(Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật) Nghiên Cứu Cải Tiến Hình Thức Kết Cấu Hệ Dàn Cửa Van Phẳng Kéo Đứng Nhịp Lớn Cho Công Trình Kiểm Soát Nước Vùng Triều

xvi ĐÞNH NGHA CÁC CĀM TĆ DÙNG TRONG LU¾N ÁN Cÿa van kéo đąng Là lo¿i cửa van khi óng mç chuyển áng thẳng āng trong m¿t phẳng khe van, n°ãc chÁy d°ãi áy cửa van Cÿa van ph¿ng kéo đąng n

BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O BÞ NÔNG NGHIàP VÀ PTNT

TR¯âNG Đ¾I HàC THĂY LþI

TRÀN XUÂN HÀI

NGHIÊN CĀU CÀI TI¾N HÌNH THĀC K¾T CÂU Hà DÀN CþA VAN PH¾NG KÉO ĐĀNG NHÞP LàN CHO CÔNG TRÌNH

KIÂM SOÁT N¯àC VÙNG TRIÀU

LU¾N ÁN TI¾N S) KỸ THU¾T

HÀ NàI, NM 2023

BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O BÞ NÔNG NGHIàP VÀ PTNT

TR¯âNG Đ¾I HàC THĂY LþI

TRÀN XUÂN HÀI

NGHIÊN CĀU CÀI TI¾N HÌNH THĀC K¾T CÂU Hà DÀN CþA VAN PH¾NG KÉO ĐĀNG NHÞP LàN CHO CÔNG TRÌNH

KIÂM SOÁT N¯àC VÙNG TRIÀU

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thÿy

Mã sá: 9580202

NG¯äI H¯âNG DÀN KHOA HàC 1 PGS.TS Vũ Hoàng H°ng

2 GS TS Hà Vn Khái

HÀ NàI, NM 2023

i

LâI CAM ĐOAN

Tác giÁ xin cam oan ây là công trình nghiên cāu cÿa bÁn thân tác giÁ Các kết quÁ nghiên cāu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ b¿t kỳ mát nguồn nào và d°ãi b¿t kỳ hình thāc nào Việc tham khÁo các nguồn tài liệu (nếu có) ã

°ợc thực hiện trích dÁn và ghi nguồn tài liệu tham khÁo úng quy ßnh

Tác giÁ lu¿n án

TrÅn Xuân HÁi

ii

LâI CÁM ¡N

Tác giÁ xin chân thành cÁm ¡n Tr°ång Đ¿i hác Thÿy lợi, Viện Khoa hác và Đổi mãi Công nghệ, Công ty TNHH MTV N°ãc và Môi tr°ång Bình Minh ã t¿o iều kiện thuận lợi trong suát thåi gian hác tập và nghiên cāu ể hoàn thành luận án này

Tác giÁ xin bày tß lòng biết ¡n sâu sắc ến các thÁy h°ãng dÁn PGS.TS Vũ Hoàng H°ng, cá GS.TS Hà Vn Khái và PGS.TS TrÁn M¿nh Tuân, những ng°åi ã theo dõi

và giúp ỡ tận tình trong suát thåi gian làm luận án tiến sĩ

Xin bày tß lòng biết ¡n ến PGS.TS Vũ Vn Nghß (Tr°ång Đ¿i hác KHTN – Đ¿i hác Quác Gia TP HCM) về sự giúp ỡ chuyên môn và áng viên tinh thÁn trong quá trình tác giÁ thực hiện, và các giáo s°, tiến sĩ cÿa Khoa công trình tr°ång Đ¿i hác Thÿy lợi

ã óng góp r¿t nhiều ý kiến quý báu cũng nh° giúp ỡ tác giÁ tìm kiếm tài liệu phục

vụ nghiên cāu luận án

Cám ¡n Trung tâm QuÁn lý và Khai thác Công trình Thÿy lợi Cà Mau, Trung tâm QuÁn

lý và Khai thác Công trình Thÿy lợi B¿c Liêu, Trung tâm QuÁn lý và Khai thác Công trình Thÿy lợi Kiên Giang, Công ty TNHH MTV Khai thác Thuỷ lợi Miền Nam, Viện Quy ho¿ch Thÿy lợi Miền Nam, Viện Khoa hác Thÿy lợi Miền Nam, Viện Thÿy công&

ã chia sẻ công việc và tài liệu c¡ bÁn ể tác giÁ có ÿ iều kiện thực hiện luận án Xin cÁm ¡n gia ình, b¿n bè ồng nghiệp ã áng viên tác giÁ r¿t nhiều trong những nm qua ể tôi có thể v°ợt qua những giai o¿n khó khn

iii

MĀC LĀC

DANH M ĀC CÁC HÌNH ÀNH vii

DANH M ĀC BÀNG BIÂU xi

DANH M ĀC CÁC TĂ VI¾T TÀT xiii

DANH M ĀC CÁC KÝ HIàU xiv

ĐÞNH NGH)A CÁC CĀM TĂ DÙNG TRONG LU¾N ÁN xvi

M Ở ĐÄU 1

1 Lý do chßn đÁ tài 1

2 Māc tiêu nghiên cāu 3

3 Đãi t°ÿng, ph¿m vi và nßi dung nghiên cāu 4

3.1 Đái t°ợng nghiên cāu 4

3.2 Ph¿m vi nghiên cāu 4

3.3 Nái dung nghiên cāu 4

4 C ách ti¿p c¿n và ph°¢ng pháp nghiên cāu 4

4.1 Cách tiếp cận 4

4.2 Ph°¡ng pháp nghiên cāu 5

5 Ý ngh*a khoa hßc và thăc tißn cÿa lu¿n án 6

5.1 Ý nghĩa khoa hác 6

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 6

6 CÃu trúc lu¿n án 7

CH¯¡NG 1 T àNG QUAN VÀ CþA VAN NHÞP LàN VÀ NHĀNG VÂN ĐÀ C ÄN NGHIÊN CĀU Đ¾T RA VàI LU¾N ÁN 8

1.1 Táng quan vÁ cÿa van nhßp lán 8

1.1.1 Khái niệm cửa van nhßp lãn 8

1.1.2 Các hình thāc cửa van nhßp lãn 8

1.1.3 Cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn 12

1.2 Táng quan vÁ các nghiên cāu có liên quan đ¿n tính toán thi¿t k¿ k¿t cÃu cÿa van nhßp lán 18

1.2.1 Tái °u hóa kết c¿u cửa van 18

1.2.2 Dao áng kết c¿u cửa van 26

1.2.3 Phá ho¿i mßi kết c¿u thép cửa van 31

1.3 Nhāng vÃn đÁ đ¿t ra và h°áng nghiên cāu 35

iv

1.4 K¿t lu¿n ch°¢ng 1 36

CH¯¡NG 2 C¡ SỞ LÝ THUY¾T TÍNH TOÁN K¾T CÂU CþA VAN BÂNG MÔ PH àNG Sâ 37

2.1 Đ¿t vÃn đÁ 37

2.2 Tãi °u hóa k¿t cÃu 37

2.2.1 Khái quát về tái °u hóa kết c¿u 37

2.2.2 Công thāc c¡ bÁn cÿa bài toán tái °u hóa kết c¿u 39

2.2.3 V¿n ề tính toán tái °u dàn thép cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn 41

2.3 Đßng lăc hßc k¿t cÃu 42

2.3.1 Khái quát về áng lực hác kết c¿u 42

2.3.2 Ph°¡ng pháp tích phân trực tiếp giÁi bài toán áng lực hác kết c¿u 43

2.3.3 V¿n ề tính toán áng lực hác kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn 47

2.4 T°¢ng tác khãi n°ác – k¿t cÃu 48

2.4.1 Khái quát về t°¡ng tác khái n°ãc – kết c¿u 48

2.4.2 V¿n ề tính toán t°¡ng tác áng lực hác khái n°ãc – kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn 50

2.5 Phá ho¿i mái k¿t cÃu 51

2.5.1 Khái quát về phá ho¿i mßi kết c¿u 51

2.5.2 Tập trung āng su¿t 51

2.5.3 Lan truyền vết nāt 53

2.5.4 V¿n ề tính toán phá ho¿i mßi cÿa kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn 56

2.6 Công cā sÿ dāng trong nghiên cāu 56

2.6.1 Giãi thiệu phÁn mềm ANSYS 56

2.6.2 PhÁn tử sử dụng trong mô hình 57

2.6.3 Kỹ thuật tính toán tái °u 60

2.6.4 Kỹ thuật tính toán áng lực hác kết c¿u 64

2.6.5 Kỹ thuật tính toán t°¡ng tác khái n°ãc - kết c¿u 67

2.6.6 Kỹ thuật tính toán phá ho¿i mßi kết c¿u thép 70

2.7 K¿t lu¿n Ch°¢ng 2 73

CH¯¡NG 3 NGHIÊN C ĀU THAY ĐàI HÌNH THĀC VÀ TÍNH TOÁN TâI ¯U K ¾T CÂU DÀN CþA VAN PH¾NG KÉO ĐĀNG NHÞP LàN 75

3.1 Đ¿t vÃn đÁ 75

v

3.2 Nghiên cāu thay đái hình thāc k¿t cÃu dàn cÿa van ph¿ng kéo đāng nhßp

lán 76

3.2.1 Đề xu¿t thay ổi hình thāc kết c¿u dàn 76

3.2.2 Xây dựng ch°¡ng trình tính toán kết c¿u cửa van 81

3.2.3 Kết quÁ tính toán kết c¿u cửa van 86

3.2.4 Tổng hợp kết quÁ tính toán và nhận xét 91

3.3 Nghiên cāu lăa chßn kích th°ác dàn hÿp lý 92

3.3.1 Ành h°çng cÿa chiều cao dàn chính ến nái lực và chuyển vß dàn 93

3.3.2 Ành h°çng cÿa khoÁng cách hai thanh cánh h¿ dàn chính ến nái lực và chuyển vß dàn 98

3.3.3 Ành h°çng cÿa á cong thanh cánh th°ợng dàn chính ến nái lực và chuyển vß dàn 102

3.3.4 Lựa chán góc nghiêng hai dàn chính 106

3.4 Nghiên cāu lăa chßn kích th°ác m¿t cÁt ngang thanh dàn 108

3.4.1 Ph°¡ng án tính toán tái °u 108

3.4.2 Kết quÁ tính toán tái °u kích th°ãc m¿t cắt ái vãi các ph°¡ng án 109

3.4.3 Kiểm tra á bền và á cāng cửa van vãi kích th°ãc ề xu¿t 112

3.4.4 Nhận xét 117

3.5 K¿t lu¿n Ch°¢ng 3 117

CH¯¡NG 4 ÁP D ĀNG K¾T QUÀ NGHIÊN CĀU TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH TH ĂC T¾ 118

4.1 Giái thiáu công trình 118

4.2 Thông sã c¢ bÁn dùng trong thi¿t k¿ 119

4.3 Lăa chßn k¿t cÃu cÿa van 120

4.4 Xây dăng mô hình tính toán 122

4.5 Tính toán đß bÁn và đß cāng k¿t cÃu thép cÿa van 123

4.5.1 Cửa van chßu tác dụng cÿa tổ hợp tÁi tráng c¡ bÁn 123

4.5.2 Cửa van chßu tác dụng cÿa tổ hợp tÁi tráng ¿c biệt có áng ¿t 127

4.5.3 So sánh kết quÁ tính toán tĩnh và áng theo mô hình FSI 129

4.6 KiÃm tra khÁ năng phá ho¿i mái cÿa k¿t cÃu thép cÿa van 130

4.6.1 KhÁ nng phá ho¿i mßi kết c¿u thép cửa van 130

4.6.2 Vß trí kiểm tra phá ho¿i mßi 132

vi

4.6.3 Kết quÁ tính toán kiểm tra phá ho¿i mßi 134

4.6.4 Nhận xét 136

4.7 K¿t lu¿n Ch°¢ng 4 136

K ¾T LU¾N VÀ KI¾N NGHÞ 138

1 Nhāng k¿t quÁ đ¿t đ°ÿc 138

2 Nhāng đóng góp mái cÿa lu¿n án 139

3 Nhāng tßn t¿i và h°áng phát triÃn 140

4 Ki¿n nghß 141

DANH M ĀC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG Bâ 142

TÀI LI àU THAM KHÀO 143

PH Ā LĀC PL1

vii

DANH M ĀC CÁC HÌNH ÀNH

Hình 1.1 Các hình thāc cửa van nhßp lãn 9

Hình 1.2 Công trình có cửa van kéo āng nhßp lãn nh¿t trên thế giãi (Nguồn: Internet) 13

Hình 1.3 Mát vài công trình có cửa van phẳng kéo āng t¿i Việt Nam 16

Hình 1.4 Kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn 16

Hình 1.5 S¡ ồ áp lực n°ãc tĩnh lên cửa van phẳng 17

Hình 1.6 Tái °u hình hác dàn phẳng vãi iều kiện ràng buác chuyển vß 24

Hình 1.7 Tái °u hóa hình hác và c¿u trúc dàn thép không gian 25

Hình 1.8 Tái °u hóa hình hác và c¿u trúc cÁu dàn thép 26

Hình 1.9 Cửa van phẳng kéo āng Krimpen – Hà Lan 27

Hình 1.10 D¿ng dao áng cÿa cửa van 95 m thực hiện trên mô hình PTHH 28

Hình 1.11 Nghiên cāu t°¡ng tác áng lực hác 3D kết c¿u cửa van phẳng nhßp lãn 29

Hình 1.12 Hình thāc mái nái chân dàn chính 31

Hình 1.13 Phá ho¿i t¿i mái nái chân dàn lo¿i (a) 32

Hình 1.14 Mô hình PTHH mái nái hàn áng thép vãi háp thép 32

Hình 1.15 Mô hình PTHH nút dàn áng thép có bÁn mã và kết quÁ tính toán hệ sá tập trung āng su¿t khi không có và có bÁn mã 33

Hình 1.16 Các lo¿i mô hình phÁn tử hữu h¿n nút dàn 34

Hình 2.1 Tái °u hình d¿ng và kích th°ãc dàn 38

Hình 2.2 Ví dụ về kết c¿u chßu tÁi tráng áng 42

Hình 2.3 Ph°¡ng pháp giÁi ph°¡ng trình chuyển áng cÿa hệ kết c¿u 43

Hình 2.4 Các d¿ng phá ho¿i mßi 51

Hình 2.5 Tập trung āng su¿t 52

Hình 2.6 Hệ sá tập trung āng su¿t cho lß khoét hình tròn 53

Hình 2.7 Các giai o¿n lan truyển vết nāt mßi 54

Hình 2.8 Tuổi nāt ban Áu t°¡ng ái là hàm sá cÿa phân bá āng su¿t t¿i khçi t¿o vết nāt 55

Hình 2.9 PhÁn tử dÁm 3-D BEAM188 58

Hình 2.10 PhÁn tử m¿t 3-D SHELL63 59

Hình 2.11 PhÁn tử khái 3-D FLUID30 59

Hình 2.12 S¡ ồ khái quá trình tính toán tái °u trong phÁn mềm ANSYS 61

Hình 2.13 S¡ ồ khái quá trình tính toán tái °u theo ph°¡ng pháp MOGA 62

Hình 2.14 S¡ ồ tính toán dàn vòm phẳng 63

Hình 2.15 Mã phÁn tử các thanh dàn 63

Hình 2.16 S¡ ồ tính toán kết c¿u dàn āng 66

Hình 2.17 Chuyển vß và gia tác theo thåi gian t¿i vß trí ỉnh dàn āng (iểm D) 66

Hình 2.18 Quá trình phân tích FSI 67

Hình 2.19 Mô hình phÁn tử hữu h¿n t°¡ng tác khái n°ãc – kết c¿u 2D 68

Hình 2.20 Chuyển vß và gia tác theo thåi gian t¿i vß trí ỉnh dàn āng (iểm D) khi xét ến t°¡ng tác khái n°ãc tr°ãc và sau cửa van 69

viii

Hình 2.21 Chuyển vß cÿa kết c¿u t¿i thåi iểm 10 s và 20 s 69

Hình 2.22 S¡ ồ khái phân tích mßi theo tuổi āng su¿t bằng phÁn mềm ANSYS 71

Hình 2.23 S¡ ồ nút liên kết thanh dàn 72

Hình 2.24 Đ°ång cong phá ho¿i mßi S – N cÿa vật liệu thép S355 72

Hình 2.25 Tr¿ng thái chuyển vß và āng su¿t t¿i vß trí liên kết 72

Hình 2.26 Kết quÁ tính toán mßi t¿i vß trí nút 50 73

Hình 3.1 Cửa van d¿ng dàn mát vòm vãi m¿t phẳng dàn chính ¿t song song 77

Hình 3.2 Kết c¿u dàn chính có thanh cánh th°ợng và h¿ l°u cong mát chiều 77

Hình 3.3 Cửa van d¿ng mát vòm vãi m¿t phẳng dàn chính ¿t nghiêng góc 78

Hình 3.4 Hình thāc dàn chính cửa van phẳng kéo āng °ợc ề xu¿t thay ổi 80

Hình 3.5 Nguyên tắc chßu lực cÿa m¿t phẳng dàn làm việc hai chiều 80

Hình 3.6 Ch°¡ng trình tính toán tích hợp trong phÁn mềm ANSYS 82

Hình 3.7 C¿u trúc cÿa Ch°¡ng trình LIFTGATE.MAC 82

Hình 3.8 Điều kiện biên cÿa mô hình 83

Hình 3.9 C¿u trúc cÿa Ch°¡ng trình LGATE_OP.MAC 84

Hình 3.10 Cửa sổ nhập dữ liệu Áu vào là các tham sá thiết kế 85

Hình 3.11 Mô hình phÁn tử hữu h¿n kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn 85

Hình 3.12 Tráng l°ợng cửa van theo mô hình truyền tháng 86

Hình 3.13 Phổ chuyển vß tổng 87

Hình 3.14 Phổ chuyển vß theo ph°¡ng Z (ph°¡ng dòng chÁy) 87

Hình 3.15 Lực dác trong thanh cánh h¿ dàn chính 87

Hình 3.16 S¡ ồ tính toán nái lực khung dàn chính 88

Hình 3.17 Tráng l°ợng cửa van theo mô hình ề xu¿t 90

Hình 3.18 Phổ chuyển vß tổng 90

Hình 3.19 Phổ chuyển vß theo ph°¡ng Z (ph°¡ng dòng chÁy) 91

Hình 3.20 Lực dác trong thanh dàn chính 91

Hình 3.21 Các tham sá kích th°ãc dàn 93

Hình 3.22 Cửa sổ giao diện nhập kích th°ãc dàn 94

Hình 3.23 Mô hình PTHH kết c¿u cửa van khi thay ổi chiều cao dàn chính 95

Hình 3.24 Biểu ồ quan hệ giữa chuyển vß dàn theo ph°¡ng Z vãi chiều cao dàn t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 96

Hình 3.25 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh h¿ vãi chiều cao dàn t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 97

Hình 3.26 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh th°ợng dàn trên vãi chiều cao dàn t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 97

Hình 3.27 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh th°ợng dàn d°ãi vãi chiều cao dàn t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 97

Hình 3.28 Mô hình PTHH kết c¿u cửa van khi thay ổi khoÁng cách hai thanh cánh h¿ dàn chính 99

ix

Hình 3.29 Biểu ồ quan hệ giữa chuyển vß dàn theo ph°¡ng Z vãi khoÁng cách hai

thanh cánh h¿ dàn chính t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 100

Hình 3.30 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh h¿ vãi khoÁng cách hai thanh cánh h¿ dàn chính t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 101

Hình 3.31 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh th°ợng dàn trên vãi khoÁng cách hai thanh cánh h¿ dàn chính t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 101

Hình 3.32 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh th°ợng dàn d°ãi vãi khoÁng cách hai thanh cánh h¿ dàn chính t¿i giữa nhßp trong hai tổ hợp mực n°ãc 101

Hình 3.33 Cửa sổ giao diện nhập vß trí giao t°¡ng ái thanh cánh th°ợng trên thanh āng 103 Hình 3.34 Mô hình PTHH kết c¿u cửa van khi thay ổi á cong thanh cánh th°ợng 103 Hình 3.35 Biểu ồ quan hệ giữa chuyển vß dàn theo ph°¡ng Z vãi thay ổi vß trí t°¡ng ái ỉnh thanh cánh th°ợng trong hai tổ hợp mực n°ãc 105

Hình 3.36 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh h¿ vãi thay ổi vß trí t°¡ng ái ỉnh thanh cánh th°ợng trong hai tổ hợp mực n°ãc 105

Hình 3.37 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh th°ợng dàn trên vãi thay ổi vß trí t°¡ng ái ỉnh thanh cánh th°ợng trong hai tổ hợp mực n°ãc 105

Hình 3.38 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh th°ợng dàn d°ãi vãi thay ổi vß trí t°¡ng ái ỉnh thanh cánh th°ợng trong hai tổ hợp mực n°ãc 106

Hình 3.39 Biểu ồ quan hệ giữa chuyển vß theo ph°¡ng Y t¿i Áu dàn vãi khoÁng cách hai dàn t¿i giữa nhßp do tráng l°ợng bÁn thân cửa van 107

Hình 3.40 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh h¿ dàn trên vãi khoÁng cách hai dàn t¿i giữa nhßp do tráng l°ợng bÁn thân cửa van 107

Hình 3.41 Biểu ồ quan hệ giữa lực dác thanh cánh h¿ dàn d°ãi vãi khoÁng cách hai dàn t¿i giữa nhßp do tráng l°ợng bÁn thân cửa van 107

Hình 3.42 Các nhóm thanh dàn 109

Hình 3.43 Các b°ãc tái °u tráng l°ợng dàn ph°¡ng án 1 110

Hình 3.44 Mô hình cửa van sau khi tái °u ph°¡ng án 1 110

Hình 3.45 Các b°ãc tái °u tráng l°ợng dàn ph°¡ng án 1 111

Hình 3.46 Mô hình cửa van sau khi tái °u ph°¡ng án 1 111

Hình 3.47 Phổ chuyển vß tổng và theo ph°¡ng dòng chÁy āng vãi tổ hợp 1 113

Hình 3.48 Phổ chuyển vß tổng và theo ph°¡ng dòng chÁy āng vãi tổ hợp 2 114

Hình 3.49 Phổ āng su¿t chính lãn nh¿t và nhß nh¿t āng vãi tổ hợp 1 114

Hình 3.50 Phổ āng su¿t chính lãn nh¿t và nhß nh¿t āng vãi tổ hợp 2 114

Hình 4.1 Bá trí tổng thể công trình Nguyễn T¿n Thành [74] 119

Hình 4.2 Bng gia tác áng ¿t theo thåi gian áp dụng cho vùng nghiên cāu 120

Hình 4.3 Kết c¿u cửa van công trình Nguyễn T¿n Thành 121

Hình 4.4 Mô hình PTHH kết c¿u cửa van làm việc ồng thåi vãi khái n°ãc th°ợng và h¿ l°u āng vãi hai tổ hợp mực n°ãc tính toán 123

Hình 4.5 Mô hình PTHH kết c¿u cửa van 123

Hình 4.6 Phổ chuyển vß tổng cÿa toàn bá mô hình āng vãi tổ hợp 1 124

x

Hình 4.7 Phổ chuyển vß tổng cÿa toàn bá mô hình āng vãi tổ hợp 2 124

Hình 4.8 Phổ chuyển vß tổng và theo ph°¡ng dòng chÁy cửa van āng vãi tổ hợp 1 125

Hình 4.9 Phổ chuyển vß tổng và theo ph°¡ng dòng chÁy cửa van āng vãi tổ hợp 2 125

Hình 4.10 Phổ āng su¿t chính lãn nh¿t và nhß nh¿t āng hệ dàn āng vãi tổ hợp 1 125

Hình 4.11 Phổ āng su¿t chính lãn nh¿t và nhß nh¿t hệ dàn āng vãi tổ hợp 2 126

Hình 4.12 Chuyển vß theo ph°¡ng Z t¿i giữa ỉnh cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 1 127

Hình 4.13 Gia tác theo ph°¡ng Z t¿i giữa ỉnh cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 1 127

Hình 4.14 Chuyển vß theo ph°¡ng Z t¿i giữa áy cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 1 128

Hình 4.15 Gia tác theo ph°¡ng Z t¿i giữa áy cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 1 128

Hình 4.16 Chuyển vß theo ph°¡ng Z t¿i giữa ỉnh cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 2 128

Hình 4.17 Gia tác theo ph°¡ng Z t¿i giữa ỉnh cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 2 128

Hình 4.18 Chuyển vß theo ph°¡ng Z t¿i giữa áy cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 2 128

Hình 4.19 Gia tác theo ph°¡ng Z t¿i giữa áy cửa theo thåi gian vãi tổ hợp 2 128

Hình 4.20 Các ¿c tr°ng cÿa chu trình āng su¿t 131

Hình 4.21 Vùng phá ho¿i dẻo t¿i vß trí có tập trung āng su¿t 132

Hình 4.22 Vß trí xem xét ến sự phá ho¿i mßi 133

Hình 4.23 C¿u t¿o chi tiết mái nái chân dàn vß trí 2 133

Hình 4.24 Mô hình con và iều kiện biên cÿa mô hình 134

Hình 4.25 Kết quÁ tính toán āng su¿t mßi 135

Hình 4.26 Kết quÁ tính toán mßi t¿i vß trí nút 3339 136

xi

DANH M ĀC BÀNG BIÂU

BÁng 1.1 Mát vài công trình kiểm soát n°ãc trên thế giãi sử dụng cửa van nhßp lãn 10

BÁng 1.2 Ph¿m vi làm việc cÿa mát sá lo¿i cửa van nhßp lãn 12

BÁng 1.3 Cửa van kéo āng có nhßp lãn nh¿t trên thế giãi 14

BÁng 1.4 Công trình KSN t¿i Việt Nam có sử dụng cửa van phẳng kéo āng 15

BÁng 2.1 Các ph°¡ng pháp dự báo tuổi mßi 55

BÁng 2.2 Kết quÁ tính toán āng su¿t t¿i các phÁn tử vãi kích th°ãc ban Áu và sau khi tính toán tái °u 64

BÁng 2.3 So sánh chuyển vß và gia tác āng vãi các hệ sá cÁn cÿa kết c¿u 67

BÁng 3.1 So sánh c¿u t¿o và ¿c iểm làm việc cÿa hai lo¿i cửa van kéo āng iển hình 79

BÁng 3.2 GiÁ thiết mực n°ãc trong hai tổ hợp tính toán 85

BÁng 3.3 Thông sá kích th°ãc thanh dàn 88

BÁng 3.4 TÁi tráng áp lực n°ãc tác dụng lên các mắt dàn 88

BÁng 3.5 Kết quÁ tính toán nái lực trong các thanh dàn 89

BÁng 3.6 So sánh kết quÁ tính toán theo hai ph°¡ng pháp 89

BÁng 3.7 So sánh kết quÁ tính toán theo hai mô hình 92

BÁng 3.8 BÁng các tham sá kích th°ãc cÿa dàn 94

BÁng 3.9 BÁng kết quÁ tính toán nái lực và chuyển vß 96

BÁng 3.10 BÁng các tham sá kích th°ãc cÿa dàn 98

BÁng 3.11 BÁng kết quÁ tính toán nái lực và chuyển vß 100

BÁng 3.12 BÁng tham sá kích th°ãc bao ngoài cÿa dàn 102

BÁng 3.13 Vß trí giao cÿa thanh cánh th°ợng vãi thanh āng 102

BÁng 3.14 BÁng kết quÁ tính toán nái lực và chuyển vß 104

BÁng 3.15 BÁng kích th°ãc dàn 108

BÁng 3.16 Tái °u kích th°ãc m¿t cắt thanh dàn āng vãi tổ hợp 1 ph°¡ng án 1 110

BÁng 3.17 Tái °u kích th°ãc m¿t cắt thanh dàn āng vãi tổ hợp 2 ph°¡ng án 1 111

BÁng 3.18 Kích th°ãc m¿t cắt thanh dàn ề xu¿t theo các ph°¡ng án 113

BÁng 3.19 Đá võng t°¡ng ái cÿa cửa van 114

BÁng 3.20 Āng su¿t trong các phÁn tử thanh dàn āng vãi tổ hợp 1 115

BÁng 3.21 Āng su¿t trong các phÁn tử thanh dàn āng vãi tổ hợp 2 116

BÁng 4.1 BÁng tham sá vật liệu thép S355JR 119

BÁng 4.2 BÁng tham sá °ång cong phá ho¿i S-N cÿa vật liệu thép S355JR 120

BÁng 4.3 Các tổ hợp cát n°ãc tính toán ến áy cửa van 120

BÁng 4.4 Đá võng t°¡ng ái cÿa cửa van 126

BÁng 4.5 Āng su¿t lãn nh¿t trong hệ thanh dàn 126

BÁng 4.6 So sánh kết quÁ tính toán theo hai mô hình 127

BÁng 4.7 Kết quÁ tính toán chuyển vß lãn nh¿t theo ph°¡ng Z 129

BÁng 4.8 Kết quÁ tính toán āng su¿t lãn nh¿t trong thanh dàn 129

BÁng 4.9 So sánh kết quÁ tính toán chuyển vß theo ph°¡ng dòng chÁy (mm) 130

xii BÁng 4.10 So sánh kết quÁ tính toán āng su¿t thanh dàn 130

BÁng 4.11 Kết quÁ tính toán āng su¿t mßi t¿i vß trí nút 3339 134

xiii

DANH M ĀC CÁC TĆ VI¾T TÀT

ANDE A New Differential Evolution algorithm

APDL ANSYS Parametric Design Language

BĐKH-NBD Biến Đổi Khí Hậu – N°ãc Biển Dâng

CGO Chaos Game Optimization algorithm

ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long

FSI Fluid – Structure Interaction

MOGA Multi-Objective Genetic Algorithm

PSO Particle Swarm Optimization

SCF Stress Concentration Factor

TP.HCM Thành Phá Hồ Chí Minh

UCG Unstable Crack Growth

WSAR Weighted Superposition Attraction-Repulsion algorithm

xiv

DANH M ĀC CÁC KÝ HIàU

a0 Chiều dài phát triển vết nāt ban Áu

acr Chiều dài phát triển vết nāt giãi h¿n

Ag Diện tích tiết diện cÿa c¿u kiện nhóm g

Le Chiều dài cÿa phân tá e

Lg Chiều dài cÿa c¿u kiện nhóm g

m Sá chuyển vß ho¿c ràng buác chuyển vß

g Tráng l°ợng riêng cÿa vật liệu trong nhóm g

ô Véc t¡ chuyển vß nút cÿa kết c¿u tổng thể

ô9 Véc t¡ vận tác nút cÿa kết c¿u tổng thể

ôf Chuyển vß kết c¿u t¿i m¿t tiếp xúc khái n°ãc và kết c¿u

òmax Giãi h¿n trên cÿa các biến thiết kế

òmin Giãi h¿n d°ãi cÿa các biến thiết kế

óle(x) Āng su¿t àn hồi tuyến tính cục bá vuông góc vãi trục x óres(x) Āng su¿t d° t¿i táa á x vuông góc vãi vết nāt

[σ] Āng su¿t cho phép cÿa vật liệu

t B°ãc giãn cách thåi gian

xvi

ĐÞNH NGH)A CÁC CĀM TĆ DÙNG TRONG LU¾N ÁN

Cÿa van kéo đąng

Là lo¿i cửa van khi óng mç chuyển áng thẳng āng trong m¿t phẳng khe van, n°ãc chÁy d°ãi áy cửa van

Cÿa van ph¿ng kéo đąng nhßp lán

Là lo¿i cửa van có bề ráng chắn n°ãc lãn h¡n 30 m, bÁn chắn n°ãc d¿ng phẳng, kết c¿u chßu lực chính d¿ng dàn áng thép, khi óng mç chuyển áng thẳng āng trong m¿t phẳng khe van, n°ãc chÁy d°ãi áy cửa van

Công trình kiÃm soát n°ác vùng triÁu

Là lo¿i công trình có khÁ nng kiểm soát l°u l°ợng, mực n°ãc ể Ám bÁo yêu cÁu ngn m¿n, giữ ngát ho¿c tháo lũ trong vùng Ánh h°çng cÿa thÿy triều

Vùng ồng bằng ven biển Việt Nam, ều là các vùng ¿t trù phú và có tiềm lực kinh tế

từ nông nghiệp và nuôi trồng thÿy sÁn Tuy nhiên ây th°ång là các vùng ¿t có ßa hình bằng phẳng, cao á th¿p l¿i chßu tác áng cÿa biên á thÿy triều lãn, m¿t cắt lòng sông lãn, do ó hàng nm vào mùa kiệt khi dòng chÁy th°ợng nguồn các con sông về h¿n chế, xâm nhập m¿n vào sâu trong nái ồng và lan truyền phÁn lãn diện tích ¿t ¿c biệt

là vùng ¿t phía Nam cÿa Việt Nam Những nm gÁn ây tính phāc t¿p cÿa xâm nhập m¿n càng lãn tr°ãc tác áng cÿa BĐKH-NBD và sự phát triển ồ ¿t các ập thÿy iện trên th°ợng nguồn sông Mê Công nh° ç Trung Quác có khoÁng 23.000 MW, Lào 13.000

MW, Campuchia 2.200 MW và Việt Nam 2.000 MW [1], [2], [3] Hậu quÁ cÿa xâm nhập m¿n Ánh h°çng ến sÁn xu¿t và sinh ho¿t cÿa ng°åi dân ßa ph°¡ng cũng nh° các ho¿t áng khác Việc kiểm soát n°ãc ç khu vực Ánh h°çng cÿa thÿy triều luôn là bài toán có tính thåi sự, ¿c biệt hiện nay vùng ĐBSCL có tác á phát triển kinh tế xã hái cao và °ợc coi là tráng iểm xu¿t kh¿u nông thÿy sÁn cÿa cÁ n°ãc

Trong những nm qua °ợc sự quan tâm cÿa Nhà n°ãc, nhiều hệ tháng công trình KSN

°ợc Áu t° xây dựng trong ó phÁi kể ến hệ tháng công trình thÿy lợi Cái Lãn – Cái

Bé thuác lo¿i lãn ç khu vực Đông Nam Á gồm cáng Cái Lãn (11 khoang cáng B = 40

m và 1 khoang âu thuyền B = 15 m), cáng Cái Bé (2 khoang cáng B = 35 m và 1 khoang

âu thuyền B = 15 m) và mát sá h¿ng mục công trình khác, hệ tháng công trình vừa mãi

2

hoàn thành giai o¿n 1 và °a vào sử dụng trong nm 2021 Hệ tháng công trình cháng ngập khu vực thành phá Hồ Chí Minh gồm có cáng M°¡ng Chuái (4 khoang cáng B =

40 m) và cáng Phú Xuân, cáng Cây Khô, cáng Tân Thuận ều có bề ráng khoang cáng

B = 40 m Theo quy ho¿ch thÿy lợi ến nm 2030 sẽ Áu t° xây dựng nhiều công trình KSN khác nh° cụm công trình ven biển Tây, cụm công trình vùng QuÁn Lá - Phụng Hiệp gồm hệ tháng cáng Nam kênh Chắc Bng (từ Láng Trâm ến Ngàn Dừa), hệ tháng phân ranh m¿n ngát dác bå nam kênh QuÁn Lá - Phụng Hiệp và cụm công trình cáng ven sông Hậu bao gồm 7 cáng kết hợp ê kiểm soát xâm nhập m¿n từ cửa TrÁn Đề (R¿ch Saintard, R¿ch Máp, Mỹ Hái, R¿ch Váp, Cái Trâm, Cái Cau, Cái Côn), dự án quÁn lý n°ãc Bến Tre, dự án phát triển thành phá CÁn Th¡, dự án công trình kiểm soát nguồn n°ãc Nam Sông Hậu, dự án công trình kiểm soát nguồn n°ãc kênh Nguyễn T¿n Thành

và bå hữu sông Vàm Cß Tây& [4]

Do iều kiện tự nhiên nh° ã trình bày ç trên, các công trình KSN vùng cửa sông ven biển òi hßi có nhßp lãn, óng mç không th°ång xuyên, làm việc hai chiều, chßu tác

áng cÿa dao áng mực n°ãc triều nên cÁn lựa chán lo¿i hình cửa van phù hợp Thực

tế ã chāng minh, mát trong những lo¿i hình cửa van áp āng tát các yêu cÁu trên là cửa van kéo āng nhßp lãn Về m¿t nguyên lý làm việc ái vãi lo¿i cửa van này giáng nh° cửa van phẳng kéo āng thông th°ång nh°ng hình thāc kết c¿u r¿t a d¿ng ể áp āng yêu cÁu nhßp lãn Lúc này cửa van không chỉ làm việc nh° thiết bß c¡ khí thÿy công mà còn làm việc nh° mát kết c¿u thép không gian nhßp lãn Vì vậy khi tính toán thiết kế cÁn phÁi có sự kết hợp hài hòa giữa các yêu cÁu về c¡ khí và kết c¿u ho¿c á bền và á cāng Những nm gÁn ây cửa van kéo āng nhßp lãn vãi bÁn m¿t chắn n°ãc d¿ng phẳng kết c¿u chßu lực d¿ng dàn vòm áng thép không gian ã °ợc áp dụng khá phổ biến t¿i Việt Nam trong các công trình ập dâng n°ãc, ập ngn m¿n, cáng ngn triều và có thể coi là thành công b°ãc Áu, ã làm chÿ công nghệ từ thiết kế, chế t¿o, lắp ¿t và vận hành iển hình nh° công trình cáng Cái Lãn, cáng Cái Bé, cáng M°¡ng Chuái, ập dâng sông Trà Khúc Về c¡ bÁn hình thāc kết c¿u chßu lực d¿ng dàn vòm áng thép nh° cửa van trong công trình sông Ems cÿa Đāc, chỉ thay ổi mát chút về kết c¿u dàn chßu tráng l°ợng phía h¿ l°u, chỉ có thanh āng ho¿c kết hợp cÁ thanh āng và thanh xiên Việc áp dụng hình thāc này trong các cửa van công trình KSN ç Việt Nam ã em l¿i nhiều lợi ích cÁ kinh tế và kỹ thuật Tuy nhiên vãi iều

Chính vì lẽ ó, việc nghiên cāu hình thāc kết c¿u hệ dàn cửa van kéo āng nhßp lãn phù hợp cho vùng Ánh h°çng cÿa thÿy triều sẽ óng góp vào hệ tháng lý luận khoa hác chuyên ngành cũng nh° cung c¿p cho các nhà thiết kế những công cụ cÁn thiết ể có thể tính toán cho các công trình có iều kiện t°¡ng tự Mç ráng h¡n nữa, sự thành công cÿa

ề tài nghiên cāu sẽ góp phÁn ¿y nhanh việc khai thác hiệu quÁ tài nguyên ¿t và n°ãc vùng ven biển cÁ về kỹ thuật và kinh tế

2 Māc tiêu nghiên cąu

Nghiên cāu tr¿ng thái āng su¿t – biến d¿ng cÿa kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn trong iều kiện làm việc hai chiều

Nghiên cāu Ánh h°çng cÿa thay ổi hình thāc kết c¿u thanh bụng xiên cÿa dàn chính

ến á bền và á cāng cÿa cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn khi cửa van làm việc ç tr¿ng thái óng

Nghiên cāu āng xử cÿa kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn khi chßu tác dụng cÿa tÁi tráng áng ¿t có xét ến tác dụng t°¡ng hß cÿa khái n°ãc tr°ãc và sau cửa van ang

ç tr¿ng thái óng

Nghiên cāu tuổi thá mßi cÿa cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn khi chßu tác dụng cÿa dao áng mực n°ãc tr°ãc và sau cửa van

4

3 Đái t°ÿng, ph¿m vi và nßi dung nghiên cąu

Kết c¿u chßu lực d¿ng dàn vòm áng thép không gian cÿa cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn trong công trình kiểm soát n°ãc vùng triều ã, ang và sẽ °ợc xây dựng t¿i Việt Nam

Hình d¿ng và kích th°ãc hệ dàn áng thép cÿa cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn trong công trình kiểm soát n°ãc vùng triều ã, ang và sẽ °ợc xây dựng t¿i Việt Nam vãi biên á chênh lệch mực n°ãc th°ợng và h¿ l°u cửa van nhß từ 1,0 ÷ 2,5 m và cửa van làm việc ç tr¿ng thái óng TÁi tráng áng tác dụng lên cửa van là gia tác áng ¿t Tuổi thá mßi cÿa cửa van theo tuổi thá mßi cÿa mái nái chân dàn chính vãi dÁm biên

÷ Nghiên cāu tổng quan về cửa van nhßp lãn;

÷ Nghiên cāu thay ổi hình thāc kết c¿u dàn chính cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn phù hợp vãi iều kiện làm việc hai chiều;

÷ Nghiên cāu āng dụng và phát triển mô hình toán ể tính toán tái °u kết c¿u hệ dàn cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn;

÷ Āng dụng tính toán cho mát công trình iển hình vùng triều có xem xét ến t°¡ng tác áng lực hác cÿa khái n°ãc tr°ãc và sau cửa van khi chßu tác dụng cÿa tÁi tráng áng ¿t và tuổi thá mßi cÿa cửa van khi chßu tác dụng cÿa dao áng mực n°ãc tr°ãc và sau cửa van

4 Cách ti¿p c¿n và ph°¢ng pháp nghiên cąu

4.1 Cách tiếp cận

Để ¿t °ợc mục tiêu nghiên cāu tác giÁ lựa chán cách tiếp cận vừa mang tính kế thừa, vừa mang tính sáng t¿o, phù hợp vãi iều kiện Việt Nam, cụ thể:

÷ Tiếp cận kế thừa có chán lác kinh nghiệm, tri thāc, c¡ sç dữ liệu ã có liên quan

ến luận án và tiếp thu công nghệ: (i) Tiếp thu, āng dụng công nghệ tiên tiến ç

5

n°ãc ngoài, xem xét, chán lác mát sá công nghệ tiên tiến phù hợp vùng nghiên cāu, trong ó chÿ yếu tiếp thu về các giÁi pháp kết c¿u công trình và āng dụng các mô hình toán; (ii) Kế thừa các nghiên cāu trong n°ãc cũng nh° tận dụng những kết quÁ từ các dự án nghiên cāu tr°ãc ó trong vùng nghiên cāu dự án, t¿o nền tÁng và iểm xu¿t phát thực hiện những ph°¡ng pháp và công nghệ tính toán mãi; (iii) Tổ chāc hái thÁo, l¿y ý kiến chuyên gia, sử dụng kinh nghiệm thực tiễn về chuyên môn và quÁn lý tích lũy nhiều nm ể giÁi quyết các nhiệm vụ cụ thể ¿t ra trong quá trình thực hiện luận án

÷ Tiếp cận toàn diện, hệ tháng và thực tiễn: Để ¿t °ợc mục tiêu cÿa luận án òi hßi phÁi xem xét mát cách toàn diện hệ tháng công trình và thực tiễn áp dụng từ

ó ề xu¿t các giÁi pháp kết c¿u cửa van phù hợp

÷ Tiếp cận kỹ thuật - môi tr°ång - phát triển bền vững: Mục tiêu cÿa luận án là °a

ra °ợc giÁi pháp kết c¿u cửa van phù hợp cho công trình KSN trên hệ tháng sông, kênh vùng triều nhằm phục vụ khai thác tài nguyên n°ãc Việc kiểm soát n°ãc bằng giÁi pháp công trình sẽ tác áng trực tiếp tãi cáng ồng dân c° và hệ sinh thái, môi tr°ång Vì vậy cách tiếp cận này bÁo Ám nguyên tắc giÁi pháp

Ám bÁo tính kỹ thuật, khai thác hiệu quÁ tài nguyên n°ãc, bÁo vệ môi tr°ång cho sự phát triển bền vững có tính ến bái cÁnh BĐKH-NBD

Đái t°ợng nghiên cāu cÿa luận án là kết c¿u dàn vòm áng thép không gian có kích th°ãc lãn nên việc nghiên cāu thí nghiệm trên mô hình vật lý r¿t khó khn và gÁn nh° không thể thực hiện °ợc trong iều kiện thí nghiệm t¿i Việt Nam còn nhiều h¿n chế Ngoài ra nếu sử dụng mô hình thí nghiệm thu nhß sẽ khó Ám bÁo t°¡ng tự về kết c¿u và iều kiện biên, trong khi mô phßng sá ã trç thành công cụ phổ biến trên thế giãi trong nghiên cāu kết c¿u lãn vãi iều kiện biên phāc t¿p Chính vì vậy luận án sử dụng tổng hợp các ph°¡ng pháp nghiên cāu tiên tiến có á tin cậy cao, cụ thể:

÷ Ph°¡ng pháp thu thập, tổng hợp tài liệu liên quan: Tài liệu về iều kiện tự nhiên vùng triều, các tài liệu nghiên cāu về lo¿i hình công trình KSN, các tài liệu nghiên cāu về mô hình tính toán kết c¿u công trình và các ề tài/dự án khác có liên quan

6

÷ Ph°¡ng pháp iều tra khÁo sát thực ßa: Trong quá trình thực hiện luận án, tác giÁ ã iều tra khÁo sát thực ßa ể bổ sung sá liệu, nh° khÁo sát các công trình KSN trong vùng nghiên cāu (vß trí, kết c¿u, chế á vận hành, hiệu quÁ công trình

và những tác áng ến môi tr°ång) ể làm c¡ sç cho việc ề xu¿t cÁi tiến hình thāc kết c¿u dàn chính cÿa cửa van

÷ Ph°¡ng pháp nghiên cāu lý thuyết: Nghiên cāu lý thuyết tái °u hóa kết c¿u, áng lực hác kết c¿u, t°¡ng tác khái n°ãc - kết c¿u, phá ho¿i mßi

÷ Ph°¡ng pháp mô phßng sá: Xây dựng mô hình toán trong phÁn mềm phân tích phÁn

tử hữu h¿n thông dụng ể tính toán kết c¿u không gian cÿa cửa van, minh háa cho tính khÁ thi cÿa giÁi pháp kết c¿u ề xu¿t vãi các iều kiện làm việc thực tế

5 Ý ngh*a khoa hác và thăc tißn căa lu¿n án

5.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quÁ nghiên cāu ã làm sáng tß về những v¿n ề mang tính hác thuật nh° sau:

÷ Làm rõ Ánh h°çng cÿa hình thāc dàn chính ến á cāng cÿa cửa van phẳng kéo

āng nhßp lãn khi làm việc hai chiều

÷ Thay ổi hình thāc kết c¿u dàn chßu lực chính cÿa cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn áp āng yêu cÁu về á cāng khi làm việc hai chiều

÷ Làm ph°¡ng án thiết kế cho mát công trình iển hình trong vùng Ánh h°çng cÿa thÿy triều

7

6 CÃu trúc lu¿n án

Luận án bao gồm phÁn Mç Áu, 4 Ch°¡ng, phÁn Kết luận và Kiến nghß, Tài liệu tham khÁo và Phụ lục

÷ Må đÅu: Trình bày tính c¿p thiết, mục tiêu, ái t°ợng, ph¿m vi, nái dung, ph°¡ng

pháp nghiên cāu và ý nghĩa khoa hác, ý nghĩa thực tiễn cÿa luận án

÷ Ch°¢ng 1: Tổng quan về cửa van nhßp lãn và những v¿n ề cÁn nghiên cāu ¿t ra vãi

luận án

÷ Ch°¢ng 2: C¡ sç lý thuyết tính toán kết c¿u cửa van phẳng bằng mô phßng sá

÷ Ch°¢ng 3: Nghiên cāu thay ổi hình thāc và tính toán tái °u kết c¿u dàn cửa van

8

CH¯¡NG 1 TäNG QUAN VÀ CþA VAN NHÞP LàN VÀ NHĀNG VÂN ĐÀ

C ÄN NGHIÊN CĄU Đ¾T RA VàI LU¾N ÁN

1.1 Tång quan vÁ cÿa van nhßp lán

1.1.1 Khái niệm cửa van nhịp lớn

Cửa van nhßp lãn là cửa van có kích th°ãc bề ráng chắn n°ãc B lãn h¡n nhiều lÁn chiều cao H và th°ång dùng làm cửa van trong các công trình ập ngn sông ho¿c cáng ngn triều có m¿t cắt ngang lãn Cho ến nay ç Việt Nam ch°a có quy ßnh hay ßnh nghĩa

cụ thể thế nào là cửa van nhßp lãn Đái vãi cửa van ngoài việc Ám bÁo iều kiện về á bền còn phÁi Ám bÁo iều kiện về á cāng (á võng) Khi cửa van có nhßp trên 30 m, nếu sử dụng kết c¿u cửa van phẳng d¿ng dÁm thép thông th°ång sẽ không Ám bÁo iều kiện về kinh tế nếu áp āng Áy ÿ các iều kiện về á võng và á bền, do kháng chế

°ợc iều kiện về á võng thì iều kiện về á bền quá d° thừa, tráng l°ợng cửa van lãn

Vì vậy luận án °a ra tiêu chí vãi cửa van có bề ráng trên 30 m sẽ °ợc coi là cửa van nhßp lãn và sử dụng kết c¿u d¿ng dÁm bụng rßng hay d¿ng dÁm dàn chßu lực

1.1.2 Các hình thức cửa van nhịp lớn

Hiện nay cửa van nhßp lãn có nhiều hình thāc, tùy theo hình thāc chuyển áng thẳng ho¿c xoay mà có tên gái khác nhau nh° biểu thß ç Hình 1.1 [5] BÁng 1.1 tổng kết mát vài công trình tiêu biểu trên thế giãi có sử dụng cửa van nhßp lãn [6] Tên gái các lo¿i cửa van d°ãi

ây, tác giÁ ính kèm tên tiếng Anh ể ng°åi ác tiện theo dõi và tra cāu

(a) Cửa van kéo āng (vertical lift gate)

Cửa van kéo āng (Hình 1.1a) là cửa van có m¿t chßu áp lực n°ãc d¿ng m¿t phẳng ho¿c m¿t cong, th°ång là m¿t cong mát chiều d¿ng trụ āng, khi óng mç cửa van chuyển

áng thẳng āng trong m¿t phẳng khe van, n°ãc chÁy d°ãi áy cửa van

(b) Cửa van nâng āng (vertical rising gate)

Cửa van nâng āng (Hình 1.1b) là cửa van khi ç vß trí mç nằm bên d°ãi ng°ỡng, n°ãc chÁy qua ỉnh cửa Khi cÁn ngn n°ãc, cửa van °ợc nâng lên theo ph°¡ng thẳng āng

9

CÁ ç vß trí mç và vß trí óng, phÁn lãn cửa nằm ç d°ãi n°ãc Khi cÁn bÁo trì bÁo d°ỡng

có thể c¿u cửa lên khßi m¿t n°ãc

(c) Cửa van cung ¡n trục ngang (radial gate ho¿c tainter gate)

Cửa van cung ¡n trục ngang (Hình 1.1c) là cửa van có m¿t chßu áp lực n°ãc d¿ng m¿t cong, th°ång là mát phÁn cÿa m¿t trụ tròn và °ợc nái vãi hai càng, khi óng mç cửa van quay xung quanh mát trục quay cá ßnh nằm ngang nhå hệ tháng tåi kéo ho¿c xi lanh thÿy lực Khi cửa ç vß trí óng, cửa van nằm trên ng°ỡng; khi mç cửa, cửa van

°ợc nâng lên, n°ãc chÁy d°ãi áy cửa van Hiện nay do yêu cÁu ngày càng cao ái vãi cửa van cáng vùng triều có nhßp lãn, cửa van cung từng b°ãc °ợc cÁi tiến ể áp āng tát yêu cÁu

(d) Cửa van viên phân xoay (rotary segment gate)

Cửa van viên phân xoay (Hình 1.1d) là cửa van có kết c¿u bÁn chắn n°ãc là mát phÁn

cÿa trụ tròn °ợc gắn lên hai ĩa tròn, tâm trục ¿t ç hai Áu trụ pin Đĩa tròn °ợc gắn vãi c¡ c¿u chuyển áng song phẳng Khi cửa van mç hoàn toàn, phÁn chắn n°ãc nằm song song vãi áy công trình; khi cửa van chắn n°ãc, phÁn chắn n°ãc °ợc °a ến vß trí thẳng āng

(a) Cửa van kéo đāng; (b) Cửa van nâng đāng; (c) Cửa van cung đơn trục ngang; (d) Cửa van viên phân xoay; (e) Cửa van bản sập; (f) Cửa van cung đôi trục đāng;

(g) Cửa van cánh cửa; (h) Cửa van kéo ngang; (i) Cửa van ống mềm

Hình 1.1 Các hình thāc cửa van nhßp lãn

1.846 Cửa van phao, B = 200 m; Cửa van

nâng āng, B = 110 m; Cửa van cung, 64 × B = 24 m

2014

Đ°ång thÿy (biển), kiểm soát n°ãc

1.460 Cửa van bÁn sập, B = 3×400 m; Cửa

414 Cửa van viên phân xoay, B = 60 m;

Cửa van cung, 50 m; Cửa van kéo

āng, 1 × B = 50 m, 4 × B = 63,5 m Thames, Anh 1998-

2002

Đ°ång thÿy (biển), kiểm soát n°ãc

369 Cửa van viên phân xoay, 4×B = 61

m & 2×B = 31 m; Cửa van cung, 4×B = 31 m

46 Cửa van cung ôi trục āng, B = 46

m Hull barrier,

Tô Châu, Trung

11

(e) Cửa van bÁn sập (clape gate)

Cửa van bÁn sập (Hình 1.1e), là chỉ lo¿i cửa van °ợc t¿o thành từ mát cánh phẳng chuyển áng quay quanh mát trục cá ßnh nằm ngang sát d°ãi áy công trình Khi cÁn ngn n°ãc, cửa van °ợc dựng lên ç vß trí gÁn nh° thẳng āng; khi cÁn tháo n°ãc, cửa van °ợc quay ngang nằm song song vãi áy lòng dÁn Để vận hành cửa van th°ång sử dụng xi lanh thÿy lực gắn t¿i hai Áu cửa Hiện nay lo¿i cửa van này cũng ang °ợc sử

dụng t°¡ng ái ráng rãi ç trong n°ãc

(f) Cửa van cung ôi trục āng (sector gate ho¿c floating gate)

Cửa van cung ôi trục āng (Hình 1.1f) là chỉ lo¿i cửa van °ợc t¿o thành từ hai cánh

có m¿t chắn n°ãc d¿ng m¿t cong chuyển áng trên m¿t bằng quay quanh trục bÁn lề ¿t thẳng āng Khi cÁn ngn n°ãc, cửa van °ợc °a ra ¿t tiếp giáp nhau; khi cÁn thông thuyền, cửa van °ợc kéo vào buồng van Khái m¿t cửa van có thể làm rßng ể b¡m n°ãc từ ngoài vào ho¿c rút n°ãc từ trong ra nhằm mục ích tng tÁi tráng khi óng cửa ho¿c giÁm nhß lực khi mç cửa

(g) Cửa van cánh cửa (barge gate)

Cửa van cánh cửa (Hình 1.1g) là chỉ lo¿i cửa van °ợc t¿o thành từ mát cánh phẳng chuyển

áng quay quanh mát trục thẳng āng tự áng ho¿c c°ỡng bāc Cửa van này th°ång g¿p trong các cáng vùng ven biển ĐBSCL ho¿c trong các âu thuyền& Về m¿t hình thāc làm việc gÁn giáng nh° mát cánh van cửa van chữ nhân, về m¿t c¿u t¿o th°ång có bÁn m¿t hai phía ể t¿o háp rßng, lợi dụng lực ¿y nổi làm giÁm nh攃⌀ lực óng mç cửa

(h) Cửa van kéo ngang (rolling gate)

Cửa van kéo ngang (Hình 1.1h) có hình thāc kết c¿u nh° cửa van nâng āng nh°ng chuyển áng ngang vuông góc vãi dòng chÁy Phía d°ãi áy cửa bá trí các con ln ể hß trợ cửa di chuyển nh攃⌀ nhàng trên °ång ray Cửa van có thể chßu °ợc chênh lệch cát n°ãc hai chiều nh°ng không thể ho¿t áng khi có dòng chÁy

(i) Cửa van áng mềm (inflatable gate)

12

Cửa van áng mềm (Hình 1.1i) về c¡ bÁn giáng nh° ập cao su kín khí và °ợc neo vào ng°ỡng bê tông bằng bu lông Cửa van °ợc thổi phồng bằng không khí ho¿c n°ãc ể

iều tiết dòng chÁy

BÁng 1.2 thể hiện ph¿m vi làm việc cÿa mát sá lo¿i cửa van nhßp lãn thông dụng có thể

áp dụng cho các công trình KSN vùng triều [7] Từ BÁng 1.2 th¿y rằng cửa van kéo āng

áp āng °ợc vãi các bề ráng nhßp và là lo¿i cửa van có thể làm việc hai chiều Tuy nhiên cửa van này bß h¿n chế về chiều cao thông thÿy

Trên thế giãi, cửa van kéo āng th°ång °ợc dùng làm cửa van trong các công trình ngn sông có nhßp lãn ho¿c trong các âu thuyền, trong ó chÿ yếu vÁn là cửa van kéo

āng có bÁn chắn n°ãc d¿ng phẳng Hình 1.2 và BÁng 1.3 thể hiện 5 công trình có cửa van kéo āng có nhßp lãn nh¿t trên thế giãi tính ến thåi iểm hiện nay trong ó bÁn chắn n°ãc d¿ng phẳng chiếm 60% (3/5 cửa van)

T¿i Việt Nam, cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn chiếm °u thế trong các trong công trình dâng n°ãc, ngn m¿n, giữ ngát và tập trung chÿ yếu ç vùng ĐBSCL có Ánh h°çng bçi thÿy triều BÁng 1.4 tổng kết các công trình ç Việt Nam có sử dụng cửa van kéo āng nhßp lãn Hình 1.3 thể hiện hình Ánh mát vài công trình iển hình t¿i Việt Nam sử dụng cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn có kết c¿u chßu lực d¿ng dàn áng thép không gian có m¿t cắt ngang hình thang

BÁng 1.2 Ph¿m vi làm việc cÿa mát sá lo¿i cửa van nhßp lãn

Lo¿i cửa van Cửa van

sập ¡n trục ngang Cửa van cung Cửa van cung ôi trục āng Cửa van áng mềm Cửa van kéo āng

T ái °u: cát

n°ãc và nhßp B=4ø35 m H=2ø5 m; B=15ø30 m H=4ø10 m B=15ø40 m H=4ø8 m B=20ø40 m H=1ø4 m B=2ø100 m H=2ø20 m Giãi h¿n

thông sá kỹ

thuật

Xoắn khi cát n°ãc cao

Lực tác dụng vào gái Chiều cao cát n°ãc Chiều cao cát n°ãc Lực tác dụng vào tai; Biến

d¿ng Giãi h¿n

tr¿ng thái

làm việc

Vận chuyển bùn cát;

mát chiều

Gái không ngập trong n°ãc;

chiếm không gian phía trên;

mát chiều

Vận chuyển bùn cát; mát chiều

Thÿng; tuổi thá; mát chiều thông thÿy Chiều cao

[d] InCom Working Group 26, Design of Movable Weirs and Storm Surge Barriers, 2005

[e] W Meinhold, Ems-Barrrier, Federal State Lower Saxony (Niedersachsen), Germany, WG26 PIANC - Project Review

BÁng 1.3 Cửa van kéo āng có nhßp lãn nh¿t trên thế giãi

[a]

song, vòm 2 chiều Nakdong, Hàn

15

BÁng 1.4 Công trình KSN t¿i Việt Nam có sử dụng cửa van phẳng kéo āng

Tên công trình – ßa iểm Thåi gian xây

dựng Nhiệm vụ chính Tổng chiều dài nhßp cửa van (m) Kích th°ãc cửa van Cáng Bào Ch¿u – Cà Mau

[a]

Đập h¿ l°u sông Dinh [b] * 2017-2020 Ngn m¿n 226,8 6 cửa 37,8 m Cáng M°¡ng Chuái – TP

440 2 ô(40×6,0) m, 2

ô(40×7,5) m, 7 ô(40×9,0) m Cáng Cái Bé – Kiên Giang

Cáng Thÿ Cửu – Bến Tre [f] Chu¿n bß XD Kiểm soát n°ãc 90 3 cửa 30×8,0 m Cáng Vàm N°ãc Trong [f] Chu¿n bß XD Kiểm soát n°ãc 90 3 cửa 30×9,0 m Cáng Vàm Th¡m – Bến Tre

Cáng Nguyễn T¿n Thành [g] Dự án Áu t° Kiểm soát n°ãc 40 1 cửa 40×8,0 m

Nguồn:

[a] https://www.vawr.org.vn/cong-nghe-dap-tru-do

[b] Báo cáo thiết kế c¡ khí cửa van dự án Đập h¿ l°u sông Dinh – tỉnh Ninh Thuận

[c] https://trungnamec.com.vn/du-an/da-ngan-trieu-tp-hcm.html

[d] Hồ s¡ thiết kế c¡ khí cửa van HTTL Cái Lãn – Cái Bé (GĐ1) – tỉnh Kiên Giang

[e] Báo cáo thiết kế c¡ khí cửa van dự án Đập dâng h¿ l°u sông Trà Khúc – tỉnh QuÁng Ngãi

[f] Hồ s¡ thiết kế c¡ khí cửa van dự án quÁn lý n°ãc Bến Tre – tỉnh Bến Tre

[g] Báo cáo thiết kế c¡ khí cáng âu Nguyễn T¿n Thành dự án Công trình kiểm soát nguồn n°ãc kênh Nguyễn T¿n Thành và bå hữu sông Vàm Cß Tây (Giai o¿n nghiên cāu khÁ thi)

[h] Báo cáo thiết kế c¡ khí cáng âu R¿ch Móp dự án Công trình kiểm soát nguồn n°ãc bå sông Hậu (Giai o¿n thiết kế bÁn vẽ thi công)

Ghi chú:

* Công trình có cửa van kéo āng bÁn chắn n°ãc d¿ng cong

16

Về tổng thể cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn °ợc sử dụng ç Việt Nam hiện nay (Hình 1.3) có d¿ng hình thāc cửa van sông Ems cÿa Đāc (Hình 1.2d), kết c¿u nh° Hình 1.4

(a) Cống Mương Chuối; (b) Cống Cây Khô; (c) Cống Cái Lớn; (d) Cống Cái Bé

Hình 1.3 Mát vài công trình có cửa van phẳng kéo āng t¿i Việt Nam

Hình 1.4 Kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn

17

Kết c¿u c¡ bÁn cÿa cửa van phẳng kéo āng gồm có các bá phận: (1) BÁn m¿t bằng thép t¿m; (2) DÁm phụ dác bằng thép mßng dập nguái tiết diện hình thang ¿t úp vào bÁn m¿t phía th°ợng l°u; (3) DÁm āng tiết diện chữ T ghép ¿t cùng phía vãi dÁm phụ dác; (4) Hai dàn chính ¿t phía ái diện có d¿ng dàn vòm và ¿t nghiêng so vãi ph°¡ng ngang t¿o thành m¿t cắt hình thang; (5) Dàn chßu tráng l°ợng ¿t t¿i h¿ l°u dàn chính gồm thanh āng, thanh xiên và thanh chéo Áu dàn T¿t cÁ các thanh dàn ều có d¿ng áng thép tròn; (6) DÁm biên tiết diện chữ I ghép Cửa van di chuyển bằng hình thāc tr°ợt trong khe van nhå xi lanh (7) ¿t thẳng āng ç hai Áu [8]

TÁi tráng chÿ yếu tác dụng lên cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn là áp lực n°ãc tĩnh từ hai phía (Hình 1.5) và tráng l°ợng bÁn thân, ngoài ra còn có áp lực sóng, áp lực thÿy

áng, áp lực gió, lực óng mç, áng ¿t&Tùy từng tr°ång hợp cụ thể ể xem xét ến các tÁi tráng này

Khi phân tích nái lực và chuyển vß kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn cÁn °ợc xem xét vãi hai tr°ång hợp:

+ Cửa van nằm trên ng°ỡng (cửa van óng)

+ Cửa van bắt Áu råi khßi ng°ỡng (cửa van mç)

Tr°ång hợp cửa van nằm trên ng°ỡng, cửa van chßu áp lực n°ãc và tráng l°ợng bÁn thân Cửa van ổn ßnh do hai c¿nh bên cửa van tựa vào hai khe van thông qua bánh xe bên và gái ỡ kiểu tr°ợt, áy cửa van °ợc ¿t trên ng°ỡng

Hình 1.5 S¡ ồ áp lực n°ãc tĩnh lên cửa van phẳng

18

Tr°ång hợp cửa van råi khßi ng°ỡng, ngoài chßu áp lực n°ãc và tráng l°ợng bÁn thân, cửa van còn chßu lực ma sát t¿i gái ỡ, lực ma sát t¿i vật chắn n°ãc bên và lực hút áy cửa van Cửa van cân bằng do tựa lên khe trụ pin theo suát chiều dài gái ỡ kiểu tr°ợt và bánh xe bên, ngoài ra cửa van °ợc giữ bçi xi lanh ¿t ç hai Áu

Đái vãi cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn việc xác ßnh vß trí tráng tâm cửa là r¿t cÁn thiết, ây là c¡ sç ể lựa chán iểm ¿t xi lanh cho phù hợp, h¿n chế sự chênh lệch iểm

¿t tráng tâm cửa so vãi iểm ¿t xi lanh gây ra phÁn lực t¿i gái tựa làm tng lực ma sát khi kéo cửa [8]

Vãi c¿u t¿o và nguyên lý làm việc nh° ã nêu ç trên, cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn

có khÁ nng chßu lực lãn nhå hệ dàn áng thép, có khÁ nng làm việc hai chiều, chßu sự chênh lệch áp lực n°ãc từ hai phía, óng mç kể cÁ khi có sự chênh lệch mực n°ãc Khi cửa van nằm trên ng°ỡng, xi lanh không làm việc; khi cửa van kéo lên cao, sử dụng chát

ể giữ cửa nên cửa van có thể làm việc trong iều kiện óng mç không th°ång xuyên Ngoài ra cửa van có các c¿u kiện d¿ng háp kín không áng n°ãc, dễ bÁo d°ỡng trong

iều kiện môi tr°ång n°ãc m¿n và t¿o lực ¿y nổi Chính vì lẽ ó, luận án lựa chán cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn làm ái t°ợng nghiên cāu cho công trình KSN vùng triều

sẽ có ý nghĩa khoa hác và thực tiễn

1.2 Tång quan vÁ các nghiên cąu có liên quan đ¿n tính toán thi¿t k¿ k¿t cÃu cÿa van nh ßp lán

Cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn làm việc có thể xem nh° mát thiết bß c¡ khí thÿy công ho¿c kết c¿u thép tùy theo tr¿ng thái làm việc Luận án giãi h¿n nghiên cāu chỉ trong ph¿m vi làm việc cÿa kết c¿u thép, cửa van ç tr¿ng thái óng chßu sự chênh lệch áp lực n°ãc Vì vậy những v¿n ề tổng quan d°ãi ây chỉ liên quan ến tính toán kết c¿u thép cửa van

1.2.1 Tối ưu hóa kết cấu cửa van

Hiện nay các nghiên cāu về tái °u hóa kết c¿u cửa van trong ó có cửa van phẳng kéo

āng nhßp lãn r¿t ít °ợc công bá, các nghiên cāu chÿ yếu là lựa chán c¿u t¿o chi tiết các

bá phận ể áp āng tát yêu cÁu về thÿy lực, kín n°ãc, ma sát Đây ều là những v¿n ề không thuác ph¿m vi nghiên cāu cÿa luận án

Đái vãi cửa van phẳng kéo āng trong công trình sông Ems cÿa Đāc vãi kích th°ãc L×Hv

= 50,7×10,5 m; chiều cao dàn lãn nh¿t B = 7,5 m, tỉ lệ B/L = 0,148, góc nghiêng cÿa m¿t phẳng dàn chính so vãi ph°¡ng ngang là 11o; thanh cánh h¿ dàn chính sử dụng thép áng D1067×25 mm, các thanh bụng dàn chính sử dụng thép áng D457×16,0 mm, các thanh dàn ngang sử dụng thép áng D273×12,5 mm, các thanh āng dàn chßu tráng l°ợng sử dụng thép áng D813×20 mm Khi thiết kế cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn cho công trình cáng Cái Lãn vãi kích th°ãc L×Hv = 41,1×9,0 m ã lựa chán kích th°ãc hệ dàn ban Áu nh° sau: chiều cao dàn lãn nh¿t B = 5,3 m, tỉ lệ B/L = 0,129, góc nghiêng cÿa m¿t phẳng dàn chính so vãi ph°¡ng ngang là 10o; thanh cánh h¿ dàn chính sử dụng thép áng D914×25 mm, các thanh bụng dàn chính sử dụng thép áng D360×24 mm, các thanh

āng dàn chßu tráng l°ợng sử dụng thép áng D558×22 mm Sau khi tính toán vãi các ph°¡ng án ã lựa chán °ợc kích th°ãc dàn nh° sau: chiều cao dàn lãn nh¿t B = 5,2 m, góc nghiêng cÿa m¿t phẳng dàn chính so vãi ph°¡ng ngang là 10o; thanh cánh h¿ dàn chính sử dụng thép áng D762×20 mm, các thanh bụng dàn chính sử dụng thép áng D457×14,0 mm, các thanh dàn ngang sử dụng thép áng D457×14,0 mm, các thanh āng

20

và xiên dàn chßu tráng l°ợng sử dụng thép áng D457×14,0 mm Tráng l°ợng dàn thiết

kế bằng 66,869 t¿n nhß h¡n ban Áu là 98,645 t¿n Tuy nhiên sự chênh lệch về hệ sá sử dụng vật liệu trong các bá phận kết c¿u vÁn còn khá lãn ¿c biệt thanh bụng xiên có hệ

sá sử dụng vật liệu nhß h¡n nhiều so vãi thanh āng Việc bá trí thanh bụng xiên ã thực sự tái °u hay ch°a thì cÁn °ợc tiếp tục nghiên cāu thêm khi có nhiều ph°¡ng pháp tái °u dựa trên kỹ thuật lập trình toán hác vãi sự trợ giúp cÿa máy tính iện tử giúp cho việc tính toán tái °u °ợc thuận lợi và nhanh chóng ¿t °ợc hiệu quÁ cao nh¿t

S¡ qua về lßch sử phát triển cÿa tái °u kết c¿u, trong những nm Áu cÿa thế kỷ XX, các nghiên cāu về tái °u kết c¿u hÁu hết ều dựa trên giÁ thuyết: kết c¿u ¿t tr¿ng thái tái

°u khi āng su¿t trong các c¿u kiện ¿t ến āng su¿t tãi h¿n trong ít nh¿t mát tr°ång hợp tÁi tráng Sự phát triển cÿa kỹ thuật quy ho¿ch tuyến tính cùng vãi sự ra åi cÿa máy tính iện tử ã dÁn ến những kết quÁ át phá trong lĩnh vực tái °u kết c¿u Tái °u kết c¿u hiện ¿i ra åi ánh d¿u bçi công bá cÿa Schmit (1960) [9] Trong nghiên cāu cÿa mình, Schmit ã kết hợp ph°¡ng pháp phân tích phÁn tử hữu h¿n và kỹ thuật quy ho¿ch toán hác ể giÁi quyết bài toán tái °u mát kết c¿u ¡n giÁn gồm 3 thanh Kết quÁ cho th¿y tráng l°ợng dàn ¿t tái °u m¿c dù mát thanh trong dàn ch°a ¿t tãi āng su¿t tãi h¿n Điều này ã vi ph¿m giÁ thuyết truyền tháng rằng t¿t cÁ các c¿u kiện ều phÁi ¿t tãi āng su¿t tãi h¿n trong ít nh¿t mát tr°ång hợp tÁi tráng Công trình tiên phong cÿa Schmit ã dÁn ến sá l°ợng nghiên cāu về tái °u bằng ph°¡ng pháp sá bùng nổ trong thập niên 60 cÿa thế kỷ XX, a phÁn các nghiên cāu ều sử dụng kỹ thuật quy ho¿ch tuyến tính Tuy nhiên các nghiên cāu trong giai o¿n này ều giãi h¿n d°ãi 10 biến thiết

kế và sá lÁn phân tích PTHH không quá 100 KhÁ nng máy tính iện tử t¿i thåi iểm

ó không cho phép giÁi quyết những kết c¿u phāc t¿p h¡n, chính vì vậy m¿c dù sá l°ợng công bá nhiều nh°ng những nghiên cāu này ều khó áp dụng trong thực tế thiết kế Cũng trong thåi gian này, Venkayya ã ề xu¿t mát cách tiếp cận mãi gái là ph°¡ng pháp tái °u theo tiêu chí [10] Ph°¡ng pháp này cho th¿y hiệu quÁ khi giÁi quyết các bài toán tái °u vãi nhiều biến sá, nh°ng bß h¿n chế về sá l°ợng các ràng buác thiết kế có thể °ợc xem xét mát cách ồng thåi Thập niên 70 cÿa thế kỷ XX ã chāng kiến sự nß lực cÿa các nhà nghiên cāu nhằm nâng cao hiệu nng cÿa cÁ hai ph°¡ng pháp trên Mát m¿t các nhà nghiên cāu cá gắng mç ráng tập hợp các ràng buác °ợc xét ến trong ph°¡ng pháp tái °u theo tiêu chí M¿t khác các nhà nghiên cāu tìm cách nâng cao hiệu

21

nng tái °u bằng ph°¡ng pháp sá cho những bài toán vãi sá l°ợng biến thiết kế nhiều h¡n trong khi vÁn giữ °ợc tính tổng quát cÿa ph°¡ng pháp Nm 1974, tái °u bằng ph°¡ng pháp sá ¿t °ợc cÁi tiến áng kể khi Schmit và cáng sự ề xu¿t sử dụng kỹ thuật x¿p xỉ trong quá trình tái °u Ý t°çng ç ây là xây dựng hàm x¿p xỉ nhằm thay thế việc phân tích PTHH khi cÁn xác ßnh āng su¿t và chuyển vß cÿa kết c¿u Trong thực tế

áp dụng, không cÁn thiết phÁi xây dựng hàm x¿p xỉ cho t¿t cÁ mái ràng buác thiết kế,

mà chỉ tập trung xây dựng hàm x¿p xỉ cho những ràng buác quan tráng, óng vai trò quyết ßnh ến kết quÁ tái °u Để làm °ợc việc này cÁn tiến hành mát b°ãc sàng lác

ể xác ßnh °ợc ràng buác nào là quan tráng Đến thập niên 80 mát sá kỹ thuật x¿p xỉ nh° sử dụng biến trung gian, x¿p xỉ lực cho ràng buác āng su¿t, x¿p xỉ Rayleigh cho ràng buác tÁn sá °ợc giãi thiệu Những kỹ thuật này cÁi tiến áng kể ch¿t l°ợng các hàm x¿p xỉ, nh°ng r¿t khó tích hợp trong những ch°¡ng trình phân tích kết c¿u Nm

1986, Goldberg và Samtani áp dụng thành công Thuật toán di truyền (GA) ể tái °u cho kết c¿u dàn 10 thanh, từ ó t¿o ra b°ãc át phá trong nghiên cāu tái °u kết c¿u Xét trên khía c¿nh khoa hác máy tính, GA là mát thuật toán thuác nhánh các thuật toán tiến hóa cÿa ph°¡ng pháp meta-heuristic Những thuật toán meta-heuristic có nhiều °u iểm nh°: không yêu cÁu tính toán ¿o hàm cÿa hàm mục tiêu, không yêu cÁu mái liên hệ rõ ràng giữa hàm mục tiêu và ràng buác thiết kế Thay vào ó những thuật toán này dựa trên nguyên tắc ngÁu nhiên ể tìm kiếm vß trí tái °u Bằng cách triển khai mát tập hợp lãn các giÁi pháp trÁi ráng trên không gian tìm kiếm, các thuật toán meta-heuristic có thể dễ dàng thoát khßi các vß trí tái °u cục bá và cuái cùng ¿t tãi tái °u toàn cục M¿c dù không thể chāng minh kết quÁ tìm °ợc cÿa những thuật toán meta-heuristic là tái °u toàn cục, nh°ng những thuật toán này tß ra r¿t hiệu quÁ khi giÁi quyết các bài toán kỹ thuật trong thực tế

Về nghiên cāu ph°¡ng pháp tính toán tái °u dàn thép, hiện nay vÁn °ợc nhiều nhà khoa hác trong và ngoài n°ãc quan tâm nghiên cāu theo nhiều h°ãng khác nhau và những v¿n ề c¡ bÁn ã °ợc °a vào trong các sách, giáo trình trong và ngoài n°ãc cÿa tác giÁ Hà Huy C°¡ng, Võ Nh° CÁu, Lê Xuân Huỳnh, William, Peter [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17] Luận án dựa trên thành quÁ nghiên cāu mãi nh¿t về tính toán tái °u kết c¿u dàn thép trong công trình xây dựng và giao thông ể nghiên cāu áp dụng

ái vãi hệ dàn áng thép cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn công trình KSN vùng triều

Ph¿m Hoàng Anh (2016) [19] ã nghiên cāu tái °u hóa hình d¿ng và kích th°ãc dàn vãi ràng buác tÁn sá Đây là bài toán tái °u hóa dàn vãi ràng buác áng là mát thách thāc

ái vãi v¿n ề tái °u và òi hßi phÁi có kỹ thuật tái °u phù hợp Tác giÁ ã sử dụng thuật toán tiến hóa vi phân mãi (ANDE) ể giÁi quyết tái °u hóa hình d¿ng và kích th°ãc dàn vãi ràng buác về tÁn sá Thông qua các ví dụ tính toán dàn phẳng cho th¿y ph°¡ng pháp ANDE cho kết quÁ tát và ổn ßnh nh°ng không vi ph¿m các ràng buác về tÁn sá Đái vãi cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn, hệ dàn chßu lực không gian làm việc

ồng thåi vãi khái bÁn m¿t, tái °u hóa hình d¿ng và kích th°ãc dàn vãi ràng buác về tÁn sá là mát v¿n ề khó không dễ thực hiện

Ph¿m Vn H°ng, Đoàn Vn Du¿n (2017) [20] [21] ã sử dụng ph°¡ng pháp nguyên lý cực trß Gauss và nái lực hàm ¿n ể xây dựng và giÁi bài toán tái °u thể tích dàn Trong nghiên cāu ã sử dụng biến thiết kế là diện tích tiết diện thanh dàn, ràng buác về āng su¿t và ổn ßnh, hàm mục tiêu là giá trß nhß nh¿t cÿa tráng l°ợng kết c¿u Ph°¡ng pháp này phù hợp cho việc giÁi các bài toán kết c¿u dàn ¡n giÁn Tuy nhiên ái vãi kết c¿u cửa van phẳng kéo āng nhßp lãn làm việc không gian có iều kiện biên và tÁi tráng phāc t¿p, việc tính toán theo ph°¡ng pháp này khó có thể thực hiện nếu không có sự hß trợ cÿa máy tính