phân tích ứng suất và biến dạng của trạm bơm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

91 735 0
phân tích ứng suất và biến dạng của trạm bơm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

B GIO DC V O TO B NễNG NGHIP V PTNT TRNG I HC THU LI NGUYN TRUNG THNH PHÂN TíCH ứng suất và biến dạng của trạm bơm bằng phơng pháp phần tử hữu hạn Ơ Chuyờn ngnh: Xõy dng cụng trỡnh thu Mó s: 60 - 58 - 40 Luận văn thạc sĩ Ngi hng dn khoa hc: TS Lí TRNG THNH H Ni 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN TRUNG THÀNH PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRẠM BƠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN LuËn v¨n th¹c sÜ Hà Nội - 2011 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu luận văn đề tài “Phân tích ứng suất và biến dạng của trạm bơm 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 bầy tỏ lòng cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Lý Trường Thành 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 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 Thủy 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 5 năm 2011 Nguyễn Trung Thành . Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy 1 MỞ ĐẦU 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Trạm bơm 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 thống thủy lợi để phục vụ công tác tưới, tiêu những diện tích trong lưu vực. Chính vì vậy nó đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thủy lợi. Tỉnh Bắc Ninh gồm hai hệ thống thuỷ nông là Bắc Đuống và Nam Đuống. Các công trình đầu mối của hai hệ thống này đều được đầu tư xây dựng từ những năm 60 của thế kỷ trước hiện nay nhiều công trình đã bị xuống cấp không đáp ứng được yêu cầu cho nên việc đầu tư xây dựng các trạm bơm để đảm bảo việc cung cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp và tiêu úng phục vụ dân sinh kinh tế trong mùa mưa bão. Chính vì vậy nhu cầu đầu tư xây dựng các trạm bơm là rất lớn và cấp bách. Khi đầu tư xây dựng trạm bơm chủ đầu tư cần phải có một khoản kinh phí khá lớn. Do vậy ngoài việc xem xét vị trí đặt trạm bơm, nghiên cứu địa chất, thuỷ văn, lưu vực tưới, tiêu thì yêu cầu an toàn về tính toán kết cấu, ổn định của công trình trong quá trình vận hành sử dụng dưới tác dụng của các loại tải trọng, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế là rất cần thiết. Khi tiến hành đầu tư xây dựng trạm bơm cần đảm bảo rằng: Ứng suất và biến dạng của kết cấu phải thỏa mãn các điều kiện bền, cứng và ổn định trong quá trình vận hành, làm việc của trạm bơm dưới tác động của các loại tải trọng (tải trọng tĩnh, tải trọng động, động đất v.); Trên cơ sở các loại thiết bị máy bơm có sẵn trên thị trường để đưa ra các giải pháp phù hợp, tổng mức đầu tư nhỏ nhất và thuận lợi cho quá trình khai thác và sử dụng. Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy 2 Khi tính toán trạm bơm theo quy phạm hiện hành thì việc tính toán chưa thực sự phản ánh đầy đủ các loại tải trọng tác dụng lên công trình trong quá trình sử dụng nên chưa phản ánh được một cách sát thực nhất sự làm việc của công trình. Để khắc phục các nhược điểm này với sự hỗ trợ của máy tính, hiện nay có nhiều phương pháp tính làm giảm được thời gian tính toán và cho kết quả phù hợp hơn với sự làm việc của công trình. Đề tài “Phân tích ứng suất và biến dạng của trạm bơm bằng phương pháp phần tử hữu hạn” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm giúp cho các nhà thiết kế, các chủ đầu tư tính toán lựa chọn giải pháp phù hợp khi đầu tư xây dựng trạm bơm vừa đảm bảo an toàn và đem lại hiệu quả kinh tế cao. 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu xác định trạng thái ứng suất, biến dạng của bản đáy trạm bơm khi có kể đến sự tương tác với nền và cọc. 3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Lựa chọn sơ đồ tính, thiết lập các phương trình cơ bản; Lập thuật toán giải; Áp dụng tính toán cụ thể cho bản đáy trạm bơm tiêu Hán Quảng huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh. 4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết vỏ gấp sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp sử dụng phần mềm SAP2000 để giải các bài toán bản đáy trạm bơm khi có kể đến sự tương tác với nền và cọc, từ đó so sánh với kết quả tính toán theo quy phạm hiện hành giúp các chủ đầu tư lựa chọn phương án tối ưu khi đầu tư xây dựng trạm bơm. Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM 1.1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI TỈNH BẮC NINH: Bắc Ninh là một tỉnh thuộc vùng đồng bằng Bắc Bộ, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm, tam giác tăng trưởng kinh tế Hà Nội-Hải Phòng-Quảng Ninh. Khu vực có mức tăng trưởng kinh tế cao, giao lưu kinh tế mạnh. Tính đến năm 2011, Bắc Ninh có 8 đơn vị hành chính bao gồm thành phố Bắc Ninh và 7 huyện thị xã: Yên Phong, Quế Võ, Tiên Du, Thuận Thành, Gia Bình, Lương Tài và thị xã Từ Sơn, với 126 xã phường và thị trấn. Tổng diện đất tự nhiên 82.271 ha trong đó đất nông nghiệp 43.679ha. Dân số là 1.035.951 người trong đó dân số làm nghề nông là 569.773 người chiếm khoảng 55%, nên công tác thủy lợi chiếm một vị trí quan trọng trong sự nghiệp ổn định và phát triển kinh tế xã hội của tỉnh. Về mạng lưới sông ngòi, Bắc Ninh có hệ thống sông ngòi khá dầy đặc, mật độ lưới sông cao, trung bình từ 1-1,2Km/Km P 2 P và gần như bốn mặt đều có sông là ranh giới với các tỉnh. Phía Bắc có sông Cầu là ranh giới với tỉnh Bắc Giang. Phía Nam có sông Bùi là ranh giới với huyện Cẩm Giàng tỉnh Hải Dương. Phía đông có sông Thái Bình là ranh giới với huyện Nam Sách tỉnh Hải Dương. Phía tây Bắc có sông Cà Lồ là ranh giới với huyện Sóc Sơn thành phố Hà Nội. Ngoài ra, còn có sông Đuống chia đôi tỉnh thành hai hệ thống thủy lợi Bắc Đuống và Nam Đuống. Từ thập kỷ 90 đến nay, diện tích hạn hán của Bắc Ninh đã giảm đáng kể, diện tích hạn hán chỉ còn xảy ra ở các vùng cao cục bộ và vùng bãi. Tình hình úng ngập của tỉnh Bắc Ninh phụ thuộc vào lượng mưa vụ mùa kết hợp với lũ sông. Mưa nội đồng lớn cộng với mực nước sông lên cao ở mức lũ xấp xỉ hoặc trên báo động 3 sẽ xảy ra tình trạng nước trong đồng dâng cao, việc tiêu tự chảy bị ngăn chặn, lúc này chỉ tiêu bằng động lực là chính, Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy 4 song việc tiêu tự chảy bị ngăn chặn, nếu gặp năm mưa lớn, lũ cao, tình hình úng dễ xảy ra. Bảng 1.1: Diện tích úng thiệt hại tỉnh Bắc Ninh TT Năm Hệ thống Nam Đuống Hệ thống Bắc Đuống Tổng toàn tỉnh (ha) Mất trắng (ha) Giảm sản 30% (ha) Diện tích úng (ha) Mất trắng (ha) Diện tích úng (ha) 1 2002 0 420 420 1013 6137 6557 2 2003 20 380 400 2206 7040 7440 3 2004 0 620 620 2206 7040 7660 4 2005 0 680 680 1236 4960 5640 5 2006 420 3032 3442 1891 12436 15878 6 2007 0 160 3375 25 1190 4565 7 2008 0 153 1784 49 3500 5284 8 2009 0 0 2044 0 0 2044 9 2010 0 0 3429 3804 18725 22154 1.2. CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CỦA MỘT TRẠM BƠM: 1.2.1. Nhà trạm bơm: - Nhà trạm dùng đặt máy bơm, động cơ, hệ thống tủ điều khiển, thiết bị nâng hạ phục vụ công tác sửa chữa, vận hành. 1.2.2. Bể hút, bể xả: - Bể xả trạm bơm: có dạng gắn liền với nhà trạm hoặc tách rời so với nhà trạm. - Bể hút trạm bơm: có dạng gắn liền với nhà trạm, nằm dưới nhà trạm hoặc bên cạnh. Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy 5 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 trạm bơm. 1.2.5. Đường dây điện cao, hạ thế: Dùng để cung cấp điện cho nhà trạm bơm, điện tự 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 bể xả, bể hút v.v. 1.3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRẠM BƠM ĐÃ VÀ ĐANG XÂY DỰNG TẠI BẮC NINH: 1.3.1. Trạm bơm Trịnh Xá thị xã Từ Sơn: Hình 1.1: Nhìn từ bể hút Trạm bơm Trịnh Xá- Từ Sơn - Bắc Ninh Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành XD công trình thủy 6 Hình 1.2: Phía trong nhà máy trạm bơm Trịnh Xá- Từ sơn-Bắc Ninh 1.3.2. Trạm bơm Tân Chi huyện Tiên Du: Hình 1.3: Nhìn từ phía bể hút trạm bơm Hình 1.4: Bên trong nhà máy Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 [...]... bản của vỏ gấp có thể coi là tổ hợp của các phương trình cơ bản của hai loại kết cấu trên Trong luận văn giới hạn nghiên cứu phân tích ứng suất và biến dạng của bản đáy trạm bơm bằng phương pháp phần tử hữu hạn, nên tác giả chỉ trình bầy những phương trình của vỏ gấp liên quan đến việc thiết lập thuật toán giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn, cụ thể là phương trình hình học (cho liên hệ giữa biến dạng. .. ra kết quả phân tích và so sanh với các phương pháp tính theo quy phạm hiện hành và kết luận Học viên: Nguyễn Trung Thành Lớp: Cao học 17C2 Luận văn thạc sĩ 28 Chuyên ngành XD công trình thủy CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG BẢN ĐÁY TRẠM BƠM THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1 GIẢI BÀI TOÁN TẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN : Phương pháp PTHH là phương pháp được sử dụng khá phổ biến hiện... giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn: Bước 1: Chia miền tính toán thành nhiều miền nhỏ gọi là các phần tử U U Các phần tử này được nối với nhau bởi một số hữu hạn các điểm nút Các điểm nút này có thể là đỉnh các phần tử, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên mặt (cạnh) của phần tử Bước 2: Trong phạm vi của mỗi phần tử, ta giả thiết một dạng phân bố U U xác định nào đó của hàm cần tìm,... hệ phương trình cơ bản của bài toán: Để thiết lập hệ U U phương trình cơ bản của bài toán giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn ta dựa vào các nguyên lý biến phân Từ các nguyên lý biến phân ta rút ra được hệ phương trình đại số tuyến tính dạng: K∆ = F (3.1) Trong đó: ne K = ∑ LT K e Le là ma trận cứng của toàn kết cấu e e =1 ne F = ∑ LT Fe e là véc tơ tải của toàn kết cấu e =1 là véc tơ chuyển vị của. .. trong phần tử Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân Castigliano c Mô hình hỗn hợp: ứng với mô hình này ta biểu diễn gần đúng dạng phân bố của cả chuyển vị lẫn ứng suất trong phần tử Ta coi chuyển vị và ứng suất là hai yếu tố độc lập riêng biệt Hệ phương trình cơ bản của bài toán sử dụng mô hình này được thiết lập trên cơ sở nguyên lý biến phân. .. quan hệ giữa biến dạng của phần tử với các chuyển vị nút của nó Bước 5 : U Mối liên hệ giữa ứng suất và chuyển vị Gọi σ e là véc tơ ứng suất của phần tử, theo định luật Hooke ta có R R σ e = D ε e R R R (3.13) R Trong đó: D là ma trận các hằng số đàn hồi Đặt (3.12) vào (3.13) ta được: σ e = DB e ε e R R R R R (3.14) R (3.14) là biểu thức liên hệ giữa ứng suất và chuyển vị nút của phần tử Học viên:... là ma trận hàm dạng của phần tử R R Với cách đặt trên thì (3.5) được viết lại như sau: f = Ne Ue R R R (3.7) R Bước 3 : U Liên hệ giữa véc tơ chuyển vị nút của phần tử và chuyển vị nút của toàn kết cấu Giả sử số chuyển vị nút của phần tử là n d , còn của toàn kết cấu là n và véc tơ R R chuyển vị nút của toàn kết cấu là ∆, thì rõ ràng là các thành phần của véc tơ chuyển vị nút của phần tử phải nằm trong... đàn hồi trong bài toán ứng suất phẳng với E là mô đun đàn hồi và µ là hệ số Poisson của vật liệu σ x  σ = σ y    τ   xy  được gọi là vectơ ứng suất với σ x ,σ y là ứng suất pháp R R R R theo phương x,y và τ xy là ứng suất tiếp trong mặt phẳng x,y * Với tấm chịu uốn: Ta có phương trình liên hệ giữa biến dạng và độ U U võng ở điểm bất kỳ trên mặt cắt của tấm biểu diễn ở dạng ma trận: ε = zχ (2.18)... Liên hệ giữa ứng suất và biến dạng ở điểm bất kỳ của tấm chịu uốn cũng được biểu diễn ở dạng tương tự như ở dầm tường, song với tấm chịu uốn thông thường người ta dựa vào quan hệ giữa ứng suất và nội lực, giữa biến dạng và độ cong để thiết lập quan hệ giữa nội lực và độ cong của tấm Quan hệ này được biểu diễn ở dạng ma trận sau: M=D u χ R R (2.19) Trong đó  0  1 0  là ma trận đàn hồi của tấm đẳng... lực lên phần tử ảnh hưởng của nhiệt độ, tải trọng phổ gia tốc, tải trọng điều hoà và tải trọng di động…Chúng có thể đặt tại nút, hoặc phân bố đều hình thang tập trung và áp lực lên phần tử Khả năng giải các bài toán lớn không hạn chế số ẩn số, giải thuật ổn định và hiệu suất cao Các phân tích cho bài toán kết cấu bao gồm: - Phân tích tĩnh - Tính tần số dao động riêng và các dạng dao động - Tính ứng xử . học tập và nghiên cứu luận văn đề tài Phân tích ứng suất và biến dạng của trạm bơm bằng phương pháp phần tử hữu hạn , tác giả đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình, chu đáo của các. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN TRUNG THÀNH PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA TRẠM BƠM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN . quả phù hợp hơn với sự làm việc của công trình. Đề tài Phân tích ứng suất và biến dạng của trạm bơm bằng phương pháp phần tử hữu hạn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm giúp cho các nhà

Ngày đăng: 03/10/2014, 13:16

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Bia luan van

  • cam on

  • verson10

    • MỞ ĐẦU

      • 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

      • 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

      • 3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

      • 4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

      • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BƠM

        • 1.1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG THỦY LỢI TỈNH BẮC NINH:

        • 1.2. CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH CỦA MỘT TRẠM BƠM:

          • 1.2.1. Nhà trạm bơm:

          • 1.2.2. Bể hút, bể xả:

          • 1.2.3. Hệ thống kênh dẫn, kênh xả:

          • 1.2.4. Nhà quản lý:

          • 1.2.5. Đường dây điện cao, hạ thế:

          • 1.2.6. Các hạng mục điều tiết và hỗ trợ:

          • 1.3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRẠM BƠM ĐÃ VÀ ĐANG XÂY DỰNG TẠI BẮC NINH:

            • 1.3.1. Trạm bơm Trịnh Xá thị xã Từ Sơn:

            • 1.3.2. Trạm bơm Tân Chi huyện Tiên Du:

            • 1.3.3. Trạm bơm Hán Quảng đang được xây dựng

            • 1.4. NHỮNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỀ NỀN MÓNG TRẠM BƠM TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG VÀ SỬ DỤNG:

            • CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CHO BẢN ĐÁY TRẠM BƠM

              • 2.1. PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN TÍNH TOÁN TẤM CHỊU UỐN:

              • 2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỎ GẤP:

                • 2.2.1. Các khái niệm cơ bản:

                • 2.2.2. Các phương trình cơ bản của lý thuyết vỏ gấp được sử dụng để thiết lập thuật toán giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan