Nghiên cứu xác định hệ số nhám địa hình thực tế nhằm xây dựng sự tương quan về vận tốc gió cho thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ DUY PHÚC ĐẠT C C R L T NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM ĐỊA HÌNH THỰC TẾ NHẰM XÂY DỰNG SỰ TƢƠNG QUAN DU VỀ VẬN TỐC GIÓ CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ DUY PHÚC ĐẠT NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM ĐỊA HÌNH THỰC TẾ NHẰM XÂY DỰNG SỰ TƢƠNG QUAN C C VỀ VẬN TỐC GIÓ CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS VÕ DUY HÙNG Đà Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn C C DU R L T Võ Duy Phúc Đạt MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài Bố cục đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIÓ 1.1 Gió khí 1.2 Vận tốc gió 1.2.1 Vận tốc gió 1.2.2 Thành phần nhiễu loạn gió 1.2.3 Hàm mật độ phổ lƣợng C C R L T 1.2.4 Hàm số tƣơng quan không gian 10 1.2.5 Góc gió thổi 11 1.2.6 Gió tác động lên phƣơng tiện giao thông 11 DU 1.3 Một số đặc điểm thời tiết gió thành phố Đà Nẵng 12 1.3.1 Bão 12 1.3.2 Lốc 13 1.3.3 Gió 13 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1: 13 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH VẬN TỐC GIĨ TRONG ĐƠ THỊ 14 2.1 Xác định vận tốc gió khu vực đô thị 14 2.1.1 Phƣơng pháp tính vận tốc gió sử dụng hàm Logarit 14 2.1.2 Phƣơng pháp tính vận tốc gió theo cơng thức kinh nghiệm (hàm mũ) 15 2.1.3 Thang gió BEAUFORT 16 2.2 Phân vùng gió Việt Nam 22 2.3 Cơ sở xác định hệ số nhám thực tế địa hình 23 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2: 23 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM ĐỊA HÌNH VÀ TƢƠNG QUAN VỀ VẬN TỐC GIÓ CHO CÁC ĐIỂM THUỘC THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 24 3.1 Giới thiệu địa điểm nghiên cứu 24 3.2 Giới thiệu hệ thống đo gió cảnh báo 25 3.2.1 Tổng quan 25 3.2.2 Thiết bị đo tốc độ gió kiểu cốc 25 3.2.3 Thiết bị đo tốc độ gió kiểu cánh quạt: 26 3.2.4 Thiết bị đo tốc độ gió kiểu sợi đốt: 26 3.2.5 Thiết bị đo tốc độ gió sóng siêu âm 27 3.2.6 Thiết bị đo tốc độ gió sóng âm 27 3.2.7 Thiết bị đo gió cầm tay ( Handy anenometer) 28 3.3 Đo đạc thực nghiệm xác định hệ số nhám địa hình 28 3.4 Đánh giá, so sánh kết đo đạc thực tế với tiêu chuẩn TCVN 2737-1995 37 3.5 Xác định mối quan hệ địa điểm trạm đo 38 3.5.1 Xác định mối quan hệ địa điểm đo so với trạm chủ 38 3.6 Đƣa cảnh báo tốc độ 42 3.7 Mô tả hệ thống 43 3.7.1 Tổng quan hệ thống đo gió 43 C C R L T 3.7.2 Thiết bị đo tốc độ gió 44 3.7.3 Phần mềm mô phỏng, dự báo tốc độ gió 45 3.8 Kết nghiên cứu 46 DU KẾT LUẬN CHƢƠNG 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) GIẤY XÁC NHẬN ĐĂNG TRÊN TẠP CHÍ GIAO THƠNG BÀI BÁO (DỰ THẢO) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Độ nhám bề mặt Z0 10 1.2 Tần số bão đổ vào vùng bờ biển Việt Nam (1961÷2008) 12 2.1 Phân loại địa hình hệ số , z0 (m) 15 2.2 Phân loại độ nhám bề mặt theo TCVN 2737-1995 16 2.3 Chuyển đổi đơn vị tốc độ 18 2.4 Thang sức gió Beaufort miêu tả 19 2.5 Trị số áp lực gió tƣơng ứng với vùng 22 2.6 Các giá trị VB cho vùng tính gió Việt Nam 22 2.7 Các giá trị S 23 3.1 Số liệu tính tốn hệ số α Cảng Vụ 3.2 Số liệu tính tốn hệ số α Cầu Nam Ơ 3.3 Số liệu tính tốn hệ số α Cầu Thuận Phƣớc 3.4 Số liệu tính tốn hệ số α Cầu Rồng 31 3.5 Số liệu tính tốn hệ số α Cầu Trần Thị Lý 32 3.6 Số liệu tính tốn hệ số α Cầu Tun Sơn 33 3.7 Số liệu tính tốn hệ số α Bãi biển Thanh Khê 34 3.8 Số liệu tính toán hệ số α Bãi biển Liên Chiểu 35 3.9 Số liệu tính tốn hệ số α Nguyễn Sinh Sắc - Nguyễn Tất Thành 36 3.10 Phân loại độ nhám bề mặt theo TCVN 2737-1995 37 3.11 Hệ số  vị trí đo 37 3.12 Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc Cảng vụ cầu Thuận Phƣớc 38 3.13 Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc Cảng vụ cầu Rồng 39 3.14 Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc Cảng vụ cầu Trần Thị Lý 39 3.15 Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc cầu Trần Thị Lý cầu Tuyên Sơn 40 3.16 Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc bãi biển Thanh Khê cầu Thuận Phƣớc 40 3.17 Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc bãi biển Thanh Khê nút giao Nguyễn Sinh Sắc - Nguyễn Tất Thành 41 C C R L T DU 28 29 30 Số hiệu Tên bảng bảng 3.18 Trang Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc bãi biển Liên Chiểu nút giao Nguyễn Sinh Sắc - Nguyễn Tất Thành 41 3.19 Bảng số liệu thể mối quan hệ vận tốc bãi biển Liên Chiểu cầu Nam Ô 42 3.20 Mối quan hệ vận tốc gió tốc độ xe cho phép 42 C C DU R L T DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Quan hệ vận tốc gió theo hƣớng gió với chiều cao 1.2 Tốc độ gió biến đổi khơng có tính chu kỳ 1.3 Quan hệ C m với độ cao nhám bề mặt z0 1.4 Quan hệ hệ số suy giảm C với vận tốc gió 11 1.5 Quan hệ hệ số suy giảm C với vận tốc gió độ cao 11 1.6 Hàng rào chắn gió cầu Severn nƣớc Anh 11 1.7 Hàng rào chắn gió cầu Ohnaruto Nhật Bản 12 3.1 Bản đồ thể vị trí đƣợc chọn 24 3.2 Thiết bị đo tốc độ gió kiểu cốc – Phiên 1846 đƣợc phát minh Tiến sĩ John Thomas Romney Robinson (Nguồn Wikipedia 26 3.3 Thiết bị đo tốc độ gió kiểu cánh quạt (Nguồn Wikipedia) 26 3.4 Thiết bị đo tốc độ gió kiểu sợi đốt.(Nguồn Wikipedia) 27 3.5 Thiết bị đo tốc độ gió kiểu sóng siêu âm 27 3.6 Thiết bị đo tốc độ kiểu sóng âm 27 3.7 Thiết bị đo gió cầm tay 28 3.8 Sơ đồ nguyên lý tổng thể hệ thống dự báo tốc độ gió 43 3.9 Hình ảnh thực tế thiết bị đo gió đƣợc xây dựng lắp đặt 44 C C R L T DU 3.10 Giao diện cổng thơng tin tốc độ gió 45 3.11 Giao diện đồ số dự báo tốc độ gió 46 3.12 Thực mơ hoạt động gió khu vực dự báo tốc độ gió số điểm tham chiếu 46 3.13 Giao diện đồ 47 3.14 Thơng số gió cầu Thuận Phƣớc 47 TÓM TẮT “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM ĐỊA HÌNH THỰC TẾ NHẰM XÂY DỰNG SỰ TƢƠNG QUAN VỀ VẬN TỐC GIÓ CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG” Học viên: Võ Duy Phúc Đạt Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Khóa K37 - Trƣờng Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Vấn đề nắm bắt đƣợc vận tốc gió hƣớng gió thị quan trọng cho việc cảnh báo giao thông đƣờng nhƣ tàu du lịch sông Hàn điều kiện gió mạnh Do đó, nghiên cứu tập trung giải vấn đề dự báo vận tốc gió thị Sau xác định hệ số nhám địa hình thực tế cho địa điểm tính tốn thuộc thành phố Đà Nẵng, độ tƣơng quan vận tốc gió vị trí đƣợc thiết lập Cuối hệ thống đo đạc, truyền dẫn vận tốc gió hƣớng gió phục vụ cảnh báo giao thông đƣợc thiết kế chi tiết Từ khóa: Gió thị, hệ số nhám địa hình, tƣơng quan vận tốc gió, hệ thống dự báo, hệ thống đo đạc C C R L T “RESEARCH ON DETERMINING TERRAIN COEFFICIENT TO BUILDING ESTIMATING THE URBAN WIND SPEED CORRELATION FOR DANANG CITY” DU Abstract: The problem of understanding the wind speed and wind direction in urban areas is critical issue for traffic warnings as well as for cruise ships on Han River in strong wind conditions Therefore, this study focuses on solving the problem of forecasting wind speed in urban areas After determining the topographic roughness coefficients for each location in Da Nang city, the wind velocity correlation between the locations were established Finally, the design of wind-forecast system, transmitting wind speed and wind direction for traffic warning is proposed in detail Key words: Wind forecast, terrain coefficient, measurement system, wind profile, wind velocity correlation, measurement system MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, gió tác động gió gây lật xe, lật tàu nhƣ ảnh hƣởng đến giao thông lại đề tài thiết đƣợc bàn luận nhiều nhiều nơi hội thảo Các vụ tai nạn lật xe nhƣ lật tàu với nguyên nhân chủ yếu tác động gió gây Ở đất nƣớc phát triển nhƣ Việt Nam, phƣơng tiện giao thông nói chung xe máy nói riêng phƣơng tiện đƣợc ngƣời dân ƣa chuộng sử dụng tham gia giao thơng nhƣng chƣa có nghiên cứu tính toán hiểu rõ nguyên nhân lý gây lật xe để từ tìm hƣớng giải vấn đề cấp thiết Để kiểm soát vận tốc gió phục vụ cho giao thơng, nơng nghiệp thiết kế thị, liệu vận tốc gió cần thiết Vận tốc gió xốy đƣờng đƣờng thủy phụ thuộc vào gió khu vực đó, đồng thời bị ảnh hƣởng yếu tố địa hình địa vật xung quanh Các trạm khí tƣợng thƣờng cung cấp đầy đủ liệu nhiên vấn đề C C R L T khác địa hình địa vật, độ cao khu vực đặt trạm đo khu vực khác thành phố Để ƣớc lƣợng vận tốc tốc gió khu vực khác thành phố, yếu tố DU địa hình địa vật xung quanh vị trí cần kiểm tra kỹ lƣỡng Trạm đo gió chuẩn thƣờng đo gió cao độ 10m so với mực nƣớc biển khu vực mở thống gió Gió vị trí khác đƣợc tính dựa trạm đo chuẩn ( Trạm chủ) phụ thuộc vào địa hình cao độ vị trí Sự thay giảm vận tốc gió vị trí thống nhƣ cửa sơng thƣờng vị trí khác vào sâu bên thành phố với nhiều tòa nhà lớn Do liệu gió trạm thời tiết chƣa đủ để xác định vận tốc gió điểm khác thành phố Nhà quản lý, ngƣời thiết kế cần tính tốn nội suy vận tốc gió nhằm phục vụ cho khai thác giao thông, thiết kế Hiện tiêu chuẩn gió 2337-1995 có đề cập đến hệ số nhám địa hình để xác định tƣơng quan vận tốc gió Tuy nhiên, tiêu chuẩn ch đƣa mức chung chƣa đầy đủ cho khu vực khác Đồng thời với thị hóa phát triển nay, địa hình địa vật Đà Nẵng có nhiều thay đổi Vì vậy, việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu xác định hệ số nhám địa hình thực tế nhằm xây dựng tương quan vận tốc gió cho thành phố Đà Nẵng” có tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu a Mục tiêu tổng quát - Nghiên cứu xác định lại hệ số nhám địa hình thực tế, từ xác định 46 C C Hình 3.11 Giao diện đồ số dự báo tốc đ gió R L T DU Hình 3.12 Thực mơ hoạt đ ng gió khu vực dự báo tốc đ gió m t số điểm tham chiếu 3.8 Kết nghiên cứu Từ số liệu thu thập đƣợc nhƣ qua q trình tính tốn Ta tiến hành đƣa số liệu vào liệu web http://windmapdanang.tapit.vn/ để tạo nên đồ gió tự động cập nhật liên tục 01 phút 01 lần đƣa cảnh báo cho phƣơng tiện tham gia giao thông 47 C C R L T Hình 3.13 Giao diện đồ DU Hình 3.14 Thơng số gió cầu Thuận Phước 48 Qua đồ ngƣời tham gia giao thơng, tàu thuyền cập nhật thơng số tốc độ gió theo giời thực địa điểm thành phố Đồng thời, xem đƣợc thông số tốc độ xe máy cho phép qua cầu Ngồi ra, vận tốc gió theo độ cao đƣợc nội suy đồ, nhà xây dựng có để lấy thơng số liên quan đến gió theo độ cao Qua đồ ngƣời tham gia giao thông, tàu thuyền cập nhật thơng số tốc độ gió theo giời thực địa điểm thành phố Đồng thời, xem đƣợc thơng số tốc độ xe máy cho phép qua cầu Ngoài ra, vận tốc gió theo độ cao đƣợc nội suy đồ, nhà xây dựng có để lấy thơng số liên quan đến gió theo độ cao KẾT LUẬN CHƢƠNG 3: C C + Lựa chọn công thức thực nghiệm để xác định hệ số nhám địa hình cho điểm thuộc thành phố Đà Nẵng; R L T + Giới thiệu hệ thống đo gió cảnh báo; + Kết đo đạc thực nghiệm điểm thuộc thành phố Đà Nẵng, tính hệ số nhám địa hình cho trạm đo, từ xây dựng mối tƣơng quan tốc độ gió trạm đo; DU + Xây dựng hệ thống cảnh báo tốc độ gió 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài nghiên cứu xây dựng đƣợc mối tƣơng quan vị trí so với trạm chủ từ thành lập đƣợc đồ gió tự động cập nhật liên tục phút lần để ngƣời dân thành phố tiện theo dõi nhƣ đƣa khuyến cáo tốc độ xe chạy qua vị trí Nghiên cứu áp dụng cho thực tế thành phố khác Việt Nam, đặc biệt điều kiện mƣa bão Đồng thời hƣớng đến xây dựng đồ gió thiết kế cho thành phố Đà Nẵng vùng lân cận phục thiết kế cầu cơng trình cao tầng Ngồi ra, kết nghiên cứu sở để phục vụ cho việc du lịch bến thuyền sông Hàn nhƣ số trị chơi mạo hiểm ngồi biển Tránh cố đáng tiếc thiên tai gây C C R L T Kiến nghị định hƣớng phát triển đề tài Trên sở kết đạt đƣợc đề tài, định hƣớng cho phát triển đề tài nhƣ sau: - Nghiên cứu sâu xác định hệ nhám địa hình thực tế nhằm xây dựng DU tƣơng quan vận tốc gió để đƣa khuyến cáo Quy hoạch cảnh quan kiến trúc cao tầng cho khu vực - Nâng cao độ xác để xác định vận tốc gió vị trí sử dụng cơng thức thực nghiệm 50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Ngô Tất Thành Khoa (2013), Ảnh hưởng địa hình đến áp lực gió, Texas Tech University (USA) http://ibst.vn/DATA/admin/Tapchi2011/NgoTThanh3.06.pdf Vo D.H., Do A.V (2018),“Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều tiết giao thơng cho xe máy điều kiện gió mạnh”, Kỉ yếu hội nghị nghiên cứu khoa học Trƣờng đại học Bách Khoa Đà Nẵng 2018 [3] Hồng Nam (2016), Gió tác động gió lên cơng trình Nhà xuất Đại học Quốc gia, Tp Hồ Chí Minh [4] [5] Viện Khoa học kỹ thuật xây dựng - Bộ Xây dựng (1995), Tiêu chuẩn 2737:1995 - Tải trọng tác động C.J.Baker (2003), Some complex applications of the “wind loading chain Journal of [6] Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 91, pp.1791-1811 N Shiraishi, M Matsumoto, H Shirato(1982), Fundamental study on unsteady aerodynamic force on bluff body Proceedings of Japan Society for Civil [7] Engineers, No.328, pp.19-30 Givoni, Baruch, Climate Considerations in Building and Urban Design, New york, Van Nostrand Reinhold, 1998 [8] Do A.V., Ngo V.T., Vo D.H*, Nguyen H.N.T , Developing the overturning warning C C R L T DU systems for motorcycles travelling in strong wind condition, Procedding of The 17th International Symposium on Advanced Technology, Danang 2017, (ISSN 24344273) [9] Krstíc, M.; Kanellakopoulos I.; Kokotovíc, P.: Nonlinear and Adaptive Control Design John Wiley & Sons, Inc., New York 1995 [10] Quang Ng.Ph.; Dittrich, J.-A.: Praxis der feldorientierten Drehstromantriebsregelungen Aufl., Expert-Verlag, 1999 [11] Các thông tin thiết bị đo gió thu thập Internet C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T C C DU R L T ... tương quan vận tốc gió cho thành phố Đà Nẵng? ?? có tính cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu a Mục tiêu tổng quát - Nghiên cứu xác định lại hệ số nhám địa hình thực tế, từ xác định tƣơng quan vận tốc gió cho. .. Trị số  hệ số không thứ ngun xác định tính nhám bề mặt địa hình Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Xác định lại đƣợc hệ số nhám địa hình thực tế để xác định vận tốc gió cho địa điểm thành phố Đà Nẵng. ..ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ DUY PHÚC ĐẠT NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH HỆ SỐ NHÁM ĐỊA HÌNH THỰC TẾ NHẰM XÂY DỰNG SỰ TƢƠNG QUAN C C VỀ VẬN TỐC GIÓ CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG R L T DU Chuyên