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

L IC M

N

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
ph n trên n

c nhà máy th y đi n” đ

qu c a phòng
môn c a tr

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

ng

ào t o

c hoàn thành v i s giúp đ nhi t tình, hi u

H&S H, khoa công trình cùng các th y, cô giáo, các b

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
gia đình đã đ ng khích l tinh th n và v t ch t đ tác gi đ t đ

i thân trong

c k t qu nh ngày

hôm nay.
Hà N i, tháng 03 n m 2015
Tác gi

V Ng c Minh

L I CAM OAN
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
c a c u tr c đ n k t c u ph n trên n

ng c a t i tr ng đ ng do s làm vi c

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.
H c viên

V Ng c Minh


M CL C
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

2.1.

S

Các ph

ng pháp phân tích k t c u. ..........................................................16

2.1.1. Các ph
2.1.2. Ph
2.2.

LÝ THUY T .....................................................................16
ng pháp phân tích k t c u:.......................................................16

ng pháp ph n t h u h n ................................................................16

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
2.3.
CH

ng pháp Newmark gi i ph

K t lu n ch

ng trình chuy n đ ng ........................26

ng 2 ......................................................................................28

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

NMT

CH U TÁC D NG C A T I TR NG

C

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

3.3.

Các tr

c c a nhà máy th y đi n Su i S p 3 .......................40

ng h p tính toán: ...........................................................................42


3.4.

L a ch n mô hình tính toán k t c u ph n trên n

c c a nhà máy th y đi n

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
3.6.

ng ray......................48

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
tr c va ch m vào g i ch n cu i đ

ng h p c u

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
3.7.

ng h p nâng t i c a c u tr c .................................................................58

So sánh, phân tích k t qu ..........................................................................60

K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................67
TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................69


DANH M C CÁC HÌNH V

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


Hình 3-12. Bi u đ bao Moment M3 c a mô hình v i tr

ng h p c u tr c di chuy n

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
ch n cu i đ

ng h p c u tr c va ch m vào g i

ng ray ..................................................................................................55

Hình 3-19. Bi u đ l c d c c a mô hình v i tr
ch n cu i đ

ng h p c u tr c va ch m vào g i

ng ray ..................................................................................................56

Hình 3-20. Bi u đ l c c t V2 c a mô hình v i tr
g i ch n cu i đ

ng h p c u tr c va ch m vào

ng ray ............................................................................................56

Hình 3-21. Bi u đ l c c t V3 c a mô hình v i tr
g i ch n cu i đ

ng h p c u tr c va ch m vào

ng ray ............................................................................................57

Hình 3-22. Bi u đ Moment M3 c a mô hình v i tr
g i ch n cu i đ

ng h p c u tr c va ch m vào

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

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
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


DANH M C CÁC B NG BI U
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


1

M

I. Tính c p thi t c a
N

tài.

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

c u đi n n ng ngày càng t ng.
đ tn

U
c nên nhu

i u đó đã đ t ra nhi u c p thi t v n ng l

c. Chính vì v y mà các công trình tr m th y đi n đ

ng cho

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
d

in

c chia thành hai ph n: ph n trên n

c và ph n

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

đ nh và đ đ b n d

n

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
nhà máy th y đi n ch u tai tr ng đ ng do c u tr c trong nhà máy gây lên th
dùng ph

ng pháp gi t nh ngh a là coi t i tr ng đ ng b ng tr ng l

v i h s đ ng. M t khác khi tính toán k t c u ph n trên n

cc a
ng ch

ng t nh nhân

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
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
đi n” s đánh giá đ

c nh h

ng c a t i

c nhà máy th y

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.


2
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

Phân tích k t qu
nhau t đó rút ra đ

ng su t bi n d ng c a k t c u cho các tr

c nh h

đ i v i k t c u ph n trên n
III. Cách ti p c n và ph

ng ray
ng h p khác

ng c a t i tr ng đ ng do c u tr c làm vi c gây ra

c c a nhà máy th y đi n.
ng pháp nghiên c u.

- i u tra, th ng kê và t ng h p các tài li u đã nghiên c u liên quan đ n đ
tài
- Nghiên c u c s lý thuy t v dao đ ng, ph
chuy n đ ng c a h nhi u b c t do ch u t i tr ng đ ng c
- Nghiên c u các ph

ng trình vi phân mô t
ng b c

ng pháp phân tích k t c u ch u tác d ng t i tr ng

đ ng.
-

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
nhau nh : Tr

ng h p nâng t i, tr

ng h p di chuy n và tr

ng h p khác

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


3

CH

NG 1: T NG QUAN

1.1. T ng quan v nhà máy th y đi n.
T h n 2000 n m tr

c ng

vi c s d ng các bánh xe gu ng n

i Hi L p c đ i đã bi t khai thác s c n

c đ xay g o. N m 1880, nhà phát minh ng

M Lester A. Pelton khám phá ra nguyên lý phát đi n t s c n
th m m khai thác vàng g n nhà. Nh ng ng
g bên dòng su i. N

c b ng
i

c trong m t chuy n

i th m đã đ t các gu ng quay b ng

c ch y làm quay tr c gu ng, t đó làm quay nh ng chi c c i

xay đá sa khoáng ch a vàng.

Do n m rõ nguyên lý phát đi n t nh ng chi c tr c quay, không khó đ nhà
khoa h c này thay chi c gu ng g b ng m t máy phát đi n. Ch hai n m sau, nhà
máy th y đi n đ u tiên trên th gi i đ

c H.J. Rogers xây d ng t i bang Wisconsin

(Hoa K ), m ra m t k nguyên th y đi n cho nhân lo i.
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
n

c mà 100% đi n n ng đ

ng đ

ng 2.600 TWh/n m. Na Uy là

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

b i WEC đã

c này. Ti m n ng c a ngu n đi n xanh này còn r t l n,

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
máy th y đi n

c quan tâm phát tri n khá s m (Nhà

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
kho ng 20% .

c r t ít


4
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
h i nhi u n ng l

ng lai khi nhu c u phát tri n kinh t t ng cao đòi

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
sông, nhà máy sau đ p, nhà máy đ

ng: Nhà máy không k t h p: Nhà máy lòng
ng d n


5
- 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..
Nhà máy th y đi n ngang đ p

1.1.1.1.

Nhà máy th y đi n ngang đ p đ
35÷40m.

c không quá

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
l cn

c xây d ng v i c t n

c th

ng l u. C a l y n

c, nó thay th cho m t ph n đ p dâng ch u áp
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
tr

c công tác th

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

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

đo n t máy th

ng đ

c xác đ nh theo kích th

c th p l u l

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
ph thu c vào kích th

cc al yn

ng l n, chi u dài

in

c c a nhà máy

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

in

c c a nhà máy, đ c bi t n n m m.

gi m chi u cao ph n d
d ng m t c t hình ch T h

in

c c a nhà máy, trong thi t k th

ng áp

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
kích th
n

c r t l n. L i d ng chi u dày t m đáy ng

c hành trang ki m tra và thu n

c. (Hình 1-1)

i ta b trí

th

ng có

ng l u c a l y


6
Nhà máy th y đi n sau đ p

1.1.1.2.
Nhà

máy th y đi n

sau

đ p

th

ng

dùng

35÷40m≤H≤250÷300m và có th l n h n n a. Nhà máy đ
dâng n

c. Nhà máy không tr c ti p ch u áp l c n

c u ph n d

in

c Tuabin đ

nhà máy th

c t

n

c

t

c b trí ngay sau đ p

c phía th

ng l u, do đó k t

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
d nn

v i

c là bê tông tr ng l c thì thì c a l y n

c và đ

ng ng

c b trí trong thân đ p bê tông . Kho ng cách gi a thân đ p và

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
đ p đ gi m kh i l
ta th

ng h p n u không nh h

ng bê tông và chi u dài đ

ng nhi u đ n ng su t h l u

ng ng d n n

c vào tuabin ng

i

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

tuabin tâm tr c, tuabin cánh quay c t n
th y đi n sau đ p ph n đi n th
còn h th ng d u n
1.1.1.3.

c cao ho c tuabin cánh chéo.

ng b trí phía th

ng dùng
nhà máy

ng l u gi a đ p và nhà máy,

c thì b trí phía h l u. (Hình 1-2)

Nhà máy th y đi n đ

Nhà máy th y đi n đ

ng d n

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


7
tuabin. C ng gi ng nh nhà máy sau đ p, lo i nhà máy th y đi n đ
tr c ti p ch u áp l c n

c phía th

Nhà máy th y đi n đ

ng d n không

ng l u.

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
n

c đ n 2000m. V i c t n

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

ng d n l p Turbin gáo.

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
t

c phân lo i theo v trí

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:


8
K t c u c a nhà máy th y đi n ng m ph thu c r t ít vào ph
trung c t n

ng th c t p

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
cho đ n y u,
d

ng đ cao

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

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

gi m, tuy n đ

ng ng áp l c d n vào tuabin ng n, áp l c n

ng đào đ p s

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
ng m và n a ng m.
V ic

ng đ đá r t c ng, ko có áp l c bên và áp l c đ ng r t nh , n u đá

c ng thu c c p 8÷10 thì không c n ph i xây vòm bê tông ch u l c mà ch c n trát
t

ng (s đ I).
Khi c

Trong tr

ng đ đá th p h n và có áp l c đ ng thì ph i xây vòm ch u l c.

ng h p này có th có 2 cách: áp l c đ t đá và t i tr ng c u tr c thông qua

9
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
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.
m t v n đ l n nh h
máy. Ng

i ta nghiên

nhà máy th y đi n ng m vi c b trí máy bi n th là

ng nhi u đ n k t c u và b trí các thi t b chính trong nhà

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
- L i dùng c

i ta nh n th y nó có m t s

u đi m sau:

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

tuabin có d ng gi ng đ ng ho c gi ng nghiêng, áp l c n
vi c n đ nh.

c nh , đ

ng ng

c va gi m, t máy làm


10
Song

nhà máy th y đi n ng m có m t s nh

c đi m: Kh i l

l n, yêu c u k thu t cao, yêu c u v thông gió, thoát n

ng thi công

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
ph

i ta đã đ ra và th nghi m r t nhi u

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

in

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
V ic tn

c t 25÷40m th

c và kích th

c t máy. (Hình 4-5)

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
công trình tràn x l th

c th p, đ

ng áp d ng s đ II. Nh

ng kính bánh xe công các D1 l n,
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 I

S đ II


11
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 .


12
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

in

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
l yn

c khác nhau. Nh

c đi m c a

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
l n ng

in

c t ng. Trong thi t k v n hành các tr m th y đi n lo i

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

xo n là t t nh t. V i s đ này đ gi m đ sâu móng nhà máy th
bu ng xo n bê tông đ i x ng có m t c t h
nh v y có th gi m đ

c kích th

c ph n d

i bu ng

ng áp d ng

ng lên trên và t ng chi u cao ng hút,
in

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

-

Thu n l i đ b trí công trình

c công tác vào mùa l .

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
-

Do b trí đ

ng x l chi u r ng kh i t máy th

c đi m:
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 tn

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
s d ng tuabin gáo.

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

c trung bình th

tuabin tâm tr c v i các t t c t l n đ n bé và trong m t s tr
Hmax>150m có th s d ng tuabin cánh chéo.

ng b trí các lo i
ng h p c t n

tr m th y đi n c t n

c

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.

13
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

tông phía d
trên n

c chia làm hai ph n: ph n d

in

c (kh i bê

i) b trí turbin, bu ng xo n, ng hút, các h th ng thi t b ph . Ph 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
máy phát, đ

in

c c a nhà máy th y đi n g m bu ng xo n, ng hút, b

ng ng Turbin. V i nhà máy th y đi n ngang đ p ph n d

ngoài bu ng xo n, ng hút, b máy còn có c a l y n

cd nn

in

c ch

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
n

c

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
y u là kênh x d n n

in

i

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
th

ng đ

c tách riêng kh i các kh i tuabin.
t ng tuabin th

ng b trí các h th ng thi t b ph g m: h th ng thi t b

cung c p d u m , h th ng thi t b cung c p n
n

c s a ch a t máy, h th ng tiêu n

c k thu t, h th ng thi t b tháo

c rò r nhà máy.v.v. Ngoài ra còn b trí các

kho ch a và m t s phòng ph , máy ti p l c và c c u đi u ch nh.
D

i sàn l p ráp b trí các x

ng, kho, máy b m, gi ng t p trung n

c đi m ch u l c c a k t c u ph n trên n

1.2.

K t c u và kích th

c ph n trên n

c

c c a nhà máy th y đi 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 ah .


14
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
c u ph n d

i nhà máy.

Các t i tr ng ch y u bao g m:
-

T i tr ng c đ nh nh tr ng l

ng b n thân k t c u xây d ng, t i tr ng

c a máy móc, trang thi t b b trí c đ nh trên mái, trên sàn, n n,…
-

T i tr ng t m th i nh t i tr ng c a con ng

i, t i tr ng c a h th ng v n

chuy n giao thong v n chuy n không c đ nh, t i tr ng c a nguyên v t
li u, áp l c gió…
H th ng k t c u ch u l c th
ph

ng đ ng (nh c t,…) và theo ph

c u tr c, h gi ng). Trong m t s tr
ph

ng đ ng và ph

ng đ

c phân thành k t c u ch u l c theo

ng ngang (nh k t c u mang l c mái, d m
ng h p chúng c ng có th ch u l c theo c

ng ngang nh k t c u ki u vòm.

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
ta còn tham gia thi t k các công trình th y đi n đ

c xây d ng trên n

c

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
toán phân tích đ ng h c cho k t c u nhà máy th y đi n ph n trên n

c tính

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


15
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

tr ng l

ng pháp gi t nh ngh a là coi t i tr ng đ ng b ng

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
n

ng x c a k t c u ph n trên

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
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
đi n” s đánh giá đ

c nh h

ng c a t i

c nhà máy th y

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.

16

CH
2.1. Các ph

S

LÝ THUY T

ng pháp phân tích k t c u.

2.1.1. Các ph
Các ph

NG II: C

ng pháp phân tích k t c u:

ng pháp phân tích k t c u hi n nay th

-

Ph

ng pháp s c b n v t li u

-

Ph

ng pháp đàn h i

-

Ph

ng pháp ph n t h u h n

Trong lu n v n tác gi s d ng ph
c u cho ph n trên n
2.1.2. Ph

ng đc s d ng

ng pháp ph n t h u h n đ tính toán k t

c ch u t i tr ng đ ng

ng pháp ph n t h u h n

S ti n b c a khoa h c, k thu t đòi h i ng

i k s th c hi n nh ng đ án

ngày càng ph c t p, đ t ti n và đòi h i đ chính xác, an toàn cao.
Ph

ng pháp ph n t h u h n (PTHH) là m t ph

ng pháp r t t ng quát và h u

hi u cho l i gi i s nhi u l p bài toán k thu t khác nhau. T vi c phân tích tr ng
thái ng su t, bi n d ng trong các k t c u c khí, các chi ti t trong ô tô, máy bay,
tàu thu , khung nhà cao t ng, d m c u, v.v, đ n nh ng bài toán c a lý thuy t tr

ng

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.
có th khai thác hi u qu nh ng ph n m m PTHH hi n có ho c t xây d ng
l y m t ch

ng trình tính toán b ng PTHH, ta c n ph i n m đ

k thu t mô hình hoá c ng nh các b

c tính c b n c a ph

c c s lý thuy t,

ng pháp.

2.1.2.1X p x b ng ph n t h u h n
Gi s V là mi n xác đ nh c a m t đ i l

ng c n kh o sát nào đó (chuy n v ,

ng su t, bi n d ng, nhi t đ , v.v.). Ta chia V ra nhi u mi n con ve có kích th
b c t do h u h n.
các mi n ve.

il

ng x p x c a đ i l

ng trên s đ

c và

c tính trong t p h p


17
Ph

ng pháp x p x nh các mi n con ve 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 ve ch liên quan đ n nh ng bi n nút g n vào

-

nút c a ve và biên c a nó,
Các hàm x p x trong m i mi n con ve đ

-

c xây d ng sao cho chúng liên t c

trên ve và ph i tho mãn các đi u ki n liên t c gi a các mi n con khác nhau.
Các mi n con ve đ

-

c g i là các ph n t .

nh ngh a hình h c c a ph n t h u h n

2.1.2.2

a. Nút hình h c
Nút hình h c là t p h p n đi m trên mi n V đ xác đ nh hình h c các PTHH.
Chia mi n V theo các nút trên, r i thay mi n V b ng m t t p h p các ph n t ve có
d ng đ n gi n h n. M i ph n t ve c n ch n sao cho nó đ

c xác đ nh gi i tích duy

nh t theo các to đ nút hình h c c a ph n t đó, có ngh a là các to đ n m trong
ve ho c trên biên c a nó.
b. Quy t c chia mi n thành các ph n t .
Vi c chia mi n V thành các ph n t ve ph 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 h p t t c các ph n t ve ph i t o thành m t mi n càng g n v i mi n V
cho tr
v1

c càng t t. Tránh không đ
v2

biên gi i

c t o l h ng gi a các ph n t .

v2
v1

v1

biên gi i

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

v2
biên gi i


18
2.1.2.3Các d ng ph n t h u h n
Có nhi u d ng ph n t h u h n: ph n t m t chi u, hai chi u và ba chi u.
Trong m i d ng đó, đ i l

ng kh o sát có th bi n thiên b c nh t (g i là ph n t b c

nh t), b c hai ho c b c ba v.v. D

i đây, chúng ta làm quen v i m t s d ng ph n

t h u h n hay g p.
Ph n t m t chi u

Ph n t b c nh t

Ph n t b c ba

Ph n t b c hai

Ph n t hai chi u

Ph n t b c nh t

Ph n t b c ba

Ph n t b c hai

Ph n t ba chi u

Ph n t b c ba

Ph n t b c hai

Ph n t b c nh t

Ph n t t di n
Hình 2-2. Các d ng ph n t h u h n th

ng g p

2.1.2.4Ph n t quy chi u, ph n t th c
V i m c đích đ n gi n hoá vi c xác đ nh gi i tích các ph n t có d ng ph c
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 vr. Ph n t qui chi u th

ng là ph n t đ n gi n, đ

c xác đ nh trong không gian

qui chi u mà t đó, ta có th bi n đ i nó thành t ng ph n t th c ve nh m t phép
bi n đ i hình h c r e . Ví d trong tr

ng h p ph n t tam giác (Hình 1.2).