4.2.1 Ảnh hưởng của liờn kết nền với đập.
Trước tiờn tỏc giả đỏnh giỏ về sự khỏc biệt về mặt bản chất giữa 2 trường hợp tớnh toỏn:
- Đập - nền làm việc tiếp xỳc bền vững, khi tớnh toỏn đập vũm khụng xột tiếp xỳc trượt giữa đập – nền khi đú coi như đập ngàm chặt vào nền đồng nhất như một khối. Do đú trường chuyển vị và ứng suất cú tớnh liờn tục.
- Đập - nền làm việc trượt tương đối, khi đú vấn đề tiếp xỳc trượt giữa đập và nền đó được đưa vào trong tớnh toỏn, và do sự khỏc nhau về tớnh chất vật liệu giữa đập và nền làm cho tớnh liờn tục về xu hướng nội lực khụng cũn đảm bảo. Theo định luật Hỳc σ = εE. trong Ansys tớnh toỏn với ẩn số là chuyển vị, tại cỏc nỳt trựng nhau thỡ chuyển vị là như nhau, nhưng trường ứng suất lại chờnh lệch nhau một giỏ trị
( )
. dap n
E E E
∆σ = ∆ ε = − ε. Đõy mới là thể hiện sự chờnh lệch về trường ứng suất do cú sự khỏc biệt về mụ đun đàn hồi của vật liệu, cũn một khỏc biệt nữa làm chờnh lệch về ứng suất giữa đập và nền là tớnh tiếp xỳc của 2 khối. Nếu 2 khối đập – nền
liờn tục tức là đập chuyển vị 1 giỏ trị nào đú thỡ nền cũng chuyển vị với cựng phương chiều và giỏ trị như vậy, nhưng do tớnh tiếp xỳc giữa 2 khối do vậy 2 khối đập – nền cú thể trượt lờn nhau, dẫn tới chuyển vị của cỏc nỳt thuộc đập và nền cú thể là khỏc nhau
Bảng 4.2: Kết quả tổng hợp chuyển vị ứng ứng suất của hai trường hợp
Tiếp xỳc bền vững Tiếp xỳc trượt Uy (cm) 2,24 3,30 Uz (cm) 0,38 0,76 SR1R (KN/mP 2 P ) 2050 1107 SR3R (KN/mP 2 P ) -6847 -3187
Bảng 4.2 cho thấy chuyển vị theo phương Y tăng 106% khi xột đến tiếp xỳc giữa đập – nền. Ứng suất kộo giảm 46%, ứng suất nộn giảm 53,47%. Kết quả này cho thấy nếu đập – nền khi tớnh toỏn cú xột đến tiếp xỳc, hay đập cú khe biờn (khe chu vi) thỡ ứng suất kộo nộn đều giảm, chuyển vị lại tăng.
Kết quả phổ màu xem phụ lục 4.1
Do vậy sự chờnh lệch về trường ứng suất của đập và nền khi tỏch thành 2 khối là cú 2 nguyờn nhõn:
- Thứ nhất do sự khỏc biệt về chỉ tiờu cơ lý của 2 khối đập và nền đập
- Thứ hai do sự tiếp xỳc giữa đập- nền dẫn đến chuyển vị tại cỏc nỳt thuộc đập và nền khụng như nhau.
4.2.2 Phõn tớch, đỏnh giỏ kết quả tớnh toỏn chuyển vị của cỏc trường hợp.
Khi tớnh toỏn tỏc giả đó tớnh toỏn với đập Moticellno với 4 trường hợp khỏc nhau: (Cỏc trường hợp tớnh toỏn là tiếp xỳc trượt)
- Nền và đập làm việc tiếp xỳc với nhau (TH1).
- Đập chia thành 6 khe và nền làm việc tiếp xỳc với nhau (TH2). - Đập chia thành 9 khe và nền làm việc tiếp xỳc với nhau (TH3).
- Đập chia thành 14 khe và nền làm việc tiếp xỳc với nhau (TH4).
Khi đập và nền là cỏc khối khỏc nhau và tiếp xỳc với nhau, đập lại được phõn ra thành cỏc khối và chỳng cũng làm việc tiếp xỳc với nhau (trường hợp – 2,3,4). Về mặt bản chất của vấn đề cũng giống như trường hợp 1, nhưng ở đõy cú sự khỏc biệt là khi cỏc khối của đập tiếp xỳc với nhau bằng cỏc khe thi cụng, nhưng chỳng cú cựng chỉ tiờu cơ lý, như vậy chờnh lệch về ứng suất của cỏc phần tử thuộc đập chỉ do một nguyờn nhõn là do sự chuyển vị khụng giống nhau của cỏc phần tử thuộc cỏc khối khỏc nhau.
Ứng với mỗi trường hợp sau khi sử dụng phần mềm tớnh toỏn kết quả chuyển vị theo phương Y (phương của dũng chảy) được thể hiện trong hỡnh:
Hỡnh 4.6: Chuyển vị theo phương Y – TH2
Hỡnh 4.8: Chuyển vị theo phương Y – TH4
Bảng 4.3: Tổng hợp cỏc chuyển vị của cỏc trường hợp tớnh toỏn
Phạm vi xem xột Chuyển vị TH1 (m) TH2 (m) TH3 (m) TH4 (m) Đập Y 0,033 0,042 0,043 0,046 Z 0,0076 0,0086 0,0087 0,0096
Từ bảng 4.3 tổng hợp cỏc chuyển vị cú thể rỳt ra một kết luận rằng trong quỏ trỡnh làm việc của đập khi cú xột đến sự tiếp xỳc giữa đập và nền thỡ đập phõn càng nhiều khe thỡ chuyển vị càng tăng. Tại trường hợp 4 thiết kế 14 khe thi cụng chuyển vị theo phương Y tăng 39,4% so với chuyển vị ở trường hợp khụng phõn khe thi cụng.
Chuyển vị của đập thep phương thẳng đứng cũng tăng lờn 26,3% khi đập chia 14 khe so với trường hợp đập khụng chia khe.
Như vậy về mặt kết cấu thỡ đập chia càng nhiều khe thỡ càng bất lợi về mặt kết cấu, mà thực tế khi xõy dựng cụng trỡnh đập vũm thỡ theo yờu cầu kỹ thuật, thi cụng việc tỏch khối thi cụng đập là điều tất yếu vỡ nếu khụng phõn khe sẽ khú xử lý vấn đề phỏt nhiệt trong bờ tụng dẫn đến hiện tượng gõy nứt bờ tụng.
4.2.3 Phõn tớch, đỏnh giỏ kết quả tớnh toỏn ứng suất của cỏc trường hợp.
a) Ứng suất kộo:
Với đập vũm ứng suất kộo được đặc trưng bởi đại lượng SR1R trong tớnh toỏn bằng phần mềm ansys
Hỡnh 4.11: Ứng suất S1– TH2
Hỡnh 4.13: Ứng suất S1– TH4
Bảng 4.4: Tổng hợp cỏc ứng suất SR1R của cỏc trường hợp tớnh toỏn
Phạm vi xem xột TH1 (KN/mP 2 P ) TH2 (KN/mP 2 P ) TH3 (KN/mP 2 P ) TH4 (KN/mP 2 P ) Đập 1107 944 910 900
Nhận thấy quan hệ giữa ứng suất chớnh lớn nhất SR1R và số khe của đập cú xu hướng giảm. Với trường hợp 2 đập cú 6 khe ứng suất kộo tổng thể của đập là 944 KN/mP
2
P
giảm 14,7% so với trường hợp 1 đập khụng phõn khe.
Tại trường hợp đập cú 14 khe ứng suất lớn nhất SR1R giảm so với trường hợp đập khụng phõn khe là 1%. Đường quan hệ ứng suất cho thấy ở giới hạn cỏc trường hợp tớnh toỏn trong luận văn ứng suất kộo giảm nhanh khi phõn khe, khi số khe tăng từ 11 khe lờn 14 khe ứng suất giảm rất nhỏ.
b) Ứng suất nộn:
Khi xột tới ứng suất nộn chõn đập vũm phớa hạ lưu của mụ hỡnh trờn cũng lấy kết quả tương ứng với 4 trường hợp. Kết quả tớnh toỏn của mụ hỡnh được thể hiện ở bảng 4.4.
Hỡnh 4.16: Ứng suất S3– TH2
Hỡnh 4.18: Ứng suất S3– TH4 Bảng 4.5: Tổng hợp ứng suất chớnh SR3R của đập Phạm vi TH1 (KN/mP 2 P ) TH2 (KN/mP 2 P ) TH3 (KN/mP 2 P ) TH4 (KN/mP 2 P ) Đập -3187 -3492 -3435 -3617
Từ bảng tổng hợp kết quả tớnh toỏn và đồ thị quan hệ giữa SR3 Rvà số khe cú thể nhận thấy rừ rằng trường hợp tớnh toỏn đập và nền làm việc tiếp xỳc, mà đập khụng phõn khe thỡ cỏc thành phần ứng suất cú kết quả cú giỏ trị nhỏ hơn cỏc trường hợp cũn lại. Hỡnh dạng đường quan hệ của SR3R và số khe cú xu hướng tăng lờn.
Ứng suất chớnh nhỏ nhất SR3R ở trường hợp đập cú 6 khe tăng 9,5% so với trường hợp đập khụng cú khe. Ứng suất SR3R cũng tăng 5,3% khi đập tăng số khe từ 9 lờn tới 15 khe.
Như vậy tớnh toỏn đập cú xột đến ảnh hưởng của nền mà đõp chia khe sẽ bất lợi về mặt kết cấu. Số khe càng nhiều ứng suất nộn càng tăng. Do vậy số khe tốt nhất để đập làm việc an toàn khụng phải càng lớn càng tốt cho đập, mà số khe hợp lớ phải thỏa món nhỏ hơn ứng suất chịu nộn của bờ tụng.
Cỏc kết quả của phổ ứng suất Uz, xem phụ lục 4.2.
4.3 PHÂN TÍCH VÀ BỐ TRÍ KHE HỢP Lí.
Mặc dự phõn càng nhiều khe sẽ càng bất lợi về mặt kết cấu ứng suất nộn của đập tăng cũn ứng suất kộo của đập cú xu hướng giảm.
- Kết quả trờn phõn tớch của cụng trỡnh trờn với cỏc trường hợp tớnh toỏn đó cho thấy sự biến đổi cú quy luật của ứng suất kộo của đập vũm, vỡ trong đập vũm tại mặt hạ lưu của đỉnh vũm cú xuất hiện ứng suất kộo cũn phớa thượng lưu luụn xuất hiện ứng suất nộn.
- Do đú muốn phõn tớch và bố trớ khe hợp lớ ngoài cỏc phương phỏp tớnh toỏn lớ thuyết nờn ỏp dụng cỏc phương phỏp tớnh toỏn mới, ỏp dụng cỏc phương phỏp phần tử hữu hạn để tớnh toỏn dựa trờn sự trợ giỳp của mỏy tớnh.
4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG.
Qua nghiờn cứu về phõn khe cho đập vũm trong 4 trường hợp kết quả bước đầu thu được quan hệ về ứng suất và biến dạng của cỏc trường hợp. Giỳp tỏc giả lựa chọn về số lượng khe của cụng trỡnh là 14 chiều dài của một khoảnh đổ là 20,78 m.
Bước đầu tỡm được quy luật biến đổi của ứng suất và biến dạng của cỏc trường hợp phõn khe khỏc nhau:
- Với ứng suất chớnh SR1Rứng suất cú xu hướng giảm sau khi phõn khe. Do đú khi bố trớ khe theo trường hợp đó lựa chọn cần kiểm tra kĩ cỏc ứng suất cục bộ cú thể phỏt sinh khi tớnh toỏn
- Với ứng suất chớnh SR3Rkhi phõn khe đều cú xu hướng tăng, nhưng do bờ tụng cú khả năng chịu nộn tốt nờn khả năng phỏ hoại đập bởi ứng suất nộn với trường hợp lựa chọn đảm bảo trong giới hạn an toàn.
Việc ỏp dụng phương phỏp phần tử hữu hạn trong tớnh toỏn ứng suất đập vũm kết hợp với sự trợ giỳp của phần mềm giỳp đưa ra được cỏc kết quả trong phõn tớch ứng suất đập. Qua đú giỳp tỏc giả đưa ra lựa chọn khe thi cụng hợp lý, số lượng khe thi cụng tựy thuộc vào từng cụng trỡnh, nhưng mỗi khoảnh đổ cú chiều dài từ 10 ữ 25m sẽ giỳp giải quyết vấn đề nhiệt trong bờ tụng khối lớn, hạn chế cỏc vết nứt, đồng thời khụng gõy ra nhiều khú khăn trong thi cụng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
- Tổng quan về đập vũm cho biết được tỡnh hỡnh xõy dựng và phỏt triển đập vũm trờn thế giới và trong nước. Cho thấy ở nước ta đập vũm cũn đang hạn chế về mặt số lượng cũng như cỏc tài liệu nghiờn cứu chuyờn ngành, cho thấy sự cần thiết phải phỏt triển, đầu tư cho nghiờn cứu thớ nghiệm để phỏt triển hỡnh thức đập này. Đồng thời cũng cung cấp cỏc vấn đề về đỏnh giỏ an toàn đập vũm trong thi cụng, và cỏc cụng nghệ mới trong thi cụng đập vũm.
- Nghiờn cứu lý thuyết về đập vũm cho thấy cỏc phương phỏp tớnh toỏn nghiờn cứu đập vũm đang được sử dụng, cho thấy việc vận dụng cỏc phương phỏp mới vào tớnh toỏn sẽ giỳp người thiết kế cú cỏi nhỡn tổng quan, cú nhiều kết quả để phõn tớch đỏnh giỏ và đưa ra được kết quả cuối cựng phục vụ cụng tỏc sản xuất, xõy dựng. Qua đú ỏp dụng tớnh toỏn cho mụ hỡnh bằng phương phỏp phần tử hữu hạn mà ở đõy sử dụng phần mềm hỗ trợ là phần mềm Ansys.
- Thụng qua nghiờn cứu phõn tớch trường chuyển vị, ứng suất và biến dạng trong thõn đập vũm đó cho thấy hỡnh ảnh bước đầu về tỏc động của cỏc nhõn tố tự nhiờn như địa hỡnh, địa chất tới sự thay đổi ứng suất biến dạng trong thõn đập.
- Quy luật thay đổi của trường chuyển vị, ứng suất và biến dạng đó cho thầy rừ mức độ ảnh hưởng của chiều cao đập, độ cứng nền, mực nước trong hồ, liờn kết tiếp giỏp giữa đập và nền đến đập vũm.
- Với kết quả tớnh toỏn của một cụng trỡnh cụ thể đó giỳp nhận thấy được sự thay đổi ứng suất trong đập, quy luật chuyển vị. Với đập bố trớ nhiều khe, quy luật thay đổi chuyển vị và ứng suất là đồng nhất. Khi chia nhiều khe giỳp làm giảm ứng suất kộo phỏt sinh trong thõn đập. Qua tớnh toỏn cho một cụng trỡnh cụ thể tỏc giả đó chọn được một phương ỏn để thiết kế đập vũm, đảm bảo an toàn về mặt kết cấu.
TỒN TẠI
- Việc nghiờn cứu bố trớ phõn khe trong đập vũm, là tổ hợp ảnh hưởng của địa hỡnh địa chất, số lượng khe,… sau đú bố trớ khe, và phõn bố ứng suất trong đập vũm
khỏc với phõn bố ứng suất trong đập bờ tụng trọng lực, việc làm này đũi hỏi cần cú kinh nghiệm với kiến thức sõu về đập vũm.
- Dựa vào seri kết quả phõn tớch, do hạn chế về mặt phần mềm và mỏy tớnh, việc phõn tớch phõn khe của tỏc giả chỉ dừng lại ở 14 khe và chiều dài khoảnh đổ là 20,78 m. Kết quả khi phõn khe nhiều hơn sẽ cú thể thay đổi mà tỏc giả chưa đưa vào được.
- Khi tớnh toỏn chưa xột đến tớnh chất phi tuyến của vật liệu làm đập, tương tỏc giữa chất lỏng và đập.
- Ảnh hưởng khỏc đến đập vũm như: nhiệt độ, cỏc giai đoạn thi cụng…
- Kết quả tớnh toỏn chưa đưa lực động đất vào để đỏnh giỏ và phõn tớch kết quả vỡ thực tế đập làm việc sẽ chịu tỏc dụng của nhiều tổ hợp lực tỏc dụng.
KIẾN NGHỊ
- Để gúp phần vào sự nghiờn cứu phỏt triền và xõy dựng đập vũm, cần đầu tư nhiều hơn về nhõn lực cũng như vật lực. Đồng thời phải hoàn thiện hệ thống quy phạm quy chuẩn về khảo sỏt lựa chọn địa hỡnh, địa chất, về thiết kế cỏc kiểu vũm và cụng nghệ thi cụng đập vũm.
- Trờn cơ sở thu được từ kinh nghiệm của cỏc nước đi trước, trong đú cú Trung Quốc, Ucraina, Nga… và một số cỏc nước phương tõy ứng dụng từng bước vào Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tiếng Việt
1. Bộ Thủy Lợi, Vụ kỹ thuật (1982), Sổ tay kỹ thuật Thủy lợi, NXB Nụng nghiệp. 2. Bộ Xõy dựng (1995), Tải trọng tỏc động lờn cụng trỡnh TCVN 2737-1995, NXB Xõy dựng, Hà Nội.
3. Bộ Xõy Dựng (2002), Cụng trỡnh Thủy lợi - Cỏc qui định chủ yếu về thiết kế TCXDVN 285-2002, NXB Xõy dựng, Hà Nội.
4. Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hựng (2011), Ansys - phõn tớch kết cấu cụng trỡnh thủy lợi thủy điện, NXB Xõy Dựng
5. Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hựng (2009), Vài vấn đề cần quan tõm khi thiết kế đập vũm cao, Tạp chớ thủy lợi & mụi trường.
6. Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hựng (2009), Phương phỏp phần tử hữu hạn
tự thớch ứng và hiệu quả trong phõn tớch ứng suất đập vũm cao, Tạp chớ NN&PTNT 7. Vũ Hoàng Hưng, Nguyễn Quang Hựng (2009), Kĩ thuật phõn khe kết cấu – Một vấn đề quan trọng khi thiết kế đập vũm bờ tụng đầm lăn cao
8. Vũ Hoàng Hưng, Dương Đức Tiến, Vũ Quốc Vương (2008), Cụng nghệ mới trong xõy dựng bờ tụng đập vũm.
9. Phạm Ngọc Khỏnh, Trịnh Đỡnh Chõm (2002), Lý thuyết đàn hồi, NXB Xõy dựng, Hà Nội.
10. Phạm Ngọc Khỏnh, Nguyễn Cụng Thắng (2007), Phương phỏp số, NXB Khoa học tự nhiờn và cụng nghệ, Hà Nội.
11. Phạm Ngọc Quý, Đập vũm, ĐHTL.
12. Ngụ Trớ Viềng, Nguyễn Chiến, Nguyễn Văn Mạo, Nguyễn Văn Hạnh, Nguyễn Cảnh Thỏi (2005), Giỏo trỡnh thủy cụng - tập 2, ĐHTL.
2. Tiếng Anh
13. EM 1110-2-2201 (1994), 42TEngineering and Design - Arch Dam Design Proponent42T.
PHỤ LỤC PHỤ LỤC 3.1
Hỡnh 1: Phổ URy Rứng với ER1R = 5800 Mpa Hỡnh 2: Phổ URy Rứng với ER2R = 7200 Mpa
Hỡnh 3: Phổ URy Rứng với ER3R = 9000 Mpa Hỡnh 4: Phổ URz Rứng với ER1R = 5800 Mpa