Phân tích kết cấu, ổn định của nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian

LỜI CẢM ƠN Luận văn “Phân tích kết cấu, ổn định nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian” hoàn thành cố gắng nỗ lực thân tác giả cịn giúp đỡ nhiệt tình Thầy, Cơ, quan, bạn bè gia đình Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: TS Trịnh Quốc Công tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo Phòng 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 hồn thành luận văn, tác giả cịn cổ vũ, động viên khích lệ thường xuyên giúp đỡ nhiều mặt gia đình bạn bè Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2013 Tác giả luận văn ĐỖ HỒNG HOÀNG LỜI CAM ĐOAN Tên tơi là: Đỗ Hồng Hồng Học viên lớp: 18C11 Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học Tác giả ĐỖ HỒNG HOÀNG MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .1 T T LỜI CAM ĐOAN .2 T T MỤC LỤC T T BẢNG KÊ DANH MỤC HÌNH VẼ T T BẢNG KÊ DANH MỤC BẢNG BIỂU T T MỞ ĐẦU .1 T T Tính cấp thiết đề tài: T T Mục đích đề tài: T T 3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: T T Kết dự kiến đạt được: .2 T T CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM T VÀ TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT T 1.1 Hiện trạng kế hoạch phát điện thủy điện Việt Nam .4 T T 1.2 Tổng quan nhà máy thủy điện T T 1.3 Tổng quan động đất T T 1.3.1 Nguyên nhân gây động đất T T 1.3.2 Một số khái niệm động đất T T 1.4 Kết luận chương 14 T T CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH KẾT CẤU NHÀ MÁY THỦY T ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 15 T 2.1 Phương trình vi phân mơ tả chuyển vị nhà máy tác dụng lực động T đất 15 T 2.1.1 Xác định lực đàn hồi tuyến tính 15 T T 2.1.2 Xác định lực cản 16 T T 2.1.3 Xác định lực quán tính 18 T T 2.1.4 Dao động hệ kết cấu chịu tác động động đất 18 T T 2.2 Các phương pháp phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất 20 T T 2.2.1 Phân tích kết cấu NMTĐ chịu tải trọng động đất phương pháp tĩnh lực T ngang tương đương 20 T 2.2.2 Phân tích kết cấu NMTĐ chịu tải động đất phương pháp phổ phản T ứng .21 T 2.2.3 Phân tích kết cấu NMTĐ chịu tải động đất phương pháp lịch sử T thời gian 21 T 2.3 Cơ sở lý thuyết xây dựng biểu đồ gia tốc nhân tạo .24 T T 2.4 Kết luận chương 26 T T CHƯƠNG 3: LẬP BÀI TỐN PHÂN TÍCH KẾT CẤU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN T CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP LỊCH SỬ THỜI GIAN 27 T 3.1 Lựa chọn mơ hình trường hợp tính tốn 27 T T 3.2 Tổng quan cơng trình thủy điện Xím Vàng 27 T T 3.3 Xây dựng mơ hình từ tính tốn 32 T T 3.4 Các thơng số mơ hình 33 T T 3.5 Các lực tác dụng tổ hợp lực 34 T T 3.5.1 Xác định tải trọng tĩnh 34 T T 3.5.2 Tải trọng gây nên động đất 35 T T 3.6 Kết tính tốn 38 T T 3.6.1 Kết tính tốn trường hợp (tổ hợp bản) 38 T T 3.6.2 Kết tính tốn trường hợp 2a ( Nhà máy chịu tải trọng động đất tính theo T phương pháp phổ phản ứng) .42 T 3.6.3 Kết tính tốn trường hợp 2b ( Nhà máy chịu tải trọng động đất tính theo T phương pháp lịch sử thời gian) 46 T 3.6.4 Bảng tổng hợp kết 52 T T CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHỐNG TRƯỢT CHO NHÀ MÁY THỦY T ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 55 T THEO PHƯƠNG PHÁP LỊCH SỬ THỜI GIAN .55 T T 4.1.Tổng quan phân tích ổn định chống trượt nhà máy thủy điện .55 T T 4.2 Nội dung phương pháp phân tích ổn định chống trượt nhà máy thủy điện chịu T tải trọng động đất theo mơ hình SDOF .57 T 4.3 Tải trọng tổ hợp hợp tải trọng phân tích ổn định chống trượt nhà máy T thủy điện 58 T 4.4 Kết phân tích ổn định trượt cho nhá máy thủy điện Xím Vàng mơ T hình SODF 60 T 4.4.1 Số liệu tính tốn 60 T T 4.4 Trường hợp tính tốn 61 T T 4.4.3 Kết tính 63 T T 4.5 Kết luận chương 66 T T KẾT LUẬN .67 T T T T T 3 T T T Kết đạt luận văn 67 T T Vấn đề tồn phương hướng nghiên cứu 67 T T Phương hướng nghiên cứu .68 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 T T BẢNG KÊ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Mơ hình tính tốn hệ kết cấu có nhiều bậc tự .16 T T Hình 2.2: Mơ hình tính tốn hệ kết cấu có nhiều bậc tự .19 T T chịu tác động động đất 19 T T Hình 3.1: Mơ hình sở đồ tính xây dựng Autocad .32 T T Hình 3.2: Chia lưới phần tử phần mềm Adina 33 T T Hình 3.3: Phổ phản ứng thiết kế ví trị cơng trình thủy điện Xím Vàng 37 T T Hình 3.4: Biểu đồ gia tốc ví trị cơng trình thủy điện Xím Vàng .38 T T Hình 3.5.Chuyển vị theo phương XX .39 T T Hình 3.6 Chuyển vị theo phương YY .40 T T Hình 3.7 Chuyển vị theo phương ZZ 40 T T Hình 3.8 Ứng suất StressXX .41 T T Hình 3.9 Ứng suất StressYY .41 T T Hình 3.10 Ứng suất stressZZ 42 T T Hình 3.11 Chuyển vị theo phương XX 43 T T Hình 3.12 Chuyển vị theo phương YY 43 T T Hình 3.13 Chuyển vị theo phương ZZ .44 T T Hình 3.14 Ứng xuất stress XX 44 T T Hình 3.15 Ứng xuất stress YY 45 T T Hình 3.16 Ứng xuất stress ZZ 45 T T Hình 3.17: Biểu đồ biến thiên chuyển vị theo phương X node 27489 46 T T sàn nhà máy 46 T T Hình 3.18: Biểu đồ biến thiên chuyển vị theo phương Z node 27489 .47 T T sàn nhà máy 47 T T Hình 3.19: Biểu đồ biến thiên ứng suất Stress XX node 27489 47 T R R T sàn nhà máy 47 T T Hình 3.20: : Biểu đồ biến thiên ứng suất Stress YY node 27489 48 T R R T sàn nhà máy 48 T T Hình 3.21: Biểu đồ biến thiên chuyển vị theo phương X node 19966 48 T T tường thượng lưu .48 T T Hình 3.22: Biểu đồ biến thiên chuyển vị theo phương Z node 19966 .49 T T tường thượng lưu .49 T T Hình 3.23: Biểu đồ biến thiên ứng suất Stress YY node 19966 49 T R R T tường thượng lưu .49 T T Hình 3.24: Biểu đồ biến thiên ứng suất Stress ZZ node 19966 50 T R R T tường thượng lưu .50 T T Hình 3.25: Biểu đồ biến thiên chuyển vị theo phương X node 22478 50 T T tường hạ lưu .50 T T Hình 3.26: Biểu đồ biến thiên chuyển vị theo phương Z node 22478 .51 T T tường hạ lưu .51 T T Hình 3.27: Biểu đồ biến thiên ứng suất stress YY node 22478 51 T R R T tường hạ lưu .51 T Hình 3.28: T T Biểu đồ biến thiên ứng suất stress ZZ node 22478 52 R R T tường hạ lưu .52 T T Hình 4.1: Các mặt trượt tính toán cho sơ đồ trượt phẳng 55 T T ABCD, ABCDEF, ABCDE 55 T T Tr­êng hỵp tÝnh to¸n 61 T T Hình 4.2 Biểu đồ gia tốc tương ứng động đất cấp 62 T T Hình 4.3 Biểu đồ gia tốc tương ứng động đất cấp 62 T T Hình 4.4 Biểu đồ gia tốc tương ứng động đất cấp 10 63 T T Hình 4.5 Biểu đồ hệ số an toàn ổn định chống trươt với động đất cấp .64 T T Hình 4.6 Biểu đồ hệ số an tồn ổn định chống trươt với động đất cấp .64 T T Hình 4.7 Biểu đồ hệ số an toàn ổn định chống trươt với động đất cấp 10 .65 T T Hình 4.8 Chuyển vị trượt nhà máy chịu tải động đất cấp 10 66 T T BẢNG KÊ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tiềm thủy điện Việt Nam T T Bảng 1.2: Công suất nguồn điện phân bố năm 1982 1992 T T Bảng 1.3: Bảng chuyển đổi tương đương thang động đất 10 T T Bảng 1.4: Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc sang cấp động đất 11 T T Bảng 3.1: Tổng hợp kết tính tốn nhà máy chịu tổ hợp tải trọng (Trường T hợp 1) 52 T Bảng 3.2: Tổng hợp kết tính tốn nhà máy chịu tải trọng động đất theo phương T pháp phổ phản ứng (trường hợp 2a) 53 T Bảng 3.3: Tổng hợp kết tính tốn nhà máy chịu tải trọng động đất theo phương T pháp lịch sử thời gian (trường hợp 2b) .53 T Bảng 4.1 Tổng hợp phân tích tải trọng tính tốn ổn định nhà máy thủy điện 59 T T MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Đất nước ta nằm vùng chịu ảnh hưởng động đất tương đối mạnh Theo Viện Vật Lý Địa Cầu, đất nước ta có bốn vùng động đất Vùng động đất thứ miền núi tây bắc bao gồm tỉnh Sơn La, Lai Châu với cường độ động đất M=6.8, Vùng thứ hai đồng châu thổ sông Hồng với cường độ động đất M = 6.2, Vùng động đất thứ ba vùng miền núi Đông Bắc bao gồm tỉnh Bắc Giang, Lạng Sơn, Cao Bằng, Lạng Sơn với cường độ động đất M= 6.0, vùng động đất cuối vùng phía nam đất nước ta với cường độ động đất M= 5.5 Nước ta thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước nên nhu cầu điện ngày tăng Điều đặt nhiều cấp thiết lượng cho đất nước Chính mà cơng trình trạm thủy điện xây dựng ngày nhiều Nhà máy thủy điện kết cấu hình khối lớn, hình dạng phức tạp với nhiều khoảng trống bên Tồn nhà máy nói chung phần nói riêng phải đảm bảo đủ ổn định đủ độ bền tác động tổ hợp tải trọng tĩnh tải trọng động giai đoạn xây dựng, vận hành, sửa chữa Nhà máy thủy điện phân chia thành hai phần: phần nước phần nước, phần nước chiếm khoảng 70% bê tơng nhà máy Hiện phân tích ổn định độ bền nhà máy chịu tải trọng động đất thường sử dụng phương pháp mô tĩnh, có số cơng ty thiết kế dùng phương pháp phổ phản ứng Tuy nhiên phương pháp mô tĩnh phương pháp phổ phản ứng không phản ánh ứng xử kết cấu suốt thời gian xảy động đất Phương pháp lịch sử thời gian ( Response history analysis ) sử dụng biểu đồ gia tốc u (t ) để tính tốn nội lực, ứng suất, chuyển vị kết cấu thời điểm trận động đất Phương pháp phản ánh trình làm việc kết cấu trận động đất cụ thể Chính yếu tố phân tích nên việc phân tích bền ổn định nhà máy thủy điện chịu tác dụng lực động đất theo phương pháp lịch sử thời gian cần thiêt Học viên chọn đề tài: “Phân tích kết cấu, ổn định nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian” góp phần vào cơng nghệ thiết kế, phân tích kết cấu ổn định nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất, từ lựa chọn kích thước kết cấu hợp lý cho nhà máy thủy điện đảm bảo nhà máy làm việc an toàn với tổ hợp tải trọng thực tế vận hành Mục đích đề tài: Xây dựng sở lý thuyết, mơ hình tốn phân tích kết cấu, ổn định nhà máy thủy điện chịu tác dụng tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: - Điều tra, thống kê và tổng hợp các tài liệu đã nghiên cứu liên quan đến đề tài - Nghiên cứu sở lý thuyết phân tích kết cấu cơng trình chịu tải trọng động đất, - Ứng dụng phương pháp lịch sử thời gian phân tích động học kết cấu nhà máy thủy điện chịu tác dụng lực động đất - Xây dựng biểu đồ gia tốc vị trí cơng trình theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 375-2006; Thiết kế cơng trình chịu động đất - Xây dựng mộ hình 3-D nhà máy thủy điện chịu tải trọng tĩnh trọng động đất phần mềm Phần tử hữu hạn có module phân tích động theo phương pháp lịch sử thời gian - Xây dựng sở lý thuyết, lập phần mềm phân tích ổn định nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất - Phân tích, đánh giá kết quả Kết dự kiến đạt được: - Biểu đồ gia tốc vị trí xây dựng nhà máy thủy điện - Trạng thái ứng suất biến dạng điểm nhà máy thủy điện theo thời gian trận động đất 55 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHỐNG TRƯỢT CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP LỊCH SỬ THỜI GIAN 4.1.Tổng quan phân tích ổn định chống trượt nhà máy thủy điện Các cơng trình bê tơng thường tính chống trượt theo mặt tiếp xúc đáy với - sơ đồ trượt phẳng tính theo sơ đồ trượt sâu với lớp đất bị ép phì đáy nhà máy khơng chơn sâu chiều rộng đáy theo phương trượt nhỏ Nhà máy thủy điện thường có chiều rộng đáy lớn theo phương trượt (30÷60m) đặt sâu nên thường tính ổn định theo sơ đồ trượt phẳng Trong sơ đồ trượt phẳng, mặt trượt tính tốn mặt nằm ngang cao trình chơn sâu đáy (hình 1-6) Khi tính tốn phải kể đến trọng lượng phần đất nằm mặt trượt Trường hợp có lớp đất yếu nằm đáy phải kiểm tra ổn định theo mặt phẳng trùng với mặt lớp đất đó, khả bị trượt lớn Thường người ta tính ổn định cho trường hợp sau: - Vận hành bình thường: Mực nước thượng lưu mực nước dâng bình thường(MNDBT), thiết bị đặt chỗ, phần dẫn dòng đầy nước - Sửa chữa: Thượng hạ lưu nhà máy có áp lực nước, thiết bị đem sửa chữa; phần dẫn dòng bơm cạn nước Hình 4.1: Các mặt trượt tính toán cho sơ đồ trượt phẳng ABCD, ABCDEF, ABCDE 56 - Sự cố có tải trọng đặc biệt Trước tính tốn ổn định phải chọn sơ đồ tính tốn Phần lớn nhà máy thủy điện tính ổn định theo sơ đồ trượt phẳng, có trường hợp tính theo sơ đồ trượt sâu Có thể dựa vào tiêu chuẩn sau để chọn sơ đồ mặt trượt Khi hoặc tỷ số giữa , tính theo sơ đờ trượt phẳng Trong đó: τ- hệ số trượt; f- hệ số ma sát; c-lực dính đơn vị T/m2 p- áp lực tính tốn đất T/m2; γ- dung trọng đất T/m2 σmax- ứng suất pháp lớn đất nền; B- chiều rộng nhà máy theo chiều dịng chảy K- trị số khơng thứ ngun phụ thuộc vào góc ma sát φ lực dính đất c Đối với cơng trình cấp I, K xác định theo kết thí nghiệm mơ hình, cơng trình cấp II, III, IV đất lấy K=3 riêng cát K=1 Đối với nhà máy thủy điện tỷ số nên phần lớn tính theo sơ đồ trượt phẳng đa số nhà máy thủy điện đặt đá tương đối tốt Khi xét đến tải trọng động đất phân tích ổn định trượt nhà máy thủy điện đơn vị tư vấn chủ yếu sử dụng phương pháp tĩnh lực ngang tương đương Nội dung phương pháp lực quán tính động đất sinh tác động lên cơng trình theo phương ngang thay tĩnh lực ngang tương đương tác dụng vào tâm khối lượng cơng trình Ưu điểm phương pháp tính tốn đơn giản cho hệ số thiên an tồn kết khơng phản ánh ổn định cơng trình suốt thời gian xảy động đất khơng mổ q trình trượt nhà máy nhà máy chịu tải trọng động đất vượt khả chống trượt 57 Để tính tốn hệ số ổn định chống trượt nhà máy thủy điện theo theo thời gian mô trình trượt nhá máy chịu lực động đất vượt giới hạn chịu lực, luận văn tác giả trình báy phương pháp phân tích ổn định chống trượt cho nhà máy thủy điện theo lịch sử thời gian sử dụng mơ hình bậc tư (SDOF model) 4.2 Nội dung phương pháp phân tích ổn định chống trượt nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất theo mơ hình SDOF Phương pháp phân tích ổn định sử dụng mơ hình SDOF coi nhà máy khối cứng có khối lượng M đặt đá Nhà máy chịu tác dụng áp lực đất chủ động, áp lực nước, áp lực đẩy dịch chuyển đất gây động đất Tại thời điểm trận động đất nhà máy chịu đồng thời lực sau: + Trọng lượng thân, trọng lượng thiết bị: M + Áp lực nước nhà máy thủy điện ngang đập áp lực đất chủ động nhà máy thủy điện sau đập: H st R + Lực ma sát nhà máy F r = ρMg R R + Lực quán tính động đất gây ra: , M*a (t) (a (t) gia tốc thời R R R R điểm t) + Áp lực đẩy U Theo Westermo Udwadia, tiêu chuẩn để cơng trình ổn định trượt gia tốc a t lớn gia tốc tiêu chuẩn a c , R ac = R ((W − U ) µ − H st ) M R R (4.1) µ: hệ số ma sát nhà máy Khi a t > a c nhà máy bị ổn định bắt đầu trượt, phương trình mơ R R R R trượt nhà máy thời điểm t là: M S (t ) = − Ma (t ) + H st − H d − Fr (4.2) 58 Trong S gia tốc trượt nhà máy Phương trình (4.2) viết thành: S (t ) = − a (t ) + ( H st − [Mg − U ]µ M Sử dụng thuật tốn Newmark xác định vận tốc trượt nhà máy chuyển vị nhà máy bị trượt Trong khoảng bước thời gian h nằm thời điểm tính toán i i +1, gia tốc trượt nhà máy sau khoảng thời gian τ xác định theo phương trình sau:   S i +1 − S i   S (τ ) = S i +  τ h     (4.3) Vận tốc trượt chuyển vị nhà máy xác định: h S i +1 = S i + ( S i + S i +1 ) Si +1 = Si + S i h + S i (4.4) h h + S i +1 (4.5) Khi nhà máy bị trượt, ngưng trượt thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: Gia tốc thời điểm t a t nhỏ gia tốc tiêu chuẩn a c R R R R Vận tốc trượt cuối thời điểm tính tốn mang giá trị âm Hệ số an toàn chống trượt tức thời xác định theo công thức: Fs = FRe sisting FSoliciting = [Mxg − U ]µ ( M )a t + H st Dựa thuật tốn trình bày trên, tác giả lập phần mềm phân tích ổn định trượt nhà máy thủy điện ngơn ngữ lập trình Visual Basic 4.3 Tải trọng tổ hợp hợp tải trọng phân tích ổn định chống trượt nhà máy thủy điện Để tính tốn ổn định cách xác cần phải phân tích tải trọng tổ hợp tải trọng bao gồm: phương lực tác dụng, trị số, tổng hợp lực theo phương tác dụng 59 vào cơng trình, cơng thức tính tốn tải trọng, cịn cấp bậc cơng trình dựa vào tiêu chuẩn quy phạm định Bảng 4.1 Tổng hợp phân tích tải trọng tính tốn ổn định nhà máy thủy điện TT Phương lực Thuyết minh tải trọng tổ hợp tải trọng tổ hợp lực Các lực (1) Trọng lượng thân công trình W , (2) trọng thẳng R R đứng lượng U Tổng lực tác ∑V=W +W +G-U dụng đứng R R R R (1) áp lực nước thượng lưu P , (2) áp lực nước hạ lưu R Lực tác R dụng P , (3) áp lực sóng P , (4) áp lực bùn cát P , (5) áp lực R R R R R R gió P , (6) áp lực quán tính kết cấu động đất P , ngang R R R R (7)áp lực dập dềnh sóng nước động đất P v.v R Tổng lực tác ∑H=P - P + P + P + P + P + P R dụng ngang Tình hình vận R R thường(1) Tình hành hình R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R vận mực nước thượng hạ lưu nhà máy tính với mực nước bình tần suất thiết kế tương ứng với cấp cơng trình thường(2) Tổ hợp đặc biệt Tổ hợp đặc biệt (2) Các trường hợp -∑V=W + W + G- U; ∑H=P - P + P + P + P + P ; R R R R R R R R R R R R R R R R Mực nước hồ mực nước lớn -∑V=W + W + G- U; ∑H=P - P + P + P + P + P R R R R R R R R R R R R R R R R +P ; Mực nước hồ MNDBT R R Tổ máy đại tu: G=0, W =0, P =0, P =0, Tình hình thi R R R R R R công: G=0, W =0, W tính theo thực tế, khơng tính R khác R - Các lực giống (1) song trường hợp (1) R bình +P ; Mực nước hồ MNDBT R R -∑V=W + W + G- U; ∑H=P - P + P + P + P + P R hành R động đất R R R 60 4.4 Kết phân tích ổn định trượt cho nhá máy thủy điện Xím Vàng mơ hình SODF 4.4.1 S liu tớnh toỏn Nhà máy thuộc công trình cấp III Việc tính ổn định ứng suất tính với khối nhà máy - Dung trọng bê t«ng cèt thÐp γb = 2.5 T/m3 P - ChØ tiêu lý đá IIA (bÃo hoà) : = 38o28’, C = 20 T/m2 P P P P - Chỉ tiêu lý đá đắp lưng tường: = 1.85 T/m3, γbh = 1.95 T/m3, ϕω = 37o, ϕbh = 35o, C = P P P P P P P P - Giá trị lực tính tốn : Hớng Tải trọng Ký hiệu Hệ số vợt tải Trị số (T) Trọng lượng thân nhà máy G bt 0,95 3243,00 Lực Trọng lượng đá đắp TL nhà máy G đt 0,9 65,25 đứng Trọng lượng thiết bị G tb 0,95 293,55 Trọng lượng nước phía đáy Gn 1,00 125,66 áp lực nước đẩy ngược W ®n R R R R R Tỉng Lùc ¸p lùc n­íc phÝa thỵng lu -1168,00 2559,46 W nt 164,02 W nh -164,02 áp lực đá đắp phía TL nhà máy W đt 1,2 1367,00 áp lực gió W gi 1,3 27,77 ngang áp lực nước phía hạ lu R R R R Tæng 1394,77 61 4.4 Trường hợp tính tốn Trong luận văn tác giả tính tốn ổn định nhà máy thủy điện Xím Vàng cho trường hợp sau: Tỉ hỵp Tr­êng hỵp tính toán B Mực nước hạ lưu ứng với mực nước lũ thiết kế 237.31mét Nhà máy vận hành bình thường Tải trọng Mực nước hạ lưu ứng với mực nước 2tm 235.10mét Nhà máy vận hành bình thường Mực nước hạ lưu ứng với mực nước tổ máy 235.10 mét Nhà máy sửa chữa, nhà máy nước, thiết bị tháo, đóng turbin Tải trọng đặc biệt Mực n­íc h¹ l­u øng víi mùc n­íc h¹ l­u tổ máy 235.10 mét Nhà máy vận hành bình thường, ®éng ®Êt cÊp Trượng hợp động đất, tác giả sử dụng phương pháp lịch sử thời gian với với mơ hình SDOF Tác giả sử dụng biều đồ gia tốc ứng với cấp động đất: Trường hợp Biểu đồ gia tốc ứng với động đất cấp Trường hợp Biểu đồ gia tốc ứng với động đất cấp Trường hợp 3: Biểu đồ gia tốc ứng với động đất cấp 10 62 Hình 4.2 Biểu đồ gia tốc tương ứng động đất cấp Hình 4.3 Biểu đồ gia tốc tương ứng động đất cấp 63 Hình 4.4 Biểu đồ gia tốc tương ứng động đất cấp 10 4.4.3 Kết tính 4.4.3.1 Kết q tính t hp c bn Mặt trượt chọn mặt phẳng nằm ngang mặt tiếp xúc đáy công trình Công thức tính toán: Kt = R [K ] N Trong đó: R Hợp lực lực thẳng đứng N Hợp lực lực gây trượt Kt qua tớnh toỏn trng hp lc hệ số an toàn chống trượt Kt = 1,28 4.4.3.2 Kết tính tốn cho tổ hợp đăch biệt Kết tính tốn tổ hợp lực đặc biệt xét đến ảnh hưởng lực động đất theo SDOF cho biểu đồ hệ số an toàn theo thời gian động đất 64 4,5 4,0 Safety factor 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 10 Time (Sec) 12 14 16 Hình 4.5 Biểu đồ hệ số an tồn ổn định chống trươt với động đất cấp 4,5 4,0 Safety factor 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 10 Time (Sec) 12 14 16 Hình 4.6 Biểu đồ hệ số an tồn ổn định chống trươt với động đất cấp 65 4,5 4,0 Safety factor 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 10 Time (Sec) 12 14 16 Hình 4.7 Biểu đồ hệ số an tồn ổn định chống trươt với động đất cấp 10 Từ kết tính tốn ta thấy: + Đối với tổ hợp lực bản, hệ số an toàn chống trượt nhỏ K = 1,28 + Đối với nhà máy chịu tải động đất tương ứng cấp 8, hệ số an toàn chống trượt nhỏ Kmin = 1,16 + Đối với nhà máy chịu tải động đất tương ứng cấp 9, hệ số an toàn chống trượt nhỏ Kmin = 1,05 + Đối với nhà máy chịu tải động đất tương ứng cấp 10, hệ số an toàn chống trượt nhỏ Kmin = 0,88 Từ kết cho thấy, động đất cấp cấp 9, nhà máy đảm bảo an toàn chống trượt Đối với động đât cấp 10, hệ số Kmin = 0, 88 nên nhà máy bị trượt hạ lưu Sử dụng mô hình SDOF tính tốn tổng chuyển vị nhà máy bị trượt trình động đất, tổng chuyển vị nhà máy chịu lực động đất, kết cho hình 4.8 66 Total sliding (m) 0.02 0.01 0.00 10 Time (s) 12 14 16 Hình 4.8 Chuyển vị trượt nhà máy chịu tải động đất cấp 10 Từ kết chuyển vị cho thấy, chuyển vị nhà máy không phụ thuộc vào giá trị lớn gia tốc mà phụ thuộc vào số dao động gia tốc số lượng dao động có gía trị gia tốc a t vượt q giá trị tiệu chuẩn a c R R R R 4.5 Kết luận chương Trong chương này, tác giả trình bày mơ hình SDOF phân tích ổn định chống trượt nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất Mơ hình dựa giả thiết nhà máy tuyệt đối cứng đặt đá tốt nên mặt trượt xuất mặt tiếp xúc nhà máy với cơng trình Dưa mơ hình này, tác giả phát triển phần mềm phân tích ổn định trượt nhà máy ngơn ngữ lập trình Visual Basic Sử dụng phần mềm học viên lập, tiến hành phân tích ổn định cho nhà máy thủy điện Xím vàng chịu tải trọng động đất với 03 cấp động đất từ cấp 08 đến cấp 10, kết cho thấy, với tải trọng động đất cấp cấp 9, nhà máy đảm bảo an toàn chống trượt, động đất cấp 10, nhà máy ổn định bị trượt hạ lưu, tổng chuyển vị trượt 1,2cm 67 KẾT LUẬN Kết đạt luận văn Trình bày tổng quan nhà máy thủy điện tình hình xây dựng, yêu cầu, phương pháp tính tốn kết cấu, phân tích ổn định nhà máy thủy điện Trình bày tổng quan động đất phân vùng động đất Việt nam Trình bày sở phân tích động lực học kết cấu cơng trình chịu tải trọng động đất, phương pháp phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất Xây dựng biểu đồ gia tốc nhân tạo từ phổ phản ứng thiết kế Xây dựng mô hình 3D nhà máy thủy điện để phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất theo phương pháp phổ phản ứng phương pháp lịch sử thời gian Rút nhận xét kết phân tích kết cấu nhà máy theo phương pháp phố phản ứng phương pháp lịch sử thời gian Kết qủa cho thấy theo phương pháp phổ phản ứng, ứng suất biến dạng có giá trị lớn kết phương pháp lịch sử thời gian giá trị lớn không nhiều nên thiết kế sử dụng phương pháp phổ phản ứng để tính tốn Xây dựng mơ hình phân tích ổn định chống trượt cho nhà máy thủy điện, ứng dụng mơ hình phân tích trượt cho nhá máy thủy điện Xím vàng cho cấp động đất khác Kết cho thấy động đất cấp 8, cấp nhà máy đảm bảo an toàn chống trượt, động đất cấp 10 nhà máy ổn định trượt hạ lưu Mơ hình tính toán chuyển vị nhà máy trường hợp nhà máy bị ổn định trượt Vấn đề tồn phương hướng nghiên cứu Mô hình tính tốn sử dụng mơ hình 3D phần tử chọn phần tử shell, 68 Chưa kể đến làm việc với nhà máy, liên kết nhà máy chọn liên kết cứng Khi xét đến lực động đất, tác giả xét ảnh hưởng lực động đất tác dụng theo phương ngang mà chưa tính đến ảnh hưởng động đất theo phương đứng, điều ảnh hưởng đến kết toán đặc biệt ảnh hưởng đến kết phân tích ổn định nhà máy Trong tính tốn chưa kể đến áp lực đất, áp lực nước tăng thêm động đất Phương hướng nghiên cứu Nghiên cứu đầy đủ ảnh hưởng lực động đất đến kết cấu nhà máy bao gồm ảnh hưởng lực động đất tác dụng theo phương đứng phương ngang Nghiên cứu tính tốn áp lực đất, áp lực nước tăng thêm tác dụng vào nhà máy phân tích kết cấu, ổn định nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất Nghiên cứu phân tích ổn định nhà máy mơ hình nhiều bậc tư 69 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 cơng 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 PGS.TS.Hồ Sỹ Dự, PGS.TS.Nguyễn Duy Hạnh, PGS.TS.Huỳnh Tấn Lượng, PGS.TS.Phan Kỳ Nam(2003), Cơng trình trạm thủy điện, ĐHTL PGS.TS Nguyễn Lê Ninh , Động đất thiết kế cơng trình chịu động đất Phạm Ngọc Khánh, Trịnh Đình Châm (2002), Lý thuyết đàn hồi, NXB Xây dựng, Hà Nội Phạm Ngọc Khánh, Nguyễn Công Thắng (2007), Phương pháp số, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Phạm Gia Lộc (1985), Cơ sở động đất tính tốn cơng trình chịu tải trọng động đất, NXB Xây Dựng, Hà Nội Tiêu chuẩn xây dựng Việt nam TCXDVN 375-2006; Thiết kế cơng trình chịu động đất; (2006) 10 Viện vật lý Địa Cầu (2000), Bản đồ phân vùng động đất Việt Nam 11 Bùi Đức Vinh (2006), Phân tích thiết kế kết cấu phần mềm SAP2000, NXB Thống kê Tiếng Anh 12 ER-1110-2-1806 (1999), Earthquake design and evaluation for civil work projects 13 EM 1110-2-6050 (1999), Response Spectra and Seismic Analysis for Concrete Hydraulic Structures ... kết cấu nhà máy thủy điện Xím vàng chịu tải trọng động đất theo phương phổ phản ứng (2a) b Phân tích kết cấu nhà máy thủy điện Xím vàng chịu tải động đất theo phương pháp lịch sử thời gian (2b)... để phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất phương pháp lịch sử thời gian để làm sở cho việc phân tích kết cấu nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất chương 27 CHƯƠNG 3: LẬP BÀI TỐN PHÂN TÍCH... lịch sử thời gian cần thiêt Học viên chọn đề tài: ? ?Phân tích kết cấu, ổn định nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đất theo phương pháp lịch sử thời gian? ?? góp phần vào cơng nghệ thiết kế, phân tích