Phân tích lực và tính toán bản đáy theo phương pháp dầm đảo ngược: - Phản lực nên theo phương dòng chảy là bậc nhất và hướng vuông góc với dòng chảy là đều hình 3 - 19 2 6 1 b l... Tính
Trang 1CHƯƠNG 3: CỐNG LỘ THIÊN
GS TS Phạm Ngọc Quý
Trang 23-1 Khái niệm và phân loại
3.1.1 Khái niệm:
- Là công trình hở phía trên, được xây
dựng để điều tiết lưu lượng và
- Để lấy nước từ sông hoặc hồ
- Cống Trung Trang (HP) có 4 cửa
8m, lấy nước tưới 18.250 ha
Trang 33-1 Khái niệm và phân loại
- Ngăn triều (kết hợp giữ ngọt, ngăn mặn, tiêu)
- Cống Nghi Quang (năm 2000, 12 cửa rộng 3,2m)
6 Cống tháo cát:
+13.00 PhÝa s«ng
+2.50 +2.00
-6.00
Trang 43-1 Khái niệm và phân loại
3.1.3 Các bộ phận của cống: có 3 bộ phận chính
1 Nối tiếp thượng lưu:
Gồm tường, sân Yêu cầu: tạo cho dòng chảy vào thuận.
2 Thân cống:
- Gồm bản đáy, mố trụ, van, cầu phai, thiết bị
- Thực hiện nhiệm vụ của cống.
- Có cấu tạo phù hợp với nhiệm vụ, quy mô, địa chất.
3 Nối tiếp hạ lưu:
- Gồm thiết bị tiêu năng, tường cánh, sân sau, hố xói dự phòng
- Yêu cầu thuận dòng, giảm hiện tượng thuỷ lực bất lợi
Trang 53-1 Khỏi niệm và phõn loại
10 9 -3.50 -3.50
13 14 5
14
- 14.50 12
+5.20 + 3.20 6
9
8 11
7
- 4.50 -6.00 19
18
17 +4.50
1 Kênh dẫn thượng lưu 2 Bảo vệ mái thượng lưu 3 Sân trước bằng đá xây 4 Cầu thang mái kênh thượng lưu
5 Sân trước bằng bê tông CT 6 Tường cánh thượng lưu 7 Cầu giao thông 8 Mố trụ
9 Khe phai 10 Cửa van 11 Tường ngực 12 Bản đáy cống
13 Cọc bê tông cốt thép 14 Cừ chống thấm 15 Cầu công tác 16 Cầu thả phai
17 Tường cánh hạ lưu 18 Mố tiêu năng 19 Bản đáy bể tiêu năng 20 Sân sau bằng bê tông CT
21 Sân sau bằng đá xây 22 Cầu thang mái kênh HL 23 Bảo vệ mái hạ lưu 24 Hố xói dự phòng
25 Kênh hạ lưu
Ghi chú: Kích thước cm
Trang 6a Với cống lấy nước: Tính toán từ yêu cầu mực nước ở nơi dùng tới
b Cống tiêu, cống phân lũ: Từ tính toán thuỷ văn
Trang 7- Khi nước vào cống, mực nước giảm
- Nếu cống đặt các bờ sông 1 đoạn thì có tồn thất cột nước trong kênh là:
∆Z3
- Mực nước thượng lưu cống lấy nước là Z t = Z 1 - , nếu Zt > Zpg
Nếu Zt < Zpg thì mực nước thượng lưu trước cống là Zpg
b Đối với cống tiêu, cống phân lũ:
Căn cứ vào yêu cầu và tính toán thuỷ lực, thuỷ văn để xác định Zt
g 2 ) K 1 (
KV
2
3 Z
−Q Q
Trang 83.2 Xỏc định kớch thước lỗ cống
3 Lựa chọn cập (Z t , Z h ) thiết kế:
- Q, Zt, Zh đều biến đổi theo thời gian
Hinh 3-6: Đường quá trinh mực nước thượng hạ lưu cống
- Chọn cặp (Zt, Zh) phải thoả món: đảm bảo nhiệm vụ, an toàn, khả thi
- Với xỏc định bề rộng cống chọn cặp (Zt, Zh) cú chờnh lệch nhỏ và lưu lượng tương ứng tương đối lớn (A,B,C)
- Với tiờu năng, phũng xúi: chọn cặp (Zt, Zh) cú chờnh lệch lớn và lưu lượng tương đối lớn (D)
Z ~ t
Z ~ t
B 6
A 1
5 7 8 9
4 3
10 t
t
Trang 9- Kiểu ngưỡng cống ảnh hưởng đến kích thước cống, kết cấu, Q.
- Có 2 kiểu : ngưỡng đỉnh rộng, ngưỡng thực dụng.
- Ngưỡng đỉnh rộng (ngưỡng bằng) dùng khi:
+ Hạ thấp cao trình ngưỡng để tăng Q
+ Khi đã có q, không đòi hỏi m lớn.
+ Giảm thời gian thi công
- Ngưỡng thực dụng (dạng cong, tròn, đa giác ) dùng khi:
+ Khi cần m lớn.
+ Giảm chiều cao cửa van, không giảm Q.
+ Khống chế q.
Trang 10Q = ∑
H hd
tc σ σ m
d b
b
∑ +
∑
∑ b
H n
) 1 n ( 2
, 0
1− ξmb + − ξmt 0
= ε
Trang 113.2 Xác định kích thước lỗ cống
Trang 123.2 Xác định kích thước lỗ cống
Trang 133.3 Tiêu năng phòng xói
3.3.1 Đặc điểm
1 Đặc điểm chung:
- V lớn phân bố không đều
- Mạch động lớn
- Zt, Zh, Q thay đổi theo t, chế độ chảy thay đổi
- Dòng chảy ở hạ lưu khuyếch tán không đều
Trang 143.3 Tiêu năng phòng xói
3.3.2 Thiết kế bể tường tiêu năng
- Là hình thức tiêu năng nội bộ.
- Tiêu hao được 40 ÷ 70% nặng lượng thừa
- Thích hợp với nền đất, cột nước thấp
- Xác định d,C, L với bài toán phẳng được trình bày trong sách TL
- Với mở rộng dần: Từ phương trình (3 – 20) của Zamarin ta có h2:
, (3-20)
- Cuối bể tiêu năng thường làm ngưỡng nhằm: Giảm d,L
- Hướng dòng chảy lên mặt, tránh xói lở
- Tăng khuyếch tán, giảm khu xoáy vật,
giảm L2
- Chiều cao ngưỡng hợp lý:
thấp quá không tác dụng, cao thì tạo nước nhảy sau ngưỡng
2
2
h
bg
vb
q2
h
bg
v.b
α
Trang 153.3 Tiêu năng phòng xói
3.3.3 Thiết bị tiêu năng phụ
- Có tác dụng: Tăng tiêu năng, rút ngắn kích thước bể -Có các loại: Răng tiêu năng (hình 3 - 12)
Trang 16§3.3 Tiêu năng phòng xói
H×nh 3 - 13 Mè tiªu n¨ng
Trang 17§3.3 Tiêu năng phòng xói
Dầm tiêu năng (hình 3 - 14)
c
Hình 3-14 DÇm tiªu năng
Trang 18§3.3 Tiêu năng phòng xói
- Khi Zh thay đổi, có gợn sóng yếu dần về phía hạ lưu (H.3- 15)
H×nh 3 - 15
- Điều kiện:
- Tác hại:
+ Tiêu năng kém, khuyếch tán không đều.
+ Dòng chảy tách khỏi tường cánh, tạo khu xoáy vật; q,v tăng gây xói lòng kênh.
2h
"
h
c
c ≤
Trang 19Đ3.3 Tiờu năng phũng xúi
- Khắc phục:
* Làm ngưỡng trước khi vào bể (hỡnh 3 - 16) chiều cao ngưỡng theo đồ thị (hỡnh 3 - 17).
Hình3 - 16 Sự thay đổi dạng nước nhảy khi có ngưỡng đầu bể
* Dựng dầm, mố tiờu năng, ngưỡng phõn nước.
Trang 20§3.3 Tiêu năng phòng xói
3.3.5.Dòng chảy ngoằn ngoèo và biện pháp khắc phục
- Là dòng chảy không đối xứng(h×nh 3-18).
H×nh 3 - 18 Dßng ch¶y ngo»n ngoÌo sau cèng.
- Do kết cấu không đối xứng, tường cánh mở qua rộng, cửa van mở không đều.
- Tác hại: giảm hiệu quả tiêu năng, tăng xói.
Trang 21§3.3 Tiêu năng phòng xói
- Khắc phục:
* Chọn hình thức tường cánh và góc mở θ hợp lý:
.Không có thiết bị tiêu năng: tg θ =
.Có thiết bị tiêu năng: tg θ =
h P
1
÷
Trang 23§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
3.5.1 Tính toán bản đáy cống
1 Phân tích lực và tính toán bản đáy theo phương pháp dầm đảo ngược:
- Phản lực nên theo phương dòng chảy là bậc nhất và hướng vuông góc với dòng chảy là đều (hình 3 - 19)
2
(6
1
b l
Trang 24§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Trang 25§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
2.Phân tích lực và tính toán bản đáy theo pp dầm trên nền đàn hồi:
B1: Xét toàn cống hoặc một khung cống để phản lực nền (với giả thiết như ở phương pháp trên)
B2: Cắt một băng 1m vuông góc với dòng chảy và xác định sơ đồ lực
P + ∑
∑
∑
Trang 26- Lực cắt phân cho bản đáy là Q2 =
và phân đều là q4 theo: q4 = Q2/2l
A 2
A 1
2 1
1
AA
A
Q
+
2 1
2
A A
A
Q +
i i
,
F
Q
∑
=
Trang 27Đ 3-5 Tớnh toỏn kết cấu cỏc bộ phận cống
d) Sơ đồ lực cuối cựng (hỡnh 3 - 21)
- Lực phõn bố q = q0 + q1 + q2 + q4.
- Lực tập trung tại mố i là Pi = P'i + P''i
- Hoạt tải q5 (nếu cú), trọng lượng đất đắp 2 bờ: S
- Mụmen do ỏp lực ngang gõy ra.
Hình 3 - 21: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáy
Trang 28+ Theo nhóm PP xem nền biến dạng đàn hồi cục bộ.
+ Theo nhóm PP xem nền biến dạng đàn hồi toàn bộ.
B4: Tính toán bố trí cốt thép, kiểm tra biến dạng nứt.
3
0 1E
Trang 29§3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Chú ý: 1) Xét ảnh hưởng của tải trọng bên:
+ Làm tăng M ở bản đáy thì xét toàn bộ + Nếu làm giảm M ở bản đáy: Đất sét: không tính đến Đất cát: tính (30% ÷ 50%)
+ Chiều dài ảnh hưởng của tải trọng bên ở mỗi bên tối đa là 2l.
2) Phương pháp xét đến tính chất của nền, độ
cứng của dầm tính toàn bộ khối, ảnh hưởng của tải
trọng bên.
3 Phương pháp phần tử hữu hạn
Trang 31§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
2 Tính toán kết cấu tường ngực:
a) Bản chắn:
Nếu b/L > 2: tính như sơ đồ dầm
Trang 32- Tính theo phương đứng và phương ngang ( bỏ qua xoắn)
- Tải trọng phương đứng: trọng tải bản thân dầm dưới (có thể
cả bản chắn và dầm trên), thiết bị, người qua lại
- Tải trọng theo phương ngang: áp lực nước, sóng trực tiếp tác dụng áp lực từ bản chắn truyền tới.
Trang 33§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
3.5.3 Tính toán trụ cống
1 Tải trọng và trường hợp tính toán:
a) Tải trọng:
- Áp lực nước (trực tiếp và gián tiếp qua cửa van)
- Trọng lượng bản thân và các thiết bị đặt trên nó.
- Áp lực đất (mố bên)
- Các tải trọng đặc biệt ( tùy từng trường hợp tính toán)
b) Các trường hợp:
- Đang thi công hoặc vừa thi công xong.
- Trường hợp sử dụng: Khi cửa van đóng hoặc mở.
- Trường hợp sự cố hay sửa chữa: dùng phai chắn nước tạm.
Trang 34§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
2 Tính toán trụ van phẳng:
a) Khi cửa van hai bên mố trụ đều mở như nhau hoặc khi vừa xây
xong không có nước:
- Tải trọng là trọng lượng bản thân và các kết cấu, thiết bị phía trên
- Sơ đồ tính toán: Nén lệch tâm.
±
1
2
c
d + σ δ σ
Trang 35+ Kết cấu chịu kéo
Theo TCVN 4116 – 85:
N: nội lực tính toán
a a
c nR m
N n
Trang 36§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Trang 37§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Trang 38§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Trang 39§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Trang 40§ 3-5 Tính toán kết cấu các bộ phận cống
Trang 41§ 3-6 Cấu tạo các bộ phận cống
Trang 42§ 3-6 Cấu tạo các bộ phận cống
Trang 43§ 3-6 Cấu tạo các bộ phận cống
Trang 44§ 3-6 Cấu tạo các bộ phận cống
Trang 45§ 3-6 Cấu tạo các bộ phận cống
Trang 46§ 3-6 Cấu tạo các bộ phận cống
Trang 47CÔNG TRÌNH TRÊN HỆ THỐNG THỦY LỢI
Kết thúc chương 5
Chúc các bạn sinh viên:
Sống mỉm cười,
trước thách thức, gian nan