Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUY LỢI

LÊ ĐỨC ANH

LUAN VAN THAC Si KY THUAT

HA NOI, 2010

Trang 2

LÊ ĐỨC ANH

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐỘ BEN

VÀ ĐỘ ON ĐỊNH BỂ TIÊU NANG CUA DAP BÊ TONG

DAM LAN TRONG LỰC

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thuy

Mã số : 60 — 88 - 40.

LUẬN VĂN THAC SĨ KỸ THU.

Người hướng dẫn khoa học:

1.GS TS Ngô Trí Viễng

2 TS Nguyễn Trí Trinh

HÀ NỘI, 2010

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên nghành Xây dựng công trình thuỷ

với dé tài: “Nghiên cứu tính toán độ bền và độ én định bể tiêu năng của

đập bê tông đầm lăn trọng lực” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình,

hiệu quả của Phòng đảo tạo Đại học và sau Đại học, Khoa Công trình, cùng

các thay cô giáo, bạn bẻ, đồng nghiệp và gia đình.

“Tác giả xin tỏ lòng biết on chân thành đến các cơ quan đơn vị va các cá

nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tải liệu đã công bé cũng như

tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn.

Dic biệt ác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TS Ngô Trí Viéng và TS Nguyễn Trí Trinh đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tinh cho.

tắc giả trong quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả có được kết quả như hôm nay là nhờ vào sự chỉ bảo ân cần của các thiy cô giáo, cũng như sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong những năm qua.

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi

những thiểu sót Tác giả rat mong nhận được sự chỉ bảo vả đóng góp ¥ 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 và Phòng đảo tạo Đạihọc và sau Đại hoe, Trường Đại học Thuỷ Lợi.

Trang 5

MỞ DAU

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE BIEN PHAP TIÊU NANG SAU CÔNG

TRÌNH weed

1.1, Khai niệm tiêu năng sau công trình °1.2 Các biện pháp tiêu năng phòng xói và phương pháp tính toán tiêu năngsau công trình : oe oo)

1.2.1 Sự cần thiết tính toán tiêu năng sau công trình "`

1.2.2 Nhiệm vụ tính toán tiêu nang _- ee)1.2.3 Các biện pháp tiêu năng sau công trình 101.2.4 Hình thức tiêu năng đáy 121.2.5 Phương pháp nghiên cứu tiêu nang 16

lột số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau công trình L7

1.3 Kết luận chương 1 23

CHUONG 2 CAC PHUONG PHAP TINH TOAN N BOB BEN VA nộ ON

ĐỊNH BE TIÊU NANG CUA DAP TRAN BÊ TONG DAM LAN 7 năng, 24

an toàn cho phép theo phương pháp trang thái giới hạn25

2.3 Độ ôn định bể tiêu năng của đập bê tông, : 26 2.3.1 On định lật của công trình 26

2.3.2 Ôn định trượt của công trình : eT

2.3.3 On định diy nỗi của công trình 22.3.4 Tiêu chuẩn bén Mohr-Coulomb 29

2.3.5 Nhận xét công thức tính toán hệ số ổn định theo tiêu chuẩn bền

Mohr-Coulomb 3

2.3.6, Phân tích ôn định trượt có xét đến sự phân bố ứng suất trên mặt

trượt : = 32

2.4, Độ bền của bể tiêu năng : 133

3.4.1 Syphittrién của lý huyết bê tong cốt thép (BTCT) 3

2.4.2 Phân tích độ bền theo phương pháp nội lực phá hoại 352.4.3 Phân tích độ bền theo phương pháp trang thái giới hạn 35

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tế Đức Anh.

Trang 6

2.4.4 Phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng,

2.4.5 Nhận xét đánh giá các phương pháp tính.

2.5 Kết luận chương 2 _ „4T

CHƯƠNG 3 UNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ BEN V

CHO BE TIÊU NĂNG DAP BE TONG DAM LAN CONG TRÌNH HO CHUA NƯỚC TRONG, TINH QUANG NGAL

3.1 Giới thiệu chung về công trình Hỗ chứa nước Nước Trong 49

3.2 Các chỉ tiêu tinh toán 523.2.1 Các hệ số lệch tải se „523.22 Chỉ tiêu cơ ý của bể tông dùng tong tinh toán - 533.2.3 Đặc trưng kháng cắt của khối đá nền dùng trong tinh toán 54

3.2.4 Đặc trưng chống trượt giữa bê tông và đá nền công trình 54 3.3 Tính toán độ ôn định bể tiêu năng hồ Nước Trong theo phương pháp cổ.

điễn và phương pháp phần tir hữu hạn 5533.1 Tĩnh độ ổn định bổ tiêu năng theo phương pháp cổ din 553.3.2 Tinh độ ôn định bé tiêu năng theo phương pháp phan tử hữu han 65

3.4 Tinh toán độ bền bể tiêu năng hồ Nước Trong theo phương pháp phần

từ hữu hạn : : oo 72

3.4.1 Các số liệu cơ bản T2

3.4.2 Tính toán kết cầu bể tiêu năng và md 7

3.5 Kết luận chương 3 81 3.5.1 Kết quả tinh toán én định " Ñ1 3.5.2 Kết quả tính toán độ bền : soo 82, KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ

Trang 7

Tường tiêu năng 14Bé và tường tiêu năng kết hợp 4Hình thức các thiết bị tiêu nang 15Các hình thức mé tiêu năng, 16Hồ chứa nước Ngân Trươi tỉnh Hà Tĩnh 17Công trình thủy điện Tuyên Quang 18Đập tràn hồ Lòng Sông - Bình Thuận 18Đập thủy điện Yaly ~ Gia ai

“Thủy điện Đại Ninh

Thủy điện Đồng Nai 3 cccceeieericecseu.2D.

“Thủy điện Sơn La 20“Thủy điện Định Bình - Bình Định 21

‘Thuy điện Suối Đuốc - Binh Định 21

So đồ áp lực thám, day nỗi tác dung vào bẻ tiêu năng 29 Đồ thị đường thẳng giữa cường độ chống cất và ứng suất Đồ thị đường cong giữa cường độ chống cắt và ứng suất

: 31Sơ đồ bổ trí bể tiêu năng : sn 56

Sơ dé tải trọng tác dụng lên bể tiêu năng Š7 Sơ dé tính toán ổn định bề tiêu năng 64 Biểu đỗ ứng oy trong thân

Trang 8

Hình 3.19.Hình 3.20.Hình 321

Hình 322.

Biểu đồ ứng suất ty, trong thân bị

Biểu đồ ứng suất pháp đáy móng Biểu đồ ứng suất tiếp đáy móng.

Sơ dé tính toán mồ tiêu năng

Sơ đỗ lực tác dụng lên mỗ tiêu năng.

Trang 9

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1, Các hình thức tiêu nang của một số công trình thủy lợi, thủy điện

"` “2Bảng 3.1 Cấp công trình và các thông số kỹ thuật chính 50Bang 3.2 He số vượt tải n.

Bing 3.3, Bang chỉ tiéu co lý của bê tông và đá nền ding trong tink

toán 53

Bảng 3.4, Các đặc trưng kháng cắt của khối đá nền s34 Bảng 3.5, - Các đặc trừng chống trượt giữa bê tông và đá nền “ Bảng 3.6 Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp cc.ccccecec 55

Bảng 3.7 Tổng hop lực theo phương thing đứng, “Bảng 3.8, - Bảng tinh toán dn định trượt theo phương pháp PTHH 68Bảng 3.9 - Bảng tinh toán én định đây nỗi theo phương pháp PTHH

Bảng 3.10, Bảng tính hệ số én định trượt, đẩy nổi phối hợp phân tích ứng

suất bằng PTHH, "1 soon 80

Trang 10

MỠ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cáic công trình dang trong lực khi nói đến khả năng mắt én định toàn

khối của công trình thường đẻ cập đến các khả năng mắt én định sau:

- Bị trượt theo một mặt nào đó, có thé là mặt tiếp xúc giữa công trình va nền, mặt nằm trong nền hay trong công trình Mặt trượt được xét là mặt

phẳng hoặc mặt nghiêng.

- Bị lật quanh một trục nằm ngang khi mômen của ngoại lực gây lật iy đối với trục này vượt quá mômen chống lật.

- Bi day nổi do tác dụng của các lực hướng từ dưới lên trên (áp lực

thấm, thủy tinh, động đất )

- Hệ thống tiêu năng sau công trình bị phá hoại do dong chảy, do đó gây mất ôn định toàn bộ công trình.

Tuy nhiên khi thiết kế các công trình dạng trọng lực, nếu ta khống chế trong mọi trường hợp, tại các mép biên công trình không xuất hiện ứng suất kéo, hoặc có xuất hiện với trị số nhỏ thì nói chung công trình không bị lật đồ.

Vì vậy việc ki kiểm tra đầyn tra khả năng lật thường là đảm bảo Còn vinỗi thường chỉ tiến hành với các công trình có ngưỡng thấp Chính vì vậy

kiểm tra ôn định và độ bén của toản bộ công trình trong đó có bể tiêu năng là rất quan trọng đối với việc thiết ké các công trình dang trọng lực.

Trang 11

Hiện nay, các tai liệu trong nước tính toán độ ổn định của bé tiêu năng, mới chỉ dừng lại ở công thức tính toán chung ~ xem ứng suất là phan bổ đều mà chưa xét đến trường hợp ứng suất phân bố không đều Vi vậy “Nghiên

cứu tính toán độ bền và độ én định bể tiêu năng đập tràn bê tông dim Hin trọng lực” là cần thiết nhằm giải quyết tổn tại hiện nay trong công tác nghiên cứu độ bền và độ dn định của bể tiêu năng đập bê tông đầm lăn trong lực

2 Mục đích

~ Tổng quan được các phương pháp tinh độ bằn và độ én định bé tiêunăng sau công trình.

~ Để xuất, lựa chọn phương pháp tính độ ôn định và độ bền hợp lý cho

bể"u năng sau công trình.

- Vận dụng các kiến thức đã học vào tính toán thiết kế và ứng dụngcông nghệ mới vio sản xuất.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Khái quát tỉnh hình sử dụng các hình thúc tiêu năng sau công trình hiện

nay Xem xét các phương pháp tính độ bén và én định để lựa chọn phương

pháp phù hợp với yêu cầu đặt ra4 Phương pháp nghiên cứu.

- Sử dụng phương pháp tổng hợp thống kê các tai liệu lý thuyết, kết hợp với phương pháp tính toán hiện đại và phần mềm ứng dụng.

~ Ap dụng cho một công trình thực tế 5 Kết quả đạt được

~ Lựa chọn được phương pháp tính hợp lý dé tính toán độ bền và độ énđịnh của bể tiêu năng sau công trình tràn nói chung và sau đập tràn bê tông

đầm lăn nói riêng,

Trang 12

~ Nghiên cứu độ ổn định, độ bền bẻ tiêu năng theo phương pháp tinh

toán hiện đại với việc sử dụng phần mềm tinh toán vào phân tích ồn định và

độ bền hồ Nước Trong tinh Quảng Ngãi.

\G SAU CONG TRÌNH CHUONG 1 TONG QUAN VỀ BIỆN PHÁP TIEU \

1.1, Khái niệm tiêu năng sau công trình.

Khi xây dựng công trình trên sông, trên kênh thì mực nước phía trướccông trình sẽ dâng lên nghĩa là thể năng của dòng nước tăng lên Khi dòng

chảy đỗ từ thượng lưu về hạ lưu, thé năng đó chuyển thành động năng, một phần động năng phục hồi thành thế năng (bằng mực nước hạ lưu), phần còn lại (goi là năng lượng thừa) nếu không có giải pháp tiêu năng hữu hiệu thi sẽ

gây x6i lở nghiêm trọng ảnh hướng đến an toàn công trình

‘Cong trình tiêu năng làm bằng đá xây hoặc b tông, bê tông cốt thép có kích thước và cấu tạo đặc biệt, nằm sau các công trình như cống, đập tràn, dốc nước nhằm tạo ra một đệm nước để giảm hoặc triệt tiêu năng lượng còn lại

của dòng nước khi ra khỏi công trình đó, tránh sự xói mòn chân đập ở hạ lưu.1.2 Các biện pháp tiêu năng phòng xói và phương pháp tính toán tiêunăng sau công trình

1.2.1 Sự cần thiết tính toán tiêu năng sau công trình.

"Đặc điểm dòng chảy hạ lưu:

~ Có lưu tốc lớn lại phân bố rất không đều trên mặt cắt ngang.

~ Mực nước hạ lưu lại thường thay đổi luôn.

~ Mach động áp lực và mạch động áp suất đồng chảy xây ra với mức độ

cao, Thường sau một đoạn đài nhất định lưu tốc trở về dạng phân bổ bình

thường, nhưng mạch động phải sau một đoạn dài hơn nhiều mới trở về trạng

Trang 13

Nếu không có giải pháp tiêu năng hữu hiệu thi sẽ gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình, dẫn tới mắt dn định tổng thé công.

Từ sự phân tích trên ta thấy việc giải quyết vấn đề tiêu năng ở hạ lưu là

một trong những công việc quan trọng nhất của tính toán thiết kế các côngtrình thuỷ lợi

1.2.2 Nhiệm vụ tính toán tiêu năng,

Phải tìm được biện pháp tiêu huỷ toàn bộ năng lượng thửa, điều chỉnh lại sự phân bố lưu tốc và làm giảm mạch động, để cho dòng chảy vé trang thái tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu.

1.2.3 Các biện pháp tiêu năng sau công trình

Đồng chảy sau khi qua đập tràn xuống dưới hạ lưu có năng lượng rất

lớn Năng lượng đó được tiêu hao bằng nhiễu dang khác nhau: một phần phá

hoại lòng sông va hai bên bờ gây nên xói cục bộ sau đập, một phần tiêu hao

do ma sát nội bộ đồng chảy, phần khác do ma sit giữa nước và không khí Và

để tiêu hao năng lượng của ding chảy thường dùng các biện pháp tiêu năng,sau: tiêu năng dòng chảy đáy, tiêu năng dòng chảy mặt, tiêu năng phóng xa.

1.2.3.1 Tiêu năng dong day

+ Là hình thức lợi dung nội ma sát để tiêu hao năng lượng thừa

thiết bị tiêu năng vẫn phải gia cố tiếp (gọi là sản sau thứ hai) Hình thức này

thường dùng với công trình tháo có cột nước thấp, vừa, nén đất, nền đá

+ Thuộc về hình thức nảy có: Đào bẻ, xây tường hoặc bé tường kết hợp (gọi chung là hình thức tạo bẻ Bé tiêu năng có thé tạo ra bằng cách dio gọi là bể chìm, bằng cách xây tường gọi là bể nổi, bằng cả đảo và xây tường gọi là

bể nửa chìm nữa nổi) Ngoài ra còn áp dụng cách giảm độ sâu sau nước nhảy

bằng bổ tí thiết bị tiêu năng phụ (mé nhám, dim tiêu năng ), tạo tường

Trang 14

phân dòng để khuyêch tán đều ở hạ lưu, làm đáy đốc ngược lại mực nước hạ lưu nhỏ, làm đáy đốc thuận khi mực nước ha lưu lớn.

1.2.3.2 Tiêu năng phóng xa

Theo kinh nghiệm xây dựng của nhiều nước hình thức này được dùng ởcác hồ chứa có cột nước cao va trung bình.

Ở nước ta và ở Trung Quốc, người ta ứng dụng hình thức này cả đối với công trình loại vừa và nhỏ trên nền mềm có cột nước thắp cũng đạt được.

kết quả

‘Tuy nhiên hình thức này cũng còn một số tổn tai:

+ Hồ xói làm biến dang long sông, làm cho mực nước hạ lưu trạm thủy.

điện thay đổi ảnh hưởng đến khả năng phát điện.

+ Xung kích của ding phun tạo thành ding cuộn ngược hoặc song vỗ

Hình thức này thường ứng dụng với trường hợp lưu lượng lớn nhưngchênh I+h đầu nước thượng hạ lưu không lớn, bờ ở hạ lưu có khả năng ổn

định, chống xói ốt

Hình thức nay đã được áp dụng ở nước ta và nhiều nước trên thể giới.

“Thực tế sử dụng hình thức tiêu năng này cho thấy khi ứng dụng tiêu năng dòng mặt thì đảm bảo được điều kiện ứng dụng nhưng ở hạ lưu có sóng

xô mãnh liệt và kéo dài vì vậyén định của bờ.

rất trở ngại cho thuyền bẻ đi lại và de doa sự

Trang 15

Hinh 1,1 Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu.

a, Tiêu năng dòng chảy day b Tiêu năng dòng chảy mặtc Tiêu nang dòng mặt ngập c Tiêu nang phóng xa1.2.4 Hình thức tiêu năng đáy

h1 Đặc điểm tiêu năng dong đáy

Lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để tiêu năng,

1.2.4.2 Điều kiện cơ ban cũa hình thức tiêu năng này

Chiều sâu nước cuối bé phải lớn hơn chiều sâu liên hiệp thứ hai của nước nhảy (hy > h,”) để đảm bảo sinh nước nhảy ngập va tiêu năng tập trung.

Trong tiêu năng đáy, lưu tốc ở đáy rit lớn, mạch động mãnh liệt, có kha năng gây xói lở, vì thé trong khu vực nước nhảy cần bảo vệ bằng bêtông (xây sân sau) Khi nền đá xấu, đoạn nối tiếp qua sân sau (sân sau thứ hai) cin được.

bảo víthích đáng Muốn tăng hiệu qua tinăng, thưởng trên sân sau có

thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mỗ, ngưỡng để cho sự xáo trộn nội bộ

dòng chảy cảng mãnh liệt vả ma sát giữa dòng chảy với các thiết bị đó.

và được ứng dung rộng rãi Tiêu năng ding đáy thường dùng với cột nước

cũng có thé tiêu hao một phan năng lượng Biệt a tốtpháp nảy có hiệ

thấp, địa chất nền tương đối kém.

Khi cột nước cao h rất lớn như vậy phải hạ thấp đáy va bảo vệ kiên

in sau, Lúc đó hình thức tinăng day không kinh tế

Trang 16

Người ta thường dùng các biện pháp như đào bẻ ây tường hoặc bể,

tường kết hợp và các thiết bị tiêu năng khác để tạo ra nước nhảy ngập sau

đập tran.

a Bé tiêu năng

Sau khi xây làm tăng mực nước trên sân sau và thoả mãn yêu cầu:

hy=d thy +AZ>h.” ayChiều dài sân sau L, lúc có bể hoặc tường tiêu năng được tinh từ mặtco hẹp ngay sát chân đập tran, Trong thựctren sân sau khi có bé hoặc

tường sẽ hình thành nước nhảy không tự do nên chiều dài của nó nhỏ hơn

chiều dai nước nháy tự do (I,) Theo đề nghị của M.Đ.Tsêtouxôp như sau:

L.=Bl, d2)Trong đó,

số thực nghiệm

1, : được tinh theo thực nghiệm.

Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thẳng đứng là hình chữ nhật

(hình 1.2a) thì hiệu quả tiêu năng tốt Nhưng do dòng chảy có thể bảo mòn

cạnh và góc, nhất là khi nước có nhiều bùn cát, nên thường thiết kế bể có.

dạng hình thang (hình 1.2b).b Tường tiêu năng

Khi do điều kiện kvà thi công, bể tiêu năng không thích hợp thì

nên dùng tường tiêu năng Tưởng có thé dng mực nước hạ lưu và giảm khôi

lượng đào Sau tường tiêu năng không cho phép nước nhảy xa Chiều cao của

tường cũng giống như chiều sâu bé được tinh với nhiều cấp lưu lượng khác nhau để tìm được chiều cao tường lớn nhất Sau khi xác định được kích thước

Trang 17

của tường cần phải kiểm tra xem sau tường có nước nhảy xa nữa không Nếu có thi phải thiết kế thêm tường tiêu năng thứ hai Hình dang tường tiêu năng, thường làm mặt cắt trơn và thuận để tránh phá hoại do bào mòn, (hình 1.3)

'Bễ tường tiêu năng kết hợp.

Khi dùng bể tiêu năng có khối lượng đảo lớn và cao trình đáy đập phải

thấp, do đó khối lượng đập tăng: nếu dùng tường tiêu năng thì phải quá cao,

sau tường có thé sinh nước nhảy xa và cần thêm tường tiêu năng thứ 2, làm

tăng khối lượng bảo vệ Lúc đó cần dùng bể và tường kết hợp (hình 1.4) dé

giảm khối lượng đào, khối lượng đập và thiết bị bảo vệ.

Trang 18

4 Các thiết bị tiêu năng trên sân sau

Trên sâu sau thường bé trí các thiết bị dé tiêu hao năng lượng dòng

chảy như md, ngường v.v (hình 1.5) làm cho ding chảy gây ra lực phản kích lại

và giảm được h,”, rút ngắn chiều dài sân sau Thí nghiệm chứng minh rằng, nêu bó.

trí thích hợp các thiết bị đó có thể giảm được (20% + 30%4)h,”

Tình 1.5 Hình thức các thiết bị tiêu năng,

(kích thước trong hình ghi theo m)

- Ngưỡng tiêu năng (hình 1.5a) ngập trong nước nhảy, góc nghiêng mái

thượng lưu ngưỡng nhỏ hơn 90° và lớn hon 60° Vị tri ngưỡng nên đặt chính

- Mồ tiêu năng (hình 1.5b, c, d) thường bố trí gần nơi bắt đầu của sân

sau, tại khu vực dng chảy có lưu tốc cao, cách chân đập một đoạn dai hon

chiều sâu phân giới của dòng chảy Kích thước và vị trí mồ có ảnh hưởng

lớn đối với dòng chảy Theo thi nghiệm, kích thước mồ nên lấy như sau: Chiểu cao md dy = (0.75 + 1.0)h,, chiều rộng mé by = (0,5 + 1) dạ,

khoảng cách By, giữa mép của hai mé gần nhau By < b, Nếu bổ trí hai hằng

giữa chỉ in sau.

mồ, hiệu quả tiêu năng tốt hơn so với một hàng Khoảng cách giữa hai hing

mổ Ly = (2 + 3)dạ„ bổ trí các mồ theo hình hoa mai Chọn số hàng mé còn phụ thuộc vào hình thức mé, có lúc bố tri hai hang, lưu tốc phân bé không tốt Có nhiều hình thức mé tiêu năng (hình 1.6): để cải thiện điều kiện thuỷ lực, ở

cạnh mép mồ thường v cong đề phòng hiện tượng khí thực.

= Mồ phân dòng có thé làm cho dòng chảy có lưu tốc cao ở chân đập.

chuyển thành trạng thái đỏng chảy có lợi Nói chung sau mồ phân dong nên có.

Trang 19

mồ tiêu năng (hình 1.6d); do ở giữa các mé phân dòng có dòng chảy tập

2.5 Phương pháp nghiên cứu tiêu năng.

Chọn hình thức tiêu năng phỏng xói hạ lưu, xác định các thông số của

giải pháp tiêu năng cụ thể chưa có 10% giải chính xác hoàn toàn Vì vậy hiện

nay áp dụng nhiễu phương pháp khác nhau Có thể áp dụng độc lập hoặc phối

hợp các phương pháp.

1.2.5.1 Phương pháp lý luận

Phương pháp lý luận chính xác chưa có Phương pháp này thường din

tới áp dụng các công thức lý luận kết hợp với các hệ số điều chỉnh.

12 Phương pháp thực nghiệm mô hình

“Từ thực nghiệm mô hình thuỷ lực xây dựng các công thức thực nghiệm.Các công thức này có phạm vi ứng dụng nhất định và có giá trị gần đúng.Ngoài ra phương pháp này còn để kiểm chứng các kết quả có được từ phương

pháp lý luận.

Trang 20

3 Nghiên cứu trên nguyên hình

Nguyên hình chính là mô hình có ty lệ 1:1 Mọi điều kiện tương tự.

được đảm bảo Nhưng dòng chảy trong thực tế lại điễn ra theo một quá trình

ngoài ý chủ quan của con người.

1.2.6, Một số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau công trình.

* Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh

Đập tràn mặt cắt thực dụng Ophixérép, tiêu năng đáy với các thông số:

inh ngưỡng trin: +450.

‘inh đáy bề tiêu năng: _ +36,0,

~ Chiều dai bé tiêu năng: 36,0 m ~ Chiều rộng bể tiêu năng: 53,0 m.

Tuận văn thạc sĩ kỹ thuật Tế Đức Anh.

Trang 21

Hình 1.8 Công trình thuỷ điện Tuyên Quang ~ Tiêu năng phóng xa

Công trỉnh thủy điện Tuyên Quang gồm có 3 hạng mục chính: Đập chính (không tran) cao 97,3m; tran xa lũ có 2 phần xả mặt 4(15x15,15m) và xã đầy 8(4,5x6m); nhà máy thủy điện có 3 tổ máy.

Hình 1.9, Đập tràn hồ Lòng Sông - Bình Thuận, Tiêu năng phóng xa Tai đỉnh, đập có chiều dài là 246 m, b rộng 6m Phần tran ở giữa đập.

có 6 khoang, mỗi khoang có cửa rộng 8m*6m,

Trang 22

Hình 1.10 Trân xả lũ đập thuỷ điện Yaly,

‘Trim xả lũ gồm 6 cửa, dùng van cung Mỗi cửa rộng 15 m Ngưỡng trim

ở cao trình +499,12 ( thấp hơn MNDBT 15,88 m ) Hình thước ngưởng trin

thức tiêu năng mũi phun.

Ofixérop, nối tiếp sau ngưỡng tràn là dốc nước có độ đốc thay đổi và tiêu năng mũi phun Lưu lượng xả lớn nhất là 17.400 m3/s

* Công trình thuỷ điện Đại Ninh:

Trang 23

Hình 1.12 Hình thức tiêu năng phóng xa

Đập tràn: Đập tràn trọng lực, tiêu năng bằng mũi phun Cao trình

ngưỡng tran +574m (thấp hơn MNDBT 16m), có 5 cửa kích thước, mỗi cửa b

xh= 15 x 16 (m) Cửa van hình cung có b x h = 15 x 16,5 (m) Đồng mo

bằng xilanh thủy lực với sức nâng: 2 x 160T mỗi cửa

* Công trình thủy điện Sơn Laz

Hình 1.13 Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng đáy.

Trang 24

Cao trình đỉnh đập: 228.1m; chiều cao lớn nhất: 138.1m; xả sâu:

12x(6x10)m (12 cửa xa kích thước 6x10m ở phía đưới bên phải ảnh), xả mặt:6x(15x13)m (6 cửa xã mặt ở phía trên bên trái ảnh).

* Công trình thủy điện Định Bình - Bình Định:

Hình 1.14 Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng đầy

Dung tích hữu ich: 170 x 106 m3 Đập chính L: 380 m Chiều

cao đập: 54 m Diện tích tưới: 7.800 Ha,

* Công trình thủy điện Suối Dude - Bình Định:

Hình 1.15 Hình thức tiêu năng phóng xa

Trang 25

Kiểu tràn đọc, điều tiết bằng cửa van phẳng + vít me, ngưỡng tran mặt cắt thực dụng kiểu Ofixerop , nối tiếp sau tràn bằng đốc nước , tiêu năng mũ phun, kết cấu bằng BTCT M200.

~ Cao trình ngưỡng trim:

- Bề rộng ngưỡng trần (1 5cửa*2m);

~ Lưu lượng xã lũ thiết kế~ Lưu lượng xã lũ kiểm tra:

50,33 m.

30,00 m,

229,27 mì,

284.47 mủ%, Bảng 1.1 Các hình thức tiêu năng của một số công trình

thuỷ lợi, thủy điện nước ta

TT 'Tên công trình Hình thức tiêu năng

1 | Hồ chứa nước Ngàn Trươi - Hà Tĩnh “Tiêu năng diy 2 | Hồ chứa nước Khe Dita - Thanh Hoá “Tiêu năng diy 3 | Hỗ chứa nước Khe RO 1 và 2 - Quảng Trị Tiêu năng diy 4 | Hồ chứa nước Chúc Bai Sơn - Quảng Ninh “Tiêu năng diy 5_ | Hồ chứa nước Đồng Bò - Quảng Nam “Tiêu năng diy 6 | Hồ chứa nước ALưới - Thừa Thiên Huế Tiêu năng diy 7 | Hồ chứa nước Khuôn Pin - Lạng Sơn “Tiêu năng diy

R vn trình thủy điện Đại Ninh — Bình Tiêu năng phóng xe9 | Công trình thủy điện Yaly - Gia Lai Tiêu năng phóng xa

10 | Hồ chứa nước Gò Miếu - Thái Nguyên Tiêu năng phóng xa 11 | Hồ chứa nước Lòng Sông - Binh Thuận Tiêu năng phóng xa 12 | Hồ chứa nước Dầu Tiéng - Tây Ninh Tiêu năng phóng xa

13 | Công trình thủy điện Sơn La ~ Sơn La “Tiêu năng mặt và tiêu năng đầy14 | Công th thủy điện Định Binh ~ Bình Tiêu năng mặt va iu năng dy

15 | Hỗ chứa nước Suối Chỉ - Quảng Ngãi Tiêu năng mặt

Luận văn thạc sĩ kỹ thuậtLê Đức Anh.

Trang 26

Kết luận chương 1

"Như đã trình bay ở trên các công trình dạng trọng lực khi nói đến khả

năng mat én định toàn khối của công trình thường dé cập đến các khả năng mắt én định trượt, lật, day nổi Trong đó bé tiêu năng là một bộ phận công

trình có đặc điểm làm việc phức tạp, áp lực thủy động và mạch động lớn dovậy đánh giá khả năng làm việc của bể tiêu năng trong quá trình vận hành là

hết sức quan trọng.

Trong chương 1, tác giả tổng quan các điều kiện làm việc và sự cần thiết của dé tài Tác giả trình bay các hình thức tiêu năng, đặc biệt là tiêu năng dòng đáy, dạng tiêu năng bê, có thiết bị như mé tiêu năng Day là hình thức tiêu năng được áp dụng ở một số công trình thủy lợi, thủy điện như hồ chứa

Cita Đạt - Thanh Hóa, hồ Nước Trong - Quảng Ngai, nhà máy thủy di

Tuyên Quang ~ Tuyên Quang, v.v Trong các chương sau tác giả nghiên

cứu cụ thé hơn về điều kiện làm việc, én định cũng như độ bén của hình thứctiêu năng này.

Trang 27

CHUONG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH TOÁN ĐỘ BEN VÀ ĐỘ ON ĐỊNH BE

TIÊU NANG CUA DAP TRAN BE TONG DAM LAN TRỌNG LỰC.

2.1 Khái niệm về phân tích độ bền, độ ôn định của bể tiêu năng.

Bé tiêu năng được xây dựng cả trên nền đất và nền đá, các đập có chiều cao lớn chủ yếu được xây dựng trên nền đá Bé tiêu năng Li một khối bê tông lớn liên kết chặt chẽ với nền On định của bể khi chịu các tác động phụ thuộc vào khả năng chịu tải của nền và khả năng chịu tải của bản thân Phân tích ổn định bẻ tiêu nang nhằm đánh giá ôn định tổng thé của cả khối bể - nền: lật , trượt, đây nổi còn đánh giá độ bền bể tiêu nang nhằm xác định khả năng chịu

lực của bổ,

Tuy thuộc loại nền mà bể có thé bị trượt theo các hình thức khác nhau

như: trượt phẳng, trượt sâu, trượt phức hợp Khi bể xây trên nền đá thường

xảy ra trượt phẳng ở mặt tiếp xúc giữa bản đáy và nền, các dang mặt trượt do đứt gẫy của đá, hình thành vùng cục bộ đá bị suy yếu do tự nhiên hoặc do

t, tinh không đồng nhất của nên, tổ

hợp các tác động, công trình có thể bị lún nghiêng hoặc lật về phía hạlưa Các hình thái mắt ôn định trên trong tính toán quy về các trường hopmắt ôn định tổng thể.

Về sơ đồ kết cấu, bể tiêu năng là một kết cấu chịu nén lệch tâm cả về

hạ lưu và thượng lưu tuy thuộc vào trường hợp làm việc Vật liệu bê tông làmbể có thể bị phá hoại cả về cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo Docường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn so với cường độ chịu nén (thông

thường bằng 10%+15% của chịu nén) nên công trình thường thiết kế tận dung

da khả năng chịu nén cửa bê tông và hạn chế tối đa việc sử dụng khả nang

chịu kéo Trong thiết kế, phân tích ứng suất với các tổ hợp tải trọng nhằm.

đánh giá ôn định cường độ của mọi điểm trong công trình, vì ứng suất kéothi công Tuy thuộc vào hình thức mat cắt

thường xảy ra ở các mép phía trước của nên người thiết kế phải tinh toán phân

tích độ bền cục bộ tại những khu vực này.

Để xác định hệ số an toàn cho phép khi tính ổn định cũng như độ bén

sử dụng các phương pháp tính như phương,

Trang 28

pháp Sức bền vật liệu (ứng suất cho phép, đản hồi), nội lực phá hoại, trạng

thái giới hạn

2.2 Xác định hệ số an toàn cho phép theo phương pháp trang thái giới

Nết đặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử

‘dung một nhóm các hệ số an toàn mang tinh đặc trưng thống kê: hệ số tổ hợp

tải trọng n,, hệ số điều kiện lâm việc m, hệ số độ tin cậy Ky, hệ số lệch tải n, hệ số an toàn vật liệu Ky Nhóm các hệ số này thay thé cho một hệ số an toan

Đối với công trình và nền công trình được gọi là đạt đến trạng thái giới hạn khi chúng mắt khả năng chống lại các tai trọng và tác động từ bên ngoài,

hoặc khi chúng bị hư hỏng hay biến dang quá mức cho phép, không còn thoảmãn được các yêu cầu khai thác bình thường Có 2 nhóm trạng thái giới hạn:

~ Trang thái giới han thứ nhất: Đây là trạng thái giới hạn về cường độ, và ôn định trong điều kiện khai thác bắt lợi nhất Nếu tải trọng vượt ¡ hạn này thì kết cấu, nền bị mắt én định Để tính toán trang thái giới

hạn này sử dụng tải trọng tính toán và cường độ tính toán Tải trọng tính toán

là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải, đây là hệ số kể đến các trường.

hợp nguy hiểm nhất của tai trọng

~ Trang thái giới hạn thứ hai: Đây là trạng thái giới hạn về biến dang,

chuyển vị Trạng thái giới hạn thứ hai là trạng thái giới hạn về điều kiện sử

dụng trong điều kiện khai thác bình thường Để tính toán trạng thái giới hạn

này sử dụng tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng ở điều kiện bình thường, được xác định bằng cách thí nghiệm nhiều lần để cho ra giá trị

trung bình của tải trọng ở điều kiện bình thường Khi tính với trạng thái giới

hạn thứ hai, ta chỉ tỉnh theo tai trọng tiêu chuẩn vì nếu trong nhất thời, có bị

Trang 29

vượt quá thi cũng không gây nguy hiểm quá nhiều (kết cấu chưa bị phá huỷ nếu chưa vượt trạng thái giới hạn 1).

Công thức chung để xác định hệ số an toàn cho phép theo trạng thái

giới hạn theo TCXDVN-285-2002.

{x}ne ey

Trong đó:

ne là hệ số tổ hợp tai trọng.

m _ :làhệ số điều kiện làm việc

K, : là hệ số độ tin cậy của công trình.

2.3 Độ dn định bể tiêu năng của đập bê tông

Dưới tác dụng của các tổ hợp tải trong, bể tiêu năng phải thoả mãn cácđiều kiện:

- Ôn định chống trượt

- On định chống lật Thực chất đối với bể tiêu năng do bản đáy rộng, tảitrọng ngang nhỏ hơn so với tải trọng đứng nên thông thường bể đảm bảo ổn

định chống lật Ôn định về lật, trượt phải thoả mãn các điều kiện quy định của ~ On định đầy nỗi

On dịnh lật của công trình

Kết cấu trên nền có khả năng mắt ổn định về vị trí lật quanh trục qua mép day móng hạ lưu công trình do đó điều kiện én định của kết c

boi biểu thức sau =

Ku Sy (2-2)

Trong đó

Kin hệ số an toàn én định về lật

SA, — :là tổng các momen của các lực giữ cho công trình khỏi bị lật

đối với điểm mép đáy móng hạ lưu.

Trang 30

SM, là tổng các momen của các lực gây lật công trình đối với

cùng điểm đó.

Ik] 14 hệ số an toàn én định cho phép xác định theo 2.1

2.3.2 Ôn định trượt của công trình

Dé đảm bảo sự ôn định của công trình, hệ công trình ~ nền dưới tác

dụng của tai trọng, cần phải tính toán nền theo sức chịu tải Điều kiện can

phải thoả man

LANs 2-3) ng 3)

Trong đó.

Ko hệ số an toàn ôn định ve trượt.

SDM, : là tổng các lực giữ cho công trình khỏi bị trượtSDM, :là tổng các lực gây trượi công trình

[KI là hệ số an toàn ôn định cho phép xác định theo 2.1 On định đẩy nỗi của công trình

On định về phương điện diy nỗi được đánh giá qua hệ thức sau:

Ky G4)

Trong đó:

Kạ„ - :hệ số én định diy nổi tính toán.

N tổng các lực tác dụng lên tim đáy đang xét theo chiều thing

đứng từ trên xuống dưới.

U _ : áp lực diy ngược, theo chiều thẳng đứng, từ dưới lên trên, bao

gồm áp lực đây nỗi Pạ, và áp lực thắm Pi,

IK]: hệ số an toàn cho phép xác định theo 2.1.

* Khi tính toán ổn định diy nổi cho bể tiêu năng của đập bê tông trọnglực thì áp lực đầy nỗi Py, được ước định như sau:

Trang 31

Pay =g.Š x (MNHL ~Zin) 25)Trong đó.

Za, — :cao trình đáy bể tiêu năng.

œ _ :hệ số diện tích hiệu quả, với nền đá ø=0.5+1.

S : diện tích tim day đang xét

* Áp lực thẩm Py, tác dụng lên tam đáy bể tiêu năng đang xét: Hy =VHI - MNHL

Phy = 1/205 x Hạ (2-6)

Trong đó:

VII: áp lực nước diy ngược tại mép thượng lưu bản đáy bể tiêu năng.Sửa lại ký hiệu VHI trên hình 2.1

MNHL: mực nước hạ lưu bể tiêu năng.

'Với giả thiết áp lực thắm phân bố dạng tam giác giảm dan theo quan hệ

đường thẳng từ H ở vị trí giếng thu nước dui niđập về đến trị số 0 ở vị tí

bố trí lọc ngược dưới bể tiêu năng lượng định được áp lực thim Py, trong

phạm vi tim tiêu năng đang xét.

Trang 32

Hình 2.1 Sơ đỗ áp lực thắm, day nỗi tác dụng vào bé tiêu năng.

2.3.4 Tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb

2.3.4.1 Những luận điểm cơ bản

Đánh giá ôn định công trình theo phương pháp cân bằng giới hạn Đánh

giá dn định lật dùng gia thiết vật rắn, áp lực phân bổ đọc mặt cắt theo quy luật tuyến tính Áp lực đất và day nỗi lên công trình thường dựa trên các giả thiết

don giản, Tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb sử dung để đánh giá trạng thái ứng

suất của miễn tính toán.

2.3.4.2 Cường độ chống cắt

Nén công trình thường bị phá hoại dưới dạng bị trượt Sự trượt xây ratheo một mặt nào đó là do ứng suất cất + (do tải trọng ngoài gây ra ) tai cácđiểm it tp Khi trượt khối daimặt đó quá lớn, lớn bằng cường độ chẳng,

đá chuyển dich lớn gây mắt ôn định nền dẫn đến hư hỏng công trình Như vậy cường độ chống cắt tạ là nhân tố chủ yếu quyết định đối với sự ổn định của

Trang 33

nên và an toàn của công trình.

Kha năng chống cắt được đánh giá bằng cường độ chống cắt tạ tại từng điểm trên mặt trượt Cường độ chồng cắt xo được hiểu là lực chống trượt lớn nhất trên một đơn vị diện tích tại mặt trượt khi khối đắt nay trượt lên khối dat kia Cường độ chống cắt tp trước hết phụ thuộc ứng suất pháp _ (do tải trọng

ngoài gây ra) tác dụng tại mặt trượt Ngoài ra, cường độ chống cắt xụ còn phụ

thuộc cường độ ma sát bề mặt fva lực dính kết C.

Năm 1773, trên cơ sở kết quả thí nghiệm Culông đã đưa ra biểu thức.

xác định cường độ chống edt Ty =0Igp+C G1)

Trong đó:

To cường độ chống cắt tại một điểm trên mặt cắt.

ơ _ : ứng suất pháp tác dung trên mặt cắt tại điểm đó.

_ : góc ma sát trong của đất nền, tgọ = f

£_ :hệ số ma sáttiẾp xúc tại mặt trượt

Biểu thức (2-7) gọi là định luật Culông Định luật Culông có thé biểu diễn bằng đồ thị quan hệ giữa cường độ chống cắt tạ và ứng suất pháp ơ tác.

dụng lên mặt cắt như hình 2.2.

Hình 2.2 Đề thị đường thẳng giữa cường độ chống cắt ro va ứng suất pháp o

Định luật Culông trình bày trên là quan hệ đường thẳng chỉ phần ánh

Trang 34

gin đúng cường độ chống cat tụ Trên thực tế cho thay quan hệ giữa cường độ.

chống cắt xọ và áp lực pháp tuyển ơ không phải là đường thẳng ma có dạng.

hình cong như hình 2.3

Ø (KNim‘)

Hình 2.3 Đỗ thị đường cong giữa cường độ chẳng cắt, và ứng suất pháp ơ'

Vi vậy một số tác giả kiến nghị xác định cường độ chống cắt ty theo

công thức sau: 18Trong đó:

a: góc chống cất, góc nghiêng của đoạn thẳng nối góc tọa độ với

điểm M, trên đường Culông có ứng suất pháp ø,

.C¡_ : lực dính đơn vị của điềm M, có ứng suất pháp 6,

“Trong phạm vi luận văn chi xem xét ga, và C, là không đổi.

2.3.4.3 Giả thiết và công thức tính toán.

Hệ số én định trượt tinh theo phương pháp cân bằng giới hạn là tỷ số giữa ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trượt với ứng suất pháp trên mặt trượt.

—— G9)

Trong đó

Trang 35

1o cường độ chống cắt tại một điểm trên mặt cắt

+ _ :ứng suất eit tinh toán

ø img suất pháp tác dụng trên mặt cắt tại điểm đó.

tọ —— + sÓc ma sát trong, tgp = fF với là hệ số ma sắt

€ ;lwedinh

Khi tính toán trên toàn bộ mặt trượt, hệ số én định là ty số giữa lực cắt

giới hạn lớn nhất và lực cắt phát sinh trên mặt trượt

T, _ Pigp+CT T

K (2-10)

Trong đó:

P_ : tông các lực thẳng đứng tác dụng lên mặt trượtB— :chiều đài mặttrượt

T : lực cắt phat sinh trên mặt trượt.

2.3.5 Nhận xét công thức tính toán hệ số én định theo tiêu chuẩn bền.

Biểu thức (2-10) sử dung để tính toán ổn định trượt tổng thé Biểu thức(2-10) cho thấy hệ số én định là hằng số trên mặt phẳng trượt và hoàn toàn

không phụ thuộc vj trí của hợp lực P cũng như biểu đồ phân bổ ứng suất trên

mặt trượt.

2.3.6 Phân tích ổn định trượt có xét đến sự phân bố ứng suắt trên mặt

Bing công cụ phân tích kết cấu có thé xác định được trang thái ứng suất trên bề mặt trượt giả định, theo đó có thể xác định hệ số dn định cục bộ va

mặt trượt theo các biểu thức (2-11) và12) sau

nH QD

Trang 36

Teileo+CI on)

Trong đó:

Ke :hệ số ổn định cục bộ

Ky: hé s6 dn định tổng thé.

1% ứng suất tiếp tính toán của từng phân tổ.

ø, : ứng suất pháp của từng phân tố trên mặt tính toán.

tọ —— + góc ma sát trong, tap = f với flà hệ số ma sắt tiếp xúc tại mặt

€ :lwedinh

A chiều dai từng phân tổ.

ất, biển dạng như Ngày nay có nhiều phương pháp để xác định ứng s

phương pháp Sức bền vật liệu, phương pháp Lý thuyết dan hồi, phương pháp Phần từ hữu hạn (PTHH) Do phương pháp PTHH có thé xác định trang thái

ứng suất khi kết cấu và nền có kích thước hình học phong phú, vật liệu khong

đồng nhất, dé ding lập trình cho bai toán tổng quit nén được áp dụng rộng, ién nay Do đó, nếu kết hợp phương pháp phan tử hữu hạn vả tiêu chuẩn

bền Mohr-Coulomb dé phân tích tính toán ứng suất công trình bê tông va đất

„ ừ đó đánh giá ôn định trượt thông qua phân bổ ứng ssuất tiếp tiếp xúc b tiêu năng và nên xác định được hệ

tổng thể củacông trình trong đó có kết cdu bể tiêu năng.

2.4 Độ bền của bể tiêu năng,

2.4.1 Sự phát triển của lý thuyết bê tông cốt thép (BTCT)

Thời kỳ đầu (khoảng 1850-1870) kết cầu BTCT được sử dụng vào xây

dựng một cách mò mim, theo một số kinh nghiệm của Lambo, Coa-nhe, Monie(Pháp), Ukinxon(Anh), Giat(Mỹ) v.v Sau nay dần dan bắt đầu có.

những nghiên cứu về thực nghiệm và lý thuyết và đưa ra những phương pháp

Trang 37

tính toán, Trước hết người ta xem BTCT là vật liệu dan hồi, dung lý luận của

môn *Sức bền vật liệu” để lập công thức xác định ứng suất trong bê tông và

trong cốt thép rồi dùng điều kiện về ứng suất cho phép mà tính toán Phương, pháp đó có tên là phương pháp tính theo din hồi, phương pháp tinh theo ứng

suất cho phép hoặc phương pháp cổ điển Những người có công nghiên cứu đầu tiên là Koenen, Morsh(Đức), Henebie, Congxide(Pháp), Belelinski,

Kudasep(Nga) Theo phương pháp đàn héi người ta đã thiết kế vả xây dựng hàng loạt công trình BTCT vào những năm cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, trong đó có nhiều công trình lớn Những nghiên cứu tiếp theo chỉ ra rằng phương pháp đàn hồi dựa trên những giả thiết chưa chính xác, chưa phản ánh đúng đắn sự làm việc thực tế của BTCT, dẫn đến việc sử dụng vật liệu còn

Trong những năm hai mươi của thé ky trước người ta tìm cách khắc.phục nhược điểm trên theo hai hướng: một hướng nhằm vào việc cải tiếnphương pháp tính cũ bằng cách đưa vào các hệ số hiệu chỉnh, một hướng khác.là tìm phương pháp mới Các nhà khoa học Liên Xô đã đi đầu trong phươnghướng sau Những người có công lớn là Lolay, Staerman, Xiloliarop,

Murasep, Gvozdep.

Phương pháp mới dựa vào sự phitích khả năng chịu lực của kị

lúc nó làm việc cho đến khi bị phá hoại và có tên là phương pháp tinh theo

nội lực phá hoại Nó được đem áp dụng chính thức đầu tiên ở Liên Xô và &

Mêhicô vào khoảng 1938 Việc ding phương pháp tinh theo nội lực phá hoại

đã mang lại hiệu quả tiết kiệm vật liệu một cách đáng kể so với cách tính cũ.

Tuy vịnó cũng còn một số nhược điểm và cần được cải tiến.

“Từ năm 1955 Liên Xô và nhiều nước đã áp dụng phương pháp tính theo

trạng thái giới hạn Phương pháp mới này dần dẫn được dung rộng rãi khắp

thé giới, ngày cảng được phát iển hoàn thiện

Trang 38

2.4.2 Phân tích độ bền theo phương pháp nội lực phá hoại

Nét đặc t

chung cho kết cấu K Công thức chung để xác định hệ số an toàn cho phép

của phương pháp tính nội lực phá hoại là hệ số an toàn

theo trang thái giới han.

K: là hệ số an toàn chung của kết cấu, thường lấy 1,7:2,2.

2.4.3 Phân tích độ bền theo phương pháp trạng thái giới hạn

2.4.3.1 Các trạng thái giới hạn

Cho kết cấu chịu tai trong tăng dan Trang thái giới hạn là trạng thái ma kể từ đó trở đi kết cấu không thế thỏa man yêu cầu đề ra cho nó Dé tinh toán kết cấu BTCT cần dùng hai nhóm trạng thái giới hạn: Về khả năng chịu lực và về điều kiện sử dụng bình thường.

2.4.3.2 Tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất về khả năng

chịu lực

‘Trang thái này được qui định ứng với lúc kết cấu bắt đầu bị phá hoại, bị

mắt ồn định về hình dang hoặc vị trí, bj hỏng do mỏi, do tác dụng đồng thời

của tải trọng và môi trường.

Tinh toán về kha năng chịu lực dựa vào điều kiện sau:

Ty (1a)Trong đó:

Trang 39

T_ : nội lực bất lợi nhất có thể phát sinh trong kết cấu do tai trong

tính toán và các tác động khác gây ra,

Tụ, : giới hạn bé nhất về khả năng chịu lực, ứng với trường hợp và tiết diện đã xác định T

“Tính toán theo điều kiện (2-14) được tiến hành đổi với từng tiết diện hoặc đối với từng vùng chịu lực cục bộ của kết cấu Tay theo trạng thái làm

việc và sự phá hoại có thể xảy ra mà qui định tiết diện tính toán là tiết diện thẳng góc, xiên góc với trục hoặc tiết diện không gian Cũng cần tính toán các.

trường hợp chịu lực cục bộ như nén cục bộ, đâm thủng v.v.

Các giá trị T và Tạ, được xác định theo một xác suất bảo đảm nào đó

tùy tính chất quan trọng của công trình T được tính theo tải trọng tính toán.

xác định như sau

p=np‹ @-15)

Trong đô:

P tai rong tinh tod,Po: fai trong tiêu chuẩnn :hệsốvugLdi

Đối với kết cấu xây dựng thủy loi, thủy điện các giá tri n và py được:

lấy theo tiêu chuẩn TCXDVN285-2002 Thông thường đổi với tải trọng

lấy n<

Giá trị Ty, được ác định dựa vào kết quả phân tích sự làm việc của kết cấu và diing cường độ tinh toán của vật liệu để tính toán.

Khi kiểm tra theo điều kiện (2-14) cũng có thể lá T là ứng suất do taitrọng tính toán gây ra và Tạ, là cường độ tính toán của vật liệu

Trang 40

Tinh toán theo trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực là cần thiết cho mọi kết cấu cũng như cho các bộ phận của nó Cần tiến hành tính toán ứng với mọi giai đoạn: chế tgo, vận chuyển, dựng lắp, sử dụng, sửa chữa Với mỗi trường hợp sơ đồ tính toán phải phù hợp với sơ đồ cấu tạo.

Việc tính toán theo khả năng chịu lực thường được tiến hành theo một

trong hai loại bai toán: bài toán kiểm tra hoặc bài toán chọn tiết diện Trong,

bài toán kiểm tra người ta đã biết trước kích thước tiết điện, cốt thép và các chí tiêu về vật liệu, tiến hanh tính riêng về trái và về phải của biểu thức (2-14) rồi so sánh Trong bài toán chọn tiết diện đã biết trước nội lực dé tải trọng tính toán gây ra và một số (chưa đầy đủ) kích thước tiết diện, xuất phát từ điều kiện (2-14) để tinh toán ra cốt thép hoặc những kích thước còn lại của

tiết diện.

2.4.3.3 Tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai vềdụng bình thường.

Để đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường cần hạn chế độ biến dang,

độ mở rộng khe nứt hoặc độ dao động của kết cầu

(2-16) và đối với những kết cấu Kiểm tra về biến dang theo điều kỉ:

được phép xuất hiện vết nứt thì kiểm tra bé rộng khe nứt theo điều kiện (2-17)

T<Ðy (2-16)

ân Bạn, 6-1)

Trong đ

7 :lä độ biến dạng (độ võng, góc xoay, độ dan ) và ay là bề rộngkhe nứt của kết cấu khi nó làm việc.

fy, : chỉ số giới hạn của biến dang.

gy: bề rộng khe nứt

trị số này được qui định để bảo đảm sự kim việc bình thưởng của

kết cầu Chúng phụ thuộc vào tinh chất và điều kiện sử dụng kết cầu cũng như.