Tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện cùng làm việc với nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn

94 2.8K 3
Tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện cùng làm việc với nền 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

LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, bạn bè, đồng nghiệp, đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện cùng làm việc với nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn” đã được hoàn thành. Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép tác giả sử dụng tài liệu đã công bố trong quá trình học tập, nghiên cứu vừa qua. Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Phạm Ngọc Khánh, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi. Hà Nội, Tháng 05 năm 2012 Tác giả Trần Thị Mai Phương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./. Trần Thị Mai Phương MỤC LỤC 1TMỞ ĐẦU1T 1 1TCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN1T 2 1TVÀ CÁC CHI TIẾT1T 2 1T1.11T 1TSự phát triển của thủy điện Việt Nam [2]1T 2 1T1.2 Phân loại nhà máy thủy điện [2]1T 4 1T1.2.2 Phân theo điều kiện chịu áp lực nước ở thượng lưu1T 4 1T1.2.3 Phân loại theo kết cấu nhà máy1T 5 1T1.3 Tổng quan về các hạng mục của công trình thủy điện [2, 7, 8]1T 6 1T1.3.1 Công trình đầu mối1T 6 1T1.3.2 Công trình trên tuyến năng lượng1T 7 1T1.3.2.1 Công trình lấy nước1T 7 1T1.3.2.2 Đường hầm đường ống áp lực1T 7 1T1.3.2.3 Công trình điều áp1T 7 1T1.3.2.4 Nhà máy thủy điện1T 8 1T1.4 Tác dụng và yêu cầu của cửa lấy nước [2]1T 8 1T1.4.1 Tác dụng của cửa lấy nước1T 8 1T1.4.21T 1TYêu cầu của cửa lấy nước1T 8 1T1.5 Phân loại cửa lấy nước [1]1T 9 1T1.5.1 Cửa lấy nước có áp1T 10 1T1.5.1.1 Thiết bị đặt trong cửa lấy nước1T 10 1T1.5.1.2 Hình dạng và cấu tạo cửa lấy nước có áp1T 13 1T1.5.2 Cửa lấy nước không áp1T 15 1T1.5.2.1 Vị trí và điều kiện áp dụng1T 15 1T1.5.2.21T 1TPhân loại cửa lấy nước không áp1T 16 1TChương 2: TÍNH TOÁN CỬA NHẬN NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIỆN HÀNH 1T 19 1T2.1 Các phương pháp tính toán1T 19 1T2.1.1 Phương pháp giải tích:1T 19 1T2.1.1.1 Phương pháp Sức bền vật liệu1T 19 1T2.1.1.2 Phương pháp Lý thuyết đàn hồi1T 20 1T2.1.2 Các phương pháp số1T 20 1T2.1.2.1 Phương pháp sai phân hữu hạn1T 21 1T2.1.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn1T 22 1T2.2 Lựa chọn phương pháp tính toán trong luận văn1T 23 1T2.3 Trình bày các mô hình nền thường dùng và chọn mô hình tính toán trong luận văn [1]1T 23 1T2.3.1 Khái niệm về mô hình nền1T 23 1T2.3.4 Mô hình lớp không gian biến dạng tổng thể :1T 29 1TCHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN CỬA NHẬN NƯỚC CÙNG LÀM VIỆC VỚI NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 1T 30 1T1.3 Thiết lập phương trình cơ bản của bài toán dựa trên thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn [6]. 1T 30 1T3.1.1 Nội dung của phương pháp phần tử hữu hạn1T 30 1T3.1.2 Phương pháp tính1T 31 1T3.1.3 Thiết lập hệ thống phương trình cơ bản của bài toán1T 32 1T3.2 Áp dụng tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện Lai Châu.1T 34 1T3.2.1 Giới thiệu chung1T 34 1T3.2.1.1 Vị trí công trình1T 34 1T3.2.1.2 Tóm tắt thông số thiết kế kỹ thuật công trình1T 34 1T3.2.1.3 Hạng mục cửa nhận nước1T 38 1T3.2.2 Tính toán kết cấu cửa nhận nước1T 40 1T3.2.2.1 Qui trình, qui phạm sử dụng trong tính toán1T 40 1T3.2.2.2 Thông số mô hình.1T 41 1T3.2.2.3 Tải trọng tác dụng1T 43 1T3.2.2.4 Tổ hợp tải trọng1T 47 1T3.2.2.5 Các nguyên tắc trong tính toán bố trí cốt thép.1T 48 1T3.2.2.6 Kết quả phân tích ứng suất biến dạng1T 48 1T3.2.2.7 Kết quả tính toán cốt thép các bản mỏng chịu áp1T 54 1T3.2.2.8 Kết quả tính toán cốt thép phần bê tông khối lớn1T 64 1T3.2.2.9 Bố trí cốt thép1T 78 1T3.31T 1TCác ảnh hưởng của nền1T 79 1T3.3.1 Trong bài toán tĩnh1T 79 1T3.3.2 Trong bài toán động1T 82 1T3.3.3 Kết luận1T 83 1TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ1T 84 1TTÀI LIỆU THAM KHẢO1T 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các công trình trên tuyến năng lượng. Hình 1.2: Sơ đồ các kiểu cửa lấy nước Hình 1.3: Cửa lấy nước có áp kiểu bên bờ. Hình 1.4: Cửa lấy nước trong thân đập trọng lực. Hình 1.5: Cửa lấy nước bên bờ có giếng cửa van Hình 1.6: Cửa lấy nước kiểu tháp Hình 1.7: Cửa lấy nước Hủa Na - Quế Phong - Nghệ An Hình 1.8: Cửa lấy nước thủy điện Tuyên Quang Hình 1.9: Cửa lấy nước Thủy điện A Vương Hình 2.1 ÷ Hình 2.9 Hình 3.1 Hình 3.2: Vị trí công trình Hình 3.3: Mặt cắt ngang cửa nhận nước Hình 3.4 : Chính diện thượng lưu Hình 3.5: Mô hình tính toán nhìn từ thượng lưu Hình 3.6: Mô hình tính toán nhìn từ hạ lưu Hình 3.7: Phần tử shell mô hình thành mỏng chịu áp Hình 3.8: Áp lực nước tác dụng lên cửa nhận nước Hình 3.9: Lực cầu trục chân dê tác dụng lên sàn cửa nhận nước Hình 3.10: Tải trọng tác dụng lên sàn cửa nhận nước Hình 3.11: Tổ hợp 1 - Chuyển vị Ux Hình 3.12: Tổ hợp 1 - Chuyển vị Uy Hình 3.13: Tổ hợp 1- Chuyển vị Uz Hình 3.14: Tổ hợp 1- Ứng suất Sz Hình 3.15: Tổ hợp 1 - Ứng suất Sy Hình 3.16: Tổ hợp 1 - Ứng suất Sx Hình 3.17: Tổ hợp 2 - Chuyển vị Ux Hình 3.18: Tổ hợp 2 - Chuyển vị Uy Hình 3.19: Tổ hợp 2 - Chuyển vị Uz Hình 3.20: Tổ hợp 2 - Ứng suất Sx Hình 3.21: Tổ hợp 2 - Ứng suất Sy Hình 3.22: Tổ hơp 2 - Ứng suất Sz Hình 3.23: Ký hiệu các tấm Hình 3.24: Các vị trí mặt cắt tấm 1,2,3 Hình 3.25: Các vị trí mặt cắt trụ 1 và 2 Hình 3.26: Tấm 1 - M và N theo phương X Hình 3.27: Tấm 1 - M và N theo phương Y Hình 3.28: Tấm 2 - M và N theo phương X Hình 3.29: Tấm 2 - M và N theo phương Y Hình 3.30: Trụ 1- Các thành phần nội lực Hình 3.31: Trụ 2- Các thành phần nội lực. Hình 3.32: Tấm 3- Các thành phần nội lực. Hình 3.33: Tấm 1- Các thành phần nội lực Hình 3.34: Tấm P2- Các thành phần nội lực Hình 3.35: Các biểu đồ đường đẳng ứng suất Hình 3.36: Biểu đồ ứng suất Hình 3.37: Các mặt cắt tính toán cốt thép Hình 3.38: Mặt cắt 1-1 :Các Đường đẳng ứng suất Hình 3.39: Mặt cắt 2-2: Đường đẳng ứng suất Sz và Sx Hình 3.40: Mặt cắt 2-2 : Đường đẳng ứng suất Sy Hình 3.41: Mặt cắt 3-3 : Đường đẳng ứng suất Sx và Sz Hình 3.42: Mặt cắt 3-3 : Đường đẳng ứng suất Sy. Hình 3.43: Mặt cắt 4-4: Đường đẳng ứng suất Sz Hình 3.44: Mặt cắt 4-4: Đường đẳng ứng suất Sz Hình 3.45: Mặt cắt 5-5 : Đường đẳng ứng suất Sx Hình 3.46: Mặt cắt 5-5 : Đường đẳng ứng suất Sy và Sz Hình 3.47: Mặt cắt 1-1: Đường đẳng trị cốt thép theo phương z Hình 3.48: Mặt cắt 2-2 : Đường đẳng trị cốt thép phương Z Hình 3.49: Mặt cắt 3-3: Đường đẳng trị cốt thép phương Z Hình 3.50: Mặt cắt 4-4: Đường đẳng trị cốt thép theo phương Z Hình 3.51: Mặt cắt 5-5: Đường đẳng trị cốt thép phương Z. Hình 3.52: Bố trí cốt thép cửa nhận nước Hình 3.53: Trường hợp 1 - Nền không được mô phỏng Hình 3.54: Trường hợp 2 - Nền được mô phỏng Hình 3.55: Kết quả chuyển vị tại đỉnh Ux theo 2 phương án Hình 3.56: Kết quả chuyển vị tại đỉnh Uy theo 2 phương án Hình 3.57: Kết quả chuyển vị tại đỉnh Uz theo 2 phương án Hình 3.58: Gia tốc theo phương X cửa nhận nước trong trường hợp xảy ra động đất MCE. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tiềm năng kinh tế - kỹ thuật thủy điện Việt Nam Bảng 3.1: Các thông số chính của công trình thủy điện Lai Châu Bảng 3.2: Đặc trưng vật liệu Bảng 3.3: Phổ gia tốc với động đất cực đại tin cậy, thành phần nằm ngang (MCE-H) và phổ gia tốc với động đất cơ sở vận hành, thành phần nằm ngang OBE-H cho đập chính dự án thuỷ điện Lai Châu, giai đoạn thiết kế kỹ thuật Bảng 3.4 Bảng 3.5: Thông số của bê tông và cốt thép trong trạng thái giới hạn I Bảng 3.6: Kết quả cốt thép Bảng 3.7: Tần số dao động 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài: Ngày nay, công trình thuỷ điện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng khi mà nhu cầu phát triển kinh tế tăng cao đòi hỏi nhiều năng lượng điện thì thuỷ điện là nguồn năng lượng rẻ nhất cần khai thác triệt để. Ngoài ra nó còn là công trình lợi dụng tổng hợp và phòng chống thiên tai. Vì vậy việc xây dựng các công trình thuỷ điện lợi dụng tổng hợp chống lũ và cấp nước cho hạ du sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao và là mục tiêu quan trọng của công cuộc phát triển đất nước. Cửa nhận nước là công trình đầu tiên trong hệ thống công trình dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện, nó trực tiếp lấy nước từ hồ chứa vào nhà máy đảm bảo cung cấp đủ lượng nước cần thiết theo yêu cầu thủy điện và yêu cầu dùng nước khác. Việc tính toán kết cấu cửa nhận nước nhà máy thuỷ điện là vô cùng quan trọng từ đó xác định hình dạng kết cấu công trình đảm bảo an toàn ổn định trong quá trình vận hành là cần thiết và có tính ứng dụng thực tế cao. 2. Mục đích của Đề tài: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của cửa nhận nước của nhà máy thủy điện để từ đó có biện pháp tính toán xác định hình dạng kết cấu công trình đảm bảo an toàn ổn định trong quá trình vận hành. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: - Trên cơ sở thu thập tài liệu, tìm hiểu về công trình nghiên cứu; - Tìm hiểu về nhà máy thủy điện và cửa nhận nước nhà máy thủy điện - Tìm hiểu về các phương pháp tính toán kết cấu cửa nhận nước - Mô phỏng cửa lấy nước làm việc cùng với nền trong phần mềm ansys. Tính toán ứng suất biến dạng. - Phân tích các ảnh hưởng của nền đến ứng suất biến dạng. 4. Kết quả dự kiến đạt được: - Tính toán ứng suất biến dạng và bố trí cốt thép cửa nhận nước. - Xem xét ảnh hưởng của nền trong tính toán trong bài toán tĩnh và bài toán kể tới động đất. [...]... số hữu hạn số 2.1.2.1 Phương pháp sai phân hữu hạn Phương pháp sai phân hữu hạn là một phương pháp số cổ điển ra đời từ rất lâu, nhưng chỉ từ khi máy tính điện tử phát triển thì phương pháp này mới được áp dụng rộng rãi Phương pháp này cũng là một phương pháp rời rạc hoá, song khác với phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp này là phương pháp rời rạc kiểu toán học, nó không thay đổi gì miền tính toán. .. phương pháp rời rạc kiểu toán học (phương pháp sai phân hữu hạn) 21 - Các phương pháp rời rạc kiểu vật lý (phương pháp phần tử hữu hạn) Nếu như trong phương pháp sai phân hữu hạn ta chỉ thay các vi phân bằng các sai phân thì trong phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ta thay thế hệ thực (hệ liên tục) bằng một mô hình vật lý gần đúng (bằng một số hữu hạn các phần tử) mà lời giải của nó được xác định bằng. .. bài toán như bài toán tính toán thuỷ lực hay khi kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn trong việc giải các bài toán không dừng (bài toán phụ thuộc thời gian) Nhược điểm: - Tính toán tương đối đơn giản nhưng không thuận lợi trong việc lập trình do khi giải trên máy tính thì việc đưa số liệu vào khá cồng kềnh (so với phương pháp phần tử hữu hạn) - Rất khó khăn khi tính toán những bài toán mà miền tính. .. ngưỡng - Cửa bên bờ có hành lang tháo cát - Kiểu chính diện lấy nước mặt Một số hình ảnh công trình cửa lấy nước của trạm thủy điện ở Việt Nam 17 Hình 1.7: Cửa lấy nước Hủa Na - Quế Phong - Nghệ An 18 Hình 1.8: Cửa lấy nước thủy điện Tuyên Quang Hình 1.9: Cửa lấy nước Thủy điện A Vương 19 Chương 2: TÍNH TOÁN CỬA NHẬN NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIỆN HÀNH 2.1 Các phương pháp tính toán Hiện nay, có rất nhiều phương. .. ống dẫn nước cho các trạm thủy điện đặt trong đập bê tông 14 - Cửa lấy nước của nhà máy thủy điện ngang đập : lấy nước trực tiếp từ thượng lưu, dẫn vào nhà máy, yêu cầu về cấu tạo và các thiết bị cũng theo các nguyên tắc nêu trên Cửa lấy nước có chung bản đáy bê tông và là một phần của nhà máy, cùng với nhà máy chiếm một đoạn vị trí của đập ngăn sông Vì vậy nó cùng với nhà máy chịu áp lực nước thượng... tổ máy đầu tiên – 1000MW của nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận Năm 2030 tổng công suất nguồn điện lên tới 137.600MW, trong đó thuỷ điện chỉ còn chiếm 15,3%, nhiệt điện than tăng lên chiếm 56,1%, nhiệt điện dầu - khí 12,7%, công suất các nhà máy điện hạt nhân lên tới 10.700MW với tỷ trọng 7,8%, còn điện nhập khẩu chiếm khoảng 4,6% 1.2 Phân loại nhà máy thủy điện [2] Nhà máy thủy điện có thể làm việc với. .. xác định gồm nhiều miền con có những đặc tính khác nhau Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp rời rạc kiểu vật lý, chia miền tính toán thành các miền con gọi là phần tử Các phần tử liên kết với nhau tại các điểm nút Từ các phương trình vi phân chuyển thành phương trình đại số mà ẩn là chuyển vị nút Giải hệ phương trình vi phân tính được chuyển vị nút, từ đó tính được các đại lượng khác Hàm ẩn xác... đồ khai thác thủy năng kiểu đập với cột nước không quá 35÷40m Bản thân nhà máy là một thành phần công trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng Cửa lấy nước cũng là thành phần cấu tạo của bản thân nhà máy + NMTĐ sau đập được bố trí ngay sau đập dâng nước Khi cột nước cao hơn 30÷45m thì bản thân nhà máy vì lý do ổn định công trình không thể là một thành phần của công trình dâng nước ngay cả... trình thủy điện và chủ yếu đi sâu vào phân tích về hạng mục cửa lấy nước phục vụ công tác nghiên cứu luận văn 1.3.1 Công trình đầu mối Công trình đầu mối bao gồm : đập ngăn nước, tràn xả nước, cống lấy nước - Đập ngăn nước có tác dụng điều tiết dòng chảy làm nhiệm vụ giữ nước tạo hồ chứa để hình thành cột nước phục vụ mục đích tưới cho hạ lưu và làm quay bánh xe công tác cho nhà máy thủy điện Đập ngăn nước. .. dị hướng, không tính được trong giai đoạn thi công, ảnh hưởng động đất… Kết luận: Tính ứng suất biến dạng theo phương pháp Lý thuyết đàn hồi cho kết quả chính xác cao hơn so với phương pháp Sức bền vật liệu Cách tính toán đơn giản, kết quả chấp nhận được Thường được sử dụng trong tính toán thiết kế các công trình cấp III trở xuống 2.1.2 Các phương pháp số Các phương pháp số hay phương pháp rời rạc hóa . 3 : TÍNH TOÁN CỬA NHẬN NƯỚC CÙNG LÀM VIỆC VỚI NỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 1T 30 1T1.3 Thiết lập phương trình cơ bản của bài toán dựa trên thuật toán của phương pháp phần tử hữu hạn. thuật chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: Tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện cùng làm việc với nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn đã được hoàn thành. Tác giả xin tỏ. của phương pháp phần tử hữu hạn1 T 30 1T3.1.2 Phương pháp tính1 T 31 1T3.1.3 Thiết lập hệ thống phương trình cơ bản của bài toán1 T 32 1T3.2 Áp dụng tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện

Ngày đăng: 30/07/2015, 11:55

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • LỜI CẢM ƠN

  • MỞ ĐẦU

    • Tính cấp thiết của Đề tài:

    • 2. Mục đích của Đề tài:

    • 4. Kết quả dự kiến đạt được:

    • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

    • VÀ CÁC CHI TIẾT

      • Sự phát triển của thủy điện Việt Nam [2]

      • 1.2 Phân loại nhà máy thủy điện [2]

        • 1.2.2 Phân theo điều kiện chịu áp lực nước ở thượng lưu

        • 1.2.3 Phân loại theo kết cấu nhà máy

        • 1.3 Tổng quan về các hạng mục của công trình thủy điện [2, 7, 8]

          • 1.3.1 Công trình đầu mối

          • 1.3.2 Công trình trên tuyến năng lượng

            • 1.3.2.1 Công trình lấy nước

            • 1.3.2.2 Đường hầm đường ống áp lực

            • 1.3.2.3 Công trình điều áp

            • 1.3.2.4 Nhà máy thủy điện

            • 1.4 Tác dụng và yêu cầu của cửa lấy nước [2]

              • 1.4.1 Tác dụng của cửa lấy nước

              • Yêu cầu của cửa lấy nước

              • 1.5 Phân loại cửa lấy nước [1]

                • 1.5.1 Cửa lấy nước có áp

                  • 1.5.1.1 Thiết bị đặt trong cửa lấy nước

                  • 1.5.1.2 Hình dạng và cấu tạo cửa lấy nước có áp

                  • 1.5.2 Cửa lấy nước không áp

                    • 1.5.2.1 Vị trí và điều kiện áp dụng

                    • Phân loại cửa lấy nước không áp

                    • Chương 2: TÍNH TOÁN CỬA NHẬN NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIỆN HÀNH

                      • 2.1 Các phương pháp tính toán

                        • 2.1.1 Phương pháp giải tích:

                          • 2.1.1.1 Phương pháp Sức bền vật liệu

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan