Thiết kế hồ chứa nước bảo lâm phương án 1

Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với nỗ lực phấn đấu thân hướng dẫn, bảo nhiệt tình thầy giáo TS Nguyễn Thế Điện thầy cô giáo môn, em hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Thiết kế hồ chứa nước Bảo Lâm - Phương án 1” Thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua khoảng thời gian bổ ích để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức học, vận dụng lý thuyết vào thực tế, làm quen với công việc thiết kế kỹ sư cơng trình thủy lợi Lời em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Thủy Lợi, Khoa Cơng trình, Bộ mơn Thủy cơng giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo giảng dạy, bảo em suốt năm học vừa qua Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Thế Điện dành thời gian, tâm sức hướng dẫn bảo em tận tình giúp em hồn thành đồ án Mặc dù thân cố gắng điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án em chưa giải đầy đủ sâu sắc trường hợp thiết kế cần tính, mặt khác trình độ kinh nghiệm thực tế thân hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em xin kính mong nhận ý kiến đóng góp, bảo thầy cô giáo giúp cho đồ án em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Đức Sỹ Tùng 1 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC 2 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp Đồ án tốt nghiệp PHẦN I : TÀI LIỆU CƠ BẢN SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Cao Lộc huyện biên giới miền núi, nằm phía Bắc tỉnh Lạng Sơn, nơi giao lưu kinh tế, văn hóa Trung Quốc Việt Nam, có vị trí chiến lược quan trọng kinh tế, trị, an ninh quốc phòng tỉnh Lạng Sơn nước - Vị trí cụm đầu mối có toạ độ: 22001′ đến 21046′ vĩ độ Bắc 106037′ đến 107004′ kinh độ Đơng - Huyện Cao Lộc có vị trí: + Phía Bắc: Giáp Trung Quốc + Phía Nam: Giáp huyện Chi Lăng + Phía Đơng: Giáp huyện Lộc Bình + Phía Tây: Giáp huyện Văn Quan Huyện Cao Lộc có 75 km đường biên giới với Trung Quốc, có cửa quốc tế Hữu Nghị cửa Ga Đồng Đăng, có cặp chợ biên giới quan trọng, có trục giao thơng đường đường sắt quốc tế, quốc lộ 1A, 1B, 4B, 4A liên kết với tất huyện , với Hà Nội tỉnh đồng Bắc bộ, Thành phố Lạng Sơn trung tâm trị, kinh tế, văn hoá tỉnh Lạng Sơn nằm gần hoàn toàn phạm vi địa giới huyện Cao Lộc, vùng kinh tế động lực tỉnh, nên tạo lợi to lớn cho huyện Cao Lộc phát triển Kinh tế Xã hội khẳng định tầm quan trọng Quốc phòng - An ninh khơng Lạng Sơn, mà tồn quốc 1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo Cao Lộc có địa hình cao số huyện thị tỉnh Lạng Sơn, độ cao trung bình toàn huyện khoảng 260m Đỉnh cao đỉnh Mẫu Sơn cao 1.541 m nằm núi Mẫu Sơn Địa hình đồi núi Cao Lộc có cấu trúc thành hai khối núi: núi Mẫu Sơn phần Đông huyện núi đá vôi Đồng Đăng Tây - Tây Bắc huyện Dải đường biên có hướng dốc nội địa, độ dốc trung bình 20 - 30 0, dải tiếp giáp với địa bàn SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp huyện Lộc Bình (núi Mẫu Sơn) có độ dốc lớn, chia cắt mạnh Khu vực có địa hình thung lũng nơi cư trú sản xuất hàng nghìn hộ dân cư huyện 1.2 Đặc điểm địa chất cơng trình, đường đặc tính hồ, địa chất thủy văn 1.2.1 Đặc điểm địa chất vùng lòng hồ Theo thống kê đất đai huyện năm 2010 tổng diện tích tự nhiên huyện 63.427,06 chiếm 7,66% diện tích tồn tỉnh phân chia thành 23 đơn vị hành Theo địa giới diện tích đất nơng, lâm, ngư nghiệp huyện chiếm 82,61% tổng diện tích tự nhiên (52.397 ha), đất sản xuất nơng nghiệp chiếm 13,85 %, đất lâm nghiệp chiếm tỷ lệ lớn 85,99% Diện tích đất phi nơng nghiệp chiếm 4,9% tổng diện tích tự nhiên (3109,02 ha), đất chuyên dùng 50,7%, đất sông suối mặt nước chuyên dùng 28,55% tổng diện tích đất phi nơng nghiệp Diện tích đất chưa sử dụng lớn, khoảng 12,49% tổng diện tích tự nhiên huyện, đất chưa sử dụng 2,41%, đất đồi núi chưa sử dụng có 6702 ha, 84,6% diện tích đất chưa sử dụng Núi đá khơng có rừng có 1.028,24 chiếm 12,98% tổng diện tích đất chưa sử dụng Về cấu thổ nhưỡng, đất xã phía Nam huyện Cao Lộc đất feralit hình thành đá cát kết cát bột kết, phân bố chủ yếu dạng địa hình đồi trung bình đồi cao Các xã Mẫu Sơn, Cơng Sơn, Hải Yến, Cao Lâu, Xuất Lễ có đất feralit phát triển đá cát, phiến thạch sét cát bột Các xã Gia Cát, Hoà Cư, Hợp Thành đất feralit phát triển đất phù sa cổ đệ tam Trên địa phận xã Mẫu Sơn Công Sơn tồn hai loại đất có tầng đất mỏng, đất từ chua đến chua: - Trên độ cao 700 – 1.000 m đất feralit có mùn núi, đất màu vàng nhạt, hàm lượng mùn 6% - Trên độ cao > 1.000m loại đất mùn alít với tầng đất mặt màu đen, hàm lượng mùn thô đạt đến 10% Địa hình khu vực lòng hồ đập đầu mối nằm vùng bị chia cắt mạnh, có nhiều núi cao, xen kẽ cánh đồng thung lũng hẹp ven sông, suối núi đá vôi độ dốc địa hình 25o, sườn núi phủ thảm thực vật trồng rừng loại ăn dân trồng SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Khu vực đầu kênh nằm ven theo sườn đồi dốc, thảm thực vật chủ yếu công nghiệp, nông nghiệp bụi Nhìn chung lòng hồ đẹp 1.2.2 Đường đặc tính hồ Vùng tuyến đập nghiên cứu gồm tuyến : Tuyến 1, tuyến Các trị số đường đặc tính hồ chứa Bảo Lâm V~Z, F~Z lập từ bình đồ tỉ lệ 1: 5000 thể bảng 1.1 Bảng 1.1 Quan hệ V ~ Z, F~Z TT Z (m) F (106 m2) V (106 m3) 240 0,00 0,000 250 1,10 0,407 251 1,21 0,559 252 1,32 1,005 253 1,43 1,177 254 1,54 1,524 255 1,65 2,145 256 1,76 2,657 257 1,87 3,388 10 11 12 13 14 258 259 260 261 262 1,98 2,09 2,20 2,31 2,42 4,331 5,160 6,217 7,623 8,701 15 263 2,53 10,091 16 17 18 19 20 264 265 266 267 268 2,64 2,75 2,86 2,97 3,08 11,561 13,123 14,784 16,566 18,403 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp 1.2.3 Địa chất thủy văn a) Nguồn nước mặt Cao Lộc có mật độ sơng suối tương đối dày, lớn sông Kỳ Cùng chảy qua xã : Tân Liên, Gia Cát, Song Giáp, Bình Trung với chiều dài 35km nguồn nước sản xuất sinh hoạt quan trọng nhân dân huyện Lượng nước sông suối lớn vào mùa mưa, vào mùa khô lượng nước giảm mạnh không đủ cho nhu cầu dân sinh, mặt khác chênh lệch dòng chảy năm nhiều, hệ số biến đổi dòng chảy năm khu vực 0,35 - 0,36, điểm bất lợi việc lập phương án sử dụng nguồn nước Trên địa bàn có 75,1 mặt nước sử dụng cho mục đích nơng nghiệp, 101 cơng trình thuỷ lợi lớn nhỏ với lực tưới thực tế 1.120 (theo thiết kế 1.391 ha) Suối khoáng Mẫu Sơn cung cấp lượng nước khoáng khoảng 500 nghìn m3/năm b) Nguồn nước ngầm: Theo đánh giá Cục quản lý địa chất Cục quản lý nước cơng trình thủy lợi, Bộ Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, trữ lượng tiềm nước ngầm tỉnh Lạng Sơn nói chung huyện Cao Lộc nói riêng khơng lớn khả khai thác hạn chế địa hình hiểm trở, phân bố dân cư không tập trung, sở hạ tầng nơng thơn hạn chế điều kiện kinh tế người dân vùng khó khăn nên việc đầu tư xây dựng cơng trình khai thác nước ngầm gặp nhiều trở ngại 1.3 Đặc điểm khí hậu a) Chế độ nhiệt Huyện Cao Lộc có khí hậu mát mẻ chia làm mùa rõ rệt ,mùa đơng lạnh khơ, mùa hè nóng ẩm mưa nhiều, chịu ảnh hưởng mạnh mẽ gió mùa Đơng Bắc Số liệu theo dõi liên tục khí hậu nhiều năm huyện, thu kết trung bình sau: - Nhiệt độ khơng khí bình qn năm : 210C - Nhiệt độ khơng khí trung bình tháng cao : 270C- 320C - Nhiệt độ khơng khí trung bình tháng thấp : 130C Có ngày nhiệt độ xuống -100C SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp b) Bức xạ nắng - Biên độ nhiệt ngày đêm : 7÷80C - Lượng mây trung bình năm khoảng : 7,5/10 bầu trời - Số nắng trung bình khoảng : 1600 giờ/năm c) Chế độ gió Là huyện miền núi, chịu ảnh hưởng trực tiếp gió mùa Đơng Bắc tốc độ gió lớn trung bình 2m/s, có biến đổi nhiệt lớn, đặc biệt có thời gian khơ vào thời kỳ loại dài ngày hoa, đậu quả, biên độ ngày đêm chênh lệch lớn yếu tố thuận lợi cho thụ phấn, đậu phẩm chất ngon loại dài ngày Hướng gió thịnh hành Đơng Bắc Tây nam, huyện bị ảnh hưởng bão nên thích hợp cho phát triển dài ngày, đặc biệt ăn Với nhiệt độ số nắng trung bình năm thuận lợi cho việc bố trí mùa vụ, bố trí cấu loại trồng, điều kiện để phát triển đa dạng, phong phú loại trồng ôn đới, nhiệt đới Thảm thực vật Cao Lộc tương đối phong phú, đa dạng có nhiều chủng đặc dụng quý d) Chế độ ẩm - Độ ẩm khơng khí trung bình năm : 82% - Độ ẩm khơng khí trung bình tháng thấp : 77% - Độ ẩm khơng khí trung bình tháng cao : 86% e) Lượng mưa trung bình nhiều năm Lượng mưa trung bình hàng năm tương đối thấp, đạt 1.320mm, 70% lượng mưa từ tháng đến tháng 9, nhiều xã mùa khô thiếu nước Thụy Hùng, Phú Xá, Hồng Phong, Lộc Yên SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Bảng1.2: Phân phối lượng bốc năm Thán g IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII Zbh 61,2 38,1 45,5 16,8 25,5 14,7 16,6 32,3 41,6 84,5 88,7 78,3 1.4 Tài nguyên khoáng sản Khoáng sản Cao Lộc không nhiều trữ lượng nhỏ đa dạng phong phú chủng loại gồm: quặng nhơm Tam Lung -Thụy Hùng, đa kim Tình Slung - Gia Cát, vàng sa khống sơng Kỳ Cùng (Tân Liên Gia Cát), đất sét, cao lanh Cao Lộc, Hợp Thành; cát xây dựng nằm rải rác dọc sông Kỳ Cùng (Gia Cát, Song Giáp) mỏ đá vôi - Hồng Phong (xã Yên Trạch), Phú Xá, Bình Trung, than nâu Na Dương (Lộc Bình); than bùn Bình Gia; phốtphorit Hữu Lũng; bơxít Văn Lãng, Cao Lộc; vàng Tân Văn, Văn Mịch (Bình Gia) Đá vơi, cát, cuội, sỏi có hầu hết nơi tỉnh Lạng Sơn với trữ lượng lớn khai thác để sản xuất vật liệu xây dựng, thạch anh vùng Mẫu Sơn (Lộc Bình); quặng sắt Chi Lăng số loại khác măng gan, đồng, chì, kẽm, thuỷ ngân, thiếc, chưa điều tra, đánh giá trữ lượng 1.5 Tài nguyên rừng Huyện Cao Lộc có trữ lượng rừng khơng lớn động thực vật đa đa dạng, phong phú nhiều dược liệu quý ăn đặc sản tiếng Tồn tỉnh Lạng Sơn diện tích đất lâm nghiệp có rừng 277.394 ha, chiếm 33,4% diện tích đất tự nhiên, đó, rừng tự nhiên 185.456 ha, rừng trồng 91.937 Diện tích đất chưa sử dụng, sơng, suối, núi, đá 467.366 ha, chiếm 43,02% diện tích đất tự nhiên SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Như vậy, tiềm đất lớn cho việc thúc đẩy phát triển sản xuất nông – lâm nghiệp, đặc biệt phát triển nơng nghiệp năm tới 1.6 Tình hình vật liệu xây dựng Đất đắp đập yêu cầu khối lượng: 140.000 m 3, giai đoạn lập dự án đầu tư yêu cầu khảo sát trữ lượng đất đắp cấp B, khối lượng khảo sát = 1,5 lần khối lượng yêu cầu, chất lượng đạt 86% độ xác * Kết thăm dò: Cơ quan khảo sát tiến hành thăm dò mỏ vật liệu phía trái phải lòng hồ thượng lưu đập Kết thăm dò mỏ sau: - Mỏ đất số 1: + Diện tích: 100.000m2 + Chiều sâu bóc bỏ: 0,4m + Chiều sâu khai thác: 1-2m + Trữ lượng khai thác: 100.000 – 120.000m3 - Mỏ đất số 2: + Diện tích: 120.000m2 + Chiều sâu bóc bỏ: 0,5m + Chiều sâu khai thác: 1m + Trữ lượng khai thác:120.000m3 - Ngồi khai thác trữ lượng lớn đá chất lượng đảm bảo đắp đập, lát mái Bảng 1.3: Hệ số thấm vật liệu đắp đập đất γk γbh γtn Chỉ tiêu (T/m3) (T/m3) (T/m3) Đất đắp 1,62 1,97 1,94 đập Nền lớp 1,59 Đá C Cbh k.10-5 φ (độ) φbh (độ) 20 23 2,4 5 W% (T/m2) (T/m2) (m/s) 1,98 1,97 26 22 0, 2,12 2,05 160 14015 0 20 24 1.6.1 Đánh giá vật liệu đất đắp đập: +Trữ lượng đất đắp đập phong phú, đáp ứng đủ yêu cầu khối lượng đất đắp đập - Cự ly vận chuyển đất đắp đập phạm vi từ đến 3km - Chất lượng đất đắp: Về tính thấm, trương nở, tan rã không đồng mỏ nên cần bố trí vật liệu đất vào vị trí thân đập cho hợp lý để bảo đảm điềj kiện an toàn kinh tế - Đất sét đề nghị dùng làm vật liệu chống thấm cho thân đập 10 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: + lo: chiều dài tính toán cấu kiện + b: cạnh nhỏ tiết diện =>λb = lo 125 = = 2,5 h 50 - Tra bảng 4.1 Giáo trình KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP ta có µmin = 0,05% - Khi Fa’ = µmin.b.h0 = 0,0005.100.46 = 2,3 cm2 + Điều kiện cấu tạo: chọn Fa’= 5φ12 = 5,65 cm2 - Vậy ta chọn Fa' = 5φ12/1m dài; khoảng cách cốt thép 20cm (tra PL12- Giáo trình KC BTCT –ĐHTL/trang 159) - Bước 2: Tính Fa + Từ cơng thức (10.3), tính A: A= = k n nc N e − m a Ra' Fa' ( h0 − a ' ) mb Rn b.ho2 1,15 × 1× 29610 × 63, 69 − 1,15 × 2700 × 5, 65 × (46 − 4) = 0, 08 1× 90 ×100 × 46 + Từ A = 0,08; tra PL 10 - giáo trình KC BTCT α = 0,084 α = 0, 084 < - So sánh: x = 2a ' = 8cm 2.a ' × = = 0,174 ho 46 ' ' ' chứng tỏ Fa đạt σ a < Ra cho phép lấy vẽ lại sơ đồ ứng suất sau: N e' Rn.b.x +Ra' F' a η.eo (ho - a') Fa Ra Hình 10.13: Sơ đồ ứng suất để tính cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn x = 2a’ - Viết phương trình mơmen lấy trọng tâm Fa 231 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: k n nc N e ≤ ma Ra Fa ( h0 − a' ) Fa = ' → k n nc N e' ma Ra ( h0 − a' ) h 50 e ' = η eo − + a ' = 42,69 − + = 21,69cm 2 - Trong đó: Fa = → + Kiểm tra đk: 1,15 × 1× 29610 × 21, 69 = 5, 64cm2 1,15 × 2700 × (46 − 4) Fa = 5, 64cm2 > µmin b.h0 = 0,05% ×100 × 46 = 2,3cm2 + Điều kiện cấu tạo: Chọn Fa = 5φ12 = 5,65cm2 Vậy bố trí 5Φ12/1m dài có Fa =5,65 cm2 khoảng cách cốt thép 20cm (tra PL 12 - Giáo trình KC BTCT - ĐHTL) 10.3.4 Tính cốt thép Fa Fa’ cho mặt cắt 3: - Tương tự phần tính cốt thép cho mặt cắt A, toán cấu kiện ' a chịu nén lệch tâm lớn tiết diện chữ nhật Tính Fa F biết điều kiện b, h, lo, M, N - Tiến hành tính tốn tương tự mặt cắt A kết sau: e = η e0 + 0,5h − a = 38,02 + 0,5.50 − = 59,02(cm) e' = η e0 − 0,5h + a ' = 38, 02 − 0,5.50 + = 17, 02(cm) Fa' = → Fa' = k n nc N e − mb Rn b.ho2 Ao ma Ra' ( ho − a ' ) 1,15 ×1, × 28660 × 59, 02 − 1, × 90 × 100 × 46 × 0, 42 = −46, 42cm < 1,15 × 2700 × (46 − 4) - Chọn: Fa'= 5φ12 = 5,65(cm2) theo điều kiện cấu tạo để đồng bố trí với thép mặt cắt thành cống A A= k n nc N e − ma Ra' Fa' ( h0 − a ' ) mb Rn b.ho2 232 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp = Ngành: 1,15 ×1× 28660 × 59,02 − 1,15 × 2700 × 5,65 × (46 − 4) = 0,063 1× 90 ×100 × 462 - Từ A = 0,063; tra PL 10 - giáo trình KC BTCT α = 0,066 α = 0, 066 < So sánh: 2.a ' × = = 0,174 ho 46 ' ' ' ; chứng tỏ Fa đạt σ a < Ra , cho phép lấy x = 2a' ⇒ Fa = kn nc N e ' 1,15.1.28660.17, 02 = = 4,30(cm2 ) > µmin bh0 = 2,3(cm ) ma Ra (h0 − a ') 1,15.2700 ( 46 − ) - Chọn Fa = 5φ12 = 5,65 (cm2) theo điều kiện cấu tạo; khoảng cách cốt thép 20cm 10.3.5 Tính tốn cốt thép cho đáy cống a) Số liệu tính tốn: Bảng 10.2: Bảng tổng hợp số liệu để tính tốn cốt thép cho AD Mặt cắt Chiều dài (cm) Chiều cao (cm) Chiều rộng (cm) Nội lực mặt cắt có momen lớn M Mơmen (kG.cm) Q Lực cắt (kG) N Lực dọc (kG) D 160 50 100 1264000 29550 38550 b) Xác định trạng thái làm việc cấu kiện: λ0 = - Bước 1: Xét uốn dọc, tính độ mảnh cấu kiện: lo 80 = = 1,6 h 50 Với: l0 chiều dài tính tốn cấu kiện, coi dầm hai đầu ngàm; có µ=0,5 l0 = µ l = 0, × 160 = 80cm - l: Chiều cao tiết diện cạnh song song với mặt phẳng uốn Vì λ0 = 1,6 0,3×ho = 0,3×46 = 13,8cm nên cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn - Vậy, ta tính tốn cốt thép cho mặt cắt D theo công thức nén lệch tâm lớn - Tính tốn cho mặt cắt D: + Tiến hành tính tốn tương tự mặt cắt A kết sau: e = η e0 + 0,5h − a = 32,79 + 0,5.50 − = 53,79(cm) e' = η e0 − 0,5h + a' = 32, 79 − 0,5.50 + = 11, 79( cm) Fa' = → Fa' = k n nc N e − mb Rn b.ho2 Ao ma Ra' ( ho − a ' ) 1,15 ×1, × 38550 × 53, 79 − 1, × 90 ×100 × 46 × 0, 42 = −43, 05cm < 1,15 × 2700 × (46 − 4) - Chọn : Fa'= 5φ12= 5,65(cm2) theo điều kiện cấu tạo A= k n nc N e − ma Ra' Fa' ( h0 − a ' ) mb Rn b.ho2 = 1,15 ×1× 38550 × 53, 79 − 1,15 × 2700 × 5, 65 × (46 − 4) = 0, 087 1× 90 × 100 × 462 - Từ A = 0,087; tra PL 10 - giáo trình KC BTCT α = 0,092 α = 0, 092 < - So sánh: 2.a ' × = = 0,174 ho 46 ' ' ' chứng tỏ Fa đạt σ a < Ra cho phép lấy x = 2a' ⇒ Fa = kn nc N e ' 1,15 ×1× 38550 ×11, 79 = = 4, 01(cm ) > µmin bh0 = 2,3(cm ) ma Ra (h0 − a ') 1,15 × 2700 × ( 46 − ) 234 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: - Chọn : Fa = 5φ12 = 5,65(cm2) theo điều kiện cấu tạo; khoảng cách cốt thép 20cm 10.3.6 Tính tốn cốt thép cho trần cống a) Số liệu tính tốn: Bảng 10.3: Bảng tổng hợp số liệu để tính tốn cốt thép cho BC Mặt cắt Chiều dài (cm) Chiều cao (cm) Chiều rộng (cm) M Mômen (kG.cm) Q Lực cắt (kG) lớn N Lực dọc (kG) b) Xác định trạng thái làm việc cấu kiện: Nội lực mặt cắt có momen λ0 = - Bước 1: Xét uốn dọc, tính độ mảnh cấu kiện: B 160 50 100 1205000 27090 35440 lo 80 = = 1,6 h 50 Với: l0 chiều dài tính tốn cấu kiện, coi dầm hai đầu ngàm; có µ=0,5 l0 = µ l = 0, × 160 = 80cm - l: Chiều cao tiết diện cạnh song song với mặt phẳng uốn Vì λ0 = 1,6 0,3×ho = 0,3×46 = 13,8cm nên cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn - Vậy, ta tính tốn cốt thép cho mặt cắt D theo cơng thức nén lệch tâm lớn - Tính tốn cho mặt cắt B: e = η e0 + 0,5h − a = 34,00 + 0,5.50 − = 55,00(cm) e' = η e0 − 0,5h + a' = 34, 00 − 0,5.50 + = 13, 00( cm) 235 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: k n nc N e − mb Rn b.ho2 Ao F = ma Ra' ( ho − a ' ) ' a → Fa' = 1,15 × 1, × 35440 × 55, 00 − 1, × 90 × 100 × 462 × 0, 42 = −44,14cm < 1,15 × 2700 × (46 − 4) - Chọn : Fa'= 5φ12 = 5,65(cm2) theo điều kiện cấu tạo A= k n nc N e − ma Ra' Fa' ( h0 − a ' ) mb Rn b.ho2 = 1,15 ×1× 35440 × 55, 00 − 1,15 × 2700 × 5, 65 × (46 − 4) = 0, 079 1× 90 ×100 × 46 - Từ A = 0,079; tra PL 10 - giáo trình KC BTCT α = 0,083 α = 0, 083 < - So sánh: 2.a ' × = = 0,174 ho 46 ' ' ' chứng tỏ Fa đạt σ a < Ra cho phép lấy x = 2a' ⇒ Fa = kn nc N e ' 1,15 ×1 × 35440 ×13, 00 = = 4, 06(cm ) > µmin bh0 = 2,3(cm ) ma Ra (h0 − a ') 1,15 × 2700 × ( 46 − ) - Chọn : Fa = 5φ12 = 5,65(cm2) theo điều kiện cấu tạo; khoảng cách cốt thép 20cm - Vậy kết cốt thép dọc chịu lực cống ngầm sau: Bảng 10.4: Cốt thép bố trí theo phương ngang cống Cốt thép phía cống Cốt thép phía ngồi cống Diện tích Khoảng Diện tích Khoảng Loại thép Loại thép (cm2) cách (cm) (cm2) cách (cm) 5φ12/ 1m Trần cống 5,65 20 5,65 5φ12/ 1m dài 20 dài 5φ12/ 1m Thành cống 5,65 20 5,65 5φ12/ 1m dài 20 dài 5φ12/ 1m Đáy cống 5,65 20 5,65 5φ12/ 1m dài 20 dài Thành phần 10.3.7 Tính tốn cốt thép ngang (cốt xiên cốt đai): a) Mặt cắt tính tốn 236 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: - Tính tốn cốt thép ngang (cốt đai cốt xiên) chọn mặt cắt có lực cắt Q tính tốn lớn - Có hai phương pháp chính: + Phương pháp đàn hồi + Phương pháp trạng thái giới hạn b) Tính tốn cốt thép ngang theo phương pháp trạng thái giới hạn: + Điều kiện tính tốn: - Khi thoả mãn điều kiện sau cần phải tính tốn cốt đai, cốt xiên cho cấu kiện để đảm bảo cường độ mặt cắt nghiêng: 0,8mb Rk b.h0 < k n nc Q ≤ 0,25.mb3 Rn bh0 (*) - Trong đó: + Lấy 0,8 bản; 0,6 dầm - mb4: hệ số làm việc bê tơng khơng có cốt thép mb4 = 0,9 - Rk: cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng, Rk = 7,5 (kG/cm2) - kn: hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp cơng trình; kn = 1,15 - Q: lực cắt lớn tải trọng tính tốn gây (kG) - mb3: hệ số điều kiện làm việc bê tông kết cấu bê tông cốt thép mb3 = - Rn: cường độ chịu nén tiêu chuẩn bê tông theo trạng thái giới hạn I, Rn = 90 kG/ cm2 - mb4: hệ số làm việc bê tơng khơng có cốt thép mb4 = 0,9 + Mặt cắt tính tốn: - Ta chọn mặt cắt có lực cắt (+) lớn để tính tốn bố trí cốt thép ngang cho cống Do ta cần tính tốn cho mặt cắt sau: - Với đáy cống + Tính cho mặt cắt qua D: QD = 29550 (kG) - Với thành bên cống: + Tính cho mặt cắt qua A: QA = 38550 (kG) - Với trần cống + Tính cho mặt cắt qua B: QB = 27090 (kG) - Vậy chọn mặt cắt qua A có lực cắt lớn để tính tốn + Tính tốn cốt thép ngang 237 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: - Với cốt thép ngang cống ta bố trí cốt thép xiên cống dài khơng bố trí cốt đai - Tính cốt thép xiên đáy cống: - Kiểm tra điều kiện (*) ta có: 0,8mb Rk b.h0 < k n nc Q ≤ 0,25.mb3 Rn bh0 => 0,8.0, 9.7, 5.100.46 = 24840 > 1,15.1.38550 = 44332, < 0, 25.1.90.100.46 = 103500 Vậy ta khơng phải tính tốn bố trí thép xiên cho thành bên cống 10.3.8 Tính tốn kiểm tra nứt: - Ngồi việc tính tốn khả chịu lực phải tính tốn chuyển vị, hình thành mở rộng khe nứt BTCT giai đoạn sử dụng Khe nứt phát sinh kết cấu bê tông cốt thép tác dụng tải trọng, thay đổi nhiệt độ, co ngót bê tơng ngun nhân khác Khi ứng suất kéo bê tông vượt trị số cường độ giới hạn, bê tông bị nứt Nếu khe nứt mở rộng nước khí ẩm xâm nhập, làm cho cốt thép bị ăn mòn, ảnh hưởng tới làm việc bình thường tuổi thọ cơng trình - Ta dùng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn để tính tốn kiểm tra nứt cho kết cấu a)Mặt cắt tính tốn: - Chọn mặt cắt có mơ men lớn để tính tốn kiểm tra nứt cho kết cấu ứng với tải trọng tiêu chuẩn - Ta tính cho mặt cắt qua (3) mặt cắt qua A thuộc thành bên cống có giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn sau: + M3 = 876000 (kG.cm); Q3 = (kG), N3 = 25820 (kG) + MA = 1077000 (kG.cm); QA =32140 (kG), NA = 27020 (kG) b) Nội dung tính tốn: - Sơ đồ ứng suất: 238 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: Hình 10.14: Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu nén lệch tâm - Lấy giai đoạn Ia làm sở để tính tốn Biểu đồ ứng suất miền bê tông chịu nén có dạng tam giác, biểu đồ ứng suất miền bê tơng chịu kéo có dạng đường c k cong bê tơng bị chảy dẻo, mép miền bê tông chịu kéo đạt cường độ R - Trong tính tốn, coi biểu đồ ứng suất miền bê tơng chịu kéo có dạng tam giác cách kéo dài biểu đồ ứng suất miền chịu nén Trị số γ 1.Rkc gọi ứng suất tính tốn mép biên chịu kéo tiết diện - Tính tốn kiểm tra nứt cho mặt cắt qua (3): - Điều kiện để cấu kiện chịu nén lệch tâm không bị nứt: - Với cấu kiện chịu nén lệch tâm để đảm bảo khơng xuất khe nứt thẳng góc γ 1.Rkc phải thỏa mãn điều kiện: nc Nc ≤ Nn = e0 − Wqd Fqd (*) - Trong đó: nc : Hệ số tổ hợp tải trọng - Nc : Lực nén dọc lệch tâm tải trọng tiêu chuẩn gây ra, Nc= 25820 kG - Nn : Lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện chịu trước nứt - eo : Độ lệch tâm lực nén dọc tiêu chuẩn, - γ = mh γ ≥ M tc 876000 e0 = tc = = 33,93cm N 25820 : Hệ số xét đến biến dạng dẻo bê tông miền kéo 239 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: + γ: hệ số chảy dẻo bêtông, tra phụ lục 14/KCBTCT Đối với tiết diện chữ nhật γ=1,75=>γ1=1,75 + mh : Hệ số phụ thuộc vào chiều cao mặt cắt, với h = 50cm < 100cm, tra phụ lục 13-Giáo trình KC BTCT ta mh = - Rck : Cường độ chịu kéo dọc trục bêtông TTGH II, Rck = 11,5kG/cm2 - Fqđ : Tiết diện quy đổi Với giả thiết coi biểu đồ ứng suất miền bê tông chịu nén chịu kéo có dạng tam giác sử dụng cơng thức sức bền vật liệu để tính tốn ứng suất, dùng cho cấu kiện làm vật liệu đồng chất, để đảm bảo yêu cầu cần phải quy đổi diện tích cốt thép thành diện tích bê tơng tương đương - Diện tích quy đổi tiết diện: n= + n : Hệ số quy đổi , ( Fqđ = b.h + n Fa + Fa' ) Ea 2,1 × 10 = = 8,75 Eb 2,4 × 10 + Ea : Mơ đun đàn hồi cốt thép : Ea = 2,1×106 kG/cm2 + Eb : Mô đun đàn hồi ban đầu bê tơng : Eb = 2,4×105 kG/cm2 → Fqđ = 100 × 50 + 8, 75 × (5,65 + 5,65) = 5098,875cm + Wqđ : Mômen chống uốn tiết diện quy đổi lấy mép biên chịu kéo Wqd = tiết diện : J qd h − xn + Trong đó: xn: Chiều cao miền bê tông chịu nén (khoảng cách từ mép biên xn = chịu nén đến trọng tâm tiết diện quy đổi) : S qđ Fqđ + Sqđ: Mômen tĩnh tiết diện quy đổi lấy với mép biên chịu nén tiết diện quy đổi ( S qđ = 0.5b.h + n Fa' a ' + Fa h0 ) 240 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: = 0,5 ×100 × 502 + 8, 75 ( 5, 65 × + 5, 65 × 46 ) = 127471,875cm3 xn = → S qđ Fqđ = 127471,875 = 25, 00cm 5098,875 + Jqđ : Mômen quán tính trung tâm tiết diện quy đổi: J qñ = b.xn3 b(h − xn ) + + n.Fa '( xn − a ') + n.Fa (ho − xn ) 3 100 × 253 100 ( 50 − 25 ) 2 = + + 8, 75 × 5, 65 ( 25 − ) + 8, 75 × 5, 65 ( 46 − 25 ) 3 = 1085270,542cm Wqđ = + J qd h − xn = 1085270,542 = 43410,822cm3 50 − 25 - Thay tất giá trị tính vào (*) nc N tc = 1× 25820 = 25820kG Nn = 1×1,75 ×11,5 = 34373, 47 kG 33,93 − 43410,822 5098,875 So sánh: nc.Nc= 25820 kG < Nn = 34373,47 kG → Tại mặt cắt cấu kiện khơng bị nứt - Tính tốn kiểm tra nứt cho mặt cắt qua (A): - Điều kiện để cấu kiện chịu nén lệch tâm không bị nứt: - Với cấu kiện chịu nén lệch tâm để đảm bảo khơng xuất khe nứt thẳng góc γ 1.Rkc phải thỏa mãn điều kiện: nc Nc ≤ Nn = e0 − Wqd Fqd (*) - Trong đó: nc : Hệ số tổ hợp tải trọng - Nc : Lực nén dọc lệch tâm tải trọng tiêu chuẩn gây ra, Nc= 27020 kG 241 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: - Nn : Lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện chịu trước nứt - eo : Độ lệch tâm lực nén dọc tiêu chuẩn, - γ = mh γ ≥ M tc 1077000 e0 = tc = = 39,86cm N 27020 : Hệ số xét đến biến dạng dẻo bê tông miền kéo + γ: hệ số chảy dẻo bêtông, tra phụ lục 14/KCBTCT Đối với tiết diện chữ nhật γ=1,75=>γ1=1,75 + mh : Hệ số phụ thuộc vào chiều cao mặt cắt, với h = 50cm < 100cm, tra phụ lục 13-Giáo trình KC BTCT ta mh = - Rck : Cường độ chịu kéo dọc trục bêtông TTGH II, Rck = 11,5kG/cm2 - Fqđ : Tiết diện quy đổi Với giả thiết coi biểu đồ ứng suất miền bê tông chịu nén chịu kéo có dạng tam giác sử dụng cơng thức sức bền vật liệu để tính tốn ứng suất, dùng cho cấu kiện làm vật liệu đồng chất, để đảm bảo yêu cầu cần phải quy đổi diện tích cốt thép thành diện tích bê tơng tương đương - Diện tích quy đổi tiết diện: n= + n : Hệ số quy đổi , ( Fqđ = b.h + n Fa + Fa' ) Ea 2,1 × 10 = = 8,75 Eb 2,4 × 10 + Ea : Mơ đun đàn hồi cốt thép : Ea = 2,1×106 kG/cm2 + Eb : Mô đun đàn hồi ban đầu bê tơng : Eb = 2,4×105 kG/cm2 → Fqđ = 100 × 50 + 8, 75 × (5,65 + 5,65) = 5098,875cm + Wqđ : Mômen chống uốn tiết diện quy đổi lấy mép biên chịu kéo Wqd = tiết diện : J qd h − xn 242 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: + Trong đó: xn: Chiều cao miền bê tông chịu nén (khoảng cách từ mép biên xn = chịu nén đến trọng tâm tiết diện quy đổi) : S qđ Fqđ + Sqđ: Mômen tĩnh tiết diện quy đổi lấy với mép biên chịu nén tiết diện quy đổi ( S qđ = 0.5b.h + n Fa' a ' + Fa h0 ) = 0,5 ×100 × 502 + 8, 75 ( 5, 65 × + 5, 65 × 46 ) = 127471,875cm3 xn = → S qđ Fqđ = 127471,875 = 25, 00cm 5098,875 + Jqđ : Mômen quán tính trung tâm tiết diện quy đổi: b.xn3 b(h − xn )3 J qñ = + + n.Fa '( xn − a ')2 + n.Fa (ho − xn )2 3 100 × 253 100 ( 50 − 25 ) 2 = + + 8, 75 × 5, 65 ( 25 − ) + 8, 75 × 5, 65 ( 46 − 25 ) 3 = 1085270,542cm Wqđ = + J qd h − xn = 1085270,542 = 43410,822cm3 50 − 25 - Thay tất giá trị tính vào (*) nc N tc = 1× 27020 = 27020kG Nn = 1×1,75 ×11,5 = 27870,78kG 39,86 − 43410,822 5098,875 So sánh: nc.Nc= 27020 kG < Nn = 27870,78 kG → Tại mặt cắt cấu kiện không bị nứt 243 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: 244 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: Đồ án tốt nghiệp Ngành: TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TS Ngơ Trí Viềng “Giáo trình thủy cơng tập I, II”-Nhà xuất Xây Dựng Hà Nội 2005 GS.TS Vũ Văn Tảo “Giáo trình thủy lực tập I, II”-Nhà xuất Nông Nghiệp,Hà Nội 2006 GS.TS Hà Văn Khối “Giáo trình thuỷ văn cơng trình”-Nhà xuất Khoa Học Tự Nhiên Và Công Nghệ,Hà Nội 2007 GS.TSKH Cao Văn Chí “Giáo trình học đất”-Nhà xuất Xây Dựng,Hà Nội 2003 PGS.TS.Nguyễn Chiến “Đồ án môn học thủy công”-Nhà xuất Xây Dựng,Hà Nội 2004 Nguyễn Xuân Trường “Thiết kế đập đất”–Nhà xuất Xây Dựng,Hà Nội 2003 Sổ Tay Kỹ Thuật Thủy Lợi, Nhà xuất Nông Nghiệp QCVN 04-05:2012/BNNPTNT, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình thủy lợi – quy định chủ yếu thiết kế”,Hà Nội 2012 TVCN 8216-2009 “Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén” 10 TCVN 8421-2010 “Cơng trình thủy lợi- Tải trọng lực tác dụng lên cơng trình sóng tàu” 11 TCVN 9147-2012 “Cơng trình thủy lợi-Quy trình tính tốn thuỷ lực đập tràn” 12 TCVN 9151-2012, “Yêu cầu tính toán thuỷ lực cống sâu” 13 TCVN 4118 – 2012 “Hệ thống kênh tưới – Tiêu chuẩn thiết kế” 14 Bài tập thuỷ lực, tập I + II 15 Các bảng tính thủy lực, NXB Xây dựng - 2005 16 Cơng trình tháo lũ đầu mối cơng trình thủy lợi, NXB Xây dựng - 2005 17 TCVN 4253 – 86:“Nền cơng trình thuỷ cơng” 18 Kết cấu bê tông cốt thép, NXB Xây dựng - 2009 19 Bài tập đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép 245 SVTH: Nguyễn Đức Sỹ Tùng Lớp: ... (10 6 m2) V (10 6 m3) 240 0,00 0,000 250 1, 10 0,407 2 51 1, 21 0,559 252 1, 32 1, 005 253 1, 43 1, 177 254 1, 54 1, 524 255 1, 65 2 ,14 5 256 1, 76 2,657 257 1, 87 3,388 10 11 12 13 14 258 259 260 2 61 262 1, 98... 0,0746 0 ,10 58 0,0 411 1% 1% 1% 1% 0, 016 11 0,04528 0,07672 0,09056 0 ,10 7 0 ,12 0 0 ,18 2 0 ,13 2 2,547 9,959 2, 519 25,5 0,0642 1% 0,09959 0 ,16 4 2,548 10 ,325 2,547 14 ,7 0,0374 1% 0 ,10 325 0 ,14 1 2,548 10 ,337... 2, 518 13 ,396 0 ,10 9 0 ,12 2 0 ,18 7 0 ,13 3 0 ,15 7 0 ,13 0 0 ,13 5 0 ,16 3 0 ,16 8 0,254 0,226 0 ,14 4 1, 928 V+ V- D.T kho V2 (10 6 m3) (10 6 m3) (10 6 m3) (10 6 m3) 1, 468 1, 123 0 ,18 7 0 ,13 3 0,374 0,598 0,323 2,363 1, 407