Tải bản đầy đủ
…..Chi tiết buồng tháp van

…..Chi tiết buồng tháp van

Tải bản đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

CHƯƠNG 10 : TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM
10.1.Mục đích và các trường hợp tính toán
10.1.1.Mục đích tính toán
Mục đích của việc tính toán kết cấu cống ngầm là xác định nội lực trong các bộ
phận cống để bố trí thép
10.1.2.Trường hợp tính toán
- Khi công trình mới thi công xong, cống chưa có nước.
- Khi công trình làm việc bình thường, mực nước thượng lưu là MNDBT cống mở
để lấy nước ứng với lưu lượng thiết kế .
- Khi thượng lưu là MNLTK, cống đóng không lấy nước.
- Khi có lực động đất ...
- Trong đồ án này, trường hợp tính toán thiết kế là: MNLTK ở thượng lưu , cống
đóng không lấy nước. .
10.2.Tài liệu cơ bản và yêu cầu thiết kế
10.2.1.Tài liệu cơ bản.
a.Vị trí và kết cấu cống ngầm
Cống ngầm lấy nước được đặt ở bờ phai của đập , cửa vào cống cách tháp van
50m , cửa ra của cống cách tháp van 90m.
Đáy của cửa vào của cống được đặt ở cao trình +509,96m, đáy cửa ra của cống đặt
ở cao trình +509,82m , tổng chiều dài của cống là 140m
Cống dạng cống hộp , được làm bằng bê tong cốt thép M200 . mặt cắt ngang có
các kích thước như hình 10.1

Trang 159

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Hình 10.1 : Mặt cắt ngang thân cống
b. Lực tác dụng lên cống trong trường hợp tính toán
* Các lực tác dụng :
Khi thượng lưu là MNDBT , cống đóng không lấy nước , các lực tác dụng lên
cống với mặt cắt giữa đỉnh đập bao gồm :
- Trọng lượng bản than cống
- Áp lực đất
- Áp lực nước tác dụng bên ngoài cống.
* Số liệu và chỉ tiêu tính toán

- Tại mặt cắt tính toán ta có các thông số sau :
+ Cao trình đặt cống :
+ Cao trình đỉnh cống :

=(509,82+509,96)/2=509,89m

datcong

dinhcong

= 509,89+2,4=512,29m

+ Cao trình đất đắp (cao trình đỉnh đập) :

dinhdap

Đất đắp có các chỉ tiêu cơ lý sau:
γtn =1,971 T/m3 ; γbh=2,01 T/m3 ; γđn=1,41 T/m3
C=4,5 T/m2
=250
- Bê tông M200 có :

γb =2,4 T/m3\
Rn=90 daN/cm2 ; Rk=7.5 daN/cm2
Eb=2,4.105 daN/cm2
Mb=1.0
Trang 160

=528,6m

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Cốt thép : Dùng cốt thép CII có :
Ea= 2,1.106 daN/cm2
Ra=Ra’=2700 daN/cm2
ma=1.1
10.2.2.Yêu cầu thiết kế
Khi tính toán thiết kế phải đảm bản các yêu cầu sau :
Công trình và nền của nó phải đảm bảo an toàn và ổn định và biến dạng
Kết cấu cống phải đủ khả năng chịu lực trong quá trình làm việc
Kết cấu cống không vượt quá giới hạn cho phép về biến dạng ,khe nứt cho phép
trong quá trình làm việc
Bố trí cốt thép phải hợp lý và kinh tế
10.3.Xác định các lực tác dung lên cống
Xét một đoạn cống có chiều dài 1m để tính toán, các lực tác dụng lên cống như
sau:

Mặt đất đắp

P2

Mực nước ngầm

Z1

q1
q2
q 4 P1

Z2

P1
q5

P'2

P'1

P2

q5

q 6 P'1
r
q3

P'2

Hình 10.2: Sơ đồ lực tác dụng lên cống
Trong đó:

Trang 161

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
+
+
+
+
+
+
+
+
+

Thiết kế hồ chứa

q1: áp lực đất trên đỉnh cống
q2: áp lực nước trên đỉnh cống
q3: áp lực nước dưới đáy cống
q4: trọng lượng bản thân tấm nắp trên cống
q5: trọng lượng bản thân tấm bên cống
q6:trọng lượng bản thân tấm đáy cống
r: phản lực nền
P1; P1’: áp lực đất bên thành cống trên đỉnh và đưới đáy
P2; P2’: áp lực nước ngoài cống tác dụng lên thành cống trên đỉnh và đưới đáy

10.3.1.Xác định đường bão hòa trong thân đập
a.Sơ đồ tính

Trang 162

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Y

A

+528,6

L

A

L

MNDBT

Trang 163

X

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Hinh 10.3: Sơ đồ tính thấm qua đập tại mặt cắt cống ngầm
Ta chọn mặt cắt tính thấm ở cao trình đỉnh cống +512,29m.
Sơ đồ tính thấm cho mặt cắt trên cống là đập trên cống không thấm, hạ lưu không
có nước
- Lưu lượng thấm qua đập được tính theo hệ phương trình:
qđ = k đ .

H 12 − a 0 2
2(L+∆L)

Trong đó:
H1: chiều cao nước thượng lưu :H1=525,35-512,29=13,06m
a0: Chiều sâu dòng thấm tại điểm đầu vật thoát nước lăng trụ , vì cao trìnhđỉnh
cống cao hơn đỉnh lăng trụ nên a0=0
∆L: Chiều dài dòng thấm thượng lưu biến đổi
∆L =

m1 h 1
3,5.13, 06
=
2m1 + 1 2.3,5 + 1

=5,71m

L=(528,6-525,35).3,5+6+(528,6-514).3+3+(514-512,29).3,25=69,73m
13, 062
Vậy ta có qđ=2,3.10-6. 2.(5, 71 + 69, 73) =2,6.10-6

- Phương trình đường bão hòa là:
y=

2

h1 −

2q
2.2,6
x = 13, 062 −
x

2,3

Vậy phương trình đường bão hòa y = 170,56 − 2, 26x
b.Xác định cao trình đường bão hòa tại mặt cắt tính toán
Mặt cắt nguy hiểm nhất của cống là mặt cắt A-A , khoảng cách từ gốc tọa độ tới
mặt cắt này là x=∆L+(528,6-525,35).3,5=17,09m
y = 170,56 − 2, 26.17, 09 =11,49m
Cao trình đưởng bão hòa tại mặt cắt tính toán :
dbh

Trang 164

=

+11,49=523,78m

dinhcong

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

10.3.2.Áp lực đất
10.3.2.1. Áp lực đất trên đỉnh cống
q1=K . ∑ γ i .Z i
Trong đó :Zi và

I

là chiều dày và dung trọng của lớp đất trên đỉnh cống

Chiều cao từ mặt đất đắp đến đường bão hòa :
Z1=

dinhdap

-

dbh

=528,6-523,78=4,82m

-Chiều cao từ đường bảo hòa tới đỉnh cống :
Z2=

dbh

-

=523,78-512,29=11,49m

dinhcong

- Dung trọng tự nhiên của đất đắp: γ tn = 1, 971(T / m3 )
- Dung trọng đẩy nổi của đất đắp: γdn = 0,97(T/m3 )
- K : là hệ số tập trung áp lực đất, phụ thuộc vào tính chất đất nền, phương pháp đặt
cống, chiều sâu chôn cống và tỷ số

H
. Trong đồ án này cống được đặt trong nền.
D1

=> K=1
=>q1=1.(1,971.4,82+0,97.11,49)=20,65 (T/m)
10.3.2.2. Áp lực đất 2 bên thành cống (p1,p2)
Biểu đồ áp lực 2 bên thành cống có dạng hình thang :
Trên đỉnh:

Dưới đáy:

Trong đó :
+q1’=q1+γdn.Hc=20,65 +0,97.2,4=22,97 (T/m)

Trang 165

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

+φ=250 –Góc ma sát trong bão hòa đất .

2
10.3.3.Áp lực nước
Trên đỉnh:
Hai bên:

Dưới đáy:
10.3.4.Trọng lượng bản thân cống
10.3.4.1.Tấm nắp
q4 = γ bt × t = 2, 4 × 0, 4 = 0,96(T / m)

Với tn=0,4m là chiều dày nắp cống
10.3.4.2.Tấm bên (phân bố theo phương đứng)
q5 = γ bt × t = 2, 4 × 0, 4 = 0,96(T / m)

Với tb=0,4m là chiều dày tấm bên
10.3.4.3. Tấm đáy
q6 = γ bt × t = 2, 4 × 0, 4 = 0,96(T / m)

Với td=0,4m là chiều dày tấm đáy
10.3.5.Phản lực nền

Trang 166

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

Theo phương ngang coi phản lực nền phân bố đều
Để xác định phản lực nền xét cân bằng lực theo phương đứng:
2.q5 .( H c − td − tn )
− q3
B
2 × 0,96 × (2, 4 − 0, 4 − 0, 4)
= 20, 65 + 11, 49 + 0,96 + 0,96 +
− 13,89 = 23,58(T / m)
1,8
r = q1 + q2 + q6 + q4 +

Với B=bc+2tb=1+2.0,4=1,8 (m)
10.3.6. Sơ đồ lực cuối cùng

Các lực thẳng đứng
Lực phân bố trên đỉnh:
Tải trọng tiêu chuẩn : qtc = q1 + q2+ q4= 33,1(T/m)
Tải trọng tính toán : q = 1,1.q1 + 1.q2+ 1,05.q4= 35,21 (T/m)
Trong đó: các hệ số 1,1:1:1,05 là các hệ số vượt tải (tra trong QCVN 04-05-2012)


Các lực phân bố 2 bên thành
Tải trọng tiêu chuẩn : q5tc = 0,96(T/m)
Tải trọng tính toán : q = 1,05.q5tc= 1,01(T/m)
 Lực phân bố dưới đáy:
Tải trọng tiêu chuẩn : qtc = r + q3- q6= 36,51(T/m)
Tải trọng tính toán : q = 1,1.r + 1.q3+ 1,05.q6= 38,82(T/m)

10.3.6.2.Các lực nằm ngang
* Bộ phận đều:
Tiêu chuẩn :Ptc = P1+ P2 =8,38+11,49=19,87(T/m)
Tính toán : Ptt = 1,2.P1+ P2 =21,55(T/m)
* Bộ phận tuyến tính:
Tiêu chuẩn : P’tc = (P1’ – P1) + (P2’ – P2)
=(9,32-8,38) +( 13,89-11,49) =3,34 (T/m).
Tính toán:

Trang 167

P’ = 1,2.(P1’ – P1) + 1.(P2’ – P2) =3,53 (T/m).

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

q

n

p

p

q5

p'

r

p'

Hình 10.4 : Sơ đồ lực cuối cùng tác dụng lên cống ngầm

Bảng 10-1: Giá trị các lực tác dụng lên cống.
Tải trọng

Hệ số

Tải trọng

Thành phần lực

Kí hiệu

Áp lực đất trên đỉnh cống

q1(T/m)

20,65

1.1

11.351

Áp lực nước trên đỉnh cống

q2(T/m)

11,49

1

8.622

Áp lực nước dưới đáy cống

q3 (T/m)

13,89

1

11.022

Trọng lượng bê tông tấm nắp

q4 (T/m)

0.96

1.05

1.008

Trọng lượng bê tông tấm bên

q5 (T/m)

0.96

1.05

1.008

Trọng lượng bê tông tấm đáy

q6 (T/m)

0.96

1.05

1.008

Áp lực đất hai bên thành cống

P1 (T/m)

8,38

1.2

6.071

Áp lực đất hai bên thành cống

P'1 (T/m)

9,32

1.2

7.44

Áp lực nước hai bên thành cống

P2 (T/m)

11,49

1

8.622

Áp lực nước hai bên thành cống
Phản lực nền
Lực thẳng đứng trên đỉnh
Lực nằm ngang phân bố đều
Lực nằm ngang tuyến tính
Lực thẳng đứng dưới đáy

P'2 (T/m)
r(T/m)
q (T/m)
P (T/m)
P' (T/m)
qn (T/m)

13,89
23,58
33,1
19,87
3,34

1

11.022
23,58
35,21
21,55
3,53

10.4.Xác định nội lưc cống ngầm

Trang 168

tiêu chuẩn vượt tải

36,51

tính toán

38,82

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Thiết kế hồ chứa

10.4.1.Mục đích tính toán.
Thông qua tính toán nội lực chúng ta biết chính xác các giá trị nội lực ở các vị trí
cống khác nhau, phục vụ cho tính toán bố trí côt thép sau này
10.4.2.Phương pháp tính toán
Để đơn giản tính toán ta sử dung phương pháp phần tử hữu hạn để tính và xác định
nội lực của kết cấu. ứng dụng phần mêm sap 2000
10.4.3.Nội dung tính toán
Ta tiến hành chuyển mặt cát tính toán của cống có độ dày về mặt cắt không có độ
dày . Trong khi đó ta chuyển các lực tác dụng lên cống về các lực tính toán đối với mặt
cống đã chuyển đổi . Sau đó mô hinhg bài toán bằng phương pháp sap 2000
Sơ đồ tính toán kết cấu cống ngầm tại mặt cắt tính toán sau khi chuyển đổi như sau :
100
140

40

160

Hình 10.5 : Mặt cắt tính toán
Các thông số tính toán :
-Vật liệu bê tông M200
- E=2,4.107 KN/m2
- γ=24 KN/m2
- µ=0.2
- Hệ số nền của đất á sét k=1000 KN/m2
Các bước tính toàn dung phần mềm SAP2000:
Mở phần mềm và chọn đơn vị KN,m,C.

Trang 169

200