Thạc Sĩ Đánh giá an toàn kết cấu cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin cậy

MỤC LỤC
26T MỞ ĐẦU 26T . 1
26T 1. Tính cấp thiết của đề tài. 26T 1
26T 2. Nội dung nghiên cứu của đề tài 26T 2
26T 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. 26T 2
26T 4. Mục tiêu của đề tài. 26T . 2
26T 5. Cách tiếp cận và nghiên cứu. 26T . 2
26T 6. Các kết quả và đóng góp của luận văn. 26T . 2
26T 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 26T 2
26T CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG VÀ LỰA CHỌN 3
26T PHƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH CỐNG 26T 3
26T 1.1 26T 26T Tình hình xây dựng cống đồng bằng ở Việt Nam 26T 3
26T 1.1.1 26T 26T Cống lấy nước 26T . 3
26T 1.1.2 26T 26T Cống điều tiết 26T 4
26T 1.1.3 26T 26T Cống tiêu 26T . 5
26T 1.1.4 26T 26T Cống phân lũ 26T . 6
26T 1.1.5 26T 26T Cống ngăn triều 26T . 7
26T 1.1.6 26T 26T Cống tháo cát 26T 9
26T 1.2 26T 26T Các bộ phận chính của cống lộ thiên 26T . 9
26T 1.2.1 26T 26T Bộ phận nối tiếp thượng lưu 26T . 10
26T 1.2.2 Thân cống 26T 11
26T 1.2.3 26T 26T Bộ phận nối tiếp hạ lưu 26T . 11
26T 1.3 26T 26T Đặc điểm làm việc của cống và những yêu cầu tính toán thiết kế 26T 11
26T 1.3.1 Tính toán thủy lực 26T . 11
26T 1.3.2 Tính toán ổn định cống 26T . 14
26T 1.3.3 Tính toán kết cấu các bộ phận cống 26T 15
26T 1.3.4 Nguyên tắc bố trí và lựa chọn kết cấu cống 26T . 17
26T 1.4 26T 26T Các phương pháp tính toán ổn định cống dùng trong thiết kế 26T 18
26T 1.4.1 26T 26T Phương pháp ứng suất cho phép 26T . 18
26T 1.4.2 Phương pháp hệ số an toàn 26T . 18
26T 1.4.3 Phương pháp trạng thái giới hạn 26T 19
26T 1.4.2 26T 26T Phương pháp tính theo độ tin cậy 26T . 20
26T 1.5 26T 26T Ưu và nhược điểm các phương pháp 26T . 23
26T 1.6 26T 26T Kết luận chương 1 26T . 24
26T CHƯƠNG 2 BÀI TOÁN THEO LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHẦN
MỀM ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TOÁN . 25
26T 2.1 Giới thiệu phương pháp lý thuyết độ tin cậy 26T 25
26T 2.1.1 Giới thiệu chung 26T 25
26T 2.1.2 Những ưu điểm nổi bật khi sử dụng lý thuyết độ tin cậy 26T 28
26T 2.2. Cơ sở toán học của phương pháp ngẫu nhiên 26T . 29
26T 2.2.1. Tính toán cấp độ I: 26T 29
26T 2.2.2 . Tính toán cấp độ II 26T 31
26T 2.2.3 . Tính toán cấp độ III 26T 36
26T 2.3 Cơ chế phá hoại ổn định tổng thể cống đồng bằng 26T 37
26T 2.3.1 Sơ đồ cành cây sự cố cống đồng bằng 26T 37
26T 2.3.2 Lý thuyết áp dụng để phân tích 26T 39
26T 2.4 Xác suất xảy ra sự cố đối với cống lộ thiên. 26T 42
26T 2.4.1. 26T 26T Cống mất ổn định do trượt 26T 43
26T 2.4.2. 26T 26T Cống mất ổn định do lật 26T . 43
26T 2.4.3. 26T 26T Cống mất ổn định do ứng suất nền 26T . 43
26T 2.5 Các phần mềm dùng trong luận văn. 26T 44
26T 2.5.1 Phần mềm BESTFIT 26T . 44
26T 2.5.2 Phần mềm VAP for MS Windows 26T 46
26T 2.6 Kết luận chương 2 26T 48
26T CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY TÍNH ỔN ĐỊNH MỘT
PHƯƠNG ÁN CỐNG NAM ĐÀN - NGHỆ AN 50
26T 3.1 Đặt vấn đề 26T 50
26T 3.2 Giới thiệu chung 26T 50
26T 3.2.1 . Vị trí công trình 26T 50
26T 3.2.2. Nhiệm vụ và quy mô công trình 26T 50
26T 3.2.3 Các thông số chính của công trình đầu mối 26T 51
26T 3.3 Các trường hợp tính toán ổn định Cống Nam Đàn 26T . 54
26T 3.4 Các tài liệu tính toán 26T . 56
26T 3.5 Tính toán ổn định trượt phẳng 26T 57
26T 3.5.1 Tính ổn định trượt của cống theo phương pháp hệ số an toàn 26T . 57
26T 3.5.2 Tính ổn định trượt của cống theo trạng thái giới hạn 26T . 60
26T 3.5.3 Tính ổn định trượt của cống theo lý thuyết độ tin cậy 26T . 60
26T 3.6 Kiểm tra lật quanh trục B 26T . 67
26T 3.6.1 Kiểm tra lật của cống theo phương pháp hệ số an toàn 26T 67
26T 3.6.2 Kiểm tra lật của cống theo trạng thái giới hạn 26T 67
26T 3.6.3 Kiểm tra lật của cống theo lý thuyết độ tin cậy 26T 67
26T 3.7 Kiểm tra ứng suất đáy móng A, B 26T . 68
26T 3.7.1 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo phương pháp hệ số an toàn 26T 68
26T 3.7.2 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo trạng thái giới hạn 26T . 70
26T 3.7.3 Kiểm tra ứng suất đáy móng của cống theo lý thuyết độ tin cậy. 26T 70
26T 3.8 26T 26T Phân tích/Đánh giá kết quả 26T 71
26T 3.8.1 26T 26T Phân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định trượt phẳng 26T 71
26T 3.8.2 26T 26T Phân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ổn định lật 26T . 71
26T 3.8.3 26T 26T Phân tích/ Đánh giá kết quả tính toán ứng suất nền (khả năng chịu tải
của nền) 26T 72
26T 3.9 26T 26T Kết luận chương 3 26T . 74
26T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26T 75
26T 1. Những kết quả đạt được: 26T . 75
26T 2. Những tồn tại: 26T 76
26T 3. Kiến nghị: 26T 77
26T 4. Hướng tiếp tục nghiên cứu: 26T . 78
26T TÀI LIỆU THAM KHẢO 26T . 79
26T I. Tiếng Việt 26T . 79
26T II. Tiếng nước ngoài 26T 80
26T PHỤ LỤC CHƯƠNG 3 26T 81


























DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

26TU Hình 1-1: Cống Xuân Quan U26T 4
26TU Hình 1-2: Cống Nam Đàn U26T . 4
26TU Hình 1-3: Cống hạ lưu Liên Mạc U26T 5
26TU Hình 1-4: Cống Phủ Lý, Hà Nam U26T 5
26TU Hình 1-5: Cống Láng Thé U26T . 6
26TU Hình 1-6: Cống Cầu Xe U26T . 6
26TU Hình 1-7: Cống Vân Cốc U26T . 7
26TU Hình 1-8: Cống đập Ba Lai U26T . 9
26TU Hình 1-9: Cống Cầu Bông U26T . 9
26TU Hình 1-10: Cống Bảo Đinh U26T . 9
26TU Hình 1-11: Cống đập Cần Chông U26T 9
26TU Hình 1-12: Cắt dọc cống lộ thiên U26T 10
26TU Hình 1-13: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn thực dụng. U26T . 12
26TU Hình 1-14: Sơ đồ tính thuỷ lực đập tràn đỉnh rộng. U26T 12
26TU Hình 1-15: Sơ đồ chảy tự do U26T . 12
26TU Hình 1-16: Sơ đồ chảy ngập U26T 12
26TU Hình 1-17: Ngưỡng cuối bể tiêu năng U26T . 13
26TU Hình 1-18: Răng tiêu năng U26T 13
26TU Hình 1-19: Mố tiêu năng U26T . 13
26TU Hình 1-20: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy cống. U26T 16
26TU Hình 1-21: Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tác dụng lên nó U26T . 16
26TU Hình 1-22: Sơ đồ tính trụ chịu lực thẳng đứng U26T . 17
26TU Hình 2-1: Định nghĩa biên hư hỏng Z = 0 U26T 27
26TU Hình 2-2 Sơ đồ tính độ tin cậy của kết cấu công trình U26T . 27
26TU Hình 2-3 Sơ đồ cành cây sự cố của cống lộ thiên U26T 38
26TU Hình 2-4 Định nghĩa xác suất xảy ra sự cố và chỉ số độ tin cậy U26T . 42
26TU Hình 3-1: Sơ đồ đáy móng cống . U26T 55
26TU Hình 3-2: Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cống trường hợp cống đóng. U26T 55
26TU Hình 3-3: Luật phân phối của γ UR k R26T . 65
26TU Hình 3-4: Luật phân phối của γ URU bt UR26T 65
26TU Hình 3-5: Luật phân phối của ϕ U26T 66
26TU Hình 3-6: Luật phân phối của C U26T 66
26TU Hình 3-7: Luật phân phối của L U26T 66
26TU Hình 3-8 : Ảnh hưởng của các đại lượng U26T 73
26TU ngẫu nhiên đến ổn định trượt cống lộ thiên U26T . 73
26TU Hình 3-9 : Ảnh hưởng của các đại lượng U26T . 73
26TU ngẫu nhiên đến ổn định ứng suất nền U26T . 73



















DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

26TU Bảng 3-1: Phân lớp và tính các tham số thống kê U26T . 62
26TU Bảng 3-2: Tần suất lý thuyết n UR i RU ’ của các lớp U26T 63
26TU Bảng 3-3: Chuỗi số liệu thực nghiệm U26T . 64
26TU Bảng 3-4: Quy luật phân phối luật xác xuất U26T 65
26TU Bảng 3-5: Các giá trị cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và Eurocode. U26T . 71
26TU Bảng 3-6: Kết quả tính toán ổn định cống theo 3 phương pháp. U26T 73










1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trong lý thuyết độ tin cậy của kết cấu công trình sử dụng thuật ngữ “chất lượng
công trình” bao hàm các tiêu chí để đánh giá công trình được khai thác theo đúng
mục tiêu thiết kế, gồm 2 trạng thái đối nhau của kết cấu công trình: “an toàn, hay độ
tin cậy đảm bảo” (tức là chất lượng được đảm bảo) và “không an toàn, hay bị phá
huỷ” (tức là chất lượng không đảm bảo).
Các kết cấu công trình nói chung, trên thực tế chịu nhiều yếu tố tác động đến chất
lượng công trình không thể định lượng được chính xác. Các yếu tố này, dưới đây
gọi là các yếu tố bất định hay là các yếu tố ngẫu nhiên.
Theo truyền thống, việc tính toán thiết kế kết cấu công trình dựa trên các tiêu
chuẩn quy phạm, trong đó coi các yếu tố bất định là “tiền định” kèm theo các hệ số
an toàn. Cách tính toán này được gọi là phương pháp tính theo “mô hình tiền định”,
không phản ảnh được bản chất ngẫu nhiên của các tác động, do đó không thể đánh
giá đúng đắn chất lượng của kết cấu công trình thực tế.
Sự ra đời của lý thuyết độ tin cậy kết cấu công trình nhằm khắc phục nhược điểm
của mô hình tiền định, nhờ dựa trên công cụ toán học chủ yếu là lý thuyết xác suất
(kết hợp với thống kê và lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên) cho phép mô tả sát thực
tế hơn các yếu tố ngẫu nhiên tác động lên kết cấu công trình. Lý thuyết độ tin cậy đã
đưa ra các phương pháp tính theo “mô hình xác suất”, để đánh giá chất lượng công
trình theo độ tin cậy (đo bằng xác suất tin cậy). Từ đó trạng thái khai thác an toàn
của công trình được xác định dựa trên đối chiếu giữa “độ tin cậy tính toán” của
công trình so với “độ tin cậy cho phép” được quy định trong tiêu chuẩn quy phạm
thiết kế theo độ tin cậy. Luận văn tập trung đi sâu nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ
tin cậy nhằm đánh giá an toàn tổng thể cống đồng bằng nhằm đưa ra được phương
pháp kiểm tra đánh giá mức độ an toàn của các công trình hiện hữu. Điều này hết
sức có ý nghĩa nhất là trong điều kiện biến đổi khi hậu toàn cầu. Những kết quả
nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn khi cống đồng bằng hiện nay được xây dựng và vận
hành với thời gian tương đối dài. 2

2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết độ tin cậy đánh giá an toàn kết cấu cống đồng
bằng.
3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Phạm vi nghiên cứu là cống đồng bằng.
4. Mục tiêu của đề tài.
Nghiên cứu khắc phục các khiếm khuyết của phương pháp tính truyền thống,
bằng cách dựa trên áp dụng các phương pháp xác suất của lý thuyết độ tin cậy để
đánh giá độ tin cậy an toàn tổng thể và từ đó nâng cao chất lượng như mong muốn
của cống đồng bằng trong điều kiện Việt Nam.
5. Cách tiếp cận và nghiên cứu.
- Thu thập, nghiên cứu tài liệu của các công trình trên hệ thống thực tế.
- Tiếp cận với lý thuyết độ tin cậy để đánh giá an toàn công trình.
- Ứng dụng các phần mềm:
+ Bestfit: Phần mềm xử lý các biến ngẫu nhiên, xác định luật phân bố chuỗi số liệu
+ Vap for MS windows: đánh giá độ tin cậy an toàn công trình.
6. Các kết quả và đóng góp của luận văn.
- Nghiên cứu lý thuyết độ tin cậy trong đánh giá an toàn công trình.
- Ví dụ minh họa công nghệ tính toán công trình bằng lý thuyết độ tin cậy.
- Đưa ra các kiến nghị về nâng cao an toàn cống đồng bằng theo lý thuyết độ tin
cậy.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Áp dụng lý thuyết độ tin cậy trong tính toán công trình thủy lợi.
- Sử dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao an toàn cống đồng bằng.
- Áp dụng công trình cống đồng bằng hiện đang tồn tại nhằm chứng minh tính thực
tiễn và khả năng ứng dụng được của kết quả tính toán.