Nghiên cứu cơ sở tính toán ứng suất, biến dạng, ổn định đập bê tông đầm lăn theo tiêu chuẩn Mỹ

LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân học viên Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hồng Thiện i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học vừa qua, với giảng dạy nhiệt tình thầy cơ, đồng hành tất học viên lớp, ủng hộ gia đình thầy giáo TS Đào Văn Hưng hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu sở tính tốn ứng suất, biến dạng, ổn định đập bê tông đầm lăn theo tiêu chuẩn Mỹ tiêu chuẩn Việt Nam - Nga” Trong trình học tập, thực luận văn, học viên học hỏi nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu từ thầy cô điều theo học viên suốt nghiệp sống Đối với luận văn, thời gian có hạn, kinh nghiệm thân nhiều hạn chế nên luận văn có thiếu sót Học viên mong nhận hướng dẫn, góp ý từ cá thầy đồng nghiệp để luận văn hoàn chỉnh thân bù đắp thiếu sót Cùng với luận văn này, học viên xin bày tỏ lịng kính trọng tới thầy ln cống hiến nghiệp giảng dạy mình, đặc biệt học viên xin gửi tới thầy giáo hướng dẫn TS Đào Văn Hưng theo sát, hướng dẫn học viên nội dung, chất lượng tiến độ thực Cuối cùng, lần xin chân thành cảm ơn tới tất thầy cô tận tâm với hệ học trị mình, xin cảm ơn tất thành viên lớp CH23C21, cảm ơn gia đình giúp đỡ tơi thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Hồng Thiện ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG, ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1 Tình hình xây dựng đập bê tơng đầm lăn Việt Nam giới 1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tơng đầm lăn giới[2] 1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tơng đầm lăn Việt Nam[3] 1.2 Khái quát tình hình nghiên cứu ứng suất, biến dạng ổn định 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ứng suất, biến dạng[4] 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ổn định 12 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG, ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM NGA 15 2.1 Cơ sở khoa học phương pháp tính tốn ứng suất, biến dạng, ổn định 15 2.1.1 Cơ sở khoa học phương pháp tính tốn ứng suất 15 2.1.2 Cơ sở khoa học phương pháp tính tốn biến dạng 21 2.1.3 Cơ sở khoa học phương pháp tính tốn ổn định 24 2.2 Tính tốn ứng suất, biến dạng, ổn định đập bê tông đầm lăn theo tiêu chuẩn Mỹ 34 2.2.1 Tiêu chuẩn tính tốn[9] 34 2.2.2 Giới thiệu phần mền ứng dụng tính tốn (cadam) 35 2.2.3 Tải trọng động đất 45 2.2.4 Phương pháp tính tốn 47 2.3 Tính tốn ứng suất, biến dạng, ổn định đập bê tông đầm lăn theo tiêu chuẩn Việt Nam - Nga 48 2.3.1 Tiêu chuẩn tính tốn[6], [7],[10], [11] 48 2.3.2 Phương pháp tính tốn 50 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN MỸ LÝ, TỪ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT LỰA CHỌN CƯỜNG ĐỘ BÊ TƠNG ĐẦM LĂM 56 3.1 Các thơng số mặt cắt tính tốn 56 3.1.1 Các thơng số 56 3.1.2 Hệ số mái đập 59 iii 3.1.3 Đập không tràn: 59 3.2 Tính tốn theo tiêu chuẩn Mỹ 60 3.2.1 Các trường hợp tính tốn 60 3.2.2 Hệ số an toàn ứng suất, biến dạng, ổn định 62 3.2.3 Đánh giá khe nứt mặt tiếp giáp thượng lưu đập sau động đất 68 3.3 Tính tốn theo tiêu chuẩn Việt Nam - Nga 72 3.3.1 Các trường hợp tính tốn 72 3.3.2 Hệ số an toàn ứng suất, biến dạng, ổn định 73 3.3.3 Kết tính toán 75 3.4 Lựa chọn cường độ bê tông đầm lăn[1] [2] 75 3.4.1 Phương pháp tính 75 3.4.2 Áp dụng cho cơng trình thủy điện Mỹ Lý 76 3.5 So sánh tiêu chuẩn, kết luận 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đập Alpa Gera - Đập xây dựng công nghệ bê tơng Hình 1.2: Đập Miyagase - Nhật Bản Hình 1.3: Biểu đồ đập BTĐL giới Hình 1.4: Quan hệ ứng suất biến dạng 12 Hình 2.1: Vật thể tác dụng ngoại lực 16 Hình 2.2: Điều kiện cân phần A 16 Hình 2.3: Tương quan biến dạng ứng suất có xét đến biến dạng dẻo 23 Hình 2.4: Hướng dẫn nhập kích thước hình học 35 Hình 2.5: Hướng dẫn nhập 36 Hình 2.6: Hướng dẫn nhập vật liệu 37 Hình 2.7: Hướng dẫn xóa vật liệu 38 Hình 2.8: Hướng dẫn khai báo lực 39 Hình 2.9: Hướng dẫn khai báo cao trình 40 Hình 2.10: Hướng dẫn khai báo hệ thống tiêu nước ngầm 40 Hình 2.11: Hướng dẫn khai báo động đất (giả tĩnh) 41 Hình 2.12: Hướng dẫn khai báo động đất (giả động) 42 Hình 2.13: Hướng dẫn khai báo tính chất đập 43 Hình 2.14: Hướng dẫn khai báo tổ hợp tải trọng 44 Hình 2.15: Phân tích nguy động đất theo tiêu chuẩn Mỹ tiêu chuẩn Việt Nam Nga 46 Hình 2.16: Phổ thiết kế cho đập Mỹ Lý 47 Hình 2.17: Nội dung tính tốn ổn định đập bê tơng trọng lực hay bê tơng đầm lăn 51 Hình 3.1: Bình đồ bố trí cơng trình 59 Hình 3.2: Mặt cắt ngang điển hình đập 60 Hình 3.3: Sơ đồ tính tốn ứng suất cắt 64 Hình 3.4: Sơ đồ tính toán ứng suất biên 65 Hình 3.5:Sơ đồ tính tốn ứng suất thân đập 66 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Quy mơ tình hình xây dựng đập bê tơng đầm lăn nước dẫn đầu giới Bảng 1.2: Các đập bê tơng đầm lăn hồn thành thi công Việt Nam Bảng 2.1 Bảng xác định hệ số lệch tải 26 Bảng 2.2: Bảng xác định hệ số điều kiện làm việc 27 Bảng 2.3: Phân tích ổn định đập bê tông trọng lực theo tiêu chuẩn thiết kế 33 Bảng 2.4: Bảng hệ số an toàn cho phép trượt ứng suất cho phép đập 34 Bình thường 34 Bảng 2.5: So sánh hai hệ thống tiêu chuẩn Mỹ Việt Nam 53 Bảng 3.1: Các tiêu tính tốn 57 Bảng 3.2: Bảng hệ số an toàn ứng suất 67 Bảng 3.3: Chiều sâu giới hạn vùng chịu kéo bgh mặt thượng lưu đập trọng lực 69 Bảng 3.4: Chiều sâu giới hạn lTH mở rộng khớp nối mặt thượng lưu đập theo điều kiện không cho phép khe nứt nghiêng 70 Bảng 3.5: Tổng hợp kết tính tốn ổn định ứng suất đập đập dâng theo tiêu chuẩn Mỹ 71 Bảng 3.6: Tổng hợp kết tính tốn ổn định ứng suất đập dâng theo tiêu chuẩn Việt Nam - Nga 75 Bảng 3.7: Bảng xác định cường độ thiết kế tính tốn bê tơng thân đập theo phương pháp Sức bền vật liệu (theo tiêu chuẩn Mỹ) 76 Bảng 3.8: Bảng đặc trưng cường độ thiết kế yêu cầu bê tông thân đập 77 vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đập bê tông đầm lăn với đặc điểm mặt phân lớp có tính bám dính kém, dễ bị bong tách trượt, đập chịu tải trọng động đất Mặt khác, bê tông đầm lăn thường không sử dụng cốt thép nên ứng suất kéo không cho phép xuất điều kiện làm việc bình thường cho phép xuất mức độ định điều kiện làm việc khơng bình thường (ví dụ: động đất, tải trọng bất thường…) Mặt khác, đập bê tơng đầm lăn Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế, đập bê tông đầm lăn lớn nước (ví dụ: Định Bình, Pleikrong, Sơn La, Bản Vẽ…) thiết kế tham khảo tiêu chuẩn nước Tập đoàn điện lực Việt Nam nhiều lần tổ chức hội thảo tính tốn thiết kế đập bê tông đầm lăn theo tiêu chuẩn Mỹ tập hướng dẫn thiết kế tạm thời thống sử dụng hướng dẫn tạm thời Tập đồn theo tiêu chuẩn Mỹ Theo đó, đề tài sử dụng phần mềm Cadam (Computer Analysis of concrete gravity DAMs) để tính tốn ổn định đập theo tiêu chuẩn Việt Nam - Nga tiêu chuẩn Mỹ Cadam phần mềm Canada lập với mục đích đào tạo miễn phí mạng Internet, nhiên kỹ sư Nhật, Thụy sỹ, Pháp sử dụng nhiều tính tốn thiết kế nhiều cơng trình giới Phần mền giúp cho kỹ sư nhanh chóng tính tốn ổn định đập bê tơng đầm lăn cách nhanh chóng xác, đặc biệt với tổ hợp tải trọng động đất Dự án thủy điện Mỹ Lý (Nghệ An) xây dựng với nhiệm vụ phát điện lên lưới quốc gia với công suất lắp máy 250 MW, điện lượng trung bình năm 913,2 triệu kWh tham gia cắt lũ, bổ sung nguồn nước cho hạ lưu Cơng trình Đập bê tông đầm lăn thuộc dự án thủy điện Mỹ Lý cơng trình cấp đặc biệt Do việc tính tốn ổn định đập nâng cao Mục tiêu đề tài Làm chủ cơng nghệ tính tốn ứng suất, ổn định đập BTĐL theo hệ thống tiêu chuẩn: tiêu chuẩn Việt Nam – Nga tiêu chuẩn Mỹ Nắm bắt cách sử dụng phần mền Cadam tính tốn đập bê tong trọng lực nói chung đập bê tơng đầm lăn nói riêng Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu a, Cách tiếp cận - Tiếp cận sở đánh giá nhu cầu Hiện cầu nâng cao chất lượng cơng trình lĩnh vực xây dựng nói chung cơng trình thủy lợi nói riêng nhu cầu nâng cao trình độ chun mơn kỹ sư Các phương pháp, công nghệ ngày tiếp cận áp dụng Do đó, việc tham khảo áp dụng tiêu chuẩn, hướng dẫn nước điều cần thiết - Tiếp cận sở đảm bảo tiêu chuẩn hành + Các tiêu chuẩn thiết kế đập, cơng trình thủy lợi, tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam… + Các tiêu chuẩn ứng suất, biến dạng, vật liệu xây dựng - Tiếp cận với thực tiễn cơng trình Đập Mỹ Lý cơng trình cấp đặc biệt Nghiên cứu cơng trình giúp học viên nắm bắt rõ việc tính tốn ổn định đập cần quan tâm từ bước thiết kế sở - Tiếp cận sở Hợp tác Quốc tế Công nghệ thông tin ngày phát triển cho phép tiếp cận nhanh với tiến kỹ thuật giới b, Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thông tin + Thu thập từ đề tài, dự án liên quan đến tính tốn ổn định đập RCC + Thu thập từ internet tiêu chuẩn thiết kế, tính tốn đập RCC - Phương pháp nghiên cứu phần mền: Sử dụng phần mềm tính Cadam để nghiên cứu Kết đạt Đề tài giúp cho học viên tổng quan phương pháp tính tốn ứng suất, ổn định cách tiếp cận tiêu chuẩn Từ nâng cao nhận biết đập bê tơng, đặc biệt đập BTĐL Ngồi ra, việc ứng dụng mơ hình Cadam cho phép người dùng tính tốn nhanh việc lựa chọn phương án mặt cắt đập phù hợp tính tốn lực tác dụng, giúp tính tốn nhanh kết cấu cho kết đáng tin cậy CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG, ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN 1.1 Tình hình xây dựng đập bê tơng đầm lăn Việt Nam giới Đập đất đập bê tơng trọng lực có cách nhiều kỷ Đập đất thi công dựa công nghệ đầm nén với ưu điểm dễ thi công, giá thành rẻ nhiên vật liệu đất lại dễ bị hư hỏng Đập bê tông thực dựa công nghệ chế tạo bê tông tươi, vật liệu bê tông khắc phục nhược điểm vật liệu đất Giữa kỷ 20, nhà khoa học công nghệ đặt vấn đề có cách phối hợp mạnh, ưu điểm hai loại vật liệu Từ ý tưởng đó, nhà khoa học, cơng nghệ đề xuất bê tông đầm lăn Đập bê tông đầm lăn hỗn hợp gồm cốt liệu (đá, cát, sỏi), xi măng, phụ gia với độ ẩm phù hợp cho phép vận chuyển, đổ, san đất, đá đầm chặt đầm lăn[1] Sử dụng bê tông đầm lăn xem bước phát triển đột phá công nghệ xây dựng đập bê tơng trọng lực cơng trình thủy điện, thủy lợi Ưu điểm bê tông đầm lăn giá thành rẻ, tốc độ thi công nhanh, giảm ứng suất nhiệt lòng khối đổ lượng dùng xi măng thấp Tuy nhiên bê tong đầm lăn có nhược điểm khơng nhỏ chất lượng bám dính lớp đổ, tính chống thấm nước chất lượng bê tông đầm lăn khơng đồng 1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông đầm lăn giới[2] Ra đời vào khoảng năm 1961, đánh dấu kiện xây dựng đê quây đập Thạch Môn Đài Loan - Trung Quốc, sử dụng cốt liệu cấp phối liên tục, có đường kính cốt liệu lớn 76mm Lượng dùng chất kết dính 107kg/m3, độ dày lớp đổ 30cm Năm 1961-1964, Italia xây dựng thành công đập Alpe Gera bê tông khô, nghèo chất kết dính với độ dày lớp đổ 70cm 98 99 100 Hình 4: Kết tính tốn trường hợp Trường hợp 5: 101 102 103 104 Hình 5: Kết tính tốn trường hợp Trường hợp 6: 105 106 Hình 6: Kết tính tốn trường hợp Trường hợp 7: 107 108 109 110 Hình 7: Kết tính tốn trường hợp Trường hợp 8: 111 112 Hình 8: Kết tính tốn trường hợp ... 2: TÍNH TỐN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG, ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM NGA 15 2.1 Cơ sở khoa học phương pháp tính tốn ứng suất, biến dạng, ổn định. .. kế đập bê tơng đầm lăn 14 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG, ỔN ĐỊNH ĐẬP BÊ TƠNG ĐẦM LĂN THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ TIÊU CHUẨN VIỆT NAM - NGA 2.1 Cơ sở khoa học phương pháp tính tốn ứng suất, biến. .. α i 2.2 Tính tốn ứng suất, biến dạng, ổn định đập bê tông đầm lăn theo tiêu chuẩn Mỹ 2.2.1 Tiêu chuẩn tính tốn[9] Trong tính tốn thiết kế tham khảo số tiêu chuẩn tính tốn, hướng dẫn tính tốn