Nội dung quy trình tính toán thiết kế cống lắp ghép là: Nghiên cứu xây dựng chỉ dẫn thiết kế kết cấu cống lắp ghép bằng cừ bêtông cốt thép hoặc cừ BTCT dự ứng lực trong xây dựng công trình thuỷ lợi nhằm phục vụ yêu cầu thực tiễn sản xuất ở ĐBSCL
ĐỀ TÀI CẤP BỘ HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THI CƠNG CỐNG LẮP GHÉP BẰNG BTCT VÀ BTCT DỰ ỨNG LỰC Ở ĐBSCL Tác giả: Ths Dỗn Văn Huế Cơ quan chủ trì: Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam MỤC LỤC I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỐNG LẮP GHÉP 1.1 Đặc điểm chung của kết cấu cớng lắp ghép 1.2 Cấu tạo cớng lắp ghép 1.3 Ngun lý chống xói hạ lưu cơng trình 1.4 Cơng nghệ thi cơng II TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CỐNG LẮP GHÉP 2.1 Xác định thơng sớ kỹ tḥt bản 2.2 Chọn tuyến vị trí xây dựng cống .7 2.3 Tính tốn thuỷ lực cống 2.4 Tính tốn diện cống 2.5 Tính tốn tiêu phòng xói 2.6 Tính tốn ổn định kết cấu cống 10 2.7 Tính tốn kiểm tra ổn định tổng thể cơng trình 13 2.8 Thiết kế chi tiết kết cấu phận cơng trình 19 2.9 Tính tốn kết cấu cầu giao thơng 20 2.10 Tính tốn kết cấu cửa van 22 2.11 Tính tốn hiệu quả đầu tư và so sánh kinh tế .39 DỰ ÁN SXTN CẤP BỘ “HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THI CƠNG CỐNG LẮP GHÉP BẰNG BTCT VÀ BTCT DỰ ỨNG LỰC Ở ĐBSCL” (2012 - 2014) B¸O C¸O: Quy tr×nh TÝNH TO¸N thiÕt kÕ cèng l¾p ghÐp Nội dung quy trình tính tốn thiết kế cống lắp ghép là: Nghiên cứu xây dựng dẫn thiết kế kết cấu cống lắp ghép cừ bêtơng cốt thép cừ BTCT dự ứng lực xây dựng cơng trình thuỷ lợi nhằm phục vụ u cầu thực tiễn sản xuất ĐBSCL I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỐNG LẮP GHÉP 1.1 Đặc điểm chung của kết cấu cớng lắp ghép + Kết cấu cống lắp ghép BTCT BTCT dự ứng lực thiết kế theo ngun lý “lắp ghép” cấu kiện chế tạo sẵn (cừ BTCT, BTCT dự ứng lực, dầm van, cửa van, cầu giao thơng, ) “liên kết” chịu lực trường + Kết cấu cống lắp ghép sử dụng loại vật liệu có khả chịu lực độ bền cao mơi trường tự nhiên ĐBSCL như: BTCT mác cao có phụ gia chớng ăn mòn, thép khơng rỉ, vật liệu cao su tổng hợp, composite, Ngoài ra, các hạng mục khác được xây đúc tại chỡ được sử dụng loại vật liệu thơng thường + Kết cấu cống lắp ghép BTCT BTCT dự ứng lực phục vụ xây dựng cơng trình đầu hệ thớng kênh cấp 2, khẩu đợ khoang cửa cớng Bc = 3÷15m Tuỳ thuộc u cầu vận hành quy mơ cơng trình để chọn loại cửa van phù hợp Nếu thường xun đóng mở điều tiết ng̀n nước tưới tiêu, chọn kết cấu cửa van cánh cửa tự đợng thủy lực hoặc cửa van phẳng để điều tiết nước qua cơng trình Nếu độ khoang cửa lớn, số lần vận hành chọn loại cửa clape trục kinh tế 1.2 Cấu tạo cớng lắp ghép Kết cấu cống lắp ghép cơng trình ngăn sơng ổn định nhờ hệ cọc và cừ BTCT BTCT dự ứng lực đóng sâu vào theo hình thức liên kết “cọc ngàm đất” khác với cống xây dựng theo cơng nghệ cũ chịu lực dàn trải tồn đáy rộng Tường ngăn mang cống: Có cấu tạo bao gờm 01÷02 hàng cừ BTCT cừ BTCT dự ứng lực ghép nối liên tục với qua khớp nối âm - dương tạo thành tường chắn nước thay kết cấu thân cống BTCT đúc liền khối hệ cọc chịu lực kết cấu cống kiểu truyền thống Bằng việc sử dụng tường cừ BTCT thay thế cho kết cấu đập đất đắp nước đã khắc phục được hạn chế của kết cấu cớng xà lan, tường cừ vừa làm nhiệm vụ ngăn nước đờng thời tham gia chịu lực làm tăng ởn định của trụ pin cớng và mỹ quan cơng trình Hình 1.1 - Mặt bằng thân cống BTCT lắp ghép Trụ pin cống: kết cấu chịu lực cống kiểu trụ đài cao gồm cừ cọc BTCT đóng sâu vào đất theo phương dòng chảy, đầu cọc cừ liên kết với dầm BTCT đổ liền khối với tường ngăn mang cớng Trụ pin cống kết hợp làm trụ nâng cầu cống Trên trụ pin có bố trí thiết bị vận hành cửa van (tời kéo, xilanh thủy lực,…) Hình 1.2 - Mặt bên trụ pin cớng Kết cấu dầm khe van: Dầm khe van để lắp đặt cửa van có mặt cắt ngang hình chữ U bằng BTCT, chụp lên đầu hàng tường cừ chống thấm dưới đáy cống, liên kết kín nước với hàng cừ cao su neopren dày 10÷15cm dạng ống, bề mặt theo chiều dài dầm thiết kế khe đáy thép khơng gỉ chơn sẵn bêtơng để thả dầm đáy của cửa van vào dầm van bêtơng Dầm có thể được đúc sẵn nhà máy hoặc thực hiện ở hiện trường Hình Mặt cắt dầm van Kết cấu chống thấm: Kết cấu cống BTCT lắp ghép chống thấm đáy cơng trình theo ngun lý “đường viền đứng”, dòng thấm theo hệ tường cừ có tác dụng chống xói ngầm hiệu 1,5÷2,0 lần so với ngun lý chống thấm “đường viền ngang” kết cấu cống truyền thống Việc bớ trí các hàng cừ vừa làm nhiệm vụ chớng thấm, vừa làm tường ngăn của cớng làm giảm chi phí và tiết kiệm thời gian thi cơng cơng trình Hình 1.4 - Sơ đờ ngun lý chớng thấm 1.3 Ngun lý chống xói hạ lưu cơng trình Kết cấu cống BTCT lắp ghép hạn chế thu hẹp dòng chảy sơng tự nhiên, mở rộng độ cống Bc/Bs ≥ 0,70÷0,80 để giảm lưu tốc dòng chảy qua cơng trình, hạn chế xói lở hạ lưu cống, giảm diện tích chiếm đất xây dựng cơng trình ảnh hưởng mơi trường tự nhiên trước mắt lâu dài Kết cấu chống xói cần gia cố thảm đá thảm BTCT Hình 1.5 - Sơ đờ ngun lý chớng xói hạ lưu 1.4 Cơng nghệ thi cơng - Thi cơng xây dựng cống lòng sơng tự nhiên (khơng đắp đê qy đào kênh dẫn dòng thi cơng xây dựng cống truyền thống) - Sử dụng thiết bị đóng cừ chun dùng mang tính phở thơng (búa rung, búa đóng cọc, sàn đạo nhiều tầng dẫn hướng,…) để tăng độ xác chất lượng thi cơng cơng trình Kết cấu tởng thể của cớng BTCT lắp ghép hình sau: 9 8 1 1- Trụ pin 3- Dầm van 5- Cửa van 7- Rọ đá 2- Thân cớng 4- Cừ chớng thấm 6- Thiết bị đóng mở 8- Dầm liên kết 9- Cầu giao thơng Hình 1.6 - Chính diện kết cấu cống lắp ghép II TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CỐNG LẮP GHÉP Quy trình cơng nghệ tính tốn thiết kế kết cấu cống lắp ghép tiến hành theo bước sau: 2.1 Xác định thơng sớ kỹ tḥt bản Để nghiên cứu tính toán thiết kế cống, trước hết từ nhiệm vụ cơng trình cần phải xác định được các chỉ tiêu thiết kế bao gờm: - Chiều rộng khoang cống tính tốn : Btt, m - Cao trình đáy cửa van : ∇đ, m - Cao trình đỉnh cửa van : ∇đc, m - Tải trọng quy mơ cầu giao thơng cống - Chiều cao thơng thuyền - Thơng sớ mực nước: + Tở hợp 1: Tở hợp giữ ngọt: Mực nước đờng lớn nhất : Zđmax, m Mực nước ngoài sơng nhỏ nhất Chênh lệch mực nước + Tở hợp 2: Tở hợp ngăn mặn: Mực nước đờng nhỏ nhất Mực nước sơng lớn nhất Chênh lệch mực nước : Zsmin, m : ∆H1, m : Zđmin, m : Zsmax, m : ∆H2, m Tổ hợp mực nước tác dụng lên cửa van đưa vào tính tốn và kiểm tra kết cấu cửa tổ hợp bất lợi nhất các tở hợp đưa xem xét 2.2 Chọn tuyến vị trí xây dựng cống o o Vị trí xây dựng cống: Vị trí xây dựng cơng trình thường lựa chọn đầu kênh kênh cấp hệ thống kênh rạch quy hoạch ĐBSCL Tuyến xây dựng cống: Việc lựa chọn tuyến xây dựng cống tn thủ theo quy định quy phạm thiết kế cống hành nhằm đảm bảo mục tiêu kinh tế kỹ thuật hợp lý nhất: tiết kiệm kinh phí đầu tư xây dựng, hạn chế ảnh hưởng đến mơi trường đời sống ổn định nhân dân, đảm bảo kết hợp thuận lợi giao thơng thuỷ giao thơng qua cơng trình 2.3 Tính tốn thuỷ lực cống + Mục đích: Với bề rợng cống đã chọn, tính toán thủy lực qua cớng nhằm kiểm tra xem cớng có đảm bảo tiêu được lưu lượng thiết kế Q tk khơng với u cầu dòng chảy sau cớng có vận tớc khơng gây xói lòng dẫn + Chế độ thuỷ lực qua cớng: Dòng chảy qua cửa cớng tính đập tràn đỉnh rộng Tính tốn thuỷ lực dòng chảy qua cớng bao gồm việc xác định khả tháo nước cống xác định kích thước khoang cửa cống để tháo lưu lượng định trước Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập thoả mãn điều kiện sau: hn hn > H o H o pg h h n n h > h k k pg hn Trị số H lấy gần khoảng 0,70÷0,80 tra đồ thị theo o pg hn hệ số lưu lượng m ; h lấy gần 1,2÷1,4 k pg Trong đó: Ho = H + αvo2 cột nước tồn phần đỉnh đập, 2g vo: Lưu tốc dòng chảy thượng lưu trước đập, hn = hh - P độ sâu nước hạ lưu so với đỉnh đập, P - chiều cao đập so với đáy hạ lưu, hh - độ sâu hạ lưu, hk - độ sâu phân giới, α - hệ số sửa chữa động 2.4 Tính tốn diện cống + Trường hợp tính tốn: Chọn chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần tháo lưu lượng Q lớn + Chọn cao trình ngưỡng cống: Có thể chọn cao đáy kênh Để tăng khả tháo nước lực vận chuyển phương tiện lưu thơng qua cơng trình nên chọn ngưỡng thấp Thơng thường, với kết cấu cống này, cao trình ngưỡng cống chọn cao cao trình đáy kênh khoảng 0,2÷0,30m để thuận tiện cho việc vận hành cửa van + Hình thức ngưỡng cống: Ngưỡng cống kết cấu dầm van đầu hàng tường cừ chống thấm khoang cửa cống, ngưỡng cống thấp chọn loại đập tràn đỉnh rộng + Chiều rộng nước (B c): Chiều rộng cống đảm bảo tiêu nước vào mùa ngăn lũ, ngăn mặn kết hợp với giao thơng thuỷ mùa khơng cần ngăn mặn, cho phép phương tiện vận tải thuỷ qua lại an tồn, thuận tiện q trình vận hành hạn chế chi phí xây dựng hạng mục cơng trình chống xói lở hạ lưu cơng trình Từ cơng thức tính lưu lượng qua cống (theo cơng thức đập tràn đỉnh rộng trạng thái chảy ngập): Q = ϕ nϕ g BC h g ( H − h) (m3/s) ϕn - Hệ số lưu tốc chảy ngập phụ thuộc vào hệ số lưu lượng (Cumin), ϕg - Hệ số co hẹp ngang, lấy theo QPTL C-8-76 (ϕg = 0,5.εo + 0,5), Bc - Chiều rộng cống, Ho- Cột nước tồn phần tính từ ngưỡng tràn trở lên, h - Chiều cao cột nước ngưỡng cống Zhp Ho hn Hình 2.1 - Sơ đồ tính tốn thuỷ lực Suy ra: Bc = Q ϕ n ϕ g h 2.g ( H o − h) Tra bảng hệ số : ϕn = 1, ϕg = ; Thay giá trị : Ho, h; g = 9,81m/s2 vào cơng thức xác định Bc Mặt khác, Chiều rộng nước Bc phải đảm bảo u cầu sau đây: - Hệ số thu hẹp dòng chảy (k=Bc/Bk) = (0,75÷0,80) để khơng làm thay đổi mơi trường sơng tự nhiên - Thốt nước thuận lợi Qmax > Qyc đảm bảo u cầu nước - Lưu thơng thuỷ quản lý vận hành cơng trình thuận lợi - Lưu tốc lớn kênh Vmax < [Vkx] đảm bảo kênh khơng bị xói 2.5 Tính tốn tiêu phòng xói + Trường hợp tính tốn: Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn - Với cống lấy nước: Mực nước ngồi sơng lớn mực nước đồng phụ thuộc vào lưu lượng lấy vào Cửa van mở hồn tồn nằm ngang với đáy kênh - Với cống tiêu kết hợp dâng nước: Trường hợp mực nước ngồi sơng nhỏ mực nước đồng lớn Khi tiêu nước, cửa van mở hồn tồn dâng nước (trường hợp ngăn lũ) đóng kín + Lưu lượng tính tốn tiêu năng: - Với cống lấy nước: Mực nước hạ lưu phụ thuộc vào lưu lượng lấy vào, để xác định lưu lượng tính tốn tiêu cần tính với cấp lưu lượng từ Qmin đến Qmax, với cấp độ Q, cần xác định độ mở cống a, độ sâu liên hiệp hc” độ sâu hạ lưu h h Lưu lượng tính tốn Q tt ứng với (hc”hh)max - Với cống tiêu kết hợp dâng nước tưới: Trong trường hợp mực nước hạ lưu cống khơng phụ thuộc lưu lượng tháo qua cống Khi mực nước thượng lưu khống chế, Qtt lưu lượng tháo thiết kế cống + Tính tốn thiết kế tiêu phòng xói: Với kết cấu cống lắp ghép xây dựng vùng dao động mực nước thấp (∆z ≤ 0,50÷1,20m), độ cửa cống lớn, mức độ thu hẹp dòng chảy nhỏ nên trường hợp vận hành cống dòng chảy qua cơng trình có lưu tốc khơng thay đổi nhiều nên hạn chế tối đa tượng xói lở bờ đáy kênh phía thượng hạ lưu cơng trình, đảm bảo lưu tốc qua cơng trình nhỏ lưu tốc xói cho phép đất Kết cấu cơng trình tiêu chọn dạng thi cơng lắp ghép nước, vật liệu phổ biến rọ thảm đá bọc PVC Chiều dài gia cố thượng hạ lưu cống L1 = (2÷3)Bc 2.6 Tính tốn ổn định kết cấu cống Kết cấu cống lắp ghép cừ BTCT dạng cơng trình ổn định hệ cọc ngàm vào đất nền, phần mềm sử dụng tính tốn chương trình SAP2000, mơ lớp đất hệ số Spring Hệ số spring xác định theo phương pháp xấp xỉ phản lực (Reese-Matlock) Trong phương pháp xem đất quanh cọc mơi trường đàn hồi biến dạng tuyến tính tác dụng vào cọc giống dẫy lò xo đàn hồi độc lập tuyến tính Theo mơ hình này, đất thay loạt lò xo đàn hồi x độc lập có độ cứng xác định theo cơng thức: K x = K h L Kh: Giá trị Kx x = L ; x: Độ sâu điểm dọc theo cọc Kh = Ks.B, B - Bề rộng cọc Việc xác định nội lực cừ chịu tác dụng tải trọng ngang chủ yếu phụ thuộc vào giá trị mơđun phản lực K h lò xo Với đất sét Kh tỷ lệ với độ sâu Ks = S1.As + S2.Bs.Zn Trong đó: cọc tròn S1 = 1,3÷1,7 ; S2 =2÷4,4 n: Hệ số, n = 0,4 10 Nếu tính đến hệ số an tồn chung ta có tổng áp lực nước là: P = n.Ptt , T Tải trọng tác dụng lên cửa đưa dạng tập trung sau: q A B P1 P2 R'A R'B Hình 2.11 - Tải trọng tác dụng lên cửa Ta có q = n..∆H , T/m + Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa: P1 = a.q , T P2 = 1/2(b - a).q, T ' Vậy ta có phản lực gối B là: R B = Phản lực gối A là: (0,5a.P1 + ( a + 0,33c).P2 ) Hc R’A = (P1 + P2) - R’B, T Nếu gọi RA RB tổng áp lực nước tác dụng lên tồn dầm đáy cửa (Dầm A) dầm đỉnh cửa (Dầm B) Ta có: R A = B R ’A , T R B = B R ’B , T b Tính mặt: Bản mặt coi hàn bốn mặt vào dầm ngang dọc Nên ta tính tốn mặt tựa bốn cạnh Chọn mặt chịu lực lớn đồng thời có 26 diện tích lớn để tính tốn Chiều dày mặt xác định theo cơng thức Bakhơ: δ = a Trong : ϕ P (1 + n ).[ σ ] (cm) a, b - chiều ngắn chiều dài cạnh dầm : P - cường độ áp lực nước trọng tâm mặt P = γ.∆H, kg/cm2 n = a/b ϕ - hệ số phụ thuộc tính chất liên kết dầm ϕ = 0,75 Chọn bề dày mặt δ theo u cầu chịu lực, cấu tạo và chống ăn mòn c Tính tốn dầm ngang Trọng lượng thân cửa sau triệt tiêu phần lực đẩy ácsimét, lại chủ yếu tác dụng lên tai kéo cửa, trục cửa phần nhỏ ảnh hưởng đến dầm ngang cửa, thành phần nhỏ nên ta bỏ qua tính tốn dầm ngang cửa Ta coi dầm ngang chịu tải trọng phân bố với giá trị q t xác định từ RB sau: qt = RB , T/m B Tải trọng tác dụng lên dầm ngang thể qua (Hình 2.12) q Btt Mmax Hình 2.12 - Tải trọng tác dụng lên dầm ngang Mơ men Mmax xuất nhịp dầm có giá trị: M max qL = t t , T.m ; Wyc = M max , cm3 [σ ] Theo điều kiện độ võng cho phép dầm chính: 27 f 5M max L2 t = ≤ Lt 48EJLt 600 Vậy ta có: J yc ≥ 5.600.M max Lt , cm4 48 E * Chọn dầm chính: b h t Căn vào kết tính tốn ta chọn dầm ngang dầm hàn ghép từ tơn (Hình 2.13) Các thơng số hình học dầm sau: Jx ≥ Jyc (cm4) t W ≥ Wyc (cm3) F ≥ Fyc (cm2) B Hình 2.13 - Dầm đỉnh d Tính tốn dầm đáy cửa: Đây loại cửa van có độ lớn nên để thuận tiện cho việc thi cơng lắp đặt ta bố trí nhiều cối cửa gắn với dầm đáy Ta có sơ đồ chịu lực dầm đáy (Hình 2.14) Sơ đồ tính tốn dầm đáy dầm siêu tĩnh, để an tồn đơn giản cho việc tính tốn ta xem dầm đáy dầm đơn có hai gối tựa (đúng nhịp sơ đồ Hình 2.15) chịu lực phân bố đều, lúc dầm đáy có nhịp tính tốn khoảng cách gối đỡ trục quay cửa l t, m Ta có sơ đồ lực tính tốn tương tự (Hình 2.12) q Btt Hình 2.14 - Sơ đờ tính dầm đáy cửa Từ kết tính tốn ta có tải trọng phân bố với giá trị q t xác định từ RA sau: qt = RA /B, T/m Mơ men Mmax xuất nhịp dầm có giá trị: 28 M max qL = t t , T.m Wyc = M max , cm3 [σ ] Theo điều kiện độ võng cho phép dầm đáy: 5M max L2 t f = ≤ Lt 48 EJLt 600 Vậy ta có: J yc ≥ 5.600.M max Lt , cm4 48E Dựa vào các sớ liệu kiểm toán để chọn dầm đáy hợp lý e Tính tốn dầm đứng chính: Theo chiều dài cửa van, khoảng chịu lực của dầm đứng chính là l, m Tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính đưa dạng tập trung sau: q' A B P'1 P'2 RA RB Hình 2.15 - Sơ đờ tính dầm đứng chính Ta có q’ = n..∆H.l, T/m + Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa: P’1 = a.q’, T P’2 = 1/2(b - a).q’, T - Mơ men lớn nhất dầm: Mmax , T.m - Mơ men chớng ́n u cầu của dầm: Wyc = M max , cm3 [σ ] - Mơ men quán tính u cầu của dầm: 29 J yc ≥ 5.600.M max Lt , cm4 48 E * Chọn dầm đứng chính: Căn vào kết tính tốn ta chọn dầm đứng dầm hàn ghép từ tơn (Hình 2.16) Các thơng số hình học dầm sau: t Dầm đứng chính: h, cm h Jx (cm4) t W (cm ) F (cm2) b Hình 2.16 - Kết cấu dầm đứng chính f Tính dầm phụ đứng, ngang: Sơ đồ tính theo sơ đồ dầm đơn gối tựa hai đầu lên hai dầm ngang, tải trọng tác dụng lên dầm xem tải trọng phân bố đều: q tt = γ qtt Ltt a+b ∆H Mmax Hình 2.17 - Sơ đờ tính dầm phụ Trong đó: a,b : Khoảng cách từ dầm tính tốn đến hai dầm bên cạnh, m H : Cột nước tác dụng lên dầm, m M max = qtt L2tt , T.m Wy / c M = max , cm3 [σ ] J yc ≥ 5.600.M max Lt , cm4 48 E 2.10.5 Tính tốn cửa van cánh cửa tự đợng + Lực tác dụng lên cửa van phụ: - Áp lực nước thượng lưu, áp lực nước hạ lưu, lực gây mở cửa chênh lệch áp lực thượng hạ lưu ngược lại Trọng lượng cửa van 30 - Lực ma sát chênh lệch áp lực nước trọng lượng cửa gây - Lực lệch trục trọng lượng cửa gây vng góc với mặt cửa có tác dụng làm cho cửa tự động đóng lại áp lực nước hai bên + Tính lực tự động để đóng cửa: Để có lực lệch trục ta đặt cối cối lệch mợt góc θo mặt phẳng cửa van Lực lệch trục cửa van thẳng đứng, tức cửa van vị trí đóng Cửa van tự mở nhờ chênh lệch mực nước thượng hạ lưu Do lệch trục nên mở cửa van nghiêng góc θo lúc trọng lượng G sinh mợt lực vng góc với mặt cửa van G.sinθ có xu hướng kéo cửa van vị trí ban đầu Đó lực lệch trục: Nlt = G.sinθ b Mơ men lực lệch trục với trục quay : M lt = G sin θ θ θ θ Hình 2.18 - Sơ đồ tạo lực lệch trục cửa van cánh cửa tự động Mơ men lực ma sát trọng lượng cửa gây hai ổ trục : b 1 M ms = f ( Pt − Ph ) + G.d cosθ + 2 b h Trong cơng thức thể lực ma sát chênh lệch áp lực trọng lượng cửa van gây Khi cửa van vị trí mở để tiêu nước, mở để lấy nước mà bắt đầu có cân mực nước thượng lưu hạ lưu, tức chênh lệch mực nước thượng hạ lưu ∆h = 0, Pt - Ph = mơ men lực ma sát trọng 31 lượng gây mơ men lực lệch trục có tác dụng tự động đưa cửa vị trí đóng trị số mơmen thắng mơ men lực ma sát Kết tính biểu thức sau: M lt − M ms = b G 1 tgθ − f d + cosθ b h Trong đó: f - Hệ số ma sát trục quay d - Đường kính trục quay Từ biểu thức ta rút điều kiện để cửa tự động đóng lại ht = hh tức : 1 1 tgθ > f d + b h Như vậy, với cửa van cánh cửa tự động xác định kích thước b, h, đường kính trục quay d hệ số ma sát ổ trục f từ điều kiện ta dễ dàng xác định trị số góc lệch trục θ để cửa tự động đóng lại ht = hh + Tính lực tự động mở cửa: Áp lực chênh lệch thượng hạ lưu ngược lại lực để mở cửa Lực cản lại mở lực ma sát ổ quay lực lệch trục Trường hợp mở để tiêu lũ: ht - hh = ∆h1, mơ men mở cửa tính theo biểu thức sau: M mo = b2 ( 2ht ∆h1 − ∆h1 ) − b G.tgθ + f d + cosθ b h Từ biểu thức ta xác định trị số ∆h1 cần thiết để cửa van tự động mở tiêu lũ Trường hợp tự mở để lấy phía sơng, lấy mặn h h - ht = ∆h2, mơ men mở cửa tính theo biểu thức sau: M mo = b2 ( 2hh ∆h2 − ∆h2 ) − b G.tgθ + f d + cosθ b h Từ biểu thức ta xác định trị số ∆h1 cần thiết để cửa van tự động mở lấy nước từ phía sơng lấy mặn + Chọn trị số góc lệch trục kích thước cửa van hợp lý: Trong thiết kế cửa van cánh cửa tự động, việc chọn góc lệch θ hợp lý quan trọng trọn θ lớn lợi cho lực đóng cửa tự động đóng nhanh nhạy, việc mở cửa chậm có khả khơng mở hết, đạt 80÷85o 32 lực lệch trục ln có xu hướng kéo cửa đóng Ngược lại chọn θ q nhỏ làm cho Mtl ≈ Mms khả tự động đóng Muốn cửa mở nhạy phải giảm M lt, tức giảm góc lệch, giảm góc lệch mà muốn cửa đóng nhanh nhạy phải giảm mơmen ma sát gây Mms Tóm lại, thiết kế cửa van cánh cửa tự động phải quan tâm đến kết cấu vật liệu làm cối trục cối trục cho có lực ma sát nhỏ cửa van hoạt động tốt α Hình 2.19 - Độ mở cửa van cánh cửa tự động + Tính tốn trục quay cửa: Trục quay tính tốn theo điều kiện chịu cắt Các lực tác dụng lên trục cửa gờm có: RA : phản lực tại gới dưới của dầm biên cửa tự đợng, T RB : phản lực tại gới của dầm biên cửa tự đợng, T Các thành phần lực mơmen trọng lượng cửa gây ra: N1, N2, T Chọn hệ số an tồn tính tốn trục n at có xét đến lực xung, lực va đập (thường chọn nat=3) Vật liệu chế tạo trục thường chọn thép khơng rỉ Đối với trục phải kể đến trọng lượng cửa G nên lực tác dụng lên trục Trọng lượng cửa xác định sau: B N1 Qt H RB G = 0,15.F F , T G Vậy lực tác dụng nên trục là: Qd = RB2 + G + N 22 Qt = RA2 + N12 N2 Qd G RA 33 Hình 2.20 - Sơ đờ tính trục quay cửa n Q tren at t Như tiết diện trục phải đảm bảo: Ftr 〉 [τ ] , cm Ftrduoi 〉 nat Qd , cm [τ ] + Tính khả mở: Gọi mơmen áp lực nước tác dụng lên cửa để gây mở cửa là: Mmở Gọi mơmen cản trở việc tự đợng mở cửa là: Mcản Điều kiện để cửa tự đợng mở là: Mmở > Mcản Mơ men gây mở cửa: Mmở = ∆P.l Trong : ∆P : Tổng áp lực nước tăng thêm tác dụng lên cửa ∆P = γ.B.Hhạ lưu ∆H + γ.∆H2.B/2 l : Cánh tay đòn ∆P trục quay để đơn giản lấy l = B/2 B : Chiều rộng cửa van, m ∆H: Độ chênh mực nước thượng hạ lưu, m Hhạ lưu: chiều cao cột nước hạ lưu, m Ta có : Mmở = ∆PxB/2 = (γ.B.Hhạ lưu ∆H + γ.∆H2.B/2)x B/2 Mơ men cản chuyển động cửa : MC = M1 + M2 + M3 M1 : Lực cản ma sát ổ trục M2 : Lực qn tính cửa bắt đầu mở, M3 : Lực gây gió, lực nhỏ ta bỏ qua * M1 = 0,5.f.(Qt.d1 + Qd.d2) Trong : f : Hệ số ma sát ổ trục = 0,3 Qt, Qd : Phản lực ổ trục d1, d2 : Đường kính trục trục 34 * M2 = 0,15 G.B t2 Trong : t : Thời gian mở cửa, s B : Chiều rợng cửa, m G: Trọng lượng cửa sau đã tính đến áp lực đẩy nởi, T * M3 = 0,47.Hk.B.q Trong : Hk : Chiều cao cửa nởi mặt nước, m B : Chiều rợng cửa, m q: áp lực lớn nhất của gió, T/m2 Thay vào biểu thức điều kiện để mở cửa ta xác định được ∆H Cửa tự động mở mực nước chênh lệch ≥ ∆H + Tính khả đóng Do kết cấu đặc biệt cửa, vị trí mở cửa van xuất mơ men có xu hướng làm cho cửa van kéo vị trí đóng, mơ men gọi mơ men lệch trục Nếu mơ men lớn mơ men sinh ma sát mơ men mở nói cửa van tự động đóng Khi ta có: Mlt > Mcản + Mmở Trong trường hợp ta tính cho trường hợp mực nước thượng hạ lưu ngang Mmở = Mơ men độ lệch trục: Mlt = Plt x l Để đơn giản ta lấy l = B/2 Plt = G.δ H G: Trọng lượng cửa sau đã tính đến áp lực đẩy nởi, T δ : Độ lệch trục, m H: mực nước cửa van đóng (bằng mực nước hạ lưu), m Khi Mlt > Mcản cửa tự động đóng mực nước hai bên cân nhau, đảm bảo nhiệm vụ ngăn nước của cơng trình 2.10.6 Tính tốn lực đóng mở cửa clape để chọn thiết bị đóng mở a Trường hợp kéo cửa: Do cơng trình cửa van thường đóng cửa mực nước hai bên cân 35 Lực nâng cửa cửa vị trí thấp (Cửa nghiêng góc 900 so với phương đứng) Lúc sơ đồ lực tác dụng lên cửa sau bố trí đầy đủ kết cấu cửa thể (Hình 2.21) Hình 2.21 - Sơ đờ lực trường hợp kéo cửa van Trong đó: - T: lực kéo lớn thiết bị đóng mở trường hợp bất lợi nhất, T - G: trọng lượng thân cánh cửa, T - R: phản lực gối tựa, T - P: áp lực nước tác dụng lên cửa van, T - Q: trọng lượng bùn cát lắng đọng bề mặt cửa van cửa van trạng thái mở nằm đáy kênh Để an tồn q trình vận hành kéo cửa lên, thời gian cửa nằm lòng kênh giả thiết lớp bùn cát lơ lửng lắng đọng bề mặt cửa t=10÷20cm, ta xác định Q = t x Fc x γđn, T Ở đây: - Fc diện tích mặt cửa van, - γđn dụng trọng đẩy bùn cát nước) - g, r, ρ, d cánh tay đòn lực G, R, T, Q so với trục quay 36 Ta có lực kéo lớn cần để đóng cửa xác định theo cơng thức sau: T≥ 1,1.G.g + 1,1.Q.d + P.e + 1,2.R f r ρ Trong đó: 1,1: Là hệ số có xét đến độ khơng vật liệu 1,2: hệ số xét đến khả sai sót trị số ma sát thực tế R: Là bán kính trục quay cửa f = 0,5 hệ số ma sát trượt trục với bạc cối quay Sau tính tốn trị số G, g, a, ρ thay tất trị số vào cơng thức Tính lực kéo cửa van Lực kéo thiết bị đóng mở cần đảm nhiệm T (tấn) b Trường hợp mở cửa góc từ 060o so với phương ngang: Sơ đồ tính sau: ®inh trơ Zsmax Z®min §¸y cưa Hình 2.22 - Sơ đờ lực trường hợp mở cửa van Lực nâng cửa lớn cửa vị trí nghiêng góc 45o so với phương ngang Lúc sơ đồ lực tác dụng lên cửa sau bố trí đầy đủ kết cấu cửa thể (Hình 2-22) Trong đó: - T: lực kéo lớn thiết bị đóng mở trường hợp bất lợi 37 - G: trọng lượng thân cánh cửa - R: phản lực gối tựa - P: áp lực nước tác dụng lên cửa van, - Q: trọng lượng bùn cát lắng đọng bề mặt cửa van cửa van trạng thái mở nằm đáy kênh g, r, ρ, d cánh tay đòn lực G, R, T, Q so với trục quay Ta có lực kéo lớn cần để đóng cửa xác định theo cơng thức sau: T≥ 1,1.G.g + 1,1.Q.d + P.e + 1,2.R f r ρ Trong đó: 1,1: Là hệ số có xét đến độ khơng vật liệu 1,2: Là hệ số xét đến khả sai sót trị số ma sát thực tế r = 50 mm Là bán kính trục quay cửa f = 0,5 hệ số ma sát trượt trục với bạc cối quay Sau tính tốn trị số G, g, a, ρ thay tất trị số vào cơng thức ta tính được lực kéo thiết bị đóng mở cần đảm nhiệm Ttt Qua trường hợp tính tốn trên, ta thấy cửa van làm việc tốt ta phải chọn lực nâng T ≥ Ttt Do ta chọn tời kéo có lực Pkéo ≥ T/2 Bớ trí thiết bị cơng trình: Để giảm cơng śt của tời, bớ trí cụm puli tai kéo cửa để tăng gấp lần chiều dài của cáp kéo cửa vận hành, việc này cho phép giảm mợt nửa u cầu lực kéo của tời Têi Puly Puly Neo cưa Puly Puly g¾n trªn tai kÐo cưa 38 Hình 2.23 - Sơ đờ bố trí thiết bị đóng mở cửa van Với cách bớ trí trên, cơng trình cớng chỉ cần dùng loại tời kéo có lực Pkéo = T/4 2.11 Tính tốn hiệu quả đầu tư và so sánh kinh tế Từ kết tính tốn kết cấu cơng trình khối lượng tính tốn, biện pháp thi cơng hồ sơ thiết kế kỹ thuật Trên sở định mức, đơn giá quy định quản lý đầu tư xây dựng cơng trình Nhà nước tính tốn kinh phí đầu tư phương án kết cấu cơng trình Trên sở phân tích tiêu kinh tế, kỹ thuật, tính khả thi phương án để lựa chọn phương án hợp lý Quy trình cơng nghệ tính tốn thiết kế kết cấu cống BTCT lắp ghép tiến hành theo bước: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ CỐNG LẮP GHÉP Tài liệu (Đòa chất, đòa hình, thuỷ văn, thuỷ lực) Chọn tuyến vò trí xây dựng cống Các phương án bố trí công trình Tính toán thuỷ lực cống Tính toán ổn đònh kết cấu Sơ chọn loại cừ thiết kế Kiểm tra ổn đònh công trình Kmin Kiểm tra biến dạng (ψ) Kiểm tra chuyển vò ∆n OK Thiết kế kết cấu phần thuỷ công Thiết kế kết cấu cửa van cống Thiết kế kỹ thuật thi công Lập dự toán đầu tư 39 40 [...]... [Vkx] 2.8 Thit k chi tit kt cu cỏc b phn cụng trỡnh T kờt qua tinh toan kờt cõu cụng trinh trong Muc 2.6, tiờn hanh thi t kờ chi tiờt kờt cõu cac bụ phõn cụng trinh, cu thờ gụm: 19 2.8.1 Thit k cac cõu kiờn uc sn: C ban, coc BTCT, khoang cụng BTCT uc sn, dõm van, dõm cõu, Qua tinh toan xac inh c kich thc mt ct ngang hp ly, bụ tri cụt thep va trinh t võn chuyờn thi cụng 2.8.2 Thi t kờ cac cõu kiờn BTCT uc... cu giao thụng Tớnh toỏn thit k cu giao thụng trờn cng theo Tiờu chun 22TCN 27205, cỏc b phn kt cu c tớnh toỏn thit k theo phng phỏp trng thỏi gii hn Cỏc b phn cn kim toỏn gm: m cu, tr cu, dm cu, 2.9.1 Cỏc trng hp ti trng a Hot ti xe: Hot ti xe ụ tụ thit k: Hot ti xe ụ tụ trờn mt cu hay kt cu ph tr c t tờn l HL-93 s gm t hp ca: - Xe ti thit k hoc xe 2 trc thit k v - Ti trng ln thit k So sỏnh gia hai... sỏnh gia hai t hp ny v ly giỏ tr bt li nht Xe ti thit k: c ly gia 2 trc 145kN phi thay i gia 4300ữ9000mm gõy ra hiu ng lc ln nht Hỡnh 2.8 - c trng ca xe ti thit k Xe 2 trc thit k: gm mt cp trc 110kN cỏch nhau 1200mm, c ly chiu ngang ca cỏc bỏnh ly bng 1800mm 20 Ti trng ln thit k: gm ti trng 9,3kN/m phõn b u theo chiu dc Theo chiu ngang cu c gi thit l phõn b u trờn chiu rng 3000mm b Ti trng ng cho... trinh P P M Q y Mặt đất M Q y Mặt đất Lò xo đàn hồi kh =p/y Phản lực của đất p p=k x yx Cọc trước khi chịu tải trọng Cọc có độ cứng EJ Cọc bị biến dạng dưới tác dụng của tải trọng x (a) x (b) Hỡnh 2.2 - S lm vic ca cc trong t nn - Ti trng a vo bi toỏn l ỏp lc nc phớa ngoi sụng v trong ng, trng lng bn thõn cụng trỡnh, ti trng do cỏc thit b lp t trờn tr pin, ỏp lc do súng, giú, - p lc nc ngoi sụng... trc v sau lng tng Trong ú phng phỏp thng dựng nht l kim tra s n nh da trờn vic xem xột cõn bng do gii hn iu kin cõn bng do gii hn tn ti t thi im m dch chuyn ct bt u v bin 13 dng trt c tip din m ng sut khụng i Cn ỏnh giỏ cỏc lc hay mụmen tỏc dng lờn kt cu cụng trỡnh v tin hnh so sỏnh cỏc lc ct tỏc dng dc theo mt trt vi sc chng ct cú kh nng to ra bi t Tu theo gi thit hỡnh dng mt trt (phng, cung trũn, hoc... Tng cỏc lc gõy trt, [Kcp] : H s an ton ti thiu cho phộp, c tớnh theo KH, nc v m, KH : H s tin cy ph thuc cp cụng trỡnh, nc : H s t hp ti trng, m : H s iu kin lm vic Cụng trỡnh ch c xem l m bo an ton chng trt nu tho món iờu kiờn : Kmin [Kcp] + Phng phỏp tớnh toỏn : tớnh n nh cho mỏi dc dựng phng phỏp tớnh h s an ton chng trt theo lý thuyt cung trt trũn vn c dựng ph bin ỏnh giỏ n nh ca cỏc mỏi dc trong... cu tr cu - Tớnh toỏn kt cu m cu - Tớnh toỏn kt cu dm cu 2.10 Tớnh toỏn kt cu ca van Tớnh toỏn thit k ca van cng bao gm: tớnh toỏn kt cu dm chớnh, dm ngang, dm ỏy, bn mt, cm tai kộo ca, cm ci bn l, theo cỏc tiờu chun v quy phm hin hnh 2.10.1 Yờu cõu thi t kờ, chờ tao ờ ap ng nhiờm vu chung cua cụng trinh, cac thi t bi c khi cõn am bao cac yờu cõu sau õy: - Kt cu ca van phi thun tin cho vic ch to, lp... biu thc trờn ta xỏc nh c tr s h1 cn thit ca van t ng m tiờu l Trng hp t m ly ngt phớa sụng, hoc ly mn thỡ h h - ht = h2, mụ men m ca c tớnh theo biu thc sau: M mo = b2 ( 2hh h2 h2 ) b G.tg + f d 1 + 1 cos 4 2 b h T biu thc trờn ta xỏc nh c tr s h1 cn thit ca van t ng m ly nc ngt t phớa sụng hoc ly mn + Chn tr s gúc lch trc v kớch thc ca van hp lý: Trong thit k ca van cỏnh ca t ng, vic chn... chn, np chn nc, g ta chn nc c ch to bng thộp CT3 hoc thep khụng g Ban mt ca co thờ bng composite + i vi liờn kt hn: Cỏc mi hn bng phng phỏp hn bng tay dựng que hn loi 42 hoc loi que hn khỏc cú cỏc ch tiờu c lý tng ng, khi hn cỏc chi tit thộp khụng g phi dựng que hn thộp khụng g + Composite: l loi vt liu mi cú cỏc c tớnh chng n mũn hoỏ hc cao, nht l trong mụi trng chua mn Thnh phn chớnh gm: si gia cng... trng ng cho phộp, c th: - Mi ni bn mt cu: 75% Cỏc cu kin khỏc: - Trng thỏi gii hn mi v giũn: 15% - Tt c cỏc TTGH khỏc: 33% c Cỏc trng thỏi gii hn: Cu kin BTCT ng sut trc phi c kim tra ng sut v bin dng cho tng giai on cú th l ti hn trong quỏ trỡnh thi cụng, vn chuyn v lp rỏp cng nh trong quỏ trỡnh khai thỏc C th, mi thnh phn hoc liờn kt s phi tha món cụng thc sau ng vi mi TTGH: i Qi Rn = Rr Trong