IV. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC:
2.5 Kết luận chương II
Có nhiều phương pháp tính toán bài toán nhiệt trong đó phương pháp PTHH là phương pháp được áp dụng rộng rãi và có độ tin cậy cao hơn các phương pháp khác, nhờ khả năng mô hình hóa đa dạng và gán các điều kiện biên phức tạp gần với thực tế làm việc của kết cấu.
Dựa trên thuật toán và của phương pháp PTHH viện thủy công Thụy Điển
JEJMS đã phát triển phần mềm Contest Pro, được sử dụng rộng rãi trong tính toán phân tích nhiệt các đập bê tông như: Dambri, A Lưới, Sông Tranh, Đồng Nai 2, Bản Vẽ...
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TRƯỜNGNHIỆT ĐỘ VÀ TRƯỜNG ỨNG SUẤT TỪĐÓ XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ THI CÔNG, NHIỆT ĐỘ HỖN HỢP BÊ TÔNG
BAN ĐẦU HỢP LÝ CHO ĐẬP THỦY ĐIỆN HỦA NA 3.1. Giới thiệu chung công trình thuỷ điện Hủa Na
3.1.1. Vị trí công trình
Công trình thuỷ điện Hủa Na là bậc thang trên của công trình thuỷ lợi - thuỷ điện CửaĐạt trên dòng sông Chu thuộc hệ thống Sông Mã.
Công trình thuỷ điện Hủa Na là công trình thuỷ điện kiểu đường dẫn
bằng đường hầm áp lực. Các hạng mục công trình chính bao gồm đập dâng, đập tràn, đập phụ, cửa lấy nước, hầm, tháp điều áp và nhà máy thuỷ điện hở. Các hạng mục chính của công trình thuỷ điện Hủa Na đều thuộc địa phận xã Đồng Văn, huyện Quế Phong, tỉnh Nghệ An.
Tuyến đầu mối thủy điện Hủa Na cách biên giới Việt – Lào khoảng 42Km về phía hạ lưu và cách trạm thủy văn Mường Hinh khoảng 5km về hạ lưu. Tuyến năng lượng bố trí bên bờ trái sông Chu, hầm dẫn nước dài khoảng 3800m dẫn nước vào nhà máy Hủa Na bố trí bên bờ trái cách tuyến đầu mối khoảng 4km. Đập phụ bố trí bên bờ phải, cách tuyến đập chính khoảng 14km về phía thượng lưu.
3.1.2. Nhiệm vụ của công trình
- Nhiệm vụ phát điện: Cung cấp cho hệ thống điện Quốc gia. Với công suất lắp máy 180MW hàng năm thuỷ điện Hủa Na cung cấp cho hệ thống điện Quốc gia
716,6.106kWh.
- Cùng với công trình thuỷ lợi – thuỷ điện Cửa Đạt, thuỷ điện Hủa Na có nhiệm vụ dành dung tích phòng lũ Wpl =100.106m3, cắt lũ vào mùa lũ cho hạ du hệ thống sông Mã.
- Ngoài ra thuỷ điện Hủa Na còn góp phần thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá và chuyển dịch cơ cấu phát triển kinh tế của tỉnh Nghệ An. Tăng khả năng sản xuất điện năng cho Thuỷ điện Cửa Đạt ở hạ du khoảng 20 triệu KWh/năm. Về mặt thuỷ
lợi và dân sinh kinh tế thuỷ điện Hủa Na còn góp phần cung cấp nước cho hạ du trong mùa kiệt.
3.1.3. Quy mô công trình
Quy mô công trình được thể hiệnở bảng 3.1 Bảng thông số chính công trình
Bảng 3.1: Bảng thông số chính công trình
TT Thông số Đơn vị Số lượng
I Thông số hồ chứa
1 Diện tích lưu vực Flv Km2 5345
2 Dòng chảy trung bình năm Qo m3/s 94,63
3 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế P=0.5% m3/s 5703 4 Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra P=0.1% m3/s 8126
5 MNLTK(lũ 0,5%) m 240,38
6 MNLKT(lũ 0,1%) m 242,97
7 MNDBT m 240,00
8 MNC m 215,00
II Đập dâng chính
1 Loại Bê tông truyền
thống (CVC)
2 Cao trình đỉnh đập m 244,50
3 Chiều rộng đỉnh đập m 8
4 Chiều cao lớn nhất m 94,5
5 Chiều dài theo đỉnh m 351
6 Độ dốc mái thượng lưu 1V:H 1 : 0
7 Độ dốc mái hạ lưu 1V:H 1 : 0,70
III Đập tràn
1 Tràn xả mặt có cửa van cung Thực dụng
2 Cao độ ngưỡng tràn m 226,00
3 Số lượng và kích thước khoang tràn n(B×H) 4(12,5×14)
4 Cao độ mũi phun m 195,00
5 Khả năng xả khi MNLTK (P=0.5%) m3/s 5219
6 Khả năng xả khi MNLKT (P=0.1%) m3/s 6618
VI Cửa lấy nước
1 Kiểu Tháp
2 Số lượng - 01
TT Thông số Đơn vị Số lượng
4 Kích thước lưới chắn rác (B×H) m 7,2x13,96
5 Kiểu van sửa chữa - Phẳng – trượt
6 Kích thước van sửa chữa (B×H) m 7,0x7,5
7 Kiểu van vận hành, sự cố - Phẳng - bánh xe
8 Kích thước van vận hành (B×H) m 7,0x7,5
VII Đường hầm dẫn nước
1 Số lượng 01
Đoạn hầm bọc bê tông
2 Chiều dài m 3700
3 Đường kính trong m 7,5
4 Chiều dày bê tông m 0,45
Đoạn hầm bọc thép
5 Chiều dài m 100
6 Đường kính trong m 6,5
7 Chiều dày thép bọc mm 18 và 22
IX Nhà máy thủy điện
1 Qmax m3/s 204,36 2 Hmax m 118,30 3 Htt m 100,0 4 Hmin m 85,43 5 Nlm MW 180 6 Eo 106kWh 716,9 7 Số tổ máy Tổ 2
8 Kiểu turbin - Francis trục đứng
9 Cao trình lắp máy m 116,50
3.1.4. Đặc điểm kết cấu các hạng mục chính của công trình
+ Đập dâng:
Đập dâng có kết cấu đập bê tông trọng lực, thi công theo công nghệ bê tông truyền thống (CVC), đáy đập được đặt trên nền đá đới IIA. Cao trình đỉnh đập là 244,5m. Chiều cao lớn nhất của đập 94,5m, chiều dài đỉnh đập là 351m. Nền đập được khoan phun gia cố, thoát nước và khoan phun chống thấm.
+ Đập tràn xả lũ:
Đập tràn có kết cấu đập bê tông trọng lực, thi công theo công nghệ bê tông truyền thống (CVC), được bố trí trong khu vực giữa lòng sông của tuyến đập. Mặt tràn có mặt cắt thực dụng Cơ-ri-gơ Ô-phi-xê-rốp gồm 4 khoang có kích thước bxh
=12.5x14m, cao độ ngưỡng tràn là 226m. Lưu lượng xả lớn nhất là 6.618 m3/s.
Mực nước lũ và mặt cắt tràn sẽ được chuẩn xác lại sau khi có kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực.
+ Đập phụ:
Đập phụ là đập vật liệu địa phương: Đập đất đồng chất, chiều dài theo đỉnh
là 247m, chiều cao lớn nhất là 25,5m. Mặt thượng lưu đập được bảo vệ bằng mái bê
tông đúc sẵn dày 22cm. Đáy đập trước khi đắp được bóc bỏ lớp hữu cơ edQ dày
khoảng 1m. Mái đập phía hạ lưu được trồng cỏ để bảo vệ.
+ Cửa lấy nước:
Cửa lấy nước kiểu tháp bằng bê tông cốt thép, lấy nước vào 1 đường hầm được bố trí bên bờ trái cách đập dâng khoảng 350 về phía thượng lưu.
Cao độ ngưỡng cửa lấy nước được thiết kế là 198,2m, cao trình đáy nằm ngang trong lớp IIA ở cao trình 195,7m. Chiều rộng cửa lấy nước 16,4m (tính theo
mép trong của hai trụ biên), chiều dài theo đáy là 26,85m. Cao độ đỉnh cửa lấy nước
là 244,5m.
+ Đường hầm dẫn nước áp lực:
Đường hầm dẫn nước áp lực với phương án hầm dài, có tổng chiều dài khoảng 3.800m, đoạn bọc bê tông cốt thép có đường kính trong 7,5m và đoạn bọc thép đường kính trong 6,5m.
+ Nhà máy thuỷ điện:
Nhà máy gồm 2 tổ máy phát điện trục đứng với tua bin loại Francis, buồng xoắn bằng kim loại, công suất lắp máy 2×90MW= 180MW.
3.2. Tính toán phát triển trường nhiệt độ và trường ứng suất trong thân đậpHủa Na Hủa Na
3.2.1. Tài liệu tính toán 3.2.1.1. Đặcđiểm khí hậu 3.2.1.1. Đặcđiểm khí hậu
Lưu vực sông Chu mang đặc điểm khí hậu của vùng đồng bằng Bắc bộ, đồng thời cũng mang đặc tính khí hậu của vùng Bắc trung bộ. Khí hậu được chia ra làm hai mùa rõ rệt, mùa đông khô lạnh và mùa hè nóng ẩm, thể hiện trong các đặc trưng khí hậu sau.
a. Nhiệt độ không khí
Sử dụng tài liệu quan trắc nhiệt độ không khí tại trạm khí tượng Bái Thượng (cách tuyến công trình Hủa Na khoảng 40km về phía hạ lưu) để làm cơ sở
tính toán nhiệt độ trung bình tháng nhiều năm cho tuyến công trình. Giá trị nhiệt độ trung bình tại tuyến công trình được trình bày trongbảng 3.2.
Bảng 3.2: Nhiệt độ không khí trung bình tại tuyến công trình
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm
To.tbình 17.6 19.4 22.0 25.2 27.1 27.1 26.9 25.7 24.5 23.0 20.7 18.2 23.1
b. Gió
Vận tốc gió trung bình (m/s) các tháng tại trạm khí tượng Bái thượng
Bảng 3.3: Vận tốc gió trung bình năm tại tuyến công trình
Bắc Đông bắc Đông Đông nam Nam Tây nam Tây Tây bắc Trung bình 1.7 2.0 2.0 2.0 1.7 1.3 1.5 1.6 1.7
c. Phân phối độ ẩm bình quân tháng
Sử dụng tài liệu quan trắc độ ẩm nhiều năm tại trạm khí tượng Bái Thượng. Giá trị độ ẩm trung bình thángđược trình bày ởbảng 3.4.
Bảng 3.4: Độ ẩm trung bình tại Bái Thượng
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tbình
W(%) 87 88 89 89 85 84 84 87 86 85 84 84 86
3.2.1.2. Bức xạ mặt trời
Sử dụng số liệu quan trắc bức xạ mặt trời của trạm khí tượng tại Vinh. Lựa chọn số liệu trực xạ mặt trời phù hợp với khu vực bố trí công trình (xem mặt bằng công trình) bao gồm số liệu trực xạ hướng đông và hướng tây cho mặt đứng và số liệu trực xạ cho mặt bằng. Các giá trị trực xạ được trình bày ở bảng 3.5.
Bảng 3.5: Trực xạ mặt trời tại khu vực công trình
Kcal/m2 ngày
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Đông 1293 1607 1454 1425 1785 1753 1844 1845 1815 1305 1338 1275
Tây 1327 1499 1471 1373 1849 1773 1999 2034 1780 1618 1560 1400
Mặt
bằng 3572 4274 4344 4035 5322 5351 5815 5712 5045 4052 3791 3510
3.2.1.3. Các đặc trưng vật liệu của bê tông CVC thân đập a. Các chỉ tiêu cơ lý
khối lượng riêngγbt=2.35 T/m3
Nhiệt dung riêng C = 938 J/kg.0C
Hệ số dãn nở nhiệt αn = 8,83E-06/0C
Hệ số co nhiệt αc = 8,83E-06/0C
Tính dẫn nhiệt của CVC mới đổ λ = 2,1 W/m.0C
Tính dẫn nhiệt của CVC đông cứng λ = 1,7 W/m.0C
b. Kết quả thí nghiệm nhiệt thủy hoá của CVC
Tổng lượng chất kết dính cho 1m3 CVC là 165 kg/m3.
- Kết quả thí nghiệm nhiệt thủy hoá của hỗn hợp CVC cho công trình như bảng 3.6.
Bảng 3.6: Nhiệt thủy hoá của chất kết dính
Thời gian (ngày) 3 7 28 90
115gPC40+50gPu* (J/g) 250 274 284 298
*Pu: cho mẫu PuzơlanNghĩa Đàn
- Đường cong nhiệt thủy hoá tính toán của hỗn hợp CVC được xác định trong phần mềm ContesPro 3.1 trên cơ sở phù hợp với tài liệu thí nghiệm về nhiệt thuỷ hoá của hỗn hợp CVCđược thể hiện trên Hình 3.2.
0 50 100 150 200 250 300 350 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ngày Nh iệ t t hủ y ho á (J /g )
Hình 3.2: Đường cong nhiệt thủy hoá của chất kết dính c. Cường độ chịu nén của CVC
- Cường độ chịu nén của bê tông M150-Dmax100 được xác định theo các tuổi khác nhauđược trình bày ở bảng 3.7.
Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén CVC
Tuổi (ngày) Cường độ (MPa)
7 12,8
28 16,5
90 17,8
- Từ kết qủa thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông xác định được
5.00 7.00 9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00 25.00 0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650
Tuổi bê tông (ngày)
Cư ờn g độ k há ng n én (M Pa )
Hình 3.3: Đường cong phát triển độ bền nén d. Cường độ chịu kéo của CVC
- Cường độ chịu kéocủa bê tông M150-Dmax100 được xác định theo các tuổi
khác nhau trình bày ởbảng 3.8.
Bảng 3.8: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo CVC
Tuổi (ngày) Cường độ (MPa)
7 0,83
28 0,98
90 1,21
- Từ kết qủa thí nghiệm cường độ chịu kéocủa bê tông xác định được thông số của đường cong phát triển cường chịu kéo theo thời gian.
0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920 3285 3650
Tuổi bê tông (ngày)
Cư ờn g độ k há ng k éo (M Pa )
e. Mô đun đàn hồi của bê tông
Mô đun đàn hồi của bê tông M150-Dmax100 được xác định theo các tuổi khác nhau và trình bày trong bảng 3.9.
Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của CVC
Tuổi (ngày) Cường độ (GPa)
7 16,1
28 19,5
90 21,0
f. Đặc tính từ biến và mô đun đàn hồi của CVC
Đặc tính từ biến của bê tông được xem xét thông qua hệ số giảm giá trị mô đun đàn hồi của bê tông. Hiện nay chưa có thí nghiệm từ biến của CVC, kiến nghị chọn mô đun đàn hồi có xét đến từ biến (mô đun đàn hồi hiệu qủa) của CVC là Eeff=0,6E
Phổ giá trị mô đun đàn hồi của bê tông có xét đến từ biến (mô đun đàn hồi hiệu quả) được đưa vào tính toán dựa trên dữ liệu thí nghiệm của bê tông tương tự có sử dụng Puzơlan do Viện bê tông JEJMS của Thụy Điển trình bày trên bảng 3.10.
Bảng 3.10: Dữ liệu mô đun đàn hồi của bê tông (GPa)
Thời gian tải trọng
(ngày)
Tuổi bê tông (ngày)
0.249 0.5 1.077 2.321 5 10.772 23.208 50 107.722 232.079 0.005 0.01 0.477745 1.20317 2.5459 1.61256 1.01471 0.654923 0.44958 0.335625 0.272927 0.05 0.01 0.120757 0.883242 3.08074 2.23122 1.48507 0.991668 0.692716 0.51987 0.423475 0.5 0.01 0.871864 2.60654 4.40769 3.25595 2.37662 1.66317 1.19412 0.915644 0.755913 5 0.01 0.861334 1.13862 2.79079 3.99341 3.27353 2.52008 1.90296 1.48196 1.22994 50 0.01 0.349055 1.31074 3.70409 4.60526 3.94683 3.31736 2.77975 2.35834 2.04967 500 0.01 0.254859 1.14166 3.36849 4.21316 3.65248 3.16064 2.81544 2.6235 2.54311 5000 0.01 0.205683 1.08876 3.23402 4.01578 3.48568 3.0251 2.71369 2.584 2.63491 10000 0.01 -0.01447 0.525917 1.57021 2.10719 7.57884 11.9196 14.9471 16.8096 17.7911
3.2.1.4. Nhiệt độ nước hồ
Hồ chứa công trình thủy điện Hủa Na là hồ điều tiết năm, như vậy nhiệt độ nước trong hồ chứa sẽ ổn định và theo các số liệu thực đo tại công trình thủy điện Hoà Bình, kiến nghị giá trị nhiệt độ nước trong hồ chứa trung bình là 200C.
3.2.1.5. Đặc tính cơ lý và đặc tính nhiệt của nền đá
- Mô đun đàn hồi của đá nền: E = 20 GPa - Hệ số Poisson: μ = 0,25
- Cường độ chịu néndọc trục: fc = 69,5 Mpa - Cường độ chịu kéodọc trục: fk = 5,0 Mpa - Khối lượng thể tích: γnền=2,62T/m3 - Nhiệt dung riêng: 850 J/Kg 0C
- Độ dẫn nhiệt: 3,1 W/m0C
3.2.2. Mô hình nhiệt độ xung quanh khối tính toán
3.2.2.1. Nhiệt độ môi trường tính toán
Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời lên các bề mặt CVC, ảnh hưởng do tổn thất nhiệt của CVC, do bức xạ sóng dài và ảnh hưởng tổn thất nhiệt của CVC do bốc hơi được mô phỏng bằng cách điều chỉnh vào chuỗi nhiệt độ môi trường tính toán xung quanh khối đập CVC.
Phương của các mặt tính toán cho đập CVC của thủy điện Hủa Na chọn theo hướng gần đúng với phương thực tế của đập là phương theo hướng đông cho mặt hạ lưu và hướng tây cho mặt thượng lưu.
Kết quả tính toán mô hình nhiệt độ môi trườngcó kể đến các tác động bức xạ mặt trời, độ ẩm bốc hơi và phát xạ của các bề mặt CVC tính toán được trình bày ở bảng 3.11.
Bảng 3.11: Kết quả tính toán nhiệt độ môi trường tính toán cho các bề mặt khối đập CVC và không khí
Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII TB
Trung bình (0C) 17.6 19.4 22.0 25.2 27.1 27.1 26.9 25.7 24.5 23.0 20.7 18.2 23.1
Hạ lưu (0C) 19.1 21.1 23.3 26.9 29.1 29.3 29.0 27.8 26.6 24.8 22.3 19.6 24.9
Th. lưu(0C) 19.2 21.0 23.2 26.6 28.5 29.3 29.3 28.1 26.8 25.1 22.6 19.7 25.0
3.2.2.2. Tổn thất nhiệt vào nền đá
Nhiệt độ ổn định trong nền đá được xem là bằng nhiệt độ trung bình năm là
23.10C, việc bóc lộ tầng phủ và loại bỏ lớp bảo vệ trên mặt nền đá chỉ thực hiện trước khi thi công bê tông trong thời gian tương đối ngắn, do đó có thể xem nhiệt độ tính toán trong nền đá bằng nhiệt độ trung bình năm.
Quá trình thủy hóa của chất kết dính, một phần nhiệt sẽ được truyền vào nền đá theo nguyên tắc đối lưu; hệ số truyền nhiệt giữa CVC và nền đá được lấy theo kinh