Phân tích ứng suất và biến dạng trong công trình thủy lợi khi chiu tác động của động đất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ VÂN ANH PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ NGÀNH : 60.58.40 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2006 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS LÊ ĐÌNH HỒNG Cán chấm nhận xét 1: TS BÙI CÔNG THÀNH Cán chấm nhận xét 2: TS TRÀ THANH PHƯƠNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM THI BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Ngày 20 tháng 01 năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH - ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : HỒ VÂN ANH Phái Ngày sinh : 20-05-1979 Nơi sinh : Hà Tây Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy MSHV I : Nữ : 02004527 TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Ứng dụng lý thuyết động lực học phân tích ứng suất, biến dạng cơng trình chịu tải trọng động đất theo phương pháp tính tốn khác nhau: phương pháp giả tĩnh, phương pháp giả động, phương pháp phổ ứng xử phương pháp biểu đồ gia tốc − Xác định yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng cơng trình thuỷ lợi xảy động đất: ảnh hưởng số mode dao động, cường độ cơng trình ảnh hưởng áp lực thuỷ động − Đánh giá vùng có khả gây nguy hiểm cơng trình − Lý thuyết áp dụng để nghiên cứu biến đổi ứng suất, biến dạng đập dâng nước – cơng trình thuỷ điện Bản Chát III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 16 tháng 01 năm 2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 06 tháng 10 năm 2006 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ ĐÌNH HỒNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS Lê Đình Hồng Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua Ngày TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH tháng năm 2006 TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Hồ Vân Anh Ngày, tháng, năm sinh: 20/05/1979 Nơi sinh: Hà Tây Địa liên lạc: An Thượng – Hoài Đức – Hà Tây Điện thoại quan: 84-8-221 0345 Điện thoại di động: 84-953 11 5858 Quá trình học tập - cơng tác: Tháng 6/2002: Tốt nghiệp Đại học Thuỷ lợi Hà Nội Năm 2004 – 2006: Học viên cao học khóa 15 ngành Cơng trình thuỷ – Khoa Kỹ thuật xây dựng - Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM Năm 2002: Công tác Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng tỉnh Kiên Giang Năm 2003 đến nay: Công tác Công ty Tư vấn Xây dựng Điện – Tổng Công ty Điện lực Việt Nam LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn TS Lê Đình Hồng hướng dẫn tận tình tài liệu mà tơi nhận suốt q trình học tập làm luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Kỹ thuật Tài nguyên nước – Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh hướng dẫn tận tình suốt q trình học tập Tơi xin chân thành cám ơn phịng Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh hỗ trợ thời gian học tập làm luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám đốc đồng nghiệp Công ty Tư vấn Xây dựng Điện hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa học thạc sĩ Cuối cùng, gia đình bạn bè nguồn động viên vô quan trọng giúp đỡ tơi có đủ tự tin hồn thành tốt luận văn TĨM TẮT PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT Động đất vấn đề mẻ khoa học, nhiều tác giả nghiên cứu theo nhiều phương pháp khác Động đất hay địa chấn rung chuyển hay chuyển động lung lay mặt đất Động đất kết chuyển động phay (geologic fault) hay phận đứt gãy vỏ Trái Đất hay hành tinh cấu tạo chủ yếu từ chất rắn đất đá Trong thời gian gần đây, giới tượng động đất xảy liên tục Ở nước ta xảy số trận động đất điển hình trận động đất Điện Biên (1955) trận động đất Tuần Giáo (1983) gây thiệt hại lớn tài sản, gây tâm trạng hoang mang cho người sống khu vực cơng trình Hiện tượng động đất nguyên nhân gây an toàn ổn định, ứng suất biến dạng cơng trình Do đó, cơng trình xây dựng vùng có khả xảy động đất, q trình tính tốn thiết kế, cần xét tới tải trọng động đất, lựa chọn vị trí, quy mơ cơng trình cho ổn định, ứng suất biến dạng cơng trình nằm giới hạn cho phép, không gây hư hỏng, phá hoại cơng trình Hiện nay, Việt Nam, số cơng trình xây dựng nói chung, cơng trình thủy lợi - thủy điện nói riêng xây dựng vùng chịu ảnh hưởng động đất Trong số đó, có nhiều cơng trình tính tốn chống động đất Tuy nhiên, nghiên cứu vấn đề cịn chưa đủ nên việc tính tốn, phân tích tác động cơng trình tác động động đất đơn vị tư vấn nước thực đơn vị hưởng thụ kết Do nội dung, nhiệm vụ luận văn bao gồm: Ứng dụng lý thuyết động lực học phân tích ứng suất, biến dạng cơng trình chịu tải trọng động đất theo phương pháp tính tốn khác nhau: phương pháp giả tĩnh, phương pháp giả động, phương pháp phổ ứng xử phương pháp biểu đồ gia tốc Xác định yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng công trình thuỷ lợi xảy động đất: ảnh hưởng số mode dao động, cường độ cơng trình ảnh hưởng áp lực thuỷ động Đánh giá vùng có khả gây nguy hiểm cơng trình Lý thuyết áp dụng để nghiên cứu biến đổi ứng suất, biến dạng đập dâng nước – cơng trình thuỷ điện Bản Chát phương pháp phần tử hữu hạn (ứng dụng phần mềm SAP) ABSTRACT ANALYZING STRESS AND DEFORMATION OF IRRIGATION PROJECT WHEN EARTHQUAKE EFFECT Earthquake is a new field of science and tecnology, it is researched with many different methods Earthquake or seims is shaking violently or shaky motion of ground Earthquake is result of geologic fault’s motion, part of fault in surface of the earth or planets which is created essentialy by solid like soil, rock In recently, earthquake occurs continously on the world In our country, there were some earthquakes: the seism in Dien Bien (1955) and the seism in Tuan Giao (1983) … Al of them caused grave damages for property and people who live in project area Earthquake is one of reasons which causes instability for project Hence, with project which is built in region where can occur earthquake, we must mention seismic load, select suitable position and size of structure for guarantee of stability, stress and deformation, not to sabotage and damage project Nowadays, in Viet Nam, there are some construction projects, irrigation – hydroelectric projects, which were built in seismic region Among them, there were calculated for resisting earthquake However, because our research is not adequate so calculation and analysis for earthquake of structure are performed by international consultants and only get their results Thus, main contents and functions of my thesis include: Applying dynamic theory in stress and deformation analysis by various methods: pseudo static method, pseudo dynamic method, respose spectra method, time history method Determining some factors effect stress, deformation of irrigation works during earthquake process: modes, intensity of foundation, hydro dynamic pressure Evaluating area where can cause danger with project Applying theory to research varied stress, deformation of dam of Ban Chat hydroelectric project by limited element method (apply SAP solfware) Mục lục MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1.1 1.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.6 1.7 1.8 ĐẶT VẤN ĐỀ VAI TRỊ CỦA CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI TRONG NỀN KINH TẾ QUỐC DÂN SỰ CẦN THIẾT PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI KHI CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT THANG ĐỘNG ĐẤT VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘNG ĐẤT Các đặc tính dao động động đất Thang động đất Đánh giá động đất TIÊU CHUẨN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN 10 Tiêu chuẩn tính tốn 10 Chương trình tính tốn 11 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 11 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 CẤU TRÚC LUẬN VĂN 13 CHƯƠNG 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG PHÂN TÍCH ĐỘNG ĐẤT 14 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ MỘT BẬC TỰ DO 15 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ NHIỀU BẬC TỰ DO 16 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ NHIỀU BẬC TỰ DO VIẾT TRONG HỆ TOẠ ĐỘ MODE DAO ĐỘNG 17 Phân tích tần số dao động hình dạng mode dao động 17 Điều kiện trực giao 18 Hệ toạ độ modal 20 Phương trình chuyển động hệ toạ độ mode 21 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐỘNG ĐẤT 23 Phương pháp giả tĩnh 23 Phương pháp giả động 24 Phân tích động đất phương pháp phổ ứng xử 24 Phân tích động đất phương pháp biểu đồ gia tốc 29 CHƯƠNG 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 GIỚI THIỆU CHUNG ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TRONG PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA ĐẬP BÊ TƠNG KHƠNG TRÀN 32 GIỚI THIỆU CHUNG CƠNG TRÌNH 33 Các thơng số kỹ thuật 33 Bố trí tổng thể cơng trình giải pháp kết cấu 33 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN 34 Giới thiệu chương trình SAP2000 34 Mơ hình tính tốn 35 Luận văn thạc sỹ i Mục lục 3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4 Vị trí tổng hợp kết 36 Cơ sở phương pháp 37 THÀNH PHẦN TẢI TRỌNG TÍNH TỐN 37 Trọng lượng thân đập (G) 37 Áp lực thuỷ tĩnh nước lên mặt thượng lưu hạ lưu đập 37 Áp lực thuỷ động nước tác dụng lên mặt thượng lưu cơng trình 38 Tải trọng động đất 40 CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN 41 CHƯƠNG 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢ TĨNH 46 Số liệu đầu vào 46 Trường hợp tính tốn 46 Tóm tắt kết tính tốn 46 PHƯƠNG PHÁP GIẢ ĐỘNG 54 Số liệu đầu vào 54 Trường hợp tính tốn 55 Tóm tắt kết tính toán 55 PHƯƠNG PHÁP PHỔ ỨNG XỬ 57 Số liệu đầu vào 57 Tóm tắt kết tính tốn 57 PHƯƠNG PHÁP BIỂU ĐỒ GIA TỐC 59 Số liệu đầu vào 59 Tóm tắt kết tính tốn 59 CHƯƠNG 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 5.3.1 5.3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT KHI PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP BÊ TÔNG 45 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ TỚI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG THÂN ĐẬP KHI XẢY RA ĐỘNG ĐẤT 66 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỐ MODE DAO ĐỘNG TRONG TÍNH TỐN ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG ĐẬP 67 Trường hợp tính tốn 67 Kết tính tốn 67 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC THUỶ ĐỘNG TỚI ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP 71 Trường hợp tính tốn 71 Kết phân tích 72 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ ĐUN ĐÀN HỒI NỀN TỚI ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP 76 Trường hợp tính tốn 76 Kết phân tích 77 CHƯƠNG Luận văn thạc sỹ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 82 ii Mục lục 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.4 6.4.1 6.4.2 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 83 Trường hợp phân tích 83 Kết phân tích 83 Mối quan hệ phương pháp tính toán tải trọng động đất 84 Nhận xét 85 ẢNH HƯỞNG CỦA SỐ MODE DAO ĐỘNG TRONG PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG 86 Mối quan hệ mode dao động 86 Nhận xét 88 ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP LỰC THUỶ ĐỘNG TỚI ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP KHI XẢY RA ĐỘNG ĐẤT 89 Mối quan hệ mực nước hồ với ứng suất biến dạng đập 89 Nhận xét 91 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ ĐUN ĐÀN HỒI NỀN TỚI ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP 92 Mối quan hệ mô đun đàn hồi ứng suất, biến dạng đập 92 Nhận xét 93 ĐÁNH GIÁ VÙNG CÓ KHẢ NĂNG XẢY RA NGUY HIỂM 95 Trường hợp bất lợi tính tốn 95 Vùng nguy hiểm mực nước hồ thay đổi 95 Vùng nguy hiểm mode dao động 97 CHƯƠNG 7.1 7.2 7.3 7.4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 100 KẾT LUẬN 100 KIẾN NGHỊ PHẠM VI ỨNG DỤNG 101 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO .103 Luận văn thạc sỹ iii Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu Áp lực thuỷ tĩnh -Áp lực thuỷ động F(10 3KN) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.2 0.4 H_Static 0.6 0.8 H_Dynamic H/Hđập Hình 6-7: Áp lực thuỷ tĩnh áp lực thuỷ động tác dụng vào cơng trình Sự biến đổi ứng suất, biến dạng đập thể qua biểu đồ tính quan hệ sau: Ảnh hưởng mực nước hồ tới ứng suất Phần tử 465 - Vị trí đập thượng lưu Ảnh hưởng mực nước hồ tới ứng suất đập Phần tử 601 - Vị trí chân đập thượng lưu S33(KN/m2) H/Hđập S33(KN/m2) 1000 0.2 0.4 0.6 0.8 -500 500 -1000 0.2 0.4 0.6 0.8 -500 -1500 -1000 -2000 -1500 -2500 -2000 H/H đập Hình 6-8: Ứng suất thượng lưu đập mực nước hồ thay đổi Luận văn thạc sỹ Trang 90 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu Ảnh hưởng mực nước hồ tới ứng suất đập Phần tử 871 - Vị trí chân đập hạ lưu S33(KN/m2) 0 Ảnh hưởng mực nước hồ tới ứng suất Phần tử 600 - Vị trí đập hạ lưu S33(KN/m 2) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 -100 -100 -200 -200 -300 -300 -400 -400 -500 -500 -600 -600 -700 -700 -800 H/Hđập H/Hđập Hình 6-9: Ứng suất hạ lưu đập mực nước hồ thay đổi Ảnh hưởng mực nước hồ tới chuyển vị ngang đập Nút 2095 - Vị trí đỉnh đập Ảnh hưởng mực nước hồ tới chuyển vị đứng đập Nút 2095 - Vị trí đỉnh đập Uz (cm ) Ux(cm) -4.8 -4.9 -5 0.2 0.4 0.6 0.8 -5.1 -1 0.2 0.4 0.6 0.8 -5.2 -5.3 -2 -5.4 -3 -4 -5.5 -5 -5.6 -6 -5.7 H/Hđập H/Hđập Hình 6-10: Chuyển vị đập mực nước hồ thay đổi 6.3.2 Nhận xét Tải trọng động đất xác định phương pháp giải tích theo phương pháp phổ cụ thể áp lực thuỷ động (Hình 6-6) xác định theo cơng thức Westergaard có giá trị chênh lệch không đáng kể Tuy nhiên, kết ứng suất đập tải trọng động đất tính từ hai phương pháp giả tĩnh phương pháp phổ có khác biệt tương đối lớn (Bảng 6-1, 6-2) Luận văn thạc sỹ Trang 91 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu Thơng qua kết tính tốn (ứng với trường hợp 1, 2, 3, Bảng 4-1, 4-2), đập không xảy động đất, ứng suất, chuyển vị đập tương đối an toàn đập không xuất ứng suất kéo Nhưng xảy động đất, (ứng với trường hợp 5, Bảng 4-8, 4-9) tải trọng động đất xác định phương pháp phổ ứng xử), đập xuất ứng suất kéo, cơng trình xuất vết nứt Nguyên nhân tải trọng động đất từ trọng lượng thân cơng trình, thiết bị số thành phần lực động khác có thành phần áp lực thuỷ động Từ bảng 6-3, ta thấy mực nước hồ cao ảnh hưởng áp lực thuỷ động đến cơng trình lớn Do đó, áp lực thuỷ động yếu tố tác động mạnh đến biến đổi ứng suất, chuyển vị cơng trình xảy động đất Khi mực nước hồ tăng, ứng suất thượng lưu cơng trình (Hình 6-8) có xu hướng tăng Ứng suất hạ lưu cơng trình (Hình 6-9), chuyển vị đỉnh đập (Hình 6-10) có xu hướng giảm Tuy biến đổi khơng ổn định, từ kết phân tích nhận thấy rằng, hồ tích đầy nước, vị trí xuất vết nứt gây nguy hiểm chủ yếu thượng lưu cơng trình (khơng kể vị trí xuất ứng suất kéo cục mặt cắt tính tốn biến đổi đột ngột) 6.4 ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ ĐUN ĐÀN HỒI NỀN TỚI ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP 6.4.1 Mối quan hệ mô đun đàn hồi ứng suất, biến dạng đập Khi mô đun đàn hồi thay đổi, ứng suất, biến dạng thay đổi Sự biến đổi ứng suất biến thể biểu đồ sau Ảnh hưởng mô đun đàn hồi tới ứng suất đập Phần tử 601 - Vị trí chân đập thượng lưu Ảnh hưởng mô đun đàn hồi tới ứng suất đập Phần tử 465 - Vị trí đập thượng lưu S33(KN/m 2) S33(KN/m2) 1500 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -200 1000 -400 500 -600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -500 -800 -1000 -1000 -1200 -1400 -1500 E/Eđập E/Eđập Hình 6-11: Ứng suất thượng lưu đập mô đun đàn hồi thay đổi Luận văn thạc sỹ Trang 92 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu Ảnh hưởng mô đun đàn hồi tới ứng suất đập Phần tử 871 - Vị trí chân đập hạ lưu Ảnh hưởng mơ đun đàn hồi tới ứng suất đập Phần tử 600 - Vị trí đập hạ lưu S33(KN/m 2) -400 S33(KN/m 2) -400 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -500 -450 -600 -500 -700 -550 -800 -600 -900 -650 -1000 -700 -1100 E/Eđập E/Eđập Hình 6-12: Ứng suất hạ lưu đập mơ đun đàn hồi thay đổi Hình 6-13: Chuyển vị đỉnh đập mô đun đàn hồi thay đổi 6.4.2 Nhận xét Qua kết nghiên cứu cho thấy, với cơng trình gia tốc ứng suất biến dạng cơng trình khác Ngun nhân khác biệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố mơ đun đàn hồi cơng trình yếu tố tương đối quan trọng Dựa vào biểu đồ quan hệ mô đun đàn hồi với ứng suất biến dạng đập cho thấy: Luận văn thạc sỹ Trang 93 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu Hình 6-14: Chuyển vị đập mô đun đàn hồi thay đổi Ảnh hưởng chủ yếu với cơng trình biểu thay đổi chu kỳ dao động trạng thái ứng suất cơng trình Thực tế, trạng thái cơng trình mơi trường bán đàn hồi tồn khuếch tán lượng, vật liệu đàn hồi lý tưởng Qua nghiên cứu thực nghiệm cho thấy trạng thái cơng trình chịu tải trọng động phụ thuộc vào đặc tính động lực cơng trình Vì cần phải xác định mơ hình tốn tính chất hệ vật lý, hàm giải tích mơ tả tác động động đất Mô đun đàn hồi tăng tức tốt hơn, chuyển vị đập (Hình 6-13, 6-14) giảm đó, ứng suất thượng lưu đập (Hình 6-11) có xu hướng tăng, mặt thượng hạ lưu vị trí đập có xu hướng tăng, vị trí chân đập hạ lưu có xu giảm (Hình 6-12) Như vậy, tốt, chuyển vị đập nhỏ, an toàn biến dạng đảm bảo Tuy nhiên, cần ý an tồn ứng suất Khi mơ đun đàn hồi thay đổi từ lớp IB đến IIB (Bảng 5-6, 5-7), vị trí đập thuộc mặt thượng lưu chân đập hạ lưu không xuất ứng suất kéo Ngồi ra, vị trí chân đập thượng lưu mặt hạ lưu vị trí đập vị trí có khả gây ứng suất kéo lớn Do đó, đặt cơng trình đá tốt, điều kiện ổn định trượt, lật, biến dạng đảm bảo cần kiểm tra ứng vị trí nguy hiểm ứng suất để đảm bảo kết cấu không xảy ứng suất kéo vượt qua ứng suất kéo vượt qua ứng suất kéo cho phép cơng trình tránh xảy nứt gây hư hỏng cơng trình Luận văn thạc sỹ Trang 94 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu 6.5 ĐÁNH GIÁ VÙNG CÓ KHẢ NĂNG XẢY RA NGUY HIỂM Như ta biết, khả nguy hiểm xảy đập ứng suất kéo chuyển vị đập vượt qua giới hạn cho phép, gây tượng nứt, phá hỏng cơng trình Thông qua kết nghiên cứu trên, ứng với trường hợp, điều kiện làm việc khác nhau, biến đổi ứng suất biến dạng khác 6.5.1 Trường hợp bất lợi tính tốn Từ kết tính tốn tổ hợp tải trọng xét trên, ta thấy: Khi không xét đến tải trọng động, thành phần lực tác dụng vào công trình chủ yếu lực tĩnh, khơng gây nguy hiểm đến cơng trình Hình 6-15: Trường hợp bất lợi tính tốn Khi xảy động đất, ngồi lực tĩnh, động cơng trình cịn chịu tác dụng tải trọng tăng thêm động đất gây nên Với trường hợp 6: đập vừa thi cơng xong xảy động đất, đập xuất ứng suất kéo Tuy nhiên, giá trị khơng lớn lực qn tính động đất chủ yếu trọng lượng thân đập gây nên Với trường hợp 5: hồ giai đoạn vận hành, xuất động đất, đập xuất ứng xuất kéo số vị trí Vì vậy, trường hợp gây bất lợi cơng trình cơng trình vận hành bình thường đồng thời xảy động đất 6.5.2 Vùng nguy hiểm mực nước hồ thay đổi Khi hồ tích đầy nước, đập xuất ứng suất kéo chân đập thượng hạ lưu vị trí mặt thượng, hạ lưu đập Tuy nhiên, vị trí xuất ứng Luận văn thạc sỹ Trang 95 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu suất kéo lớn chân đập thượng lưu vị trí có khả xuất nứt nhiều Hình 6-16: Vùng nguy hiểm mực nước hồ thay đổi Hình 6-16a: Vùng nguy hiểm hồ đầy nước Hình 6-16b: Vùng nguy hiểm hồ mực nước chết Luận văn thạc sỹ Trang 96 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu Hình 6-16c: Vùng nguy hiểm hồ khơng có nước Khi mực nước hồ giảm, ứng suất kéo chuyển vị đập giảm, đập có xu an tồn ứng suất Khi hồ khơng có nước, đập không xuất ứng suất kéo theo phương đứng Nhưng thực tế, mực nước hồ thường dao động từ mực nước chết đến mực nước dâng bình thường 6.5.3 Vùng nguy hiểm mode dao động Hình 6-17: Vùng nguy hiểm mode dao động Hình 6-14a-Vùng nguy hiểm mode dao động thứ Luận văn thạc sỹ Trang 97 Chương 6: Đánh giá kết nghiên cứu Khi nghiên cứu tính tốn theo phương pháp phổ, số mode dao động ảnh hưởng lớn đến ứng suất, biến dạng đập Ứng với mode dao động khác nhau, vị trí xuất ứng xuất kéo thay đổi Hình 6-14b: Vùng nguy hiểm mode dao động thứ năm Hình 6-14c: Vùng nguy hiểm mode dao động thứ mười Tuy nhiên, độ lớn ứng suất kéo lại phụ thuộc vào thành phần khối lượng tham gia dao động Do đó, vị trí xuất ứng suất kéo mode đóng vai trị định vùng nguy hiểm cơng trình Luận văn thạc sỹ Trang 98 Tài liệu tham khảo CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn thạc sỹ Trang 99 Tài liệu tham khảo 7.1 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Luận văn thực bao gồm nội dung sau: Giới thiệu phương pháp tính tốn tải trọng động đất: Phương pháp giả tĩnh, phương pháp giả động, phương pháp phổ ứng xử phương pháp biểu đồ gia tốc Ứng dụng phần mềm SAP, phân tích ứng suất, biến dạng đập dâng xảy động đất phương pháp khác sau so sánh, đánh giá kết Xác định ảnh hưởng yếu tố tới cơng trình: số mode dao động, áp lực thuỷ động, mô đun đàn hồi cơng trình Từ đưa kết luận tìm vị trí có khả gây nguy hiểm với cơng trình 7.2 KẾT LUẬN Với tốc độ phát triển mạnh mẽ kho học kỹ thuật, người ngày tiếp cận với thiên nhiên đối phó với thiên tai thiên nhiên gây nên.Trong đó, động đất thiên tai có ảnh hưởng khơng nhỏ tới đời sống người Trên giới xảy nhiều trận động đất nghiêm trọng có nhiều nghiên cứu đề cập đến vấn đề Ở nước ta có xảy số trận động đất có nhiều cơng trình tính tốn thiết kế có kể đến tải trọng động đất Tuy nhiên, số hạn chế, số cơng trình tính tốn xét đến tác động động đất phải dựa tiêu chuẩn nước nhà tư vấn nước ngồi tính tốn Do đó, mục tiêu luận văn có nhìn sơ khai động đất, tiếp cận, ứng dụng tính tốn cho cơng trình xây dựng nói chung cơng trình thuỷ lợi nói riêng xảy động đất tính tốn với đập dâng – cơng trình thuỷ điện Bản Chát ví dụ Từ kết nghiên cứu phân tích trên, đưa số kết luận: Với tầm quan trọng cơng trình khác ứng với cấp cơng trình khu vực xây dựng cơng trình, q trình tính tốn thiết kế, cần mơ hình hố tốn với thành phần lực tác dụng sát với thực tế đảm bảo an tồn cho cơng trình vận hành đặc biệt xảy động đất Các tiêu chuẩn chương trình tính tốn cơng cụ đắc lực tính tốn Vì vậy, từ lý thuyết sở, cần chọn tiêu chuẩn phương pháp tính phù hợp để đảm bảo nâng cao độ xác cho tốn Trong nghiên cứu cơng trình xảy động đất, có nhiều phương pháp xác định tải trọng động đất phương pháp phổ ứng xử đánh giá phương pháp sát với thực tế, thiên an toàn sử dụng rộng rãi Luận văn thạc sỹ Trang 100 Tài liệu tham khảo Đối với cơng trình thuỷ lợi, nước yếu tố có tác động mạnh mẽ đến cơng trình Khi khơng xảy động đất, ảnh hưởng chủ yếu nước áp lực thuỷ tĩnh gây nên Khi xảy động đất, công trình cịn chịu áp lực tăng thêm áp lực thuỷ động Đó điểm khác biệt cơng trình thuỷ lợi so với cơng trình xây dựng nói chung Ngồi ra, số mode dao động tính tốn cường độ ảnh hưởng lớn đến cơng trình Khi tính tốn kết cấu chịu ảnh hưởng động đất, cần chọn số mode thích hợp để đảm bảo độ xác cho kết tính tốn Nền cơng trình cần chọn cho thoả mãn điều kiện ổn định, ứng suất biến dạng Như ta biết, nghiên cứu hướng tới mục tiêu đảm bảo cho cơng trình an tồn, giảm thiếu hư hỏng xảy Khi xây dựng cơng trình vùng có xảy động đất, cần xác định vị trí có khả gây nguy hiểm cho cơng trình có số biện pháp thiết thực: − Đảm bảo khả chống động đất cách: + Xây dựng cơng trình khu vực thuận lợi mặt chống động đất + Quyết định kích thước chọn sơ đồ mặt vật liệu xây dựng cơng trình cho phù hợp với u cầu chống động đất + Tính tốn kết cấu chịu tác dụng lực động đất theo tiêu chuẩn quy phạm “xây dựng vùng động đất” − Lực động đất vùng xây dựng lấy theo thang độ tiêu chuẩn phù hợp, dựa vào đồ phân vùng địa chấn Viện vật lý trái đất Các số liệu đo cần hiệu chỉnh kết khảo sát nhỏ mặt động đất điểm xây dựng − Đối với vùng đất trượt, đất đắp, vùng có quặng nghèo, vùng có hầm mỏ… thi có biện pháp đảm bảo khả chịu tải trọng động đất cơng trình giải pháp kết cấu, vật liệu … − Ở vùng có động đất mạnh mà lớp đất xấu, khơng nên xây dựng cơng trình đất đá Nếu phải xây dựng, cần phải có biện pháp chống chấn động đặc biệt cho cơng trình 7.3 KIẾN NGHỊ PHẠM VI ỨNG DỤNG Trong tính tốn thiết kế cơng trình xây dựng vùng xảy động đất, hai phương pháp tính tốn tải trọng động đất dùng phương pháp phổ ứng xử phương pháp biểu đồ gia tốc theo thời gian − Với phương pháp biểu đồ gia tốc theo thời gian, kết ứng suất, biến dạng gần với thực tế biến đổi theo thời gian có cường độ, độ lớn phụ thuộc vào biến đổi trận động đất Tuy nhiên, kết biến đổi xét riêng với trận động đất riêng biệt Để có kết đáng tin cậy, cần Luận văn thạc sỹ Trang 101 Tài liệu tham khảo tính với nhiều trận động đất khác Sau tổng hợp kết quả, lựa chọn giá trị thiết kế thích hợp Nên phương pháp thường sử dụng nghiên cứu − Với phương pháp phổ ứng xử, tải trọng động đất xác định dựa gia tốc đỉnh Từ trận động đất khứ, ứng với gia tốc đỉnh thời điểm khác nhau, tổng hợp đường cong phổ Do đó, kết tốn thiên an tồn cho cơng trình thường sử dụng thiết kế Tiêu chuẩn tính tốn ảnh hưởng lớn đến kết phân tích Hiện nay, nước ta có tiêu chuẩn tính tốn kết cấu đồng thời kết hợp hai tiêu chuẩn Nga Mỹ Các tiêu chuẩn khác nhau, cho kết tính tốn khác Do đó, cần dựa tài liệu tính tốn điều kiện cơng trình để chọn tiêu chuẩn tính tốn thích hợp Nhưng chọn dựa theo tiêu chuẩn nước phải có sở Muốn phải có tài liệu biểu đồ gia tốc, điều kiện đất Việt Nam, phải có phương tiện thực nghiệm, phải đầu tư thời gian nghiên cứu q trình xây dựng cơng trình vùng có động đất phù hợp với điều kiện kinh tế kỹ thuật Việt Nam Hiện nay, có phần mềm tính tốn kết cấu có ứng dụng tính tốn cơng trình xảy động đất HN-BUILDING dung tính co nhà cao tầng khu vực Hà Nội, ETAB tính cho cơng trình dân dụng, SAP, SOLVIA…vv Trong đó, SAP phần mềm có đặc tính tính ưu việt phân tích kết cấu xây dựng chịu tải trọng động đất đặc biệt cơng trình thuỷ lợi Vì vậy, nước ta có số đơn vị sử dụng phần mềm để tính tốn cơng trình nằm vùng xảy động đất 7.4 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Luận văn nêu sở lý thuyết phân tích tải trọng động đất số phương pháp tính tốn Qua kết nghiên cứu cho thấy, phương pháp sử dụng phổ biến thiết kế phương pháp phổ ứng xử Đối với Việt Nam, khơng có biểu đồ địa chấn trận động đất mạnh, ghi chép trận động đất khơng thể sử dụng cho việc phân tích phổ tài liệu thực đo xa chấn tâm Do đó, cần phải phân tích số liệu có nước đồng thời sử dụng biểu đồ địa chấn giả, đáp ứng điều kiện địa chất, kiến tạo địa chấn vùng Đề tài nghiên cứu ứng dụng chức tính tải trọng động theo phổ (Spetrum) phần mềm SAP để phân tích kết cấu góc độ động học cách hồn hảo Tuy nhiên khơng phải phần mềm có đặc tính ưu việt Đề tài phát triển, tìm hiểu tiện lợi phân tích động đất phần mềm tính tốn khác thời gian Nội dung tập trung nghiên cứu ảnh hưởng động đất tới cơng trình thuỷ lợi áp dụng tính với đập dâng nước Với sở tốn nêu ra, ta hồn tồn tính tốn cơng trình thuỷ lợi khác tràn, cống, cửa lấy nước, tháp nước, tường chắn đất vv Đồng thời từ ta tính tốn cho cơng trình gia thơng, dân dụng cơng trình xây dựng nói chung Luận văn thạc sỹ Trang 102 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn thạc sỹ Trang 103 Tài liệu tham khảo Phạm Gia Lộc, Cơ sở động đất tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất, NXB Xây dựng, Hà Nội, 1985 Chopra, A.K., Dynamics of Structure, McGraw-Hill, 1993 Costa, J.L.D., Standard Methods for Seismic Analyses, Report BYG- DTU R064, Technical University of Denmark, 2003 US Army Corpt of Engineers, Seismic Design Provisions for Roller Compacted Concrete Dams, 1995 US Army Corpt of Engineers, Respone Spectra and Seismic Analysis for Concrete Hydraulic Structures, 1999 CSI Analysis Reference Manual for SAP2000, ETABS and SAFE, 2004 US Army Corpt of Engineers, Time- History Dynamic Analysis of Concrete Hydraulic Structures, 2003 Department of Civil, Geological and Mining Engineering, CADAM User’s Manual,2001 Luận văn thạc sỹ Trang 104 ... TRỌNG ĐỘNG ĐẤT KHI PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG ĐẬP BÊ TÔNG 45 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ TỚI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG TRONG THÂN ĐẬP KHI XẢY RA ĐỘNG ĐẤT 66 PHÂN... TĨM TẮT PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT Động đất vấn đề mẻ khoa học, nhiều tác giả nghiên cứu theo nhiều phương pháp khác Động đất hay... cơng trình thủy MSHV I : Nữ : 02004527 TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA ĐỘNG ĐẤT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Ứng dụng lý thuyết động