Phân tích ứng suất và biến dạng của trạm bơm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN TRUNG THÀNH PH¢N TíCH ứng suất biến dạng trạm bơm phương pháp phần tử hữu hạn Ơ Chuyờn ngnh: Xõy dựng cơng trình thuỷ Mã số: 60 - 58 - 40 Luận văn thạc sĩ Ngi hng dn khoa hc: TS LÝ TRƯỜNG THÀNH Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN TRUNG THÀNH PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRẠM BƠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHN T HU HN Luận văn thạc sĩ H Ni - 2011 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu luận văn đề tài “Phân tích ứng suất biến dạng trạm bơm phương pháp phần tử hữu hạn”, tác giả nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình, chu đáo nhà khoa học, chuyên gia đồng nghiệp Tác giả đặc biệt xin bầy tỏ lòng cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Lý Trường Thành tận tình hướng dẫn, bảo cho tác giả nhiều vấn đề quý báu nghiên cứu khoa học nói chung luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Công trình, mơn Sức bền – Kết cấu, phịng Đào tạo Đại học Sau đại học trường đại học Thủy lợi tạo điều kiện giúp đỡ tác giả tài liệu, thông tin khoa học kỹ thuật đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành luận văn Do trình độ có hạn nên luận văn tránh khỏi tồn hạn chế, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp, trao đổi chân thành Tác giả mong vấn đề tồn tác giả phát triển mức độ nghiên cứu sâu góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất Hà Nội, tháng năm 2011 Nguyễn Trung Thành Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD cơng trình thủy MỞ ĐẦU 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Trạm bơm sử dụng với mục đích cung cấp nước tiêu nước nói chung Đối với ngành nơng nghiệp hệ thống thủy nơng trạm bơm có vai trị cơng trình đầu mối cung cấp nước cho hệ thống thủy lợi để phục vụ công tác tưới, tiêu diện tích lưu vực Chính đóng vai trò quan trọng hệ thống thủy lợi Tỉnh Bắc Ninh gồm hai hệ thống thuỷ nông Bắc Đuống Nam Đuống Các cơng trình đầu mối hai hệ thống đầu tư xây dựng từ năm 60 kỷ trước nhiều cơng trình bị xuống cấp khơng đáp ứng yêu cầu việc đầu tư xây dựng trạm bơm để đảm bảo việc cung cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp tiêu úng phục vụ dân sinh kinh tế mùa mưa bão Chính nhu cầu đầu tư xây dựng trạm bơm lớn cấp bách Khi đầu tư xây dựng trạm bơm chủ đầu tư cần phải có khoản kinh phí lớn Do ngồi việc xem xét vị trí đặt trạm bơm, nghiên cứu địa chất, thuỷ văn, lưu vực tưới, tiêu yêu cầu an tồn tính tốn kết cấu, ổn định cơng trình trình vận hành sử dụng tác dụng loại tải trọng, đồng thời đảm bảo hiệu kinh tế cần thiết Khi tiến hành đầu tư xây dựng trạm bơm cần đảm bảo rằng: Ứng suất biến dạng kết cấu phải thỏa mãn điều kiện bền, cứng ổn định trình vận hành, làm việc trạm bơm tác động loại tải trọng (tải trọng tĩnh, tải trọng động, động đất v.); Trên sở loại thiết bị máy bơm có sẵn thị trường để đưa giải pháp phù hợp, tổng mức đầu tư nhỏ thuận lợi cho trình khai thác sử dụng Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành XD cơng trình thủy Khi tính tốn trạm bơm theo quy phạm hành việc tính tốn chưa thực phản ánh đầy đủ loại tải trọng tác dụng lên cơng trình q trình sử dụng nên chưa phản ánh cách sát thực làm việc cơng trình Để khắc phục nhược điểm với hỗ trợ máy tính, có nhiều phương pháp tính làm giảm thời gian tính tốn cho kết phù hợp với làm việc cơng trình Đề tài “Phân tích ứng suất biến dạng trạm bơm phương pháp phần tử hữu hạn” có ý nghĩa khoa học thực tiễn nhằm giúp cho nhà thiết kế, chủ đầu tư tính tốn lựa chọn giải pháp phù hợp đầu tư xây dựng trạm bơm vừa đảm bảo an toàn đem lại hiệu kinh tế cao MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu xác định trạng thái ứng suất, biến dạng đáy trạm bơm có kể đến tương tác với cọc 3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Lựa chọn sơ đồ tính, thiết lập phương trình bản; Lập thuật tốn giải; Áp dụng tính tốn cụ thể cho đáy trạm bơm tiêu Hán Quảng huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết vỏ gấp sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp sử dụng phần mềm SAP2000 để giải toán đáy trạm bơm có kể đến tương tác với cọc, từ so sánh với kết tính tốn theo quy phạm hành giúp chủ đầu tư lựa chọn phương án tối ưu đầu tư xây dựng trạm bơm Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM 1.1 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI TỈNH BẮC NINH: Bắc Ninh tỉnh thuộc vùng đồng Bắc Bộ, nằm vùng kinh tế trọng điểm, tam giác tăng trưởng kinh tế Hà Nội-Hải Phịng-Quảng Ninh Khu vực có mức tăng trưởng kinh tế cao, giao lưu kinh tế mạnh Tính đến năm 2011, Bắc Ninh có đơn vị hành bao gồm thành phố Bắc Ninh huyện thị xã: Yên Phong, Quế Võ, Tiên Du, Thuận Thành, Gia Bình, Lương Tài thị xã Từ Sơn, với 126 xã phường thị trấn Tổng diện đất tự nhiên 82.271 đất nơng nghiệp 43.679ha Dân số 1.035.951 người dân số làm nghề nông 569.773 người chiếm khoảng 55%, nên cơng tác thủy lợi chiếm vị trí quan trọng nghiệp ổn định phát triển kinh tế xã hội tỉnh Về mạng lưới sơng ngịi, Bắc Ninh có hệ thống sơng ngịi dầy đặc, mật độ lưới sơng cao, trung bình từ 1-1,2Km/Km2 gần bốn mặt có P P sơng ranh giới với tỉnh Phía Bắc có sơng Cầu ranh giới với tỉnh Bắc Giang Phía Nam có sơng Bùi ranh giới với huyện Cẩm Giàng tỉnh Hải Dương Phía đơng có sơng Thái Bình ranh giới với huyện Nam Sách tỉnh Hải Dương Phía tây Bắc có sơng Cà Lồ ranh giới với huyện Sóc Sơn thành phố Hà Nội Ngồi ra, cịn có sơng Đuống chia đôi tỉnh thành hai hệ thống thủy lợi Bắc Đuống Nam Đuống Từ thập kỷ 90 đến nay, diện tích hạn hán Bắc Ninh giảm đáng kể, diện tích hạn hán cịn xảy vùng cao cục vùng bãi Tình hình úng ngập tỉnh Bắc Ninh phụ thuộc vào lượng mưa vụ mùa kết hợp với lũ sông Mưa nội đồng lớn cộng với mực nước sông lên cao mức lũ xấp xỉ báo động xảy tình trạng nước đồng dâng cao, việc tiêu tự chảy bị ngăn chặn, lúc tiêu động lực chính, Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành XD cơng trình thủy song việc tiêu tự chảy bị ngăn chặn, gặp năm mưa lớn, lũ cao, tình hình úng dễ xảy Bảng 1.1: Diện tích úng thiệt hại tỉnh Bắc Ninh Hệ thống Nam Đuống TT Năm Mất trắng (ha) Giảm sản Diện tích 30% (ha) úng (ha) Hệ thống Bắc Đuống Mất trắng (ha) Tổng tồn Diện tích tỉnh úng (ha) (ha) 2002 420 420 1013 6137 6557 2003 20 380 400 2206 7040 7440 2004 620 620 2206 7040 7660 2005 680 680 1236 4960 5640 2006 420 3032 3442 1891 12436 15878 2007 160 3375 25 1190 4565 2008 153 1784 49 3500 5284 2009 0 2044 0 2044 2010 0 3429 3804 18725 22154 1.2 CÁC HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH CỦA MỘT TRẠM BƠM: 1.2.1 Nhà trạm bơm: - Nhà trạm dùng đặt máy bơm, động cơ, hệ thống tủ điều khiển, thiết bị nâng hạ phục vụ công tác sửa chữa, vận hành 1.2.2 Bể hút, bể xả: - Bể xả trạm bơm: có dạng gắn liền với nhà trạm tách rời so với nhà trạm - Bể hút trạm bơm: có dạng gắn liền với nhà trạm, nằm nhà trạm bên cạnh Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD cơng trình thủy 1.2.3 Hệ thống kênh dẫn, kênh xả: - Kênh dẫn dùng để dẫn nước tới buồng hút trạm bơm - Kênh xả dùng để dẫn nước từ bể xả tới lưu vực cần tưới sông tiêu, kênh tiêu 1.2.4 Nhà quản lý: Gồm hệ thống nhà, cơng trình phụ trợ phục vụ sinh hoạt cho người quản lý, điều hành vận hành trạm bơm 1.2.5 Đường dây điện cao, hạ thế: Dùng để cung cấp điện cho nhà trạm bơm, điện tự dùng cho chiếu sáng sinh hoạt cán công nhân viên điều hành, vận hành trạm bơm 1.2.6 Các hạng mục điều tiết hỗ trợ: Hệ thống điều tiết nước, hệ thống vớt rác, thiết bị quan trắc, đo mực nước bể xả, bể hút v.v 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRẠM BƠM ĐÃ VÀ ĐANG XÂY DỰNG TẠI BẮC NINH: 1.3.1 Trạm bơm Trịnh Xá thị xã Từ Sơn: Hình 1.1: Nhìn từ bể hút Trạm bơm Trịnh Xá- Từ Sơn - Bắc Ninh Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành XD cơng trình thủy Hình 1.2: Phía nhà máy trạm bơm Trịnh Xá- Từ sơn-Bắc Ninh 1.3.2 Trạm bơm Tân Chi huyện Tiên Du: Hình 1.3: Nhìn từ phía bể hút trạm bơm Hình 1.4: Bên nhà máy Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành XD cơng trình thủy 73 4.4 SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.4.1 Bài toán phẳng theo quy phạm hành tốn khơng gian Theo hình 4.23 4.24, kết biểu đồ mơ men mặt cắt đoạn trước tường ngực ứng với mô hình tốn phẳng tốn khơng gian có hình dạng tương đồng - Giá trị mơ men dương (căng dưới) khơng sai khác nhiều, theo mơ hình tốn phẳng M 1max = 59,0 (Tm), theo mơ hình không gian M 2max = 56,45 R R R R (Tm) với sai số 4,52% Kết chấp nhận - Giá trị mô men âm (căng trên), theo mơ hình tốn phẳng M 1min = R R 8,14 (Tm), theo mơ hình khơng gian M 2min = 11,16 (Tm) với sai số 24,61% R R Bảng 4.6: So sánh kết mơ hình tốn phẳng tốn khơng gian Mặt cắt đoạn trước tường ngực Mơ hình tốn phẳng Mơ hình tốn khơng gian Tọa độ (m) Giá trị Mơ men (T.m) Tọa độ (m) Giá trị Mô men (T.m) 0.000 59.000 0.000 56.450 0.900 43.140 0.600 46.060 1.800 30.770 1.600 32.930 2.700 23.090 2.600 25.390 3.600 20.810 3.600 23.600 4.500 7.620 4.600 9.130 5.400 0.161 5.600 0.586 6.300 -1.707 6.600 -1.990 7.200 1.875 7.600 1.380 8.100 -5.865 8.600 -7.860 Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 74 Chun ngành XD cơng trình thủy 9.000 -8.414 9.600 -11.160 9.900 -5.859 10.600 -8.470 10.800 1.874 11.600 0.230 11.700 -1.707 12.600 -3.470 12.600 0.161 13.600 -0.900 13.500 7.622 14.600 8.120 14.400 20.182 15.450 21.095 15.300 23.088 16.300 23.410 16.200 30.768 17.150 31.070 17.500 43.140 18.000 44.000 18.600 59.000 18.600 55.450 Hình 4.22: Biểu đồ mơ men mặt cắt đoạn trước tường ngực ứng với mơ hình tốn phẳng tốn khơng gian Theo hình , kết biểu đồ mô men mặt cắt bể hút ứng với mơ hình tốn phẳng tốn khơng gian có hình dạng tương đồng - Giá trị mô men dương (căng dưới) không sai khác nhiều, theo mơ hình tốn phẳng M 1max = 59,0 (Tm), theo mơ hình tốn khơng gian M 2max = R R R R 55,86 (Tm) với sai số 5,62% Kết chấp nhận Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 75 Chun ngành XD cơng trình thủy - Giá trị mô men âm (căng trên), theo mô hình tốn phẳng M 1min = R R 6,80 (Tm), theo mơ hình tốn khơng gian M 2min = 8,56 (Tm) với sai số R R 20,59% Bảng 4.7: So sánh kết mơ hình tốn phẳng tốn khơng gian mặt cắt bể hút Mơ hình tốn phẳng Mơ hình tốn khơng gian Tọa độ (m) Giá trị Mô men (T.m) Tọa độ (m) Giá trị Mô men (T.m) 0.00 59.00 0.00 55.86 0.90 43.19 0.60 45.10 1.80 30.97 1.60 31.66 2.70 23.62 2.60 24.50 3.60 21.54 3.60 23.30 4.50 8.69 4.60 9.61 5.40 1.59 5.60 1.79 6.30 0.04 6.60 -0.18 7.20 3.83 7.60 3.65 8.10 -3.90 8.60 -5.31 9.00 -6.80 9.60 -8.56 9.90 -5.10 10.60 -6.15 10.80 1.08 11.60 1.87 11.70 -4.95 12.60 -3.09 12.60 -6.63 13.60 -2.56 13.50 -3.96 14.60 3.36 14.40 3.19 15.45 12.57 15.30 1.69 16.30 9.78 16.20 -1.84 17.15 10.76 Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 76 Chuyên ngành XD cơng trình thủy 17.10 2.88 18.00 15.57 18.00 12.61 18.60 21.15 19.25 11.49 19.15 18.09 20.50 19.83 19.70 16.57 22.25 36.48 20.55 17.69 23.70 59.00 21.40 22.75 22.25 31.87 23.10 44.82 23.70 55.71 Hình 4.23: Biểu đồ mơ men mặt cắt buồng hút ứng với mơ hình tốn phẳng tốn khơng gian 4.4.2 Trường hợp gia cố cọc có xét khơng xét làm việc đồng thời đáy đàn hồi Theo kết tính tốn trên, biểu đồ chuyển vị mơ men trường hợp có kết sau: - Giá trị mô men dương (căng dưới) M11, theo trường hợp 4, M 11 = 62,5 R R (Tm), theo trường hợp 5, M 11 = 58,5 (Tm) với sai số 3,20% Kết sai R Học viên: Nguyễn Trung Thành R Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành XD cơng trình thủy 77 khác không nhiều Giá trị mô men âm (căng trên) M11, theo trường hợp 4, M 11 = -12,9 (Tm), theo trường hợp 5, M 11 = -11,0 (Tm) với sai số 14,73% R R R R - Giá trị mô men dương (căng dưới) theo phương dọc đáy M22, theo trường hợp M 22 = 63,0 (Tm), theo trường hợp M 22 = 58,5 (Tm) với sai R R R R số 7,14% Với trường hợp thiết kế móng cọc, theo trường hợp ( khơng xét ảnh hưởng đất – đài móng) cho kết nội lực lớn so với trường hợp ( có xét ảnh hưởng đất nền- đài móng): theo phương ngang lớn 14,73% (căng trên), theo phương dọc lớn 7,3% (căng dưới) Như tính tốn thiết kế cơng trình, kiến nghị phân tích kết cấu đáy theo trường hợp ( có xét ảnh hưởng đất nền- đài móng) đảm bảo kỹ thuật kinh tế 4.5 Nhận xét chung Với thuật tốn chọn tính tốn đáy trạm bơm đàn hồi với trường hợp có thiết kế cọc, khơng thiết kế cọc, làm việc đồng thời với cọc; Kết tính biến dạng chi tiết, phản ánh sát thực chuyển vị khơng gian tồn cơng trình Việc tính tốn theo lý thuyết vỏ gấp cho ta biết phân bố nội lực theo phương ngang phương dọc, đặt sở khoa học cho việc bố trí cốt thép theo phương Mơ hình tính đáy làm việc đồng thời với nền, cọc phản ánh sát thực ứng xử cơng trình so với cách tính tốn thiết kế hành + Sử dụng phương pháp PTHH để tính kết cấu làm việc với nền, cọc cho phép tính tốn với tổ hợp tải trọng đa dạng phong phú, phù hợp với thực tế làm việc cơng trình Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 78 Chun ngành XD cơng trình thủy + Sử dụng thuật tốn nêu ta thay đổi bề dầy đáy Vị trí bố trí cọc, chiều dài cọc để đạt chuyển vị đặn Nâng cao hiệu kinh tế, kỹ thuật thiết kế kết cấu trạm bơm + Cùng với phát triển công nghệ thông tin, việc thiết kế cơng trình thủy lợi cần áp dụng tiến để nâng cao lực thiết kế hiệu đầu tư cơng trình Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 79 Chun ngành XD cơng trình thủy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian làm việc nghiêm túc khẩn trương để hồn thành đề tài: “Phân tích ứng suất biến dạng trạm bơm phương pháp phần tử hữu hạn”, tác giả đến số nhận xét sau: Về bản, luận văn đáp ứng đầy đủ mục tiêu đặt thể điểm sau: + Phân tích so sánh kết tốn phẳng tốn khơng gian có sơ đồ chuyển vị nội lực hợp lý + Xét đặc thù kết cấu tấm, nền, cọc sơ đồ tính tốn + Trong phương trình để tìm nội lực chuyển vị đề cập ảnh hưởng cọc làm việc với kết cấu đáy nên phản ánh ứng xử tương tác đáy với cọc + Dựa vào việc giải toán máy tính để tính tốn so sánh với tính toán theo phương pháp kinh điển dùng thiết kế tạo tiền đề cho việc ứng dụng lý thuyết tính tốn đề cập luận văn vào thiết kế + Trên sở sử dụng phần mềm tính tốn tính phân bố nội lực khơng gian, sở bố trí cốt thép theo tính tốn nên tiết kiệm vật liệu, giảm chi phí đầu tư xây dựng cơng trình Ý nghĩa khoa học luận văn vận dụng lý thuyết chung phương pháp PTHH để thiết lập tốn mơ ứng xử kết cấu trạm bơm làm việc với cọc Ý nghĩa thực tiễn luận văn thể việc nghiên cứu đóng góp trực tiếp cho việc nâng cao chất lượng hiệu công tác thiết kế kết cấu trạm bơm loại phận cơng trình đã, xây dựng nhiều nước ta Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 80 Chun ngành XD cơng trình thủy Trong khuôn khổ luận văn, hạn chế mặt thời gian trình độ nên tác giả tập trung vào số vấn đề chủ yếu, vấn đề khác ma sát đáy với nền, ảnh hưởng cốt thép đến nội lực chuyển vị, từ biến vật liệu kết cấu vật liệu nền, ảnh hưởng cố kết đến biến dạng nội lực kết cấu bên trên, phương án bố trí cọc theo điều kiện cụ thể đất nền.v.v chưa thể đề cập đến nghiên cứu này, tác giả coi tồn đồng thời nội dung mà tác giả cần nghiên cứu phát triển tiếp Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 81 Chun ngành XD cơng trình thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Xuân Bảo (1983), Nguyễn Văn Lệ, Vũ Thành Hải, Phạm Hồng Giang, Phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng để tính tốn cơng trình thủy lợi, Nhà xuất Nơng nghiệp Trần Bình, Hồ Anh Tuấn (1971), Phương pháp phần tử hữu hạn, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Phạm Hồng Giang, Nguyễn Văn Lệ, Nguyễn Khải, Phạm Ngọc Khánh (1993), Đàn hồi ứng dụng, Nhà xuất Nông nghiệp Giáo trình Cơ học đất móng (1966), Bộ mơn Địa chất, móng, Hà nội Giáo trình hướng dẫn sử dụng phần mềm Sap 2000 (2003) Giáo trình Nền móng (2000), Bộ mơn Địa – Cơ - Nền móng, Trường Đại học Thủy lợi, Nhà xuất Nơng nghiệp Giáo trình Thuỷ cơng (2004), Bộ môn Thủy công, Trường Đại học Thủy lợi, Nhà xuất Nông nghiệp Phạm Ngọc Khánh (2006), Phương pháp phần tử hữu hạn, Hà nội Phạm Ngọc Khánh (2002), Trình Đình Châm, Lý thuyết đàn hồi, Nhà xuất Nông nghiệp 10 Phạm Ngọc Khánh, Nguyễn Ngọc Oanh, Trần Mạnh Tuân, Nguyễn Công Thắng (1995), Cơ học kết cấu phần II phương pháp phần tử hữu hạn, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà nội 12 Nguyễn Văn Lệ (1993), Về làm việc đồng thời kết cấu cống trạm bơm với móng cọc, Tuyển tập hội nghị Địa kỹ thuật quốc tế, Hà Nội 13 Nguyễn Văn Quảng, Nguyễn Hữu Kháng (2005), Nền móng cơng trình dân dụng, Nhà xuất Xây dựng 14 Nguyễn Văn Quảng (2001), Nền móng nhà cao tầng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 15 Lý Trường Thành (1996), Phân tích chỉnh thể cống lộ thiên cống hộp có xét đến tương tác cống nền, Luận án Phó Tiến sĩ khoa học kỹ thuật Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy 82 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: T T T T T T T T CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM 1.1 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI TỈNH BẮC NINH: 1.2 CÁC HẠNG MỤC CƠNG TRÌNH CỦA MỘT TRẠM BƠM: 1.2.1 Nhà trạm bơm: T T T T T T T T 1.2.2 Bể hút, bể xả: T T 1.2.3 Hệ thống kênh dẫn, kênh xả: 1.2.4 Nhà quản lý: .5 1.2.5 Đường dây điện cao, hạ thế: 1.2.6 Các hạng mục điều tiết hỗ trợ: T T T T T T T T 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRẠM BƠM ĐÃ VÀ ĐANG XÂY DỰNG TẠI BẮC NINH: 1.3.1 Trạm bơm Trịnh Xá thị xã Từ Sơn: 1.3.2 Trạm bơm Tân Chi huyện Tiên Du: 1.3.3 Trạm bơm Hán Quảng xây dựng T T T T T T T T 1.4 NHỮNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỀ NỀN MĨNG TRẠM BƠM TRONG Q TRÌNH THI CÔNG VÀ SỬ DỤNG: T T CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CHO BẢN ĐÁY TRẠM BƠM .9 2.1 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN TÍNH TỐN TẤM CHỊU UỐN: 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỎ GẤP: 14 2.2.1 Các khái niệm bản: 14 2.2.2 Các phương trình lý thuyết vỏ gấp sử dụng để thiết lập thuật toán giải phương pháp phần tử hữu hạn 18 2.3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN MƠ HÌNH NỀN CHO BÀI TỐN: 20 2.3.1 Mơ hình Win-cơ-le (Winkler): 21 2.3.2 Mơ hình hai hệ số: 22 2.3.3 Mơ hình cọc: 23 T T T T T T T T T T T T T T T T T T Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD cơng trình thủy 83 2.4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SAP2000 VERSION 12.0.0 25 2.4.1.Lịch sử phát triển: 25 T T T T 2.4.2 Khả phần mềm SAP 2000 .25 T T CÁC PHIÊN BẢN CHÍNH SAP2000 CÓ LOẠI PHIÊN BẢN KHÁC NHAU: 26 2.4.3 Phiên sử dụng để tính tốn 27 T T T T CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG BẢN ĐÁY TRẠM BƠM THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 28 3.1 GIẢI BÀI TOÁN TẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN : 28 T T T T 3.1.1 Trình tự giải tốn phương pháp phần tử hữu hạn: .28 3.1.2 Tính kết cấu theo mơ hình tương thích 30 3.2 MƠ HÌNH TÍNH TỐN BẢN ĐÁY TRẠM BƠM TRÊN NỀN VÀ CỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN: 36 3.2.1 Nguyên tắc chung: 36 3.2.2 Dạng phần tử ẩn chuyển vị: 37 3.2.3 Ma trận độ cứng hệ 38 3.2.4 Xác định nội lực đáy: 38 3.3 CÁC BÀI TOÁN ĐẶT RA: 39 T T T T T T T T T T T T T T T T CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG ĐỂ TÍNH TỐN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG BẢN ĐÁY TRẠM BƠM HÁN QUẢNG HUYỆN QUẾ VÕ 40 4.1 GIỚI THIỆU VỀ CƠNG TRÌNH TRẠM BƠM HÁN QUẢNG HUYỆN QUẾ VÕ, TỈNH BẮC NINH: .40 4.1.1 Vị trí địa lý xây dựng cơng trình vùng hưởng lợi: .40 4.1.2 Nhiệm vụ cơng trình: 40 4.1.3 Cấp cơng trình tiêu thiết kế: 40 4.1.4 Quy mơ cơng trình: 41 4.1.5.Tài liệu địa chất phục vụ tính tốn: .41 4.2 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC: 45 4.2.1 Các thông số đầu vào để tính tốn ứng suất biến dạng trạm bơm T T T T T T T T T T T T T T T T T T 45 4.2.2 Thiết lập sơ đồ tính toán đáy trạm bơm Hán Quảng: .45 4.2.3.Các tiêu chuẩn áp dụng gồm có: .45 4.2.4.Các tài liệu tính tốn 45 4.2.5 Các trường hợp tính tốn: 46 T T T T T T Học viên: Nguyễn Trung Thành T T Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chun ngành XD cơng trình thủy 84 4.2.6 Xác định tải trọng tác dụng lên đáy trạm bơm: 50 4.2.7 Các bước tính toán phần mềm Sap2000 V12.0.0 52 T T T T 4.2.8 Mơ hình phân tích kết cấu dùng phần mềm Sap2000 54 4.3 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN 65 4.3.1 Trường hợp 1: Bài toán phẳng .65 T T T T T T 4.3.2 Trường hợp 2: Bài toán .66 4.3.3 Trường hợp 3: Bài toán .67 T T T T 4.3.4 Trường hợp 4: Bài toán .69 4.3.5 Trường hợp 5: Bài toán .71 4.4 SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 73 T T T T T T 4.4.1 Bài toán phẳng theo quy phạm hành tốn khơng gian 73 4.4.2 Trường hợp gia cố cọc có xét không xét làm việc đồng thời đáy đàn hồi 76 4.5 Nhận xét chung 77 T T T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 T T Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 85 Chuyên ngành XD công trình thủy THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Diện tích úng thiệt hại tỉnh Bắc Ninh Bảng 4.1: Các tiêu lý đất dùng cho tính tốn Bảng 4.2: Các tiêu lý đất dùng cho tính tốn (tiếp theo) Bảng 4.3: Các tiêu lý đất đắp Bảng 4.4: Tính lực tác dụng lên móng nhà trạm- trường hợp thi cơng Bảng 4.5: Tính lực tác dụng lên móng nhà trạm- trường hợp khai thác Bảng 4.6: So sánh kết mơ hình tốn phẳng tốn khơng gianMặt cắt đoạn trước tường ngực Bảng 4.7: So sánh kết mơ hình tốn phẳng tốn khơng gianMặt cắt bể hút Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 86 Chun ngành XD cơng trình thủy THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Nhìn từ bể hút trạm bơm Trịnh Xá- Từ Sơn- Bắc Ninh Hình 1.2: Phía nhà máy trạm bơm Trịnh Xá- Từ Sơn- Bắc Ninh Hình 1.3: Nhìn từ bể hút trạm bơm Tân Chi-Tiên Du-Bắc Ninh Hình 1.4: Phía nhà máy trạm bơm Tân Chi Hình 1.5: Nhìn từ bể hút trạm bơm Hán Quảng-Quế Võ-Bắc Ninh Hình 1.6: Nhìn từ bể xả trạm bơm Hán Quảng Hình 2.1: Các thành phần nội lực Hình 2.2: Các tải trọng tác dụng lên Hình 2.3: Kết cấu dầm tường Hình 2.4: Tấm chịu uốn Hình 2.5: Các thành phần chuyển vị Hình 2.6: Các thành phần nội lực Hình 2.7: Mơ hình Win-cơ- le Hình 2.8: Mơ hình hai hệ số Hình 2.9; Hình 2.10: Mơ hình cọc Hình 3.1: Sơ đồ giải toán kết cấu theo phương pháp PTHH Hình 3.2: Phần tử chữ nhật với điểm nút Hình 3.3: Phần tử Hình 4.1: Mặt đáy trạm bơm Hình 4.2: Mặt cắt ngang nhà trạm Hình 4.3: Cắt dọc nhà trạm Hình 4.4: Sơ đồ giải tốn kết cấu phần mềm SAP2000 Hình 4.5: Sơ đồ tính tốn kết cấu mặt cắt đoạn trước tường ngực Hình 4.6: Sơ đồ tính tốn kết cấu mặt cắt buồng hút Hình 4.7: Sơ đồ chuyển vị mặt cắt bể hút Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 87 Chun ngành XD cơng trình thủy Hình 4.8: Sơ đồ chuyển vị mặt cắt buồng hút Hình 4.9: Sơ đồ chuyển vị- Trường hợp Hình 4.10: Biểu đồ mơ men M11 - Trường hợp Hình 4.11: Biểu đồ mô men M22 - Trường hợp Hình 4.12: Sơ đồ chuyển vị - Trường hợp Hình 4.13: Biểu đồ mơ men M11 - Trường hợp Hình 4.14: Biểu đồ mơ men M22 - Trường hợp Hình 4.15: mơ hình tính tốn hệ cọc- đài móng Hình 4.16: Sơ đồ chuyển vị - Trường hợp Hình 4.17: Biểu đồ mơ men M11 - Trường hợp Hình 4.18: Biểu đồ mơ men M22 - Trường hợp Hình 4.19: Sơ đồ chuyển vị - Trường hợp Hình 4.20: Biểu đồ mơ men M11 - Trường hợp Hình 4.21: Biểu đồ mơ men M22 - Trường hợp Hình 4.22: Biểu đồ mô men mặt cắt đoạn trước tường ngực ứng với mơ hình tốn phẳng tốn khơng gian Hình 4.23: Biểu đồ mơ men mặt cắt buồng bút ứng với mơ hình tốn phẳng tốn khơng gian Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 ... CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG BẢN ĐÁY TRẠM BƠM THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 GIẢI BÀI TOÁN TẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN : Phương pháp PTHH phương pháp sử dụng phổ biến để... uốn, phương trình vỏ gấp coi tổ hợp phương trình hai loại kết cấu Trong luận văn giới hạn nghiên cứu phân tích ứng suất biến dạng đáy trạm bơm phương pháp phần tử hữu hạn, nên tác giả trình bầy phương. .. giải phương pháp phần tử hữu hạn, cụ thể phương trình hình học (cho liên hệ biến dạng chuyển vị) phương trình vật lý (cho liên hệ ứng suất biến dạng) *Với dầm tường: Ta có phương trình liên hệ biến