đánh giá an toàn kết cấu cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin cậy

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp cao học, được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt là cô TS Phạm Hồng Cường, thầy GS.TS Nguyễn Văn Mạo cô Th.s Nguyễn Lan Hương, và cùng sự nỗ lực của bản thân. Đến nay, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Xây dựng công trình thủy. Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình nghiên cứu và tính toán ổn định cống lộ thiên, góp phần nâng cao độ chính xác trong quá trình đưa ra mức độ hư hỏng và độ tin cậy của công trình. Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận văn, đo điều kiện thời gian và trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những lời chỉ bảo và góp ý của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô TS Phạm Hồng Cường, thầy giáo GS.TS Nguyễn Văn Mạo và cô Th.s Nguyễn Lan Hương đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo thuộc Bộ môn Thủy công- khoa Công trình, phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học trường Đại học Thủy lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ của mình. Tác giả chân thành cảm ơn Công ty tư vấn và chuyển giao công nghệ Trường Đại Học Thủy Lợi, Phòng thí nghiệm thủy lực tổng hợp- Văn phòng tư vấn- trường Đại học thủy lợi đã tạo điều kiện cung cấp các tài liệu liên quan và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khích lệ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này Hà nội, tháng 2 năm 2013 Tác giả Nguyễn Thị Huyền Trang BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Tác giả Nguyễn Thị Huyền Trang MỤC LỤC 26TMỞ ĐẦU26T 1 26T1. Tính cấp thiết của đề tài.26T 1 26T2. Nội dung nghiên cứu của đề tài26T 2 26T3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.26T 2 26T4. Mục tiêu của đề tài.26T 2 26T5. Cách tiếp cận và nghiên cứu.26T 2 26T6. Các kết quả và đóng góp của luận văn.26T 2 26T7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.26T 2 26TCHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN 3 26TPHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH CỐNG26T 3 26T1.126T 26TTình hình xây dựng cống đồng bằng ở Việt Nam26T 3 26T1.1.126T 26TCống lấy nước26T 3 26T1.1.226T 26TCống điều tiết26T 4 26T1.1.326T 26TCống tiêu26T 5 26T1.1.426T 26TCống phân lũ26T 6 26T1.1.526T 26TCống ngăn triều26T 7 26T1.1.626T 26TCống tháo cát26T 9 26T1.226T 26TCác bộ phận chính của cống lộ thiên26T 9 26T1.2.126T 26TBộ phận nối tiếp thượng lưu26T 10 26T1.2.2 Thân cống26T 11 26T1.2.326T 26TBộ phận nối tiếp hạ lưu26T 11 26T1.326T 26TĐặc điểm làm việc của cống và những yêu cầu tính toán thiết kế26T 11 26T1.3.1 Tính toán thủy lực26T 11 26T1.3.2 Tính toán ổn định cống26T 14 26T1.3.3 Tính toán kết cấu các bộ phận cống26T 15 26T1.3.4 Nguyên tắc bố trí và lựa chọn kết cấu cống26T 17 26T1.426T 26TCác phương pháp tính toán ổn định cống dùng trong thiết kế26T 18 26T1.4.126T 26TPhương pháp ứng suất cho phép26T 18 26T1.4.2 Phương pháp hệ số an toàn26T 18 26T1.4.3 Phương pháp trạng thái giới hạn26T 19 26T1.4.226T 26TPhương pháp tính theo độ tin cậy26T 20 26T1.526T 26TƯu và nhược điểm các phương pháp26T 23 26T1.626T 26TKết luận chương 126T 24 26TCHƯƠNG 2 BÀI TOÁN THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN 25 26T2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy26T 25 26T2.1.1 Giới thiệu chung26T 25 26T2.1.2 Những ưu điểm nổi bật khi sử dụng lý thuyết độ tin cậy26T 28 26T2.2. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên26T 29 26T2.2.1. Tính toán cấp độ I:26T 29 26T2.2.2 . Tính toán cấp độ II26T 31 26T2.2.3 . Tính toán cấp độ III26T 36 26T2.3 Cơ chế phá hoại ổn định tổng thể cống đồng bằng26T 37 26T2.3.1 Sơ đồ cành cây sự cố cống đồng bằng26T 37 26T2.3.2 Lý thuyết áp dụng để phân tích26T 39 26T2.4 Xác suất xảy ra sự cố đối với cống lộ thiên.26T 42 26T2.4.1.26T 26TCống mất ổn định do trượt26T 43 26T2.4.2.26T 26TCống mất ổn định do lật26T 43 26T2.4.3.26T 26TCống mất ổn định do ứng suất nền26T 43 26T2.5 Các phần mềm dùng trong luận văn.26T 44 26T2.5.1 Phần mềm BESTFIT26T 44 26T2.5.2 Phần mềm VAP for MS Windows26T 46 26T2.6 Kết luận chương 226T 48 26TCHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TÍNH ỔN ĐỊNH MỘT PHƯƠNG ÁN CỐNG NAM ĐÀN - NGHỆ AN 50 26T3.1 Đặt vấn đề26T 50 26T3.2 Giới thiệu chung26T 50 26T3.2.1 . Vị trí công trình26T 50 26T3.2.2. Nhiệm vụ và quy mô công trình26T 50 26T3.2.3 Các thông số chính của công trình đầu mối26T 51 26T3.3 Các trường hợp tính toán ổn định Cống Nam Đàn26T 54 26T3.4 Các tài liệu tính toán26T 56 26T3.5 Tính toán ổn định trượt phẳng26T 57 26T3.5.1 Tính ổn định trượt của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T 57 26T3.5.2 Tính ổn định trượt của cống theo trạng thái giới hạn26T 60 26T3.5.3 Tính ổn định trượt của cống theo lý thuyết độ tin cậy26T 60 26T3.6 Kiểm tra lật quanh trục B26T 67 26T3.6.1 Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T 67 26T3.6.2 Kiểm tra lật của cống theo trạng thái giới hạn26T 67 26T3.6.3 Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậy26T 67 26T3.7 Kiểm tra ứng suất đáy móng A, B26T 68 26T3.7.1 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo phương pháp hệ số an toàn26T68 26T3.7.2 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo trạng thái giới hạn26T 70 26T3.7.3 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo lý thuyết độ tin cậy.26T 70 26T3.826T 26TPhân tích/Đánh giá kết quả26T 71 26T3.8.126T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định trượt phẳng26T 71 26T3.8.226T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định lật26T 71 26T3.8.326T 26TPhân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ứng suất nền (khả năng chịu tải của nền) 26T 72 26T3.926T 26TKết luận chương 326T 74 26TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ26T 75 26T1. Những kết quả đạt được:26T 75 26T2. Những tồn tại:26T 76 26T3. Kiến nghị:26T 77 26T4. Hướng tiếp tục nghiên cứu:26T 78 26TTÀI LIỆU THAM KHẢO26T 79 26TI. Tiếng Việt26T 79 26TII. Tiếng nước ngoài26T 80 26TPHỤ LỤC CHƯƠNG 326T 81 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 26TUHình 1-1: Cống Xuân QuanU26T 4 26TUHình 1-2: Cống Nam ĐànU26T 4 26TUHình 1-3: Cống hạ lưu Liên MạcU26T 5 26TUHình 1-4: Cống Phủ Lý, Hà NamU26T 5 26TUHình 1-5: Cống Láng ThéU26T 6 26TUHình 1-6: Cống Cầu XeU26T 6 26TUHình 1-7: Cống Vân CốcU26T 7 26TUHình 1-8: Cống đập Ba LaiU26T 9 26TUHình 1-9: Cống Cầu BôngU26T 9 26TUHình 1-10: Cống Bảo ĐinhU26T 9 26TUHình 1-11: Cống đập Cần ChôngU26T 9 26TUHình 1-12: Cắt dọc cống lộ thiênU26T 10 26TUHình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn thực dụng.U26T 12 26TUHình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn đỉnh rộng.U26T 12 26TUHình 1-15: Sơ đồ chảy tự doU26T 12 26TUHình 1-16: Sơ đồ chảy ngậpU26T 12 26TUHình 1-17: Ngưỡng cuối bể tiêu năngU26T 13 26TUHình 1-18: Răng tiêu năngU26T 13 26TUHình 1-19: Mố tiêu năngU26T 13 26TUHình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy cống.U26T 16 26TUHình 1-21: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tác dụng lên nóU26T 16 26TUHình 1-22: Sơ đồ tính trụ chịu lực thẳng đứngU26T 17 26TUHình 2-1: Định nghĩa biên hư hỏng Z = 0U26T 27 26TUHình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy của kết cấu công trìnhU26T 27 26TUHình 2-3 Sơ đồ cành cây sự cố của cống lộ thiênU26T 38 26TUHình 2-4 Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy U26T 42 26TUHình 3-1: Sơ đồ đáy móng cống .U26T 55 26TUHình 3-2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống trường hợp cống đóng.U26T 55 26TUHình 3-3: Luật phân phối của γUR k R26T 65 26TUHình 3-4: Luật phân phối của γURU bt UR26T 65 26TUHình 3-5: Luật phân phối của ϕU26T 66 26TUHình 3-6: Luật phân phối của CU26T 66 26TUHình 3-7: Luật phân phối của LU26T 66 26TUHình 3-8 : Ảnh hưởng của các đại lượngU26T 73 26TUngẫu nhiên đến ổn định trượt cống lộ thiênU26T 73 26TUHình 3-9 : Ảnh hưởng của các đại lượngU26T 73 26TUngẫu nhiên đến ổn định ứng suất nềnU26T 73 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 26TUBảng 3-1: Phân lớp và tính các tham số thống kêU26T 62 26TUBảng 3-2: Tần suất lý thuyết nUR i RU’ của các lớpU26T 63 26TUBảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệmU26T 64 26TUBảng 3-4: Quy luật phân phối luật xác xuấtU26T 65 26TUBảng 3-5: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và Eurocode.U26T 71 26TUBảng 3-6: Kết quả tính toán ổn định cống theo 3 phương pháp.U26T 73 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Trong lý thuyết độ tin cậy của kết cấu công trình sử dụng thuật ngữ “chất lượng công trình” bao hàm các tiêu chí để đánh giá công trình được khai thác theo đúng mục tiêu thiết kế, gồm 2 trạng thái đối nhau của kết cấu công trình: “an toàn, hay độ tin cậy đảm bảo” (tức là chất lượng được đảm bảo) và “không an toàn, hay bị phá huỷ” (tức là chất lượng không đảm bảo). Các kết cấu công trình nói chung, trên thực tế chịu nhiều yếu tố tác động đến chất lượng công trình không thể định lượng được chính xác. Các yếu tố này, dưới đây gọi là các yếu tố bất định hay là các yếu tố ngẫu nhiên. Theo truyền thống, việc tính toán thiết kế kết cấu công trình dựa trên các tiêu chuẩn quy phạm, trong đó coi các yếu tố bất định là “tiền định” kèm theo các hệ số an toàn. Cách tính toán này được gọi là phương pháp tính theo “mô hình tiền định”, không phản ảnh được bản chất ngẫu nhiên của các tác động, do đó không thể đánh giá đúng đắn chất lượng của kết cấu công trình thực tế. Sự ra đời của lý thuyết độ tin cậy kết cấu công trình nhằm khắc phục nhược điểm của mô hình tiền định, nhờ dựa trên công cụ toán học chủ yếu là lý thuyết xác suất (kết hợp với thống kê và lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên) cho phép mô tả sát thực tế hơn các yếu tố ngẫu nhiên tác động lên kết cấu công trình. Lý thuyết độ tin cậy đã đưa ra các phương pháp tính theo “mô hình xác suất”, để đánh giá chất lượng công trình theo độ tin cậy (đo bằng xác suất tin cậy). Từ đó trạng thái khai thác an toàn của công trình được xác định dựa trên đối chiếu giữa “độ tin cậy tính toán” của công trình so với “độ tin cậy cho phép” được quy định trong tiêu chuẩn quy phạm thiết kế theo độ tin cậy. Luận văn tập trung đi sâu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy nhằm đánh giá an toàn tổng thể cống đồng bằng nhằm đưa ra được phương pháp kiểm tra đánh giá mức độ an toàn của các công trình hiện hữu. Điều này hết sức có ý nghĩa nhất là trong điều kiện biến đổi khi hậu toàn cầu. Những kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn khi cống đồng bằng hiện nay được xây dựng và vận hành với thời gian tương đối dài. [...]... vi lý thuyt tin cy ỏnh giỏ an ton cụng trỡnh - ng dng cỏc phn mm: + Bestfit: Phn mm x lý cỏc bin ngu nhiờn, xỏc nh lut phõn b chui s liu + Vap for MS windows: ỏnh giỏ tin cy an ton cụng trỡnh 6 Cỏc kt qu v úng gúp ca lun vn - Nghiờn cu lý thuyt tin cy trong ỏnh giỏ an ton cụng trỡnh - Vớ d minh ha cụng ngh tớnh toỏn cụng trỡnh bng lý thuyt tin cy - a ra cỏc kin ngh v nõng cao an ton cng ng bng theo. .. Phng phỏp lý thuyt tin cy: S ra i ca lý thuyt tin cy kt cu cụng trỡnh nhm khc phc nhc im ca mụ hỡnh tin nh, nh da trờn cụng c toỏn hc ch yu l lý thuyt xỏc sut (kt hp vi thng kờ v lý thuyt cỏc quỏ trỡnh ngu nhiờn) cho phộp mụ t sỏt thc t hn cỏc yu t ngu nhiờn tỏc ng lờn kt cu cụng trỡnh Lý thuyt tin cy ó a ra cỏc phng phỏp tớnh theo mụ 24 hỡnh xỏc sut, ỏnh giỏ cht lng cụng trỡnh theo tin cy (o... cụng trỡnh theo tin cy (o bng xỏc sut tin cy) T ú trng thỏi khai thỏc an ton ca cụng trỡnh c xỏc nh da trờn i chiu gia tin cy tớnh toỏn ca cụng trỡnh so vi tin cy cho phộp c quy nh trong Tiờu chun quy phm thit k theo tin cy Lun vn tp trung i sõu nghiờn cu ng dng lý thuyt tin cy nhm ỏnh giỏ an ton kt cu cng ng bng nhm a ra c phng phỏp kim tra ỏnh giỏ mc an ton ca cỏc cụng trỡnh hin hu iu ny ht... bi toỏn tớnh n nh cng theo lý thuyt tin cy Vic nghiờn cu ỏp dng phng phỏp thit k ngu nhiờn trong tớnh toỏn n nh cng núi chung v cho Cng Nam n, Ngh An núi riờng l mt hng i ỳng n v phự hp vi xu th hin nay 25 CHNG 2 BI TON THEO Lí THUYT TIN CY V CC PHN MM NG DNG TRONG TNH TON 2.1 Gii thiu phng phỏp lý thuyt tin cy 2.1.1 Gii thiu chung [10] Hin nay trờn th gii, lý thuyt ngu nhiờn ang c dựng tng i ph... ang xem xột, v l hm ca nhiu bin v tham s ngu nhiờn Theo ú, Z = R-S < 0 c coi l cú xy ra h hng v h hng khụng xy ra nu Z nhn cỏc giỏ tr cũn li (xem hỡnh 2.1) Do ú xỏc xut phỏ hng c xỏc nh l P{Z . trình bằng lý thuyết độ tin cậy. - Đưa ra các kiến nghị về nâng cao an toàn cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin cậy. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. - Áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong. độ tin cậy. Luận văn tập trung đi sâu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy nhằm đánh giá an toàn tổng thể cống đồng bằng nhằm đưa ra được phương pháp kiểm tra đánh giá mức độ an toàn của. nhiên tác động lên kết cấu công trình. Lý thuyết độ tin cậy đã đưa ra các phương pháp tính theo “mô hình xác suất”, để đánh giá chất lượng công trình theo độ tin cậy (đo bằng xác suất tin cậy) .