Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 20. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM

CHƯƠNG 20. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 162



Ngành kỹ thuật



cơng trình



-



Tại mặt cắt tính tốn ta có các thơng số sau :

+ Cao trình đặt cống: đặt cống = 509.73 – 0.5 = 509.23 (m).

+ Cao trình đỉnh cống:đỉnh cống = 509.23 + 2.6 = 511.83 (m).

+ Cao trình đất đắp : đỉnh đập = 529.7 (m).



-



Đất đắp đập có các chỉ tiêu cơ lý như sau :

tn = 1.97 (T/ m3)

bh = 2.01 (T/ m3)

dn = 1.01 (T/ m3)

φ = 250



- Bê tơng M200 có :

b = 2.4 (T/m3)

Rn = 90 (daN/cm2)

Rk = 7.5 (daN/cm2)

Eb = 2.4×10-5 (daN/cm2)

mb = 1.0

-



Cốt thép: Dùng cốt thép nhóm CII có :

Ea = 2.1×10-6 (daN/cm2)

Ra = Ra’= 2700 (daN/cm2)

ma = 1.1

min = 0.05%



-



Hệ số độ tin cậy kn (với cơng trình cấp II), kn = 1.15



20.2.2.u cầu thiết kế:

Khi tính tốn thiết kế phải đảm bảo các u cầu sau:

- Cơng trình và nền của nó phải đảm bảo an tồn về ổn định và biến dạng.

- Kết cấu cống phải đủ khả năng chịu lực (không vượt quá giới hạn về cường

độ và ổn định) trong quá trình làm việc.

- Kết cấu cống không vượt quá giới hạn cho phép về biến dạng, khe nứt cho

phép [an] trong quá trình làm việc.

- Bố trí cốt thép phải hợp lý và kinh tế.



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 163



Ngành kỹ thuật



cơng trình



20.3. Xác định các ngoại lực tác dụng lên cống.

Xét 1m chiều dài cống tại vị trí đi qua đỉnh đập, mặt cắt bất lợi nht i vi

cng.

S ngoi lc tỏc dng lờn cng:

Mặ



ất đ



p

Z1



Mực nƯ ớ c ngầm



p2



q1

q2

q4



p1

q5

t



p2'



p1'



Z2

p1



p2



q5

bc



H



p1'



B



p2'



q6

q3

r



Hỡnh 12-1. S tớnh toỏn lực tác dụng lên cống

Trong đó:

Z1: Chiều cao khối đất trên đỉnh cống (trên mực nước ngầm)

Z2: Chiều cao từ đỉnh cống đến mực nước ngầm.

q1: Áp lực đất trên đỉnh cống.

q2: Áp lực nước trên đỉnh cống.

q3: Áp lực nước dưới đáy cống

q4: Trọng lượng tấm nắp cống.

q5: Trọng lượng tấm bên cống.

q6: Trọng lượng tấm đáy cống.

qr: Phản lực nền.

P1, P1’: Áp lực đất bên tác dụng vào cống.

P2, P2’: Áp lực nước bên ngoài tác dụng vào thành cống.

Sau đây ta sẽ lần lượt xác định giá trị các lực trên:



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 164



Ngành kỹ thuật



công trình



20.3.1.Áp lực đất:

20.3.1.1. Xác định đường bão hòa:

a. Xác định đường bão hòa trong thân đập:

Tiến hành tính tốn thấm cho mặt cắt sườn đồi đi qua tuyến cống tương tự

như mục (9.2.6.3) – Chương 9: Thiết kế đập đất.



600 529.7



MNLTK =526.93



300 516



h1

509.23



h3



a0



L



Hình 12-2. Sơ đồ tính tốn thấm cho mặt cắt sườn đồi tại vị trí đặt cống

 Tính tốn:

Phương pháp tính phân đoạn: ta chia ra làm 3 đoạn, đoạn 1 là tường nghiêng

mềm, đoạn 2 từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2, đoạn 3 là phần nêm hạ lưu.

Lưu lượng thấm q, cột nước h3 sau tường nghiêng và độ cao hút nước a0 xác

định từ hệ sau:

h12  h32  z02

q= K 0 .

2. . sin 



h32  a02

q = Kd .

2.( L  m1.h3  m2 .ao )

a



0

q = K d . m  0 .5

2



Trong đó:

Kđ : Hệ số thấm của đập, Kđ = 2.9×10-6 (m/s)

K0 : Hệ số thấm của thiết bị chống thấm, K0 = 2.1×10-8 (m/s).

Kn : Hệ số thấm của nền, Kn = 10-5 (m/s)

: Chiều dày trung bình tường nghiêng.

 = (1+2.5)/2 = 1.75 (m)

h1: Thượng lưu là MNLTK, h1 = MNDBT - Zđáy = 526.93 – 509.23 = 17.7(m)

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 165



Ngành kỹ thuật



cơng trình



m1: Hệ số mái thượng lưu, m1 = 3.5

mt: Hệ số mái thượng lưu lăng trụ thoát nước, mt = 1.0

z0 = .cos = 1.75×cos(15056’) = 1.68(m)

L = 143.07 (m)

Sin α = sin 15056’ = 0.27

 q 2.6 10  6 (m 2 / s )

Thay số giải hệ phương trình ta được:  a 3.1(m)

 0

 h 13.0(m)

 3



-



Phương trình đường bão hoà:



Y 2 h32 



6

2q

2q

)

X Y  h32 

X  132  2 (2.6 10

X  169  1.79 X



6

Kd

Kd

2.9 10



b. Xác định đường bão hòa tại mặt cắt tính toán:

Xác định khoảng cách từ gốc toạ độ đến mặt cắt giữa đỉnh đập: x = 26.04(m).

Thay vào phương trình đường bão hoà ta được:

y  169  1.79 26.04 11 .06 (m).



Cao trình đường bão hồ tại mặt cắt tính tốn:

đbh = đáy MC + 11.06 = 509.23 + 11.06 = 520.29 (m).

Vậy:

Chiều cao từ mặt đất đắp đến đường bão hoà:

Z1 = Zdd - Zdbh = 529.7 – 520.29 = 9.41 (m)

Chiều cao từ đường bão hoà tới đỉnh cống:

Z2 = Zdbh - Zdinhcong = 520.29 – 511.83 = 8.56 (m)

20.3.1.2. Áp lực đất trên đỉnh cống:

Áp lực đất trên đỉnh được xác định theo công thức sau:

-



q1 = KT.i.Zi



(12-1)



Trong đó:

+ Zi : chiều dày lớp đất thứ i.

Chiều cao từ mặt đất đắp đến đường bão hoà, Z1 = 9.41 (m)

Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 166



Ngành kỹ thuật



công trình



Chiều cao từ đường bão hồ tới đỉnh cống, Z2 = 8.56 (m)

+ i: Dung trọng của lớp đất thứ i.

Phần trên đường bão hòa tính theo dung trọng tự nhiên, tn = 1.97 (T/m3).

Phần dưới đường bão hòa tính theo dung trọng đẩy nổi, đn = 1.01 (T/m3)

+ K: hệ số phụ thuộc vào điều kiện đặt cống. Vì cống nằm trong mặt đất tự

nhiên, do đó trường hợp này cống đặt trong hào. Do ảnh hưởng của ma sát giữa

thành hào với đất đắp làm giảm tác dụng khối đất đắp lên cống

H

K  f  

 D1 



Trong đó:

+ H: Chiều cao cột đất tính từ đỉnh cống tới mặt đất tự nhiên

H = Zdd - Zdinhcong = 529.7 – 511.83 = 17.97 (m)

+ D1: Chiều rộng cống, D1 = 1.0 + 0.5 + 0.5 = 2.0 (m)





H 17.97



8.99

D1

2 .0



Tra bảng (15-4) - Giáo trình Thủy cơng tập II với cống đặt trên nền đá ta

được: K = 1.7

Thay các giá trị vào công thức (12-1):

q1 = 1.7×(9.41×1.97+8.56×1.01) = 46.21 (T/m).



20.3.1.3. Áp lực đất hai bên thành cống:

-



Biểu đồ áp lực 2 bên có dạng hình thang :

p1 = q1×tan2(45o – /2) (trên đỉnh)



(12-2)



p1’= q1’×tan2(45o - /2) (dưới đáy)



(12-3)



Trong đó:

+ q1 = 46.21 (T/m)

+ q1’= q1 + đn.H; đn = 1.01 (T/m3); H: Chiều cao cống, H = 2.5 (m)

+ : Góc ma sát trong bão hòa của đất,  = 250

Thay số liệu vào công thức (12-2) và (12-3) có áp lực hai bên thành cống:



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 167



Ngành kỹ thuật



cơng trình



250

Trên đỉnh : p1 = 46.21×tan (45 –

) = 18.75 (T/m)

2

2



o



250

Dưới đáy: p1’= (46.21+1.01×2.5)×(tan (45 –

)) = 19.78 (T/m)

2

2



o



20.3.2.Áp lực nước:

Áp lực nước tác dụng lên đỉnh cống, hai bên và dưới đáy cống.

Áp lực nước trên đỉnh cống:

q2 = n.Z2 = 1.0×8.56 = 8.56 (T/m)

-



Áp lực nước hai bên cống:

p2 = n.Z2 =1.0×8.56 = 8.56 (T/m)

p2’ = n.(Z2 + H) =1.0×(8.56 + 2.5) = 11.06 (T/m).



-



Áp lực nước dưới đáy cống:

q3 = n.(Z2 + H) =1.0×(8.56 + 2.5) = 11.06 (T/m).



20.3.3.Trọng lượng bản thân:

-



Tấm nắp: q4 = b.tn = 2.4×0.5 = 1.2 (T/m).

tn: Chiều dày tấm nắp, lấy tn = 0.5 (m)



-



Tấm bên (phân bố theo phương đứng): q5 = b.tb = 2.4×0.5 = 1.2 (T/m).

tn: Chiều dày tấm bên, lấy tn = 0.5 (m)



-



Tấm đáy: q6 = b.tđ = 2.4×0.5 = 1.2 (T/m)

tđ: Chiều dày tấm đáy, lấy tđ = 0.5 (m).



20.3.4.Phản lực nền:

Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc vào loại nền và cách đặt cống.

Thường phản lực r phân bố khơng đều nên trong tính tốn ta xem gần đúng nó phân

bố đều. Khi đó:

r = q1 + q2 + q4 + q6 – q3 + 2.



q5 ( H  t d  t n )

B



(12-4)



Trong đó:

+ H: Chiều cao mặt cắt ngang cống, H = 2.6 (m).



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 168



Ngành kỹ thuật



cơng trình



+ B: Chiều rộng mặt cắt ngang cống, B = 2.0 (m).

+ tn, tđ: Chiều dày tấm nắp và tấm đáy cống, tn = tđ = 0.5 (m).

Thay số vào công thức (12-4) ta được:

1.2 (2.6  0.5  0.5)

2 .0



r = 46.21 + 8.56 + 1.2 + 1.2 – 11.06 + 2 

= 48.03 (T/m)

20.3.5.Sơ đồ lực cuối cùng:

20.3.5.1. Các lực thẳng đứng:

-



Phân bố trên đỉnh:

+ Tải trọng tiêu chuẩn: qtc = q1 + q2 + q4 = 46.21 + 8.56 +1.2 = 55.97 (T/m).

+ Tải trọng tính tốn: qtt = 1.1×q1 + 1×q2 + 1.05×q4

= 1.1×46.21 + 1×8.56 + 1.05×1.2 = 60.651 (T/m).

Trong đó: Các hệ số 1,1; 1 và 1,05 là các hệ số vượt tải được tra trong bảng 2



(trang 47) – QCVN 04-05-2012.

- Phân bố hai bên thành:

+ Tải trọng tiêu chuẩn: qtc = q5 = 1.2 (T/m).

+ Tải trọng tính tốn: qtt = 1.05× q5 = 1.05×1.2= 1.26 (T/m).

-



Phân bố dưới đáy:

+ Tải trọng tiêu chuẩn: q tc = r + q3 – q6 = 48.03+ 11.06 – 1.2 = 57.89 (T/m).

+ Tải trọng tính tốn: qtt = 1.1×r + 1×q3 – 1.05×q6

= 1.1×48.03 + 1×11.06 – 1.05×1.2 = 62.633 (T/m).



20.3.5.2. Các lực nằm ngang:

Phân tải trọng ngang làm hai bộ phận: bộ phận phân bố đều p và bộ phận

tuyến tính p’.

-



Bộ phận phân bố đều:

+ Tiêu chuẩn: ptc = p1 + p2 = 18.75 + 8.56 = 27.31 (T/m).

+ Tính tốn: ptt = 1.2×p1 + 1×p2 = 1.2×18.75+1×8.56 = 31.06 (T/m).



-



Bộ phận tuyến tính:

+ Tiêu chuẩn: p’ttc = (p1’ – p1) + (p2’ – p2)

= (19.78 – 18.75) +(11.06 – 8.56) = 3.53 (T/m).

+ Tính tốn: p’ttt = 1.2×(p1’ – p1) + 1×(p2’ – p2)

= 1.2×(19.78 – 18.75) +1×(11.06 – 8.56) = 3.736 (T/m).



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 169



Ngành kỹ thuật



cơng trình



q



p



p



q5



q5



pt



pt



qn



Hình 12-3. Sơ đồ ngoại lực cuối cùng tác dụng lên cống

Tổng hợp kết quả tính toán các ngoại lực tác dụng lên cống được thể hiện

trong bảng sau:

Bảng 12-1. Bảng tổng hợp ngoại lực tác dụng lên cống

Tải trọng



Hệ số



Tải trọng



tiêu chuẩn



lệch tải



tính tốn



q1(T/m)



46.21



1.1



50.831



Áp lực nước trên đỉnh cống



q2(T/m)



8.56



1



8.56



3



Áp lực nước dưới đáy cống



q3 (T/m)



11.06



1



11.06



4



Trọng lượng bê tông tấm nắp



q4 (T/m)



1.2



1.05



1.26



5



Trọng lượng bê tông tấm bên



q5 (T/m)



1.2



1.05



1.26



6



Trọng lượng bê tông tấm đáy



q6 (T/m)



1.2



1.05



1.26



7



Áp lực đất hai bên thành cống



p1 (T/m)



18.75



1.2



22.5



8



Áp lực đất hai bên thành cống



p'1 (T/m)



19.78



1.2



23.736



p2 (T/m)



8.56



1



8.56



p'2 (T/m)



11.06



1



11.06



STT



Thành phần lực



Kí hiệu



1



Áp lực đất trên đỉnh cống



2



9

10



Áp lực nước hai bên thành

cống

Áp lực nước hai bên thành

cống



11



Phản lực nền



r (T/m)



48.03



52.867



12



Lực thẳng đứng trên đỉnh



q (T/m)



55.97



60.651



13



Lực nằm ngang phân bố đều



p (T/m)



27.31



30.06



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 170



Ngành kỹ thuật



cơng trình



14



Lực nằm ngang tuyến tính



pt' (T/m)



3.53



3.736



15



Lực thẳng đứng dưới đáy



qn (T/m)



57.89



62.633



20.4. Xác định nội lực cống ngầm.

20.4.1.Mục đích:

Tính tốn nội lực cống ngầm để xác định chính xác các giá trị nội lực ở

những vị trí khác nhau của cống để phục vụ cho việc tính tốn bố trí cốt thép.

20.4.2.Phương pháp tính tốn:

Mặt cắt ngang của cống là khung siêu tĩnh bậc III. Theo cơ học kết cấu để

xác định nội lực trong cống ta có một số phương pháp sau:

- Phương pháp lực

- Phương pháp chuyển vị

- Phương pháp phần tử hữu hạn

- Phương pháp tra bảng.

Để đơn giản tính tốn ta sử dụng phương pháp tra bảng để tính và xác định

nội lực của kết cấu.

20.4.3.Ngun tắc tính tốn:

1. Tiến hành chuyển mặt cắt thực tế của cống (có độ dày thành cống t =

0.4m) về dạng khung, để áp dụng các công thức của cơ học kết cấu (khơng có độ

dày). Kích thước của khung lấy bằng đường trung bình mặt cắt thực tế cống, tức là:

l x h = (1+ 0.5) × (1.6 + 0.5) = 1.5 x 2.1 (m)

Đường nét đứt chỉ phía mơ men có dấu (+).

Sơ đồ tính tốn kết cấu cống ngầm tại mặt cắt tính tốn sau khi chuyển đổi như

sau:



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 171



Ngành kỹ thuật



cơng trình



5



B



5



0

0



1

J



C



2



260



3



2

10



100



J1

A



200



J

2l =2



1



4

J h =

2.1m

D



1.5m

Hình 12-4. Sơ đồ tính tốn kết cấu cống ngầm dạng khung

Theo bảng (2.5.8) trang 223 - Sổ tay tính tốn thủy lợi tập 1, phần 1 (2006),

có:

k=



I2

;

I1



J1

;

h



I1 



b.t

b.h 3

 b

J1 =

12

12



J2 =



b.h 3 b.t n



12

12



3



I2 



J2

l



(12-5)



1 0.53

0.0104 (m4)

=

12



3



=



1 0.53

0.0104 (m4)

12



Trong đó:

tb: Chiều dày tấm bên, tb = 0.5 (m)

tn: Chiều dày tấm nắp, tn = 0.5 (m)

I



J .h



0.0104 2.1



1

2

→ k  I  J .l  0.0104 1.5 1.4

2

1



2. Chuyển các lực tác dụng lên cống về các lực tính tốn đối với mặt cắt

cống chuyển đổi. Áp dụng nguyên lý cộng tác dụng để xác định nội lực cho từng bộ

phận, từng mặt cắt của cống. Tức là với mọi loại lực, đưa về sơ đồ lực cơ bản để có

thể áp dụng phương pháp tra bảng. Sau đó, áp dụng nguyên lý cộng tác dụng để

cộng các thành phần lực lại, được biểu đồ nội lực cuối cùng của kết cấu.

-



Quy ước về dấu:

+ Mômen làm căng thớ trong sẽ mang dấu dương.

+ Lực dọc trục nén mang dấu dương.



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Đồ án tốt nghiệp kỹ sư



Trang 172



Ngành kỹ thuật



cơng trình



20.4.4.Nội dung tính tốn:

20.4.4.1. Xác định và vẽ biểu đồ mômen kết cấu:

a. Sơ đồ 1: M1

Tải trọng phân bố đều ở phía trên là q, ở phía dưới là q n, hai bên thành

cống khơng có lực tác dụng.



Hình 12-5



Hình 12-6



Sơ đồ tính tốn

Biểu đồ mơ men

Cơng thức xác định mômen tại các điểm như sau (tra bảng 2-26 trong Sổ tay

kỹ thuật thuỷ lợi).

B2 q n (2.k+3)-q.k

M A =M D =- (

)

12

k 2 +4.k+3

MG  M H 

M E =q.



MA  MB

2



B2

- MB

8



M F =q n .



B2

- MD

8



b. Sơ đồ 2: M2

Tải trọng phân bố đều 2 bên thành cống là p, ở trên và ở dưới cống khơng có

tải trọng tác dụng.



Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang



Lớp: 51C – TL1



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 20. TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG NGẦM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×