Tính toán dao động của trạm bơm long biên bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu, luận văn Thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài “Tính tốn dao động trạm bơm Long Biên phương pháp phần tử hữu hạn” tác giả hoàn thành luận văn với giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt thầy giáo khoa Cơng trình, mơn Sức bền - Kết cấu Tác giả đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo TS Nguyễn Ngọc Thắng Bộ môn Sức bền - Kết cấu tận tình hướng dẫn, cung cấp nhiều tài liệu bảo tận tình cho tác giả nhiều vấn đề quý báu trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp gia đình giúp đỡ, động viên khích lệ để luận văn hồn thành Quá trình làm luận văn thời gian tốt để tác giả hệ thống lại kiến thức mà học tập trường áp dụng kiến thức mà học tập vào thực tế sản xuất Thông qua luận văn tác giả biết nhiều việc nghiên cứu trình bày đề tài khoa học Tuy nhiên thời gian nghiên cứu làm luận văn trình độ cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót tồn tại, tác giả mong nhận đóng góp quý báu thầy, cô nhà khoa học bạn bè đồng nghiệp Tác giả mong vấn đề tồn tác giả phát triển mức độ nghiên cứu sâu để góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất Tác giả xin chân thành cảm ơn Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Tác giả Trần Quang Công BẢN CAM KẾT Tơi xin cam kết cơng trình khoa học nghiên cứu riêng cá nhân Tôi Kết nêu luận văn trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, khơng chép từ cơng trình nghiên cứu khoa học khác Nếu nội dung luận văn khơng với cam kết này, Tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Tác giả Trần Quang Công MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1  Chương TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM TẠI VIỆT NAM .3  1.1 GIỚI THIỆU TRẠM BƠM [3] 3  1.1.1 Vị trí quan trọng trạm bơm 3  1.1.2 Hiện trạng quy hoạch trạm bơm 5  1.1.3 Hiện trạng cơng trình trạm 7  1.2 CÁC HẠNG MỤC CỦA TRẠM BƠM 8  1.2.1 Nhà trạm bơm 8  1.2.2 Bể hút, bể xả 8  1.2.3 Hệ thống kênh dẫn, kênh xả 8  1.2.4 Nhà quản lý .8  1.2.5 Đường dây điện cao hạ .9  1.2.6 Các hạng mục điều tiết hỗ trợ 9  1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ TRẠM BƠM 9  Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG VÀ DAO ĐỘNG 13  2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG [5], [7] 13  2.1.1 Các phương pháp giải tích 13  2.1.2 Các phương pháp thực nghiệm .20  2.1.3 Phương pháp số .20  2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DAO ĐỘNG [8], [9], [10] 22  2.2.1 Khái niệm phân loại dao động 22  2.2.2 Các phương pháp tính toán dao động 25  2.3 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) .32  2.3.1 Khái niệm [5], [10] 32  2.3.2 Nội dung phương pháp phần tử hữu hạn 33  2.4 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TÍNH TỐN KẾT CẤU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN [4] 36  2.4.1 Giới thiệu phần mềm sử dụng 36  2.4.2 Mơ hình hóa kết cấu sử dụng phần mềm .37  Chương ÁP DỤNG TÍNH TỐN DAO ĐỘNG CHO TRẠM BƠM LONG BIÊN – HÀ NỘI 41  3.1 GIỚI THIỆU TRẠM BƠM LONG BIÊN – HÀ NỘI 41  3.1.1 Đặc điểm khí hậu 41  3.1.2 Đặc điểm địa chất 43  3.2 SƠ ĐỒ TÍNH TỐN DAO ĐỘNG TRẠM BƠM LONG BIÊN – HÀ NỘI44  3.2.1 Sơ đồ tính tốn 44  3.2.2 Các thơng số đầu vào mơ hình tính toán 44  3.2.3 Các trường hợp tính tốn .45  3.3 KẾT QUẢ TÍNH TỐN DAO ĐỘNG TRẠM BƠM LONG BIÊN – HÀ NỘI 46  3.3.1 TH tĩnh: Tải trọng thân + bốn máy bơm đặt tĩnh tải 46  3.3.2 TH1: Trọng lượng thân + máy bơm số hoạt động 48  3.3.3 TH2: Trọng lượng thân + máy bơm số hoạt động 51  3.3.4 TH3: Trọng lượng thân + máy bơm số máy bơm số hoạt động 53  3.3.5 TH4: Trọng lượng thân + máy bơm số máy bơm số hoạt động 56  3.3.6 TH5: Trọng lượng thân + máy bơm số máy bơm số hoạt động 58  3.3.7 TH6: Trọng lượng thân + máy bơm số máy bơm số hoạt động 61  3.3.8 TH7: Trọng lượng thân + máy bơm số 1, máy bơm số máy bơm số hoạt động 63  3.3.9 TH8: Trọng lượng thân + máy bơm số 1, máy bơm số máy bơm số hoạt động 66  3.3.10 TH9: Trọng lượng thân + bốn máy bơm hoạt động 68  3.4 PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TỐN .76  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80  TÀI LIỆU THAM KHẢO 82  DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP Hưng n: nhìn từ phía bể hút 9  Hình 1-2: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP Hưng Yên: nhìn từ phía bể xả 10  Hình 1-3: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP Hưng Yên: phía bên nhà máy .10  Hình 1-4: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP Hưng Yên: nhà trạm bơm 11  Hình 1-5: Trạm bơm Triều Dương – Tiên Lữ –Tỉnh Hưng n: nhìn từ phía bể xả 11  Hình 1-6: Trạm bơm Liên Nghĩa – Văn Giang –Tỉnh Hưng Yên: phối cảnh nhà trạm 12  Hình 1-7: Trạm bơm Kênh Vàng – Lương Tài –Tỉnh Bắc Ninh: nhìn từ phía bể xả 12  Hình 2-1: Các thành phần nội lực 15  Hình 2-2: Mơ hình phần tử tứ giác nút 38  Hình 2-3: Hệ tọa độ địa phương phần tử tứ giác .38  Hình 2-4: Quy ước nội lực, lực dọc trục lực cắt 40  Hình 2-5: Quy ước nội lực mô men 40  Hình 3-1: Sơ đồ tính tốn dao động sàn trạm bơm Long Biên 44  Hình 3-2: Biểu đồ mơ men M11 – TH tĩnh .46  Hình 3-3: Biểu đồ mơ men M22 – TH tĩnh .46  Hình 3-4: Biểu đồ lực cắt V13 – TH tĩnh 47  Hình 3-5: Biểu đồ lực cắt V23 – TH tĩnh 47  Hình 3-6: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH tĩnh .48  Hình 3-7: Biểu đồ mô men M11 – TH1 48  Hình 3-8: Biểu đồ mơ men M22 – TH1 49  Hình 3-9: Biểu đồ lực cắt V13 – TH1 .49  Hình 3-10: Biểu đồ lực cắt V23 – TH1 50  Hình 3-11: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH1 50  Hình 3-12: Biểu đồ mô men M11 – TH2 51  Hình 3-13: Biểu đồ mơ men M22 – TH2 51  Hình 3-14: Biểu đồ lực cắt V13 – TH2 52  Hình 3-15: Biểu đồ lực cắt V23 – TH2 52  Hình 3-16: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH2 53  Hình 3-17: Biểu đồ môn men M11 – TH3 53  Hình 3-18: Biểu đồ mơn men M22 – TH3 54  Hình 3-19: Biểu đồ lực cắt V13 – TH3 54  Hình 3-20: Biểu đồ lực cắt V23 – TH3 55  Hình 3-21: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH3 55  Hình 3-22: Biểu đồ mơn men M11 – TH4 56  Hình 3-23: Biểu đồ mơn men M22 – TH4 56  Hình 3-24: Biểu đồ lực cắt V13 – TH4 57  Hình 3-25: Biểu đồ lực cắt V23 – TH4 57  Hình 3-26: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH4 58  Hình 3-27: Biểu đồ mơn men M11 – TH5 58  Hình 3-28: Biểu đồ mơn men M22 – TH5 59  Hình 3-29: Biểu đồ lực cắt V13 – TH5 59  Hình 3-30: Biểu đồ lực cắt V23 – TH5 60  Hình 3-31: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH5 60  Hình 3-32: Biểu đồ mơn men M11 – TH6 61  Hình 3-33: Biểu đồ môn men M22 – TH6 61  Hình 3-34: Biểu đồ lực cắt V13 – TH6 62  Hình 3-35: Biểu đồ lực cắt V23 – TH6 62  Hình 3-36: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH6 63  Hình 3-37: Biểu đồ môn men M11 – TH7 63  Hình 3-38: Biểu đồ môn men M22 – TH7 64  Hình 3-39: Biểu đồ lực cắt V13 – TH7 64  Hình 3-40: Biểu đồ lực cắt V23 – TH7 65  Hình 3-41: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH7 65  Hình 3-42: Biểu đồ môn men M11 – TH8 66  Hình 3-43: Biểu đồ mơn men M22 – TH8 66  Hình 3-44: Biểu đồ lực cắt V13 – TH8 67  Hình 3-45: Biểu đồ lực cắt V23 – TH8 67  Hình 3-46: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH8 68  Hình 3-47: Biểu đồ mơn men M11 – TH9 68  Hình 3-48: Biểu đồ mơn men M22 – TH9 69  Hình 3-49: Biểu đồ lực cắt V13 – TH9 69  Hình 3-50: Biểu đồ lực cắt V23 – TH9 70  Hình 3-51: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH9 70  DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Nhiệt độ khơng khí trạm Láng (oC) 42  Bảng 3-2: Đặc trưng độ ẩm tương đối khu vực theo số liệu thống kê 42  trạm khí tượng đại biểu khu vực (%) .42  Bảng 3-3: Lượng mưa trạm Láng (mm) .43  Bảng 3-4: Tốc độ gió Láng (m/s) 43  Bảng 3-5: Bảng tổng hợp kết mô men .71  Bảng 3-6: Bảng tổng hợp kết lực cắt, ứng suất chuyển vị 72  Bảng 3-7: Bảng tổng hợp kết chuyển vị điểm đặt máy bơm .73  Bảng 3-8: Bảng tổng hợp kết dạng dao động riêng sàn đặt máy bơm .74  Bảng 3-9: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số 74  Bảng 3-10: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số 75  Bảng 3-11: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số 75  Bảng 3-12: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số 76  Bảng 3-13: Bảng tổng hợp kết phân tích tượng cộng hưởng .77  MỞ ĐẦU Sự cần thiết việc nghiên cứu Việt Nam nước nơng nghiệp mà thuỷ lợi đóng vai trị quan trọng hàng đầu Bốn mươi năm qua kể từ năm 1960, ngành thuỷ lợi xây dựng nhiều trạm bơm, khép kín khu vực tưới đồng Bắc giải tiêu úng số vùng trọng điểm Trạm bơm sử dụng với mục đích cung cấp nước tiêu nước nói chung; ngành nơng nghiệp hệ thống thủy nơng trạm bơm có vai trị cơng trình đầu mối cung cấp nước cho hệ thơng thủy lợi để phục vụ công tác tưới tiêu diện tích lưu vực Chỉ tính riêng 17 tỉnh, thành phố khu vực đồng Bắc Bộ Bắc khu bốn cũ xây dựng 39 hệ thống công trình thuỷ lợi lớn; 120 hệ thống vừa nhỏ; 3677 trạm bơm với 10322 máy bơm loại từ 540m3/h đến 32000m3/h sản xuất từ nhiều nước: Liên Xô (cũ); Hunggari; Rumany; Triều Tiên; Pháp khối lượng lớn bơm Việt Nam tự sản xuất Ngoài ra, cịn có hàng nghìn máy bơm nhỏ hoạt động khắp nơi nước cơng suất thiết kế cho tưới 230.000 KW, cho tiêu 300.000KW (báo cáo công tác thuỷ lợi 6/99 Cục quản lý nước cơng trình thuỷ lợi) Hiện q trình sử dụng máy bơm trạm bơm nhiều đề tài nghiên cứu thực hiện, cải tiến hoàn thiện chế tạo bơm, thiết kế xây dựng trạm bơm Nhiều công nghệ áp dụng, ngày tạo cho ngành loại máy bơm thích hợp hơn, hiệu suất cao hơn, kết cấu cơng trình hệ thống hợp lý Do phát triển nhanh chóng làm nảy sinh hàng loạt vấn đề chế tạo bơm, quản lý, vận hành, bảo dưỡng máy bơm, kỹ thuật điều hành trạm bơm Mặt khác đầu tư xây dựng trạm bơm chủ đầu tư cần phải đầu tư khoản kinh phí lớn ngồi việc xem xét vị trí đặt trạm bơm, nghiên cứu địa chất thủy văn lưu vực tưới tiêu u cầu tính tốn kết cấu, ổn định cơng trình, trạng thái ứng suất biến dạng dao động trạm bơm trình vận hành sử dụng tác dụng loại tải trọng (tải trọng động, tải trọng tĩnh ) phải thỏa mãn 68 Hình 3-46: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH8 3.3.10 TH9: Trọng lượng thân + bốn máy bơm hoạt động Hình 3-47: Biểu đồ mơn men M11 – TH9 69 Hình 3-48: Biểu đồ mơn men M22 – TH9 Hình 3-49: Biểu đồ lực cắt V13 – TH9 70 Hình 3-50: Biểu đồ lực cắt V23 – TH9 Hình 3-51: Biểu đồ chuyển vị Uz – TH9 Giá trị kết thể bảng sau: 71 Bảng 3-5: Bảng tổng hợp kết mơ men Trường hợp tính tốn TH tĩnh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 M11 max T.m/m 0,17563 0,22534 0,27657 0,30171 0,32628 0,25049 0,32395 0,37581 0,35142 0,41191 M11 T.m/m -0,00071 -0,00103 -0,02134 -0,07322 -0,07322 -0,04723 -0,10772 -0,16138 -0,12662 -0,21504 M22 max T.m/m 0,33388 0,39373 0,39977 0,43709 0,41572 0,40142 0,44906 0,48159 0,44243 0,48619 M22 T.m/m -0,00066 -0,00112 -0,00091 -0,00121 -0,00137 -0,00113 -0,00101 -0,00147 -0,00138 -0,00189 M12 max T.m/m 0,02936 0,03918 0,03786 0,04333 0,04783 0,03928 0,04201 0,05197 0,04792 0,05207 M12 T.m/m -0,02936 -0,03918 -0,03786 -0,04333 -0,04783 -0,03928 -0,04201 -0,05197 -0,04792 -0,05207 72 Bảng 3-6: Bảng tổng hợp kết lực cắt, ứng suất chuyển vị Trường hợp tính tốn TH tĩnh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 V13 max T/m 0,174 0,177 0,176 0,182 0,206 0,184 0,205 0,208 0,218 0,239 V13 T/m V23 max T/m V23 T/m -0,174 -0,181 -0,203 -0,214 -0,198 -0,184 -0,205 -0,219 -0,213 -0,239 0,213 0,244 0,245 0,262 0,253 0,246 0,272 0,289 0,264 0,289 -0,213 -0,244 -0,245 -0,262 -0,253 -0,246 -0,272 -0,289 -0,264 -0,289 S11 max T/m2 0,04 0,06 1,42 4,88 4,88 3,15 7,18 10,76 8,44 14,34 S11 T/m2 -11,71 -15,02 -18,44 -20,11 -21,75 -16,7 -21,59 -25,05 -23,43 -27,46 S22 max S22 T/m2 T/m2 0,04388 0,07444 0,06082 0,08076 0,09138 0,07501 0,06713 0,09771 0,09195 0,13215 -22,26 -26,25 -26,65 -29,14 -27,71 -26,76 -29,94 -32,11 -29,53 -32,41 S12 max T/m2 1,96 2,61 2,52 2,89 3,19 2,62 2,83 3,46 3,19 3,47 S12 T/m2 -1,96 -2,61 -2,52 -2,89 -3,19 -2,62 -2,81 -3,46 -3,19 -3,47 UZ max m 0,002639 0,002887 0,002818 0,003023 0,002923 0,002954 0,002973 0,003107 0,003071 0,003156 73 Bảng 3-7: Bảng tổng hợp kết chuyển vị điểm đặt máy bơm Chuyển vị điểm đặt máy bơm (m) TH tĩnh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 Máy -0,002564 -0,002867 -0,002725 -0,003023 -0,002908 -0,002897 -0,002761 -0,003064 -0,003053 -0,003094 Máy -0,002633 -0,002789 -0,002817 -0,002973 -0,002921 -0,002834 -0,002948 -0,003104 -0,003013 -0,003145 Máy -0,002633 -0,002674 -0,002765 -0,002806 -0,002857 -0,002832 -0,002948 -0,002989 -0,002962 -0,003145 Máy -0,002564 -0,002595 -0,002605 -0,002636 -0,002751 -0,002897 -0,002761 -0,002792 -0,002938 -0,003094 74 Bảng 3-8: Bảng tổng hợp kết dạng dao động riêng sàn đặt máy bơm Dạng dao động riêng Tần số dao động riêng ω (1/s) Chu kỳ (s) 10 0,088212 0,071488 0,067092 0,041482 0,039604 0,033682 0,028165 0,025853 0,021905 0,020028 71,228 87,891 93,651 151,47 158,65 186,56 223,08 243,07 286,84 313,72 Bảng 3-9: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số Nội lực điểm đặt máy bơm TH Tĩnh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 M11 T.m/m 0,1749 0,2000 0,2093 0,2344 0,2128 0,2022 0,2221 0,2472 0,2366 0,2494 M22 T.m/m 0,3123 0,3937 0,3509 0,4323 0,3974 0,4014 0,3547 0,4360 0,4400 0,4437 M12 T.m/m 0,0017 0,0029 0,0023 0,0036 0,0041 0,0029 0,0035 0,0047 0,0036 0,0047 V13 V23 T/m -0,073 -0,072 -0,039 -0,038 -0,068 -0,065 -0,035 -0,033 -0,031 -0,027 T/m 0,033 0,043 0,037 0,048 0,044 0,044 0,038 0,048 0,048 0,048 75 Bảng 3-10: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số Nội lực điểm đặt máy bơm TH Tĩnh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 M11 M22 M12 T.m/m 0,1756 0,2008 0,2766 0,3017 0,2481 0,2505 0,3239 0,3491 0,3514 0,3988 T.m/m 0,3339 0,3701 0,3998 0,4362 0,4157 0,3747 0,4454 0,4816 0,4406 0,4862 T.m/m 0,0003 0,0018 0,0006 0,0021 0,0028 0,0024 0,0016 0,0032 0,0027 0,0037 V13 V23 T/m -0,038 -0,001 -0,026 0,011 0,041 0,016 0,015 0,053 0,027 0,069 T/m 0,036 0,041 0,044 0,048 0,046 0,043 0,051 0,055 0,048 0,055 Bảng 3-11: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số Nội lực điểm đặt máy bơm TH Tĩnh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 M11 M22 M12 T.m/m 0,1756 0,2253 0,2235 0,2727 0,3263 0,2505 0,3239 0,3736 0,2978 0,3987 T.m/m 0,3339 0,3385 0,3795 0,3841 0,4044 0,3747 0,4454 0,4531 0,4203 0,4862 T.m/m -0,001 0,0004 0,0007 0,0014 0,0006 0,0018 0,0012 0,0016 0,0028 0,0031 V13 V23 T/m -0,045 -0,035 -0,004 0,005 -0,034 -0,001 -0,002 0,007 0,042 0,042 T/m 0,036 0,036 0,043 0,043 0,045 0,042 0,051 0,051 0,047 0,055 76 Bảng 3-12: Bảng tổng hợp kết nội lực điểm đặt máy bơm số Nội lực điểm đặt máy bơm TH Tĩnh TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 M11 M22 M12 T.m/m 0,175 0,1772 0,1878 0,19 0,2116 0,2022 0,2222 0,2244 0,2151 0,2494 T.m/m 0,3124 0,3201 0,3161 0,3238 0,3587 0,4014 0,3547 0,3624 0,4052 0,4438 T.m/m -0,002 -0,002 -6E-04 -6E-04 -0,001 -5E-04 5E-05 6E-05 0,0006 0,0013 V13 V23 T/m -0,022 -0,011 -0,012 -2E-04 0,026 -0,004 0,025 0,037 0,0064 0,043 T/m 0,033 0,033 0,033 0,034 0,038 0,044 0,038 0,038 0,044 0,048 3.4 PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TỐN Kết tính tốn cho thấy giá trị nội lực, ứng suất, chuyển vị toán động tăng lên rõ rệt so với kết toán tĩnh Điều chứng tỏ ảnh hưởng tải trọng động đến cơng trình khơng nhỏ Sau tính tốn với tổ hợp khác ta nhận thấy tổ hợp gồm trọng lượng thân bốn máy bơm hoạt động tổ hợp TH9 có giá trị nội lực, ứng suất chuyển vị lớn Các giá trị nội lực, ứng suất chuyển vị tăng dần theo số lượng máy bơm hoạt động Từ kết tính, ta đưa phương án chạy máy tối ưu sau: - Nếu cần vận hành 01 máy bơm cách vận hành tối ưu vận hành máy (tổ hợp TH1) máy vận hành chạy máy giá trị nội lực, ứng suất chuyển vị nhìn chung nhỏ so với chạy vận hành máy (tổ hợp TH2) máy - Nếu cần vận hành 02 máy bơm cách vận hành tối ưu vận hành đồng thời máy máy (tổ hợp TH5) vận hành chạy máy giá trị nội lực, ứng suất chuyển vị nhìn chung nhỏ so với chạy 77 vận hành đồng thời hai máy tổ hợp TH3, TH4 TH6, tổ hợp TH6 trường hợp bất lợi vận hành 02 máy bơm - Nếu cần vận hành đồng thời 03 máy bơm cách vận hành tối ưu vận hành đồng thời máy 1, máy máy (tổ hợp TH8) chạy đồng thời máy 1, máy máy vận hành chạy máy giá trị nội lực, ứng suất chuyển vị nhìn chung nhỏ so với chạy vận hành đồng thời ba máy tổ hợp TH7 Các kết tính tốn giá trị nội lực, ứng suất, chuyển vị xem hình vẽ từ hình 3-2 đến hình 3-51 bảng kết từ bảng 3-5 đến bảng 3-12 Kiểm tra khả xảy tượng cộng hưởng : Để kiểm tra khả xảy tượng cộng hưởng, ta thiết lập tỷ số tần số dao động kích thích máy bơm tần số dao động riêng hệ r ω Đối với cơng trình xây dựng, tính tốn cơng trình chịu tải trọng động thường bỏ qua ảnh hưởng lực cản Khi đó, 0,75 ≤ r ω ≤ 1,25 cơng trình làm việc miền cộng hưởng Bảng 3-13: Bảng tổng hợp kết phân tích tượng cộng hưởng Dạng dao động riêng 10 Chu kỳ (s) 0,088213 0,071488 0,067092 0,041482 0,039604 0,033681 0,028165 0,025853 0,021905 0,020028 Tần số dao động riêng ω (1/s) 71,228 87,891 93,651 151,47 158,65 186,56 223,08 243,07 286,84 313,72 Tần số dao động kích thích máy bơm r (1/s) 61,78 61,78 61,78 61,78 61,78 61,78 61,78 61,78 61,78 61,78 Tỷ số r ω 0,8674 0,7029 0,6597 0,4079 0,3894 0,3312 0,2769 0,2542 0,2154 0,1969 78 Từ tỷ số r ω bảng 3-13 ta nhận thấy ứng với dạng dao động riêng thứ (chu kỳ dao động T = 0,088213 s) có 0,75 ≤ r ω = 0,8674 ≤ 1,25 trạm bơm làm việc miền cộng hưởng Các tần số dao động riêng cịn nằm giới hạn an tồn Để tránh tượng cộng hưởng ta thường làm giảm tỷ số r ω (nghĩa làm tần số dao động kích thích khác so với tần số dao động riêng cơng trình) Có hai cách để giảm tỷ số r ω sau: - Tăng độ cứng công trình (bằng cách tăng chiều dầy tấm) để tăng tần số dao động riêng cơng trình - Giảm tần số dao động lực kích thích r Tuy nhiên q trình đóng mở máy xảy trường hợp tần số dao động kích thích tăng giảm dần; thời điểm tần số dao động kích thích trùng với tần số dao động riêng cơng trình Lúc ta cần làm cho tần số dao động kích thích thay đổi nhanh chóng để tượng cộng hưởng khơng kịp xảy Kiểm tra độ võng: Theo TCXDVN 356 – 2005 kết cấu bê tông bê tông cốt thép, tiêu chuẩn thiết kế độ võng cho phép sàn đặt máy bơm có 6m ≤ Lmin ≤ 7,5m [f] = 3cm Theo bảng 3-6 ta có chuyển vị (độ võng) lớn 0,3156cm < [f] = 3cm ⇒ Kết tính tốn cho thấy độ võng lớn sàn nằm giới hạn cho phép Kiểm tra ứng suất: Theo tuyển tập tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam tập V tiêu chuẩn thiết kế công trình thủy lợi, cường độ cho phép bê tơng chịu nén dọc trục [σ]n = 1450 T/m2 cường độ cho phép bê tông chịu kéo dọc trục [σ]k = 130 T/m2 Ta 79 kiểm tra điều kiện ứng suất với hai tổ hợp TH tĩnh TH9 Kết tính tốn ứng suất lớn nhỏ hai tổ hợp sau: TH tĩnh: σmax = +0,42 T/m2 ; TH9: σmin = -11,71 T/m2 σmax = +14,34 T/m2 ; σmin = -32,41 T/m2 Từ kết ta nhận thấy, giá trị ứng suất lớn nhỏ ứng suất cho phép bê tông ⇒ sàn đặt máy bơm thỏa mãn điều kiện bền ứng suất 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Qua thời gian làm việc nghiêm túc khẩn trương, tác giả hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài : “Tính tốn dao động trạm bơm Long Biên phương pháp phần tử hữu hạn” Trong luận văn này, tác giả thực nội dung sau: Nêu tổng quan trạm bơm, hư hỏng thường gặp trạm bơm trình khai thác vận hành Tổng quan phương pháp tính trạng thái ứng suất biến dạng dao động trình bày sở lý thuyết, nêu ưu nhược điểm hạn chế phương pháp, từ lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp tính tốn luận văn Sử dụng phần mềm Sap2000 Version 15.1.0 để tính tốn trạng thái ứng suất biến dạng dao động trạm bơm Long Biên từ đưa kết luận làm việc sàn đặt máy bơm phương án vận hành trạm bơm hợp lý Kết tính tốn cho thấy sàn đặt máy bơm làm việc bình thường chịu tải trọng tĩnh tải trọng động, nhiên toán động tần số dao động riêng thứ gần với tần số dao động kích thích máy bơm Điều dẫn đến việc sàn máy bơm làm việc gần miền cộng hưởng dẫn đến hư hỏng nhà trạm II KIẾN NGHỊ Do khả sàn máy bơm làm việc gần miền cộng hưởng, tác giả kiến nghị tăng độ dầy sàn máy bơm, từ tăng tần số dao động riêng sàn đặt máy bơm, tránh tượng cộng hưởng xảy Vấn đề tồn mà tác giả chưa giải chưa xét đến toán dao động lệch pha máy bơm Đây nội dung mà tác giả mong muốn nghiên cứu sâu tương lai 81 Với kết đạt nêu trên, luận văn thực nội dung đề cương đặt Việc tính tốn cơng trình chịu tải trọng động tốn phức tạp, tác giả hy vọng luận văn sở để tác giả tiếp tục nghiên cứu tương lai 82 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 Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn (2001), Báo cáo tổng kết dự án điều tra trạng sử dụng máy bơm trạm bơm, nguồn cung ứng giải pháp phát triển máy bơm Việt Nam Đỗ Văn Đệ nnk - Đại học xây dựng (2011), Phần mềm Sap2000 ứng dụng vào tính tốn kết cấu cơng trình Phạm Ngọc Khánh (2006), Bài giảng Phương pháp phần tử hữu hạn, Bài giảng cao học 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 Nguyễn Lê Ninh (2007), Động đất thiết kế cơng trình chịu động đất, Nhà xuất xây dựng Dương Văn Thứ (2010), Giáo trình động lực học cơng trình, NXB khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Lều Thọ Trình (1974), Ổn định động lực học cơng trình, NXB Đại học trung học chun nghiệp 10 Hồng Đình Trí (1999), Giáo trình học kết cầu, NXB nông nghiệp Hà Nội 11 Bùi Đức Vinh - Đại học bách khoa TPHCM (2003), Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm Sap2000 ... rõ phương pháp tính, phân tích ưu nhược điểm phương pháp, luận văn tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để làm sở tính tốn dao động trạm bơm 2.3 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN... bất động 2.2.2 Các phương pháp tính tốn dao động Khi tính tốn dao động, ta quan tâm chủ yếu tới hai đại lượng tần số dao động riêng hệ số động hệ Có hai nhóm phương pháp tính dao động: phương pháp. .. dao động có thơng số 2.2.1.3 Khái niệm phương pháp tính dao động cơng trình Trong dao động cơng trình có hai phương pháp tính phương pháp tĩnh phương pháp lượng a Phương pháp tĩnh Phương pháp