Phân tích ứng xuất đập bê tông tràn nước dưới tác dụng của áp lực mạch động_unprotected

i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Xây dựng cơng trình Thủy Lợi với đề tài: “Phân tích ứng suất đập bê tơng tràn nước tác dụng áp lực mạch động” hoàn thành với giúp đỡ tận tình Thầy giáo, Cơ giáo ngồi Bộ mơn Thủy Cơng, Khoa Cơng trình, Trường đại học Thủy lợi bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo, Cơ giáo, Gia đình, Bạn bè & Đồng nghiệp tạo điều kiện cho tác giả suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Đặc biệt Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến TS Lê Thanh Hùng tận tình hướng dẫn tác giả hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn giảng viên Khoa Cơng Trình - Trường Đại học Thuỷ lợi,Trung tâm nghiên cứu thủy lực- Viện Khoa Học Thủy Lợi Việt Nam cung cấp tài liệu phục vụ cho luận văn Tuy có cố gắng định, thời gian có hạn trình độ cịn hạn chế, luận văn cịn có thiếu sót Tác giả kính mong Thầy giáo, Cơ giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để tác giả tiếp tục học tập nghiên cứu để đề tài hồn thiện hơn, nâng cao trình độ khoa học, phục vụ sản xuất Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 03 năm 2016 Tác giả luận văn Phan Liên Bang ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM - Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN CAM KẾT Kính gửi: Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi Phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học – Trường Đại học Thủy lợi Tên là: Phan Liên Bang Học viên cao học lớp: 22C11 Chuyên ngành: Xây Dựng Công Trình Thủy Mã học viên: 1481580202001 Theo Quyết định số 2039/QĐ-ĐHTL ngày 27 tháng 10 năm 2015 Hiệu trường Trường Đại học Thủy lợi, việc giao đề tài luận văn cán hướng dẫn cho học viên cao học đợt năm 2015, nhận đề tài “Phân tích ứng suất đập bê tơng tràn nước tác dụng áp lực mạch động” hướng dẫn thầy giáo TS Lê Thanh Hùng Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu tôi, không chép Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tài liệu trang website theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng 03 năm 2016 Tác giả luận văn Phan Liên Bang iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU F LV Qo Xo Diện tích lưu vực Dịng chảy trung bình năm Lượng mưa trung bình nhiều năm Qđb Wo Lưu lượng đảm bảo Tổng lượng dòng chảy năm MNDBT MNC MNLTK Mực nước dâng bình thường Mực nước chết Mực nước lũ thiết kế MNLKT MNTL MNHL ∇ DMTL Mực nước lũ kiểm tra Mực nước thượng lưu Mực nước hạ lưu Cao trình đáy móng thượng lưu ∇ DMHL Cao trình đáy móng hạ lưu WTL Áp lực nước thượng lưu WHL Áp lực nước hạ lưu WBC Áp lực bùn cát WTH Áp lực thấm WDN Áp lực đẩy g V γn ρ Gia tốc trọng trường Vận tốc Trọng lượng riêng nước α Hệ số diện tích hiệu dụng áp lực đẩy ngược Hệ số diện tích đáy móng chịu áp lực γk Dung trọng khơ bùn cát n Hệ số rỗng γ bc Dung trọng đẩy bùn cát Ψ Góc ma sát bùn cát iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương I TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐỘNG DÒNG CHẢY ĐẬP BÊ TÔNG TRÀN NƯỚC 1.1 Tổng quan đập bê tông tràn nước Việt Nam Thế giới 1.2 Tổng quan mạch động, áp lực mạch động dịng chảy đập bê tơng tràn nước 1.3 Sự ảnh hưởng áp lực mạch động đến phân bố ứng suất bề mặt đập bê tông tràn nước 1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu luận văn Chương II NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ MẠCH ĐỘNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC MẠCH ĐỘNG ĐẾN ỨNG SUẤT 10 2.1 Cơ sở lý thuyết mạch động, xác định áp lực mạch động: 10 2.1.1 Hiện tượng mạch động 10 2.1.2 Xác định tính tốn áp lực mạch động 15 2.2 Lý thuyết ứng suất, phương pháp tính tốn ứng suất: 17 2.2.1 Lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn 17 2.2.2 Các phần mềm tính tốn, lựa chọn phần mềm tính tốn 21 2.2.3 Phân tích ứng suất đập bê tơng tràn nước tác dụng áp lực mạch động phần mềm SAP2000 21 2.3 Kết luận chương 2: 24 Chương III TÍNH TỐN ỨNG SUẤT ĐẬP BÊ TƠNG TRÀN NƯỚC CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ 26 3.1 Giới thiệu cơng trình tràn xả lũ: 26 3.1.1 Lý lịch cơng trình, cấp cơng trình 26 v Cấp cơng trình: II 27 3.1.2 Hiện trạng thông số kỹ thuật 27 3.2 Tính tốn ứng suất đập bê tông tràn nước: 34 3.2.1 Các số liệu đầu vào dùng cho tính tốn 34 3.2.2 Tính tốn ứng suất đập bê tông tràn nước bỏ qua áp lực mạch động 36 3.2.3 Tính tốn ứng suất đập bê tơng tràn nước có kể đến áp lực mạch động 52 3.3 Kết luận chương 3: 63 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ : 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 67 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân Bố ứng suất σ3 đập tràn thủy điện Trung Sơn có áp lực mạch động Hình 1.2: Phân Bố ứng suất σ1 đập tràn thủy điện Trung Sơn có áp lực mạch động Hình 1.3: Phân Bố ứng suất σ3 đập tràn thủy điện Trung Sơn khơng có áp lực mạch động Hình 1.4: Phân Bố ứng suất σ1 đập tràn thủy điện Trung Sơn khơng có áp lực mạch động Hình 1.5: Phân Bố ứng suất σ1 đập tràn thủy điện Trung Sơn khơng có áp lực mạch động Hình 1.6: Phân Bố ứng suất σ1 đập tràn thủy điện Trung Sơn khơng có áp lực mạch động Hình 1.7: Phân Bố ứng suất σ3 đập tràn thủy điện Trung Sơn khơng có áp lực mạch động Hình 1.8: Phân Bố ứng suất σ3 đập tràn thủy điện Trung Sơn khơng có áp lực mạch động Hình 2.1: Trị số mạch động trị số bình quân theo thời gian 12 Hình 2.2: Mạch động áp lực có dịng chảy rối (Đo máng thí nghiệm) a) Vị trí sau nước nhảy, trục đáy máng; b) phần nước nhảy; c) Trong ống xả turbin cánh quay 14 Hình 2.3: Trị số tiêu chuẩn mạch động áp suất 16 Hình 2.4: Chọn đơn vị tính tốn 21 Hình 2.5: Đường chu vi đập vè 22 Hình 2.6: Mơ hình mạng lưới phần tử 23 Hình 3.1: Mặt cắt tràn vận hang phương án thiết kế 27 vii Hình 3.2: Mặt cắt tính tốn ứng suất đập tràn Đa M’Bri 34 Hình 3.3: Áp lực nước thượng lưu TH1 37 Hình 3.4: Áp lực thấm TH1 38 Hình 3.5: Áp lực bùn cát TH1 39 40 Hình 3.5a: Áp lực nước tĩnh TH1 40 Hình 3.6: Áp lực nước thượng lưu TH2 41 Hình 3.7: Áp lực nước hạ lưu TH2 42 Hình 3.8: Áp lực thấm TH2 43 Hình 3.9: Áp lực đẩy TH2 44 Hình 3.10: Áp lực bùn cát TH2 45 Hình 3.11: Áp lực nước tĩnh TH2 46 Hình 3.12: Áp lực nước thượng lưu TH3 47 Hình 3.13: Áp lực nước hạ lưu TH3 48 Hình 3.14: Áp lực thấm TH3 49 Hình 3.15: Áp lực đẩy TH3 50 Hình 3.16: Áp lực bùn cát TH3 51 Hình 3.17: Áp lực nước tĩnh TH3 52 53 Hình 3.18: Biểu Đồ Phân Bố Áp Suất Tức Thời Trên Tràn 53 Hình 3.19: Áp lực mạch động tác dụng lên mặt tràn ừng với Q=800 m3/s 54 Hình 3.20: Áp lực mạch động tác dụng lên mặt tràn ừng với Q=1200 m3/s 55 Hình 3.21: Áp lực mạch động tác dụng lên mặt tràn ừng với Q=1612 m3/s 55 Hình 3.22: Áp lực mạch động tác dụng lên mặt tràn ừng với Q=1935.8 m3/s 56 Hình 3.23: Vị trí số điểm nút đại diện tràn 56 Hình 3.24: Biểu đồ phân bố ứng suất S11 mặt tràn TH1, TH1A, TH1B 57 Hình 3.25: Biểu đồ phân bố ứng suất S11 mặt tràn TH2,TH2A 57 Hình 3.26: Biểu đồ phân bố ứng suất S11 mặt tràn TH3,TH3A 58 Hình 3.27: Biểu đồ phân bố ứng suất S22 mặt tràn TH1,TH1A,TH1B 59 viii Hình 3.28: Biểu đồ phân bố ứng suất S22 mặt tràn TH2,TH2A 59 Hình 3.29: Biểu đồ phân bố ứng suất S22 mặt tràn TH3,TH3A 60 Hình 3.30: Biểu đồ phân bố ứng suất S12 mặt tràn TH1,TH1A,TH1B 61 Hình 3.31: Biểu đồ phân bố ứng suất S12 mặt tràn TH2,TH2A 61 Hình 3.32: Biểu đồ phân bố ứng suất S12 mặt tràn TH3,TH3A 62 DANH MỤC BẢNG BIỂU bảng 3.1: bảng thơng số cơng trình ®a m'bri 29 BẢNG 3.2: CÁC SỐ LIỆU ĐẦU VÀO 35 Bảng 3.3: Kết Quả Thí Nghiệm Áp Suất Trên Mặt Tràn, Dọc Tim Tràn 53 Bảng 3.4: Sự thay đổi ứng suất S11 có xét tới Áp lực mạch động 58 Bảng 3.5: Sự thay đổi ứng suất S22 có xét tới Áp lực mạch động 60 Bảng 3.6: Sự thay đổi ứng suất S12 có xét tới Áp lực mạch động 62 Chương I TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐỘNG DÒNG CHẢY ĐẬP BÊ TƠNG TRÀN NƯỚC 1.1 Tổng quan đập bê tơng tràn nước Việt Nam Thế giới Hiện giới đập bê tông sử dụng phổ biến giới, nước có nhiều thành tựu lớn Mỹ, Nhật, Trung Quốc… Đập bê tông tràn nước bắt đầu sử dụng vào cuối kỷ XIX đầu kỷ XX, ngày đầu trình độ khoa học cịn hạn chế đồng thời chưa lường hết ảnh hưởng ứng suất đập bê tơng khối lớn nên hình thức đập chưa dùng nhiều Tuy nhiên, vài thập kỷ sau với phát triển khoa học kỹ thuật cơng nghệ đập bê tơng tràn nước bắt đầu phát triển mạnh ưa chuộng Thế giới Việt Nam 1.2 Tổng quan mạch động, áp lực mạch động dịng chảy đập bê tơng tràn nước Trong năm vừa qua, nhiều cơng trình thủy lợi, thủy điện lớn xây dựng Các cơng trình thường có cột nước lớn, có lưu tốc dịng chảy lớn mặt tràn, lưu tốc vùng mũi phun Nhiều đập tràn đạt đến lưu tốc từ 25m/s đến 35m/s, như: Tràn Bản Vẽ, Sê San 3A, Sê San 4, Sông Tranh 2, Bản Chát, Kanak, Cửa Đạt, Định Bình … Dịng chảy đập bê tơng tràn nước có lưu tốc cao khơng gây tượng khí thực mà gây tượng mạch động lưu tốc Khi mạch động lưu tốc đủ lớn gây rung động với cơng trình, ảnh hưởng đến phân bố ứng suất đập tràn, đặc biệt ứng suất lớp biên mặt tràn Mạch động áp suất dịng chảy rối có quan hệ với rung động, xâm thực, tiêu năng, xói lở, bong tróc bề mặt, phân bố ứng suất cơng trình thủy cơng Hiện tượng mạch động dịng chảy có lưu tốc cao sinh tải trọng động nước đỉnh nhà máy thủy điện ngầm sau đập, tải trọng động cửa van có cột nước cao, tải trọng động nước tác dụng đáy bể tiêu năng, tải trọng động dòng chảy tường hướng dòng, tải trọng động tường bên dốc 76 Bảng PL4.5: Ứng suất S22 số điểm bề mặt tràn Đoạn ĐIỂM Đoạn ( cuối tràn) Đoạn ( Giữa tràn) Đoạn ( Đầu tràn) TH2,TH2A 155 161 11 177 187 15 19 200 205 207 213 23 219 25 27 232 S22 TH2 TH2A -183.57 -245.19 -190.43 -263.07 -181.47 -200.55 -179.67 -199.28 -69.84 -70.03 -69 -69.35 -96.75 -95.01 -96.29 -94.51 -246.85 -249.49 -234.08 -240.22 -443.65 -453.77 -424.53 -439.76 -313.23 -339.33 -307.82 -340.78 -68.42 -114.3 -74.9 -120.63 -76.91 -91.12 -70.73 -73.67 Sai số % 33.57 38.15 10.51 10.91 0.27 0.51 1.80 1.85 1.07 2.62 2.28 3.59 8.33 10.71 67.06 61.05 18.48 4.16 ĐIỂM 155 161 11 177 187 15 19 200 205 207 213 23 219 25 27 232 Đoạn ( cuối tràn) Đoạn ( Giữa tràn) Đoạn Đoạn ( Đầu tràn) Bảng PL4.6: Ứng suất S12 số điểm bề mặt tràn TH2,TH2A S112 TH2 TH2A 0.12 -3.04 -8.27 -22.99 0.32 0.23 -5.3 -5.84 -10.18 -9.58 -10.61 -9.89 -39.44 -38.17 -40.95 -39.67 -140.11 -137.09 -146.47 -141.25 -295.73 -284.68 -302.48 -287.68 -325.09 -303.55 -305.37 -283.15 -29.42 -25.14 -21.3 -19.2 -5.26 -10.8 -1.19 -4.8 Sai số % 2633.33 177.99 28.13 10.19 5.89 6.79 3.22 3.13 2.16 3.56 3.74 4.89 6.63 7.28 14.55 9.86 105.32 303.36 77 Đoạn ĐIỂM Đoạn ( cuối tràn) Đoạn ( Giữa tràn) Đoạn ( Đầu tràn) Bảng PL4.7: Ứng suất S11 số điểm bề mặt tràn TH3,TH3A 155 161 11 177 187 15 19 200 205 207 213 23 219 25 27 232 S11 TH3 TH3A -26.08 -53.97 -47.89 -103.41 -47.84 -65.78 -47.8 -65.95 2.14 3.45 0.17 1.5 -3.2 -1.61 -6.45 -4.89 6.61 0.67 6.98 -3.85 53.05 28.12 56.67 24.06 233.68 216.81 250.94 234.18 167.34 165.26 172.49 171.3 -22.02 -28.33 -22.32 -25.4 Sai số % 106.94 115.93 37.50 37.97 61.21 782.35 49.69 24.19 89.86 155.16 46.99 57.54 7.22 6.68 1.24 0.69 28.66 13.80 ĐIỂM 155 161 11 177 187 15 19 200 205 207 213 23 219 25 27 232 Đoạn ( cuối tràn) Đoạn ( Giữa tràn) Đoạn Đoạn ( Đầu tràn) Bảng PL4.8: Ứng suất S22 số điểm bề mặt tràn TH3,TH3A S22 TH3 -64.98 -74.01 -76.34 -77.05 -63.9 -63.66 -40.27 -39.54 6.19 3.09 69.13 55.92 42.63 33.57 -72.18 -60.66 -81.24 -82.24 TH3A -128.88 -149.5 -91.33 -92.61 -61.7 -61.52 -38.27 -37.64 -4.45 53.58 33.6 7.7 -9.9 -128.61 -117.07 -100.33 -86.52 Sai số % 98.34 102.00 19.64 20.19 3.44 3.36 4.97 4.81 51.53 244.01 22.49 39.91 81.94 129.49 78.18 92.99 23.50 5.20 78 ĐIỂM 155 161 11 177 187 15 19 200 205 207 213 23 219 25 27 232 Đoạn ( cuối tràn) Đoạn ( Giữa tràn) Đoạn Đoạn ( Đầu tràn) Bảng PL4.9: Ứng suất S12 số điểm bề mặt tràn TH3,TH3A S112 TH3 TH3A -2.93 -6.14 -12.21 -27.59 -3.6 -3.55 -2.38 -2.86 31.12 30.59 33.24 32.75 51.6 51.01 52.69 52.12 80.97 81.46 85.04 88.24 127.36 136.29 131.54 145.59 171.9 194.28 164.64 188.15 32.49 37.2 19.72 21.91 -8.68 -16.04 -3.6 -8.39 Sai số % 109.56 125.96 1.39 20.17 1.70 1.47 1.14 1.08 0.61 3.76 7.01 10.68 13.02 14.28 14.50 11.11 84.79 133.06 ... QUAN VỀ MẠCH ĐỘNG DỊNG CHẢY ĐẬP BÊ TƠNG TRÀN NƯỚC 1.1 Tổng quan đập bê tông tràn nước Việt Nam Thế giới 1.2 Tổng quan mạch động, áp lực mạch động dòng chảy đập bê tông tràn nước. .. 3.19: Áp lực mạch động tác dụng lên mặt tràn ừng với Q=800 m3/s 54 Hình 3.20: Áp lực mạch động tác dụng lên mặt tràn ừng với Q=1200 m3/s 55 Hình 3.21: Áp lực mạch động tác dụng lên mặt tràn. .. 1.1: Phân Bố ứng suất σ3 đập tràn thủy điện Trung Sơn có áp lực mạch động Hình 1.2: Phân Bố ứng suất σ1 đập tràn thủy điện Trung Sơn có áp lực mạch động Hình 1.3: Phân Bố ứng suất σ3 đập tràn