Tính toán kết cấu tháp điều áp của nhà máy thủy điện bằng phương pháp FEM và ứng dụng cho nhà máy thủy điện dốc cáy tỉnh thanh hóa

LỜI TÁC GIẢ Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài: “Tính toán kết cấu tháp điều áp Nhà máy thuỷ điện phương pháp FEM ứng dụng cho Nhà máy thuỷ điện Dốc Cáy - Tỉnh Thanh Hoá” hoàn thành cố gắng nỗ lực thân, tác giả cịn giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo, quan, gia đình bạn bè Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo PGS TS Nguyễn Quang Hùng trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả suốt trình thực luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, giáo Phịng đào tạo đại học Sau đại học, khoa Cơng trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi tận tình giảng dạy giúp đỡ tác giả suốt trình học tập, trình thực luận văn Để hoàn thành luận văn này, tác giả cổ vũ, động viên khích lệ thường xuyên giúp đỡ nhiều mặt gia đình bạn bè Với thời gian kiến thức cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy, cô giáo, Quý vị quan tâm bạn bè Hà Nội, tháng năm 2012 Tác giả luận văn Đặng Thanh Bình LỜI CAM KẾT Tên tơi là: Đặng Thanh Bình Học viên lớp: 17C2 Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả luận văn Đặng Thanh Bình MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN THUỶ ĐIỆN VIỆT NAM 1.1 Tiềm thủy điện Việt Nam: 1.1.1 Tiềm lý thuyết thuỷ điện Việt Nam: 1.1.2 Tiềm kinh tế - kỹ thuật thủy điện Việt Nam: .5 1.2 Tình hình xây dựng thủy điện Việt Nam định hướng phát triển .6 1.2.1 Tình hình xây dựng thủy điện Việt Nam .6 1.2.2 Định hướng phát triển thủy điện Việt Nam .7 1.3 Các hình thức khai thác thủy 16 1.3.1 Dùng đập để tạo thành cột nước 16 1.3.2 Tập trung cột nước đường dẫn 17 1.3.3 Trạm thuỷ điện kiểu kết hợp đập - đường dẫn 18 1.4 Các hình thức kết cấu tháp điều áp thường dùng 19 1.4.1 Tháp điều áp .19 1.4.2 Các hình thức kết cấu tháp điều áp thường dùng 21 1.5 Kết luận chương 1: .23 CHƯƠNG LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH VÀ CÁC VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP TRONG TÍNH TỐN KẾT CẤU THÁP ĐIỀU ÁP 25 2.1 Giới thiệu phương pháp tính tốn kết cấu tháp điều áp 25 2.1.1 Các phương pháp tính tốn tháp điều áp 25 2.1.2 Lựa chọn phương pháp tính toán .28 2.2 Các vấn đề thường gặp tính tốn kết cấu tháp điều áp phương pháp phần tử hữu hạn - FEM 31 2.2.1 Mơ hình 31 2.2.2 Đưa thành phần ngoại lực tác dụng vào tháp .31 2.2.3 Tổ hợp tính tốn động kết cấu tháp điều áp với các phần ngoại lực 34 2.3 Các kỹ thuật xử lý việc giải FEM cho kết cấu tháp điều áp 34 2.3.1 Giải vấn đề mơ hình hóa 34 2.3.2 Giải vấn đề đưa ngoại lực tác dụng lên tháp điều áp tính tốn kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn – FEM 35 2.3.3 Giải việc tổ hợp thành phần lực tính tốn động kết cấu tháp điều áp với các phần ngoại lực khác 40 2.4 Trình tự thực phân tích kết tháp điều áp phương pháp FEM tính tốn tốn động 41 2.5 Kết luận chương 43 CHƯƠNG NỘI DUNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP FEM CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN DỐC CÁY - TỈNH THANH HÓA 44 3.1 Giới thiệu cơng trình thủy điện Dốc Cáy 44 3.1.1 Giới thiệu chung nhà máy 44 3.1.2 Địa hình, địa mao .44 2.1.3 Địa chất: 45 2.1.4 Điều kiện khí tượng thuỷ văn .46 2.1.5 Hệ thống hạng mục cơng trình gồm: 47 3.2 Lựa chọn mơ hình tính tốn 51 3.2.1 Lựa chọn mơ hình: 51 3.2.2 Xây dựng mơ hình tính tốn từ cơng trình thực tế 53 3.3 Tính tốn phân tích kết tính tốn tháp điều áp 55 3.3.1 Các lực tác dụng tổ hợp lực 55 3.3.2 Xác định lực tác dụng lên cơng trình 55 3.3.3 Kết tính toán cho tổ hợp 57 3.4 Kết luận chương 3: 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 4.1 Kết luận: .76 4.1.1 Những kết đạt luận văn: 76 4.1.2 Những vấn đề tồn tại: .77 4.2 Kiến nghị: 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phương thức khai thác kiểu đập 16 Hình 1.2: Trạm thuỷ điện bố trí 17 Hình 1.3: Trạm thuỷ điện bố trí 17 Hình 1.4: Sơ đồ đặt tháp điều áp .18 Hình 1.5: Sơ đồ dao động mực nước tháp điều áp 19 Hình 1.6: Các kiểu tháp điều áp 21 Hình 2.1: Tính tốn tháp điều áp theo quan điểm cắt lát cắt 27 Hình 2.2: Mơ hình tính tốn 3D phần tử Solid tháp điều áp 28 Hình 2.3: Mơ hình tính tốn 3D phần tử Shell tính tốn tháp điều áp 28 Hình 2.4: Đồ thị dao động mực nước tháp theo thời gian .32 Hình 2.5: Ký hiệu vị trí xác định cột nước Hmax, Hi, Hmin .36 Hình 2.6: Biểu đồ thể đưa áp lực nước theo thời gian vào tháp theo cách thứ 38 Hình 2.7: Biểu diễn phương pháp đưa áp lực nước lực biến thiên theo thời gian cách thứ hai .39 Hình 2.8: Sơ đồ khối tính tốn kết cấu Sap2000 41 Hình 3.1a: Tháp điều áp 52 Hình 3.1b: Cắt dọc tháp điều áp 53 Hình 3.2: Mơ hình sở đồ tính xây dựng Sap2000 v14 54 Hình 3.3: Đồ thị dao động mực nước tháp theo thời gian .56 Hình 3.4:Phương chiều hệ trục tọa độ địa phương 57 Hình 3.5: Quy định, phương chiều nội lực 58 Hình 3.6: Áp lực nước tác dụng lên tháp với mực nước Min=105.95(m) 59 Hình 3.7: Chuyển vị tháp ứng với mực nước Min=105.95(m) 59 Hình 3.8: F11 tháp ứng với mực nước Min=105.95(m) .60 Hình 3.9: F22 tháp ứng với mực nước Min=105.95(m) 60 Hình 3.10: M11 tháp ứng với mực nước Min=105.95(m) 60 Hình 3.11: M22 tháp ứng với mực nước Min=105.95(m) 60 Hình 3.12: V13 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 61 Hình 3.13: V23 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 61 Hình 3.14: Áp lực nước tác dụng lên tháp với mực nước Min=121.11(m) 61 Hình 3.15: Chuyển vị tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 61 Hình 3.16: F11 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 62 Hình 3.17: F22 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 62 Hình 3.18: M11 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 62 Hình 3.19: M22 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 62 Hình 3.20: V13 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 63 Hình 3.21: V23 tháp ứng với mực nước Max=121.11(m) 63 Hình 3.22: F11 phần tử shell 2691 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 64 Hình 3.23: F11 phần tử shell 2076 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 65 Hình 3.24: F22 phần tử shell 2160 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 65 Hình 3.25: F22 phần tử shell 1615 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 66 Hình 3.26: F12 phần tử shell 2156 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 66 Hình 3.27: F12 phần tử shell 2147 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 67 Hình 3.28: M11 phần tử shell 2161 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 67 Hình 3.29: M11 phần tử shell 2160 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 68 Hình 3.30: M22 phần tử shell 2187 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 68 Hình 3.31: M22 phần tử shell 2082 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 69 Hình 3.32: M12 phần tử shell 2183 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 69 Hình 3.33: M12 phần tử shell 2192 tháp ứng với mực nước tháp .70 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Phân bố tiềm lý thuyết theo lưu vực .5 Bảng 1.2: Phân bố tiềm kinh tế - kỹ thuật theo lưu vực Bảng 1.3: Các dự án nguồn điện vào vận hành giai đoạn 2011 - 2020 .8 Bảng 2.1: Tốc độ gió lớn khơng kể hướng- V (m/s) 47 Bảng 2.2: Các thông số của cơng trình 47 Bảng 2.3: Quy mô hạng mục cơng trình 49 Bảng 3.1: Đặc trưng vật liệu phần tử shell mô tháp 54 Bảng 3.2: Bảng tổng hợp kết tính tốn áp lực nước tĩnh .59 tháp ứng với mực nước lớn nhỏ trình dao động 59 Bảng 3.3: Bảng tổng hợp kết tính tốn áp lực nước tháp dao động 63 Bảng 3.4: Bảng tổng hợp chu kỳ, tần số dao động riêng tháp điều áp 64 Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết nội lực tháp điều áp ứng với trường hợp tải tĩnh MN=121.11(m) trường hợp mực nước tháp dao động 71 Bảng 3.6: Bảng tổng hợp hệ số nội lực trường hợp tính tốn động .73 tính tốn tĩnh .73 MỞ ĐẦU Nguồn lượng điện có vai trị vơ to lớn phát triển văn hố đời sống nhân loại Nhu cầu điện giới tăng trưởng ngày mạnh hoà nhịp với tốc độ tăng trưởng kinh tế chung sản xuất điện ngày phát triển mạnh Đất nước ta đà hội nhập phát triển Cùng với trình phát triển chung đất nước nhu cầu dùng điện nguồn nănglượng vô quan trọng để thúc đẩy phát triển kinh tế đất nước Sản lượng điện lấy từ cơng trình thuỷ điện đóng vai trị chủ yếu cho nguồn lưới điện quốc gia Các cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện có quy mô từ nhỏ đến lớn triển khai xây dựng miền đất nước như: Thuỷ điện Hồ Bình, thuỷ điện Sơn La, thuỷ điện Tuyên Quang, thuỷ điện Lai Châu, thuỷ điện Dốc Cáy, thuỷ điện Yaly, thuỷ điện Trị An, thuỷ điện Thác Mơ, thuỷ điện Quảng Trị Để đáp ứng nhu cầu dùng điện miền đất nước, đặc biệt nơi mà lưới điện quốc gia chưa có khả cung cấp Với vị trí địa lý nước ta biện pháp khả thi xây dựng cơng trình thuỷ điện vừa nhỏ, thường có địa hình thuận lợi với nguồn nước dồi từ sông suối, dễ dàng xây dựng cơng trình thuỷ lợi kết hợp với nhà máy thuỷ điện để thực nhiệm vụ: phát điện, điều tiết nước Tính cấp thiết đề tài: Ngày nay, nhu cầu dùng điện ngày tăng cao diễn biến bất thường thời tiết làm cho nhiệt độ trái đất ngày tăng lên Sản lượng điện cung cấp không đủ đáp ứng nhu cầu dùng điện Các cơng trình Thuỷ lợi - Thuỷ điện gấp rút xây dựng như: Thuỷ điện Lai Châu ,thủy điện Sơn La, Thủy điện Đồng Nai, Thủy điện Bản Chát, Thủy điện Nậm Chiến… Tuy nhiên, đầu tư xây dựng cơng trình thuỷ điện có công suất lớn thường phải sử dụng hồ rộng, dễ dẫn đến ngập lụt nhiều phải di dân với số lượng lớn, ảnh hưởng tiêu cực lớn đến mơi trường Ngồi vốn đầu tư lớn dẫn đến khó khăn kế hoạch phát triển đầu tư Nhà nước Do việc xây dựng cơng trình thuỷ điện vừa nhỏ phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững, đồng thời phù hợp với trạng kinh tế nước ta Việc nghiên cứu, tìm giải pháp khoa học kỹ thuật để có sở tính tốn lựa chọn xây dựng trạm thuỷ điện vừa nhỏ cách hiệu nhằm mục đích khai thác hợp lý nguồn tiềm to lớn lượng thuỷ điện để phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo ổn định trị an ninh quốc phòng nhiệm vụ cấp thiết cần phải thực Đối với cơng trình thuỷ điện nhỏ chủ yếu dùng hình thức khai thác kiểu đường dẫn, hạng mục tháp điều áp hạng mục quan trọng hệ thống Việc nghiên cứu tính tốn kết cấu tháp điều áp nhà máy cho hợp lý thiếu Đề tài luận văn “Tính tốn kết cấu tháp điều áp Nhà máy thuỷ điện phương pháp FEM ứng dụng cho Nhà máy thuỷ điện Dốc Cáy - Tỉnh Thanh Hoá” đặt nhằm mục đích nghiên cứu lựa chọn giải pháp cơng trình hợp lý cho trạm thuỷ điện, nâng cao hiệu góp phần đáp ứng nhu cầu dùng điện, nâng cao nguồn điện để phát triển kinh tế xã hội Mục đích đề tài: Mục đích đề tài nghiên cứu tính tốn kết cấu tháp điều áp nhà máy thuỷ điện phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng phương pháp tính cho tháp điều áp thuỷ điện Dốc Cáy - tỉnh Thanh Hóa Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Tháp điều áp nhà máy thủy điện 66 Hình 3.25: F22 phần tử shell 1615 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian Hình 3.26: F12 phần tử shell 2156 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 67 Hình 3.27: F12 phần tử shell 2147 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian Hình 3.28: M11 phần tử shell 2161 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 68 Hình 3.29: M11 phần tử shell 2160 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian Hình 3.30: M22 phần tử shell 2187 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 69 Hình 3.31: M22 phần tử shell 2082 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian Hình 3.32: M12 phần tử shell 2183 tháp ứng với mực nước tháp dao động tháp theo thời gian 70 Hình 3.33: M12 phần tử shell 2192 tháp ứng với mực nước tháp 3.3.4 Tổng hợp phân tích kết quả: a) Tổng hợp kết quả: 71 Bảng 3.5: Bảng tổng hợp kết nội lực tháp điều áp ứng với trường hợp tải tĩnh MN=121.11(m) trường hợp mực nước tháp dao động Value - Vị trí Max value Area/Joint Min value Area/Joint Value - Vị trí Max value Area/Joint Min value Area/Joint Value - Vị trí Max value Area/Joint Min value Area/Joint Tonf/m Tonf/m 79.88 26.61 2691/1297 2160/3 -96.55 -121.31 2076/665 1615/217 V13 V23 Tonf/m 101.72 2142/799 -103.05 2160/32 F11 M11 Tonfm/m 63.61 2161/5 -88.64 2160/3 F12 Tonf/m 116.46 2629/41 -36.23 2125/32 V13 Tonf/m Tonf/m 103.08 37.05 2152/808 2156/707 -101.71 -35.02 2134/790 2147/699 F22 M11 TonfTonf/m m/m 77.10 40.29 2125/3 2161/5 -129.05 -69.98 1549/2 2125/3 V23 F12 Tonf/m 82.23 2142/799 -82.23 2125/32 Tonf/m Tonf/m 82.23 54.18 2151/808 2138/689 -82.23 -54.18 2133/790 2129/680 M22 Tonfm/m 63.62 2187/765 -91.81 2082/705 M12 Tonfm/m 32.03 2183/757 -32.39 2192/773 M22 Tonfm/m 40.29 2169/729 -72.47 2053/3 M12 Tonfm/m 21.49 2165/719 -21.49 2174/737 TH Tính tốn Trường hợp tính tốn động Max value Area/Joint Min value Area/Joint F22 TH Tính tốn Mực nước =121.11(m) Value - Vị trí F11 72 Max value Area/Joint Min value Area/Joint Value - Vị trí Max value Area/Joint Min value Area/Joint F22 M11 Tonfm/m 34.37 2161/5 -48.58 2125/3 F12 M22 TonfTonf/m Tonf/m m/m 42.25 14.53 34.37 2665/41 2125/3 2169/729 -48.48 -93.01 -50.30 2053/28 1549/2 2053/3 V13 V23 M12 TonfTonf/m Tonf/m Tonf/m m/m 56.53 56.53 19.85 17.36 2142/799 2151/808 2138/689 2165/719 -56.53 -56.53 -19.85 -17.36 2125/32 2133/790 2129/680 2174/737 TH Tính tốn Mực nước = 105.95(m) Value - Vị trí F11 b) Phân tích kết quả: Qua tính toán kết cấu tháp điều áp nhận thấy phản ứng hệ kết cấu với trường hợp mực nước tháp tĩnh mực nước tháp dao động khác Về nội lực nhìn chung trường hợp tính tốn tĩnh với mực nước tháp mực nước lớn trình dao động mực nước tháp MN=121.11(m) có lực F11, F22, F12 lớn so với trường hợp tính tốn động với q trình mực nước dao động tháp, cịn nội lực khác M11, M22, M12, V13, V23 ngược lại Tuy nhiên tỷ số khác nhau, nhìn chung mặt an tồn kết cấu cơng trình, trường hợp tính tốn động có ảnh hưởng không tốt với kết cấu Thành phần nội lực F11 nội lực theo phương thẳng đứng, F22 phương tiếp tuyến với tháp, thành phần lực kéo, nén, khả chịu nén bê tơng lớn, lên khơng ảnh hưởng nhiều, nằm khả chịu tải bê tôngyt Như thành phần lực F11, F22, F12 tính tốn an tồn kết cấu bỏ quả, lại 73 thành phần lại ảnh hướng tới an tồn kết cấu tác giả tập trung phân tích vào Từ kết tính tốn tác giả nhận thấy, tính tốn với tốn động kết nội lực M11, M22, M12, V13, V23 lớn trường hợp tính tốn tĩnh Bảng 3.6: Bảng tổng hợp hệ số nội lực trường hợp tính tốn động tính tốn tĩnh Động/Tĩnh M11 M22 V13 V23 Max value 1.58 1.57 1.24 1.25 M12 1.49 Min value 1.27 1.27 1.25 1.24 1.51 Như từ phần tích kết rút hệ số vượt tải tính tốn động so với tính tốn tĩnh 1.24÷1.58 tùy thành phần nội lực, áp lực thủy động tăng thêm (V13, V23 - phương vng góc với thành tháp) 1.24÷1.25 lần so với áp lực thủy tĩnh Từ hình 3.6 ÷ 3.21 nhận thấy quy luật phản ứng kết cấu trường hợp tính tốn tĩnh là: áp lực nước tăng chiều cao vị trí xét giảm, quy luật ngoại lực nội lực có quy luật tương tự, riêng chuyển vị theo phương thẳng đứng có quy luật ngược lại, chiều cao vị trí điểm xét giảm tương đồng với độ giảm chuyển vị theo phương thẳng đứng Khi khai thác kết tác giả nhận thấy xu hướng đáp ứng hệ kết cấu trường hợp áp lực nước tĩnh áp lực nước động tức trường nội lực có xu hướng vị trí gần phía chân tháp nội lực lớn giảm dần xa vị trí chân tháp, trường chuyển vị theo phương thẳng đứng ngược lại Điều hồn toàn hợp lý, với quy luật áp lực thủy tĩnh chứng minh, kết phát triển theo xu hướng hiển nhiên Lý do: 74 theo phương pháp lực định luật III Newton, để hệ kết cấu cân ngoại lực tác dụng vào F nội lực phải sinh lực F để cân với ngoại lực tác dụng, lực F tăng nội lực tăng theo, với điều kiện ngoại lực tác dụng làm sinh nội lực phải nằm giới hạn chịu đựng vật liệu làm kết cấu Trong thành phần nội lực sinh bảng thống kê khơng có thành phần vượt q giới hạn chịu đựng kết cấu, kết cấu làm việc bình thường khơng bị phá hoại Từ đồ thị hình 3.22 đến hình 3.33 tác giả nhận thấy quy luật trường hợp tính tốn động nội lực dương đạt giá trị lớn có quy luật thuận với xu hướng lực tác dụng, tức tăng giảm, nội lực âm đạt giá trị lớn có quy luật ngược lại với quy luật lực tác dụng, tức lực tác dụng có xung hướng tăng thành phần nội lực giảm Với hệ số cản 5% nhận thấy dao động gần tắt sau lực tác dụng tắt, từ đồ thị hình 3.22 đến hình 3.33 ta thấy quy luật phản ứng nội lực kết cấu thay đổi theo ngoại lực tác dụng, ngoại lực tắt nội lực với giá trị mà kết cấu chịu, nội lực đáp ứng lại trọng lượng thân kết cấu tác dụng lực hấp dẫn Từ đồ thị hình biểu diễn phổ nội lực tháp điều áp chịu tác dụng áp lực nước tĩnh động tác giả thấy rõ: biểu đồ nội lực có tính chất đối xứng phản đối xứng Điều hoàn toàn phù hợp với nguyên tắc: với hệ kết cấu đối xứng, chịu tải trọng đổi xứng mơ men đối xứng lực cắt phản đối xứng 3.4 Kết luận chương 3: Thơng qua việc phân tích kết cấu tháp điều áp thủy điện Dốc Cáy quan điểm áp lực nước, luận văn đạt kết bước đầu thay đổi đường ứng suất tháp theo điều kiện khác 75 Tính tốn tĩnh với mực nước max, tháp điều áp để tính tốn thiết kế kết cấu tháp thay tính tốn động nhân với hệ số hợp lý Tùy kết cấu cụ thể, qua phân tích kết tháp điều áp thủy điện Dốc Cáy số cơng trình khác mà tác giả có thời gian phân tích, tính tốn tính với hệ số vượt tải nc = 1.15 ÷ 1.25 hồn tồn chấp nhận bỏ tính tốn động Việc tính tốn tĩnh đơn giản nhanh chóng nhiều so với tính tốn động, nhiên việc lựa chọn hệ số áp lực động tăng thêm cần nghiên cứu kỹ để phù hợp với điều kiện tháp điều áp chưa xét đến yếu tố thời gian Tính tốn tĩnh khơng cho biết phản ứng của hệ kết cấu theo thời gian thời điểm Tính tốn kết cấu tháp điều áp cho thấy rõ trình đáp ứng hệ kết cấu theo thời gian dao động mực nước tháp Với hệ số cản tất dao động 5% dao động tháp gần tắt sau tải trọng tác động theo thời gian tắt Do việc lựa chọn hệ số cản dao động ảnh hưởng nhiều tới ứng xử cơng trình 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận: 4.1.1 Những kết đạt luận văn: Qua trình nghiên cứu tính tốn kết cấu tháp điều áp Nhà máy thủy điện phương pháp FEM ứng dụng cho nhà máy thủy điện Dốc Cáy - tỉnh Thanh Hóa, cụ thể thể Chương luận văn, tác giả thu kết đạt sau: Làm rõ khác toán động tốn tĩnh, tính tốn kết cấu tháp điều áp, việc tính tốn động cần thiết, tác động tải trọng động áp lực nước va với tần suất dao động lớn nguy hiểm Từ thấy rõ tầm quan trọng việc nghiên cứu ảnh hưởng lực động tác dụng vào kết cấu cơng trình nói chung kết cấu tháp điều áp nói riêng Tính tốn đáp ứng hệ kết cấu – tháp điều áp với tốn khơng gian, cho tồn tháp, với ngoại lực thay đổi theo thời gian Tác giả lực chọn phương pháp tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn cụ thể sử dụng phần mềm tính tốn kết cấu Sap2000 để tính tốn luận văn với mục đích tính “Tính tốn kết cấu tháp điều áp Nhà máy thuỷ điện phương pháp FEM ứng dụng cho Nhà máy thuỷ điện Dốc Cáy - Tỉnh Thanh Hố” hồn tồn phù hợp Trong luận văn tác giả đưa phương pháp, quan điểm, trình tự thể thực tính tốn tháp điều áp phần mềm Sap2000, từ áp dụng vào tốn cụ thể Nghiên cứu tính tốn xét đến tải trọng động thấy rõ mức độ nguy hiểm xảy tượng nước va trình đóng, ngắt phụ tải, nghiên cứu tác giả đưa hệ số vượt tải tính tốn 77 tháp điều áp sử dụng tính toán tĩnh với điều kiện đưa hệ số vượt tải vào hợp lý (hệ số áp lực tăng thêm): a) Tính tốn tĩnh với mực nước max, tháp điều áp để tính tốn thiết kế kết cấu tháp thay tính tốn động nhân với hệ số hợp lý Tùy kết cấu cụ thể, qua phân tích kết tháp điều áp thủy điện Dốc Cáy số cơng trình khác mà tác giả có thời gian phân tích, tính tốn tính với hệ số vượt tải nc = 1.15 ÷ 1.25 hồn tồn chấp nhận bỏ tính tốn động b) Việc tính tốn tĩnh đơn giản nhanh chóng nhiều so với tính tốn động, nhiên việc lựa chọn hệ số áp lực động tăng thêm cần nghiên cứu kỹ để phù hợp với điều kiện tháp điều áp chưa xét đến yếu tố thời gian c) Tính tốn tĩnh khơng cho biết phản ứng của hệ kết cấu theo thời gian thời điểm d) Tính tốn kết cấu tháp điều áp cho thấy rõ trình đáp ứng hệ kết cấu theo thời gian dao động mực nước tháp e) Với hệ số cản tất dao động 5% dao động tháp gần tắt sau tải trọng tác động theo thời gian tắt Do việc lựa chọn hệ số cản dao động ảnh hưởng nhiều tới ứng xử cơng trình Phân tích xu hướng phát triển dự đoán phản ứng hệ kết cấu kết theo thời gian từ kết tính tốn tốn động, kiểm chứng lại phản ứng hệ kết cấu theo thời gian 4.1.2 Những vấn đề cịn tồn tại: - Mơ hình vật liệu mơ hình tuyến tính - Chưa xét đến phá hoại kết cấu 78 - Chưa xét đến ảnh hưởng động đất tới tháp điều áp, với mô hình khơng gian tháp - Chưa xét đến mơ hình tháp điều áp 3D phần tử Solid - Chưa xét đến ảnh hưởng khác đến tháp điều áp như: nhiệt độ, gió, hoạt tải người giai đoạn khác thi công tháp - Chưa xét đến toán tương hỗ chất lỏng (nước) - chất rắn (bê tông) - Bỏ qua số lực tháp làm việc thực tế: Nhiệt độ, đất, gió, nước ngầm, hoạt tải người - Chưa xét đến tổ hợp tính tốn: tổ hợp thi cơng tháp, tổ hợp động đất 4.2 Kiến nghị: Trong khoảng thời gian làm luận văn cho phép, trình độ hạn chế tác giả nên tác giả có số kiến nghị nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu tính tốn kết cấu dạng tháp điều áp khác - Tính phi tuyến vật liệu làm tháp điều áp - Mơ hình tháp điều áp 3D phần tử Solid - Ảnh hưởng động đất tới tháp điều áp, với mơ hình khơng gian tháp - Xét đến toán tương hỗ chất lỏng (nước) - chất rắn (bê tông) - Ảnh hưởng khác đến tháp điều áp như: Nhiệt độ, đất, gió, nước ngầm, hoạt tải người giai đoạn khác thi cơng tháp Trong thời gian tới tác giả có điều kiện sâu nghiên cứu vấn đề nêu 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bộ Thủy Lợi, Vụ kỹ thuật (1982), Sổ tay kỹ thuật Thủy lợi, NXB Nông nghiệp Bộ Xây dựng (1995), Tải trọng tác động lên công trình TCVN 2737-1995, NXB Xây dựng, Hà Nội Bộ Xây Dựng (2002), Cơng trình Thủy lợi - Các qui định chủ yếu thiết kế TCXDVN 285-2002, NXB Xây dựng, Hà Nội Bộ Cơng Thương, tạp chí cơng nghiệp - Vụ lượng, Thủy điện Việt Nam tiềm triển vọng phát triển Nhà xuất công thương 2010 Hồng Đình Dũng - Phạm Hồng Nhật - Vũ Hữu Hải - Nguyễn Thượng Bằng (1991), Trạm thủy điện - Các cơng trình tuyến lượng NXB Giao thông vận tải PGS TS Hồ Sỹ Dự - PGS TS Nguyễn Duy Hạnh - TS Huỳnh Tấn Lượng PGS TS Phan Kỳ Nam Cơng trình trạm thuỷ điện, NXB Xây dựng 2009 Nguyễn Duy Hạnh, Nguyễn Duy Thiện, Khảo sát thiết kế trạm thủy điện nhỏ, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1970 Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hùng (2011), Ansys - phân tích kết cấu cơng trình thủy lợi thủy điện Phạm Ngọc Khánh, Trịnh Đình Châm (2002), Lý thuyết đàn hồi, NXB Xây dựng, Hà Nội 10 Phạm Ngọc Khánh, Nguyễn Công Thắng (2007), Phương pháp số, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội 11 Nguyễn Duy Thiện, Thiết kế thi công Trạm thủy điện nhỏ NXB xây dựng 2010 12 Chu Quốc Thắng, Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học - Kỹ thuật 1997 80 13 Đinh Bá Trụ - Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, Hướng dẫn sử dụng phần mềm ANSYS 14 Ngơ Trí Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thái (2005), Giáo trình thủy cơng - tập 1, ĐHTL 15 Bùi Đức Vinh (2006), Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm SAP2000, NXB Thống kê Tiếng Anh: 16 Harold I Laursen, Stuctural analysis, 1978 17 J.E.Bowles, Foundations Alysis and Design, 4th Ed, Mc Graw-Hill, 1988 ... TRONG TÍNH TỐN KẾT CẤU THÁP ĐIỀU ÁP 2.1 Giới thiệu phương pháp tính tốn kết cấu tháp điều áp 2.1.1 Các phương pháp tính tốn tháp điều áp Trong tính tốn thiết kế nghiên cứu tháp điều áp thường sử dụng. .. thuỷ điện phương pháp phần tử hữu hạn ứng dụng phương pháp tính cho tháp điều áp thuỷ điện Dốc Cáy - tỉnh Thanh Hóa Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Tháp điều áp nhà máy thủy điện. .. PHƯƠNG PHÁP TÍNH VÀ CÁC VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP TRONG TÍNH TỐN KẾT CẤU THÁP ĐIỀU ÁP 25 2.1 Giới thiệu phương pháp tính tốn kết cấu tháp điều áp 25 2.1.1 Các phương pháp tính tốn tháp điều áp