Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu ổn định và độ bền của khối phủ Rakunaiv trên đê chắn sóng đá đổ

• Tác giả: Nguyễn Quang Lương
• Người hướng dẫn: GS. Thiều Quang Tuấn
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Biển
• Đề tài: Nghiên cứu ổn định và độ bền của khối phủ Rakuna-IV xếp rối trên đê chắn sóng đá đổ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT & THUẬT NGỮ
• MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết của đề tài
• 2. Thực tiễn việc áp dụng đê chắn sóng đá đổ ở Việt Nam
• 3. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu độ bền của các khối phủ bê tông
• 4. Mục tiêu nghiên cứu
• 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 8. Cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHỐI PHỦ BÊ TÔNG BẢO VỆ CHO ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÁ ĐỔ
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Cơ chế phá hỏng của đê chắn sóng
• 1.3. Các khối phủ bê tông
• 1.3.1. Phân loại khối phủ
• 1.3.2. Lịch sử hình thành và phát triển của khối phủ
• 1.4. Giới thiệu về khối phủ RAKUNA-IV
• 2.1. Tổng quan về ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ bê tông
• 1.1.1. Ổn định thủy lực của các khối phủ bê tông
• 1.1.1.1. Giới thiệu chung
• 1.1.1.2. Các công thức tính toán ổn định thủy lực của khối phủ trên mái nghiêng
• 1.1.2. Độ bền của các khối phủ bê tông
• 1.1.1.1. Giới thiệu chung
• 1.1.1.2. Các tải trọng có thể tạo ra ứng suất trong các khối phủ bê tông [35]
• 1.1.1.3. Các nghiên cứu về độ bền ứng suất của các khối phủ bê tông
• 2.2. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA KHỐI PHỦ TRÊN MÁI ĐÊ CHẮN SÓNG ĐÁ ĐỔ
• 1.1. Tổng quan về thí nghiệm nghiên cứu ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ trên mái đê chắn sóng đá đổ
• 1.1.1. Ổn định thủy lực và mức độ hư hỏng của khối phủ trên mái đê chắn sóng đá đổ
• 2.1.1.1. Các tham số liên quan đến mức độ hư hỏng của lớp phủ
• 2.1.1.2. Đánh giá mức độ hư hỏng của lớp phủ theo tiêu chuẩn
• 1.1.2. Xác định giá trị ứng suất trong các mô hình khối phủ để đánh giá độ bền
• 2.1.2.1. Các tải trọng lên khối phủ bê tông
• 2.1.2.2. Cơ sở để thiết lập sơ đồ và quy trình tính toán xác định độ bền kết cấu của các khối phủ
• 2.1.2.3. Đo đạc ứng suất trong các mô hình khối phủ
• 1.2. Phân tích thứ nguyên và xác định các tham số chi phối cơ bản
• 1.2.1. Giới thiệu chung
• 1.2.2. Xác định các tham số chi phối cơ bản
• 2.2.2.1. Giới thiệu chung
• 2.2.2.2. Tham số chi phối cơ bản đối với nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ
• 2.2.2.3. Tham số chi phối cơ bản đối với nghiên cứu độ bền của khối phủ
• 1.3. Xây dựng mô hình vật lý nghiên cứu ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ RAKUNA-IV trên đê chắn sóng đá đổ
• 1.3.1. Lý thuyết tương tự
• 2.3.1.1. Giới thiệu chung
• 2.3.1.2. Các tiêu chuẩn tương tự thủy lực
• 1.3.2. Xác định tỉ lệ mô hình
• 2.3.2.1. Các ảnh hưởng về mặt tỉ lệ
• 2.3.2.2. Xác định tỉ lệ mô hình
• 1.3.3. Thiết kế mô hình và bố trí thí nghiệm
• 2.3.3.1. Cấu tạo mô hình đê thí nghiệm
• 2.3.3.2. Máng sóng thí nghiệm
• 2.3.3.3. Xây dựng mô hình thí nghiệm
• 2.3.3.4. Bố trí các thiết bị đo
• 1.4. Thiết lập mô hình toán nghiên cứu độ bền của khối phủ RAKUNA-IV
• 1.4.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS Mechanical APDL [47]
• 1.4.2. Sử dụng ANSYS Mechanical APDL trong nghiên cứu độ bền của khối phủ
• 2.4.2.1. Giới thiệu chung
• 2.4.2.2. Thiết lập mô hình thí nghiệm trong ANSYS Mechanical APDL
• 2.4.2.3. Tính toán tần số dao động riêng của mô hình i-RAK và kiểm tra hiện tưởng cộng hưởng
• 2.4.2.4. Xác định hệ số chuyển đổi cho các giá trị ứng suất đo đạc được bằng cảm biến
• 1.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA KHỐI PHỦ RAKUNA-IV
• 1.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.1.1. Xây dựng các kịch bản và trình tự thí nghiệm
• 3.1.2. Các tham số và phương pháp đo đạc
• 3.1.2.1. Thí nghiệm nghiên cứu ổn định thủy lực
• 3.1.2.2. Thí nghiệm nghiên cứu độ bền kết cấu
• 1.2. Phân tích các kết quả thí nghiệm
• 3.2.1. Nghiên cứu ổn định thủy lực của khối phủ RAKUNA-IV
• 3.2.1.1. Đánh giá mức độ hư hỏng của các khối phủ trên mái đê
• 3.2.1.2. Xác định hệ số ổn định KD từ các kết quả thí nghiệm
• 3.2.1.3. Xác định công thức tính toán ổn định theo chỉ số ổn định Ns
• 3.2.2. Nghiên cứu độ bền của khối phủ RAKUNA-IV
• 3.2.2.1. Xác định công thức thực nghiệm tính toán giá trị ứng suất lớn nhất xuất hiện trong khối phủ khi bị xoay lắc dưới tác động của sóng
• 3.2.2.2. Xác định mô đun đàn hồi biểu kiến Ea và hệ số tỉ lệ mô đun đàn hồi (nE)
• 3.2.2.3. Khối lượng lớn nhất cho phép của khối phủ RAKUNA-IV theo độ bền
• 1.3. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LỚP PHỦ MÁI CỦA ĐÊ CHẮN SÓNG CẢNG CHÂN MÂY, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
• 1.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu
• 4.1.1. Tổng quan về khu vực cảng Chân Mây [54]
• 4.1.1.1. Vị trí địa lý
• 4.1.1.2. Điều kiện địa hình
• 4.1.1.3. Điều kiện khí tượng
• 4.1.1.4. Điều kiện thủy hải văn
• 4.1.2. Các điều kiện biên thiết kế
• 4.1.2.1. Bình đồ và mặt cắt ngang thiết kế
• 4.1.2.2. Các tham số sóng
• 1.2. Tính toán thiết kế lớp phủ cho đê chắn sóng bảo vệ cảng Chân Mây
• 4.2.1. Tính toán xác định kích thước và khối lượng của khối phủ theo các công thức ổn định
• 4.2.1.1. Xác định kích thước và khối lượng của khối phủ theo công thức Hudson [1] [3]
• 4.2.1.2. Xác định kích thước và khối lượng của khối phủ theo công thức thực nghiệm về chỉ số ổn định Ns
• 4.2.2. Tính toán các kích thước lớp phủ mái đê
• 4.2.2.1. Chiều dày khối phủ
• 4.2.2.2. Mật độ xếp khối phủ trên mái đê
• 4.2.3. Tính toán kiểm tra độ bền của khối phủ RAKUNA-IV
• 1.3. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 1. Tóm tắt kết quả đã đạt được của luận án
• 1.1. Nghiên cứu tổng quan
• 1.2. Cơ sở khoa học để xây dựng mô hình vật lý và thiết lập mô hình toán để nghiên cứu ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ RAKUNA-IV
• 1.3. Nghiên cứu về ổn định thủy lực và độ bền của khối phủ RAKUNA-IV
• 1.4. Nghiên cứu ứng dụng cho công trình thực tế
• 2. Những đóng góp mới của luận án
• 3. Tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo
• 1.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC A Máng sóng và mô hình đê thí nghiệm
• PHỤ LỤC B Tính toán tỉ lệ mô hình cho lõi đê chắn sóng dạng đá đổ
• PHỤ LỤC C Phân tích và xử lí ảnh và video thí nghiệm

I. Giới thiệu về khối phủ Rakunaiv và đê chắn sóng đá đổ

Khối phủ Rakunaiv là một giải pháp kỹ thuật tiên tiến được sử dụng để bảo vệ đê chắn sóng đá đổ khỏi tác động của sóng biển. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ổn định và độ bền của khối phủ này trong điều kiện thực tế. Đê chắn sóng đá đổ là công trình biển quan trọng, thường xuyên chịu tác động mạnh từ sóng và dòng chảy. Việc sử dụng khối phủ Rakunaiv giúp tăng cường khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ của công trình.

1.1. Cơ chế phá hỏng của đê chắn sóng

Các đê chắn sóng đá đổ thường bị hư hỏng do tác động liên tục của sóng và dòng chảy. Các nguyên nhân chính bao gồm xói mòn, dịch chuyển đá, và nứt vỡ khối phủ. Khối phủ Rakunaiv được thiết kế để giảm thiểu các hư hỏng này bằng cách tăng cường liên kết giữa các khối và phân bố lực đều hơn.

1.2. Lịch sử phát triển của khối phủ Rakunaiv

Khối phủ Rakunaiv được phát triển bởi công ty Nikken Kogaku của Nhật Bản. Nó đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình biển tại Nhật Bản và một số quốc gia khác. Khối phủ này có hình dạng độc đáo, giúp tăng khả năng chịu lực và ổn định dưới tác động của sóng.

II. Phương pháp nghiên cứu ổn định và độ bền

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp thí nghiệm vật lý và mô hình toán học để đánh giá ổn định và độ bền của khối phủ Rakunaiv. Các thí nghiệm được thực hiện trong máng sóng, mô phỏng điều kiện sóng thực tế. Mô hình toán học sử dụng phần mềm ANSYS Mechanical APDL để phân tích ứng suất và biến dạng của khối phủ.

2.1. Thí nghiệm trong máng sóng

Các thí nghiệm được tiến hành trong máng sóng với các kịch bản sóng khác nhau. Khối phủ Rakunaiv được xếp rối trên mô hình đê chắn sóng đá đổ. Kết quả thí nghiệm giúp xác định mức độ hư hỏng và hệ số ổn định của khối phủ.

2.2. Phân tích ứng suất bằng ANSYS

Phần mềm ANSYS Mechanical APDL được sử dụng để mô phỏng ứng suất và biến dạng của khối phủ Rakunaiv dưới tác động của sóng. Kết quả phân tích giúp xác định các điểm yếu trong cấu trúc và đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thiết kế.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tế

Nghiên cứu đã xác định được các công thức tính toán ổn định và độ bền của khối phủ Rakunaiv. Các kết quả này được áp dụng vào thiết kế lớp phủ cho đê chắn sóng cảng Chân Mây, tỉnh Thừa Thiên Huế. Kết quả cho thấy khối phủ Rakunaiv có khả năng chịu lực tốt và giảm thiểu hư hỏng đáng kể.

3.1. Ứng dụng tại cảng Chân Mây

Kết quả nghiên cứu được áp dụng vào thiết kế lớp phủ cho đê chắn sóng cảng Chân Mây. Các tính toán cho thấy khối phủ Rakunaiv đáp ứng được các yêu cầu về ổn định và độ bền trong điều kiện sóng mạnh.

3.2. Đánh giá hiệu suất

Các đánh giá hiệu suất cho thấy khối phủ Rakunaiv có khả năng chịu lực tốt hơn so với các loại khối phủ truyền thống. Nó giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ của công trình.