1.4.1. Tình hình trong nƣớc.
Trong nền kinh tế hiện nay phát triển bền vững phải đi đôi với bảo vệ tài nguyên thien nhiên nói chung và nguồn tài nguyên nước nói riêng.
Ta phải biết khai thác nguồn tài nguyên một cách hợp lý, sử dụng tổng hợp và thồng nhất theo từng khu vực sông và hệ thống công trình thủy lợi.
Khai thác sử dụng phải đi đôi với bảo vệ cả số lượng lẫn chất lượng, chống suy thoái, cạn kiệt nguồn nước, tái tạo nguồn nước bằng các biện pháp công trình thủy lợi
đồng thời tiến hành lồng ghép các chương trình phát triển nông- lâm kết hợp nhằm đạt được mục tiêu đề ra.
Cần chú trọng bổ sung, hoàn chỉnh và nâng cao chất lượng Quy hoạch phát triển thuỷ lợi các lưu vực sông và các địa phương với sự phối hợp chặt chẽ với Bộ Tài nguyên và Môi trường và các Bộ, Ngành khác.
Coi trọng phát triển thuỷ lợi để chuyển đổi cơ cấu sản xuất nông lâm nghiệp, đa dạng hóa cây trồng, đảm bảo an ninh lương thực trước sức ép gia tăng dân số, biến động bất lợi của thời tiết và bất ổn định của thế giới, đồng thời phải giải quyết nguồn nước cho sinh hoạt, công nghiệp, thủy sản, dịch vụ du lịch, duy trì và cải thiện môi trường sinh thái, khai thác thủy năng.
Không ngừng nâng cao khả năng chủ động và mức bảo đảm an toàn phòng chống thiên tai bão lụt để giảm thiểu tổn thất. Có kế hoạch và biện pháp thích hợp cho từng vùng: chủ động phòng chống, thích nghi hoặc phòng tránh. Bảo đảm sự hài hòa giữa lợi ích các vùng, các ngành với lợi ích của cả nước.
Chú trọng phát triển thuỷ lợi cho miền núi, vùng sâu vùng xa, nhất là những vùng đặc biệt khó khăn về nguồn nước, gắn với các chính sách xã hội để từng bước giải quyết nước sinh hoạt cho nhân dân và phục vụ phát triển kinh tế-xã hội, góp phần thực hiện thành công chương trình xóa đói giảm nghèo, định canh định cư và bảo vệ vững chắc biên cương của Tổ quốc.
Một số công trình thủy lợi tiêu biểu: Hồ Đập Đầm Hà Động
Hồ Đập Đầm Hà Động của công ty Tư vấn Trương Đại Học Thủy lợi xây dựng Hồ Đầm Hà Động được xây dựng trên sông Đầm Hà, tại xã Quảng Lợi, huyện Đầm Hà.
Hồ có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 3500ha đất canh tác, tạo nguồn cấp nước sinh hoạt cho 29.000 người, cắt chậm lũ, nuôi trồng thủy sản, cải tạo khí hậu, tạo tiềm năng du lịch.
Diện tích lưu vực 68,5 km2, cao trình đáy hồ: +33,0m; cao trình mực nước chết +47,5m; dung tích chết 2013.103m3 ; cao trình mực nước dâng bình thường (MNDBT) +60,7m; dung tích hữu ích 12,3 triệu m3; cao trình mực nước lũ thiết kế +62,69m; cao trình mực nước lũ kiểm tra +63,99m.
Cụm công trình gồm: một đập chính, 3 đập phụ, một tràn xả lũ, cống lấy nước, khu nhà vận hành và quản lý.
Công trình Đầm Hà Động đã góp phần đắc lực cho huyện Đầm Hà mỗi năm có sản lượng lương thực tăng thêm 17.000 tấn; thêm 1.000 ha rừng được trồng mới, giúp tăng thêm 550ha nuôi trồng thủy sản với sản lượng gần 4000 tấn.
Quan trọng hơn là người dân Đầm Hà thấy lòng mình an tâm, thấy cuộc sống thi vị hơn, ấm áp hơn bởi có nước điều hòa với đất cùng chiều lòng người. Đó là tâm sự của lãnh đạo huyện Đầm Hà.
Hình 1.12 Cửa van Hồ Đập Đầm Hà Động
Hồ chứa nƣớc Cửa Đạt
Công trình hồ chứa nước Cửa Đạt nằm trên Sông Chu thuộc địa phận xã Xuân Mỹ, huyện Thường Xuân, tỉnh Thanh Hoá.
Nhiệm vụ chính của công trình là chống lũ bảo vệ hạ du, cung cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt, tạo nguồn nước tưới ốn định cho sản xuất nông nghiệp và kết hợp phát điện.
Công trình xả lũ bao gồm 5 cửa van hình cung bằng hình thức cửa van kiểu 3 khung chính đóng mở bằng pít tông thủy lực.
Hình 1.13 Cửa van Cửa Đạt đang thi công
1.4.2. Tình hình ngoài nƣớc.
Tình hình chung các công trình thủy lợi trên thế giới nhằm mục đích chống lũ lục, ngăng triều, hạn chế xâm nhập mặn. Bên cạnh đó có một số công trình được sử dụng để khai thác tiềm năng du lịch.
Một số công trình tiêu biểu:
Công trình ngăn sóng bão St petersburg
Đặc điểm của van: Cửa van cung trục đứng có kết cấu phần động với mặt cắt ngang dạng hình cung. Khi hoạt động, cửa quay quanh trục thẳng đứng đi qua tâm cối quay, lực tập trung về cối trục do vậy cửa van có khả năng chịu lực lớn. Nhưng loại cửa van có hạn chế là mặt bằng bố trí cửa rất lớn và thường chỉ bố trí cho công trình có một khoang thông nước.
Cống Haringvliet – Hà Lan
Hình 1.16 Cống Haringvliet –Hà Lan
Đặc điểm công trình: mặt cắt ngang cửa van cung có dạng hình cung tròn, tâm cung là tâm quay của cửa, phần chắn nước là tổ hợp bản mặt lắp ghép lên các kết cấu dầm, thông qua kết cấu giàn càng chuyền lực lên trụ pin thông qua cối quay. Với cửa van có khẩu độ lớn thì để đảm bảo điều kiện ổn định và an toàn trong quá trình làm việc của cửa van thì ngoài 2 càng van 2 dầu còn có một số càng van trung gian ở giữa.
Ưu nhược điểm:
Cửa này co khả năng chịu lực lớn, cột nước cao, lực nâng hạ cửa van cung có lợi về lực vì quá trình cửa van đóng mở quay quanh cối bản lề cho nên một phần trọng lượng cửa chuyền lên cối quay, hơn nữa nhờ bản mặt hình cung cho nên có thể lợi dụng sức nước để giảm lực nâng cửa van, kết cấu cửa van không quá phức tạp cho nên
khả năng chế tạo và lắp đặt có thể thực hiện được dề dàng, quá trình bảo dưỡng cửa van được thực hiện dễ dàng và thuận tiện khi cửa van quay lên trên khỏi mặt nước.
Tuy nhiên hạn chế của cửa van loại này là mở quay lên trên chiếm một khoảng không gian của công trình và tạo thành một tấm chắn gió gây ra lực tác dụng lên công trình.
Công trình chống lũ Chung Lâu
Công trình khống chế lũ Chung Lâu nằm trên kênh đào Kinh Hàng thành phố Thường Châu - tỉnh Giang Tô – Trung Quốc
Công trình sủ dụng hai cửa van thép hình cung đóng mở trên mặt bằng. Công trình cơ bản hình thành năm 2008 và là cửa van lớn nhất Châu Á hiện nay.
Công trình gồm 2 cửa đối xứng với các thông số như sau:
Bán kính mặt cong: 60 m
Độ dày khối mặt cong cửa: 3.5 m Cao trình đỉnh cửa: 6.5 m
Cao trình đáy cửa: -1 m
Cao trình tâm gối đỡ: 5.027 m Phạm vi vận hành cửa van: 58.350 Tổng chiều dài mặt phía ngoài
cửa van cung là: 58.358 m
Góc bao ngoài cửa van: 59.820 Độ dà cung chiệu áp lực nước: 52.3 m Trọng lượng một cánh khoảng: 850 tấn
CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM SAP 2000
2.1. Giới thiệu về SAP 2000.
Hơn 3 thập kỷ qua kể từ khi ra đời, họ chương trình phân tích kết cấu SAP đã liên tục phát triển, hoàn thiện và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ học kết cấu và kết cấu công trình. Với thời gian như vậy SAP đã tạo dựng được danh tiếng cũng như lòng tin trên khắp thế giới.
Phần mềm SAP (Structural Analysis Program) được bắt đầu từ các kết qủa nghiên cứu phương pháp số và phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán cơ học mà người đặt nền móng là Giáo sư Edward L.Wilson (University Avenue Berkeley, California, USA).
Năm 1970, giáo sư cùng các cộng sự chính thức cho ra đời phiên bản đầu tiên của SAP. Trong những năm tiếp theo, những nghiên cứu và phát triển sâu hơn về phương pháp phần tử hữu hạn và các phương pháp tính toán số đã tạo điều kiện cho các phiên bản tiếp theo của SAP ra đời: SOLIDSAP, SAP3, SAP IV, SAP80, SAP90. SAP 80 được nâng cấp và hoàn thiện vào cuối những năm 1980, nó được coi là mốc đánh dấu sự xuất hiện phần mềm tính toán kết cấu có tính thương mại đầu tiên của họ chương trình SAP.
Phần mềm này được tiếp tục phát triển bởi công ty Computer and Structure Inc ( CSI ). Vào năm 1992, CSI cho ra đời phiên bản tiếp theo là SAP 90, hiện nay vẫn còn được sử dụng rất rộng rãi.
SAP 2000 là một bước đột phá của họ phần mềm SAP, mà theo CSI tuyên bố SAP 2000 là công nghệ ngày nay cho tương lai (technology today for future ). SAP 2000 đã tích hợp các chức năng phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn và chức năng thiết kế kết cấu thành một.Ngoài khả năng phân tích các bài toán thường gặp của kết cấu công trình, SAP 2000 đã bổ sung thêm các loại phần tử mẫu và tính năng phân tích kết cấu phi tuyến.
Giao diện của SAP 2000 làm việc hoàn toàn trong môi trường. Toàn bộ qúa trình từ xây dựng mô hình kết cấu, thực hiện tính toán và biểu diễn kết qủa đều có giao diện đồ họa trực quan. Thư viện mẫu (Template) cung cấp một số dạng kết cấu thông dụng nhất, từ đây ta có thể dễ dàng sửa đổi để có được kết cấu như mong muốn.
Trải qua hơn 30 năm kiểm nghiệm phân tích kết cấu thực tế và không ngừng đổi mới cho phù hợp với sự phát triển của phương pháp phần tử hữu hạn, hiện nay đã phát triển đến phiên bản SAP2000 V16.
Hình 2.1. Giao diện của SAP2000 version 16 Một số đồ họa nổi bật:
Phối cảnh đa dạng
Quản lý màu sắc đa dạng
Hình 2.4 Đồ họa trong SAP2000
Lựa chọn chế độ hiển thị theo yêu cầu
Hình 2.6 Đồ họa trong SAP2000
Xem các yếu tố riêng biệt hay xem tổng thể đối tượng
Có thể lựa chọn đối tượng xem
Hình 2.8 Đồ họa trong SAP2000 Phần mềm SAP2000 có nhiều ƣu điểm:
Giao diện đồ họa thân thiện giúp mô hình hóa đơn giản và nhanh chóng. Phần tử đa dạng: thanh, neo, tấm, vỏ, khối...
Nhiều lựa chọn cho phân tích kết cấu như: tuyến tính – tĩnh, tuyến tính – động, phi tuyến động.
Nhiều kỹ thuật phân tích mới đã được đưa vào phần tử như: phân tích biến dạng lớn, hiệu ứng P – Delta, phân tích Pushover, phân tích Buckling,...
Khả năng tự động hóa kết cấu bê tông, kết cấu thép theo tiêu chuẩn một số nước như Hoa Kỳ, Anh Eurocode, Trung Quốc,...
Kết quả tính toán được định dạng chuẩn hoặc có thể thay đổi tuỳ ý.
Liên kết với phần mềm AutoCAD thông qua file*.DXF hoặc có thể Copy/Paste từ các bảng tính như Excel.
Một vài ứng dụng của phần mềm SAP2000 trong phân tích kết cấu công trình thủy lợi, thủy điện.
Phân tích kết cấu đập bê tông trọng lực và đập tràn. Phân tích kết cấu tường chắn đất.
Phân tích kết cấu cống ngầm. Phân tích kết cấu cầu máng.
Phân tích kết cấu vỏ hầm thủy công. Phân tích kết cấu cửa van thép.
2.2. Khả năng nổi bật của phần mềm.
Có khả năng làm việc trên nhiều hướng nhìn hoặc trong mặt phẳng. Hiển thị đối tượng theo các phép chiếu trực giao, phối cảnh. Giới hạn phạm vi hiển thị đối tượng trên màn hình đồ họa. Phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển đối tượng dễ dàng.
Sử dụng kết cấu mẫu với các tham số khác nhau để nhanh chóng tạo ra các kết cấu theo yêu cầu.
Hình 2.10 Sử dụng các kết cấu mẫu
Sử dụng phương pháp vẽ nhanh để nhanh chóng tạo ra các phần tử.
Thao tác nhân bản, kéo dãn, di chuyển phần tử dễ dàng. Thuận tiện trong việc làm mịn hóa lưới phần tử.
Tạo “ nhóm” để dễ dàng cho việc lựa chọn, gán và hiển thị các đối tượng.
Hình 2.13 Tạo nhóm đối tƣợng
Hỗ trợ nhiều hệ trục tọa độ.
Hình 2.15 Hệ trục tọa độ
Dễ dàng nhập chính xác các kích thước dựa vào các đường lưới và chế độ bắt điểm.
Hình 2.16 Thanh công cụ
Nháy phải chuột để hiển thị thông tin về đối tượng được chọn hoặc phần tử.
Copy/Paste từ các bảng tính Excel.
Hình 2.18 Bảng tính Excel
Chương trình tích hợp các dạng thép hình theo tiêu chuẩn AISC, CICS, BS,Chinese.
Hình 2.20 Lựa chọn tiết diện thanh theo tiêu chuẩn
Mô tả nhiều đoạn thanh phi lăng trụ trên một phần tử bằng các mặt cắt.
Mô phỏng độ cứng của vùng nút tại các vị trí liên kết có kích thướt lớn.
Hình 2.22 Nút liên kết có độ cứng lớn
Hình 2.23 Định nghĩa đoạn cứng ở hai đầu thanh
Dễ dàng mô hình hóa liên kết giữa hai thanh là liên kết nửa cứng và trường hợp đặc biệt của nó là liên kết khớp.
Tạo dầm ứng suất trước dựa vào lực kéo cáp và vị trí dây cáp.
Hình 2.25 Định vị dây cáp và lực kéo dây cáp trong dầm ứng suất
Hình 2.27 Khai báo lực kéo cáp 2.3. Một vài cần lƣu ý khi sử dụng phần mềm.
2.3.1. Đối tƣợng, phần tử và nhóm.
Trong mô hình SAP2000, dùng đối tượng để thể hiện phần tử kết cấu thực tế. Đầu tiên dùng giao diện đồ họa “ vẽ ra” bố cục hình học của đối tượng, sau đó “ gán ” thuộc tính và tải trọng cho mô hình cấu kiện thực tế xây dựng trên đối tượng.
Phần mềm bao gồm mấy loại đối tượng dưới đây được xếp theo thứ tự hình học: Đối tượng điểm, dùng để mô phỏng các đối tượng hoặc tự động xuất hiện ở đầu đoạn hoặc góc của tất cả các đối tượng, cũng có thể trực tiếp thêm vào tạo đặc tính cục bộ khác.
Đối tượng mặt, dùng để mô phỏng tường, bản sàn và các cấu kiện thành mỏng khác, cũng có thể mô phỏng vật thể hai chiều (ứng suất phẳng, biến dạng phẳng, bài toán đối xứng trục).
Đối tượng khối, dùng để mô phỏng vật thể khối ba chiều.
Nguyên tắc chung là đặc tính hình học của đối tượng nên tương ứng với cấu kiện thực tế. Điều này có thể giảm hóa mô hình đồng thời có lợi cho quá trình thiết kế.
Khi tiến hành phân tích trong SAP2000, phần mềm tự động chuyển mô hình xây dựng dựa trên đối tượng sang mô hình phần tử hữu hạn. Mô hình dựa trên phần tử hữu hạn gọi là mô hình phân tích, nó được tạo thành bởi các phần tử truyền thống và điểm nút. Kết quả phân tích lại chuyển về mô hình dựa trên đối tượng. Người dùng có thể sử dụng cách chia tự động mạng lưới phần tử hoặc tiến hành phân chia mạng lưới mô hình bằng thủ công để dối tượng và phần tử là đối ứng.
Nhóm là một tập hợp các đối tượng do người dùng định nghĩa. Đối với mỗi một nhóm phải đặt cho nó một cái tên duy nhất, sau đó lựa chọn đối tượng cấu thành nhóm. Nhóm có thể bao hàm các đối tượng tùy ý. Mỗi một đối tượng có thể là một hoặc nhiều bộ phận trong nhóm. Tất cả các đối tượng luôn là một bộ phận đặt trong nhóm.
2.3.2. Hệ tọa độ
2.3.2.1. Hệ tọa độ tổng thể
Hệ tọa độ tổng thể là hệ tọa độ duy nhất và là hệ tọa độ thuận ba chiều vuông góc, vị trí hệ tọa độ tổng thể trong mô hình có thể chọn tùy ý. Trong SAP2000 quy định trực Z luôn luôn thảng đứng, chiều dương hướng lên, vậy trọng lượng bản thân các bộ phận của kết cấu có chiều ngược với trục Z. Trục X và Y nằm trong mặt phẳng ngang, ba trục X, Y và Z tuân theo quy tắc bàn tay phải, hay quy tắc vặn nút chai khi