Bài tập lớn: Thiết kế đường hầm thuỷ công Đề số 4

THIT K NG HM THU CễNG S: A TI LIU CHO TRC: H cha H cú ng hm dn dũng thi cụng, kt hp thỏo l lõu di Thụng s h cha: + + + + + + + MNDBT: 70,0m MNLTK: 73,0m Ht = 3,0m Zp = 75,0m Zca vo ng hm = 40,0m Cụng trỡnh cp II Lu lng thỏo l QTK = 680(m3/s) Thụng s ng hm: Mt ct ch nht + vũm 1/2 hỡnh trũn cú: + B rng: B0 = 8,4m; + Chiu cao phn ch nht: Hcn = 5m; + Cú vỏt gúc ỏy (theo mt ct tiờu chun); Chiu di ng hm: L = 400m; dc ỏy i; n: H s nhỏm ỏy ng hm n = 0,014; Vt liu gia c: Bờtụng ct thộp M250; ỏ nỳi quanh ng hm cú w = 2,3T/m3; H s kiờn c fk = 6,5; nt n trung bỡnh; Phn vo thỏo nc lõu di b trớ kiu ging ng cú ng kớnh D=8,5m; ngng thc dng cú P = 3,0m; m = 0,48; b trớ theo tuyn trũn khụng hon chnh vi gúc m = 300o; bỏn kớnh n tuyn ngng trn l Rt Thụng s h lu (sau ca ng hm): Z ỏy = 18,0; B = 30,0m; m = 1,5; Nn nt n trung bỡnh (h s xúi k = 1,6) n = 0,03; i = 0,001; B-YấU CU TNH TON: Phn thu lc: Tớnh toỏn bỏn kớnh Rt ca ngng vo thỏo QTK vi ct nc Ht ó khng ch; Tớnh toỏn dc i ca ng hm thỏo QTK vi lu khụng cho phộp =0,2h (vi h l sõu nc ng hm); Thit k thụng khớ ng hm; Thit k tiờu nng sau ng hm (thit k mi phun v v ng bao h xúi ng vi QTK) Phn kt cu: Tớnh toỏn ni lc v b trớ ct thộp lp lút ng hm tớnh cho phn vũm na trũn ca mt ct hm (ch xột ỏp lc ỏ nỳi v trng lng bn thõn lp lút, khụng xột n lc khỏng n tớnh) sơ đồ tính toán thiết kế đ ờng hầm MNLTK = 73m MNDBT = 70m Rt Ht P D Lỗ thông khí Đá núi = 2.3T/m3 a S1 Zm Tuyến đ ờng hầm Z2 h m=1.5 40 i h MNHL m1 hh Dx L = 400m L1 L Lx Mặt cắt đ ờng hầm Mặt cửa vào R Rt H h 60 Lỗ thông khí D Bo Hcn m2 18 S2 S C- TNH TON Thủy lực: 1.1 Tính bán kính Rt: Ngỡng tràn tháo nớc kiểu thực dụng, xuất phát từ công thức đập tràn: Q = mB t 2gH o3/2 Bt = => Q m 2gH o 3/2 (1) Trong Q: Lu lợng thiết kế, Q= Qtk = 680m3/s m: Hệ số lu lợng , m =0,48 B0: Chiều rộng tràn H0 - Cột nớc có kể lu tốc tới gần V0 = Q Bt ( H t + P ) Giả thiết v0=0, thay số vo (1) đợc Bt=61,55m Tính ngợc lại V đợc v=1,84m/s 1,842 = 3,17 m 2.9,81 H02=3+ Tính lại Bt1= 56,59m Tính lại lần ta đợc v02=2m/s, Bt2 = 55,60m Vy ly Bt=55,60m Ta cú Bt x360o = R t Rt = => Bt x360o 55, 60.360 = = 11,76m 2.3,14.300 1.2.Tớnh dc i ca ng hm - dc i ca ng hm phi m bo thỏo c lu lng thit k , khng ch iu kin = 0,2h0 Theo cụng thc dũng u kờnh ta cú Q = C Ri i= => Q2 2C R (2) Trong ú - Q: Lu lng thit k bng 680m3/s i: dc ng hm C= C: H s Seri, 0.11 H f C (ho / H ) n (3) R: Bỏn kớnh thy lc , R = H.fR(ho/H) (4) w : Din tớch mt ct t ,w = H2.fw(ho/H) (5) H: Chiu cao ton b , H=Hcn + R = 4,2+5 = 9,2m ho ho = = = 0,833 H h o + 0.2h o 1.2 ho = => H = 1.2 7,67m => = 1,53 Tra th 4-6a-Bi ging thit k ng hm thy cụng ta c fw =0,8 fR = 0,31 fC =0,88 Thay vo cỏc cụng thc (3) n (5) ta c w = 56,43m2 R = 2,38m C=66,86 i= Q2 6802 = = 0,0137 C2 R 56, 432.66,862.2,38 Thay vo cụng thc (2) ta c Vy dc ng hm i = 0,0157 = 1,57% 1.3.Thit k thụng khớ ng hm a, B trớ thụng khớ Mặt cắt đ ờng hầm Zb= R H h Hcn Bo - Bố trí vật cản (bậc) đoạn đầu hầm ngang nối tiếp với đoạn cong để tạo dòng không áp hầm ngang Chiều cao vật cản chọn Zb = d Diện tích vật cản diện tích chiếm chỗ vật cản hầm Cos = b = R Zb = 0, 6349 => = 50,5860 R R 2. 3,14.4, 2.2.50,586 R sin = sin 2.50,586 = 6,92 m2 360 360 - Bố trí ống thẳng có diện tích mặt cắt ngang wa, miệng cao MNLTK 3m Đầu dới trần đờng hầm phía sau vật cản - Chiu di La= MNLTK +3- H = 26,8m b, Lu lng thụng khớ cn thit Qak Khi sau ca van l khụng ỏp , chiu di ng dn nh, cụng thc tớnh toỏn lng thụng khớ cn thit Qak =Qab + Qac Trong ú Qak- Lu lng thụng khớ cn thit Qab- Lu lng khớ b cun vo vựng tỏch dũng sau ngng, xỏc nh theo cụng thc thc nghim QaB = 0.1 Wb VN vi Vn l lu tc bỡnh quõn ca dũng chy VN = ti ngng (vt cn) Q 680 = = 11,11 b 68,12 6, 92 Trong cụng thc trờn m/s l din tớch mt ct ng hm = Bo.Hcn (0,15Bo)2 + R 3.14.4, 2 = 8, 4.5 (0,15.8, 4) + = 68,12m 2 Qac- Lu lng t hm khớ trờn mt thoỏng dũng chy , xỏc nh theo cụng thc Ixantrenco QaC = 0.01 Fr 40.Q Do Fr àa aK = 4, 234m2 Bo X= - àa aK = Bo.ha q* = - Ta cú q* = 0,61 X 2YL q vi Ta cú bng nh sau 0.0005 0.001 0.0015 Y q* - 10,19>7 nờn q = 0, 61 2Y 400 0,82 Vy - Bo = 0.43 0.60 0.74 V phng trỡnh q* lờn th 4.11 ta cú q* = 0,8 vi Y =0,002 VN a 11,112 hck = YL = 0,002.400 = g 9,81.0,82 780 Ta cú 0,014m Qa = q.q *.Bo.ha.VN = 1.0,8.8, 4.0,82.11,11 = 61,52m2 QaK = a aK g.hck - 780 = 4, 234 2.9,81.0, 014 = 61,52 a m2 Ta thy Qa=Qak nờn ly Qak=61,52m2 Q 4, 23 61,52 aK = a aK = = VaK = aK = = 11, 63m / s àa 0,8 aK a 5, 29 - Vy 5,29m2 => < 60 m/s aK = 3, > = 0,04 W = 3,41m2 - ng kớnh ng thụng khớ D = 2,6m Chn D=2,6m 1.4.Tiờu nng sau ng hm ng hm cú lũng dn h lu nn ỏ nt n trung bỡnh=> p dng kiu tiờu nng bng mi phun a, Tớnh thy lc h lu Tớnh toỏn mc nc h lu theo phng phỏp th dn excel (dựng hm goalseek) Q = C Ri = ( b + mh ) h = b + 2h + m Ta cú , , , R= H lu cú Zỏy = 18m, Qtk =885m3/s, B=30m, m=1.5, n=0.03, i=0.001 Tớnh toỏn c MNHL ng vi cỏc cp lu lng nh sau Q hh R C (m3/s) (m) (m2) (m) (m) 100 1.98 65.187 37.129 1.75567 36.6116 200 2.98 102.53 40.726 300 3.77 134.37 400 4.45 500 i Qtt MNHL (m3/s) 18.00 0.001 100 19.98 2.51746 38.8782 0.001 200 20.98 43.588 3.08264 40.2129 0.001 300 21.77 163.23 46.046 3.54479 41.1602 0.001 400 22.45 5.06 190.11 48.236 3.94121 41.8939 0.001 500 23.06 600 5.61 215.55 50.230 4.29124 42.4922 0.001 600 23.61 680 6.02 235.08 51.714 4.54579 42.9023 0.001 680 24.02 Vy mc nc sụng cao nht h lu l 24,02m b, Thit k mi phun - Chn chiu di mi phun l 3m Chn gúc mi phun l 30 Vy cao trỡnh nh mi phun = 40-400*i+tg30.3= 35,43 m c, ng bao h xúi - Gi thit cỏc cp lu lng t Qmin n Q thit k Ni cỏc im ngoi cựng ca h xúi ta c ng bao h xúi Trỡnh t tớnh toỏn nh sau Chiu di phun xa ca dũng tia cú dc nghch xỏc nh theo cụng thc L= v sin cos + v cos v sin + g ( p + h) g Trong ú 3-10 cụng trỡnh thỏo l u mi h thng thy li h s ph thuc p tra bng v = vx2 + v y2 ; vx = v; v y = g ( p + h) - Vn tc ri ca dũng tia tg = - Gúc nghiờng ca dũng tia g ( p + h) v - Chiu sõu h xúi ln nht t=h+2Ltg 100 thỡ t=L.sin ú 1, 4q lg v0 axvcp L= vi a=0,7-0,8- h s gim súc lu tc ( Phng trỡnh ca lung nc chy loe rng h xúi) , q- lu lng n v ti ch lung nc ri, vcp- lu tc cho phộp vi t nn ỏ nt n trung bỡnh vcp = 6.9m/s - Cao h xúi = MNHL t - Chiu di h xúi theo hng dũng chy Lx=4.5dx+2hpg sin cos 0.34 0.940 0.34 0.940 0.34 0.940 0.34 0.940 0.34 0.940 0.34 0.940 0.34 0.940 q vcp (m2/s) (m/s) a 1.62 6.90 0.70 3.25 6.90 0.70 4.87 6.90 0.70 6.50 6.90 0.70 8.12 6.90 0.70 9.75 6.90 0.70 11.05 6.90 0.70 2.Kt cu 2.1.Trng hp tớnh toỏn - Tớnh toỏn cho vũm na trũn nh S vũm thp - ng hm khụng cú nc 2.2 Ti trng tớnh toỏn - p lc ỏ nỳi -H s vt ti n=1,5- Phõn b u c tớnh theo s vũm phỏ hoi, vi fk >4 v B0>6m, ỏp lc ỏ nỳi tớnh theo cụng thc (11) theo HDTL C3-77 qtc = d hH = 2,3.1,68=3,86T/m vi hH = k1.B0 = 0,2.8,4 = 1,68m (ỏ nt n trung bỡnh) - Trng lng bn thõn - H s vt ti n=1,1- Phõn b u vi giỏ tr qbt = h. b = 0, 4.2, = 0,96T / m b Trong ú trng lng riờng ca bờ tụng ct thộp = 2,4T/m v h: chiu dy lp ỏo hm, chn h=0,4m - B qua lc khỏng n tớnh v ỏp lc nc ngm - Vy tng ỏp lc phõn b tớnh toỏn qtt=(1,5.3,86+1,1.0,96).b=6,85.1= 6,85T/m vi b l b rng tớnh toỏn , ly bng 1m.s 2.3 Xỏc nh ni lc vũm theo phng phỏp c hc kt cu qtt p X1 x B X2 i q A O A y - Phng trỡnh chớnh tc ca vũm khụng xột n bin v chõn vũm X111 + X 12 + 1p = X121 + X 22 + 2p = - Moment v lc dc ti mi mt ct trờn nh vũm M = M p + X1 + X y N = N p + X cos - Tớnh toỏn cỏc h s phng trỡnh chớnh tc Vi X1=1 => Mp = M1 = M2 = y N1 = N = cos , Vi X2=1 => R sin q ; Np = Rq sin /2 R R d = 11 = EJ EJ /2 /2 1 22 = R (1 cos ) R (1 cos ) Rd + cos cos R.d EJ EF => = R 2sin + sin + R + 0,5sin 22 ữ ữ EJ 2 EF /2 R2 12 = 21 = EJ R (1 cos )d = EJ / cos ữ /2 R3q R 3q sin d = p = EJ EJ /2 /2 = R q sin (1 cos ) d + R q sin cos d = R q + R q ữ 2p EJ EF EJ EF - Thay s vi betong M250 cú E = 2,65.1e6T/m2, J = 5,33e-3 m4, bỏnh kớnh R=4m, ti trng qtt = 6,576 T/m ta c 11 = 4, 67e 22 = 1,87e 12 = 21 = 7,12e = 1, E 1p p = 3,39e - Vy ta cú phng trỡnh chớnh tc nh sau X111 + X 12 + 1p = X1.4,67e + X 7,12e 1, 4e = X121 + X 22 + 2p = X1.7,1e + X 1,87e 3,39e = Gii phng trỡnh c X1=5,58 v X2=16 - Vy phng trỡnh moment v lc dc ti cỏc mt ct M = M p + X1 + X y = M p + 5,58 + 16.y N = N p + X cos = N p + 16.cos Q = Qb 16.sin vi y = R.(1 cos ) Ta cú bng tớnh toỏn M,N, Q ti cỏc mt ct ng vi cỏc gúc tng ng nh sau TT Goc 90 60 Rad 1.570 1.047 Mp Np Qp M N Q -59.976 44.9 0.0 12.8 44.9 -16.0 -44.982 25.9 15.0 -5.8 33.9 1.1 30 0.523 -14.994 7.5 13.0 -0.4 21.3 5.0 0.0 0.0 5.6 16.0 0.0 5,6Tm 5,8Tm Moment (Tm) 12,8m 16,0T 21,3T 33,9T axial force (T) 44,9T 5T 1,1T shear force (T) 16T 2.4 Tớnh toỏn b trớ ct thộp Tớnh toỏn b trớ ct thộp theo quy trỡnh thit k bờ tụng ct thộp thy cụng, cu kin chu nộn lch tõm Cụng trỡnh cp III cú Kn=1,15 T hp c bn nc=1 Thộp CIII, cú Rs=3400kg/cm2 BT M250 cú Rk = 8,8kg/cm2, Rn=1100kg/cm2 Chiu dy lp bờ tụng bo v a=5cm H s iu kin lm vic ca bờ tụng mb=1, ca thộp ma=1,15 Hm lng ct thộp ti thiu ly bng 0,05%=> Fa=Fa'=1,75cm2 TT M N Q b h Fa Fa' 12.8 44.9 -16.0 100 40 4,87 - F - -5.8 33.9 1.1 100 40 - - - -0.4 21.3 5.0 100 40 - - - 5.6 16.0 0.0 100 40 2.26 - - Kt qu tớnh toỏn trờn cha xột ti ỏp lc nc ngm, mc nc mc nc l thit k, ỏp lc ngm l rt ln Kt qu tớnh toỏn trờn cha phi l kt qu b trớ ct thộp cui cựng [...]... 8 1. 047 2 Mp Np Qp M N Q -59.976 44 .9 0.0 12.8 44 .9 -16.0 -44 .982 25.9 15.0 -5.8 33.9 1.1 3 30 4 0 0.523 6 0 - 14. 9 94 7.5 13.0 -0 .4 21.3 5.0 0 0.0 0.0 5.6 16.0 0.0 5,6Tm 5,8Tm Moment (Tm) 12,8m 16,0T 21,3T 33,9T axial force (T) 44 ,9T 0 5T 1,1T shear force (T) 16T 2 .4 Tính toán bố trí cốt thép Tính toán bố trí cốt thép theo quy trình thiết kế bê tông cốt thép thủy công, cấu kiện chịu nén lệch tâm Công. .. bản nc=1 Thép CIII, có Rs= 340 0kg/cm2 BT M250 có Rk = 8,8kg/cm2, Rn=1100kg/cm2 Chiều dày lớp bê tông bảo vệ a=5cm Hệ số điều kiện làm việc của bê tông mb=1, của thép ma=1,15 Hàm lượng cốt thép tối thiểu lấy bằng 0,05%=> Fa=Fa'=1,75cm2 TT M N Q b h Fa Fa' 1 12.8 44 .9 -16.0 100 40 4, 87 - Fđ - 2 -5.8 33.9 1.1 100 40 - - - 3 -0 .4 21.3 5.0 100 40 - - - 4 5.6 16.0 0.0 100 40 2.26 - - Kết quả tính toán trên chưa... dϕ = −  ∆1 p = 2 EJ ∫0 2 EJ 4   4 Π /2 2 Π /2 4 2  ∆ = − R q sin 2 ϕ (1 − cos ϕ ) dϕ + R q ϕ sin ϕ cos ϕ dϕ = − R q  Π − 1  + R q Π  ÷  2p 2 EJ ∫0 EF ∫0 2 EJ  4 3  EF 8  - Thay số với betong M250 có E = 2,65.1e6T/m2, J = 5,33e-3 m4, bánh kính R=4m, tải trọng qtt = 6,576 T/m ta được σ 11 = 4, 67e − 4  σ 22 = 1,87e − 3  σ 12 = σ 21 = 7,12e − 4 ∆ = −1, 4 E − 2  1p ∆ 2 p = −3,39e −... σ 22 = 1,87e − 3  σ 12 = σ 21 = 7,12e − 4 ∆ = −1, 4 E − 2  1p ∆ 2 p = −3,39e − 2  - Vậy ta có phương trình chính tắc như sau X1δ11 + X 2 δ12 + ∆1p = X1 .4, 67e − 4 + X 2 7,12e − 4 − 1, 4e − 2 = 0  X1δ21 + X 2 δ22 + ∆ 2p = X1.7,1e − 4 + X 2 1,87e − 3 − 3,39e − 2 = 0 Giải phương trình được X1=5,58 và X2=16 - Vậy phương trình moment và lực dọc tại các mặt cắt M = M p + X1 + X 2 y = M p + 5,58... -5.8 33.9 1.1 100 40 - - - 3 -0 .4 21.3 5.0 100 40 - - - 4 5.6 16.0 0.0 100 40 2.26 - - Kết quả tính toán trên chưa xét tới áp lực nước ngầm, khi mực nước ở mực nước lũ thiết kế, áp lực ngầm là rất lớn Kết quả tính toán ở trên chưa phải là kết quả bố trí cốt thép cuối cùng ... X 2 cos ϕ - Tính toán các hệ số trong phương trình chính tắc Với X1=1 => Mp = M1 = 1 M2 = y N1 = 0 N 2 = cos ϕ , Với X2=1 => − R 2 sin 2 ϕ q ; Np = Rqϕ sin ϕ 2 Π /2  R RΠ dϕ = δ11 = ∫ EJ 0 2 EJ  Π /2 Π /2  1 1 δ 22 = R (1 − cos ϕ ) R (1 − cos ϕ ) Rd ϕ + cos ϕ cos ϕ R.dϕ EJ ∫0 EF ∫0   3  => δ = R  3Π − 2sin Π + 1 sin Π  + R  Π + 0,5sin Π  22  ÷  ÷  EJ  2 2 4  EF  2   Π /2  1 R2 