HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ TÍNH TOÁN KẾT CẤU ĐẬP VÒM BÊ TÔNG. Khoa Công trình, trường Đại học Thủy lợi

XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM NHỮNG VẤN ĐỀ ĐỐI MẶT HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ TÍNH TỐN KẾT CẤU ĐẬP VỊM BÊ TƠNG VŨ HỒNG HƯNG, NGUYỄN QUANG HÙNG Khoa Cơng trình, trường Đại học Thủy lợi HÀ NỘI, THÁNG 01 NĂM 2003 Dagangshan H=210m Hiện nghiên cứu thiết kế đập vòm cần phải giải vấn đề sau:   - Vấn đề thiết kế tối ưu hình dạng Hàm số mục tiêu: kinh tế an toàn Điều kiện ràng buộc: hình học, ứng suất ổn định  - Vấn đề phân tích phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng Phương pháp ứng suất tương đương phần tử hữu hạn - Vấn đề tiêu khống chế ứng suất Các quốc gia quy định tiêu khống chế ứng suất đập vòm khác điều kiện trình độ phát triển đập vịm nước - Vấn đề phá hoại Hình thức phá hoại đập vịm đa dạng: Mất ổn định (vai) đập Nứt chịu kéo Nứt động đất cường độ cao Mất ổn định trượt khe biên - Vấn đề đánh giá độ an toàn Dùng hệ số độ mềm C = A2/VH, hệ số mức độ ứng suất đập vịm D = A2/V, hệ số mức độ an tồn đập vòm J = 100RV/A2 để đánh giá - Vấn đề phân tích kháng chấn biện pháp cơng trình kháng chấn Dựa vào phương pháp PTHH giả định đàn hồi tuyến tính khơng khối lượng Tương tác động lực đập – nước – Sử dụng biên đàn dính mơ mơi trường bán khơng gian vơ hạn Báo cáo tập trung vào Xử lý vấn đề kỹ thuật phân tích kết cấu đập vịm theo phương pháp phần tử hữu hạn để nâng cao độ tin cậy kết tính tốn thơng qua ví dụ cụ thể? NỘI DUNG • • • • • • • • Đặt vấn đề Giới thiệu cơng trình Phân chia mạng lưới PTHH tự thích ứng Mô khe co giãn Vấn đề ứng suất cục Kết tính tốn Kết luận Tài liệu tham khảo ĐẶT VẤN ĐỀ • Hạn chế mơ hình vật lý tiến hành phân tích ứng suất đập vịm • Với phát triển phương pháp PTHH ứng dụng máy tính điện tử, mặt lý thuyết thay hồn tồn phần thí nghiệm mơ hình vật lý • Vấn đề cịn lại xử lý vấn đề kỹ thuật xây dựng mơ hình cho kết tính tốn sát với thực tế • Giới thiệu tính tốn cụ thể cho đập vịm để minh họa cho số kết nghiên cứu gần tác giả GIỚI THIỆU CƠNG TRÌNH • Nhà máy thủy điện Nậm Chiến xây dựng huyện Mường La – Sơn La. Đây là  đập vịm mỏng đầu tiên được xây dựng ở Việt  Nam • Đập ngăn hình thức đập vịm cao 135m  • Chiều dài đập đỉnh 273m  • Tỉ lệ dày/cao 0.22 • Đập phân thành 18 đoạn với 17 khe co giãn • Cao trình đỉnh đập 953m, MNDBT 945m  MƠ HÌNH TỔNG THỂ CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM CHIẾN • Sử dụng biên tính đàn dính gồm lị xo có cản gán biên mơ hình có khả hồi phục tính đàn hồi mơi trường bán khơng gian vơ hạn Độ cứng lò xo hệ số cản tuyến tính điểm nút l theo phương i tính tốn theo cơng thức đây:    2G K li  1 a r Cli  b cP Pháp tuyến  G K li  1 a r Cli  b cS Tiếp tuyến  KẾT QUẢ TÍNH TỐN • KẾT QUẢ TÍNH TỐN TĨNH Bảng so sánh kết tính tốn ứng suất phần tử hữu hạn tự thích ứng ứng suất tương đương Ứng suất (MPa) Ứng suất theo phương Y Ứng suất cắt YZ Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ PTHH tự thích ứng Tương đương 1.64 1.11 -3.62 -4.70 -1.36 -1.21 -1.90 -1.94 Ung suat PTHH tu thich ung ANSYS Ung suat sau xu ly Khoang cach (m) -2 -3 -4 -5 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 Ung suat PTHH tu thich ung ANSYS Ung suat sau xu ly 0.5 -1 Phổ ứng suất theo phương Y mặt thượng lưu đập (Pa) Ung suat cat SYZ (MPa) Ung suat theo phuong Y (MPa) Phổ chuyển vị tổng mặt thượng lưu đập (m) 0.0 -9 -0.5 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 Khoang cach (m) -1.0 -1.5 -2.0 (a) Ứng suất theo phương Y (b) Ứng suất cắt YZ Phân bố ứng suất mặt cắt mặt đáy đập • KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐỘNG Bảng so sánh kết tính tốn ứng suất theo phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng có xét đến ứng suất tương đương số thời điểm Ứng suất (MPa) t=1s t=1.64s Ứng suất theo phương Y t=3s t=5s t=1s t=1.64s Ứng suất cắt YZ t=3s t=5s Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ Lớn Nhỏ PTHH tự thích ứng 0.82 -3.03 3.67 -4.24 2.57 -3.54 2.52 -3.78 -0.98 -1.49 -1.93 -2.41 -1.29 -1.79 -1.41 -1.95 Tương đương 0.41 -3.83 2.91 -5.84 1.94 -4.78 1.88 -5.06 -0.85 -1.54 -1.76 -2.41 -1.24 -1.52 -1.14 -1.93 JOINT OPENING X - DIRECTION (M) 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 TIME (S) Độ mở đỉnh khe co giãn theo thời gian Biến dạng khối đập thời điểm độ mở khe lớn 0.005 0.018 0.015 0.003 0.002 0.001 0.000 -0.001 -0.002 -0.003 10 11 TIME (S) 12 13 14 15 16 17 18 19 20 DISP Z - DIRECTION (M) DISP Y - DIRECTION (M) 0.004 0.012 0.009 0.006 0.003 0.000 -0.003 -0.006 10 11 12 13 14 15 16 17 TIME (S) -0.009 -0.012 -0.015 Quan hệ trượt tương đối theo hai phương đỉnh khe co giãn theo thời gian 18 19 20 • PHÂN TÍCH KẾT QUẢ Chuyển vị lớn toàn đập tác dụng tải trọng tĩnh lực 0.0278 m, ứng suất kéo lớn ứng suất nén lớn theo phương Y 1.64 MPa 3.62 MPa, sau bổ sung tính tốn ứng suất tương đương, ứng suất kéo mặt thượng lưu đập giảm xuống 1.11MPa ứng suất nén mặt hạ lưu đập tăng lên 4.80 MPa Khi chịu thêm tác dụng động đất, ứng suất chuyển vị đập tăng lên đáng kể, ứng suất kéo lớn ứng suất nén lớn theo phương Y thời điểm t = 1.64s 3.67 MPa 4.24 MPa, sau bổ sung tính tốn ứng suất tương đương ứng suất kéo giảm xuống 2.91 MPa ứng suất nén tăng lên 5.84 MPa Ngoài chịu tác dụng tải trọng động đất khe co giãn bị mở rộng xuất trượt tương đối khối đập, độ mở lớn khe co giãn 0.0132 m trượt tương đối lớn theo phương đứng 0.0044 m phương dòng chảy 0.0148 m Các kết so sánh với kết tính tốn mơ hình phần tử hữu hạn thơng thường, mơ hình tính tốn khơng xét đến ảnh hưởng khe co giãn cho thấy tính tin cậy mơ hình tính tốn mà tác giả lựa chọn KẾT LUẬN Với nghiên cứu gần tác giả, việc ứng dụng vào tính tốn ứng suất đập vịm có hiệu rõ rệt Khi thiết kế đập vòm đặc biệt đập vòm cao cần đặc biệt ý đến phương pháp tính tốn ứng suất đập vịm, kiến nghị với đập vịm cao cần sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng đồng thời bổ sung tính tốn ứng suất tương đương để loại bỏ ảnh hưởng ứng suất tập trung Đối với đập vòm chịu ảnh hưởng động đất cần xem xét đến ảnh hưởng khe co giãn ngang đến trạng thái ứng suất thân đập Những kết luận hy vọng làm tài liệu tham khảo hữu ích cho thiết kế đập vịm tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO • • • • • [1] Dong, F P., Zhu, B F., Shen, Z L., and Ge, N, A survey of high arch stresses in the world, Journal of China Institule of Water Resources and Hydropower Research, 2003, 1(4), 292-299 [2] Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hùng Phương pháp phần tử hữu hạn tự thích ứng ứng dụng phân tích đập bê tơng trọng lực Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường, 11/2009, 64-70 [3] Vũ Hồng Hưng, Nguyễn Quang Hùng Mơ hình tiếp xúc phần tử hữu hạn phân tích ổn định chống trượt đập bê tơng trọng lực Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường, 06/2009, 38-45 [4] Vũ Hồng Hưng Tính tốn ứng suất tương đương phần tử hữu hạn đập vịm bê tơng Hội nghị khoa học kỷ niệm 45 năm thành lập Khoa Cơng trình, 11/2011 [5] Vũ Hoàng Hưng Nghiên cứu độ an toàn đập vòm cao tác dụng tải trọng tĩnh động lực ứng dụng cho đập vòm Nậm Chiến Việt Nam Luận án Tiến sĩ, trường Đại học Hà Hải, 2011 MỘT SỐ HÌNH ẢNH ĐẬP VỊM NẬM CHIẾN TRONG Q TRÌNH THI CƠNG ... chống trượt đập bê tơng trọng lực Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường, 06/2009, 38-45 [4] Vũ Hồng Hưng Tính tốn ứng suất tương đương phần tử hữu hạn đập vịm bê tơng Hội nghị khoa học kỷ... việc ứng dụng vào tính tốn ứng suất đập vịm có hiệu rõ rệt Khi thiết kế đập vòm đặc biệt đập vòm cao cần đặc biệt ý đến phương pháp tính tốn ứng suất đập vịm, kiến nghị với đập vòm cao cần sử dụng... thành lập Khoa Công trình, 11/2011 [5] Vũ Hồng Hưng Nghiên cứu độ an tồn đập vịm cao tác dụng tải trọng tĩnh động lực ứng dụng cho đập vòm Nậm Chiến Việt Nam Luận án Tiến sĩ, trường Đại học Hà Hải,