Thạc Sĩ Ảnh hưởng của động đất tới sự hình thành vết nứt của đập bê tông trọng lực

Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 8
LỜI CAM KẾT 9
MỞ ĐẦU 10
1. Tính cấp thiết của đề tài . 10
2. Mục đích của đề tài 11
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu: . 11
4. Kết quả dự kiến đạt được: 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP
BÊ TÔNG TRỌNG LỰC Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 12
1.1.Tình hình động đất trên thế giới và ở Việt Nam. . 12
1.1.1 Tình hình động đất trên thế giới. . 12
1.1.2 Tình hình động đất ở Việt Nam 13
1.2. Tính hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở nước ta và trên thế giới. . 16
1.2.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới: 16
1.2.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam 17
1.3. Tổng quan về động đất. . 19
1.3.1 Nguyên nhân gây ra động đất 19
1.3.2 Một số khái niệm về động đất 19
1.4. Kết luận chương. . 22
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH ĐỘNG . 23
2.1. Phương trình động lực học cơ bản trong bài toán động và các phương pháp giải.
23
2.1.1 Xác định lực quán tính: . 24
2.1.2 Xác định lực đàn hồi: 24
2.1.3 Xác định lực cản: . 25 Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
3
2.1.4 Dao động của hệ kết cấu chịu tác động của động đất. 26
2.1.5 Lời giải phân tích kết cấu chịu tải trọng động đất bằng phương pháp lịch sử
thời gian: . 27
2.2. Kết luận chương. . 30
CHƯƠNG 3: LẬP BÀI TOÁN PHÂN TÍCH KẾT CẤU HÌNH THÀNH VÊT NỨT
TRONG ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐỘNG
ĐẤT 31
3.1.Lựa chọn mô hình tính toán. 31
3.1.1 Tổng quan về công trình “ Thủy điện Suối Sập 3” . 31
3.1.2 Xây dựng mô hình tính toán từ công trình thực tế 34
3.2. Các thông số cơ bản của mô hình. 35
3.3. Các lực tác dụng và tổ hợp lực. . 35
3.3.1 Xác định các tải trọng tĩnh: . 36
3.3.2 Xây dựng biểu đồ gia tốc nền tại vị trí xây dập với các cấp động đất: . 41
3.3.3 Xác định áp lực nước động khi có động đất và tổ hợp tính toán 47
3.4. Phân tích ảnh hưởng của các cấp động đất tới sự hình thành vết nứt trong đập
bê tông trọng lực. . 51
3.4.1 Trình tự và kết quả tính toán đập bê tông trọng lực chịu tác dụng của động đất
ứng với các cấp động đất 7, 8, 9 . 51
3.4.2 Nhận xét, đánh giá kết quả tính toán . 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78
1. Kết luận 78
2. Kiến nghị 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Biểu đồ xây dựng đập lớn trên toàn thế giới (1900-2000) 17
Hình 2.1: Mô hình tính toán của hệ kết cấu có nhiều bậc tự do 23
Hình 2.2: Mô hình tính toán của hệ kết cấu có nhiều bậc tự do 25
Hình 2.3: Mô hình tính toán của hệ kết cấu có nhiều bậc tự do chịu tác động của
động đất 26
Hình 3.1: Mô hình của sở đồ tính xây dựng trong Autocad 34
Hình 3.2: Mô hình của sơ đồ tính gần vị trí đập dâng . 34
Hình 3.3: Chia lưới phần tử trong phần mềm Ansys . 34
Hình 3.4: Chia lưới phần tử gần vị trí đập dâng . 34
Hình 3.5 Mô hình tính 3 chiều toàn bộ đập . 38
Hình 3.6 Mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng . 38
Hình 3.7: Chuyển vị tổng mô hình tính 3 chiều toàn bộ đập . 38
Hình 3.8: Chuyển vị tổng mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng 38
Hình 3.9: Chuyển vị Ux mô hình tính 3 chiều toàn bộ đập . 38
Hình 3.10: Chuyển vị Ux mô hình tính 3 đoạn đập dâng. . 38
Hình 3.11: Chuyển vị Uy mô hình tính 3 chiều toàn bộ đập . 39
Hình 3.12: Chuyển vị Uy mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng. 39
Hình 3.13: Ứng suất Sx mô hình tính 3 chiều toàn bộ . 39
Hình 3.14: Ứng suất Sx mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng. 39
Hình 3.15: Ứng suất Sy mô hình tính 3 chiều toàn bộ đập 39
Hình 3.16: Ứng suất Sy mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng. . 39
Hình 3.17: Ứng suất S1 mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng. 40
Hình 3.18: Ứng suất S1 mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng. . 40
Hình 3.19: Ứng suất S3 mô hình tính 3 chiều toàn bộ đập 40
Hình 3.20: Ứng suất S3 mô hình tính 3 chiều đoạn đập dâng. 40
Hình 3.21: Chuyển vị Uz mô hình tính 3 chiều toàn bộ. . 40
Hình 3.22: Ứng suất Sz mô hình tính 3 chiều toàn bộ. 40
Hình 3.23: Phổ phản ứng theo phương ngang ứng với động đất cấp 7 . 44
Hình 3.24 Phổ gia tốc nền nhân tạo theo phương ngang ứng động đất cấp 7 . 44
Hình 3.25: Phổ phản ứng theo phương ngang ứng với động đất cấp 8 45 Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
5
Hình 3.26 Phổ gia tốc nền nhân tạo theo phương ngang ứng động đất cấp 8 . 45
Hình 3.27: Phổ phản ứng theo phương ngang ứng với động đất cấp 9 46
Hình 3.28 Phổ gia tốc nền nhân tạo theo phương ngang ứng động đất cấp 9 . 46
Hình 3.29: Vùng áp lực nước tác dụng lên mặt đập 47
Hình 3.30: Chia lưới phần tử mặt thượng lưu đập . 48
Hình 3.31: Biểu đồ tải trọng Mass tại nút biên 50
Hình 3.32: Biểu đồ tải trọng Mass tại nút giữa 50
Hình 3.33: Quá trình chuyển vị theo phương X tại nút 180 trên đỉnh đập 53
Hình 3.34: Quá trình chuyển vị theo phương X tại nút 180 trên đỉnh đập 54
Hình 3.35: Quá trình chuyển vị theo phương X tại nút 180 trên đỉnh đập 54
Hình 3.36: Đồ thị ứng suất theo phương X tại nút 280 của đáy đập thượng lưu55
Hình 3.37: Đồ thị ứng suất theo phương X tại nút 280 của đáy đập thượng lưu55
Hình 3.38: Đồ thị ứng suất theo phương X tại nút 280 của đáy đập thượng lưu56
Hình 3.39: Đồ thị ứng suất theo phương Y tại nút 280 của đáy đập thượng lưu56
Hình 3.40: Đồ thị ứng suất theo phương Y tại nút 280 của đáy đập thượng lưu57
Hình 3.41: Đồ thị ứng suất theo phương Y tại nút 280 của đáy đập thượng lưu57
Hình 3.42: Đồ thị ứng suất theo phương X tại nút 244 của đáy hạ lưu đập 58
Hình 3.43: Đồ thị ứng suất theo phương X tại nút 244 của đáy hạ lưu đập 58
Hình 3.44: Đồ thị ứng suất theo phương X tại nút 244 của đáy hạ lưu đập 59
Hình 3.45: Đồ thị ứng suất theo phương Y tại nút 244 của đáy hạ lưu đập 59
Hình 3.46: Đồ thị ứng suất theo phương Y tại nút 244 của đáy hạ lưu đập 60
Hình 3.47: Đồ thị ứng suất theo phương Y tại nút 244 của đáy hạ lưu đập 60
Hình 3.48: Phổ chuyển vị lớn nhất theo phương X tại đỉnh đập nút 180 ứng với
động đất cấp 7 61
Hình 3.49: Phổ chuyển vị lớn nhất theo phương X tại đỉnh đập nút 180 ứng với
động đất cấp 8 61
Hình 3.50: Phổ chuyển vị lớn nhất theo phương X tại đỉnh đập nút 180 ứng với
động đất cấp 9 61
đập nút 180 ứng với động đất cấp 7 . 61
Hình 3.51: Phổ ứng suất lớn nhất theo phương X tại đáy đập thượng lưu nút 280
ứng với động đất cấp 7 . 61 Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
6
nút 180 ứng với động đất cấp 8 61
Hình 3.52: Phổ ứng suất lớn nhất theo phương X tại đáy đập thượng lưu nút 280
ứng với động đất cấp 8 . 61
Hình 3.53: Phổ ứng suất lớn nhất theo phương X tại đáy đập thượng lưu nút 280
ứng với động đất cấp 9 . 61
Hình 3.56: Phổ ứng suất lớn nhất theo phương Y tại đáy đập thượng lưu nút 280
ứng với động đất cấp 9 . 62
Hình 3.54: Phổ ứng suất lớn nhất theo phương Y tại đáy đập thượng lưu nút 280
ứng với động đất cấp 7 . 62
Hình 3.55: Phổ ứng suất lớn nhất theo phương Y tại đáy đập thượng lưu nút 280
ứng với động đất cấp 8 . 62
Hình 3.57: Hình dạng, xu hướng phát triển vết nứt khi xảy ra động đất tại 4,32s ứng
với động đất cấp 9 thượng lưu nút 280 ứng với động đất cấp 7 63
đập nút 180 ứng với động đất cấp 7 . 63
Hình 3.58: Ứng suât theo phương Y của đập tại 4,32s ứng với động đất cấp 9
thượng lưu nút 280 ứng với động đất cấp nút 180 ứng với động đất cấp 8 63
Hình 3.59: Vị trí những điểm điển hình . 63
Hình 3.60: Biểu đồ chuyển vị Ux của các điểm B,D,A theo phương đứng với các
cấp động đất khác nhau 65
Hình 3.61: Biểu đồ chuyển vị Ux của các điểm B,D,A theo phương đứng với các
cấp động đất khác nhau 66
Hình 3.62: Biểu đồ chuyển vị Ux của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 67
Hình 3.63: Biểu đồ chuyển vị Ux của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 67
Hình 3.64: Biểu đồ chuyển vị Uy của các điểm B,D,A theo phương đứng với các
cấp động đất khác nhau 68
Hình 3.65: Biểu đồ chuyển vị Uy của các điểm B,D,A theo phương đứng với các
cấp động đất khác nhau 68
Hình 3.66: Biểu đồ chuyển vị Uy của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 69 Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
7
Hình 3.67: Biểu đồ chuyển vị Uy của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 69
Hình 3.68: Biểu đồ ứng suất S1 của các điểm B,D,A theo phương đứng với các cấp
động đất khác nhau . 70
Hình 3.69: Biểu đồ ứng suất S1 của các điểm B,D,A theo phương đứng với các cấp
động đất khác nhau . 70
Hình 3.70: Biểu đồ ứng suất S1 của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 71
Hình 3.71: Biểu đồ ứng suất S1 của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 71
Hình 3.72: Biểu đồ ứng suất S3 của các điểm B,D,A theo phương đứng với các cấp
động đất khác nhau . 72
Hình 3.73: Biểu đồ ứng suất S3 của các điểm B,D,A theo phương đứng với các cấp
động đất khác nhau . 72
Hình 3.74: Biểu đồ ứng suất S3 của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 73
Hình 3.75: Biểu đồ ứng suất S3 của các điểm B,D,C theo phương ngang với các
cấp động đất khác nhau 73
Hình 3.76: Đồ thị ứng suất S1 của các điểm B – nút 280 tại vị trí chân thượng lưu
đập ứng với động đất cấp 8. . 75


Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
8
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Một số trận động đất gây thiệt hại về người . 13
Bảng 1.2 Thống kê số lượng đập của các châu lục 16
Bảng 1.3 Thống kê một số đập bê tông được xây dựng ở Việt Nam . 18
Bảng 1-4: Bảng chuyển đổi tương đương giữa các thang động đất . 21
Bảng 1-5: Bảng chuyển đổi từ đỉnh gia tốc nền sang cấp động đất . 22
Bảng 3.1:Các thông số chính của công trình . 32
Bảng 3.2: Đặc trưng vật liệu làm Đập và Nền . 35
Bảng 3.3: Địa điểm cấp động đất nghiên cứu 43
Bảng 3.4: Áp lực nước động dồn về nút dạng tải trọng Mass nằm ngang . 49
Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả tính toán ứng với các cấp động đất khác nhau . 52
Bảng 3.6: Tổng hợp kết quả tính toán đập không động đất . 53
Bảng 3.9: Quan hệ [σ] k và thời gian xảy ra nứt khi chịu tải trọng động đất 76










Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
9
LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Đinh Quang Thịnh
Học viên lớp: 18C21
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội
dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình khoa học nào.
Tác giả


ĐINH QUANG THỊNH














Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
10
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất nước ta nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của động đất tương đối
mạnh. Theo Viện Vật Lý Địa Cầu, đất nước ta có bốn vùng động đất chính. Vùng
động đất thứ nhất là miền núi tây bắc bao gồm các tỉnh Sơn La, Lai Châu với cường
độ động đất M=6.8, vùng thứ hai đồng bằng châu thổ sông Hồng với cường độ động
đất M = 6.2, vùng động đất thứ ba là vùng miền núi Đông Bắc bao gồm các tỉnh
Bắc Giang, Lạng Sơn, Cao Bằng, với cường độ động đất M= 6.0, vùng động đất
cuối cùng là vùng phía nam của đất nước ta với cường độ động đất M= 5.5.
Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nên nhu
cầu điện, nước cho công nghiêp, nông nghiệp, sinh hoạt ngày càng tăng. Điều đó đã
đặt ra nhiều cấp thiết về năng lượng, hồ chứa nước cho đất nước. Chính vì vậy mà
các công trình trạm thủy điện, hồ chứa được xây dựng ngày một nhiều. Đập bê tông
trọng lực là một bộ phận quan trọng trong công trình thủy điện, hồ chứa. Đập bê
tông trọng lực là một kết cấu hình khối lớn, hình dạng khá phức tạp về cả cấu trúc
và hình dạng. Toàn dạng đập nói chung và từng phần nói riêng phải đảm bảo đủ ổn
định và đủ độ bền dưới tác động của mọi tổ hợp tải trọng tĩnh và tải trọng động
trong các giai đoạn xây dựng, vận hành.
Hiện nay khi phân tích ổn định và độ bền đập chịu tải trọng động đất thường
sử dụng phương pháp mô phỏng tĩnh, có một số công ty thiết kế dùng phương pháp
phổ phản ứng. Tuy nhiên phương pháp mô phỏng tĩnh cũng như phương pháp phổ
phản ứng không phản ánh được sự ứng xử của kết cấu trong suốt thời gian xảy ra
động đất. Phương pháp lịch sử thời gian (Response history analysis) sử dụng biểu
đồ gia tốc nền

) (t u để tính toán nội lực, ứng suất, chuyển vị của kết cấu theo tại mọi
thời điểm của trận động đất. Phương pháp này phản ánh quá trình làm việc của kết
cấu trong một trận động đất cụ thể.
Chính vì các yếu tố phân tích trên nên việc phân tích bền và ổn định, sự hình
thành vết nứt của đập bê tộng trọng lực chịu tác dụng của lực động đất theo phương
pháp lịch sử thời gian là rất cần thiết. Học viên chọn đề tài: “Ảnh hưởng của động
đất đến sự đến sự hình thành vết nứt của đập bê tông trọng lực” sẽ góp một phần
vào công nghệ thiết kế, phân tích kết cấu và ổn định, sự hình thành vết nứt trong
đập bê tông trọng lực chịu tải trọng động đất, từ đó lựa chọn được kích thước kết
cấu hợp lý, lựa chọn hình thức, cấu tạo kháng trấn cho đập bê tông trọng lực đảm
bảo đập làm việc an toàn với mọi tổ hợp tải trọng trong thực tế vận hành. Luận văn thạc sĩ
Học viên thực hiện: Đinh Quang Thịnh
11
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, mô hình toán trong phân tích kết cấu, ổn định,
quá trình hình thành vết nứt của đập bê tông trọng lực chịu tác dụng của tải trọng
động đất theo phương pháp lịch sử thời gian.
3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu: Đập bê tông trọng lực.
Phạm vi nghiên cứu: Các đập bê tông trọng lực có chiều cao 30ư100m
Phương pháp nghiên cứu:
+ Tổng hợp các nghiên cứu khoa học, các số liệu thí nghiệm, lực chọn
Phương pháp tính toán.
+ Sử dụng các phần mềm trong phân tích ổn định, ứng suất trong đập
Bê tông trọng lực.
4. Kết quả dự kiến đạt được:
Thấy rõ phản ứng của hệ kết cấu dưới tác động của động đất theo thời gian.
Tính toán được thời điểm xuất hiện vết nứt, xu thế và vị trí xuất hiện vết nứt dưới
tác động của động đất.