Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng động do sự làm việc của cần trục đến kết cấu phần trên nước nhà máy thủy điện

Lu n v n th c s k thu t chuyên ngành xây d ng công trình thu v i đ tài

“Nghiên c u nh h ng c a t i tr ng đ ng do s làm vi c c a c u tr c đ n k t c u

ph n trên n c nhà máy th y đi n” đ c hoàn thành v i s giúp đ nhi t tình, hi u

qu c a phòng ào t o H&S H, khoa công trình cùng các th y, cô giáo, các b môn c a tr ng i h c thu l i, b n bè đ ng nghi p, c quan và gia đình

Tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i th y giáo:

TS Tr nh Qu c Công đã tr c ti p t n tình h ng d n c ng nh cung c p tài

li u thông tin khoa h c c n thi t cho lu n v n này

Tác gi xin chân thành c m n t i:

Phòng ào t o H và S H, khoa công trình, các th y cô giáo đã tham gia

gi ng d y tr c ti p Cao h c c a tr ng i h c Thu l i Hà N i đã t n tình giúp đ

và truy n đ t ki n th c trong su t th i gian h c t p ch ng trình Cao h c c ng nh trong quá trình th c hi n lu n v n

Cu i cùng tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n nh ng ng i thân trong gia đình đã đ ng khích l tinh th n và v t ch t đ tác gi đ t đ c k t qu nh ngày hôm nay

Hà N i, tháng 03 n m 2015

V Ng c Minh

Tên tôi là: V Ng c Minh

H c viên l p: 20C11

Tên đ tài lu n v n “Nghiên c u nh h ng c a t i tr ng đ ng do s làm vi c

c a c u tr c đ n k t c u ph n trên n c nhà máy th y đi n”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi Nh ng n i dung

và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a đ c ai công b trong b t

k công trình khoa h c nào N u vi ph m tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m, ch u

b t k các hình th c k lu t c a Nhà tr ng

M U 1

CH NG 1: T NG QUAN 3

1.1 T ng quan v nhà máy th y đi n 3

1.1.1 Phân lo i nhà máy th y đi n 4

1.1.2 K t c u nhà máy th y đi n 13

1.2 c đi m ch u l c c a k t c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n 13

1.3 Các nghiên c u v k t c u nhà máy th y đi n 14

1.4 Tích c p thi t và ph m vi nghiên c u c a đ tài 15

CH NG II: C S LÝ THUY T 16

2.1 Các ph ng pháp phân tích k t c u 16

2.1.1 Các ph ng pháp phân tích k t c u: 16

2.1.2 Ph ng pháp ph n t h u h n 16

2.2 C s lý thuy t phân tích k t c u ch u t i tr ng đ ng 22

2.2.1 Xác đ nh l c đàn h i tuy n tính 23

2.2.2 Xác đ nh l c c n Damping 24

2.2.3 Xác đ nh l c quán tính 26

2.2.4 Ph ng pháp Newmark gi i ph ng trình chuy n đ ng 26

2.3 K t lu n ch ng 2 28

CH NG III: L P BÀI TOÁN PHÂN TÍCH K T C U PH N TRÊN N C NMT CH U TÁC D NG C A T I TR NG NG DO CÁC CH LÀM VI C C A C U TR C GÂY LÊN, ÁP D NG CHO CÔNG TRÌNH TH Y I N SU I S P 3 29

3.1 Nhà máy th y đi n Su i S p 3 29

3.1.1 Gi i thi u chung v công trình 29

3.1.2 Các đi u ki n t nhiên công trình 33

3.1.3 Các h ng m c công trình ch y u 37

3.2 K t c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n Su i S p 3 40

3.3 Các tr ng h p tính toán: 42

Su i S p 3 và các thông s c b n c a mô hình 42

3.5 Các l c tác d ng và t h p l c 45

3.5.1 Tr ng l ng b n thân k t c u: 45

3.5.2 T i tr ng gió 45

3.5.3 Áp l c bánh xe c a c u tr c: 47

3.5.4 L c hãm ngang 48

3.5.5 T i trong do va đ p c a c u tr c vào g i ch n đ ng ray 48

3.6 K t qu tính toán 49

3.6.1 Tr ng thái ng su t bi n d ng c a k t c u nhà máy khi c u tr c di chuy n d c nhà máy 49

3.6.2 Tr ng thái ng su t bi n d ng c a k t c u nhà máy tr ng h p xe con nâng v t và phanh hãm 52

3.6.3 Tr ng thái ng su t bi n d ng c a k t c u nhà máy v i tr ng h p c u tr c va ch m vào g i ch n cu i đ ng ray 55

3.6.4 Tr ng thái ng su t bi n d ng c a k t c u nhà máy ch u t i tr ng đ ng v i tr ng h p nâng t i c a c u tr c 58

3.7 So sánh, phân tích k t qu 60

K T LU N VÀ KI N NGH 67

TÀI LI U THAM KH O 69

Hình 1-1 Nhà máy th y đi n ngang đ p 4

Hình 1-2 M t c t ngang nhà máy th y đi n sau đ p 6

Hình 1-3 Nhà máy thúy đi n đ ng d n l p Turbin gáo 7

Hình 1-4 Các lo i k t c u gian máy nhà máy th y đi n ng m và n a ng m 8

Hình 1-5 S đ các d ng nhà máy th y đi n ngang đ p k t h p x l 11

Hình 2-1 Các d ng biên chung gi a các ph n t 17

Hình 2-2 Các d ng ph n t h u h n th ng g p 18

Hình 2-3 Ph n t quy chi u và các ph n t th c tam giác 19

Hình 2-4 S đ kh i c a ch ng trình PTHH 22

Hình 2-5 Mô hình tính toán c a h k t c u có nhi u b c t do 23

Hình 2-6: Mô hình tính toán c a h k t c u có nhi u b c t do 24

Hình 3-1 S đ khung ngang nhà máy th y đi n Su i S p 3 41

Hình 3-2 S đ c t d c h khung nhà máy th y đi n Su i S p 3 41

Hình 3-3 Mô hình tính đ c xây d ng trong Sap 44

Hình 3-4 Cách đánh s thanh ph n t 44

Hình 3-5 Mô hình tính đ c xây d ng trong ADINA 45

Hình 3-6 S đ t i tr ng gió 46

Hình 3-7 T i tr ng gió 47

Hình 3-8 Chuy n v t ng c a mô hình v i tr ng h p c u tr c di chuy n d c nhà máy 49

Hình 3-9 Bi u đ bao l c d c c a mô hình v i tr ng h p c u tr c di chuy n d c nhà máy 50

Hình 3-10 Bi u đ bao l c c t V2 c a mô hình v i tr ng h p c u tr c di chuy n d c nhà máy 50

Hình 3-11 Bi u đ bao l c c t V3 c a mô hình v i tr ng h p c u tr c di chuy n d c nhà máy 51

d c nhà máy 51

Hình 3-13 Chuy n v t ng c a mô hình v i tr ng h p phanh hãm c u tr c 52

Hình 3-14 Bi u đ l c d c c a mô hình v i tr ng h p phanh hãm c u tr c 53

Hình 3-15 Bi u đ l c c t V2 c a mô hình v i tr ng h p phanh hãm c u tr c 53

Hình 3-16 Bi u đ l c c t V3 c a mô hình v i tr ng h p phanh hãm c u tr c 54

Hình 3-17 Bi u đ Moment M3 c a mô hình v i tr ng h p phanh hãm c u tr c 54

Hình 3-18 Chuy n v t ng c a mô hình v i tr ng h p c u tr c va ch m vào g i ch n cu i đ ng ray 55

Hình 3-19 Bi u đ l c d c c a mô hình v i tr ng h p c u tr c va ch m vào g i ch n cu i đ ng ray 56

Hình 3-20 Bi u đ l c c t V2 c a mô hình v i tr ng h p c u tr c va ch m vào g i ch n cu i đ ng ray 56

Hình 3-21 Bi u đ l c c t V3 c a mô hình v i tr ng h p c u tr c va ch m vào g i ch n cu i đ ng ray 57

Hình 3-22 Bi u đ Moment M3 c a mô hình v i tr ng h p c u tr c va ch m vào g i ch n cu i đ ng ray 57

Hình 3-23 Bi u đ l c d c c a mô hình v i tr ng h p nâng t i c u tr c 58

Hình 3-24 Bi u đ l c c t V2 c a mô hình v i tr ng h p nâng t i c u tr c 59

Hình 3-25 Bi u đ moment M3 c a mô hình v i tr ng h p nâng t i c u tr c 59

Hình 3-26 Bi u đ chuy n v c a đi m 62 60

B ng 3.1: Các thông s chính c a công trình 29

B ng 3.2: Quy mô h ng m c công trình 31

B ng 3.3: Các thông s c b n v khí t ng - th y v n 33

B ng 3.4: Th ng kê k t qu tính toán ng su t các tr ng h p 60

B ng 3.5: Th ng kê k t qu tính toán chuy n v các tr ng h p 61

B ng 3.6: Thông s thép I600 64

B ng 3.7: Thông s thép I450 65

M U

I Tính c p thi t c a tài

N c ta đang trong th i k công nghi p hóa, hi n đ i hóa đ t n c nên nhu

c u đi n n ng ngày càng t ng i u đó đã đ t ra nhi u c p thi t v n ng l ng cho

đ t n c Chính vì v y mà các công trình tr m th y đi n đ c xây d ng ngày m t nhi u Trong các thành ph n công trình c a tr m th y đi n thì nhà máy th y đi n là

m t h ng m c công trình quan tr ng, chi m t l v n đ u t t ng đ i l n Nhà máy

th y đi n là m t k t c u kh i l n, hình d ng khá ph c t p v i nhi u kho ng tr ng bên trong Nhà máy th y đi n đ c chia thành hai ph n: ph n trên n c và ph n

d i n c Toàn b nhà máy nói chung và t ng ph n nói riêng ph i đ m b o đ n

đ nh và đ đ b n d i tác đ ng c a m i t h p t i tr ng t nh và t i tr ng đ ng trong các giai đo n xây d ng, v n hành, s a ch a vì v y khâu tính toán k t c u nhà máy đóng vai trò r t quan tr ng

Hi n nay, t i các công ty thi t k , khi tính toán k t c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n ch u tai tr ng đ ng do c u tr c trong nhà máy gây lên th ng ch dùng ph ng pháp gi t nh ngh a là coi t i tr ng đ ng b ng tr ng l ng t nh nhân

v i h s đ ng M t khác khi tính toán k t c u ph n trên n c ch xét đ n các l c gây mômen u n trong m t ph ng vuông góc v i tr c nhà máy mà ch a xét đ n các

l c tác d ng theo phu ng d c tr c nhà máy sinh ra trong quá trình c u tr c di chuy n d c nhà máy ho c quá trình phanh hãm c u tr c gây lên Do v y k t qu tính toán không ph n ánh đu c s ng x c a k t c u ph n trên n c trong su t quá trình v n hành c a nhà máy

Chính vì các y u t phân tích trên nên vi c phân tích k t c u ph n trên n c nhà máy th y đi n ch u t i tr ng đ ng do các ch đ làm vi c khác nhau c a c u

tr c gây lên là c n thi t H c viên ch n đ tài: “Nghiên c u nh h ng c a t i

tr ng đ ng do s làm vi c c a c u tr c đ n k t c u ph n trên n c nhà máy th y

đi n” s đánh giá đ c nh h ng c a t i tr ng đ ng gây nên b i các ch đ làm

vi c khác nhau c a c u tr c t đó có các ki n ngh cho các nhà thi t k tính toán thi t k h p lý k t c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n

II M c đích c a tài

Xây d ng m hình phân tích k t c u ph n trên n c nhà máy th y đi n ch u các t i tr ng đ ng do các ch đ làm vi c khác nhau c a c u tr c trong nhà máy gây lên nh :

- Tr ng h p nâng t i c a c u tr c

- Tr ng h p c u tr c di chuy n d c nhà máy

- Tr ng h p c u tr c va ch m vào g i ch n cu i đ ng ray

Phân tích k t qu ng su t bi n d ng c a k t c u cho các tr ng h p khác nhau t đó rút ra đ c nh h ng c a t i tr ng đ ng do c u tr c làm vi c gây ra

đ i v i k t c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n

- xu t ph ng pháp phân tích k t c u ph n trên n c c a nhà máy th y

đi n ch u t i tr ng đ ng do c u tr c di chuy n gây ra cho các tr ng h p khác nhau nh : Tr ng h p nâng t i, tr ng h p di chuy n và tr ng h p phanh hãm

c u tr c

- Xây d ng m hình 3-D ph n trên n c nhà máy th y đi n ch u các t i

tr ng t nh và t i tr ng đ ng b ng ph n m m Ph n t h u h n có các module phân tích đ ng cho các tr ng h p

- Phân tích, đánh giá k t qu

CH NG 1: T NG QUAN 1.1 T ng quan v nhà máy th y đi n

Theo h i đ ng n ng l ng qu c t (WEC), th y đi n đang đóng góp 20%

t ng công su t đi n n ng trên toàn th gi i, t ng đ ng 2.600 TWh/n m Na Uy là

n c mà 100% đi n n ng đ c s n xu t t th y đi n Nh ng n c có th y đi n chi m h n 50% c ng r t nhi u, nh : Icela (83%), Áo (67%) Canada hi n là n c

s n xu t th y đi n l n nh t th gi i, v i t ng công su t g n 400 nghìn GWh, đáp

ng h n 70% nhu c u n c này Ti m n ng c a ngu n đi n xanh này còn r t l n,

b i WEC đã c tính, trên toàn c u, công su t th y đi n có th đ t đ n 14.400 TWh/n m

Ngu n thu n ng n c ta r t l n, tr n ng k thu t kho ng 90 t kWh v i kho ng 21 tri u kW công su t l p máy, đ c quan tâm phát tri n khá s m (Nhà máy th y đi n a Nhim: 160MW, Thác Bà: 108MW) Trong nh ng n m g n đây

đã phát tri n nhi u nhà máy v i công su t khá l n (Nhà máy th y đi n Hòa Bình: 1920MW, Yaly: 720MW, Tr An: 400MW, Hàm Thu n: 300MW…) và s p t i đ a vào s d ng nhi u nhà máy v i công su t l n (Nhà máy th y đi n S n La: 2400MW, Sêsan 4: 340MW, Sêsan 3: 259MW, Na Hang: 300MW, ng Nai 4: 280MW…) và nhi u nhà máy khác nh ng chúng ta m i ch khai thác đ c r t ít kho ng 20%

Tuy nhiên th y đi n đã chi m t tr ng khá l n, kho ng 60% công su t c a h

th ng đi n Vi t Nam Trong t ng lai khi nhu c u phát tri n kinh t t ng cao đòi

h i nhi u n ng l ng đi n thì th y đi n là ngu n n ng l ong c n ph i khai khác tri t đ do giá thành r và ngu n than đá đ phát tri n nhi t đi n đã không còn nhi u Ngoài ra th y đi n còn có vai trò quan tr ng trong l i d ng t ng h p và phòng ch ng thiên tai

Hình 1-1 Nhà máy th y đi n ngang đ p

Nhà máy th y đi n (NMTD) là m t h ng m c ch y u c a m t tr m th y

đi n, là m t công trình th y công trong đó b trí các thi t b đ ng l c (turbin, máy phát đi n) và các h th ng thi t b ph ph c v cho s làm vi c bình th ng c a các thi t b chính nh m s n xu t đi n n ng cung c p cho các h dùng đi n Có th nói đây là m t x ng s n xu t đi n n ng c a công trình th y đi n Lo i k t c u nhà máy ph i đ m b o s làm vi c an toàn c a các thi t b và thu n l i trong v n hành

1.1.1 Phân lo i nhà máy th y đi n

Trong th c t nhà máy th y đi n có th phân đ n gi n làm 2 lo i:

- Các lo i nhà máy thông th ng: Nhà máy không k t h p: Nhà máy lòng sông, nhà máy sau đ p, nhà máy đ ng d n

- Các lo i nhà máy đ c bi t: Nhà máy ng m, nhà máy k t h p x l , nhà máy trong than đ p, v.v

1.1.1.1 Nhà máy th y đi n ngang đ p

Nhà máy th y đi n ngang đ p đ c xây d ng v i c t n c không quá 35÷40m đây toàn b h th ng công trình t p trung trên 1 tuy n B n thân nhà máy là 1 ph n công trình dâng n c, nó thay th cho m t ph n đ p dâng ch u áp

l c n c th ng l u C a l y n c c ng là thành ph n b n thân nhà máy

M t đ c đi m khi thi t k đ i v i nhà máy th y đi n ngang đ p là v mùa l

c t n c công tác th ng gi m, d n đ n công su t t máy gi m, trong m t s

tr ng h p nhà máy có th ng ng làm vi c t ng công su t nhà máy trong th i

k l đ ng th i gi m đ p tràn, hi n nay trên th gi i ng i ta thi t k nhà máy th y

đi n ngang đ p k t h p x l qua đo n t máy N u nghiên c u b trí 1 cách h p lý công trình x l trong đo n t máy thì khi tràn làm vi c có th t o thành nh ng v trí

có th t ng c t n c công tác do hi u qu phun xi t

i v i nhà máy th y đi n ngang đ p, c t n c th p l u l ng l n, chi u dài

đo n t máy th ng đ c xác đ nh theo kích th c bao ngoài bu ng xo n và ng hút Chi u ngang đo n t máy theo chi u dòng ch y ph n d i n c c a nhà máy

ph thu c vào kích th c c a l y n c, bu ng xo n tuabin và chi u dài ng hút,

đ ng th i vi c tính toán n đ nh nhà máy và ng su t n n có quan h đ n kích

th c ph n d i n c c a nhà máy, đ c bi t n n m m

gi m chi u cao ph n d i n c c a nhà máy, trong thi t k th ng áp

d ng m t c t hình ch T h ng xu ng v i đ nh b ng, nh v y có th cho phép rút

ng n chi u cao t ng tuabin và máy phát đ t g n tuabin h n

đ m b o n đ nh ch ng tr t và ng su t đáy n n không v t quá tr s cho phép, t m đáy c a nhà máy th y đi n ngang đ p n m trên n n m m th ng có kích th c r t l n L i d ng chi u dày t m đáy ng i ta b trí th ng l u c a l y

n c hành trang ki m tra và thu n c (Hình 1-1)

1.1.1.2 Nhà máy th y đi n sau đ p

Nhà máy th y đi n sau đ p th ng dùng v i c t n c t 35÷40m≤H≤250÷300m và có th l n h n n a Nhà máy đ c b trí ngay sau đ p dâng n c Nhà máy không tr c ti p ch u áp l c n c phía th ng l u, do đó k t

c u ph n d i n c và bi n pháp ch ng th m đ ph c t p h n nhà máy ngang đ p dâng N u đ p dâng n c là bê tông tr ng l c thì thì c a l y n c và đ ng ng

d n n c Tuabin đ c b trí trong thân đ p bê tông Kho ng cách gi a thân đ p và nhà máy th ng đ đ b trí các phòng và máy bi n th (máy nâng đi n áp) (Hình 1-2)

Hình 1-2 M t c t ngang nhà máy th y đi n sau đ p

Trong m t s tr ng h p n u không nh h ng nhi u đ n ng su t h l u

đ p đ gi m kh i l ng bê tông và chi u dài đ ng ng d n n c vào tuabin ng i

ta th ng đ t l n nhà máy vào thân đ p

Tùy thu c vào côt n c công tác, nhà máy th y đi n sau đ p th ng dùng tuabin tâm tr c, tuabin cánh quay c t n c cao ho c tuabin cánh chéo nhà máy

th y đi n sau đ p ph n đi n th ng b trí phía th ng l u gi a đ p và nhà máy, còn h th ng d u n c thì b trí phía h l u (Hình 1-2)

1.1.1.3 Nhà máy th y đi n đ ng d n

Nhà máy th y đi n đ ng d n và nhà máy th y đi n sau đ p có m t s đ c

đi m k t c u gi ng nhau C 2 lo i nhà máy đ u dùng đ ng ng d n n c vào

tuabin C ng gi ng nh nhà máy sau đ p, lo i nhà máy th y đi n đ ng d n không

tr c ti p ch u áp l c n c phía th ng l u

Nhà máy th y đi n đ ng d n pham vi s d ng c t n c r t r ng t 2÷3m

đ n 1700÷2000m

Nhà máy th y đi n đ ng d n ng áp l c đ t l thiên có th s d ng c t

n c đ n 2000m V i c t n c t 500÷600m tr lên th ng dùng tuabin gáo, t máy tr c đ ng ho c tr c ngang (Hình 1-3)

Hình 1-3 Nhà máy thúy đi n đ ng d n l p Turbin gáo

Nhà máy th y đi n đ ng d n có nhi u h ng m c công trình và n m t p trung theo 2 khu v c: khu công trình đ u m i g m: công trình ng n dòng, công trình x l , công trình l y n c và khu nhà máy n i ti p h l u b ng đ ng d n có

áp ho c không áp

Ngoài cách phân lo i trên nhà máy th y đi n còn đ c phân lo i theo v trí

t ng đ i c a nhà máy trong b trí t ng th : Nhà máy th y đi n trên m t đ t, nhà máy th y đi n ng m đ c b trí toàn b trong long đ t, nhà máy th y đi n n a

ng m v i ph n ch y u c a nhà máy b trí ng m trong lòng đ t, ph n mái che có

th b trí trên m t đ t

Nhà máy th y đi n ng m:

K t c u c a nhà máy th y đi n ng m ph thu c r t ít vào ph ng th c t p trung c t n c mà ch y u ph thu c vào đi u ki n đ a hình và c u trúc đ a ch t

Nó có th xây d ng trong nhi u đi u ki n đ a ch t khác nhau, t đá có c ng đ cao cho đ n y u, nh ng n i đ a hình ph c t p, đ a ch t t ng trên x u, n u đ a ch t

d i sâu t t cho phép xây d ng nhà máy th y đi n ng m thì kh i l ng đào đ p s

gi m, tuy n đ ng ng áp l c d n vào tuabin ng n, áp l c n c va gi m vào có l i cho vi c đi u ch nh t máy

Hình 1-4 Các lo i k t c u gian máy nhà máy th y đi n ng m và n a ng m

Tùy thu c vào c ng đ c a đá, k t c u t ng và ng m c a nhà máy th y

đi n c ng khác nhau Hình 4-4 th hi n các lo i k t c u c a nhà máy Th y đi n

chân vòm truy n xu ng kh i đá (s đ IIb) ho c ch có t i tr ng c u tr c thông qua

h th ng d m và tr c t truy n xu ng kh i đá (s đ II)

Trong tr ng h p đá có c ng đ y u, có áp l c đ ng và ngang, s n t n nhi u và phòng hóa m nh thì ph i xây t ng và vòm ch u l c (s đ III) t đá có

c ng đ quá y u thì áp d ng k t c u hình móng ng a, k t c u này đàm b o ch ng

đ c áp l c đ ng và ngang r t t t (s đ IV)

Khi nhà máy đ t cao trình không sâu l m th ng áp d ng k t c u ki u s

đ V, ph n nhà máy có th có m t ph n n i trên m t đ t, ho c sau khi xây xong l p

đ t l i Lo i nhà máy này th ng g i ki u n a ng m

S ph i h p gi a các công trình ng m đ c xác đ nh b i v trí b trí các thi t

b chính và ph Trong thi t k xây d ng nhà máy th y đi n ng m, ng i ta nghiên

c u l a ch n ph ng án b trí các thi t b chính và ph h p lý phù h p v i đi u

ki n th c t c a công trình nhà máy th y đi n ng m vi c b trí máy bi n th là

m t v n đ l n nh h ng nhi u đ n k t c u và b trí các thi t b chính trong nhà máy Ng i ta ch b trí máy bi n th trên m t đ t khi nhà máy n m không sâu l m, còn nói chung là ph i đ t d i m t đ t, bên c nh nhà máy trong hành lang riêng

ho c ngay trong nhà máy

Khi phân tích các ch tiêu kinh t k thu t và đi u ki n v n hành nhà máy

th y đi n ng m ng i ta nh n th y nó có m t s u đi m sau:

- L i dùng c ng đ cao c a vòm đá đ chuy n 1 ph n t i tr ng c a k t c u

c a nhà máy và thi t b xu ng n n móng và do đó gi m nh k t c u ch u l c

- Công trình xây d ng trong đi u ki n đ a ch t v ng ch c, an toàn cao, kh

n ng an toàn qu c phòng t t

- Có th thi công l p ráp liên t c, không ph thu c đi u ki n th i ti t khí h u

- Thi t b v n hành trong đi u ki n đ m và nhi t đ n đ nh gi m đ c ng

su t trong thi t b

- N u đi u ki n đ a ch t t t có th b trí nhà máy trong v trí b t k trên tuy n đ ng d n không ph thu c đi u ki n đ a hình

Tuy n d n n c có áp ng n vì đi th ng, t n th t c t n c nh , đ ng ng tuabin có d ng gi ng đ ng ho c gi ng nghiêng, áp l c n c va gi m, t máy làm

vi c n đ nh

Song nhà máy th y đi n ng m có m t s nh c đi m: Kh i l ng thi công

l n, yêu c u k thu t cao, yêu c u v thông gió, thoát n c, ánh sáng ph i đ m b o

m i th a mãn đi u ki n làm vi c c a nhân vi c v n hành

V đ c đi m k t c u c a ba lo i c b n trên, nhà máy th y đi n còn có nhi u

d ng k t c u đ c bi t khác nh nhà máy k t h p x l , nhà máy trong thân đ p bê tông tr ng l c, trong tr pin, nhà máy th y đi n ngang đ p v i tuabin Capxul, nhà máy th y đi n tích n ng, nhà máy th y đi n th y tri u.v.v

- Nhà máy th y đi n k t h p x l

Trong thi t k và thí nghi m, ng i ta đã đ ra và th nghi m r t nhi u

ph ng án k t h p x l qua nhà máy, nh ng trong th c t xây d ng ph bi n h n

c có 3 lo i: Nhà máy k t h p x mái, x m t (trên bu ng xo n) và x đáy (d i

bu ng xo n)

Ph n d i n c c a nhà máy th y đi n ngang đ p k t h p x l có nhi u

d ng k t c u khác nhau tùy thu c vào c t n c và kích th c t máy (Hình 4-5)

V i c t n c t 25÷40m th ng b trí nhà máy th y đi n trong thân đ p tràn theo s đ I (nhà máy k t h p x mái) Các phòng ph và phòng đ t thi t b ph b trí trên t ng ng hút

các tr m th y đi n có c t n c th p, đ ng kính bánh xe công các D1 l n, công trình tràn x l th ng áp d ng s đ II Nh c đi m c a s đ này là n p đ y trên gian máy yêu c u tuy t đ i kín

S đ III S đ IV

Hình 1- 5 S đ các d ng nhà máy th y đi n ngang đ p k t h p x l

kh c ph c nh c đi m c a các s đ trên, trong thi t k ng i ta nghiên

c u b trí công trình x l trên bu ng xo n theo s đ III (nhà máy th y đi n k t

h p x m t) V i s đ này tr c t máy dài d n đ n k t c u ph n d i n c t ng

Ho c nh k t c u s đ IV công trình x l có áp trên bu ng xo n

Lo i s đ này có th áp d ng v i các c t n c khác nhau Nh c đi m c a

l y n c tuabin đ t sâu, t i tr ng c a van l n, thao tác không thu n ti n, tr c t máy dài k t c u ph n d i n c t ng Trong thi t k v n hành các tr m th y đi n lo i

l n ng i ta th y r ng áp d ng s đ V b trí công trình x l có áp d i bu ng

xo n là t t nh t V i s đ này đ gi m đ sâu móng nhà máy th ng áp d ng

bu ng xo n bê tông đ i x ng có m t c t h ng lên trên và t ng chi u cao ng hút,

nh v y có th gi m đ c kích th c ph n d i n c nhà máy

u đi m chung c a các nhà máy k t h p x l :

- Rút ng n đ c chi u dài đ ng tràn bê tông c a công trình x l

- Nh hi u qu phun xi t làm t ng c t n c công tác vào mùa l

- Thu n l i đ b trí công trình nh ng n i tuy n h p

Tuy v y nhà máy th y đi n k t h p x l có m t s nh c đi m:

- Do b trí đ ng x l chi u r ng kh i t máy th ng t ng 5÷10%, thi công khó kh n h n

- V n hành nhà máy k t h p x l ph c t p vì ph i có quy trình ph i h p

x l

- Nhà máy m t vì b i n c, khi x l nhà máy có th rung đ ng

Trong s đ th hi n vi c b trí m t cách h p lý các phòng thi t b ph t máy

C t n c công tác Hmax có liên quan đ n lo i tuabin b trí trong nhà máy

tr m th y đi n c t n c cao b trí tuabin tâm tr c v i t t c bé và khi Hmax>500m

s d ng tuabin gáo tr m th y đi n c t n c trung bình th ng b trí các lo i tuabin tâm tr c v i các t t c t l n đ n bé và trong m t s tr ng h p c t n c Hmax>150m có th s d ng tuabin cánh chéo tr m th y đi n c t n c th p thu ng b trí tuabin cánh quay ho c tuabin cánh qu t và c ng có th b trí các tuabin tâm tr c t t c l n ho c tuabin cánh chéo

i v i tr m th y đi n s d ng tuabin gáo, hình th c l p máy có th tr c

đ ng ho c tr c ngang không ph thu c vào công su t l p máy mà ph thu c vào s

l ng vòi phun và các y u t k t c u công trình c th

1.1.2 K t c u nhà máy th y đi n

K t c u nhà máy th y đi n đ c chia làm hai ph n: ph n d i n c (kh i bê tông phía d i) b trí turbin, bu ng xo n, ng hút, các h th ng thi t b ph Ph n trên n c bao g m gian máy và gian l p ráp – s a ch a, gian máy b trí máy phát

đi n, thùng d u áp l c và t đi u t c turbin

K t c u ph n d i n c c a nhà máy th y đi n g m bu ng xo n, ng hút, b máy phát, đ ng ng Turbin V i nhà máy th y đi n ngang đ p ph n d i n c ngoài bu ng xo n, ng hút, b máy còn có c a l y n c d n n c tr c ti p vào

bu ng xo n V i nhà máy th y đi n l p Tuabin xung kích gáo, ph n d i n c ch

y u là kênh x d n n c ra h l u

D c theo chi u dài nhà máy (vuông góc v i chi u dòng ch y) ph n d i

n c g m nhi u kh i tuabin gi ng nhau và ngoài cùng là sàn l p ráp Tùy đi u ki n

đ a ch t n n và chi u dài nhà máy, toàn b nhà máy có th là m t kh i li n ho c cách nhau b ng nh ng khe lún c t ngang nhà máy thành t ng kh i Trong m i kh i

g m t m t ho c m t s t máy, riêng ph n sàn l p máy do ch u t i tr ng khác nên

D i sàn l p ráp b trí các x ng, kho, máy b m, gi ng t p trung n c

1.2 c đi m ch u l c c a k t c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n

K t c u và kích th c ph n trên n c nhà máy th y đi n có liên quan ch t

ch đ n vi c b trí thi t b trong gian máy Ph n xây l p bên trên c a nhà máy th y

đi n có th dung m t trong các hình th c sau: nhà máy kín, nhà máy h , nhà máy

n a h

Nhìn chung các hình th c nhà máy đ u có chung m t h th ng k t c u ch u

l c bao g m các k t c u c b n: Móng, d m móng, c t d m c u tr c, k t c u mang

l c mái, k t c u đ k t c u mang l c mái, k t c u đ sàn, h khung ch ng gió, h

gi ng… K t c u ch u l c nh n t i tr ng c a ph n trên nhà máy truy n xu ng k t

1.3 Các nghiên c u v k t c u nhà máy th y đi n

Nh đã nói trên, do nhu c u đi n n ng ngày càng t ng, c ng v i ngu n tr

n ng d i v th y đi n nên các nhà máy th y đi n Vi t Nam xây d ng ngày càng nhi u, t nh ng công trình có công su t l n nh th y đi n S n La, th y đi n Lai Châu t i nh ng công trình có công su t nh h n nh th y đi n Sông Tranh 2, th y

đi n N m Chi n,… bên c nh đó m t vài n m g n đây, các công ty thi t k c a n c

ta còn tham gia thi t k các công trình th y đi n đ c xây d ng trên n c b n Lào ngày m t nhi u, trong s đó có các công trình nh th y đi n Xekaman1, Xekaman

2, Xekaman 3, Nampagnou, xeset houython,… Trong quá trình thi t k , b c tính toán phân tích đ ng h c cho k t c u nhà máy th y đi n ph n trên n c là m t yêu

c u không th thi u đ đ m b o tính n đ nh c a nhà máy khi đi vào ho t đ ng Các nghiên c u tính toán c th c a m i công trình đó đ c các đ n v t v n thi t k

th c hi n trong quá trình thi t k , đó là công ty t v n Sông à v i công trình th y

đi n Xekaman1, Xekaman 2, Xekaman 3, công ty t v n thi t k Ukrin v i công

trình th y đi n N m Chi n 1, công ty t v n thi t k Vi t Hà v i công trình th y

đi n Nampagnou, sexet houython,…

1.4 Tích c p thi t và ph m vi nghiên c u c a đ tài

Hi n nay, theo tìm hi u c a tác gi , t i các công ty thi t k , khi tính toán k t

c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n ch u tai tr ng đ ng do c u tr c trong nhà máy gây lên th ng ch dùng ph ng pháp gi t nh ngh a là coi t i tr ng đ ng b ng

tr ng l ng t nh nhân v i h s đ ng M t khác khi tính toán k t c u ph n trên n c

ch xét đ n các l c gây mômen u n trong m t ph ng vuông góc v i tr c nhà máy

mà ch a xét đ n các l c tác d ng theo phu ng d c tr c nhà máy sinh ra trong quá trình c u tr c di chuy n d c nhà máy ho c quá trình phanh hãm c u tr c gây lên

Do v y k t qu tính toán không ph n ánh đu c s ng x c a k t c u ph n trên

n c trong su t quá trình v n hành c a nhà máy

Chính vì các y u t phân tích trên nên vi c phân tích k t c u ph n trên n c nhà máy th y đi n ch u t i tr ng đ ng do các ch đ làm vi c khác nhau c a c u

tr c gây lên là c n thi t H c viên ch n đ tài: “Nghiên c u nh h ng c a t i

tr ng đ ng do s làm vi c c a c u tr c đ n k t c u ph n trên n c nhà máy th y

đi n” s đánh giá đ c nh h ng c a t i tr ng đ ng gây nên b i các ch đ làm

vi c khác nhau c a c u tr c t đó có các ki n ngh cho các nhà thi t k tính toán thi t k h p lý k t c u ph n trên n c c a nhà máy th y đi n

CH NG II: C S LÝ THUY T 2.1 Các ph ng pháp phân tích k t c u

nh : lý thuy t truy n nhi t, c h c ch t l ng, thu đàn h i, khí đàn h i, đi n-t

tr ng v.v V i s tr giúp c a ngành Công ngh thông tin và h th ng CAD, nhi u

k t c u ph c t p c ng đã đ c tính toán và thi t k chi ti t m t cách d dàng

Hi n có nhi u ph n m m PTHH n i ti ng nh : ANSYS, ABAQAUS, SAP, ADINA, v.v

Ph ng pháp x p x nh các mi n con v e đ c g i là ph ng pháp x p x b ng các ph n t h u h n, nó có m t s đ c đi m sau:

- X p x nút trên m i mi n con v e ch liên quan đ n nh ng bi n nút g n vào

nút c a v e và biên c a nó,

- Các hàm x p x trong m i mi n con v e đ c xây d ng sao cho chúng liên t c

trên v e và ph i tho mãn các đi u ki n liên t c gi a các mi n con khác nhau

Vi c chia mi n V thành các ph n t v eph i tho mãn hai qui t c sau:

- Hai ph n t khác nhau ch có th có nh ng đi m chung n m trên biên c a chúng i u này lo i tr kh n ng giao nhau gi a hai ph n t Biên gi i gi a các ph n t có th là các đi m, đ ng hay m t (Hình 1.1)

t p, chúng ta đ a vào khái ni m ph n t qui chi u, hay ph n t chu n hoá, ký hi u

là v r Ph n t qui chi u th ng là ph n t đ n gi n, đ c xác đ nh trong không gian

Hình 2-3 Ph n t quy chi u và các ph n t th c tam giác

Các phép bi n đ i hình h c ph i sinh ra các ph n t th c và ph i tho mãn các qui t c chia ph n t đã trình bày trên Mu n v y, m i phép bi n đ i hình h c ph i

đ c ch n sao cho có các tính ch t sau:

a Phép bi n đ i ph i có tính hai chi u (song ánh) đ i v i m i đi m ξ trong ph n t

qui chi u ho c trên biên; m i đi m c a v r ng v i m t và ch m t đi m c a v e

Chuy n v c a m t đi m thu c v t đ c ký hi u b i:

u x

w z

u y

w z

v z

w y

v x

∂

∂

∂

∂+

∂

∂

∂

∂+

=

νν

ν

νν

ν

ννν

ννν

νν

5000

000

05

000

00

00

50000

00

01

00

01

00

01

211

, ,

,

E D

Do đó n ng l ng bi n d ng toàn ph n:

V

T

P u TdS u FdV u W

T

V T

V

T

P u TdS u dV f u dV

1

2

Trong đó: u là véct chuy n v và P i là l c t p trung t i nút i có chuy n v là u i

Áp d ng nguyên lý c c ti u th n ng: i v i m t h b o toàn, trong t t c các

di chuy n kh d , di chuy n th c ng v i tr ng thái cân b ng s làm cho th n ng

đ t c c tr Khi th n ng đ t giá tr c c ti u thì v t (h ) tr ng thái cân b ng n

Khi tính toán ph n ng đ ng ta không th mô hình hóa t t c các h k t c u d i

d ng h có m t s b c dao đ ng t do i đa s các h k t c u ch u l c c a các công trình xây d ng th ng có mô hình tính toán g m m t s b c t do l n h n

Tính toán ma tr n đ c ng ph n t k Tính toán véct l c nút ph n t f

Gi i h ph ng trình KQ = F (Xác đ nh véct chuy n v nút t ng th Q)

In k t qu

- In các k t qu mong mu n

- V các bi u đ , đ th

m t ó là các h k t c u mà kh i l ng c a chúng có th t p trung v m t s b

ph n nào đó sao cho s làm vi c th c c a chúng v c b n không b nh h ng

Nh ng h nh v y có tên g i là h có kh i l ng t p trung, ho c h có kh i l ng

r i r c, ho c thông d ng h n, h có nhi u b c t do

Hình 2-5 Mô hình tính toán c a h k t c u có nhi u b c t do

xây d ng ph ng trình chuy n đ ng c a h k t c u ng i ta có th dùng

ph ng pháp l c (ph ng pháp ma tr n đ m m) ho c ph ng pháp chuy n v (ph ng pháp ma tr n đ c ng) Trong lu n v n này H c viên gi i thi u ph ng pháp chuy n v đ thi t l p ph ng trình chuy n đ ng cho h k t c u

D i tác đ ng c a ngo i l c đ ng Fk(t) các kh i l ng mk c a h k t c u s có các chuy n v ngang xk(t) (k=1,2, ,k,…,n) Trên c s c a nguyên lý d’Alembert, các chuy n v này đ c xác đ nh t ph ng trình cân b ng đ ng sau t i m i kh i

b c t do m t chuy n v c ng b c x1(t), x2(t), … xk(t)… xn(t) Trong đi u ki n này t i m i b c t do s phát sinh ra l c đàn h i B ng cách tháo ch t l n l t các

b c t do và b t chúng ph i ch u chuy n v c ng b c đúng b ng chuy n v ngang

c a h cho hình 2.1.a ta s đ c các l c đàn h i sau t i m i b c t do:

rk,j là h s đ c ng ho c ph n l c đ n v sinh ra khi ch t t i liên t c

h k t c u v i các chuy n v b ng đ n v (hình 2.1.c)

2.2.2 Xác đ nh l c c n Damping

xác đ nh l c c n FC.k(t) tác đ ng lên kh i l ng mk, nh ph n trên đã trình bày, ta xem l c c n trong tr ng h p này là l c c n nh t t l thu n v i t c đ chuy n đ ng c a h k t c u Do đó, t ng t nh cách xác đ nh l c đàn h i FH,k(t) ,

ta xem m i h s c n b t k cjk bi u di n l c xu t hi n theo h ng b c t do j khi

kh i l ng mk có t c đ chuy n v b ng đ n v trong khi các kh i l ng khác có

t c đ b ng không (b ch t l i), có ngh a là x&k =1,x&j =0(j≠k)

Hình 2-6: Mô hình tính toán c a h k t c u có nhi u b c t do

Trong tr ng h p này l c c n đ c xác đ nh theo công th c sau:

Vect ngo i l c (2.12)

2.2.3 Xác đ nh l c quán tính

L c quán tính t l thu n v i gia t c

L c quán tính tác đ ng lên kh i l ng mk đ c xác đ nh t ph ng trình sau:

x t&k( )

- gia t c t i nút k t i th i đi m t

Ph ng trình chuy n đ ng c a c h d i tác d ng c a l c đ ng c a h nhi u b c t do [2.16]:

t u m t p ku u c u

m + + = = − g (2.14)

Trong đó:

m: ma tr n kh i l ng c a h k t c u

k: ma tr n đ c ng c a c h c: ma tr n h s c n c a c h u: vector chuy n v nút c a c h

.

u: vector v n t c nút c a c h

u: vector gia t c nút c a c h )

(

t

u g : giá tr gia t c n n t i th i đi m tính toán t

Vi c gi i ph ng trình vi phân trên theo ph ng pháp gi i tích thông th ng

là không th th c hi n đ c đ c bi t là đ i v i h có nhi u b c t do và ch u l c tác

d ng c a l c đ ng thay đ i theo th i gian Do đó ph ng trình trên ch có th đ c

gi i b ng ph ng pháp g n đúng (Ph ng pháp s ) Hi n nay, t n t i m t s

ph ng pháp gi i ph ng trình trên tu thu c vào cách l y sai phân các bi n Trong

lu n v n này tác gi gi i thi u ph ng pháp Newmark

.

) ( )

2

1

i i

2

) ( 2

) ( )

i i

i

t

u t u

2

2

1 1

) (

1

ββ

i

t u

.

γβ

γ

(2.23) Thay (2.24 ) và (2.25) vào (2.21) sau khi rút g n ta đ c

c t k

^

) (

1

∆

+

∆ +

=

ββ

γ

i i

i

t p

1 1

1

CH NG III: L P BÀI TOÁN PHÂN TÍCH K T C U PH N

LÊN, ÁP D NG CHO CÔNG TRÌNH TH Y I N SU I S P 3 3.1 Nhà máy th y đi n Su i S p 3

3.1.1 Gi i thi u chung v công trình

Công trình th y đi n Su i S p 3 đ c xây d ng trên su i S p, là nhánh su i

c p 1 c a Sông à p dâng n c xây d ng t i b n Mòn, xã Phiêng Ban, huy n

B c Yên, t nh S n La, cách đ ng qu c l 37 t Phù Yên đi S n La kho ng 1 Km

v phía ông Nam, có t a đ kho ng 21013' 30" v đ B c, 104029' 30" kinh đ ông

V trí xây d ng nhà máy g n b n ung, xã H ng Ngãi, huy n B c Yên, t nh

S n La, cách qu c l 37 kho ng 4 Km v phía ông Nam

B ng 3.2: Quy mô h ng m c công trình