNG SUAT THAN DAP BE TONG TRONG LỰC TRONG THIETKE2.1 Đánh giá hiện trạng công tác phân tích ứng suất thân đập, ảnh hướng của.

hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trong lực trong công tác tht kế.

Công tác phân tch ứng suất trong thân dip bê tông trọng lực trong thiết kế

nhằm xác định trị số, phương, chiều và trạng thái phân bổ ứng suất dưới tác dụng.của ngoại lực và ảnh hưởng của các nhân tố khác như biển dang của nền, sự thayđổi nhiệt độ, sự phân giai đoạn thi công thân đập, cách bố trí các hành lang công.tác, Trên cơ sở các số liệu tính toán được, tiền hành kiểm tra khả năng chịu lực

của vật liệu, phân vùng đập để có có cơ sở lựa chọn mac bê tông khác nhau, phù:

hợp với điều kiện chịu lực từng vũng bổ tr, cấu tạo các bộ phân công tình thích

ứng với điều kiện làm việc của chúng

Trường hợp phân tích ứng suất thân đập trong bài toán thiết kể:

> Trường hop khai thác

Trường hợp này dap làm việc dưới điều kiện tác dụng của hai tổ hop lực:

- _ Tổ hợp lực cơ bản,

= Tổ hợp lực đặc biệt

> Trường hop thi ông

Đập vừa thi công song hồ chưa có nước tác dung Trong thực tế có nhiều

công trình người ta tiến hành khai thác ngay trong thời gian thi công, cột

nước trước dip chi ding đến một độ cao nào đó, trường hợp nảy cũng cần

được tiến hành xem xét

> Trường hop sữa chữa

Tính toán ứng suất thin đập được tiễn hành trong phạm vỉ bài toán phẳngnghĩa là khảo sát một đoạn đập có chiều dai đơn vị, bỏ qua ảnh hưởng của

các lực tác dụng theo phương dọc true đập.

Trong tinh toán thiết kế và nghiên cứu đập bê tông trọng lực hiện nay thường

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

Phương pháp sức bin vt liệu còn gọi là phương pháp phân ích trong lực

hoặc phương pháp phân ích tuyển tính Phương pháp này đơn giản cho kết

quả đủ độ tin cây trong các bài toắn thiết kế dp bê tông trong lực có cầu tạo

mặt cắt cũng như nền không phức tạp

~ Phương pháp lý luận đàn hồi: Phương pháp này xem thân đập là một môitrường liên tục, đồng nhất ding hướng, ứng suất và biến dạng trong giđoạn đàn hồi của vật liệu tuân theo định luật Hook Nói chung với những đập

cao, các giả thiết đặt ra cơ bản phù hợp với tình hình thực tế đối với những

vũng nằm cách xa nén Phương pháp lý thuyết này có thể giải quyết được

những vin để đặc biệt như ứng suất tập trung, ứng suất nhiệt mà phương

pháp sức bền vật liệu không giải quyết được,

- Phương pháp phần tử hữu hạn: ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn cóthé phân tích một cách gần đúng điều kiện lâm việc thực tế của đập cũng nhưtrang thải ứng suất của đập bê tông trọng lực kể cả các dip có điều kiện biên

phức tạp, giải được các bài toán phẳng và cả bài toán không gian, các bài toán có xét đến trạng thái làm việc đồng thời của môi trường vật liệu làm đập

Thờ có sự phát iển mạnh mẽ của công nghệ thông tin nÊn hiện nay phương pháp này đang được ứng dụng một cách rộng rãi trong tỉnh toán và

nghiên cửu đập bê tông trọng lực.

“Các yêu cầu phân tích ứng sudt thân đập

Khi thiết kế mặt cắt mới thỏa mãn điều kiện ứng suất ở mép biên thượng và

ha lưu đập Để đảm bảo cho đập an toàn rong mọi trường hợp và điều kiện làm việc

cần phải tiến hành kiếm tra điều kiện ứng suất đập theo các nội dung sau:

1) Kiểm tra theo điều kiện ứng suất in thượng lưu, hạ lưu

2) Kiểm tra theo điều kiện ứng suất trong thân đập

3) Vẽ đường đẳng ứng suất để phân vùng sử dụng vật liệu cho thích hợp

4) Ve đường quỹ dao ứng suất chỉnh, dựa vào đường này để bổ tí các mặt

khe thi công, các đường ống đặt trong thân đập.

5) Tinh các ứng suất tập trung cụ bộ xuất hiện quanh các đường him, hành

Jang công tác trong thân đập và bổ tí đặt thép chị lực cho riêng khu vue này

6) Nghiên cứu các nhân tổ ảnh hưởng đến ứng suất đập như biển dạng nén,

Ie thắm, nhiệt độ, phân đoạn thi công,

Tiêu chuiin kiểm tra đổi với mọi điểm trong thân đập và nền là khả năng chịunên và khả năng xuất hiện ứng suất kéo Đối với nền đặc biệt chú ý không cho suấthiện ứng suất kéo ở khu vục mảng chẳng thắm

Để phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp ta di vào chỉ tiết của từng

phương phip tính

2.11 Phương pháp sức bề vit liệu

Việc tính toán tiến hành cho một mặt cắt ngang bắt kỳ theo chiều cao (có thé là

mặt cắt sit in, hay mặt cắt ở lưng chững đập).

*) Ứng suất pháp trên mặt phẳng nằm ngang

su 1 dấu phổ là dành cho biên thượng lưu, 2 đấu phẩy là dành cho biên hạ

3P tổng hợp các lực thẳng đứng kể tử mặt tính toán trở lên (trường hợp mặt

tính toán ở sát nền thi EP phải kẻ đến các lực day nỗi do thắm và lực thuỷ tinh)

T.~ diện tích mặt tính toán, ở đây F = BxI, B là chiều dai mặt tính toán từ

biên thượng lưu đếnbiên hạ lưu đập

'W—Mô dun chồng uốn của mặt cắt : W =

EM, ~ Tổng mô men của các lực tác dụng kể ừ mặt cắt tính toán trở lên đốivới điểm giữa của mặt cắt đó, Khi quy định chiều dương của M quay thuận chiều.kim đồng hồ và trong mit ct biên thượng lưu ở bên trái, bién hạ lưu ở bên phải thi

trong công thức (21), dấu - áp dụng cho o,’ vi dấu + cho a,”

*) Ứng suất cắt tụ tại biên (sau đấy viết tắt «)

- Tại biên thượng lưu:

+'=(yy'-øy'm; (1-26)

- Tại biên hạ hau:

(y "gym 029

Trong đó:

¡ trong lượng riêng của nước;

3Ÿ - chiều sâu nước ở thượng lưu tính đến mặt eit tinh toán;

y?- chiều sâu nước ở hạ lưuính đến mặt cắt inh toần:

œ', ơi" -theo kết quả xác định ở mục trên;

mù, m— tương ứng là hi

"Với ký hiệu cy, ø; như trên hình 1-11 thì: me

mái đập thượng, hạ lưu

= tga m= tee

Hình 2.1 Sơ đồ xác định các loại ứng suất ở biên đập

a) Các ứng suất trên mặt phẳng đứng và ngang; b) Các ứng suất chính.

‘Quan hệ giữa các thành phần ứng suất tại một điểm tuân theo sơ đồ vòng Mo

ứng suất như trên hình 2.3

Hình 2.2 Sơ đỗ vòng Mo ứng suất tại I điển

øI 151 OF 0, : ED=t,,

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

ta tính toán ứng suất biện dang đơn giản dễ đàng, Tỉnh được các giá tr ơ, tụ tại

các điểm đang xét, từ đó xác định được ứng suất chính và phương chính tại mọi điểm trong thân đập.

Phuong pháp này thường được ding cho giai đoạn đầu trong thiết kế, tính toán

ơ bộ mặt cắt ôn định đập bê tông trọng lực.

* Nhược điểm của phương pháp:

To gi thiết đập có dang hình nêm để tính toán mà trong thực tế mặt cắt đập

có hình dang khác rất nhiều nên kết quả tính toán không tránh khỏi sai lệch so với

thực tế

Cang với giá thiết đập và nền là đồng chất nên coi đập và nb là một nêm

Không gian bán vô hạn để tính toán, như vậy sẽ không phản ảnh được liên kết giữa

đập và nén, không phản ánh được quá trình làm việc của nền Do đồ kết quả tính

toán chỉ sát với thực tế cho những vùng còn cách xa mặt p xúc giữa đập và nền.

Một giả thiết nữa của phương pháp là giá thiết vật iệu là đồng nh và ding

hướng, nhưng trong thực té thiết kế th mặt cắt đập b tông bao gồm nhiều vàng vậtliệu khác nhau, đặc biệt môi trường nén đập cũng thường không đồng n

thường có cấu tạo từ các lớp dia chit khác nhau cũng như sự nứt n của đã nền, thể

nằm của đá

Nhu vậy phương pháp Sức bn vật liệu là một phương pháp tính đúng song

kết quả tính toán có sai số lớn, không phản ánh đúng trạng thái ứng suất biển dạng

a trong công trình, đặc với những vùng sit m, các vùng trong thân đập

không đảm bảo điều kiện đồng nhất, hành lang thân đập Nguyên nhân là do khi

tính theo Sức bền vật liệu ta đã coi đập như một nêm được ngầm chặt vào nền, chịu.uốn và kéo nin đồng thời, giả thiết sự phân bổ ứng suất pháp tên mặt phẳng nằm

ngang là quy luật tuyển tính, tị số ại biên của đập được xác định theo công thức

nền ch âm; vt liga đồng chất đẳng hướng, Mặt khác, không thể giải quyết được

các bài toán phức tạp như có biển dang nền, ứng suất tập trung, ứng suất tại hành.

lang, ứng suất nhiệt, tinh dị hướng, không xét được trong giai đoạn thi công

2.1.2, Phương pháp Lý thuyết din hồi

Phương pháp này xem xem thân đập là một môi trường liên tụ, đồng nhấtđẳng hướng, ứng suất biển dạng trong phạm vĩ dn hồi của vật liệu tuân theo địnhuật Húc Cách tinh độ bên như phương pháp Sức bền vật liệu là cách tính đơn giản,quan niệm ứng suất trong thân công trinh phân bổ theo quy luật bộc nhất, điều nàychưa phản ánh ứng xử thực của kết cấu Để có lời gidi chính xác hơn, ta thườngdùng 1 giải của lý thuyết dn hồi

* Va điểm của phương pháp

Giải quyết được những vẫn đề như ứng suất tập trung, ứng suất lỗ khoét hành

lang, ứng suit nhiệt mã phương pháp Sức bền vật liệu không giải quyết được Tinh

toán tương đối đơn giản, áp dung 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 thoả mãn điều kiện liên tục của biển dạng vừa thoả man điều kiện biên.

* Nhược điểm của phương pháp:

Lý thuyết dn hồ rất khó thực hiện được với những trường hợp ti trọng phức

tạp, như áp lực thấm và diy nỗi, ấp lực bùn cát, động đ 1 ảnh hưởng của nén, nền dihướng Kết qu tính toán chưa sắt với thực Ế làm việc của vật liệu a không đồng

ft, đẳng hướng Không xét được ảnh hưởng biến dạng của nền, c¿ lớp xen kẹp,

có tính đị hướng, không tính được trong giai đoạn thi công, ảnh hưởng, đút gay,

động đất

2.1.3 Phương pháp sai phân hữu hạn

Phương pháp sai phân hữu hạn à phương pháp irc kiểu toán học, nó không

thay đổi gì miền tính toán mà chỉ phủ lên miền tính toán một lưới ( có thé là lướihình vuông, ình chữ nhật, tam gic, tứ giác cong.) và nó thay thể một hàm xácđịnh trong một miễn liên tục bing một him lưới gồm tập hợp rời rac hữu hạn cácđiểm, ở đó đạo him được thay thé bằng các ty sai phân, do đó bài toán biên của

phương trình vi phân được thay thé bởi một hệ phương trinh đại số tuyến tính,

* Ưu điểm của phương pháp: Phương pháp này tương đồi đơn giản

* Nhược điểm của phương pháp:

Không thuận lợi trong việc lập trình tính toán ứng suất biến dạng với khối

lượng lớn, chưa phản ánh được sự lam việc của nén và vật liệu Phương pháp s

phân hữu han không giải quyết được các bài oán có điều kiện biên phức tạp Không

phân tích được bài toán dị hướng và trong giai đoạn thì công công trình.

2.14, Phương pháp phần từ hữu hạn

Phương pháp phần từ hữu hạn (PTHH) là một phương pháp s6 hiệu quả để tim

dạng gin ding của một him chưa biết tong miễn xác định V của nó, Tuy nhiên

phương pháp PTHH không tim dạng xắp xi của hàm cin dm trên toàn miễn V mà chỉ

trong từng miễn con V, (phn tử) thuộc miễn xác định V, Do đó phương phi này rt

thích hợp với hàng loạt bài toán vật ý và kỹ thuật rong đó hàm cần tìm được xác định

én phức tạp gồm nhiễu vùng nhỏ có đặc tính hình học, vật lý khác nhau,

kiện biên khác nhau.

“Trong phương pháp phần từ hữu hạn min V được chia thành một số hữu han các

con (V,) gọi là các phần tử Các phần tử này được kết nói vị nhau tại cúc điểm

đình trước tên ign phn tứ gợi là nút Trong phạm vi mỗi phần tứ, dại ượng cần in(như ứng suất, biển dạng) được lay xấp xi trong một hàm don giản được gọi là các hàm.xip xi Các hàm xắp xi niy được qua các giá tị của hàm (và có Khí cả đạohàm của nó) tại ác điểm nút tên phần tử Các giá tị này được gọi là các bộc tự do của

phần tử và được xem là ẳn số cần tìm của bài toán.

‘Tuy theo ý nghĩa vật lý của hàm xắp xi, người ta có thé phân bài toán theo ba loại mmô hình sau

= Môhình tương thích: lấy chuyển vị im ấn số vàlập hằm xắp x chuyển vị

= _ Môình cân bằng: lấy ứng suất làm an số, lập hàm xắp xi của ứng suất

~ MO hình hỗn hợp: hàm xắp xi bao gồm cả chuyển vị và ứng suất.

“Trong ba mô hình trên thi mô hình tương thích là có tinh ưu việt hơn cả.

'Ngày nay với sự trợ giúp của công nghệ tin học nhiễu bài toán phức tap trong cácngành kỹ thuật đã giải quyết được băng phương pháp phần tử hữu hạn

* Uu điểm của phương pháp,

Phương pháp Phin từ hữu hạn là một phương pháp đặc biệt có hiệu quả để Om

dạng gần đúng của một ham chưa biết trong miễn xác định của nó Phương pháp này đã giải được bai toán có xét đến ảnh hưởng biến dang, tính di hướng của nén, xét đến nền có lớp xen kẹp, đứt gay và giải được bài toán có điều kiện biên phức.

tạp Phân ánh đúng thực tế sự làm việc của vật liệu là không đồng nhất, không ding

hướng Phân tích được trang thái ứng suit biển dạng quanh lỗ khoết, ứng suất tậptrung, ứng suất nhiệt mà các phương pháp như Sức bền vật liệu, Lý thuyết đản hồi

không giải quyết được Cơ sở của phương pháp là thay kết cấu, môi trường liên

tục bằng một mô hình bao gồm một số hữu hạn phần tử riêng lẻ liên kết với nhau

chỉ ở một số hữu hạn điểm nút tại các điểm nút tôn tại các lực hoặc các đại lượng,

đặc trưng khác tuy theo bài toán Các đại lượng tính toán bên trong phin tử được

biểu diễn thông qua các tri số tại các điểm nút của phẫn từ Cùng với sự phát triểnkhoa học công nghệ, việc giải quyết các bài toán có khối lượng lớn, phức tap được

giải quyết và cho kết quả có độ chính xác cao

* Nhược diém của phương pháp

Khôi lượng tính toán lớn phúc tạp không thé thực hiện bằng thủ công mặt

khác phải phân tích kết cầu thực tế đưa về kết cẩu tính toán sao cho hợp lý và cho

kết quả đúng, sát wi thục tẾ nhất

3.2 Tình hình nghiên cứu các phương pháp phân tích ứng suất thân đập và ảnh

hưởng của hành lang đến ứng suất thân đập bê tông trọng lực

Những năm trước đầy khí tn học chưa phát triển hầu hết mọi công vige trongthiết kế được thực hiện một cách thủ công, từ công việc tính toán đến khâu thể hiệntrên các bản về thiết kế một công tinh Chính vi vậy mà việc phân tích ứng suất biển

dạng chủ yếu dựa vào các công thức của sức bền hay cơ học môi tường iên tục, Việc

ir dụng phương pháp sai phân hay phương pháp phần tử hữu hạn còn rất hạn chế do.

khối lượng công việc quá lớn không đáp ứng về tiến độ công việc Với những khó.

khăn ấy mã việc tinh toán phân tích chỉ tiết anh hưởng của hành lang công tác đến

ứng suất toàn dip cũng như sự biến đổi ứng suất xung quanh hành lang còn rt hạn

chế, không phan ánh hết được điều kiện làm việc của chúng, các kết qui có được.

Phi th bố trí các chỉchưa sát với thực lớn các phân tích, kết quả tính toán, c

tiế cụ thể vẫn da vio các kết quả từlý thuyết và những kinh nghiệm thigt kế trước

đó.

"Những năm gin đây, với những thành quá của các phương pháp lý thuyết tính

toán ứng suất như sức bền vật liệu, eo học môi trường liên tye, đặc biệt là phương

pháp phần tử hữu hạn cùng với nó la sự phát triển nhanh chóng cửa tin họ, các kết

quả từ ý thuyết đã được tin học hóa bằng các phần mềm tinh toán Va thực tế hiệnnay đã có rất nhiều bộ phần mềm mạnh giúp cho người kỹ sư đễ ding hơn trongtính toán, giảm phần lớn khối lượng trong tính toán thết kể

Các phần mềm này có thé mô hình rất sit với thực tẾ công trình, chúng có thé

mô phỏng công trình cùng với các điều kiện làm việc của nén, mặt cắt đập có thé

được ghép từ nhiều khối vật liệu với tính chất khác nhau Các phần mềm này cũngcho phép giải bài toán với n hình vật liệu tuyển tinh hoặc phí tuyến Các hành lang công tác trong thân đập cũng không còn là một khó khăn trong việc phân tích ứng suất biến dang.

Chính bởi sự tiến bộ nhanh chồng của công nghệ thông tin, cùng với nó là cácnhà cung cấp các phần mềm tính toán kết cầu mạnh mẽ do vậy trong hầu như toàn

bộ những thiết kế công trình hiện nay đều áp dụng phương pháp phần tử hữu bạnthông qua một hay nhiều hơn trong số các phần mễm này Việc phân tích ứng suấtbiển dang của đập bê tông trở nên đơn giản và nhanh chóng hon Kết quả phân tích

cũng ngày một chính xác hơn, ứng suất quanh hành lang công tác cũng cho ta khả chỉ tiế từ đó giúp cho người kỹ sư thiết kế có những ứng sử phủ hợp hơn.

Một trong những nghiên cứu có tính hệ thống và chỉ tiết về phân tích lựa chọn

vi tí lỗ khoết hợp lý nhất được thục hiện trong luận văn của Th.S Nguyễn Trung

Hiếu, luận văn cho ta những kết quả sau:

= Vi mặt cit đập thiết kế lựa chọn để tính toán, sĩ dụng phần mém CADAM của Canada đ nh toán dn định và ứng sất của 4 phương án mặt cắt tương ứng với x=0,05H,: 0.0751, 0.1); 0.125H, Trong đó

Bs chiều rộng đáy đập thiết kế B-80.m

Hi: chiều cao đập thiết ké F 100m

‘Hy: chiều cao mực nước thiết ké H,=95m

2X: là khoảng cách từ biên thượng lưu dap đến tim hành lang công tắc (n)

Hình 2.4 Biểu đồ quan hệ giãa t lệ xIH, và ứng suất kéo chính lim nhất thân đập

(H, =95.0m)

Từ các kết quả tính toán nhận được đã lựa chọn được phương án mặt cắt hợp

1 nhất là phương án có x=0.075H,

đều dim bảo điều kiện về én định cũng như

qua tính toán của phương án mặt

mặt cường độ.

so Ƒ} 156

2U gen va

"Hình 2.5 Mat cắt thắt kế nh toán và vị trí hành lang công tác hap lý trong thân

đập.

Bảng 2.1 kết quả tinh toắn ứng suit biển dang 3 trường hợp quanh lỗ khoát

Lễ khoết cáo độ 10m, PỒSANGĐổ 18 than cao 46 70m

Trường - Tổhợp

hop | tiiượng | kéo chin | kéotheo |kéochính bế theo, Ứng su Ứng sút | Ứng suắt| Ứng suắc (UE suất Ứng suất

phươngz| kéo chính | #6 theo

PMA? NSO pore 2

(Mpa) |ø„(Mpj), (Mpa) 2% m=(MPĐ, vạn Opa) Jou Mpa) Opa) i, (Mpa)

2 Bẩhườg | 01 | 097

-3 Cedi | 06 | - 0W 012 O-38

Biễu d8 tng st hính Kn at Sec ca0 0 | Ung sat chi in alt ns 18 Kio a0 4

“Hình 36 Biểu đồ ting suất chỉnh lim nhất và ứng suất chỉnh lấn nhất lễ Khost ở cao

4240:

“Theo kết quả nghiên cứu này, ứng suất trong thân đập cũng như quanh lỗ

khoết được tính theo phương pháp PTHH Kết qua tính toán cho thấy:

- Khi xây ra động đất hướng từ thượng lưu v hạ lưu thi ứng suất kéo xuất

hiện ở dưới đáy và phía trên đình lỗ Khost,

- Khi xây ra động đắt hướng từ hạ lưu về thượng lưu thi ứng suất kéo xuất

hiện ở hai bên của lỗ khoét.

“Để đảm bảo khả về năng chống thắm cho lỗ khoét cũng như dim bảo về mặt

cường độ edn có biện pháp sử lý bê tông cùng xung quanh lỗ khoét Ở đây tác giả

.đã đề xuất dùng bê tông mác cao quanh lỗ Khoét

“Từ kết quả này, tác giả có nhận định phân tích đập theo phương pháp PTHH

đã tim được qui luật phân bổ ứng suất trong thân đập, các giá trị ứng suất đều nằm

trong giới hạn cho phép của bê tông Như vậy việc lựa chọn vị tí lỗ khoét

x=0.075H, đập vẫn vận hành bình thường

2.3 Kết luận chương 2

“Trong chương 2, tác giả đã trình bảy hiện trang công tác phân tích ứng suất

thân đập, với những ưu khuyết điểm của nó, cũng thông qua 46 thấy rõ những hạn

chế khi áp dung các phương pháp nảy trong tính toán để giải quyết bài toán ứng suất

‘quanh hành lang công tác

Cũng trong chương 2, tác giả có nêu những thành quả nghiên cứu trong công,

tác phân tích ứng suất thân đập và nghiên cứu lựa chọn vị ti lỗ khoét hợp lý nhấttrong thân đập Tuy nhiên, trong các thiết kế vẫn chưa chi trọng ấp dụng những

thành quả lý (huyết mới, như lý thuyết tiếp xúc để mô phòng ign kết giữa hành lang công tác và đập dẫn đến mô hình tính toán chưa sát thực

quả phan tích không tránh khỏi những sai số

Từ đó tác giả đề suất phương án phân tích ứng suất thân đập với mô phỏng

hành lang công tic được ầm bằng bé tông mắc cao, có chu diy của lớp bể tông

này, và liên kết giữa hành lang và đập là liên kết tiếp xúc Từ đó ứng dụng phầnmềm ANSYS trong tính toán để thầy r ảnh hưởng của hình lang công tác đến ứng

it cho bài toán thiết kế đập bê tông,suất thân đập, từ đó đưa ra được những đề s

trọng lực,

Giới hạn trong luận văn nảy tác giả sử dụng phương pháp phần tir hữu hạn

(phần mềm ANSYS) để giải bài toán ứng suất biển dạng hành lang công tác và ảnh.hưởng của nó với đập bê tông trọng lực Phương pháp này có thể cho lời giải tối bắt

kỳ độ chính xác cin thiết nào, đồng thời nó có thể xét đến các hình dạng phức tạp,các điều kiện biên phức tạp Mặc di khối lượng tính toán lớn, nhưng với sự trợ giúp

của máy tinh điệ tử đã gip ta giải bài toán một cách dễ đàng, thuận tiện hơn, Hơn

nữa, phương pháp này ngày cảng được sử dụng rộng rãi vì những wu việt của nó,

toán bao gồm các loại vật liệu khác nhau và có hình đáng kích thước bắt kỳ, biên của bài toán có thể phúc tạp.

KHI CÓ XÉT DEN HANH LANG CÔNG TÁC:

3.1 Phương pháp phân tích ứng suất sử dụng trong luận văn - phương pháp

Phin từ hữu hạn

Phương pháp PTHH ra đồi vào những nim 5 nhưng rất ít được sử dụng vi

công cụ toán học còn chưa phát triển Vào cuối những năm 60, phương pháp PTHH.

đặc biệt phát triển nhờ sự phát triển nhanh chóng và sử dung rộng rãi của máy tinhđiện tử Đến my có thể ring phương pháp PTHH được coi là phương pháp có.

hiệu quả nhất để giải quyết các bài toán cơ học vật rắn nói riêng và các bài toán co

học môi trường liên tục nói chung như các bài toán thuỷ khí lực học, bài toán về tir trường và điện trường,

Ưu điểm nỗi bật của phương pháp PTHH li dé ding lập phương ình để giải

bài toán trên máy tinh, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hoá tính toán hàngloạt kết cầu với những kích thước, hình dạng, mô hình vật liệu và điều kiện hình

dạng khác nhau.

4.1.1 Khái niệm về phương pháp phẫn tử hữu han

Phương pháp PTHH là một thuật toán để giải những phương trinh vi phân

đạo hàm riêng, trước hết bằng việ rời rac hoá phương trình này theo các phương

hành bằng cách phủ lên min xét các miễn nhỏ đơn gin có hình đạn tuỷ ý (phần tử hữu hạn) chuyển các phương

không gian nghiên cứu Việc rời rae hoá được.

Vào tại cáctrình của bai toán thành các phương trình ma trận liên hệ giữa số li

điểm định sẵn trong các phần tử (các điểm ni), vở ura tại chính cá

này Miễn V được chia thành một số hữu hạn các miễn con (V,) gọi là các phần tử.CCác phin từ này được kết nỗi với nhau tai các điểm định trước trên biên phần tử,soi là nút Trong phạm vi mỗi phần từ, đại lượng cần tim (như ứng suất, bién dang)được lấy xấp xi trong một hàm đơn giản được gọi là các hàm xắp xi Các hàm xắp

xi này được biểu diễn qua các giá trị của hàm (và có khi cả đạo hàm của nó) tại các

điểm nút trên phần tử Các giá tị này được gọi là các bậc tự do của phẩn tử va được.

xem là dn số cần tìm của bài toán

“uỷ theo ý nghĩa vật lý của hàm xắp xi, người ta có th phân bà toán theo ba loại mô hình sau

~ Mô hình tương thích lấy chuyển vị lầm in 6 và lập hầm xắp xi chuyển vị

~ Mô hình cân bằng : lấy ứng suất làm ấn số, lập ham xp xi của ứng suất.

~ Mô hình hỗn hop + him xắp xi bao m cả chuyển v và ứng suất

“Trong ba mô hình trên thi mô hình tương thích là có tinh wu việt hơn cả.

3.1.2 Các bước tính toán của phương pháp phần tử hữu han

"Bước 1 : Chia miễn tinh toán thành các phần tử

Chia miễn tính toán của kết cấu thành nhiều phần nhỏ dạng tam giác (hoặc

chữ nhat) gọi là phần tử Lưới tam giác (hoặc chữ nhậ) được chia dày ở những

vùng ứng suất có kha năng biển đổi nhiều Binh của các hình chia được gọi là cácnút của phần tứ BE nhận dạng các nút và các phần tử, mỗi nút, mỗi phần tử đượcgắn mat số mã gọi là mã nút và mã phần tử, Thông thường mã nút và mã phần tử

được đánh số liên tục từ I trở đi theo thứ tự của nút và của phần tử.

thon in số là các chuy từ én vị nút của các pk

Giả sử tại một điểm nào đó trong phân tử e có chuyển vị được biểu.diễn bằng hàm f(xy) Ta xắp xỉ hầm chuyển vị này bằng da thức nguyên

Me a, con Trong đó: ~Me: Ma trận hàm toạ độ của phần từ e

~ a, ; Véoto các thông số của phần tử e

Với: Ac là ma trận toạ độ nút của phần tử

Giải phương trình (2-14) ta được:

a= ASU, 63)

‘Thay (3-3) vào (3-1) ta được;

f=Me A;!.u, G4) Dit Ne=Me A," G5)

`Với Ne: gọi là hàm dang của phân tử.

“Thay (3-5) vào (3-6) ta được:

66) Day là mỗi ị tại một điểm bắt kỳ trong phần tử với chuyển vị nút của nó.

Bước 3 : Liên hệ giữa véctơ chuyển vị nút phần tử và toàn kết cầu.

Giả sử số chuyển vị nút phần từ là nd, còn của toàn kết cấu là n vàvéctơ chuyển vị nút của toàn kết cấu là A Thì các thành phần véctơ chuyển

vị nút của các phần từ phải nằm trong các thành phần véctơ chuyển vị nút

Li=1 néuu,= a

Bước 4: Mỗi lên hệ giữa biển dang và chuyên vỉ

Gọi a vécta biển dang, th ta có mỗi liên hệ giữa biến đạng và chuyển

af Với: 2 là ma trận toán tử vi phân.

or

Thay f bing biểu thie (3-6) công thức trên tr thành

ô.Ne U, G3)

Đặt Be = 2.Ne: ma trận hàm các tog độ nút của phần tử, ta viết lại

biểu thức rên z„: — «„=Be Ủ,

69)

Diy i biểu thức quan hệ giữa biển dang các phần từ với các chuyển vị

nút của nó,

Bước 5: Mỗi lên hệ giữa ứng 8

Gọi ø,là vẻclơ ứng suit phn từ, theo định Mật Hooke ta có:

chuyển vị,

o.=D 6 G10)

V6iD là ma tận các hing số din hồi

Thay 3-9) vào (3-10) ta có: — ø,=D Be U, con

"Bước 6 Xây dựng phương trinh cơ bin của phương pháp PTHH

G12) KA=F

Trong đó

-+K: La ma tận cũng của toàn kết cầu (của hộ)

K=Š Ki, G13)

+ F : La véc to tải của toàn kết cầu (của hệ)

E= SER @-14)

Phương trình (3-12) là một phương trình đại số tuyển tính có A là

vécta dn, F là vêetơ về phải, K là ma trận của hệ số ấn (K và F được xác

định từ dữ liệu của bài oán và các trị số đã bid), Đây cũng chính là phương

trình cơ bản của phương pháp Phần tử hữu han

3⁄2 Lý thuyết về tiếp xúc

Các mô hình tấp xúc giãn hai môi trường

Trước đây khi tin học chưa phát triển việc ứng dung tin học vào tính toán

chưa được thông dụng tì việc tính ứng suất đập trọng lực khi cổ hành lang công táchầu như chưa xết đến liên kết giữa bảnh lang công tác và đập, thường coi chúng là

một khối thống nhất do vậy kết qua tính toán ứng suit chuyển vị tại khu vục này có

thé chưa chính xác Những năm gin đây phương pháp phần tử hữu hạn được sử

dạng rộng rãi rong phân tích kết céu đập bê tông trong lực, cùng với đó là những

thành tựu về lý thuyết tiếp xúc đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và

cũng đã được sử dụng trong các phần mềm áp dụng phần từ hữu han đ thit kế môphỏng các bài toán cơ học có tiếp xúc Trong đó một phần mém rắt mạnh là ANSYS

đã áp dụng rất tiệt để các thành tru về lý thuyết iẾp xúc, vì vậy ác giả để xuất sử

dụng phần từ tiếp xúc mô phỏng tiếp giáp giữa hành lang công tác và be tông đập để

phân tích ứng suất dip bê tông trọng lực có xét ảnh hưởng của hành lang công á khi sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn.

Có 3 mô ình iếp súc phần tử hữu hạn giữa 2 mỗi trường

-Mô nh liên tục

~ Mô hình tiếp xúc thông qua phần từ không độ diy Goodman,

~ Mô hình tiếp xúc thông qua phần tử có độ dày Desai

a bự efHinh 3.1 Ba mô hình tiếp xúc phan từ hữu han giãu hai môi trưởng

a M6 hình liên tục

ý Mô hình tiếp xúc thông qua phần tử không độ day Goodman

© Mô hình tiếp xúc thông qua phan tir có độ dày Desai

Phan tử Goodman là một loại phần tử không độ dày, quan hệ ứng suất biếndang của phần tử là:

phỏng những đặc tính trên mit iẾp xúc này.

Phần tr Desai là một loại phần từ tiếp xúc có độ diy, độ dày phần từ thôngthường là từ 001 ~ 0.10m, nó giải quyết khá tốt ính liên tục phân bổ ứng suất gằn

xúc Quan hệ ứng suất biển dạng cửa phần từ Desai

{do} =[p] {ae} = li teeta G.16)