Tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng của trạm bơm dạng không gian có kể đến động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Tính toán trạng thái ứng suất – biến dạng của trạm bơm dạng không gian có kể đến động đất bằng phương pháp phần tử hữu h

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Tính toán trạng thái ứng suất – biến dạng của trạm bơm dạng không gian có kể đến động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn”, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn và giúp

đỡ tận tình, chu đáo của các nhà khoa học, các chuyên gia và đồng nghiệp

Tác giả đặc biệt xin bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo Giáo sư, Tiến sĩ Phạm Ngọc Khánh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho tác giả nhiều vấn đề quý báu trong nghiên cứu khoa học nói chung cũng như trong bản thân luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Công trình, bộ môn Sức bền-Kết cấu, phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học trường Đại học Thuỷ Lợi đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả về các tài liệu, thông tin khoa học kỹ thu ật và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn

Do trình độ có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi những tồn tại và hạn chế, tác giả rất mong nhận được mọi ý kiến đóng góp, trao đổi chân thành Tác giả rất mong những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất

Hà Nội, tháng 11 năm 2012

Nguyễn Văn Đạt

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đính nghiên cứu đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết quả dự kiến đạt được 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ ĐỘNG ĐẤT 0T 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển trạm bơm………4

0T 1.2 Các loại trạm bơm đã xây dựng ở khu vực Bắc ninh0T 0T5 0T 1.2.1 Giới thiệu các loại trạm bơm0T 0T5 1.2.2 Các loại trạm bơm đã được xây dựng ở tỉnh Bắc Ninh 6

1.3 Các hư hỏng đã gặp và một số tồn tại khách quan do trong thiết kế chưa tính toán tới do vậy cần bổ sung 9

1.3.1 Đối với công trình thủy công 9

1.3.2 Đối với máy bơm và các thiết bị điện 10

1.4 Một số hình ảnh trạm bơm đã xây dựng ở Bắc Ninh 11

1.5 Một số khái niệm cơ bản về động đất 15

1.5.1 Khái niệm động đất và các thông số đo động đất 15

1.5.2 Biểu đồ động đất 17

1.5.3 Thang động đất và cấp động đất 17

1.5.4 Gia tốc cực đại PGA 19

1.5.5 Bảng phân vùng động đất ở Việt Nam 20

1.5.6 Nguyên nhân gây ra động đất 26

1.6 Một số trận động đất lớn trong lịch sử 26

1.7 Ảnh hưởng của động đất đến công trình xây dựng 28

CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN HÀNH TÍNH TOÁN TRẠM BƠM

2.1 Các phương pháp tính toán trạng thái ứng suất - biến dạng trạm bơm 31

2.1.1 Phương pháp giải tích 31

2.1.2 Phương pháp số 32

2.2 Quá trình phát triển các phương pháp xác định tải trọng động đất 35

2.2.1 Các phương pháp tĩnh lực tương đương 36

2.2.2 Các phương pháp động lực học 38

2.2.3 Lựa chọn phương pháp xác định tải trọng động đất 42

2.3 Lựa chọn phương pháp tính toán cho luận văn 46

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG CỦA TRẠM BƠM DẠNG KHÔNG GIAN CÓ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 Những khái niệm cơ bản về phương pháp phần tử hữu hạn 47

3.1.1 Khái niệm 47

3.1.2 Nội dung cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn 47

3.1.3 Tính kết cấu theo mô hình tương thích 49

3.1.4 Tính toán ứng suất biến dạng có kể đến tải trọng động đất- Phương pháp phân tích động 56

3.2 Giới thiệu về phần mềm SAP 2000 version 12.0.0 58

3.3 Phân tích và lựa chọn mô hình nền cho bài toán 60

3.3.1 Mô hình nền nửa không gian biến dạng tuyến tính 60

3.3.2 Mô hình nền Winkle 61

3.3.3 Mô hình nền hai hệ số Pasternack 62

3.4 Lập thuật toán tính trạm bơm làm việc đồng thời với nền bằng phương pháp PTHH 63

3.4.1 Đường lối chung 63

3.4.2 Dạng phần tử và hàm xấp xỉ chuyển vị 64

3.4.3 Tính thế năng biến dạng toàn phần của vỏ gấp 67

3.4.4 Hệ phương trình tính chuyển vị nút 70

3.5 Lập thuật toán tính trạm bơm ở dạng vỏ gấp làm việc đồng thời với nền và

cọc bằng phương pháp PTHH 72

3.5.1 Đường lối chung 72

3.5.2 Ma trận cứng của cọc 73

3.6 Áp dụng để tính toán trạng thái ứng suất – biến dạng trạm bơm cho công trình đầu mối trạm bơm tiêu Hiền Lương 74

3.6.1 Giới thiệu về công trình trạm bơm tiêu Hiền Lương 74

3.6.2 Quy mô công trình 75

3.6.3 Tài liệu địa chất phục vụ tính toán 72

3.7 Các thông số đầu vào và các kết quả tính toán 77

3.7.1 Thiết lập sơ đồ tính toán trạm bơm 77

3.7.2 Các tiêu chuẩn áp dụng 77

3.7.3 Các tài liệu tính toán cơ bản 78

3.7.4 Mô hình tính toán trạm bơm dạng không gian 85

3.7.5 Kết quả tính toán trạm bơm dạng không gian 86

3.7.6 Kết quả tính toán trạm bơm dạng khung phẳng 100

3.7.7 Nhận xét kết quả tính toán 103

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận 104

2 Kiến nghị 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 106

Tiếng Anh 107

Tiếng Nga 107

Bảng 1.1 Bảng thang Richter Trang: 18 Bảng 1.2 Bảng chuyển đổi tương đương giữa các thang động đất Trang: 19 Bảng 1.3 Bảng chuyển đổi đỉnh gia tốc sang cấp động đất Trang: 19 Bảng 1.4 Bảng phân vùng động đất ở Việt Nam Trang: 20 Bảng 1.5 Một số trận động đất gây thiệt hại lớn trong lịch sử Trang: 28 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất nền dùng trong

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống các công trình trạm bơm Trang: 05

Hình 1.3 Máy được lắp đặt tại trạm bơm Hán Quảng Trang: 12

Hình 1.5 Máy được lắp đặt tại trạm Tân Chi 2 Trang: 13

Hình 1.7 Máy được lắp đặt tại trạm Trịnh Xá Trang: 14

Hình 1.9 Máy được lắp đặt tại trạm Hiền Lương Trang: 15

Hình 1.11 Biểu đồ gia tốc động đất được ghi lại theo thời gian Trang: 17 Hình 1.12 Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất tại Điện Biên

Hình 1.20 Động đất làm phá huỷ công trình giao thông Trang: 30 Hình 1.21 Động đất làm phá huỷ công trình thuỷ lợi Trang: 30

Hình 2.2 Phản ứng của công trình trong thời gian động đất Trang: 40

Hình 3.1 Một dạng cầu máng có kết cấu vỏ gấp Trang: 49

Hình 3.3 Mặt phẳng kết cấu tấm chịu uốn Trang: 50 Hình 3.4 Thành phần chuyển vị của vỏ tại một điểm bất kỳ Trang: 51

Hình 3.6 Nội lực tại một điểm bất kỳ của vỏ Trang: 51 Hình 3.7 Sơ đồ giải bài toán kết cấu theo phương pháp PTHH Trang: 55

Hình 3.9 Mô hình nền hai hệ số Pasternak Trang: 62 Hình 3.10 Phần tử chữ nhật có 4 điểm nút Trang: 64

Hình 3.13 Phổ phản ứng theo phương ngang Trang: 81 Hình 3.14 Phổ phản ứng theo phương đứng Trang: 81 Hình 3.15 Khai báo liên kết lò so trong SAP 2000 Trang: 84

Hình 3.18 Kết quả chuyển vị trường hợp thi công xong Trang: 86 Hình 3.19 Kết quả chuyển vị trường hợp vận hành Trang: 86 Hình 3.20 Kết quả chuyển vị trường hợp thi công xong - động đất Trang: 87 Hình 3.21 Kết quả chuyển vị trường hợp vận hành - động đất Trang: 87 Hình 3.22 Mô men M22 nhà trạm (TH thi công) Trang: 88 Hình 3.23 Mô men M11 nhà trạm (TH thi công) Trang: 88 Hình 3.24 Mô men M22 nhà trạm (TH thi công) Trang: 88 Hình 3.25 Mô men M11 nhà trạm (TH vận hành) Trang: 89 Hình 3.26 Mô men M22 nhà trạm (TH thi công xong - động đất) Trang: 89 Hình 3.27 Mô men M11 nhà trạm (TH thi công xong - động đất) Trang: 89 Hình 3.28 Mô men M11 nhà trạm (TH vận hành - động đất) Trang: 90 Hình 3.29 Mô men M11 nhà trạm (TH vận hành - động đất) Trang: 90

Hình 3.31 Mômen M11 bản đáy (Trường hợp thi công) Trang: 91 Hình 3.32 Mômen M22 bản đáy (Trường hợp vận hành) Trang: 92 Hình 3.33 Mômen M11 bản đáy (Trường hợp vận hành) Trang: 92 Hình 3.34 Mômen M22 bản đáy (Trường hợp thi công xong -

động đất)

Trang: 99

động đất) Hình 3.52 Mômen M22 Trụ pin (Trường hợp vận hành - động

M Ở ĐẦU

Hệ thống công trình trạm bơm là tổ hợp các công trình thủy công và các trang thiết bị cơ điện nhằm đảm bảo lấy nước từ nguồn nước , vận chuyển và bơm nước đến nơi sử dụng hoặc cần tiêu nước th ừa ra nơi khác

Trạm bơm được xây dựng rất rộng rãi trên mọi miền đất nước ta bởi tính linh

hoạt có thể áp dụng cho nhiều loại địa hình, dễ thao tác vận hành và bảo dưỡng, suất đầu tư nhỏ hơn so với việc xây dựng các công trình thủy lợi quy mô lớn…

Khác với những kết cấu trên mặt đất chỉ có móng chịu tác dụng tương hỗ với đất

nền, trạm bơm làm việc trong điều kiện đất bao bọc xung quanh Đất vừa là môi trường

nền trạm bơm tựa lên, vừa là môi trường áp lực của tải trọng (Bản thân, nước, máy bơm, thiết bị…) từ trên mặt đất truyền xuống Môi trường này biến dạng nên các áp lực từ đất đắp tác dụng vào trạm bơm phụ thuộc vào chiều sâu cột đất tác dụng, tính chất cơ lý của đất, độ cứng của trạm bơm, cách tựa cũng như cách đặt trạm bơm trên nền Vì vậy trạm bơm chịu tác dụng của trọng lượng bản thân, áp lực đất, áp lực nước trong và ngoài, các

tải trọng từ trên mặt đất truyền xuống, các tác dụng nhiệt và động đất… Việc tính toán

kết cấu trạm bơm để xác định hình dạng kết cấu công trình đảm bảo an toàn ổn định trong quá trình vận hành là cần thiết và có tính ứng dụng thực tế cao

Gần đây sự xuất hiện của động đất xảy ra thường xuyên hơn Tuy nhiên những nghiên cứu về ảnh hưởng của động đất đến ứng suất và biến dạng của trạm bơm còn chưa nhiều Việc áp dụng các quy trình tiêu chuẩn dựa trên nguyên tắc chống động đất còn chưa được xem xét đầy đủ

Vì vậy việc “Tính toán trạng thái ứng suất – biến dạng của trạm bơm dạng

bức xúc nhằm giải quyết các tồn tại hiện nay trong công tác nghiên cứu thiết kế trạm bơm ở khu vực có động đất

Trên thế giới hiện nay có nhiều quan niệm, tiêu chuẩn quy định tính toán về động đất tác động đến công trình khác nhau Việc xem xét tính toán cho công trình nếu không phù hợp với thực tế làm việc của công trình sẽ là nguyên nhân gây biến dạng,

nứt, phá huỷ công trình Động đất tác dụng lên công trình là một vấn đề hết sức phức

tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Sóng gia tốc động đất, địa chất nền, hình dạng công trình Nó khó có thể xác định chính xác được về cường độ và thời gian xảy ra động đất mà tất cả chỉ là dự báo, vì vậy động đất luôn là mối nguy hiểm đối với các công trình xây dựng Hậu quả của động đất để lại là rất nặng nề về người và vật chất, để khắc phục hậu quả sau trận động đất phải trong thời gian rất dài Vì vậy việc thiết

kế các công trình nằm trong vùng động đất cần phải nghiên cứu, phân tích đúng đắn để đảm bảo an toàn cho công trình

Khi nghiên cứu tính toán kết cấu một công trình thường chỉ tính toán cho từng

cấu kiện nhỏ và tải trọng tác động lên công trình khi xét đến trường hợp có tải trọng động đất thì các tải trọng này chỉ được nhân với các hệ số an toàn “n” để tính toán Để

giải quyết vấn đề trên, trong phạm vi nghiên cứu của luận văn sẽ mô hình hoá cả công trình và các tải trọng tác động lên công trình được sát với thực tế điều kiện làm việc

của công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm giải quyết các vấn đề sau:

- Về tải trọng tác động: gồm tất cả các lực tác động lên công trình đặc biệt lựa

chọn tải trọng động đất để tính tải trọng động

- Về mặt hình học: mô tả tổng thể công trình nên xem xét được tương tác giữa các cấu kiện

- Về ứng suất biến dạng: phân tích ứng suất và biến dạng cho tất cả các cấu kiện

và tổng thể công trình

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Trạm bơm dạng không gian dưới tác dụng của tải trọng động đất

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tổng quan các nghiên cứu về động đất nói chung, xem xét đánh giá các phương pháp hiện hành tính toán các tải trọng tác động lên công trình khi có tải trọng động đất

- Sử dụng phương pháp lý thuyết và sử dụng phần mềm tính toán để tiến hành

giải các phương trình động học bằng phương pháp số Trong luận văn này dùng phương pháp PTHH, sử dụng phần mềm Sap 2000 Version 12.0.0 mô hình hoá không gian cả kết cấu công trình để giải

- Áp dụng tính toán vào thực tiễn, đề xuất một số giải pháp chống động đất cho công trình

5 KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

- Nắm vững phương pháp tính toán ứng suất và biến dạng của trạm bơm khi có xét tới ảnh hưởng của động đất bằng phương pháp phần tử hữu hạn

- Xác định được ảnh hưởng của động đất đến ứng suất và biến dạng của trạm bơm

Vào thế kỷ I, II trước công nguyên , người Hy lạp đã sáng chế ra pittông bằng gỗ Tới thế kỷ XV, nhà bác học người Ý là D Franxi đã đưa ra những khái niệm về bơm li tâm Sang thế kỷ XVI lại xuất hiện loại máy bơm rô to mới Cho đến thế kỷ XVII , một nhà vật lý người Pháp áp dụng những nghiên cứu của D Franxi chế tạo ra được một máy bơm li tâm đầu tiên Tuy nhiên do chưa có những động cơ có vòng quay lớn kéo máy bơm, nên năng lực bơm nhỏ , do vậy loại bơm li tâm vẫn chưa được phát tri ển, lúc

bấy giờ bơm rôto chiếm ưu thế trong các loại bơm

Về lý luận, đến thế kỷ XVIII có th ể kể đến những cống hiến vô cùng lớn lao của nhà khoa học Ơle, người đã đề xuất những vấn đề lý luận có liên quan đến máy thủy lực và Zucôpsky trong lý luận về cơ học chất lỏng Kể từ đó việc nghiên cứu và chế tạo máy bơm mới có cơ sở vững chắc Thời kỳ này máy hơi nước ra đời tăng thêm khả năng kéo máy bơm Đầu thế kỷ XX các động cơ có số vòng quay nhanh ra đời thì máy bơm li tâm càng được phổ biến rộng rãi và có hiệu suất cao , năng lực bơm lớn

Ngày nay máy bơm đ ược dùng rất rộng rãi trong đời sống và các ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp , máy bơm được dùng để cung cấp nước cho các lò cao , hầm mỏ, nhà máy bơm dầu trong công nghiệp khai thác dầu mỏ Trong kỹ nghệ chế tạo máy bay, trong nhà máy điện nguyên tử đều dùng máy bơm Trong nông nghiệp , máy bơm dùng để bơm nước tưới và tiêu úng Trong đời sống máy bơm dùng cấp nước sạch cho nhu cầu ăn uống của con người , gia súc

Hiện nay đã cho ra đời những máy bơm rất hiện đại , có khả năng bơm hàng vạn

kW Các bộ phận và công dụng của từng bộ phận trạm bơm được diễn tả như hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống các công trình trạm bơm

- Công trình cửa lấy nước 1, lấy nước từ nguồn (lấy từ sông, hồ, kênh dẫn .);

- Công trình dẫn nước 2, có nhiệm vụ đưa nước từ cửa lấy nước về bể tập trung nước trước nhà máy bơm Công trình dẫn nước có thể là kênh dẫn , đường ống dẫn hoặc xi phông Trên công trình dẫn có thể có bể lắng cát 3, nếu có luận chứng thỏa đáng;

- Bể tập trung nước 4 nằm trước nhà máy bơm, nó có nhiệm vụ nối tiếp đường dẫn với công trình nhận nước (Bể hút) của nhà máy sao cho thuận dòng ;

- Công trình nhận nước 9 (Bể hút) lấy nước từ bể tập trung và cung cấp nước cho ống hút hoặc ống tự chảy vào máy bơm;

- Nhà máy bơm 5, đây là nơi đặt các tổ máy bơm và các thiết bị phụ cơ điện ;

- Đường ống áp lực (ống đẩy) 6, đưa nước từ máy bơm lên công trình tháo 7;

- Công trình tháo 7 (Bể xả) nhận nước từ ống đẩy , làm ổn định mự c nước, phân phối nước cho kênh dẫn 8 hoặc công trình nhận nước

1.2.1 Giới thiệu các loại trạm bơm

Trạm bơm được xây dựng gồm 2 loại chính :

- Loại 1: Máy bơm trục đứng được áp dụn g cho các trạm bơm có lưu lượng thiết kế lớn , yêu cầu cột nước thấp (hiệu quả nhất là từ 4-5m) Loại này thích hợp với các trạm bơm dùng để phục vụ tiêu thoát nước

- Loại 2: Máy bơm trục ngang , trục xiên, máy bơm ly tâm t hường được áp dụng cho trạm bơm có lưu lượng thiết kế nhỏ , yêu cầu cột nước cao hơn

Trong khuôn khổ của luận văn tác giả xin giới thiệu và nghiên cứu các loại trạm bơm trục đứng

Bao gồm các trạm bơm trục đứng dùng điện cao thế 6KV, dùng động cơ điện đồng bộ công suất 500KW lắp với máy bơm 32.000mP

3 P/h, được điều khiển tự động như các trạm bơm: Cốc Thành, Cổ Đam, Hữu Bị, Vĩnh Trị, Nam Định

Bao gồm các trạm bơm trục đứng dùng điện cao thế 6KV, dùng động cơ điện không đồng bộ công suất 300 ÷ 320KW lắp với máy bơm 10.000mP

3 P/h, được điều khiển bán tự động như các trạm bơm: Nhâm Tràng, Như Trác, Trịnh Xá, Linh Cảm,

Hiền Lương, Kim Đôi, Tân Chi

Bao gồm các trạm bơm dùng điện hạ thế 380V, lắp với bơm trục đứng lưu lượng 4.000 ÷ 8.000mP

3 P/h, công suất động cơ 75 ÷ 200KW như các trạm bơm: Đan Hoài, La Khê, Hồng Vân, Ấp Bắc, Nam Hồng, Văn Lâm, Văn Giang, Mai Xá, Kênh Vàng, Vân Đình, Ngoại Độ

Bao gồm các trạm bơm dùng điện hạ thế 380V, lắp với máy bơm có lưu lượng 1.000 ÷ 2.500mP

3 P/h, công suất động cơ 30 ÷ 60KW

1.2.2 Các loại trạm bơm đã xây dựng ở tỉnh Bắc Ninh

Toàn tỉnh Bắc Ninh chia làm hai vùng tưới: Vùng tưới hệ thống thủy nông Bắc Đuống và vùng tưới hệ thống thủy nông Nam Đuống

Vùng tưới hệ thống thủy nông Bắc Đuống chia làm hai khu tưới:

- Khu tưới lấy nước sông ngoài: lấy nước sông Đuống, sông Cầu, sông Cà Lồ

Khu tưới lấy nước trực tiếp gồm 18 trạm bơm do Công ty Thủy nông Bắc Đuống quản

lý (bao gồm 3 trạm bơm lấy nước sông Đuống, 1 trạm bơm lấy nước sông Cà Lồ và 14

trạm bơm lấy nước sông Cầu) và 15 trạm bơm do địa phương quản lý Một số công trình đầu mối tưới chính:

+ Tr ạm bơm Trịnh Xá: Công suất thiết kế 8 x 10.000mP

3 P/h; diện tích tưới 11.318

ha đất canh tác của các huyện Yên Phong, Tiên Du, Thị xã Từ Sơn, TP Bắc Ninh và 12 xã Nam đường 18 của huyện Quế Võ Do xây dựng từ năm 1964 nên hiện nay các thiết

bị điện già cỗi hay bị sự cố bất thường, có 02 động cơ điện (máy 4 và máy 7) đã phải thay mới cuộn dây Stator, phần cơ khí bị mài mòn, sửa chữa, thay thế các chi tiêt máy nên không thể đưa các thông số kỹ thuật về như nguyên thủy ban đầu được, do vậy năng lực phục vụ kém, không đảm bảo phục vụ sản xuất

+ Tr ạm bơm Thái Hòa: Là trạm bơm tưới tiêu kết hợp, xây dựng năm 1988

được nâng cấp cải tạo năm 1998 Công suất thiết kế là 21 x 1000 mP

3 P/h Trạm có nhiệm

vụ tưới cho 1.500ha khu vực cuối kênh Nam Trịnh xá và khu Thái Hòa – Quế Võ từ

La Miệt trở lại và tiêu cho 1.540ha của khu Phượng Mao ra sông Đuống Diện tích tưới thực tế hiện nay là 1.153ha

+ Tr ạm bơm Kim Đôi 1: Là trạm bơm tưới tiêu kết hợp, được xây dựng năm

1966 Công suất thiết kế là 5 x 10.000 mP

3 P/h, diện tích tưới thiết kế là 3.000ha; diện tích tưới thực tế là 1.415ha Trạm bơm được xây dựng vào năm 1968, hiện nay các thiết bị điện già cỗi hay có sự cố bất thường, phần cơ khí bị mài mòn, sửa chữa hoặc thay thế các chi tiết máy hết sức khó khăn không thể đưa các thông số kỹ thuật về kích thước nguyên

thủy ban đầu được nên độ ổn định tuổi thọ của tổ máy sau chu kỳ đại tu giảm nhiều

+ Tr ạm bơm Xuân Viên: Là trạm bơm tưới tiêu kết hợp, được xây dựng năm

1971 Công suất thiết kế là 10 x 1000 mP

3 P/h, diện tích tưới thiết kế là 973ha; diện tích tưới thực tế là 197ha Trạm bơm được xây dựng năm 1971, phần điện kém, lạc hậu, không an toàn, phần cơ máy bơm mòn, hư hỏng lớn, mỗi lần sửa chữa rất tốn kém

Hiệu quả công suất còn lại khoảng 45-60%

+ Tr ạm bơm Cầu Găng: Diện tích tưới thiết kế là 450ha; diện tích tưới thực tế là

232ha Trạm bơm được xây dựng năm 1980, phần điện đóng cắt trực tiếp, bảo vệ sơ sài,

độ tin cậy kém Phần cơ hư hỏng nhiều, ống xả kém, hiệu suất còn lại khoảng 50-60%

+ Tr ạm bơm Thọ Đức: Trạm bơm tưới xây dựng năm 1997, công suất thiết kế

là 3 x 1000 mP

3 P/h Diện tích tưới thiết kế là 471ha; diện tích tưới thực tế là 338ha

+ Tr ạm bơm Phùng Dị: Trạm bơm tưới xây dựng năm 1983, công suất thiết kế

là 2 x 1000 mP

3 P/h Diện tích tưới thiết kế là 410ha; diện tích tưới thực tế là 140ha

+ Tr ạm bơm Sài Đồng: Trạm bơm tưới xây dựng năm 1975, công suất thiết kế

là 2 x 1000 mP

3 P/h Diện tích tưới thiết kế là 500ha; diện tích tưới thực tế là 318ha

trạm bơm lấy nước sông trục do công ty thủy nông Bắc Đuống quản lý, diện tích tưới thiết kế là 4.199ha, diện tích tưới thực tế là 2.940ha và 150 trạm bơm do địa phương

quản lý có diện tích tưới thiết kế là 5.578ha, diện tích tươi thực tế là 4.462ha

Hệ thống thủy nông Nam Đuống có hai nguồn lấy nước chủ yếu là sông trục Bắc Hưng Hải và sông Đuống

yếu của hệ thống thủy nông Nam Đuống Toàn khu tưới có 18 trạm bơm do công ty

thủy nông Nam Đuống quản lý (Diện tích tưới thiết kế là 18.905ha, diện tích tưới thực

tế là 14.034ha) và 165 trạm bơm do địa phương quản lý Một số công trình đầu mối tưới chính:

+ Tr ạm bơm Như Quỳnh: Trạm bơm mới được nâng cấp sửa chữa, công suất lắp

máy là 4 x 10.8000 mP

3 P/h với diện tích tưới ban đầu là 16.500ha tưới cho diện tích canh tác các huyện Thuận Thành, Gia Bình, Lương Tài tỉnh Bắc Ninh và một phần diện tích

của huyện Gia Lâm Sau khi nâng cấp công trình không phát huy được hiệu quả gây khó khăn trong việc lấy nước tưới

+ Tr ạm bơm Ngọc Quan: Trạm bơm tưới tiêu kết hợp, công suất lắp máy là 5 x

4.000 mP

3

P

/h với diện tích tưới thiết kế là 3.687ha, diện tích tưới thực tế là 1.620ha, kết

hợp cho tiêu 1.080ha

+ Tr ạm bơm Kênh Vàng 1: Trạm bơm tưới, công suất thiết kế là 8 x 1.800 mP

3 P/h

với diện tích tưới thiết kế là 2.000ha, diện tích tưới thực tế là 987ha

+ Tr ạm bơm Xuân Lai: Trạm bơm tưới tiêu kết hợp, công suất thiết kế là 8 x

1.000 mP

3

P

/h với diện tích tưới thiết kế là 2.450ha, diện tích tưới thực tế là 500ha

nông Nam Đuống quản lý (trạm bơm Môn Quảng, Song Giang) và 2 trạm bơm do địa phương quản lý (trạm bơm Hữu Ái, Cổ Thiết) Diện tích tưới thiết kế là 3.939ha, diện tích tưới thực tế là 3.859ha

+ Tr ạm bơm Môn Quảng: Trạm bơm tưới, công suất thiết kế là 11 x 1.800 mP

3 P/h

với diện tích tưới thiết kế là 3.000ha, diện tích tưới thực tế là 3.600ha

+ Tr ạm bơm Song Giang: Trạm bơm tưới, công suất thiết kế là 6 x 2.730 mP

3 P/h

với diện tích tưới thiết kế là 750ha, diện tích tưới thực tế là 230ha

1.3 CÁC HƯ HỎNG ĐÃ GẶP VÀ MỘT SỐ TỒN TẠI KHÁCH QUAN DO TRONG

1.3.1 Đối với công trình thủy công

- Cửa lấy nước bị bồi thường gặp ở trạm bơm lấy nước ven sông Hồng

- Trạm bơm đặt xa sông lấy nước gây tốn kém kinh phí để nạo vét kênh

- Cửa lấy nước bị treo (mực nước BH quá thấp)

- Trạm bơm bị xói lở, bị ngập, bị treo

- Những nguyên nhân gây ra:

+ Điều tra, thu thập thiếu tài liệu về thủy văn công trình

+ Tính toán sai chế độ thủy lực dòng chảy

+ Thiên nhiên diễn biến ngày càng khó lường không theo quy luật, luồng lạch

dẫn nước thay đổi theo thời gian

- Những nguyên nhân gây ra

+ Khi thiết kế các trạm bơm không tính lún, khi xảy ra lún mới tính kiểm tra

hoặc chỉ tính lún của trạm bơm không tính lún của BX, BH Gian tủ điện, gian điều hành là những bộ phận không xử lý nền hoặc xử lý nền chỉ bằng đệm cát nhất là các

trạm bơm có địa chất rất xấu không xử lý nền triệt để

+ Chưa tính đến ảnh hưởng của lớp đất đắp sau tường bên của BX

+ Không xử lý bằng cùng một biện pháp tương xứng hoặc do sự cố kết của phần đất tiếp xúc với bộ phận công trình làm phát sinh lực nén tác động vào công trình

+ Thiết kế biện pháp tiêu nước hố móng không thích hợp

+ Thi công biện pháp tiêu nước hố móng không tốt, làm hỏng sự cố kết của đất

nền công trình

+ Thi công biện pháp xử lý nền chưa đảm bảo chất lượng và không theo đúng đồ án thiết, độ chối chưa đạt độ chối thiết kế

- Những nguyên nhân gây ra:

+ Thiết kế kết cấu phần dưới nước không đảm bảo khả năng chống thấm

+ Thiết kế không có biện pháp chống thấm ở phía ngoài thành trạm bơm

+ Thi công phần dưới nước của trạm và thực hiện biện pháp chống thấm không đảm bảo chất lượng

1.3.2 Đối với máy bơm và các thiết bị điện

Các máy bơm thường được chế tạo từ những năm 60 của thế kỷ trước Các máy bơm nhiều lần đại tu sửa chữa, thay thế tại chỗ bánh xe công tác, các bạc đỡ, trục bơm

và các thiết bị đóng cắt điện Các thiết bị và chi tiết máy được thay thế không đồng bộ,

sản xuất trong nước dẫn đến thường xuyên có các sự cố về các chi tiết hoạt động như bánh xe công tác, gối đỡ, trục bơm, cánh hướng gây ra hiện tượng gầm rú máy và độ

rơ giữa các chi tiết lớn Tại các ổ trục, nước bị rò rỉ lớn, khe hở giữa vành mòn và bánh

xe công tác lớn do đó hiệu suất máy bơm giảm rất nhiều Mặt khác, động cơ điện do sử

dụng quá lâu dẫn đến chất cách điện giòn, bở, dễ gãy nên dẫn đến tình trạng hay xảy ra

sự cố về điện và hiệu suất động cơ thấp Các động cơ điện thường xuyên bị cháy các

cuộn dây do hệ thống tủ điều khiển bảo vệ không an toàn

- Thiết bị đóng cắt công nghệ đã cũ và lạc hậu vì vậy khả năng cắt dòng kém, độ

an toàn về điện không cao, khả năng bảo vệ và cắt khi có sự cố kém

- Hiệu suất sử dụng của hệ thống thấp

- Hiện nay, do các thiết bị cũ đã không còn được sản xuất nữa nên không có thiết

bị đồng bộ để thay thế khi xẩy ra hỏng hóc, sự cố

- Hệ thống đo lường và bảo vệ hiện tại được thiết kế và lắp đặt từ rất lâu, đã cũ và

lạc hậu Các thiết bị hầu hết không an toàn về điện, các số liệu đo lường không chính xác và không còn sử dụng được nữa

- Tính năng bảo vệ của hệ thống kém, không an toàn cho thiết bị và con người trong quá trình làm việc và thao tác

- Hệ thống tủ điều khiển: Các thiết bị đã cũ, cồng kềnh, không an toàn về điện Người sử dụng khó giám sát và vận hành

- Hệ thống tủ điện: Hệ thống tủ điện được thiết kế theo các kích thước của các thiết bị cũ không còn phù hợp với các thiết bị điện đời mới Tủ điện được thiết kế cồng

kềnh không đảm bảo mỹ quan và tiện lợi cho người vận hành Cần thay mới lại toàn

bộ hệ thống tủ điện cho phù hợp với các tiêu chuẩn của thiết bị điện đời mới

năm 2010 Trạm bơm gồm 5 tổ máy bơm hỗn lưu trục đứng ký hiệu 1350VZM do Tập đoàn EBARA sản xuất Lưu lượng mỗi tổ máy là 33.8400 m3/h, cột nước bơm 7,68m,

tốc độ vòng quay 590v/p, động cơ công suất 250kw

Hình 1.2: Hình ảnh trạm bơm Hán Quảng

Hình 1.3: Máy được lắp đặt tại trạm bơm Hán Quảng

1999 từ nguồn vốn tài trợ của Nhật Bản Trạm bơm gồm 4 tổ máy bơm hỗn lưu trục đứng ký hiệu 1350VZM do Tập đoàn EBARA sản xuất Lưu lượng mỗi tổ máy là 14.400 m3/h, cột nước bơm 7,3m, tốc độ vòng quay 245v/p, động cơ công suất 400kw Đây là trạm bơm tiêu lớn nhất của tỉnh Bắc Ninh

Hình 1.4: Hình ảnh trạm bơm Tân Chi 2

Hình 1.5: Máy được lắp đặt tại trạm Tân Chi 2

những năm 1969 Trạm bơm gồm 8 tổ máy trục đứng có ký hiệu KP1-87 lưu lượng

mỗi tổ máy là 11.000 m3/h, cột nước bơm 6m, sử dụng động cơ điện 320kw điện áp 6KV Đây là trạm bơm tiêu do Triều Tiên sản xuất theo kiểu 04-87 của Liên Xô

Hình 1.6: Hình ảnh trạm bơm Trịnh Xá

Hình 1.7: Máy được lắp đặt tại trạm Trịnh Xá

động năm 1968 Trạm bơm gồm 9 tổ máy trục đứng có ký hiệu KP1-87 lưu lượng mỗi

tổ máy là 11.000 m3/h, cột nước bơm 6m, sử dụng động cơ điện 320kw điện áp 6KV Đây là trạm bơm tiêu do Triều Tiên sản xuất theo kiểu 04-87 của Liên Xô

Hình 1.8: Hình ảnh trạm bơm Hiền Lương

Hình 1.9: Máy được lắp đặt tại trạm Hiền Lương

1.5.1 Khái ni ệm động đất và các thông số đo động đất

Động đất là hiện tượng rung động đột ngột mạnh mẽ của vỏ trái đất do sự dịch chuyển các mảnh thạch quyển hoặc các đứt gãy trong vỏ quả đất và được truyền qua những khoảng cách lớn dưới dạng các dao động đàn hồi Bất kỳ một trận động đất nào cũng liên quan đến sự tỏa ra năng lượng từ một nơi nhất định Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh năng lượng gây ra động đất, sau đây là một vài nguyên nhân chính thường gặp ([12], [18]):

- Sự va chạm của các mảnh thiên thạch vào vỏ trái đất

- Các vụ thử bom hạt nhân ngầm dưới đất

- Các hoạt động xây dựng hồ chứa làm mất cân bằng trọng lực của môi trường

- Các hang động trong lòng đất bị sập

- Sự vận động kiến tạo của trái đất: Đây là nguyên nhân chủ yếu gây ra các vụ động đất Theo thống kê 95% các trận động đất xảy ra trên thế giới có liên quan đến sự

vận động kiến tạo

Động đất xảy ra nhiều nhất theo vành đai động đất Thái Bình Dương (chiếm 75%); một phần ít hơn xảy ra ở vành đai Địa Trung Hải, Hymalaya, Biển Đông, Indonesia (chiếm 23%) và chỉ còn 2% xảy ra trên đất liền [12]

Trung tâm của các chuyển động địa chấn, nơi phát ra năng lượng về mặt lý thuyết được quy về một điểm gọi là chấn tiêu của động đất (Hypocenter hoặc Focus) Hình chiếu của chấn tiêu lên mặt đất gọi là chấn tâm (Epicenter) của động đất (Hình 1.10)

Độ sâu chấn tiêu H là khoảng cách từ chấn tiêu lên mặt đất, tức là khoẳng cách từ

chấn tiêu đến chấn tâm Khoảng cách chấn tiêu là khoảng cách từ một điểm bất kỳ trên

mặt đất tới chấn tiêu (còn gọi là tiêu cự, ký hiệu là ∆) Khoảng cách chân tâm của một điểm là khoảng cách từ điểm đó đến chấn tâm (còn gọi là tâm cự, ký hiệu là D)

Chấn tiêu ở độ sâu 300÷700Km gọi là chấn tiêu sâu, chấn tiêu trung bình từ 60÷300km, chấn tiêu bình thường <60Km, chấn tiêu nông <15Km Chấn tiêu sâu nhất

đo được là 720Km ở Florida – Mỹ Động đất có sức tàn phá lớn nhất là động đất có

chấn tiêu nông, toàn bộ năng lượng được giải phóng là 75% năng lượng đàn hồi tích

luỹ Động đất ở khu vực đồng bằng trũng Hà Nội có chấn tiêu 15÷20Km, thuộc loại động đất có chấn tiêu nông ([1], [19])

Hình 1.10: Chấn tâm, chấn tiêu

1.5.2 Biểu đồ động đất

Biểu đồ ghi lại quỹ đạo chuyển động nền theo thời gian được gọi là biểu đồ động

đất, bao gồm các loại biểu đồ: Chuyển vị displacements (mm), gia tốc Acceleration

(m/sP

2

P

), vận tốc Velocity (m/s) [24]

Hình 1.11: Biểu đồ gia tốc động đất được ghi lại theo thời gian

Biểu đồ động đất là các tài liệu quan trọng để đánh giá tính chất của một trận động đất, đồng thời là số liệu để suy ra các thông số quan trọng trong thiết kế kháng

chấn cho công trình xây dựng

những trận động đất có độ Richter lớn hơn hoặc bằng 9 là những trận động đất kinh khủng

Ví dụ trận động đất tại Chile ngày 22 tháng 5 năm 1960 với độ Richter bằng 9,5

Không đáng kể Nhỏ hơn 2,0 Động đất thật nhỏ, không cảm nhận được

Th ật nhỏ 2,0 - 2,9 Th ường không cảm nhận nhưng đo được

Nh ỏ 3,0 - 3,9 C ảm nhận được nhưng ít khi gây thiệt hại

Nhẹ 4,0 - 4,9 Rung chuyển đồ vật trong nhà, thiệt hại khá quan

tr ọng

Trung bình 5,0 - 5,9

Có th ể gây thiệt hại nặng cho những kiến trúc không theo tiêu chuẩn phòng ngừa địa chấn Thiệt hại nhẹ cho nh ững kiến trúc xây cất đúng tiêu chuẩn

M ạnh 6,0 - 6,9 Có sức tiêu hủy mạnh trong những vùng đông dân

trong chu vi 180km bán kính

Rất mạnh 7,0 - 7,9 Có sức tàn phá quan trọng trên những diện tích to

lớn

Cực mạnh 8,0 - 8,9 Có sức tàn phá vô cùng quan trọng trên những diện

tích to lớn trong chu vi hàng trăm km bán kính Ngoại lệ 9,0 hoặc lớn hơn

Thang động đất theo cường độ được thành lập trên ba tiêu chí:

- Con người có thể nhận biết được sự tác động đến môi trường xung quanh

- Sự tác động của động đất đến công trình

- Các hiện tượng thay đổi trong đất như hiện tượng tăng mực nước ngầm

Magnitude và cường độ động đất là hai đại lượng khác nhau đặc trưng cho sức

mạnh của động đất Magnitude là đơn vị đo năng lượng động đất, còn cường độ động đất được đặc trưng bởi trị số gia tốc địa chấn a, mô tả hiện tượng động đất thông qua chuyển vị, gia tốc, vận tốc của mặt đất khi động đất đi qua Với cùng một trận động đất, năng lượng của động đất có giá trị Magnitude giống nhau tại mọi nơi trên thế giới (không ph ụ thuộc vào khoảng cách đến chấn tâm), còn cường độ động đất có giá trị khác nhau t ại các điểm đo khác nhau (càng gần chấn tâm cường độ động đất càng lớn)

Sự tương đương giữa các thang động đất xem Bảng 1.2 ([22], [24])

B ảng 1.2: Bảng chuyển đổi tương đương giữa các thang động đất

1.5.4 Gia tốc cực đại PGA

Gia tốc cực đại của một trận động đất là gia tốc lớn nhất của chuyển động nền trong trận động đất đó Gia tốc cực đại - đại lượng rất quan trọng được dùng trong các tiêu chuẩn kháng chấn hiện nay

Xác định chính xác gia tốc cực đại ở một điểm nào đó là điều không dễ dàng vì thiếu biểu đồ gia tốc động đất mạnh và vì tính đa dạng của dao động địa chấn Vì vậy người ta thường sử dụng các băng ghi gia tốc dao động nền đất đã có để thiết lập mối tương quan thống kê giữa gia tốc cực đại trung bình và các đặc trưng khác của động đất, chẳng hạn như cấp động đất (bảng 1.3)

VIII 0.12÷0.24 VIII 0.25÷0.30 VIII

IX 0.24÷0.48 IX 0.50÷0.55 IX

1.5.5 Bảng phân vùng động đất ở Việt Nam [19]

Theo tài liệu phân vùng động đất của trung tâm địa lý địa cầu thuộc Viện Khoa

học Việt Nam

1 Vùng Đông Bắc trũng Hà Nội VII 5,5

2 Vùng sông Hồng, sông Chảy VII - VIII 6,0

Tại Việt Nam, động đất tập trung ở phía Đông Bắc trũng Hà Nội, dọc theo sông

Hồng, sông Chảy, sông Đà, sông Mã, sông Cả, ven biển Nam Trung Bộ

Từ 1900 đến nay các nhà địa chấn nước ta có điều kiện thu thập được nhiều tài

liệu về động đất qua các chuyến khảo sát thực địa, điều tra trong nhân dân, qua tài liệu quan sát bằng máy của mạng lưới trạm động đất thế giới và trong nước Trong thời gian ngắn này đã xác định được 2 trận động đất cấp VIII với cường độ 6,7 – 6,8 độ Richter ở Điện Biên (1935) và Tuần Giáo (1983), 17 trận động đất cấp VII với cường

độ 5,0 – 5,9 độ Richter và 115 trận động đất cấp VI – cấp VII với cường độ 4,5 – 4,9

độ Richter ở khắp các vùng lãnh thổ nước ta Các trận động đất nêu trên đã gây chấn động cấp VI, cấp VII và cấp VIII trên một diện tích rộng

Các ghi nhận về các trận động đất lớn đã từng xảy ra trong lịch sử (cấp VII, cấp VIII):

- Động đất xảy ra năm 114 ở khu vực Đồng Hới Cường độ của trận động đất này theo đánh giá vào khoảng 6 độ Richter

- Động đất xảy ra năm 1285 tại Hà Nội Theo đánh giá cường độ của trận động đất này vào cỡ 5,5 độ Richter

- Động đất năm 1635 ở huyện Vĩnh Phúc (Thanh Hoá) giáp với Nho Quan (Ninh

Bình) theo đánh giá trận động đất này có cường độ 6,7 độ Richter

- Động đất năm1821 xảy ra ở Nghệ An theo đánh giá trận động đất này có cường

độ 6,7 độ Richter

Tác hại và các hậu quả của các trận động đất nêu trên đã được ghi lại trong các tài

liệu lịch sử Ở nước ta, nghiên cứu động đất theo đúng nghĩa chỉ bắt đầu từ cuối những năm 20 của thế kỷ XX, sau khi người Pháp thành lập trạm địa chấn ở Phù Liễn gần thành

phố Hải Phòng Xin nêu vài trận động đất điển hình được khảo sát khá đầy đủ

- Động đất ở Điện Biên:

Động đất xảy ra lúc 23 giờ 22 phút ngày 1 tháng 11 năm 1935 ở phía Đông Nam

thị trấn (nay là thị xã) Điện Biên Phủ có cường độ 6,75 độ Richter Động đất này đã gây hư hại nặng nhà xây ở thị trấn Điện Biên, còn ở Sơn La các tường nhà bị nứt nẻ Ở vùng chấn tâm đất nứt rộng đến 20 cm, có đoạn dài đến 50 m Năm 1935 các nhà địa

chấn người Pháp đã vẽ các đường đẳng chấn Về sau, năm 1966 các nhà địa chấn nước

ta đã dựa vào tài liệu điều tra thực địa đã xây dựng bản đồ cho thấy phạm vi ảnh hưởng của trận động đất này Độ mạnh tại chấn tâm được đánh giá I0 = 8 – 9 theo thang MSK – 64

Hình 1.12 Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất tại Điện Biên ngày 1/11/1935

- Động đất ở Phú Yên:

Đó là 2 trận động đất mạnh nhất ở phần lãnh thổ phía Nam nước ta đã được phát

hiện bằng máy đo và điều tra thực địa Hai trận động đất xảy ra ngày 12-4-1970 và 5-1972 ở phía Tây thị xã Sông Cầu (Phú Yên) Chấn tâm của chúng chỉ cách nhau 20

24-km theo phương kinh tuyến, nên khó tách riêng chấn động gây ra bởi các trận động đất này Các nhà địa chấn nước ta đã dựng bản đồ đẳng chấn chung cho 2 trận động đất này Dựa vào số liệu thực địa và quan trắc bằng máy, cường độ của 2 trận động đất này vào cỡ 5,3 độ Richter, độ sâu chấn tiêu khoảng 13 km

Hình 1.13 Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất tại Phú Yên

ngày 2/4/1970 và 24/5/1972

- Động đất ở Tuần Giáo, Lai Châu:

Đây là sự kiện nổi bật trong hoạt động địa chấn hiện đại ở nước ta Động đất

xảy ra lúc 14 giờ 18 phút ngày 14-6-983 trong vùng núi Phương Pi, cách thị trấn Tuần Giáo (Lai Châu) 11 km về phía Đông Bắc, cường độ 6,7 độ Richter, cấp độ mạnh trong vùng chấn tâm I0 = 8 – 9 theo thang MSK – 64 Sau kích động chính, hàng loạt

dư chấn đã xảy ra, dư chấn mạnh nhất đã xảy ra ngày 15-7-1983 với độ lớn M = 5,4 độ Richter Và phải 8 tháng sau vùng Tuần Giáo mới trở lại yên tĩnh

Ở Việt Nam, đến nay có hơn 50 trạm quan trắc động đất Viện vận lý địa cầu đã

tiến hành đo đạc, thống kê các số liệu và thông qua một số đề tài cấp nhà nước Đã lập được các bản đồ phân vùng động đất ở Việt Nam

Hình 1.14 Bản đồ phân bố đứt gãy địa chất lớn trên lãnh thổ Việt Nam

Hình 1.15 Bản đồ phân bố chấn tâm quan trắc trên lãnh thổ Việt Nam

Hình 1.16 Bản đồ phân vùng gia tốc nền cực đại trên lãnh thổ Việt nam

(Chu Kỳ lặp lại 500 năm, nền loại A)

1.5.6 Nguyên nhân gây ra động đất

Động đất do các nguyên nhân: Nội sinh, ngoại sinh, nhân sinh

- Nguyên nhân n ội sinh:

+ Hoạt động phun trào của núi lửa: Đối với những trận động đất phát sinh do nguyên nhân này được chia ra làm 3 loại: do các hoạt động khi núi lửa hoạt động, do chuyển động của dung nham và do sự kết hợp với các động đất kiến tạo

+ Sụt đổ của nền đất: Các trận động đất thường nhỏ và xẩy ra ở vùng có hang động ngầm hoặc khai thác mỏ

+ Sự cọ sát của các mảng thạch quyển đại dương đang bị hút chìm xuống dưới

một mảng khác

+ Hoạt động đứt gãy địa chấn bên trong các mảng lục đia

- Nguyên nhân ngo ại sinh:

+ Thiên thạch va chạm vào trái đất

+ Các vụ trượt lở đất đá với khối lượng lớn

- Nguyên nhân nhân sinh:

+ Các vụ thử hạt nhân ngầm dưới đất: Khi một vụ nổ hạt nhân ngầm xẩy ra,

một năng lượng rất lớn được giải phóng Các sóng địa chấn sinh ra từ các vụ nổ này truyền đi và được các địa chấn kế ghi lại chứng minh kết luận trên

+ Xây dựng hồ chứa làm mất cân bằng trọng lực môi trường

+ Bơm hút nước ngầm khí đốt gây sụt đổ ngầm dưới đất

Một trong những thảm họa thiên nhiên khủng khiếp nhất đối với con người đó là động đất Trận động đất lớn nhất trong lịch sử là trận động đất ở Chilê năm 1960 với M

= 8,9 (9,5 theo NEIC) có năng lượng lớn gấp trăm lần năng lượng quả bom nguyên tử

thả xuống thành phố Hiroshima Trận động đất kèm theo sóng thần ngày 26/12/2004 ở

bờ biển phía Tây Bắc của Sumatra (Indonesia) mạnh 9.0 richter làm kinh hoàng cả thế

giới, làm chết hàng trăm nghìn người, thiệt hại về vật chất là vô cùng to lớn… Đây là

một trong tám trận động đất lớn nhất tính từ năm 1900 Và gần đây nhất là 2 trận động đất lớn xảy ra tại Haiti ngày 13/1/2010 mạnh 7 độ richter làm chết 200.000 người (hình 1.17) và trận động đất xảy ra tại Chile 8,8 độ richter làm chết hơn 300 người (hình 1.18)

Hình 1.17: Hình ảnh sau trận động đất ở Haiti năm 2010

Hình 1.18: Hình ảnh sau trận động đất ở Chile năm 2010

B ảng 1.6: Một số trận động đất gây thiệt hại lớn trong lịch sử [24]

28/12/1908 Italy 7.5 83000

Chính ph ủ Italy đã thiết kế lại kết cấu công trình thêm tải trọng động đất ngang

30/5/1935 Pakistan,

Quetta 7.5 60000

Tr ận động đất phá hủy hầu hết các công trình ở Quetta

1960 Chile 9.5 2230 Có thể đây là trận động đất lớn nhất

đã từng ghi lại được

27/7/1976 Trung Quốc 8 700000

Đây là trận động đất có số người chết lớn nhất trong lịch sử, phá hủy thành

ph ố Đường Sơn, tỉnh Hồ Bắc

1995 Nhật Bản 6.9 5300 Ở Hyogo-Ken Nanbu; nguyên nhân

gây thiệt hại cho Kobe

2004 Indonesia 9 283106 Tây Bắc đảo Sumatra

2005 Indonesia 8.7 1313 Tây Bắc đảo Sumatra

Tại Việt Nam, động đất tập trung ở phía Đông Bắc trũng Hà Nội, dọc theo Sông

Hồng, sông Đà, sông Mã, sông Cả, ven biển Nam Trung bộ Động đất ở Điện Biên Phủ (1/11/1935) đạt tới 6,7 độ richter (ML=6,7) tương đương cấp 8-9 (thang MSK-64) có độ sâu chấn tiêu là 25km Động đất ở Tuần Giáo (Lai Châu) xảy ra ngày 24/6/1989 đạt tới 6,7 độ richter (cấp 8-9 MSK) có độ sâu chấn tiêu là 23km [14] Gần đây là trận động đất

tại Điện Biên Phủ xảy ra vào hồi 22 giờ 52 phút ngày 19 tháng 2 năm 2001 có độ lớn 5,3

độ richter, động đất cấp 7 Tại thị xã Điện Biên có 130 ngôi nhà bị xây dựng lại, 1044 ngôi nhà phải sửa chữa Đập Pe Luông cách chấn tâm 10km về phía đông bị nứt vai đập

và phần tiếp xúc giữa đập với tràn

Qua phân tích lịch sử các trận động đất có thể rút ra hai dạng phá hủy chính của công trình do động đất là ([12], [18]):

- Khi xảy ra động đất, do ảnh hưởng của sóng địa chấn, nền đất phải chịu các

lực kéo, nén, xoắn Kết quả, nền đất có thể bị lún, sụt và hóa lỏng Các công trình đặt trên nền đất bị phá hoại do động đất cũng sẽ bị hư hỏng theo

- Khi động đất xảy ra, do ảnh hưởng của sóng địa chấn, nếu nền chưa bị mất ổn định thì công trình đặt trên nền sẽ xuất hiện các phản ứng (chuyển vị, vận tốc, gia tốc) Như vậy nội lực, chuyển vị của công trình sẽ vượt quá các trị số nội lực, chuyển vị tĩnh trước lúc xảy ra động đất, nếu công trình không được tính toán đầy đủ về kháng chấn thì đây là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự phá hoại các công trình nằm trong vùng động đất

Do tác hại to lớn của động đất đối với công trình như vậy mà hiện nay khi thiết

kế các công trình xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng trong vùng có nguy cơ xảy ra động đất người ta đã đưa ra nhiều phương pháp tính toán cũng như các chi tiết cấu tạo nhằm đảm bảo an toàn cho công trình

Ở nước ta, các nghiên cứu kháng chấn rất hiếm hoi, các kết quả nghiên cứu gần như vẫn nằm trong các báo cáo hoặc sách vở chứ chưa được ứng dụng trong thực tiễn nên gây nhiều khó khăn cho các kỹ sư thiết kế Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy lợi, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của động đất đến công trình chưa được quan tâm đúng mức

Hình 1.19 Động đất làm phá hủy công trình xây dựng

Hình 1.20 Động đất làm phá hủy công trình giao thông

Hình 1.21 Động đất làm phá hủy công trình th ủy lợi

CHƯƠNG 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN HÀNH TÍNH TOÁN TRẠM BƠM

TR ẠM BƠM [5], [6], [8], [9], [10], [17]

Có rất nhiều phương pháp để tính toán trạm bơm Mỗi phương pháp đều có

những ưu nhược điểm riêng Việc áp dụng là dựa vào yêu cầu, tính chất, mức độ của bài toán đặt ra

Các phương pháp tính toán hiện hành bao gồm:

+ Phương pháp giải tích

+ Phương pháp số

Tác giả xin trình bày ưu, nhược điểm của từng phương pháp Từ đó lựa chọn phương pháp tính toán, cụ thể như sau:

2.1.1 Phương pháp giải tích

Tìm nghiệm giải tích thỏa mãn các phương trình vi phân tại mọi điểm trong công trình và thỏa mãn các điều kiện biên trên bề mặt, bao gồm các phương pháp:

U

Ưu điểm:UPhương pháp tính toán cơ bản, tính toán ứng suất biến dạng dễ dàng Tính được các giá trị ; ;σ σ τx y xytại các điểm đang xét Từ đó xác định được ứng suất chính, phương chính tại mọi điểm khác nhau

U

Nhược điểm:U Kết quả tính toán không phản ánh đúng trạng thái ứng suất biến

dạng của công trình, sai số khá lớn

U

Nguyên nhân:

- Khi tính toán ta coi công trình như một thanh được ngàm chặt vào nền, chịu

uốn và kéo nén đồng thời

- Giả thiết về sự phân bố ứng suất pháp σytrên mặt phẳng nằm ngang là đường

thẳng, trị số biên được xác định theo công thức nén lệch tâm

- Không thể giải quyết được các bài toán phức tạp như có biến dạng nền, ứng

suất tập trung, ứng suất tại lỗ khoét, ứng suất nhiệt, tính dị hướng, không xét được trong giai đoạn thi công