ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn công trình trên hệ thống

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 PGS.TS Nguyễn Quang Hùng, 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 thủ y. Các kết quả đạt được là những đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình nghiên cứu và tính toán ổn định công trình trong hệ thống thủy nông, 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 b ảo 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 PGS.TS Nguyễn Quang Hùngvà 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 họ c 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 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 8 năm 2013 Tác giả Nguyễn Thị Lệ 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 Lệ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 : Sơ đồ đập dâng nước Hình 1-2. Cống Xuân Quan (HTTL Bắc-Hưng-Hải). Hình 1-3. Đập dâng Bái Thượng trên sông Chu (khi chưa tôn cao) Hình 1-4. Công trình đầu mối Thạch Nham (Quảng Ngãi). Hình 1-5. Đập dâng Đầm Chích – Kiên Giang Hình 1-6. Cống Liên Mạc-đầu mối của HTTL Sông Nhuệ. Hình 1-7. Sơ đồ bố trí hệ thống kênh tưới. Hình 2-1: Định nghĩa biên hư hỏng Z = 0 Hình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy của kết cấu công trình Hình 2-3: Sơ đồ của hệ có cấu trúc các ph ần tử ghép nối tiếp Hình 2-4: Sơ đồ của hệ có cấu trúc các phần tử ghép song song Hình 2-5: Một dạng ghép hỗn hợp giữa các phần tử Hình 2-6: Sơ đồ "cây sự cố" Hình 2-7 Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy Hình 3-1: Sơ đồ đoạn kênh tính toán Hình 3-2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống Lăng Trình Hình 3-3: Luật phân phối của γ k cống Lăng Trình Hình 3-4: Luật phân phối của γ bt cống Lăng Trình Hình 3-5: Luật phân phối của ϕ cống Lăng Trình Hình 3-6: Luật phân phối của C cống Lăng Trình Hình 3-7: Luật phân phối của L cống Lăng Trình Hình 3 – 8: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống tại Km0+317 . Hình 3-9: Luật phân phối của γ k cống tại Km0+317 Hình 3-10: Luật phân phối của ϕ cống tại Km0+317 Hình 3-11: Luật phân phối của C cống tại Km0+317 Hình 3-12: Luật phân phối của L cống tại Km0+317 Hình 3-13 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên đến ổn định trượt cống Hình 3-14 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên đến ổn định lật cống Hình 3-15 : Ảnh hưởng của các đại lượng ngẫu nhiên đến ổn định trượt của kênh DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Phân lớp và tính các tham số thống kê cống Lăng Trình Bảng 3-2: Tần suất lý thuyết n i ’ của các lớp cống Lăng Trình Bảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệm cống Lăng Trình Bảng 3-4: Quy luật phân phối luật xác xuất Bảng 3-5: Chuỗi số liệu thực nghiệm của cống tại Km0+317 Bảng 3-6: Quy luật phân phối luật xác xuất của cống tại Km0+317 Bảng 3-7: Số liệu địa chất phục vụ tính toán kênh Bảng 3- 8: Kết quả tính toán Kmin và Jmax cho từng mặt cắt kênh Bảng 3-9: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và Châu Âu. MỤC LỤC I. MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài. 1 2. Nội dung nghiên cứu của đề tài 2 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. 2 4. Mục tiêu của đề tài. 2 5. Cách tiếp cận và nghiên cứu. 2 6. Các kết quả và đóng góp của luận văn 2 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY NÔNG VIỆT NAM 4 1.1. Chức năng của công trình thủy lợi 4 1.2. Nhi ệm vụ công trình thủy lợi 5 1.2.1 Công trình dâng nước 5 1.2.2. Công trình điều chỉnh dòng chảy 6 1.2.3. Công trình dẫn nước 7 1.3. Tổng quan về hệ thống công trình thủy lợi ở Việt Nam 7 1.3.1. Hệ thống thuỷ lợi Bắc - Hưng - Hải 8 1.3.2. Hệ thống thuỷ lợi sông Chu 9 1.3.3. Hệ thống thuỷ lợi Thạch Nham 10 1.3.4. Hệ thống thuỷ lợi Dầu Tiếng 11 1.3.5. Hệ thống thuỷ lợi Tứ giác Long Xuyên 11 1.4. Vai trò của các loại công trình trong hệ thống: 12 1.4.1. Công trình đầu mối 12 1.4.2. Công trình chuyển nước 13 1.4.3 Các công trình trên hệ thống 14 1.4.3.1Các cống lấy nước, cống điều tiết 14 1.4.3.2 Các công trình chuyển nước 14 1.4.3.3 Các công trình nối tiếp 15 1.4.3.4 Công trình đo nước 15 1.4.3.5 Các công trình bảo vệ kênh 15 1.4.3.6 Bể lắng cát 16 1.4.3.7 Công trình vận tải thuỷ trên kênh 16 1.4.3.8 Cầu giao thông qua kênh 16 1.5. Tổng quan các phương pháp đánh giá an toàn công trình trong hệ thống hiện hành 17 1.5.1 Phương pháp ứng suất cho phép 17 1.5.2 Phương pháp hệ số an toàn 17 1.5.3 Phương pháp trạng thái giới hạn 18 1.5.4. Phương pháp tính theo lý thuyết độ tin cậy 19 1.5.4.1 Sự hình thành của phương pháp thiết kế ngẫu nhiên: 19 1.5.4.2 Lịch sử phát triển phương pháp thiết kế ngẫu nhiên trên thế giới 20 1.5.4.3. Các cấp độ tiếp cận trong ứng dụng phương pháp thiế t kế ngẫu nhiên 20 1.6. Kết luận chương 1 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY 23 2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy 23 2.1.1 Giới thiệu chung 23 2.1.2 Những ưu điểm khi sử dụng lý thuyết độ tin cậy 26 2.2. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên 27 2.2.1. Tính toán cấp độ I: 27 2.2.2 . Tính toán cấp độ II 29 2.2.3 . Tính toán cấp độ III 34 2.3 Cơ chế phá hoại ổn định tổng thể của hệ thống thủy nông 35 2.3.1. Khái niệm về hệ thống thủy nông trong lý thuyêt độ tin cậy 35 2.3.2. Hệ có cấu trúc ghép nối tiếp 36 2.3.3. Hệ có cấu trúc ghép song song: 36 2.3.4. Hệ có cấu trúc ghép hỗn hợp 37 2.3.5. Hệ có cấu trúc ghép bất kỳ 38 2.3.6 Sơ đồ cây sự cố hệ thống thủy nông 38 2.3.7. Các yếu tổ ngẫu nhiên tác động đế n chất lượng công trình trong hệ thống thủy nông39 2.8 Lý thuyết áp dụng để phân tích 40 2.8.1 Lý thuyết áp dụng 40 2.8.2 Cơ sở đánh giá mức độ an toàn 43 2.9 Xác suất xảy ra sự cố đối với hệ thống thủy nông 43 2.9.1 Cống mất ổn định do trượt 43 2.9.2 Cống mất ổn định do lật 44 2.9.3 Mất ổn định đoạn kênh dẫn nước: 44 2.9.4 Xác suất xảy ra sự cố đối với đoạn kênh tính toán 45 2.10 Các phần mềm dùng trong luận văn 45 2.11 Kết luận chương 2 46 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CHO MỘT ĐOẠN KÊNH THUỘC HỆ THỐNG SÔNG CẦU 47 3.1. Đặt vấn đề 47 3.2 Giới thiệu về hệ thống 47 3.3. Nội dung tính toán 48 3.3.1 Sơ đồ tính toán 48 3.3.2 Nội dung tính toán 48 3.4. Tính toán ổn định C ống Lăng Trình 49 3.4.1. Các trường hợp tính toán ổn định Cống Lăng Trình 49 3.4.2. Các tài liệu tính toán 50 3.4.3. Tính toán ổn định trượt phẳng 51 3.4.3.1. Tính ổn định trượt của cống theo phương pháp hệ số an toàn 51 3.4.3.2. Tính ổn định trượt của cống theo lý thuyết độ tin cậy 53 3.4.4. Kiểm tra lật của cống 60 3.4.4.1. Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn 60 3.4.4.2. Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậ y 60 3.5. Tính toán ổn định của cống tại Km0+317 61 3.5.1. Tính toán ổn định trượt phẳng của cống 62 3.5.1.1. Tính toán ổn định trượt phẳng của cống theo phương pháp hệ số an toàn 62 3.5.1.2. Tính ổn định trượt của cống Km0+317 theo lý thuyết độ tin cậy 64 3.5.2 Kiểm tra lật quanh trục B 65 3.5.2.1. Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn 65 3.5.2.2. Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậy 65 3.6. Đánh giá độ tin cậy cho các phần tử-kênh trong hệ thống chọn 68 3.7. Phân tích/Đánh giá kết quả 70 3.7.1.Phân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định trượt phẳng: 71 3.7.2. Phân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định lật 71 3.7.3. Phân tích/ đánh giá kết quả tính toán ổn định của hệ thống 72 3.7.3.1 Ảnh hưởng của các ĐLNN đến ổn định của kênh 73 3.8. Kết luận chương 3 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 1. Những kết quả đạt được: 79 2. Những tồn tại: 79 3. Kiến nghị: 80 4. Hướng tiếp tục nghiên cứu: 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 I. Tiếng Việt 82 II. Tiếng nước ngoài 83 1 I. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Hiện nay, việc đánh giá chất lượng kỹ thuật cho các công trình thuỷ lợi là một bài toán rất phức tạp, vì công trình thường nằm sâu trong đất và chịu tác dụng của nhiều yếu tố phức tạp như lực tĩnh, lực động áp lực thấm…vv. Việc đánh giá đúng nguyên nhân hư hỏng lại càng khó khăn hơn. Hiện nay do sự biế n đổi của khí hậu, thiên tai bão lụt xảy ra thường xuyên hơn nên các công trình nói chung đặc biệt là công trình thủy lợi phải chịu thêm nhiều yếu tố bất lợi. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết xác suất và quá trình ngẫu nhiên nhằm phản ánh đúng thực tế hơn. Là hướng nghiên cứu tất yếu trên thế giới cũng như trong nước, nhằm đầu tư cho công trình đạt hiệu quả. Hơn nữa với việc phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ đặc biệt là công nghệ thông tin, việc áp dụng các lý thuyết mới như lý thuyết độ tin cậy vào bài toán đánh giá và chẩn đoán chất lượng công trình thủy lợi phải được quan tâm hơn. Vấn đề nghiên cứu đánh giá chất lượng kết cấu công trình đã khá hoàn thiện. Xong nghiên cứu để đánh giá chất lượng kết cấu hệ thống công trình thủy lợi hiện nay chưa được nghiên cứu. Trên thế giới hiện nay có quy trình đánh giá nhanh RAP của tác giả Charles Burt Tr−êng §¹i häc kü thuËt California. Phương pháp này giúp đánh giá toàn diện hiện trạng hệ thống nhưng bằng định tính, hoàn toàn phụ thuộc vào chuyên gia và người được điều tra để trả lời hơn 700 câu hỏi đối với một hệ thống. Việt Nam cũng đã có đề tài nghiên cứu áp dụng phương pháp này nh ưng rất nhiều câu hỏi trong điều kiện các hệ thống thủy lợi ở Việt Nam không thể trả lời được. Hơn nữa, RAP không đánh giá được bản chất thực của kết cấu công trình bằng định lượng. Xuất phát từ thực tế khai thác các hệ thống công trình thuỷ nông, cho thấy không ít hệ thống công trình bị sự cố dẫn đến phá huỷ công trình với nhiều lý do khác nhau, trong đó có những yếu tố không được xét đến do hạn chế của các phương pháp trong tính toán truyền thống nên đã gây ra những tổn thất đáng tiếc đối với sản xuất, kinh tế, an toàn môi trường và con người. Hơn nữa, các nghiên [...]... giữa vùng an toàn và vùng không an toàn Z 0 Vùng an toàn X1 (S) Hỡnh 2-1: nh ngha biờn h hng Z = 0 Mun tớnh c tin cy ca cụng trỡnh, ngi thit k phi cú s liu phõn phi ngu nhiờn ca ti trng v bn t ú kt hp vi cỏc yu t nh hng bờn ngoi tin hnh phõn phi xỏc sut v ỏnh giỏ tin cy cụng trỡnh Số liệu thống kê tải trọng Số liệu thống kê độ bền - ảnh hởng của môi trờng Tính ứng suất Phân... 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 cụng trỡnh trờn h thng theo lý thuyt tin cy 7 í ngha khoa hc v thc tin - p dng lý thuyt tin cy trong tớnh toỏn cụng trỡnh thy li 3 - S dng kt qu nghiờn cu nhm nõng cao an ton h thng cụng trỡnh thy li - p dng cho h thng cụng trỡnh hin ang tn... tải trọng Số liệu thống kê độ bền - ảnh hởng của môi trờng Tính ứng suất Phân phối xác suất ứng suất - ảnh hởng hình dạng của công trình - Quan hệ giữa các bộ phận Tính độ tin cậy Tính độ bền Phân phối xác suất độ bền f(S) f(N) Hỡnh 2-2 S tớnh tin cy ca kt cu cụng trỡnh 26 2.1.2 Nhng u im khi s dng lý thuyt tin cy Tớnh toỏn kh nng n nh ca mt cụng trỡnh theo phng phỏp thit k truyn thng thụng thng c... no nhm ỏnh giỏ cht lng k thut v kt cu ca mt nhúm cụng trỡnh cng nh c h thng cụng trỡnh thy li T nhng lý do ú, lun vn tin hnh nghiờn cu ng dng lý thuyt tin cy nhm ỏnh giỏ an ton cụng trỡnh trờn h thng mang tớnh khoa hc v thc tin cao 2 Ni dung nghiờn cu ca ti Nghiờn cu ng dng lý thuyt tin cy ỏnh giỏ an ton cụng trỡnh trờn h thng thy li 3 Phm vi nghiờn cu ca ti - Phm vi nghiờn cu l cụng trỡnh trờn... s an ton cho phộp lờn Vic tng hay gim ny khụng trỏnh khi yu t ch quan S phỏt trin phng phỏp trng thỏi gii hn l mt bc tin trờn con ng ci tin cỏc phng phỏp thit k cụng trỡnh Phng phỏp trng thỏi gii hn thc cht l phng phỏp bỏn ngu nhiờn, õy cỏc h s an ton cc b (nc, Kn, m, KVL) c xỏc nh theo con ng xỏc sut thng kờ Bc tin tip theo l vic chuyn sang cỏc phng phỏp ngu nhiờn trong khuụn kh lý thuyt tin cy Lý. .. nay trờn th gii, lý thuyt ngu nhiờn ang c dựng tng i ph bin trong nhng nghiờn cu, tớnh toỏn phõn tớch an ton h thng nh h thng phũng l, h thng cụng trỡnh xõy dng Trong lnh vc cụng trỡnh xõy dng, nhiu nc tiờn tin trờn th gii nh cỏc nc chõu u, M, Nga, Trung Quc vv ó a ra nhng tiờu chun an ton cụng trỡnh theo xỏc sut an ton cho phộp hoc tin cy an ton ca cụng trỡnh Hin nay ti Vit Nam ang s dng hn hp cỏc... tin cy c nghiờn cu trong lun vn khụng ch nhm phc v xõy dng mi h thng, ỳng a ch, mang li hiu qu cao (tc l kim soỏt c cht lng cụng trỡnh v ca h thng theo tin cy) m cũn cú th h tr cho vic lp v so sỏnh cỏc phng ỏn tu sa, nõng cp cỏc cụng trỡnh ang khai thỏc thuc h thng thu nụng 23 CHNG 2 C S Lí THUYT NH GI AN TON N NH H THNG CễNG TRèNH THY LI THEO Lí THUYT TIN CY 2.1 Gii thiu phng phỏp lý thuyt tin. .. l lt Vỡ th cụng tỏc thy li úng vai trũ quan trng trong nn kinh t quc dõn v i sng ca nhõn dõn Tng quan c cỏc phng phỏp ỏnh giỏ n nh cụng trỡnh trong h thng ú l: Phng phỏp ng sut cho phộp, phng phỏp h s an ton, phng phỏp trng thỏi gii hn v phng phỏp lý thuyt tin cy T cỏi nhỡn tng quan ú cú nhng nhn nh, phõn tớch u nhc im ca tng phng phỏp ny Cú cỏi nhỡn tng quan v h thng cụng trỡnh thy li v chc nng nhim... ng dng lý thuyt tin cy vo lnh vc kt cu xõy dng Cỏc khỏi nim v Xỏc sut m bo khụng b phỏ hoi cng nh tớnh toỏn cỏc xỏc sut ny ó tr nờn quen thuc trong lnh vc kt cu xõy dng Lý thuyt tin cy cng ó c ng dng vo lnh vc tớnh toỏn cụng trỡnh thy t nhng nm thp k 90 ca th k XX Cỏc thit k ngu nhiờn v cỏc thit k ri ro c phỏt trin khỏ mnh m trong lnh vc cụng trỡnh bin v cụng trỡnh bo v b nc ta, lý thuyt tin cy... s truyn bỏ lý thuyt bng nhng sỏch dch, bi ging, giỏo trỡnh ging dy trong cỏc trng i hc, tip n l cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trong khuụn kh cỏc lun vn thc s, lun ỏn tin s trong cỏc ngnh Giao thụng, Kt cu xõy dng, Cụng trỡnh thy, ờ v cụng trỡnh bo v bTrong lnh vc kt cu xõy dng ó cú nhng quy nh ban u v tớnh tin cy kt cu So vi th gii ng dng lý thuyt ny trong lnh vc cụng trỡnh xõy dng ca Vit nam ang cũn l . nhằm đánh giá an toàn công trình trên hệ thống mang tính khoa học và thực tiễn cao. 2. Nội dung nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn công trình trên. toán công trình bằng lý thuyết độ tin cậy . - Đưa ra các kiến nghị về nâng cao an toàn công trình trên hệ thống theo lý thuyết độ tin cậy. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. - Áp dụng lý thuyết. đánh giá an toàn công trình trên hệ thống. 6. Các kết quả và đóng góp của luận văn. - Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn công trình. - Ví dụ minh họa công nghệ tính