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

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
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
thuật 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

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
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
0T1.1. Lịch sử hình thành và phát triển trạm bơm…………………………………4
0T1.2. Các loại trạm bơm đã xây dựng ở khu vực Bắc ninh0T 0T5
0T1.2.1. Giới thiệu các loại trạm bơm0T 0T 5
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




Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
CHƯƠNG 2
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
Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
3.4.5. Nội lực của vỏ 71

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

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU

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
tính toán
Trang: 75
Bảng 3.2
Bảng tính các lực tác dụng lên đáy móng trạm bơm
Trang: 82
Bảng 3.3
So sánh kết quả nội lực trong các trường hợp tính toán
chưa kể tới động đất
Trang: 102
Bảng 3.4
So sánh kết quả nội lực trong các trường hợp tính toán
có kể tới động đất
Trang: 102
Bảng 3.5
So sánh kết quả chuyển vị bản đáy nhà trạm trong các

trường hợp tính
Trang: 102




Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1
Sơ đồ bố trí hệ thống các công trình trạm bơm
Trang: 05
Hình 1.2
Hình ảnh trạm bơm Hán Quảng
Trang: 11
Hình 1.3
Máy được lắp đặt tại trạm bơm Hán Quảng
Trang: 12
Hình 1.4
Hình ảnh trạm bơm Tân Chi 2
Trang: 12
Hình 1.5
Máy được lắp đặt tại trạm Tân Chi 2
Trang: 13
Hình 1.6
Hình ảnh trạm bơm Trịnh Xá
Trang: 13
Hình 1.7
Máy được lắp đặt tại trạm Trịnh Xá
Trang: 14
Hình 1.8

Hình ảnh trạm bơm Hiền Lương
Trang: 14
Hình 1.9
Máy được lắp đặt tại trạm Hiền Lương
Trang: 15
Hình 1.10
Chấn tâm, chấn tiêu
Trang: 16
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
ngày 1/11/1935
Trang: 21
Hình 1.13
Bản đồ đường đẳng chấn của trận động đất tại Phú Yên
ngày 2/4/1970 và 24/5/1972
Trang: 22
Hình 1.14
Bản đồ phân bố đứt gãy điạ chất lớn trên lãnh thổ Việt
Nam
Trang: 23
Hình 1.15
Bản đồ phân bố chấn tâm quan trắc trên lãnh thổ Việt
Nam
Trang: 24
Hình 1.16
Bản đồ phân vùng gia tốc nên cực đại trên lãnh thổ Việt
Nam

Trang: 25
Hình 1.17
Hình ảnh sau trận động đất ở Haiti năm 2010
Trang: 27
Hình 1.18
Hình ảnh sau trận động đất ở Chile năm 2010
Trang: 27
Hình 1.19
Động đất làm phá huỷ công trình xây dựng
Trang: 29
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 2.1
Hình dạng dao động riêng
Trang: 39
Hình 2.2
Phản ứng của công trình trong thời gian động đất
Trang: 40
Hình 2.3
Phổ gia tốc S
R
a

Trang: 41
Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
Hình 2.4

Cách thành lập phổ gia tốc của M.Bio
Trang: 41
Hình 3.1
Một dạng cầu máng có kết cấu vỏ gấp
Trang: 49
Hình 3.2
Mặt phẳng kết cấu dầm tường
Trang: 50
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 3.5
Trục tọa độ
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 3.8
Mô hình nền Win cơ le
Trang: 61
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 3.11
Mặt cắt ngang của trạm bơm
Trang: 79
Hình 3.12
Mặt cắt dọc của trạm bơm
Trang: 79
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 3.16
Chính diện phía bể hút
Trang: 85
Hình 3.17
Chính diện phía bể xả
Trang: 85
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
Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2

Hình 3.30
Mômen M22 bản đáy (Trường hợp thi công)
Trang: 91
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: 93
Hình 3.35
Mômen M11 bản đáy (Trường hợp thi công xong -
động đất)
Trang: 93
Hình 3.36
Mômen M22 bản đáy (Trường hợp vận hành - động
đất)
Trang: 94
Hình 3.37
Mômen M11 bản đáy (Trường hợp vận hành - động
đất)
Trang: 94
Hình 3.38
Mômen M22 Trụ biên (Trường hợp thi công)

Trang: 95
Hình 3.39
Mômen M11 Trụ biên (Trường hợp thi công)
Trang: 95
Hình 3.40
Mômen M22 Trụ biên (Trường hợp vận hành)
Trang: 95
Hình 3.41
Mômen M11 Trụ biên (Trường hợp vận hành)
Trang: 96
Hình 3.42
Mômen M22 Trụ biên (Trường hợp thi công xong -
động đất)
Trang: 96
Hình 3.43
Mômen M11 Trụ biên (Trường hợp thi công xong
động đất)
Trang: 96
Hình 3.44
Mômen M22 Trụ biên (Trường hợp vận hành - động
đất)
Trang: 97
Hình 3.45
Mômen M11 Trụ biên (Trường hợp vận hành - động
đất)
Trang: 97
Hình 3.46
Mômen M22 Trụ pin (Trường hợp thi công)
Trang: 97
Hình 3.47

Mômen M11 Trụ pin (Trường hợp thi công)
Trang: 98
Hình 3.48
Mômen M22 Trụ pin (Trường hợp vận hành)
Trang: 98
Hình 3.49
Mômen M11 Trụ pin (Trường hợp vận hành)
Trang: 98
Hình 3.50
Mômen M22 Trụ pin (Trường hợp thi công xong -
động đất)
Trang: 99
Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp: Cao học 17C2
Hình 3.51
Mômen M11 Trụ pin (Trường hợp thi cong xong -
động đất)
Trang: 99
Hình 3.52
Mômen M22 Trụ pin (Trường hợp vận hành - động
đất)
Trang: 99
Hình 3.53
Mômen M11 Trụ pin (Trường hợp vận hành - động
đất)
Trang: 100
Hình 3.54
Mômen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH
T.công – chưa động đất)
Trang: 100
Hình 3.55

Mômen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH
T.công – có động đất)
Trang: 100
Hình 3.56
Mômen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH
V.hành – chưa động đất)
Trang: 101
Hình 3.57
Mômen M11 tại bản đáy, tường bên và trụ pin (TH
V.hành – có động đất)
Trang: 101





Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
H thng công trnh trm bơm l t hp cc công trnh thy công v cc trang
thit b cơ đin nhm đm bo ly nưc t ngun nưc , vn chuyn v bơm nưc
đn nơi s dng hoc cn tiêu nưc th a ra nơi khc.
Trm bơm đưc xây dựng rt rộng rãi trên mọi miền đt nưc ta bởi tính linh
hot có th áp dng cho nhiều loi đa hình, dễ thao tác vn hành và bo dưỡng, sut
đu tư nhỏ hơn so vi vic xây dựng các công trình thy li quy mô ln…
Khác vi những kt cu trên mt đt chỉ có móng chu tác dng tương hỗ vi đt
nền, trm bơm làm vic trong điều kin đt bao bọc xung quanh. Đt va l môi trường
nền trm bơm tựa lên, va l môi trường áp lực ca ti trọng (Bn thân, nưc, my bơm,
thit b…) t trên mt đt truyền xung. Môi trường này bin dng nên các áp lực t đt

đắp tác dng vào trm bơm ph thuộc vào chiều sâu cột đt tác dng, tính cht cơ lý ca
đt, độ cứng ca trm bơm, cách tựa cũng như cch đt trm bơm trên nền. Vì vy trm
bơm chu tác dng ca trọng lưng bn thân, áp lực đt, áp lực nưc trong và ngoài, các
ti trọng t trên mt đt truyền xung, các tác dng nhit v động đt… Vic tính toán
kt cu trm bơm đ xc đnh hình dng kt cu công trnh đm bo an toàn n đnh
trong quá trình vn hành là cn thit và có tính ứng dng thực t cao.
Gn đây sự xut hin ca động đt xy ra thường xuyên hơn. Tuy nhiên những
nghiên cứu về nh hưởng ca động đt đn ứng sut và bin dng ca trm bơm còn
chưa nhiều. Vi
c áp dng các quy trình tiêu chuẩn dựa trên nguyên tắc chng động đt
còn chưa đưc xem xét đy đ.
Vì vy vic “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” là cn thit và
bức xúc nhm gii quyt các tn ti hin nay trong công tác nghiên cứu thit k trm
bơm ở khu vực có động đt.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Trên th gii hin nay có nhiều quan nim, tiêu chuẩn quy đnh tính toán về
động đt tc động đn công trình khác nhau. Vic xem xét tính toán cho công trình nu
không phù hp vi thực t làm vic ca công trình sẽ là nguyên nhân gây bin dng,

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
2
nứt, phá huỷ công trnh. Động đt tác dng lên công trình là một vn đề ht sức phức
tp, nó ph thuộc vào nhiều yu t: Sóng gia tc động đt, đa cht nền, hình dng
công trình Nó khó có th xc đnh chính xc đưc về cường độ và thời gian xy ra
động đt mà tt c chỉ là dự báo, vì vy động đt luôn là mi nguy him đi vi các
công trình xây dựng. Hu qu ca động đt đ li là rt nng nề về người và vt cht,
đ khắc phc hu qu sau trn động đt phi trong thời gian rt dài. Vì vy vic thit
k các công trình nm trong vùng động đt cn phi nghiên cứu, phân tích đúng đắn đ
đm bo an toàn cho công trình.

Khi nghiên cứu tính toán kt cu một công trnh thường chỉ tính toán cho tng
cu kin nhỏ và ti trọng tc động lên công trnh khi xét đn trường hp có ti trọng
động đt thì các ti trọng này chỉ đưc nhân vi các h s an ton “n” đ tính ton. Đ
gii quyt vn đề trên, trong phm vi nghiên cứu ca lun văn sẽ mô hình hoá c công
trình và các ti trọng tc động lên công trnh đưc sát vi thực t điều kin làm vic
ca công trình bng phương php phn t hữu hn nhm gii quyt các vn đề sau:
- Về ti trọng tc động: gm tt c các lực tc động lên công trnh đc bit lựa
chọn ti trọng động đt đ tính ti trọng động.
- Về m
t hình học: mô t tng th công trnh nên xem xét đưc tương tc giữa
các cu kin.
- Về ứng sut bin dng: phân tích ứng sut và bin dng cho tt c các cu kin
và tng th công trình.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Trm bơm dng không gian dưi tác dng ca ti trọng động đt.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tng quan các nghiên cứu về động đt nói chung, xem xét đnh gi cc
phương php hin hành tính toán các ti trọng tc động lên công trình khi có ti trọng
động đt.
- S dng phương php lý thuyt và s dng phn mềm tính ton đ tin hành
gii cc phương trnh động học bng phương php s. Trong lun văn ny dùng
phương php PTHH, s dng phn mềm Sap 2000 Version 12.0.0 mô hình hoá không
gian c kt cu công trnh đ gii.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
3
- Áp dng tính toán vào thực tiễn, đề xut một s gii pháp chng động đt cho
công trình.
5. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
- Nắm vững phương php tính ton ứng sut và bin dng ca trm bơm khi có

xét ti nh hưởng ca động đt bng phương php phn t hữu hn.
- Xc đnh đưc nh hưởng ca động đt đn ứng sut và bin dng ca trm
bơm.




Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM
CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT
1.1. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN TRẠM BƠM
Ngay t thời c xưa, do điều kin sn xut v đời sng đòi hỏi , con người đ bit
dùng những công c thô sơ như coọng quay , xe đp nưc v.v đ đưa nưc lên cc
tha ruộng có độ cao chênh lch . Những cô ng c ny vn chuyn cht lỏng dưi p
sut khí quyn . Sau đó người ta đ bit dùng những pitông đơn gin như ng tht lm
bng tre gỗ đ chuyn nưc dưi p sut dư Cc my bơm thô sơ hot động dưi tc
động ca sức người v sức kéo ca động vt do vy năng lực bơm không cao , hiu
sut thp.
Vo th kỷ I, II trưc công nguyên , người Hy lp đ sng ch ra pittông bng gỗ .
Ti th kỷ XV, nh bc học người  l D . Franxi đ đưa ra những khi nim về bơm li
tâm. Sang th kỷ XVI li xut hin loi my bơm rô to mi . Cho đn th kỷ XVII , một
nh vt lý người Php p dng những nghiên cứu ca D . Franxi ch to ra đưc một
my bơm li tâm đu tiên . Tuy nhiên do chưa có những động cơ có vòng quay ln kéo
my bơm, nên năng lực bơm nhỏ , do vy loi bơm li tâm vn chưa đưc pht tri n, lúc
by giờ bơm rôto chim ưu th trong cc loi bơm .
Về lý lun, đn th kỷ XVIII có th  k đn những cng hin vô cùng ln lao ca
nhà khoa học Ơle, người đ đề xut những vn đề lý lun có liên quan đn my thy
lực v Zucôpsky trong lý lun về cơ học cht lỏng . K t đó vic nghiên cứu v ch

to my bơm mi có cơ sở vững chắc . Thời k ny my hơi nưc ra đời tăng thêm kh
năng kéo my bơm . Đu th kỷ XX cc động cơ có s vòng quay nhanh ra đời th my
bơm li tâm cng đưc ph bin rộng ri v có hiu sut cao , năng lực bơm ln .
Ngy nay my bơm đ ưc dùng rt rộng ri trong đời sng v cc ngnh kinh t
quc dân. Trong công nghip , my bơm đưc dùng đ cung cp nưc cho cc lò cao ,
hm mỏ, nhà máy bơm du trong công nghip khai thc du mỏ Trong k ngh ch
to máy bay, trong nh my đin nguyên t đều dùng my bơm . Trong nông nghip ,
my bơm dùng đ bơm nưc tưi v tiêu úng . Trong đời sng my bơm dùng cp nưc
sch cho nhu cu ăn ung ca con người , gia súc

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
5
Hin nay đ cho ra đời những my bơm rt hin đi , có kh năng bơm hng vn
m
P
3
P cht lỏng trong một giờ v công sut động cơ tiêu th ti hng nghn kW .  Nga đ
ch to đưc những my bơm có lưu lưng Q = 40 m
P
3
P/s, công sut động cơ N =
14.300 kW v có dự n ch to động cơ đin kéo my bơm vi công sut N = 200.000
kW. Các bộ phn và công dng ca tng bộ phn trm bơm đưc diễn t như hình 1.1.

Hình 1.1. Sơ đ b trí h thng cc công trnh trm bơm
- Công trnh ca ly nưc 1, ly nưc t ngun (ly t sông, h, kênh dn );
- Công trnh dn nưc 2, có nhim v đưa nưc t ca ly nưc về b tp trung
nưc trưc nh my bơm . Công trnh dn nưc có th l kênh dn , đường ng dn
hoc xi phông . Trên công trnh dn có th có b lắng ct 3, nu có lun chứng thỏa
đng;

- B tp trung nưc 4 nm trưc nh my bơm, nó có nhim v ni tip đường
dn vi công trnh nhn nưc (B hút) ca nh my sao cho thun dòng ;
- Công trnh nhn nưc 9 (B hút) ly nưc t b tp trung v cung cp nưc cho
ng hút hoc ng tự chy vo my bơm;
- Nh my bơm 5, đây l nơi đt cc t my bơm v cc thit b ph cơ đin ;
- Đường ng p lực (ng đẩy) 6, đưa nưc t my bơm lên công trnh tho 7;
- Công trình tháo 7 (B x) nhn nưc t ng đẩy , lm n đnh mự c nưc , phân
phi nưc cho kênh dn 8 hoc công trnh nhn nưc .
1.2. CÁC LOẠI TRẠM BƠM ĐÃ XÂY DỰNG Ở KHU VỰC BẮC NINH
1.2.1. Gii thiu cc loi trm bơm .
Trm bơm đưc xây dựng gm 2 loi chính:

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
6
- Loi 1: My bơm trc đứng đưc p dn g cho cc trm bơm có lưu lưng
thit k ln , yêu cu cột nưc thp (hiu qu nht l t 4-5m). Loi ny thích hp vi
cc trm bơm dùng đ phc v tiêu thot nưc .
- Loi 2: My bơm trc ngang , trc xiên, my bơm ly tâm t hường đưc p dng
cho trm bơm có lưu lưng thit k nhỏ , yêu cu cột nưc cao hơn .
Trong khuôn kh ca lun văn tc gi xin gii thiu v nghiên cứu cc loi trm
bơm trc đứng.
1.2.1.1. Trạm bơm loại 1:
Bao gm các trm bơm trc đứng dùng đin cao th 6KV, dùng động cơ đin
đng bộ công sut 500KW lắp vi my bơm 32.000m
P
3
P/h, đưc điều khin tự động như
các trm bơm: Cc Thành, C Đam, Hữu B, Vĩnh Tr, Nam Đnh.
1.2.1.2. Trạm bơm loại 2:
Bao gm các trm bơm trc đứng dùng đin cao th 6KV, dùng động cơ đin

không đng bộ công sut 300 ÷ 320KW lắp vi my bơm 10.000m
P
3
P/h, đưc điều
khin bán tự động như cc trm bơm: Nhâm Trng, Như Trc, Trnh Xá, Linh Cm,
Hiền Lương, Kim Đôi, Tân Chi.
1.2.1.3. Trạm bơm loại 3:
Bao gm các trm bơm dùng đin h th 380V, lắp vi bơm trc đứng lưu lưng
4.000 ÷ 8.000m
P
3
P/h, công sut động cơ 75 ÷ 200KW như cc trm bơm: Đan Hoi, La
Khê, Hng Vân, Ấp Bắc, Nam Hng, Văn Lâm, Văn Giang, Mai X, Kênh Vng, Vân
Đnh, Ngoi Độ.
1.2.1.4. Trạm bơm loại 4:
Bao gm các trm bơm dùng đin h th 380V, lắp vi my bơm có lưu lưng
1.000 ÷ 2.500mP
3
P/h, công sut động cơ 30 ÷ 60KW.
1.2.2. Cc loi trm bơm đ xây dng  tnh Bc Ninh.
Toàn tỉnh Bắc Ninh chia lm hai vùng tưi: Vùng tưi h thng thy nông Bắc
Đung v vùng tưi h thng thy nông Nam Đung.
1.2.2.1. Vùng tưới hệ thống thủy nông Bắc Đuống:
Vùng tưi h thng thy nông Bắc Đung chia lm hai khu tưi:

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
7
- Khu tưới lấy nước sông ngoài: ly nưc sông Đung, sông Cu, sông Cà L.
Khu tưi ly nưc trực tip gm 18 trm bơm do Công ty Thy nông Bắc Đung qun
lý (bao gm 3 trm bơm ly nưc sông Đung, 1 trm bơm ly nưc sông Cà L và 14

trm bơm ly nưc sông Cu) và 15 trm bơm do đa phương qun lý. Một s công
trnh đu mi tưi chính:
+ Trạm bơm Trịnh Xá: Công sut thit k 8 x 10.000m
P
3
P/h; din tích tưi 11.318
ha đt canh tác ca các huyn Yên Phong, Tiên Du, Th xã T Sơn, TP Bắc Ninh và 12
x Nam đường 18 ca huyn Qu Võ. Do xây dựng t năm 1964 nên hin nay các thit
b đin già cỗi hay b sự c bt thường, có 02 động cơ đin (máy 4 và máy 7) đ phi
thay mi cuộn dây Stator, phn cơ khí b mài mòn, sa chữa, thay th các chi tiêt máy
nên không th đưa cc thông s k thut về như nguyên thy ban đu đưc, do vy
năng lực phc v kém, không đm bo phc v sn xut.
+ Trạm bơm Thái Hòa: Là trm bơm tưi tiêu kt hp, xây dựng năm 1988
đưc nâng cp ci to năm 1998. Công sut thit k là 21 x 1000 m
P
3
P/h. Trm có nhim
v tưi cho 1.500ha khu vực cui kênh Nam Trnh xá và khu Thái Hòa – Qu Võ t
La Mit trở li và tiêu cho 1.540ha ca khu Phưng Mao ra sông Đung. Din tích
tưi thực t hin nay là 1.153ha.
+ Trạm bơm Kim Đôi 1: Là trm bơm tưi tiêu kt hp, đưc xây dựng năm
1966. Công sut thit k là 5 x 10.000 m
P
3
P/h, din tích tưi thit k là 3.000ha; din tích
tưi thực t là 1.415ha. Trm bơm đư
c xây dựng vo năm 1968, hin nay các thit b
đin già cỗi hay có sự c bt thường, phn cơ khí b mài mòn, sa chữa hoc thay th các
chi tit máy ht sức khó khăn không th đưa cc thông s k thut về kích thưc nguyên
thy ban đu đưc nên độ n đnh tui thọ ca t máy sau chu k đi tu gim nhiều.

+ Trạm bơm Xuân Viên: Là trm bơm tưi tiêu kt hp, đưc xây dựng năm
1971. Công sut thit k là 10 x 1000 m
P
3
P/h, din tích tưi thit k là 973ha; din tích
tưi thực t là 197ha. Trm bơm đưc xây dựng năm 1971, phn đin kém, lc hu,
không an toàn, phn cơ my bơm mòn, hư hỏng ln, mỗi ln sa chữa rt tn kém.
Hiu qu công sut còn li khong 45-60%.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
8
+ Trạm bơm Cầu Găng: Din tích tưi thit k là 450ha; din tích tưi thực t là
232ha. Trm bơm đưc xây dựng năm 1980, phn đin đóng cắt trực tip, bo v sơ si,
độ tin cy kém. Phn cơ hư hỏng nhiều, ng x kém, hiu sut còn li khong 50-60%.
+ Trạm bơm Thọ Đức: Trm bơm tưi xây dựng năm 1997, công sut thit k
là 3 x 1000 m
P
3
P/h. Din tích tưi thit k là 471ha; din tích tưi thực t là 338ha.
+ Trạm bơm Phùng Dị: Trm bơm tưi xây dựng năm 1983, công sut thit k
là 2 x 1000 m
P
3
P/h. Din tích tưi thit k là 410ha; din tích tưi thực t là 140ha.
+ Trạm bơm Sài Đồng: Trm bơm tưi xây dựng năm 1975, công sut thit k
là 2 x 1000 m
P
3
P/h. Din tích tưi thit k là 500ha; din tích tưi thực t là 318ha.
- Khu tưới lấy nước sông trục và kênh tiêu nội đồng: Toàn h thng có 25

trm bơm ly nưc sông trc do công ty thy nông Bắc Đung qun lý, din tích tưi
thit k là 4.199ha, din tích tưi thực t là 2.940ha và 150 trm bơm do đa phương
qun lý có din tích tưi thit k là 5.578ha, din tích tươi thực t là 4.462ha.
1.2.2.2. Vùng tưới hệ thống thủy nông Nam Đuống:
H thng thy nông Nam Đung có hai ngun ly nưc ch yu là sông trc Bắc
Hưng Hi v sông Đung.
- Khu tưới lấy nước từ nguồn Bắc Hưng Hải: Đây l ngun cung cp nưc ch
yu ca h thng thy nông Nam Đung. Ton khu tưi có 18 trm bơm do công ty
thy nông Nam Đung qun lý (Din tích tưi thit k là 18.905ha, din tích tưi thực
t là 14.034ha) và 165 trm bơm do đa phương qun lý. Một s công trnh đu mi
tưi chính:
+ Trạm bơm Như Quỳnh: Trm bơm mi đưc nâng cp sa chữa, công sut lắp
máy là 4 x 10.8000 m
P
3
P/h vi din tích tưi ban đu l 16.500ha tưi cho din tích canh
tác các huyn Thun Thnh, Gia Bnh, Lương Ti tỉnh Bắc Ninh và một phn din tích
ca huyn Gia Lâm. Sau khi nâng cp công trnh không pht huy đưc hiu qu gây
khó khăn trong vic ly nưc tưi.
+ Trạm bơm Ngọc Quan: Trm bơm tưi tiêu kt hp, công sut lắp máy là 5 x
4.000 m
P
3
P/h vi din tích tưi thit k là 3.687ha, din tích tưi thực t là 1.620ha, kt
hp cho tiêu 1.080ha.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
9
+ Trạm bơm Kênh Vàng 1: Trm bơm tưi, công sut thit k là 8 x 1.800 mP
3

P/h
vi din tích tưi thit k là 2.000ha, din tích tưi thực t là 987ha.
+ Trạm bơm Xuân Lai: Trm bơm tưi tiêu kt hp, công sut thit k là 8 x
1.000 m
P
3
P/h vi din tích tưi thit k là 2.450ha, din tích tưi thực t là 500ha.
- Khu tưới lấy nước từ nguồn sông Đuống: Có 2 trm bơm do công ty thy
nông Nam Đung qun lý (trm bơm Môn Qung, Song Giang) và 2 trm bơm do đa
phương qun lý (trm bơm Hữu Ái, C Thit). Din tích tưi thit k là 3.939ha, din
tích tưi thực t là 3.859ha.
+ Trạm bơm Môn Quảng: Trm bơm tưi, công sut thit k là 11 x 1.800 m
P
3
P/h
vi din tích tưi thit k là 3.000ha, din tích tưi thực t là 3.600ha.
+ Trạm bơm Song Giang: Trm bơm tưi, công sut thit k là 6 x 2.730 m
P
3
P/h
vi din tích tưi thit k là 750ha, din tích tưi thực t là 230ha.
1.3. CÁC HƯ HỎNG ĐÃ GẶP VÀ MỘT SỐ TỒN TẠI KHÁCH QUAN DO TRONG
THIẾT KẾ CHƯA TÍNH TỚI DO VẬY CẦN BỔ SUNG
1.3.1. Đối vi công trình thủy công.
1.3.1.1. Những sự cố hư hỏng do thiết kế:
- Ca ly nưc b bi thường gp ở trm bơm ly nưc ven sông Hng.
- Trm bơm đt xa sông ly nưc gây tn kém kinh phí đ no vét kênh.
- Ca ly nưc b treo (mực nưc BH quá thp).
- Trm bơm b xói lở, b ngp, b treo.
- Những nguyên nhân gây ra:

+ Điều tra, thu thp thiu tài liu về thy văn công trnh.
+ Tính toán sai ch độ thy lực dòng chy.
+ Thiên nhiên diễn bin ngy cng khó lường không theo quy lut, lung lch
dn nưc thay đi theo thời gian.
1.3.1.2. Lún nền, gây gãy móng nhà trạm:
- Những nguyên nhân gây ra.
+ Khi thit k các trm bơm không tính lún, khi xy ra lún mi tính kim tra
hoc chỉ tính lún ca trm bơm không tính lún ca BX, BH. Gian t đin, gian điều
hành là những bộ phn không x lý nền hoc x lý nền chỉ bng đm cát nht là các
trm bơm có đa cht rt xu không x lý nền trit đ.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
10
+ Chưa tính đn nh hưởng ca lp đt đắp sau tường bên ca BX.
+ Không x lý bng cùng một bin php tương xứng hoc do sự c kt ca phn
đt tip xúc vi bộ phn công trình làm phát sinh lực nén tc động vào công trình.
+ Thit k bin php tiêu nưc h móng không thích hp.
+ Thi công bin php tiêu nưc h móng không tt, làm hỏng sự c kt ca đt
nền công trình.
+ Thi công bin pháp x lý nền chưa đm bo cht lưng và không theo đúng
đ án thit, độ chi chưa đt độ chi thit k.
1.3.1.3. Thấm nước mạnh vào tầng máy bơm:
- Những nguyên nhân gây ra:
+ Thit k kt cu phn dưi nưc không đm bo kh năng chng thm.
+ Thit k không có bin pháp chng thm ở phía ngoài thành trm bơm.
+ Thi công phn dưi nưc ca trm và thực hin bin pháp chng thm không
đm bo cht lưng.
1.3.2. Đối vi my bơm và cc thiết bị đin.
1.3.2.1. Những hư hỏng thường gặp đối với các trạm bơm:
Các máy bơm thường đưc ch to t những năm 60 ca th kỷ trưc. Các máy

bơm nhiều ln đi tu sa chữa, thay th ti chỗ bánh xe công tác, các bc đỡ, trc bơm
và các thit b đóng cắt đin. Các thit b và chi tit my đưc thay th không đng bộ,
sn xut trong nưc dn đn thường xuyên có các sự c về các chi tit hot động như
bánh xe công tác, gi đỡ, trc bơm, cnh hưng gây ra hin tưng gm rú my v độ
rơ giữa các chi tit ln. Ti các  trc, nưc b rò rỉ ln, khe hở giữa vành mòn và bánh
xe công tác ln do đó hiu sut my bơm gim rt nhiều. Mt khc, động cơ đin do s
dng quá lâu dn đn cht cch đin giòn, bở, dễ gãy nên dn đn tình trng hay xy ra
sự c về đin và hiu sut động cơ thp. Cc động cơ đin thường xuyên b cháy các
cuộn dây do h thng t điều khin bo v không an toàn.
1.3.2.2. Hư hỏng về hệ thống điều khiển, điện:
- Thit b đóng cắt công ngh đ cũ v lc hu vì vy kh năng cắt dòng kém, độ
an toàn về đin không cao, kh năng bo v và cắt khi có sự c kém.
- Hiu sut s dng ca h thng thp.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
11
- Hin nay, do các thit b cũ đ không còn đưc sn xut nữa nên không có thit
b đng bộ đ thay th khi xẩy ra hỏng hóc, sự c.
- H thng đo lường và bo v hin ti đưc thit k và lắp đt t rt lâu, đ cũ v
lc hu. Các thit b hu ht không an toàn về đin, các s liu đo lường không chính
xác và không còn s dng đưc nữa.
- Tính năng bo v ca h thng kém, không an toàn cho thit b v con người
trong quá trình làm vic và thao tác.
- H thng t điều khin: Các thit b đ cũ, cng kềnh, không an toàn về đin.
Người s dng khó giám sát và vn hành.
- H thng t đin: H thng t đin đưc thit k theo cc kích thưc ca các
thit b cũ không còn phù hp vi các thit b đin đời mi. T đin đưc thit k cng
kềnh không đm bo m quan và tin li cho người vn hành. Cn thay mi li toàn
bộ h thng t đin cho phù hp vi các tiêu chuẩn ca thit b đin đời mi.
1.4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRẠM BƠM ĐÃ XÂY DỰNG Ở BẮC NINH

* Trạm bơm Hán Quảng: Thuộc huyn Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh hoàn thành vào
năm 2010. Trm bơm gm 5 t my bơm hỗn lưu trc đứng ký hiu 1350VZM do Tp
đon EBARA sn xut. Lưu lưng mỗi t máy là 33.8400 m3/h, cột nưc bơm 7,68m,
tc độ vòng quay 590v/p, động cơ công sut 250kw.




Hình 1.2: Hình nh trm bơm Hán Qung

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
12


Hình 1.3: My đưc lắp đt ti trm bơm Hn Qung

* Trạm bơm Tân Chi 2: Thuộc huyn Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh hon thnh vo năm
1999 t ngun vn tài tr ca Nht Bn. Trm bơm gm 4 t my bơm hỗn lưu trc
đứng ký hiu 1350VZM do Tp đon EBARA sn xut. Lưu lưng mỗi t máy là
14.400 m3/h, cột nưc bơm 7,3m, tc độ vòng quay 245v/p, động cơ công sut 400kw.
Đây l trm bơm tiêu ln nht ca tỉnh Bắc Ninh.

Hình 1.4: Hình nh trm bơm Tân Chi 2

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
13


Hình 1.5: My đưc lắp đt ti trm Tân Chi 2

* Trạm bơm Trịnh Xá: Thuộc th xã T Sơn, tỉnh Bắc Ninh đưc đi vo hot động và
những năm 1969. Trm bơm gm 8 t máy trc đứng có ký hiu KP1-87 lưu lưng
mỗi t máy là 11.000 m3/h, cột nưc bơm 6m, s dng động cơ đin 320kw đin áp
6KV. Đây l trm bơm tiêu do Triều Tiên sn xut theo kiu 04-87 ca Liên Xô.


Hình 1.6: Hình nh trm bơm Trnh Xá

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
14


Hình 1.7: My đưc lắp đt ti trm Trnh Xá

* Trạm bơm Hiền Lương: Thuộc huyn Qu Võ, tỉnh Bắc Ninh đưc đi vo hot
động năm 1968. Trm bơm gm 9 t máy trc đứng có ký hiu KP1-87 lưu lưng mỗi
t máy là 11.000 m3/h, cột nưc bơm 6m, s dng động cơ đin 320kw đin áp 6KV.
Đây l trm bơm tiêu do Triều Tiên sn xut theo kiu 04-87 ca Liên Xô.

Hình 1.8: Hình nh trm bơm Hiền Lương

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
15


Hình 1.9: My đưc lắp đt ti trm Hiền Lương

1.5. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐỘNG ĐẤT [12], [13], [18], [19]
1.5.1. Khái nim động đất và các thông số đo động đất
1.5.1.1. Khái niệm động đất:

Động đt l hin tưng rung động đột ngột mnh mẽ ca vỏ tri đt do sự dch
chuyn cc mnh thch quyn hoc cc đứt gy trong vỏ qu đt v đưc truyền qua
những khong cch ln dưi dng cc dao động đn hi. Bt k một trn động đt no
cũng liên quan đn sự tỏa ra năng lưng t một nơi nht đnh. Có nhiều nguyên nhân
dn đn sự pht sinh năng lưng gây ra động đt, sau đây l một vi nguyên nhân
chính thường gp ([12], [18]):
- Sự va chm ca các mnh thiên thch vào vỏ tri đt.
- Các v th bom ht nhân ngm dưi đt.
- Các hot động xây dựng h chứa làm mt cân bng trọng lực ca môi trường.
- Cc hang động trong lòng đt b sp.
- Sự vn động kin to ca tri đt: Đây l nguyên nhân ch yu gây ra các v
động đt. Theo thng kê 95% các trn động đt xy ra trên th gii có liên quan đn sự
vn động kin to.

Học viên: Nguyễn Văn Đạt Lớp Cao học: 17C2
16
Động đt xy ra nhiều nht theo vnh đai động đt Thi Bnh Dương (chim
75%); một phn ít hơn xy ra ở vnh đai Đa Trung Hi, Hymalaya, Bin Đông,
Indonesia (chim 23%) và chỉ còn 2% xy ra trên đt liền [12].
1.5.1.2. Các thông số đo động đất:
Trung tâm ca các chuyn động đa chn, nơi pht ra năng lưng về mt lý
thuyt đưc quy về một đim gọi là chn tiêu ca động đt (Hypocenter hoc Focus).
Hình chiu ca chn tiêu lên mt đt gọi là chn tâm (Epicenter) ca động đt (Hình
1.10).
Độ sâu chn tiêu H là khong cách t chn tiêu lên mt đt, tức là khoẳng cách t
chn tiêu đn chn tâm. Khong cách chn tiêu là khong cách t một đim bt k trên
mt đt ti chn tiêu (còn gọi là tiêu cự, ký hiu là ∆). Khong cách chân tâm ca một
đim là khong cách t đim đó đn chn tâm (còn gọi là tâm cự, ký hiu là D).
Chn tiêu ở độ sâu 300÷700Km gọi là chn tiêu sâu, chn tiêu trung bình t
60÷300km, chn tiêu bnh thường <60Km, chn tiêu nông <15Km. Chn tiêu sâu nht

đo đưc là 720Km ở Florida – M. Động đt có sức tàn phá ln nht l động đt có
chn tiêu nông, toàn bộ năng lưng đưc gii phóng l 75% năng lưng đn hi tích
lu. Động đt ở khu vực đng bng trũng Hà Nội có chn tiêu 15÷20Km, thuộc loi
động đt có chn tiêu nông ([1], [19]).

Hình 1.10: Chn tâm, chn tiêu