ĐỒ ÁN THỦY CÔNG THIẾT KẾ CỐNG NGẦM

Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Đồ án môn học Thuỷ Công THIẾT KẾ CỐNG NGẦM Đề số: 52 A TÀI LIỆU CHO TRƯỚC I- Nhiệm vụ công trình: Hồ chứa nước H sông S đảm nhận nhiệm vụ sau: 1- Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác 2- Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân 3- Kết hợp nuôi cá lòng hồ, tạo cảnh quan sinh thái phục vụ du lịch II- Các công trình chủ yếu khu đầu mối: 1- Một đập ngăn sông 2- Một đường tràn tháo lũ 3- Một công đặt đập để lấy nước III- Tóm tắt số tài liệu bản: 1- Địa hình: Cho bình đồ vùng tuyến đập 2- Địa chất: Cho mặt cắt dọc tuyến đập, tiêu lý lớp bồi tích lòng sông cho bảng Tầng đá gốc rắn chắc, mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hoá dày 0,5 ÷ 1m 3- Vật liệu xây dựng: a- Đất: xung quanh vị trí đập có bãi vật liệu A (trữ lượng 800.000m 3, cự ly 800m); B (trữ lượng 600.000m3, cự ly 600m); C (trữ lượng 1.000.000m 3, cự ly 1km) Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh, tiêu bảng Điều kiện khai thác bình thường Đất sét khai thác vị trí cách đập 4km, trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm b- Đá: khai thác vị trí cách công trình 8km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Một số tiêu lí : ϕ = 23o; n = 0,35 (của đống đá); gk = 2,5 T/m3 (của đá) c- Cát, sỏi: khai thác bãi dọc sông, cự ly xa 3km, trữ lượng đủ làm tầng lọc Cấp phối bảng SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương • Bảng 1- Chỉ tiêu lý đất vật liêu đắp đập Chỉ tiêu j (độ) C (T/m2) Hệ số Độ ẩm gk Tự Bão Tự Bão rỗng n W(%) (T/m3) Loại nhiên hoà nhiên hoà Đất đắp đập 0,35 20 23 20 3,0 2,4 1,62 (chế bị) Sét (chế bị) 0,42 22 17 13 5,0 3,0 1,58 Cát 0,40 18 30 27 0 1,60 Đất 0,39 24 26 22 1,0 0,7 1,59 Loại Đất thịt pha cát Cát Sỏi Bảng 2- Cấp phối vật liệu đắp đập d (mm) d10 d50 0,005 0,05 0,50 0,05 0,35 3,00 k (m/s) 10-5 4.10-9 10-4 10-6 d60 0,08 0,4 5,00 4- Đặc trưng hồ chứa: - Mực nước dâng bình thường: 30,7 m - Mực nước chết: 10,6 m - Tràn tự động có cột nước đỉnh tràn Hmax = 3m - Vận tốc gió tính toán ứng với mức đảm bảo P%: P% 20 30 50 V(m/s) 32 30 26 17 14 12 - Chiều dài chuyền sóng ứng với mực nước dâng bình thường: D = 3,4 (km); ứng với mực nước dâng gia cường: D’= D+ 0,3 = 3,7 (km) - Mực nước hạ lưu bình thường: 7,6 m - Mực nước hạ lưu max: 9,2 m - Đỉnh đập đường giao thông chạy qua 5- Tài liệu thiết kế cống: - Lưu lượng thiết kếlấy ứng với MNDBT: Qcống = 3,1 m3/s MNC Qtk = 3,4 m3/s - Mực nước khống chế đầu kênh tưới: Zkt = 10,35 m - Tài liệu kênh chính: hệ số mái m = 1,5, độ nhám n = 0,025, độ dốc đáy i = 1/3000 – 1/5000 SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương NỘI DUNG THIẾT KẾ 1- NHỮNG VẤN ĐỀCHUNG: 1.1- Nhiệm vụ, cấp công trình tiêu thiết kế: 1.1.1- Nhiệm vụ: - Cấp nước tưới cho 2650 ruộng đất canh tác - Cấp nước sinh hoạt cho 5000 dân 1.1.2- Cấp công trình: a) Theo chiều cao công trình loại : Cao trình đỉnh đập: MNLTK = MNDBT + d với d = 1,5 2,0 m chọn d =2 thay số ta có MNLTK = 30,7 + = 32,7 m Zđđ = MNLTK + d’ với d’ = 12 m, chọn d’ = 2m Zđđ = 32,7 + = 34,7 (m) Từ mặt cắt địa chất tuyến đập C Zđáy đập = m (có kể đến bóc bỏ m ) Vậy chiều cao đập H = Zđỉnh đập - Zđáy đập = 34,7 – = 28,7 m Tra QCVN 04-05-2012 → Cấp thiết kế cấp II - Bề rộng đỉnh đập chọn B = 5m - Hệ số mái thượng lưu: m1= 0,05H + = 0,05.28,7 + = 3,44 -> chọn m1 = 3,5 - Hệ số mái hạ lưu : m2 = 0,05H + 1,5 = 2,94 -> m2 = - Tại cao trình Z= 21, bố trí có b = 3m, hệ số mái m3 = 3,25, - Tại cao trình Z = 10,2 bố trí thiết bị thoát nước kiểu lăng trụ, hệ số mái m = 1, hệ số mái m = 1,5 b) Theo nhiệm vụ công trình: Tới cho 2650ha Tra QCVN 04-05-2012 → Cấp thiết kế cấp II So sánh tiêu ta chọn cấp công trình cấp II SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương 1.1.3- Chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình, dựa vào quy phạm ta xác định tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống sau: - Tần suất mực nước lớn trước hồ: P = 1% - Tần suất gió lớn nhất: Pg = 25% - Hệ số độ tin cậy: kn = 1,15 1.2- Chọn tuyến hình thức cống: 1.2.1- Tuyến cống: Phụ thuộc vào vị trí khu vực tưới tự chảy, cao trình khống chế tưới tự chảy, điều kiện địa chất quan hệ với công trình khác Ở đường tràn đổ sang lưu vực khác nên đặt cống bờ phải hay bờ trái đập Khi chọn tuyến đặt cống cần lưu ý: - Vì tầng phủ dầy nên ta đặt cống đất - Đáy cống thượng lưu chọn cao mực nước bùn cát lắng đọng thấp mực nước chết hồ 1.2.2- Hình thức cống: - Vì cống đặt đập đất, mực nước thượng lưu lấy nước thay đổi nhiều (từ MNC đến MNDBT) nên hình thức hợp lý cống ngầm lấy nước không áp - Vật liệu làm cống bê tông cốt thép; mặt cắt cống hình chữ nhật - Dùng tháp van để khống chế lưu lượng Trong tháp có bố trí van công tác van sửa chữa Vị trí đặt tháp sơ chọn khoảng mái đập thượng lưu vị trí đặt cống 1.2.3- Sơ bố trí cống: Từ vị trí đặt cống mặt cắt đập đất có, sơ bố trí cống để từ xác định chiều dài cống (đoạn trước cửa van, sau cửa van), làm cho việc tính toán thuỷ lực cống Để sơ xác định chiều dài cống, ta chọn cao trình đáy cống thấp MNC 1(m), chiều dài cống L = 175 m ( trước van 45 m, sau van 130 m) Cao trình đáy cống xác hoá tính toán thuỷ lực sau 2- THIẾT KẾKÊNH HẠLƯU CỐNG: Kênh hạ lưu thiết kế để làm cho việc tính toán thuỷ lực cống 2.1- Thiết kế mặt cắt kênh: 2.1.1- Mặt cắt kênh: tính toán với lưu lượng thiết kế Q = 3,4 (m3/s) 2.1.2- Dựa vào điều kiện địa chất nơi kênh chạy qua (đất cát pha), sơ chọn tiêu sau: SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương -4 - Độ dốc đáy kênh: 2.10 - Độ nhám lòng kênh: 0,025 - Hệ số mái kênh: m = 1,5 2.1.3- Xác định bề rộng đáy kênh chiều sâu nước kênh: - Sơ xác định vận tốc không xói: VKX = K.Q0,1 = 0,53.3,40,1 = 0,599 (m/s) Trong đó: + Q: lưu lượng kênh (m3/s): Q = 3,4 (m3/s) + K: hệ số phụ thuộc đất lòng kênh, với cát pha, K = 0,53 - Sơ định chiều sâu h, theo công thức kinh nghiệm: h = 0,5.(1 + VKX) Q = 0,5.(1 + 0,599) 3, = 1,202 (m) - Xác định b theo phương pháp đối chiếu mặt cắt có lợi thuỷ lực: f(Rln) = 4.m0 i 8, 424 2.10−4 = = 0,035 Q 3, Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực với n = 0,025 ta có: Rln = 0,88(m) h 1, 202 → R = = 1,366 0,88 ln Tra phụ lục (8-3), bảng tra thuỷ lực ta có: b = 4,35→ b = 4,35.0,88= 3,83 (m) Rln 3,83 b = = 3,2 > chọn b = 2,5 m 1, 202 h b h 2,5 ⇒ = =2,84 tra bảng thuỷ lực ⇒ =1,62 ⇒ h=0,88.1,62=1,43 m Rln 0,88 Rln Kiểm tra: Kiểm tra: 2,5 b = = 1,75 < => Thỏa mãn 1, 43 h 2.2- Kiểm tra điều kiện không xói: Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát nước nhỏ, không cần kiểm tra điều kiện bồi lắng Ngược lại, cần kiểm tra điều kiện xói lở: Vmax < VKX Trong đó: Vmax lưu lớn kênh, tính với lưu lượng Qmax Qmax = K.Q = 1,2.3,4 = 4,08 (m3/s) K hệ số phụ thuộc Q, lấy 1,2 Ta tính độ sâu dòng chảy kênh ứng với Qmax: SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương f(Rln) = 4.m0 i 8, 424 2.10−4 = = 0,0292 Qmax 4, 08 Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực với n = 0,025 ta có: Rln = 0,95 (m) b h 2,5 → R = = 2,632 → R = 1,657→ h = 1,657.0,95 = 1,6 (m) 0,95 ln ln Có: ω = (b + m.h ).h = (2,5+ 1,5.1,6).1,6= 7,84 m2 → Vmax = 4, 08 Qmax = = 0,52 (m/s) 7,84 ω Ta thấy: Vmax = 0,552 (m/s) = VKX = 0,599 (m/s) → thoả mãn điều kiện không xói 2.3- Tính độ sâu kênh ứng với cấp lưu lượng: Tính toán theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt có lợi thuỷ lực, ta có: - Với Q = 3,4 (m3/s) → h = 1,43 (m), (tính trên) - Với Q = 3,1 (m3/s) 4.m0 i 8, 424 2.10−4 f(Rln) = = = 0,038 Q 3,1 Tra phụ lục (8-1), bảng tra thuỷ lực với n = 0,025 ta có: Rln = 0,86(m) b 2,5 h → R = = 2,91→ R = 1,61 → h = 1,61.0,86 = 1,38(m) 0,86 ln ln Để đảm bảo yêu cầu tưới tự chảy ta phải chọn cao trình đáy kênh là: Zđk ≥ Zkc – hmin = 10,35 – 1,38 = 8,96 m Ta chọn sau 3- TÍNH KHẨU DIỆN CỐNG: 3.1- Trường hợp tính toán: Khẩu diện tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ lưu lượng lấy nước tương đối lớn Thường tính với trường hợp MNC thượng lưu hạ lưu mực nước khống chế đầu kênh tưới Z kc, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là: [∆Z] = MNC - Zkc = 10,6 – 10,35 = 0,25 (m) SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Lúc này, để lấy đủ lưu lượng thiết kế, cần mở hết cửa van Sơ đồ tính toán hình Hình 1: Sơ đồ tính toán thuỷ lực xác định diện cống Trong đó: + Z1: tổn thất cột nước cửa vào + Zp: tổn thất khe phai (nếu có) + Zl: tổn thất qua lưới chắn rác + Zv: tổn thất qua tháp van + Z2: tổn thất cửa 3.2- Tính bề rộng cống bc: Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy lưu lượng cần thiết Q chênh lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] khống chế, tức phải đảm bảo điều kiện: ΣZi ≤ [∆Z] Trong đó: ΣZi = Z1 + Zp + Zl + Zv + Z2 + i.L Với: + i: độ dốc dọc cống + L: tổng chiều dài cống L = 175 m Trị số bc tìm phương pháp dần: cho b c, xác định trị số tổn thất Zi, sau thử lại theo điều kiện Với trị số bc, tổn thất cột nước xác định sau: 3.2.1- Tổn thất cửa ra: dòng chảy từ bể tiêu kênh hạ lưu coi sơ đồ đập tràn đỉnh rộng chảy ngập, đó: Q2 α Vb2 Z2 = 2.g.(ϕ n b.hh ) 2.g Trong đó: + b: bề rộng cuối bể tiêu năng, ta chọn bề rộng kênh b = 2,5 (m) + hh: chiều sâu hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán Q = 3,4 (m3/s) SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương hh = 1,42 m + ϕn: hệ số lưu tốc (trong trường hợp chảy ngập), ϕn = 0,96 + Vb: lưu tốc bình quân bể tiêu Giả thiết chiều sâu bể d = 0,5 (m) Q 3, → Vb = ω = = 0,705 (m/s) 2,5.(0,5 + 1, 43) b → Z2 = 3, 42 1.0, 7052 = 0,025 (m) 2.9,81.(0,96.2,5.1, 43) 2.9,81 3.2.2- Tổn thất dọc đường: coi dòng chảy cống với độ sâu: h1 = hh + Z2 = 1,43 + 0,025 = 1,455 (m) Khi tổn thất dọc chiều dài cống i.L, với i độ dốc dọc cống, xác định sau:    Q  Q   = i=   b h C R   ω C R   c  Trong đó: ω C R tính với mặt cắt cống có chiều rộng bc, chiều sâu h1: bc h1 ω 1 ω = bc.h1; R = = b + h ; C R = R1/6 R = R2/3 χ n n c Ta chọn hệ số nhám cống n = 0,014 3.2.3- Các tổn thất cục Zv, Zl, Zp: a- Tổn thất qua tháp van Zv: Do khoảng cách từ tháp van đến cửa xấp xỉ chiều dài cống, ta lấy chiều sâu cột nước sau cửa van là: hv = h1 + i.Lv α Vv2 Zv = ξv .2 2.g Trong đó: + ξ v : Tổn thất van, lấy ξ v = 0,2 + Vv = Q Q = ω bc hv b- Tổn thất qua lưới chắn rác: α Vl Zl = ξl 2.g Trong đó: + ξ l : Hệ số tổn thất qua lưới, lấy ξ l = 0,2 + Vl = Q Q Q = = bc hl bc (hv + z v ) ω SVTH: Nguyễn Thế Thắng Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm c- Tổn thất qua khe phai: Zp = ξp GVHD: Lê Hồng Phương α V p2 2.g Trong đó: + ξ p : hệ số tổn thất qua khe phai, ξ p = 0,1 + Vp = Q Q Q = b h = bc (hl + z l ) ω c p 3.2.4-Tổn thất cửa vào: Z1 = α V02 Q2 − 2g g ( ε ϕ ω ) Trong đó: ϕ ε: Hệ số lưu tốc hệ số co hẹp bên cửa vào ϕ = 0,983; ε = 0,7 ω: Diện tích mặt cắt ướt sau cửa vào ω = bc.h ứng với: h = hp + Zp V0: Lưu tốc tới gần: V0 = SVTH: Nguyễn Thế Thắng Q ω Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương TT bc omega R CR^0,5 1,3 1,892 0,449 41,901 1,4 2,037 0,473 43,339 1,5 2,183 0,495 44,691 0,00122 0,2126 1,6 2,328 0,516 45,963 0,0010 1,7 2,474 0,537 47,164 0,00085 1,8 2,619 0,556 48,300 0,00072 1,9 2,765 0,575 49,376 0,00062 2,910 0,593 50,398 0,00054 10 2,1 3,056 0,610 51,369 0,00047 0,0821 11 2,2 3,201 0,626 52,294 12 2,3 3,347 0,642 53,175 13 2,4 3,492 0,658 54,016 0,00032 0,0569 14 2,5 3,638 0,672 54,820 0,00029 0,0509 1,5059 15 2,6 3,783 0,687 55,590 0,00026 0,0457 1,5007 0,0155 SVTH: Nguyễn Thế Thắng i 0,0018 0,0014 0,0004 0,0003 10 iL 0,3221 0,2596 0,176 0,148 0,126 0,108 0,094 hv 1,777 1,714 1,667 1,631 1,603 1,581 1,563 1,549 1,537 Zv hl Zlưới hp Z1 Tổng Z 0,0442 1,8212 0,0210 1,8422 0,0205 0,2473 0,6551 0,0409 1,7555 0,0195 1,7750 0,037 0,034 0,031 0,0291 0,0267 0,0246 1,705 1,666 1,635 1,610 1,590 1,573 0,0226 1,5597 0,018 0,016 1,7233 1,6828 0,014 1,6245 0,011 0,011 1,5855 1,5707 0,063 1,5382 0,0094 1,5476 Lớp: 52C-TL2 0,0102 1,5582 1,5298 0,0087 1,5385 1,5225 1,516 0,013 0,0129 1,6032 0,0127 1,548 0,019 0,017 0,016 0,019 0,017 0,016 0,2065 0,5456 0,174 0,149 0,4608 0,3940 0,0152 1,6506 0,0150 0,1299 0,3405 0,0722 1,5272 0,0209 1,518 1,511 Zp 0,008 0,007 0,011 0,010 0,010 0,009 0,008 0,113 0,100 0,2970 0,2612 0,0892 0,2314 0,0799 0,2064 0,071 0,1852 0,0652 0,1671 0,0593 0,1515 1,5306 0,0080 0,0542 0,1379 1,5238 0,0075 0,0498 0,1261 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương q1’ = q1 + γđ H = 325,51 + 9,44.3,2 = 355,72 (KN/m) Với γđ dung trọng đẩy đất đắp đập, đất bên thành cống đường bão hòa, H chiều cao mặt cắt cống 20 ) = 159,59 (KN/m) 20 p1’ = 355,72 tg2(45o ) = 174,4 (KN/m) → p1 = 325,51.tg2(45o - 6.3.2- Áp lực nước: Áp lực nước gồm áp lực nước bên bên cống Áp lực nước cống tác dụng đỉnh, hai bên đáy cống Áp lực nước bên cống tác dụng hai bên đáy cống Cường độ áp lực nước xác định theo quy luật thuỷ tĩnh a- Trên đỉnh: q2 = γn.Z3 = 10.19,58 = 195,8 (KN/m) b- Hai bên: p2 = 195,8 (KN/m) p2’ = γn.(Hc + Z3)= 10.(3,2 + 19,58)= 227,8 (KN/m) c- Dưới đáy: q3 = γn (Hc + Z3) = 227,8 (KN/m) d- Trong cống: bỏ qua áp lực nước cống 6.3.3- Trọng lượng thân: a- Tấm nắp: -q4 = γb.tn = 24.0,5 = 12 (KN/m) Trong đó: - γb = 24 KN/m3: trọng lượng riêng bê tông - tn: chiều dày nắp, tn = 0,5 m b- Tấm bên: q5 = γb.tb = 24.0,5 = 12 (KN/m) Trong đó: tb chiều dày bên = 0,5 m c- Tấm đáy: q6 = γb.tđ = 24.0,5 = 12 (KN/m) Trong đó: tđ chiều dày đáy = 0,5 m 6.3.4- Phản lực nền: r Biểu đồ phân bố phản lực phụ thuộc vào loại cách đặt cống, thường phân bố không đều, song tính toán xem gần phân bố Khi phản lực r tính sau: r = q1 +q2 - q3+ q4 + q6 + 2.q5 SVTH: Nguyễn Thế Thắng 23 H − td − tn B Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương = 325,51 +195,8 - 227,8 +12 + 12 + 2.12 3, − 0,5 − 0,5 = 335,11 (KN/m) + 0,5.2 6.3.5- Sơ đồ lực cuối trường hợp cống nước: a- Các lực thẳng đứng: - Phân bố đỉnh: q = q1 +q2 + q4 = 325,51 + 195,8 +12 = 528,31 (KN/m) - Phân bố hai bên thành: q5 = 12 (T/m) - Phân bố đáy: qn = r - q6 + q3 = 335,11 - 12 +222,8 = 545,91 (KN/m) b- Các lực nằm ngang: - Phân bố đều: p = p1 + p2 = 159,59 + 195,8 = 350,39 (KN/m) - Tuyến tính: + Tại vị trí đáy: pt = p1’ + p2’ - p1 - p2 = 46,81 (KN/m) Bảng tổng hợp lực cuối cùng: hs lệch tải tiêu tải tính Thành phần lực Tên lực tải chuẩn toán q1 325,51 358,06 Áp lực đất đỉnh cống 1,1 q2 195,8 195,8 Áp lực nước đỉnh cống q3 227,8 227,8 Áp lực nước đáy cống q4 12 12,6 Trọng lượng bê tông nắp 1,05 q5 12 12,6 Trọng lượng bê tông bên 1,05 q6 12 12,6 Trọng lượng bê tông đáy 1,05 p1 159,59 191,51 Áp lực đất bên thành cống 1,2 p1' 174,72 209,66 Áp lực đất bên thành cống 1,2 Áp lực nước bên thành p2 195,8 195,8 cống Áp lực nước bên thành p2' 227,8 227,8 cống r 335,11 368,62 Phản lực 1,1 q 528,31 561,46 Lực thẳng đứng đỉnh p 350,39 382,31 Lực nằm ngang phân bố Pt 46,81 50,16 lực nằm ngang tuyến tính qn 545,91 578,82 lực thẳng đứng đáy SVTH: Nguyễn Thế Thắng 24 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương 7: XÁC ĐỊNH NỘI LỰC CỐNG NGẦM: 7.1- Mục đích tính toán: - Thông qua việc tính toán nội lực ta biết vị trí phân bố nội lực cống giá trị nội lực, từ phục vụ cho công tác bố trí thép sau này: 7.2 – Phương pháp tính toán: - Mặt cát ngang cống khung siêu tĩnh bậc 3, theo học kết cấu để xác định nội lực ta dùng phương pháp sau: + Phương pháp chuyển vị + Phương pháp lực + Phương pháp phần tử hữu hạn + Phương pháp tra bảng + Sử dụng phần mềm phân tích kết cấu Để nhanh chóng xác ta dùng PP tra bảng 7.3: Nội dung tính toán: Xác định mô hình tính toán: Ta tiến hành chuyển mặt cắt tính toán cống (có độ dày) mặt cắt áp dụng công thức học kết cấu (không có độ dày) Trong ta chuyển lực tác dụng lên cống lực tính toán mặt cắt cống chuyển đổi Sau ta sử dụng nguyên lý cộng tác dụng để xác định nội lực cho phận, mặt cắt cống Tức với lực tác dụng ta đưa loại lực để sử dụng phương pháp tra bảng Sau áp dụng nguyên lý cộng tác dụng để xác định nội lực cuối kết cấu SVTH: Nguyễn Thế Thắng 25 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Sơ đồ tính toán kết cấu cống ngầm mặt cắt tính toán sau chuyển đổi sau: J1 =J2 = k= 0,53 = 0,0104 (m4) 12 H J 2, 0, 0104 = =1,08 B J1 2,5 0, 0104 Hình 8.5: Sơ đồ tính toán kết cấu Với: B = 2,5 m H = 2,7 m chiều rộng chiều cao kết cấu; k: hệ số khung Quy ước dấu: + Mômen làm căng thớ mang dấu dương + Lực dọc trục nén mang dấu dương 8.4.4 Xác định biểu đồ mômen kết cấu: Sơ đồ 1: Tải trọng phân bố phía q, phía qn, hai bên thành cống lực tác dụng Hình 8.6: Sơ đồ tính toán SVTH: Nguyễn Thế Thắng Hình 8.7: Biểu đồ mômen 26 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Công thức xác định mômen điểm sau (tra bảng 2-26 Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi) MB = Mc = − B q(2.k + 3) − qn k ( ) 12 k + 4.k + MA = MD = − MG = MH = M E = q B qn (2.k + 3) − q.k ( ) 12 k + 4.k + MA + MB l2 − MB M F = qn l2 − MD Sơ đồ 2: Tải trọng phân bố bên thành cống p, cống tải trọng tác dụng Hình 8.8: Sơ đồ tính toán Hình 8.9: Biểu đồ mômen Công thức xác định mômen điểm sau (tra bảng 2-26 Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi) MA = MB = MC = MD = − pH k 12 k + ME = MF = MA MG = MH = pH k + 24 k + Sơ đồ 3: Tải trọng phân bố hai bên thành cống có dạng tuyến tính, đỉnh đáy cống lực tác dụng SVTH: Nguyễn Thế Thắng 27 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Hình 8.10: Sơ đồ tính toán Hình 8.11: Biểu đồ mômen MB = MC = − p t .H k.(2k + 7) 60(k + 4k + 3) MA = MD = − p t H k(3k + 8) 60(k + 4k + 3) MG = MH = p t H (k + 3) 48(k + 1) ME = MC ; MF = MD Biểu đồ mômen cuối cùng: Bảng 8.2: Bảng xác định mô men cuối Trường hợp tính toán Tải trọng Sơ đồ tiêu chuẩn Tải trọng tính toán Tải trọng Sơ đồ tiêu chuẩn Tải trọng tính toán Tải trọng Sơ đồ tiêu chuẩn Tải trọng tính toán Tổng Tải trọng tiêu chuẩn A B C D E F G H -137,86 -131,12 -131,12 -137,86 281,62 295,37 -134,49 -134,49 -146,09 -139,44 -139,44 -146,09 273,30 287,05 -142,76 -142,76 -110,52 -110,52 -110,52 -110,52 -110,52 -110,52 208,77 208,77 -120,59 -120,59 -120,59 -120,59 -120,59 -120,59 227,787 227,787 -8,14 -7,41 -7,41 -8,14 -7,41 -8,14 13,95 13,95 -8,72 -7,94 -7,94 -8,72 -7,94 -8,72 14,94 14,94 -256,52 -249,06 -249,06 -256,52 163,68 176,71 88,22 88,22 SVTH: Nguyễn Thế Thắng 28 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm Tải trọng tính toán -275,40 GVHD: Lê Hồng Phương -267,97 -267,97 -275,40 170,7 183.45 99,97 Xác định biểu đồ lực cắt: Biểu đồ lực cắt suy từ biểu đồ mômen Mcc theo công thức: Q AB = Q0AB ± ΔM L AB Trong : QAB: Lực cắt cần tìm tiết diện A đoạn AB QoAB: Lực cắt tiết diện A tải trọng gây AB coi đoạn dầm đơn giản ∆M: hiệu đại số tung độ mô men hai đầu A, B LAB: Chiều dài đoạn AB ∆M L AB : Lấy dấu dương từ trục quay thuận chiều kim đồng hồ đường biểu diễn mô men (đường thẳng nối hai tung độ tạiA B) góc nhỏ 90o, ngược lại ∆M L AB lấy dấu âm Từ biểu thức tổng quát ta có biểu thức cụ thể sau: q n B q B ; QBC = 2 ∆ M p.H p t H AB + + QAB = H p.H p t H ∆M AB − − QBA = − H pH p t H ∆M GB + − QGB = 12 H QDA = SVTH: Nguyễn Thế Thắng 29 Lớp: 52C-TL2 99,97 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Bảng 8.3: Kết tính toán lực cắt Tính lực cắt (Q) QDA(= -QAD) BC CB AB DC BA CD GB HC Q ( = -Q ) Q (= -Q ) Q (= -Q ) Q (= -G ) Với tải trọng tiêu chuẩn 682,39 Với tải trọng tính toán 723,53 660,39 701,83 517,92 561,26 -496,84 -538,69 -2,79 -3,20 Bảng 8.3: Kết tính toán lực cắt Xác định biểu đồ lực dọc: Hình 8.16: Sơ đồ tính toán lực dọc kết cấu SVTH: Nguyễn Thế Thắng 30 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Để xác định biểu đồ lực dọc Ncc thanh, ta dựa vào biểu đồ lực cắt Qcc xác định Bằng phương pháp tách riêng nút ta xác định lực dọc tất thanh, từ ta vẽ biểu đồ lực dọc cuối Ncc Bảng 7.4: Kết tính toán lực dọc Lực dọc (N) Với tải trọng tiêu chuẩn Với tải trọng tính toán NAB = NDC 692,79 723,53 NBA = NCD 660,39 701,83 NBC = NCB 496,84 538,69 NAD = NDA 517,92 561,26 – tính toán cốt thép - Căn biểu đồ nội lực ta chọn mặt cắt nguy hiểm để tính toán cốt thép SVTH: Nguyễn Thế Thắng 31 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Căn vào biểu đồ nội lực ta chọn mặt cắt nguy hiểm để tính toán cốt thép * Với trần cống: Chọn mặt cắt qua B mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía trần cống: MB = - 267,97 (KN.m); QB = + 701,83 (KN); NB = 538,69 (KN) Chọn mặt cắt qua E mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía thành trần cống: ME = 170,7 (K.m); NE = 538,69 (KN) * Với thành bên: Chọn mặt cắt qua A mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía thành bên: MA = - 275,4 (KN.m); QA = 561,26 (KN); NA = 723,53 (KN) Chọn mặt cắt qua G mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía thành bên: MG = 99,97 (KN.m); NG = 711,22 (KN) * Với đáy cống: Chọn mặt cắt qua D mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía đáy cống: MD = - 275,4 (KN.m); QD = 723,53 (KN), ND = 561,26 (KN) Chọn mặt cắt qua F mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía thành đáy cống: MF = 183,45 (KN.m); NF= 561,26 (KN) Ta có số liệu: - Cống làm bê tông mác 200 ( M200), cốt thép nhóm C II tra phụ lục giáo trình KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Ta có tiêu tính toán sau: + Rn : cường độ tính toán chịu nén bê tông theo trạng thái giới hạn I nén dọc trục, Rn = 90 kG/ cm2 + Rk : cường độ tính toán chịu kéo bê tông trạng thái giới hạn I kéo dọc trục, Rk = 7,5 kG/ cm2 + Rkc : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tông theo trạng thái giới hạn II kéo dọc trục, Rkc = 11,5 kG/ cm2 SVTH: Nguyễn Thế Thắng 32 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương c + Rn : cường độ chịu nén tiêu chuẩn bê tông theo trạng thái giới hạn II nén dọc trục, Rnc = 115 kG/ cm2 + Kn : hệ số tin cậy, với công trình cấp II → Kn = 1,15 + nc: hệ số tổ hợp tải trọng,với tổ hợp tải trọng thời kì thi công, nc = 0,95 + mb : hệ số điều kiện làm việc bê tông, mb = + ma : hệ số điều kiện làm việc cốt thép, ma = 1,1 + Ra : cường độ chịu kéo cốt thép, ta có Ra = 2700 kG/ cm2 + Ra: cường độ chịu nén cốt thép, ta có Ra' = 2700 kG/ cm2 + Ea: mô đun đàn hồi cốt thép, Ea = 2,1.106 kG/ cm2 + Eb: mô đun đàn hồi ban đầu bê tông, Eb = 240.103 kG/ cm2 Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép miền kéo miền nén là: a = a' = 0,04 m Chiều cao hữu ích tiết diện là: h0 = h – a = 0,5– 0,04 = 0,46 (m) Tra phụ lục 11 (giáo trình BTCT) ta hệ số α = 0, A0 = α (1 − 0.5α ) = 0, 42 Chiều dài tính toán kết cấu: Với thành cống: l0 = 0,5H = 0,5.2,7 = 1,35 (m) Với trần đáy cống: l0 = 0,5 B = 0,5.2,5 = 1,25 (m) Hàm lượng cốt thép tối thiểu, theo bảng 4-1 (trang 62) giáo trình BTCT ta có: μ = Fa +Fa' 100%=0,05% bh Hàm lượng cốt thép lớn μ max =3,5% Fa, Fa’: Diện tích cốt thép miền kéo miền nén kết cấu Fa ,Fa' >μ bh Yêu cầu:  ' Fa +Fa 0,3h0 = 13,8cm ; h0 = h – a = 0,5– 0,04 = 0,46 (m)  Cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Sơ đồ ứng suất Trong đó: + e: Là khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu kéo Fa e = ηe0 + 0,5h – a = 1.0,498+0,5.0,5- 0,04 = 0,708 m = 70,8 cm + e’: Là khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu nén F’a e’ = ηe0 – 0,5h +a’ = 1.0,498 - 0,5.0,5+ 0,04 = 0,288 m = 28,8 cm - Phương trình hình chiếu: Kn.nc.N ≤ mb.Rn.b.x + ma.Ra’.Fa’ - ma.Ra.Fa Đặt α = (8-1) x phương trình (8 - 1) trở thành: h0 Kn.nc.N ≤ mb.Rn.b.h0.α + ma.Ra’.Fa’ - ma.Ra.Fa - Phương trình mômen lấy tâm Fa:   Kn.nc.N.e ≤ mb.Rn.b.x  h0 − (8-2 x  + ma.Ra’.Fa’(h0 – a’) 2 Với A = α(1 – 0,5α) phương trình (8 - 3) trở thành: Kn.nc.N.e ≤ mb.Rn.b.h02.A+ ma.Ra’.Fa’(h0 – a’) Tính Fa Fa’ với α = α0 = 0,6 A = A0 = 0,42 SVTH: Nguyễn Thế Thắng 34 (8-3) (8-4) Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Từ (8-4) tính được: K n nc N e − mb Rn b.h02 A0 F = ma Ra' ( h0 − a ') ' a 1,15.0,95.538, 69.102.70,8 − 1.90.100.462.0, 42 = = -30,74 (cm2) 1,1.2700 ( 46 − ) Vì Fa’ < nên lấy Fa’ = μmin b.h0 = 0,0005 100 46 = 2,3cm2 ' Theo điều kiện cấu tạo: Fa = 5φ18 = 12, 72 (cm2) Vậy ta chọn cốt thép Fa’ theo điều kiện cấu tạo Fa' = 5φ18 = 12, 72 (cm2), khoảng cách cốt thép 20cm ⇒ Tính Fa biết Fa’, b, h, M, N Từ (8-4) tính được: K n nc N e − ma Ra' Fa' ( h0 − a ') A= mb Rn b.h02 = 1,15.0,95.538, 69.102.70,8 − 1,1.2700.12, 72 ( 46 − ) = 0,1353 1.90.100.462 Từ A = 0,1353 => α = − − 2A = 0,146 theo công thức: Ta thấy 2.a = 0,1739 > α chứng tỏ Fa' đạt σa' < Ra' nên lấy x = 2.a' để tính F a theo ho công thức: Fa = kn nc N e′ 1,15.0,95.538, 69.102.28, 74 = = 13,56 cm2 ma Ra ( h0 − a′ ) 1,1.2700 ( 46 − ) So sánh Fa > µmin.b.h0 = 2,3 cm2 Fa theo điều kiện cấu tạo Fa = 5φ18 (cm2) có Fa=12,72 < 10% Fa cm2, khoảng cách cốt thép 20cm b Bố trí thép bên trần cống Nội lực sau : Chọn M = 170,7KN.m , Q = 0, N = - 538,69 KN e0 = SVTH: Nguyễn Thế Thắng M = 0,317 (m) = 31,7 (cm) N 35 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Ta thấy η e0 > 0,3h0 = 13,8cm nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Tiến hành tính toán tương tự kết sau: e = η e0 + 0,5h − a = 52, 69 (cm) e’ = ηe0 – 0,5h +a’ = 10,69 cm Fa' = Ta có: K n nc N e − mb Rn b.h02 A0 ma Ra' ( h0 − a ') 1,15.0,95.538, 69.102.52, 69 − 1.90.100.462.0, 42 = = -39,26 (cm2) 1,1.2700 ( 46 − ) Vì Fa’ < nên lấy Fa’ = μmin b.h0 = 0,0005 100 46 = 2,3cm2 ' Theo điều kiện cấu tạo: Fa = 5φ18 = 12, 72 (cm2) Vậy ta chọn cốt thép Fa’ theo điều kiện cấu tạo Fa' = 5φ18 = 12, 72 (cm2), khoảng cách cốt thép 20cm ⇒ Tính Fa biết Fa’, b, h, M, N Từ (8-4) tính được: K n nc N e − ma Ra' Fa' ( h0 − a ') A= mb Rn b.h02 1,15.0,95.538, 69.102.52, 69 − 1,1.2700.12, 72 ( 46 − ) = = 0,0795 1.90.100.462 Từ A = 0,0795 => α = − − 2A = 0, 0829 Ta thấy 2.a = 0,1739 > α chứng tỏ Fa' đạt σa' < Ra' nên lấy x = 2.a' để tính F a theo ho công thức: Fa = kn nc N e′ 1,15.0,95.538, 69.10 2.10, 69 = = 5, 04 cm2 ma Ra ( h0 − a′ ) 1,1.2700 ( 46 − ) So sánh Fa > µmin.b.h0 = 2,3 cm2 Fa theo điều kiện cấu tạo Fa = 5φ18 (cm2) có Fa=12,72cm2, khoảng cách cốt thép 20cm Căn vào kết tính toán cốt thép cho hai mặt cắt ta có kết bố trí cốt thép cho trần cống sau: + Cốt thép phía cống: Fngoài = 5φ18 = 11, 72 (cm2), a = 20 cm SVTH: Nguyễn Thế Thắng 36 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương + Cốt thép phía cống: Ftrong = 5φ18 = 12, 72 (cm2), a = 20 cm Các mặt cắt khác tính tương tự mặt cắt B ta có giá trị tính toán bảng sau: Vậy kết cốt thép dọc chịu lực cống ngầm sau: Bảng 8.6: Cốt thép bố trí theo phương ngang cống Cốt thép phía cống Cốt thép phía cống Thành phần Diện tích Khoảng Diện tích Khoảng Loại thép Loại thép 2 (cm ) cách (cm) (cm ) cách (cm) Trần cống 12,72 φ18 20 12,72 φ18 20 Thành cống 12,72 φ18 20 12,72 φ18 20 Đáy cống 12,72 φ18 20 12,72 φ18 20 SVTH: Nguyễn Thế Thắng 37 Lớp: 52C-TL2 [...].. .Đồ án thiết kế cống ngầm SVTH: Nguyễn Thế Thắng GVHD: Lê Hồng Phương 11 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Theo tính toán ta chọn bc = 2 (m) thoả mãn điều kiện trên 3.3- Xác định chiều cao cống và cao trình đặt cống: 3.3.1- Chiều cao mặt cắt cống: Hc = h1 + ∆ = 1,455 + 0,745 = 2,2 (m) Trong đó: + h1 = 1,455 +... 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Hình 4: Mặt cắt thân cống 5.2.2- Phân đoạn cống: vì cống dài, cần bố trí khe nối chia cống thành từng đoạn để tránh rạn nứt do lún không đều Chiều dài mỗi đoạn phụ thuộc vào địa chất nền và tải trọng trên cống, chọn bằng 15 (m) Tại khe nối cần đặt thiết bị chống rò nước Thiết bị chống rò bằng tấm kim loại dùng cho tấm ngang và tấm đứng của cống hộp... MNDBT, cống mở để lấy nước - Khi thượng lưu là MNLTK, cống đóng - Khi có lực động đất, Trong đồ án này chỉ tính toán ngoại lực tác dụng lên một mặt cắt cống (mặt cắt mép thượng lưu đỉnh đập), cho một trường hợp đại biểu: khi thượng lưu là MNLTK, cống đóng.ơ SVTH: Nguyễn Thế Thắng 20 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Xác định sơ bộ đường bão hòa qua mắt cắt đập, phía trên cống. .. nội lực cho từng bộ phận, từng mặt cắt của cống Tức là với mọi lực tác dụng ta đưa về loại lực cơ bản để có thể sử dụng phương pháp tra bảng Sau đó áp dụng nguyên lý cộng tác dụng để xác định nội lực cuối cùng của kết cấu SVTH: Nguyễn Thế Thắng 25 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Sơ đồ tính toán kết cấu cống ngầm tại mặt cắt tính toán sau khi chuyển đổi như sau: J1 =J2 = k=... Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Hình 8.10: Sơ đồ tính toán Hình 8.11: Biểu đồ mômen MB = MC = − p t .H 2 k.(2k + 7) 60(k 2 + 4k + 3) MA = MD = − p t H 2 k(3k + 8) 60(k 2 + 4k + 3) MG = MH = p t H 2 (k + 3) 48(k + 1) ME = MC ; MF = MD 4 Biểu đồ mômen cuối cùng: Bảng 8.2: Bảng xác định mô men cuối cùng Trường hợp tính toán Tải trọng Sơ đồ tiêu chuẩn 1 Tải trọng tính toán Tải trọng Sơ đồ. .. tính toán cốt thép - Căn cứ biểu đồ nội lực ta chọn mặt cắt nguy hiểm nhất để tính toán cốt thép SVTH: Nguyễn Thế Thắng 31 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương Căn cứ vào biểu đồ nội lực ta chọn các mặt cắt nguy hiểm nhất để tính toán cốt thép * Với trần cống: Chọn mặt cắt qua B là mặt cắt có giá trị mômen căng ngoài lớn nhất để tính toán và bố trí cốt thép phía ngoài trần cống: ... có nước nhảy trong cống nhưng thấp hơn trần cống do vậy có thể chấp nhận nước nhảy trong cống 4.4 Tính toán tiêu năng: Vì nước nhảy xảy ra trong cống do đó ta không cần tính toán tiêu năng do đó ta chỉ cần đào bể theo cấu tạo: chọn chiều sâu bể là d = 0,5 m, chiều dài bể là L = 5 m SVTH: Nguyễn Thế Thắng 17 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm GVHD: Lê Hồng Phương 5- CHỌN CẤU TẠO CỐNG: 5.1- Cửa vào,... van; có cầu công tác nối tháp van với đỉnh đập hoặc bờ 6- TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỐNG: 6.1- Mục đích tính toán: Xác định nội lực trong các bộ phận cống ứng với các trường hợp làm việc khác nhau của cống để từ đó bố trí cốt thép và kiểm tra tính hợp lý của chiều dày thành cống đã chọn 6.2- Trường hợp tính toán: cần tính toán cống với các trường hợp làm việc khác nhau: - Khi mới thi công xong trong cống chưa... 8.3: Kết quả tính toán lực cắt Tính lực cắt (Q) QDA(= -QAD) BC CB AB DC BA CD GB HC Q ( = -Q ) Q (= -Q ) Q (= -Q ) Q (= -G ) Với tải trọng tiêu chuẩn 682,39 Với tải trọng tính toán 723,53 660,39 701,83 517,92 561,26 -496,84 -538,69 -2,79 -3,20 Bảng 8.3: Kết quả tính toán lực cắt 6 Xác định biểu đồ lực dọc: Hình 8.16: Sơ đồ tính toán lực dọc trong kết cấu SVTH: Nguyễn Thế Thắng 30 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết. .. 14,94 -256,52 -249,06 -249,06 -256,52 163,68 176,71 88,22 88,22 SVTH: Nguyễn Thế Thắng 28 Lớp: 52C-TL2 Đồ án thiết kế cống ngầm Tải trọng tính toán -275,40 GVHD: Lê Hồng Phương -267,97 -267,97 -275,40 170,7 183.45 99,97 5 Xác định biểu đồ lực cắt: Biểu đồ lực cắt được suy ra từ biểu đồ mômen Mcc theo công thức: Q AB = Q0AB ± ΔM L AB Trong đó : QAB: Lực cắt cần tìm tại tiết diện A của đoạn thanh AB QoAB: