Đánh giá an toàn kết cấu cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin cậy

LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập làm luận văn tốt nghiệp cao học, giúp đỡ thầy, cô giáo trường Đại học Thủy lợi, đặc biệt cô TS Phạm Hồng Cường, thầy GS.TS Nguyễn Văn Mạo cô Th.s Nguyễn Lan Hương, nỗ lực thân Đến nay, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Các kết đạt đóng góp nhỏ mặt khoa học q trình nghiên cứu tính tốn ổn định cống lộ thiên, góp phần nâng cao độ xác trình đưa mức độ hư hỏng độ tin cậy cơng trình Tuy nhiên, khn khổ luận văn, đo điều kiện thời gian trình độ có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận lời bảo góp ý thầy, giáo đồng nghiệp Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô TS Phạm Hồng Cường, thầy giáo GS.TS Nguyễn Văn Mạo cô Th.s Nguyễn Lan Hương hướng dẫn, bảo tận tình cung cấp kiến thức khoa học cần thiết trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo thuộc Bộ môn Thủy công- khoa Công trình, phịng Đào tạo Đại học Sau Đại học trường Đại học Thủy lợi tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành tốt luận văn thạc sỹ Tác giả chân thành cảm ơn Công ty tư vấn chuyển giao công nghệ Trường Đại Học Thủy Lợi, Phịng thí nghiệm thủy lực tổng hợp- Văn phòng tư vấn- trường Đại học thủy lợi tạo điều kiện cung cấp tài liệu liên quan giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp gia đình động viên, khích lệ tác giả trình học tập thực luận văn Hà nội, tháng năm 2013 Tác giả Nguyễn Thị Huyền Trang BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình trước Tác giả Nguyễn Thị Huyền Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T Tính cấp thiết đề tài .1 T T 2 Nội dung nghiên cứu đề tài T T Phạm vi nghiên cứu đề tài T T Mục tiêu đề tài T T Cách tiếp cận nghiên cứu T T 6 Các kết đóng góp luận văn T T Ý nghĩa khoa học thực tiễn T T CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN T PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH CỐNG T T 1.1 Tình hình xây dựng cống đồng Việt Nam T T T T 1.1.1 Cống lấy nước T T T T 1.1.2 Cống điều tiết T T T T 1.1.3 Cống tiêu T T T T 1.1.4 Cống phân lũ .6 T T T T 1.1.5 Cống ngăn triều .7 T T T T 1.1.6 Cống tháo cát T T T T 1.2 Các phận cống lộ thiên .9 T T T T 1.2.1 Bộ phận nối tiếp thượng lưu 10 T T T T 1.2.2 Thân cống 11 T T 1.2.3 Bộ phận nối tiếp hạ lưu 11 T T T T 1.3 Đặc điểm làm việc cống yêu cầu tính tốn thiết kế 11 T T T T 1.3.1 Tính tốn thủy lực .11 T T 1.3.2 Tính tốn ổn định cống .14 T T 1.3.3 Tính tốn kết cấu phận cống 15 T T 1.3.4 Nguyên tắc bố trí lựa chọn kết cấu cống 17 T T 1.4 Các phương pháp tính tốn ổn định cống dùng thiết kế 18 T T T T 1.4.1 Phương pháp ứng suất cho phép .18 T T T T 1.4.2 Phương pháp hệ số an toàn .18 T T 1.4.3 Phương pháp trạng thái giới hạn 19 T T 1.4.2 Phương pháp tính theo độ tin cậy 20 T T T T 1.5 Ưu nhược điểm phương pháp .23 T T T T 1.6 Kết luận chương 24 T T T T CHƯƠNG BÀI TOÁN THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHẦN T MỀM ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TỐN .25 2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy 25 T 26 T 2.1.1 Giới thiệu chung 25 T T 2.1.2 Những ưu điểm bật sử dụng lý thuyết độ tin cậy 28 T T 2.2 Cơ sở toán học phương pháp ngẫu nhiên .29 T T 2.2.1 Tính tốn cấp độ I: 29 T T 2.2.2 Tính tốn cấp độ II 31 T T 2.2.3 Tính tốn cấp độ III 36 T T 2.3 Cơ chế phá hoại ổn định tổng thể cống đồng 37 T T 2.3.1 Sơ đồ cành cố cống đồng 37 T T 2.3.2 Lý thuyết áp dụng để phân tích 39 T T 2.4 Xác suất xảy cố cống lộ thiên 42 T T 2.4.1 Cống ổn định trượt 43 T T T T 2.4.2 Cống ổn định lật 43 T T T T 2.4.3 Cống ổn định ứng suất 43 T T T T 2.5 Các phần mềm dùng luận văn 44 T T 2.5.1 Phần mềm BESTFIT .44 T T 2.5.2 Phần mềm VAP for MS Windows 46 T T 2.6 Kết luận chương 48 T T CHƯƠNG ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TÍNH ỔN ĐỊNH MỘT T PHƯƠNG ÁN CỐNG NAM ĐÀN - NGHỆ AN 50 3.1 Đặt vấn đề 50 T T 3.2 Giới thiệu chung 50 T T 3.2.1 Vị trí cơng trình 50 T T 3.2.2 Nhiệm vụ quy mơ cơng trình 50 T T 3.2.3 Các thơng số cơng trình đầu mối 51 T T 3.3 Các trường hợp tính tốn ổn định Cống Nam Đàn .54 T T 3.4 Các tài liệu tính tốn .56 T T 3.5 Tính tốn ổn định trượt phẳng 57 T T 3.5.1 Tính ổn định trượt cống theo phương pháp hệ số an toàn 57 T T 3.5.2 Tính ổn định trượt của cống theo trạng thái giới hạn .60 T T 3.5.3 Tính ổn định trượt của cống theo lý thuyết độ tin cậy .60 T T 3.6 Kiểm tra lật quanh trục B .67 T T 3.6.1 Kiểm tra lật cống theo phương pháp hệ số an toàn 67 T T 3.6.2 Kiểm tra lật của cống theo trạng thái giới hạn 67 T T 3.6.3 Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậy 67 T T 3.7 Kiểm tra ứng suất đáy móng A, B 68 T T 3.7.1 Kiểm tra ứng suất đáy móng cống theo phương pháp hệ sớ an toàn68 T T 3.7.2 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo trạn g thái giới hạn .70 T T 3.7.3 Kiểm tra ứng suất đáy móng cống theo lý thuyết độ tin cậy 70 T T 3.8 Phân tích/Đánh giá kết 71 T T T T 3.8.1 Phân tích/ Đánh giá kết tính tốn ổn định trượt phẳng 71 T T T T 3.8.2 Phân tích/ Đánh giá kết tính tốn ổn định lật 71 T T T T 3.8.3 Phân tích/ Đánh giá kết tính tốn ứng suất (khả chịu tải T T T nền) 72 T 3.9 Kết luận chương 74 T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 T T Những kết đạt được: 75 T T 2 Những tồn tại: 76 T T Kiến nghị: 77 T T Hướng tiếp tục nghiên cứu: .78 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 T T I Tiếng Việt 79 T T II Tiếng nước 80 T T PHỤ LỤC CHƯƠNG 81 T T DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1: Cống Xuân Quan TU T U Hình 1-2: Cống Nam Đàn TU T U Hình 1-3: Cống hạ lưu Liên Mạc TU T U Hình 1-4: Cống Phủ Lý, Hà Nam TU T U Hình 1-5: Cống Láng Thé TU T U Hình 1-6: Cống Cầu Xe .6 TU T U Hình 1-7: Cống Vân Cốc TU T U Hình 1-8: Cống đập Ba Lai TU T U Hình 1-9: Cống Cầu Bơng TU T U Hình 1-10: Cống Bảo Đinh TU T U Hình 1-11: Cống đập Cần Chơng TU T U Hình 1-12: Cắt dọc cống lộ thiên 10 TU T U Hình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn thực dụng .12 TU T U Hình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn đỉnh rộng 12 TU T U Hình 1-15: Sơ đồ chảy tự .12 TU T U Hình 1-16: Sơ đồ chảy ngập 12 TU T U Hình 1-17: Ngưỡng cuối bể tiêu .13 TU T U Hình 1-18: Răng tiêu 13 TU T U Hình 1-19: Mố tiêu 13 TU T U Hình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên đáy cống 16 TU T U Hình 1-21: Tường ngực sơ đồ áp lực nước tác dụng lên 16 TU T U Hình 1-22: Sơ đồ tính trụ chịu lực thẳng đứng 17 TU T U Hình 2-1: Định nghĩa biên hư hỏng Z = 27 TU T U Hình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy kết cấu cơng trình .27 TU T U Hình 2-3 Sơ đồ cành cố cống lộ thiên 38 TU T U Hình 2-4 Định nghĩa xác suất xảy cố số độ tin cậy .42 TU T U Hình 3-1: Sơ đồ đáy móng cống 55 TU T U Hình 3-2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống trường hợp cống đóng 55 TU T U Hình 3-3: Luật phân phối γ k .65 TU R U R2 T Hình 3-4: Luật phân phối γ bt 65 TU RU U R2 U T Hình 3-5: Luật phân phối ϕ 66 TU T U Hình 3-6: Luật phân phối C 66 TU T U Hình 3-7: Luật phân phối L 66 TU T U Hình 3-8 : Ảnh hưởng đại lượng 73 TU T U ngẫu nhiên đến ổn định trượt cống lộ thiên .73 TU T U Hình 3-9 : Ảnh hưởng đại lượng 73 TU T U ngẫu nhiên đến ổn định ứng suất .73 TU T U DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Phân lớp tính tham số thống kê .62 TU T U Bảng 3-2: Tần suất lý thuyết n i ’ lớp 63 TU R U RU T U Bảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệm .64 TU T U Bảng 3-4: Quy luật phân phối luật xác xuất 65 TU T U Bảng 3-5: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam Eurocode .71 TU T U Bảng 3-6: Kết tính tốn ổn định cống theo phương pháp 73 TU T U MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong lý thuyết độ tin cậy kết cấu cơng trình sử dụng thuật ngữ “chất lượng cơng trình” bao hàm tiêu chí để đánh giá cơng trình khai thác theo mục tiêu thiết kế, gồm trạng thái đối kết cấu cơng trình: “an tồn, hay độ tin cậy đảm bảo” (tức chất lượng đảm bảo) “không an tồn, hay bị phá huỷ” (tức chất lượng khơng đảm bảo) Các kết cấu cơng trình nói chung, thực tế chịu nhiều yếu tố tác động đến chất lượng cơng trình khơng thể định lượng xác Các yếu tố này, gọi yếu tố bất định yếu tố ngẫu nhiên Theo truyền thống, việc tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình dựa tiêu chuẩn quy phạm, coi yếu tố bất định “tiền định” kèm theo hệ số an tồn Cách tính tốn gọi phương pháp tính theo “mơ hình tiền định”, không phản ảnh chất ngẫu nhiên tác động, khơng thể đánh giá đắn chất lượng kết cấu cơng trình thực tế Sự đời lý thuyết độ tin cậy kết cấu cơng trình nhằm khắc phục nhược điểm mơ hình tiền định, nhờ dựa cơng cụ tốn học chủ yếu lý thuyết xác suất (kết hợp với thống kê lý thuyết trình ngẫu nhiên) cho phép mô tả sát thực tế yếu tố ngẫu nhiên tác động lên kết cấu công trình Lý thuyết độ tin cậy đưa phương pháp tính theo “mơ hình xác suất”, để đánh giá chất lượng cơng trình theo độ tin cậy (đo xác suất tin cậy) Từ trạng thái khai thác an tồn cơng trình xác định dựa đối chiếu “độ tin cậy tính tốn” cơng trình so với “độ tin cậy cho phép” quy định tiêu chuẩn quy phạm thiết kế theo độ tin cậy Luận văn tập trung sâu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy nhằm đánh giá an toàn tổng thể cống đồng nhằm đưa phương pháp kiểm tra đánh giá mức độ an tồn cơng trình hữu Điều có ý nghĩa điều kiện biến đổi hậu toàn cầu Những kết nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cống đồng xây dựng vận hành với thời gian tương đối dài 73 Bảng 3-6: Kết tính tốn ổn định cống theo phương án tham khảo Các phương pháp tính tốn: Các chế cố Hệ số an toàn TTGH Trượt K t = 1,69 K t = 1,57 P (Z1