tính toán dao động của trạm bơm long biên bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, luận văn Thạc sĩ chuyên ngành xây
dựng công trình thủy với đề tài “Tính toán dao động của trạm bơm Long Biên
bằng phương pháp phần tử hữu hạn” tác giả đã hoàn thành luận văn với sự giúp
đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là các thầy cô
giáo trong khoa Công trình, bộ môn Sức bền - Kết cấu.
Tác giả
đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo TS. Nguyễn
Ngọc Thắng Bộ môn Sức bền - Kết cấu đã tận tình hướng dẫn, cung cấp nhiều tài
liệu cũng như chỉ bảo tận tình cho tác giả nhiều vấn đề quý báu trong quá trình thực
hiện luận văn này. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp và gia đình
đã giúp đỡ, động viên khích lệ để
luận văn này được hoàn thành.
Quá trình làm luận văn là một thời gian tốt để tác giả hệ thống lại các kiến
thức mà mình đã học tập được tại trường và áp dụng những kiến thức mà mình đã
học tập được vào thực tế sản xuất. Thông qua luận văn tác giả cũng biết được nhiều
hơn về việc nghiên cứu và trình bày một đề tài khoa học.
Tuy nhiên do thờ
i gian nghiên cứu làm luận văn cũng như trình độ còn hạn
chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả rất mong nhận
được sự đóng góp quý báu của các thầy, các cô và các nhà khoa học cũng như bạn
bè đồng nghiệp. Tác giả rất mong những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát
triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn để góp phần đưa kiế
n thức khoa học vào phục
vụ đời sống sản xuất.
Tác giả xin chân thành cảm ơn.

Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Tác giả


Trần Quang Công
BẢN CAM KẾT
Tôi xin cam kết đây là công trình khoa học nghiên cứu của riêng cá nhân
Tôi. Kết quả nêu trong luận văn này là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, không sao
chép từ công trình nghiên cứu khoa học nào khác.
Nếu nội dung luận văn không đúng với cam kết này, Tôi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm.

Hà Nội, tháng 11 năm 2012
Tác giả


Trần Quang Công
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM TẠI VIỆT NAM 3
1.1. GIỚI THIỆU TRẠM BƠM [3] 3
1.1.1. Vị trí quan trọng của các trạm bơm 3
1.1.2. Hiện trạng quy hoạch của các trạm bơm 5
1.1.3. Hiện trạng công trình trạm 7
1.2. CÁC HẠNG MỤC CỦA TRẠM BƠM 8
1.2.1. Nhà trạm bơm 8
1.2.2. Bể hút, bể xả 8
1.2.3. Hệ thống kênh dẫn, kênh xả 8
1.2.4. Nhà quản lý 8
1.2.5. Đường dây điện cao thế và hạ thế 9
1.2.6. Các hạng mục điều tiết và hỗ trợ 9
1.3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ TRẠM BƠM 9
Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT -
BIẾN DẠNG VÀ DAO ĐỘNG 13

2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN
DẠNG [5], [7] 13

2.1.1. Các phương pháp giải tích 13

2.1.2. Các phương pháp thực nghiệm 20
2.1.3. Phương pháp số 20
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG [8], [9], [10] 22
2.2.1. Khái niệm và phân loại dao động 22
2.2.2. Các phương pháp tính toán dao động 25
2.3. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN (PTHH) 32
2.3.1. Khái niệm cơ bản [5], [10] 32
2.3.2. Nội dung cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn 33
2.4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TÍNH TOÁN KẾT CẤU SỬ DỤNG TRONG
LUẬN VĂN [4] 36

2.4.1. Giới thiệu phần mềm sử dụng 36
2.4.2. Mô hình hóa kết cấu sử dụng trong phần mềm 37
Chương 3. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CHO TRẠM BƠM LONG
BIÊN – HÀ NỘI 41

3.1. GIỚI THIỆU TRẠM BƠM LONG BIÊN – HÀ NỘI 41
3.1.1. Đặc điểm khí hậu 41
3.1.2. Đặc điểm địa chất 43
3.2. SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG TRẠM BƠM LONG BIÊN – HÀ NỘI44
3.2.1. Sơ đồ tính toán 44
3.2.2. Các thông số đầu vào của mô hình tính toán 44
3.2.3. Các trường hợp tính toán 45
3.3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG TRẠM BƠM LONG BIÊN –
HÀ NỘI 46

3.3.1. TH tĩnh: Tải trọng bản thân tấm + bốn máy bơm đặt tĩnh tải 46
3.3.2. TH1: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 1 hoạt động. 48
3.3.3. TH2: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 2 hoạt động. 51
3.3.4. TH3: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 1 và máy bơm số 2 cùng hoạt

động 53

3.3.5. TH4: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 1 và máy bơm số 3 cùng hoạt
động 56

3.3.6. TH5: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 1 và máy bơm số 4 cùng hoạt
động 58

3.3.7. TH6: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 2 và máy bơm số 3 cùng hoạt
động 61

3.3.8. TH7: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 1, máy bơm số 2 và máy bơm
số 3 cùng hoạt động 63

3.3.9. TH8: Trọng lượng bản thân tấm + máy bơm số 1, máy bơm số 2 và máy bơm
số 4 cùng hoạt động 66

3.3.10. TH9: Trọng lượng bản thân tấm + cả bốn máy bơm cùng hoạt động 68
3.4. PHÂN TÍCH VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: nhìn từ phía bể hút 9
Hình 1-2: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: nhìn từ phía bể xả 10
Hình 1-3: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: phía bên trong nhà máy 10
Hình 1-4: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: nhà trạm bơm 11
Hình 1-5: Trạm bơm Triều Dương – Tiên Lữ –Tỉnh Hưng Yên: nhìn từ phía bể xả 11
Hình 1-6: Trạm bơm Liên Nghĩa – Văn Giang –Tỉnh Hưng Yên: phối cảnh nhà trạm12
Hình 1-7: Trạm bơm Kênh Vàng – Lương Tài –Tỉnh Bắc Ninh: nhìn từ phía bể xả 12

Hình 2-1: Các thành phần nội lực của tấm 15
Hình 2-2: Mô hình phần tử tấm tứ giác 4 nút 38
Hình 2-3: Hệ tọa độ địa phương của phần tử tấm tứ giác 38
Hình 2-4: Quy ước nội lực, lực dọc trục và lực cắt 40
Hình 2-5: Quy ước nội lực mô men 40
Hình 3-1: Sơ đồ tính toán dao động sàn trạm bơm Long Biên 44
Hình 3-2: Biểu đồ mô men M11 – TH tĩnh 46
Hình 3-3: Biểu đồ mô men M22 – TH tĩnh 46
Hình 3-4: Biểu đồ lực cắt V13 – TH tĩnh 47
Hình 3-5: Biểu đồ lực cắt V23 – TH tĩnh 47
Hình 3-6: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH tĩnh 48
Hình 3-7: Biểu đồ mô men M11 – TH1 48
Hình 3-8: Biểu đồ mô men M22 – TH1 49
Hình 3-9: Biểu đồ lực cắt V13 – TH1 49
Hình 3-10: Biểu đồ lực cắt V23 – TH1 50
Hình 3-11: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH1 50
Hình 3-12: Biểu đồ mô men M11 – TH2 51
Hình 3-13: Biểu đồ mô men M22 – TH2 51
Hình 3-14: Biểu đồ lực cắt V13 – TH2 52
Hình 3-15: Biểu đồ lực cắt V23 – TH2 52
Hình 3-16: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH2 53
Hình 3-17: Biểu đồ môn men M11 – TH3 53
Hình 3-18: Biểu đồ môn men M22 – TH3 54
Hình 3-19: Biểu đồ lực cắt V13 – TH3 54

Hình 3-20: Biểu đồ lực cắt V23 – TH3 55
Hình 3-21: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH3 55
Hình 3-22: Biểu đồ môn men M11 – TH4 56
Hình 3-23: Biểu đồ môn men M22 – TH4 56
Hình 3-24: Biểu đồ lực cắt V13 – TH4 57
Hình 3-25: Biểu đồ lực cắt V23 – TH4 57
Hình 3-26: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH4 58
Hình 3-27: Biểu đồ môn men M11 – TH5 58
Hình 3-28: Biểu đồ môn men M22 – TH5 59
Hình 3-29: Biểu đồ lực cắt V13 – TH5 59
Hình 3-30: Biểu đồ lực cắt V23 – TH5 60
Hình 3-31: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH5 60
Hình 3-32: Biểu đồ môn men M11 – TH6 61
Hình 3-33: Biểu đồ môn men M22 – TH6 61
Hình 3-34: Biểu đồ lực cắt V13 – TH6 62
Hình 3-35: Biểu đồ lực cắt V23 – TH6 62
Hình 3-36: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH6 63
Hình 3-37: Biểu đồ môn men M11 – TH7 63
Hình 3-38: Biểu đồ môn men M22 – TH7 64
Hình 3-39: Biểu đồ lực cắt V13 – TH7 64
Hình 3-40: Biểu đồ lực cắt V23 – TH7 65
Hình 3-41: Biểu đồ chuyển vị U

z
– TH7 65
Hình 3-42: Biểu đồ môn men M11 – TH8 66
Hình 3-43: Biểu đồ môn men M22 – TH8 66
Hình 3-44: Biểu đồ lực cắt V13 – TH8 67
Hình 3-45: Biểu đồ lực cắt V23 – TH8 67
Hình 3-46: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH8 68
Hình 3-47: Biểu đồ môn men M11 – TH9 68
Hình 3-48: Biểu đồ môn men M22 – TH9 69
Hình 3-49: Biểu đồ lực cắt V13 – TH9 69
Hình 3-50: Biểu đồ lực cắt V23 – TH9 70
Hình 3-51: Biểu đồ chuyển vị U
z
– TH9 70












DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1: Nhiệt độ không khí trạm Láng (

o
C) 42
Bảng 3-2: Đặc trưng độ ẩm tương đối trên khu vực theo số liệu thống kê của 42
trạm khí tượng đại biểu trên khu vực (%) 42
Bảng 3-3: Lượng mưa tại trạm Láng (mm) 43
Bảng 3-4: Tốc độ gió ở Láng (m/s) 43
Bảng 3-5: Bảng tổng hợp kết quả mô men 71
Bảng 3-6: Bảng tổng hợp kết quả lực cắt, ứng suất và chuyển vị 72
Bảng 3-7: Bảng tổng hợp kết quả chuyển vị của các điểm đặt máy bơm 73
Bảng 3-8: Bảng tổng hợp kết quả dạng dao động riêng của sàn đặt máy bơm 74
Bảng 3-9: Bảng tổng hợp kết quả nội lực của điểm đặt máy bơm số 1 74
Bảng 3-10: Bảng tổng hợp kết quả nội lực của điểm đặt máy bơm số 2 75
Bảng 3-11: Bảng tổng hợp kết quả nội lực của điểm đặt máy bơm số 3 75
Bảng 3-12: Bảng tổng hợp kết quả nội lực của điểm đặt máy bơm số 4 76
Bảng 3-13: Bảng tổng hợp kết quả phân tích hiện tượng cộng hưởng 77



1
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu
Việt Nam là một nước nông nghiệp mà thuỷ lợi đóng vai trò quan trọng hàng
đầu. Bốn mươi năm qua kể từ năm 1960, ngành thuỷ lợi đã xây dựng được rất nhiều
trạm bơm, cơ bản khép kín khu vực tưới đồng bằng Bắc bộ giải quyết tiêu úng ở
một số vùng trọng điểm.
Trạm b
ơm được sử dụng với mục đích chính là cung cấp nước và tiêu thoát
nước nói chung; đối với ngành nông nghiệp và hệ thống thủy nông thì trạm bơm có
vai trò là công trình đầu mối cung cấp nước cho hệ thông thủy lợi để phục vụ công
tác tưới tiêu của những diện tích trong lưu vực. Chỉ tính riêng 17 tỉnh, thành phố

khu vực đồng bằng Bắc Bộ và Bắc khu bốn cũ xây dựng được 39 hệ thống công
trình thuỷ lợi lớn; 120 hệ thống vừa và nhỏ; 3677 trạm bơm với 10322 máy bơm
các loại từ 540m
3
/h đến 32000m
3
/h sản xuất từ nhiều nước: Liên Xô (cũ); Hunggari;
Rumany; Triều Tiên; Pháp và một khối lượng khá lớn bơm Việt Nam tự sản xuất.
Ngoài ra, còn có hàng nghìn máy bơm nhỏ hoạt động ở khắp nơi trong nước trong
đó công suất thiết kế cho tưới là 230.000 KW, cho tiêu 300.000KW (báo cáo công
tác thuỷ lợi 6/99 của Cục quản lý nước và công trình thuỷ lợi).
Hiện nay trong quá trình sử dụng máy bơm và trạm bơm nhiều đề tài nghiên
cứu đã đượ
c thực hiện, cải tiến hoàn thiện chế tạo bơm, thiết kế xây dựng trạm
bơm. Nhiều công nghệ mới đã được áp dụng, ngày càng tạo cho ngành những loại
máy bơm thích hợp hơn, hiệu suất cao hơn, kết cấu công trình và hệ thống hợp lý
hơn. Do sự phát triển hết sức nhanh chóng làm nảy sinh hàng loạt vấn đề về chế tạo
bơm, quản lý, vận hành, b
ảo dưỡng máy bơm, kỹ thuật điều hành trạm bơm. Mặt
khác khi đầu tư xây dựng trạm bơm thì chủ đầu tư cần phải đầu tư một khoản kinh
phí khá lớn do vậy ngoài việc xem xét vị trí đặt trạm bơm, nghiên cứu địa chất thủy
văn lưu vực tưới tiêu thì các yêu cầu về tính toán kết cấu, ổn định công trình, trạng
thái ứng suất biến dạng và dao động của trạm bơm trong quá trình vận hành sử dụng
dưới tác dụng của các loại tải trọng (tải trọng động, tải trọng tĩnh ) phải thỏa mãn

2
điều kiện bền, cứng và ổn định đồng thời đảm bảo tính hiệu quả kinh tế cao là rất
cần thiết.
Tuy nhiên hiện nay việc thiết kế trạm bơm của các đơn vị tư vấn thiết kế hầu
như không xét đến bài toán dao động của trạm bơm. Mặt khác trong quá trình vận

hành nếu không tính toán sự vận hành hợp lý của các máy có thể xảy ra trường hợp
tần số dao động kích thích của các máy bơm vận hành trùng với tần số dao động
riêng của nhà trạm. Nếu hai tần số dao động này trùng nhau thì hiện tượng cộng
hưởng sẽ xảy ra và gây hư hỏng nghiêm trọng đến máy bơm và nhà trạm.
Đối với trạm bơm căn cứ vào kết cấu móng nhà trạm có thể chia thành hai
loại: nhà trạm móng rời (là loại có móng tách rời khung) và nhà trạm móng liền (là
loại có móng máy và khung nhà liền một kh
ối). Trong khuôn khổ luận văn, trạm
bơm tác giả áp dụng tính toán thuộc dạng nhà trạm móng rời và tác giả chỉ thực
hiện tính toán phần móng rời này; coi phần móng đặt máy bơm như một tấm chịu
uốn chữ nhật đẳng hướng.
Do vậy đề tài: “Tính toán dao động của trạm bơm Long Biên bằng
phương pháp phần tử hữu hạn” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao nhằm giúp
các nhà tư vấn thiết kế, quản lý vận hành sử dụng lựa chọn giải pháp phù hợp khi
đầu tư xây dựng cũng như quản lý vận hành trạm bơm sao cho trạm bơm vừa đảm
bảo vận hành ổn định vừa đem lại hiệu quả kinh tế cao là việc làm hết sức quan
trọng và cấp thiết.
2. Những yêu cầu đặt ra
Tính toán trạm bơm chịu tác d
ụng của tải trọng động từ đó đề xuất cách bố
trí, vận hành máy bơm hợp lý và tối ưu hơn.
3. Những vấn đề cần giải quyết
- Tính toán, phân tích trạng thái ứng suất biến dạng và dao động của trạm
bơm khi chịu tác dụng của tải trọng động.
- Lựa chọn được phương án tối ưu nhất khi vận hành trạm bơm.

3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM TẠI VIỆT NAM
1.1. GIỚI THIỆU TRẠM BƠM [3]
1.1.1. Vị trí quan trọng của các trạm bơm

Bơm nước phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp được xây dựng và phát triển
ở Việt Nam từ những năm 60 của thế kỷ trước và chủ yếu tập trung đa số ở hai vùng
Đồng bằng bắc bộ và Bắc khu bốn cũ. Những trạm bơm này hiện nay vẫn đang
được sử dụng và phát huy tác d
ụng.
16 tỉnh và thành phố thuộc đồng bằng Bắc bộ và Bắc khu 4 cũ là những tỉnh
trọng điểm về sản xuất nông nghiệp của miền Bắc nước ta, nhưng lại có địa hình
phức tạp và khí hậu khắc nghiệt, thường xuyên úng hạn, rất khó khăn cho sản xuất.
Vì vậy ở đây công tác thuỷ lợi đã đặc biệt được chú ý trong đó các trạm bơ
m điện
thực sự được quan tâm và là biện pháp công trình chủ yếu trong việc tưới tiêu nước
cho cây trồng. Nhiều tỉnh gần như 100% dùng bơm để tạo nguồn và đưa nước vào
mặt ruộng; ví dụ: hệ thống thuỷ nông Bắc Nam Hà năng lực thiết kế tưới là 63.000
ha, trong đó tưới bằng động lực (bơm) là 58.288 ha (tỷ lệ tưới bằng máy bơm là
92,5 %); hệ thống thuỷ
nông Bắc Đuống năng lực thiết kế tưới là 50.348 ha và toàn
bộ 50.348 ha được tưới bằng máy bơm (tỷ lệ tưới bằng máy bơm là 100%).
Sản xuất nông nghiệp phát triển, số trạm bơm, máy bơm được xây dựng và
đưa vào sử dụng hàng năm đều tăng lên:
- Trước năm 1965 có 194 trạm bơm bao gồm 642 máy các loại.
- Từ năm 1966 đến 1975 xây dựng và đưa vào sử dụng 507 trạm g
ồm 1880 máy.
- Từ năm 1976 đến 1985 xây dựng và đưa vào sử dụng 712 trạm gồm 2755 máy.
- Từ năm 1986 đến 1990 xây dựng và đưa vào sử dụng 764 trạm gồm 2156 máy.
- Từ năm 1991 đến 1999 xây dựng và đưa vào sử dụng 2787 trạm gồm 5872 máy.
Cho tới nay, tổng số máy bơm của các tỉnh Đồng bằng sông Hồng và Bắc
khu 4 cũ là 13.305 máy, chưa kể những máy bơm di động và những trạm bơm nhỏ
do dân tự làm, sử dụng trong phạm vi hợp tác xã.

4

Các máy bơm hiện đang sử dụng rất đa dạng về chủng loại, về hình thức kết
cấu (trục đứng, trục ngang, trục xiên …) và về công suất thiết kế; hầu hết những
bơm lớn có cấu tạo phức tạp và có trang bị kỹ thuật tương đối hoàn chỉnh nhập của
nước ngoài và sản xuất trong nước đều tập trung ở đây.
Hiệu quả của các công trình thuỷ lợi và của các trạm bơm điện nói riêng đối
với sản xuất nông nghiệp ở Đồng bằng bắc bộ và Bắc khu 4 cũ là vô cùng to lớn.
Vùng bắc Nam Hà (nay thuộc hai tỉnh Hà Nam và Nam Định) trước kia do
thường xuyên bị úng hạn nên diện tích gieo cấy vụ chiêm xuân chỉ có khoảng
38.000 ha và năng xuất bình quân chỉ đạt 18 tạ/ha. Vụ mùa gieo cấy 21.000 ha,
năng xuất đạt 16 tạ/ha; tổ
ng sản lượng cả năm bình quân là 104.000 tấn.
Sau khi xây dựng và đưa vào hoạt động 6 trạm bơm điện lớn: Cổ Đam, Cốc
Thành, Vĩnh Trị, Hữu Bị, Nhâm Tràm, Như Trác đã đưa diện tích gieo trồng vụ
chiêm xuân lên 45.000 ha, năng xuất đạt 35 tạ/ha và diện tích gieo trồng vụ mùa lên
44.000 ha, năng xuất là 23 tạ/ha; đưa tổng sản lượng từ 104.000 tấn lên 250.000
tấn, chưa kể trên 10.000 ha cây vụ đ
ông hàng năm.
Hệ thống thuỷ nông sông Nhuệ thuộc địa phận của các tỉnh: Hà Nội, Hà
Nam, có trên 300 trạm bơm điện, bao gồm khoảng 1.600 máy bơm các loại, cùng
với các công trình tự chảy đảm bảo tưới, ổn định cho 81.000 ha đất canh tác trong
hệ thống và tiêu (bằng động lực) là 67.273 ha, trên tổng số diện tích phải tiêu là
107.530 ha.
Hệ thống trạm bơm tiêu úng ở Đồng bằng sông Hồng cùng với các biện pháp
công trình khác đã làm cho sản xuất vụ mùa ở đây tương đối ổn định trong điều
kiện thời tiết bình thường.
Qua thực tế vận hành các công trình thuỷ lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp
cho thấy các trạm bơm điện là loại hình công trình thích hợp cho Đồng bằng sông
Hồng và các tỉnh thuộc Bắc khu 4 cũ. Trạm bơm điện còn có vị trí đặc biệt quan
trọ
ng trong việc chuyển cơ bản vụ mùa sang vụ hè-thu ở những vùng trũng và thấp.

5
1.1.2. Hiện trạng quy hoạch của các trạm bơm
Trước năm 1954 toàn miền Bắc chỉ có một trạm bơm Phù Sa do người Pháp
đầu tư đưa vào sử dụng từ năm 1932. Toàn trạm có 3 máy bơm ly tâm nhãn hiệu
LIMAX, lưu lượng thiết kế cho một máy là 10.800 m³/h để tưới cho khoảng 10.000
ha thuộc địa bàn tỉnh Sơn Tây.
Sau năm 1954 khi miền Bắc được hoàn toàn giải phóng, nhiều công trình
thuỷ lợi lớn, vừa và nh
ỏ được đồng thời nghiên cứu, quy hoạch và xây dựng đưa
vào sử dụng nhanh chóng đáp ứng nhu cầu tưới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp
ở các tỉnh Đồng bằng, Trung du và Bắc khu 4.
Thời kỳ đầu và trong thời gian chiến tranh thực sự chúng ta còn có hạn chế
về nhiều mặt như: nguồn năng lượng, trình độ chế tạo máy và sản xuất phụ tùng…
là những yếu tố
quan trọng để xây dựng và phát triển trạm bơm, cho nên chất lượng
máy và phụ tùng sản xuất trong nước còn chưa tốt, việc tuyển chọn kiểu máy, loại
máy, địa điểm xây dựng trạm … còn có những khía cạnh chưa được thoả đáng; có
không ít trạm bơm phải đặt rất nhiều máy bơm nhỏ, chỉ vì chưa có máy bơm công
xuất lớn.
Ví dụ: trạm bơm Cống Bún (Bắ
c Giang) xây dựng năm 1978 phải đặt 82
máy 1000 m³/h; trạm bơm Tân Chi xây dựng năm 1974 đặt 67 máy 1000 m³/h; trạm
bơm Sông Chanh (Nam Định), Đặng Xá (Bắc Ninh) xây dựng năm 1985 có đến 34
máy bơm 4000m³/h…
Máy bơm nhãn hiệu 12LTX-40 (900m³/h) có cột nước bơm thiết kế là 9m do
nhà máy chế tạo bơm Hải Dương sản xuất đã nhất loạt phải sử dụng cho các trạm
bơm nội đồng vùng thấp có cột nước bơm yêu cầu ch
ỉ (3 ÷ 4)m như ở Thái Bình,
Hải Hậu, Bình Lục, Vụ Bản (Nam Định). Vì vậy hiệu suất trạm bơm chỉ đạt dưới

60% gây ra lãng phí rất lớn về năng lượng.
Các trạm bơm lại được xây dựng qua nhiều giai đoạn như trong chiến tranh,
trong thời kỳ còn khó khăn về kinh tế … cũng làm tăng thêm yếu tố chắp vá, thiếu
đồng bộ đối với việc xây dự
ng các trạm bơm.

6
Đến nay, 16 tỉnh và thành phố thuộc Đồng bằng sông Hồng và Bắc khu 4 cũ
đã có 4.964 trạm bơm điện, bao gồm 13.305 máy bơm các loại.
Qua quá trình điều tra cho thấy quá trình phát triển mạnh về sản xuất nông
nghiệp cùng với sự xuống cấp của hầu hết các trạm bơm sử dụng từ những năm
1985 trở về trước làm cho năng lực hiện tại của các tr
ạm bơm không đáp ứng đầy
đủ lượng nước tưới, tiêu theo yêu cầu.
Một số vùng bơm chống úng còn chưa cân đối được giữa khả năng của trạm
bơm với lượng nước trong lưu vực cần tiêu dẫn đến chi phí nhiều mà hiệu quả bơm
bị hạn chế.
Một số trạm bơm tiêu ven sông có nhiều lý do khác nhau đã để cao trình đặt
máy, cao trình bể xả th
ấp làm ảnh hưởng đến khả năng tiêu trong giai đoạn nước
sông cao (báo động III).
Về việc phát triển nhiều trạm bơm nội đồng không theo quy hoạch chung
cũng là vấn đề cần quan tâm.
Trong những năm gần đây nhất là từ khi thực hiện cơ chế sản xuất theo hộ
gia đình, bơm nội đồng phát triển quá nhiều cả về hình thức cố định lẫn hình th
ức
tạm thời trong các hệ thống thuỷ nông chủ yếu là ở cuối kênh và ở những vùng cao
cục bộ.
Ví dụ: ở khu vực thuộc hai tỉnh Hà Nam và Nam Định trong tổng số 1.124
máy bơm loại 1000 m³/h có tới 782 máy bơm của hợp tác xã, trong đó số lớn là do

xã tự xây dựng; ở các tỉnh khác cũng có tình hình tương tự.
Phát sinh nhiều trạm bơm nhỏ nội đồng có nhiều lý do khác nhau; tuy có mặt
tích cự
c là đáp ứng được nhu cầu sản xuất (xét về mặt tưới, tiêu nước) nhưng đồng
thời cũng gây nên sự lãng phí lớn về năng lượng cũng như thiết bị vật tư tiền vốn…
gây nên sự mất cân bằng giữa năng lực tưới tiêu quá lớn ở nội đồng với khả năng
lấy nước hoặc tiêu nước có hạn của đầu mố
i, làm cho hiệu quả của hệ thống bơm
giảm thấp và chừng mực nào đó đã làm rối loạn khoanh vùng khu tưới, làm quy
hoạch hệ thống bị đảo lộn, diện tích tưới, khu vực tiêu do đó nhiều khi bị chồng
chéo.

7
Tuy nhiên, những trạm bơm nhỏ nội đồng ngoài quy hoạch sẽ được giảm dần
cùng với việc sửa chữa, phục hồi lại năng lực tưới, tiêu của các trạm bơm; với việc
nạo vét đảm bảo mặt cắt và cao trình đáy thiết kế của kênh dẫn, sửa chữa kịp thời
các công trình điều tiết trên kênh… và tiếp tục làm các quy hoạch bước sau để m
ở
rộng diện tích được tưới, khả năng tiêu trong khu vực.
1.1.3. Hiện trạng công trình trạm
Sau khi thực hiện công việc điều tra khảo sát về mặt công trình các trạm bơm
điện, điểm nổi bật cần quan tâm là nhiều công trình bị nứt, dột, thấm và lún.
Các công trình xây dựng từ những năm 60 đều có hiện tượng bị lún về phía
bể xả, độ lún nhỏ (3cm) và không đều nhau như các tr
ạm bơm Cổ Đam, Cốc Thành,
Nhâm Tràng, Như Trác Trạm bơm La Khê (Hà Tây) bị lún nhiều nhưng đã ổn
định.
Hiện tượng lún đang xẩy ra nặng nề ở một số trạm bơm mới xây dựng như
Gia Viễn, Vân Đình Tại trạm bơm Gia Viễn mức chênh giữa nhà máy với gian
sửa chữa đến 0,5m làm gẫy toàn bộ các ống xả và ray cầu trục. Nhiều trạm bơ

m cũ
và mới xây dựng, bê tông bị bong, rỗ, hở cốt thép, có hiện tượng cốt thép bị ăn mòn,
tường nứt, trần dập gây thấm và dột ngay trong khu vực nhà máy như các trạm bơm
Hiền Lương, Quy Độ, Bạch Tuyết, Ngoại Độ, Quế, Văn Giang
Trạm bơm Hồng Vân và một số trạm khác phần công trình nhà trạm khô,
sạch và còn khá tốt.
Phần do thấm, phần do bạc chắn nước không
được kín, nên hầu hết các trạm
bơm lắp máy 8000m³/h đều có tầng hầm bị ngập nước, điều này rất trở ngại cho
việc kiểm tra, theo dõi máy trong vận hành.
Một số trạm bơm cũ nhà trạm kết cấu kiểu hình hộp kích thước gian máy quá
chật hẹp, mái lợp ngói hoặc tấm lợp không có thông gió Mùa hè, nhiệt độ trong
nhà trạm lên đến 40°÷42°C như hầu hết các trạm bơm quy mô nhỏ loạ
i 1000m³/h
và các trạm bơm lắp máy trục đứng nhập của Liên xô (cũ) nhãn hiệu 20ΠpB-60 có
ở hệ thống Nam-Hưng-Nghi (Nghệ An).

8
Có thể do việc tính toán thuỷ lực chưa phù hợp, nên kết cấu bể hút kiểu hình
chữ “V” của một số trạm bơm có quy mô lớn ở tỉnh Hải Dương đã gây ra thiếu
nước bơm ở hai đầu nhà máy, các máy ở đây khi bơm bị rung mạnh do có nhiều bọt
khí trong bánh xe công tác.
Các trạm bơm: Gia Viễn, Như Trác do tính toán hệ thống chắn rác chưa
phù hợp thực tế (rác rất nhiều), nên th
ường rác lấp đầy cửa hút, mức nước chênh
giữa trước và sau lưới chắn rác lên tới trên dưới 1m, các máy bơm làm việc bị rung
mạnh do hiện tượng xâm thực cục bộ, làm giảm đáng kể tuổi thọ của máy.
Một số trạm bơm trục đứng, khi làm việc máy bị rung còn có thể do nguyên
nhân: khi thi công buồng hút đã vô tình đặt chóp hướng dòng không đúng tâm của
tổ máy.

1.2. CÁC HẠNG MỤC CỦA TRẠM BƠ
M
1.2.1. Nhà trạm bơm
Nhà trạm bơm dùng để đặt máy bơm, động cơ, hệ thống tủ điều khiển và các
thiết bị nâng hạ phục vụ công tác sửa chữa vận hành máy móc.
1.2.2. Bể hút, bể xả
- Bể hút: có dạng gắn liền với nhà trạm và nằm dưới nhà trạm hoặc bên
cạnh.
- Bể xả: có dạng gắn liền với nhà trạm hoặ
c tách rời so với nhà trạm.
1.2.3. Hệ thống kênh dẫn, kênh xả
- Kênh dẫn: dùng để dẫn nước tới buồng hút của trạm bơm.
- Kênh xả: dùng để dẫn nước từ bể xả tới lưu vực cần tưới hoặc ra sông
tiêu, kênh tiêu.
1.2.4. Nhà quản lý
Gồm hệ thống các nhà, công trình phụ trợ phục vụ sinh hoạt cho những
người quản lý, điều hành và vận hành trạ
m bơm.

9
1.2.5. Đường dây điện cao thế và hạ thế
Dùng để cấp điện cho nhà trạm bơm, dùng cho chiếu sáng và sinh hoạt của
cán bộ, công nhân viên điều hành vận hành trạm bơm.
1.2.6. Các hạng mục điều tiết và hỗ trợ
Hệ thống điều tiết nước, hệ thống vớt rác, các thiết bị quan trắc đo mực nước
bề hút, bể xả ….
1.3. MỘ
T SỐ HÌNH ẢNH VỀ TRẠM BƠM

Hình 1-1: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: nhìn từ phía bể hút

10

Hình 1-2: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: nhìn từ phía bể xả


Hình 1-3: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: phía bên trong nhà máy

11

Hình 1-4: Trạm bơm tiêu Bảo Khê –TP. Hưng Yên: nhà trạm bơm



Hình 1-5: Trạm bơm Triều Dương – Tiên Lữ –Tỉnh Hưng Yên: nhìn từ phía bể xả


12


Hình 1-6: Trạm bơm Liên Nghĩa – Văn Giang –Tỉnh Hưng Yên: phối cảnh nhà trạm



Hình 1-7: Trạm bơm Kênh Vàng – Lương Tài –Tỉnh Bắc Ninh: nhìn từ phía bể xả




13

CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG VÀ DAO ĐỘNG
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT - BIẾN
DẠNG [5], [7].
Có rất nhiều phương pháp tính ứng suất biến dạng cho công trình, trong đó
có thể kể đến một số phương pháp như sau:
- Phương pháp giải tích: là 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, như
phương pháp Sức bền vật liệu, phương pháp Lý thuyết đàn hồi.
- Phương pháp số: là xác định gần đúng giá trị rời rạc của các hàm ẩn tại
điểm bên trong và trên biên của vật thể xét, như phương pháp Phần tử hữu hạn,
phương pháp sai phân hữu hạn.
Ngoài ra còn có các phương pháp thực nghiệm cũng giúp ta tìm được ứng
suất biến dạng, dựa vào mô hình tương thích.
Mỗi phương pháp đều có tính ưu nhược điểm. Việc lựa chọn phương pháp
nào là dự
a vào yêu cầu, tính chất, mức độ của bài toán đặt ra.
2.1.1. Các phương pháp giải tích
2.1.1.1. Phương pháp sức bền vật liệu
- Ưu điểm: Đây là phương pháp tính toán cơ bản, giúp ta tính toán ứng suất
biến dạng đơn giản, dễ dàng. Tính được các giá trị σ
x
, σ
y,
τ
xy
tại các điểm đang xét,
từ đó xác định được ứng suất chính và phương chính tại mọi điểm khác nhau.
Thường được sử dụng để tính toán trong giai đoạn thiết kế sơ bộ đối với công trình
cấp III, IV.

- Nhược điểm: Kết quả tính toán có sai số khá lớn, không phản ánh đúng
trạng thái ứng suất biến dạng công trình. Nguyên nhân là do khi tính theo Sức bền
vật liệu ta coi công trình nh
ư một thanh được ngàm chặt vào nền, chịu uốn và kéo
nén đồng thời; giả thiết sự phân bố ứng suất pháp σ
y
trên mặt phẳng nằm ngang là

14
đường thẳng, trị số tại biên được xác định theo công thức nén lệch tâm. Mặt khác,
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.
2.1.1.2. Phương pháp tính theo lý thuyết đàn hồi
- Ưu điểm: Giải quyết được những vấn đề nh
ư ứng suất tập trung, ứng suất
tại lỗ khoét, ứng suất nhiệt mà phương pháp Sức bền vật liệu không giải quyết
được. Tính toán tương đối đơn giản, áp dụng dễ dàng, độ chính xác cao. Có thể nói
giải theo lý thuyết đàn hồi chính là lời giải trực tiếp từ các phương trình vi phân,
chúng vừa thoả mãn điều kiện liên tục của biến dạng vừa thỏa mãn đi
ều kiện biên.
- Nhược điểm: Phương pháp lý thuyết đàn hồi rất khó thực hiện được với
những trường hợp tải trọng phức tạp như áp lực thấm và đẩy nổi, áp lực bùn cát,
động đất, ảnh hưởng của nền, nền dị hướng Kết quả tính toán chưa sát với thực tế
làm việc của vật liệu là không đồng chất, dị h
ướng. Không xét được ảnh hưởng biến
dạng của nền, các lớp xen kẹp, đứt gẫy, nền có tính dị hướng, không tính được trong
giai đoạn thi công, ảnh hưởng động đất,
Do trong khuôn khổ luận văn coi phần móng đặt máy bơm như một tấm
chịu uốn chữ nhật đẳng hướng nên tác giả tập trung đi sâu hơn vào các phương

trình cơ bản của bài toán tính toán tấm chịu uốn.

Nếu gọi h là chiều dày của tấm, a là kích thước bé của tấm và W
max
là độ
võng lớn nhất của tấm thì theo định nghĩa tấm được coi là mỏng khi
5
1
≤
a
h
và
5
1Wmax
≤
h
. Với tấm mỏng chịu uốn, ta xét tấm với vật liệu còn làm việc trong giai
đoạn đàn hồi tuyến tính trên cơ sở sử dụng một số giả thuyết như sau:
- Đoạn thẳng vuông góc với mặt trung bình trước và sau khi biến dạng vẫn
thẳng và vuông góc với mặt đàn hồi của tấm. Đây là giả thuyết đoạn thẳng của
Kirchoff. Với giả
thuyết này, các lớp mỏng của tấm được coi như không trượt lên
nhau khi biến dạng.

15
- Khi bị uốn mặt trung bình chỉ cong đi chứ không co giãn và những điểm ở
mặt trung bình không có chuyển vị trong mặt phẳng tấm mà chỉ có độ võng W.
- Các lớp mỏng song song với mặt trung bình không tác dụng lẫn nhau theo
phương vuông góc với mặt trung bình nên có thể bỏ qua ứng suất pháp σ
z

.
Từ những giả thiết trên, ta có những nhận xét sau:
+ Tấm được coi như gồm những lớp mỏng làm việc trong các trạng thái ứng
suất phẳng, trên mặt phẳng tấm chỉ tồn tại các ứng suất σ
x
, σ
y
, τ
xy
còn σ
z
= τ
xz
= τ
yz

= 0.
+ Biến dạng trong mặt phẳng tấm tỷ lệ bậc nhất với tọa độ z.
+ Chuyển vị theo phương z tại những điểm trên đoạn thẳng vuông góc với
mặt trung bình là không đổi theo chiều dày của tấm và bằng độ võng của mặt trung
bình.
Thay cho ứng suất phân bố trên toàn bộ bề dày h, ta dùng hợp của nó đặt tại
mặt trung bình là nội lực. Nội lực củ
a tấm gồm : lực cắt (Q
x
và Q
y
), mô men uốn
(M
x

và M
y
) và mô men xoắn (M
xy
và M
yx
) được thể hiện như hình vẽ 2-1.


Hình 2-1: Các thành phần nội lực của tấm

16
Các giá trị nội lực, ứng suất đều có thể tính thông qua độ võng của mặt trung
bình W(x,y).
Mặt khác do thế năng biến dạng đàn hồi của tấm do lực cắt gây nên rất nhỏ
so với mô men có thể bỏ qua. Thế năng biến dạng đàn hồi tích lũy trong tấm chỉ do
tác dụng của mô men uốn và mô men xoắn.
Các biểu thức cơ bản của kết cấu tấm ch
ịu uốn như sau :
Các biểu thức của định luật Hooke trong bài toán ứng suất phẳng có dạng:
)(
1
yxx
E
μσσε
−=
)(
1
xyy
E

μσσε
−= (2.1)
xy
xy
xy
EG
τ
μ
τ
γ
)1(2 +
==

hoặc:

)(
)1(
2
yxx
E
μεε
μ
σ
+
−
=
)(
)1(
2
xyy

E
μεε
μ
σ
+
−
= (2.2)
xyxy
E
γ
μ
τ
)1(2 +
=

trong đó:
µ là hệ số poisson.
E là mô đun đàn hồi của tấm đẳng hướng.
Mặt khác từ các giả thuyết Kirchoff, theo lý thuyết đàn hồi ta có:
2
2
w
x
z
x
∂
∂
−=
ε

2
2
w
y
z
y
∂
∂
−=
ε
(2.3)