Thiết kế hồ chứa nước eadrek PA2

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH Điều kiện tự nhiên 1.1 Điều kiện địa hình 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 1.1.3 Điều kiện thủy văn khí tượng: 1.2 Tình hình tài liệu quan trắc 1.3 Các đặc trưng khí hậu Các đặc trưng thủy văn Điều kiện sinh kế 14 2.1 Tình hình dân sinh kinh tế 14 2.1.1 Tổng quan tình hình dân sinh kinh tế huyện Krông Pa 14 2.2 Hiện trạng thủy lợi điều kiện cần thiết xây dựng công trình 15 Nhiệm vụ cơng trình 16 CHƯƠNG II: PHƯƠNG ÁN CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI .17 2.1 Giải pháp cơng trình thành phần cơng trình: 17 2.2 Cấp bậc cơng trình tiêu thiết kế: 17 2.2.1 Cấp cơng trình .17 2.2.2 Các tiêu thiết kế: 17 2.3 Vị trí tuyến cơng trình mới: 18 2.4 Xác định thông số hồ chứa: 18 2.4.1 Tính tốn cao trình mực nước chết (MNC): 18 2.4.2 Tính tốn điều tiết hồ điều tiết lũ .20 2.4.3 Điều tiết lũ 27 3.2 Cấu tạo chi tiết đập 42 3.2.1 Cấu tạo đỉnh đập 43 Trương Mạnh Hùng 1 Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 3.2.2 Mái đập đập 43 3.3 Tính tốn thấm cho thân đập 48 3.3.1 Mục đích, ý nghĩa tính tốn thấm qua đập đất .48 3.3.2 Các trường hợp tính tốn .49 3.3.3 Các mặt căt tính tốn 49 3.3.4 Các thông số cần thiết để tính tốn 49 3.3.5 Tính tốn cho mặt cắt 49 3.4 Tính tốn ổn định mái đập 57 3.4.1 Mục đích nhiệm vụ tính tốn 57 3.4.2 Trường hợp tính tốn 58 3.4.3 Phương pháp tính ổn định 58 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐƯỜNG TRÀN 75 4.1 Vị trí, nhiệm vụ hình thức tràn xả lũ 75 4.1.1 Vị trí 75 4.1.2 Nhiệm vụ .76 4.1.3 Hình thức tràn .76 4.2 Quy mơ cơng trình 76 4.2.1 Tường cánh trước ngưỡng tràn .76 4.2.2 Ngưỡng tràn 76 4.2 Tính tốn thủy lực dốc nước 77 4.2.1 Tính tốn thủy lực dốc nước đoạn thu hẹp 77 4.2.2 Tính đường mặt nước đoạn không đổi: 85 4.2.3 Kiểm tra xói cuối dốc nước 93 4.2.4 Tính tốn chiều cao tường bên dốc nước 93 4.3 Thiết kế kênh hạ lưu 93 4.3.1 Mục đính tính toán 93 4.3.2 Các thông số 93 4.5 Chọn cấu tạo 98 4.5.1 Ngưỡng tràn: 98 4.5.2 Trụ pin 98 4.5.3 Cầu giao thông 99 Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 4.5.4 Dốc nước 99 4.5.5 Tiêu .99 4.5.6 Kênh hạ lưu 99 4.6 Tính tốn ổn định 100 4.6.1 Mục đích tính tốn: .100 4.6.2 Trường hợp tính tốn: 100 4.6.3 Tính tốn cho trường hợp thi công xong 100 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CỐNG LẤY NƯỚC 107 5.1 Vị trí hình thức cống 108 5.1.1 Nhiệm vụ .108 5.1.2 Tuyến cống hình thức cống .108 5.2 Thiết kế kênh hạ lưu cống 109 5.2.1 Thiết kế mặt cắt kênh 109 5.2.2 Xác định bề rộng đáy kênh (b) chiều sâu nước kênh (h) .109 5.2.3 Kiểm tra điều kiện khơng xói bồi lắng 110 5.3 Tính diện cống 111 5.3.1 Trường hợp tính tốn 111 5.3.2 Sơ đồ tính tốn .111 5.3.3 Tính bề rộng cống bc 112 5.3.4 Xác định chiều cao cống cao trình đặt cống 117 5.4 Kiểm tra trạng thái chảy tính toán tiêu 118 5.4.1 Trường hợp tính tốn: 118 5.4.2 Xác định độ mở cống 119 5.4.3 Kiểm tra chế độ chảy cống .120 5.4.4 Tiêu sau cống .128 5.5 Một số chi tiết cấu tạo cống 129 5.5.1 Cấu tạo cửa vào, cửa 129 5.5.2 Thân cống 129 CHƯƠNG VI: TÍNH TỐN KẾT CẤU CỐNG NGẦM 131 6.1 Tính toán ngoại lực tác dụng lên cống ngầm 131 6.1.1 Mục đích tính tốn: 131 Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 6.1.2 Trường hợp tính tốn: 132 6.2 Xác định ngoại lực tác dụng lên mặt cắt cống: 132 6.2.1 Xác định vị trí đường bão hoà : 132 6.3 Nội dung tính tốn kết cấu 138 6.3.1 Phương pháp tính tốn: 138 6.3.2 Sơ đồ tính tốn 139 6.4.4 Xác định biểu đồ mômen kết cấu: .140 6.5 TÍNH TỐN CỐT THÉP 145 6.5.1.Số liệu vật liệu cấu tạo cống 145 6.5.2 Mặt cắt tính tốn: .147 6.5.3 Tính tốn cốt thép dọc chịu lực: 148 6.5.5.Tính tốn cốt thép ngang (cốt đai, cốt xiên): 153 6.6 TÍNH TỐN KIỂM TRA NỨT 157 6.6.1 Mặt cắt tính tốn: 157 6.6.2 Tính tốn kiểm tra nứt: 157 LỜI CẢM ƠN 160 Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 LỜI MỞ ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, cơng tác thủy lợi đóng vai trò hết sức quan trọng Hồ chứa nước Ea Drek PA2 thuộc địa bàn tỉnh Gia Lai xây dựng dựa tiềm tài nguyên nước, tình hình dân sinh - kinh tế - nhu cầu dùng nước khu vực Khi hồ xây dựng xong mang lại nhiều lợi ích to lớn cho tỉnh Gia Lai các vùng lân cận Sau 14 tuần làm đồ án với sự nỗ lực thân, sự bảo tận tình thầy Nguyễn Hoàng Long, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp thời hạn với đề tài “ Thiết kế hồ chứa nước Ea Drek PA2” -Tỉnh Gia Lai Thời gian làm đồ án tốt nghiệp dịp để em hệ thống lại kiến thức học, đồng thời vận dụng lý thuyết học vào thực tế, làm quen với công việc kĩ sư thiết kế thủy lợi Những điều đó giúp em có thêm kiến thức hành trang để chuẩn bị cho tương lai Em rất mong sự bảo, đóng góp ý kiến giúp đỡ các thầy cô Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Hoàng Long nhiệt tình hướng dẫn giúp em hồn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi tận tình giảng dạy, trao đổi kiến thức, tri thức, đạo đức suốt năm em học tại trường Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Trương Mạnh Hùng Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH Điều kiện tự nhiên 1.1 Điều kiện địa hình 1.1.1 Vị trí địa lý Khu vực dự án thuộc vùng hữu ngạn sơng Ba, sơng Ba có diện tích lưu vực FLV = 13.900 km2; XO = 1740mm; WO = 10 tỷ m3 vùng tương đối phẳng, có nhiều khả phát triển sản xuất nông nghiệp Đất vùng dự án thuộc hai xã Ia Rmook Ia HDRéh huyện Krông Pa - tỉnh Gia Lai 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo Khu tưới vùng bình nguyên tương đối phẳng, xen kẽ số đồi thấp Vùng lưu vực dự án vùng núi thấp, khuất sau các dãy núi cao chắn hướng gió đem ẩm từ Đông Bắc Tây Nam đến Vùng dự án nằm khu vực có lượng mưa bình quân nhiều năm nhỏ nhất Tây nguyên (khoảng 1200mm) Tuy nhiên, có thuận lợi suối Ea Drek chảy dọc theo ranh giới phía Nam khu tưới, nên có thể khai thác lượng dòng chảy nhánh suối để khắc phục tình trạng khơ hạn khu vực Quan hệ đặc trưng địa hình lòng hồ cho bảng 1.1 Bảng 1.1: Quan hệ F∼ Z, V∼ Z Z (m) 175.5 176 178 180 182 184 186 188 190 192 194 196 198 200 Trương Mạnh Hùng F( ) 0.23 0.89 10.66 24.52 44.67 64.9 89.35 116.35 145.13 168.73 190.13 204.88 219.74 V( ) 0.3783 10.8215 108.3559 450.6716 1132.575 2221.995 3757.995 5809.063 8418.567 11554.21 15140.68 19089.86 23335.19 Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 1.1.3 Điều kiện thủy văn khí tượng: Đặc trưng địa lý - thủy văn lưu vực Suối Ea Drek phát nguyên từ các dãy núi cao phía Tây xã Ia HDreh, chảy theo hướng Đông - Đông Bắc, nhập vào sông Ba tại vị trí trung tâm xã Ia Hdreh Các đặc trưng địa lý thủy văn lưu vực tính đến tún dự kiến xây dựng cơng trình đầu mối, xác định từ đồ 1/50.000 kết sau : Bảng 1.2 : Các đặc trưng địa lý thủy văn lưu vực TT Đặc trưng Diện tích lưu vực Chiều dài sơng Độ dốc lòng sơng Chiều dài sườn dốc Độ dốc sườn dốc Mật độ lưới sông Mưa bình qn lưu vực Mơđuyn dòng chảy trung bình nhiều Ký hiệu F LS JS Lsd Jd md Xo Mo Đơn vị km2 km /00 km %0 km/km2 mm l/s.km2 năm lưu vực Tổng lượng dòng chảy chuẩn đến tún Wo 106m3 18,15 10 cơng trình Tổng lượng dòng chảy ứng tần suất thiết W85% 106m3 12,85 11 12 kế Hệ số biến sai CV Hệ số độ lệch CS (dạng PXIII) CV CS Trị số 26,3 8,3 16,3 2,5 122 0,81 1550 22,0 0,30 0,60 1.2 Tình hình tài liệu quan trắc a Khí tượng Lưu vực Ea Dreh lưu vực nhỏ không có trạm quan trắc Tuy nhiên, các vùng lân cận có khá nhiều trạm quan trắc khí tượng :Ayun Hạ, Cheo Reo, Krông Pa, Củng Sơn, Buôn Hồ, Krông Hnăng, Ma Đrắk,… Trong đó trạm Krông Pa nằm cạnh khu tưới, trạm Cheo Reo gần lưu vực công trình Các trạm có liệt tài liệu quan trắc dài, đầy đủ các yếu tố b Thủy văn Các trạm thủy văn khu vực lận cận lưu vực nghiên cứu khơng nhiều hầu hết bố trí các sông lớn : + Buôn Hồ sông Krông Búk, F = 178km2 có tài liệu thời kỳ 1977 ÷ 1986 Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 + Củng Sơn sông Ba, F = 12410km2, có tài liệu thời kỳ 1978 ÷ 1999 c Các dự án xây dựng nghiên cứu khu vực Trong khu vực có số cơng trình thủy lợi có quy mô tương đối lớn xây dựng nghiên cứu : + Hồ Ayun Hạ tỉnh Gia Lai + Hồ Ea Soup Thượng tỉnh Đắk Lắk thi công + Hồ Ia Mlá - huyện Krông Pa - tỉnh Gia Lai : Hồ sơ thiết kế các cơng trình tài liệu nghiên cứu, tham khảo quá trình lập báo cáo NCKT cơng trình Ea Drek 1.3 Các đặc trưng khí hậu Các đặc trưng khí hậu quan trắc Cheo Reo thời kỳ 1961 ÷ 1995 dùng đặc trưng khí hậu lưu vực Ea Dréh Bảng 1.3: Nhiệt độ khơng khí hàng tháng (0C) ́u tố T0tb T0max T0min I 22.0 35.7 8.5 II 24.3 38.3 11.2 III 27.0 39.7 11.0 IV 28.5 40.7 18.4 V 28.3 40.5 21.0 VI 27.0 37.3 20.2 VII 27.0 36.2 20.0 VIII 26.6 36.3 20.6 IX 26.1 35.6 18.0 X 25.2 34.0 16.4 XI 23.8 33.4 10.5 XII 22.0 34.4 10.4 Năm 25.6 40.7 8.5 Bảng 1.4: Độ ẩm không khí hàng tháng (%) ́u tố Dtbình Dmin I 76 30 II 72 15 III 66 19 IV 69 23 V 74 27 VI 80 27 VII 79 36 VIII 81 43 IX 82 43 X 86 44 XI 84 37 XII 80 39 Năm 77 15 IX 192.2 6.4 X 181.0 5.8 XI 158.0 5.3 XII 151.2 4.9 Năm 2484.3 IX 208.9 264.6 X 222.8 208.0 XI 117.2 83.5 XII 26.0 10.6 Năm 1230.0 1029.5 Bảng 1.5: Số nắng hàng tháng, ngày (h) Yếu tố h (giờ) Tbngày I 189.8 6.1 II 227.6 8.1 III 279.3 9.0 IV 252.2 8.4 V 260.7 8.4 VI 177.9 5.9 VII 233.9 7.5 VIII 180.2 5.8 Bảng 1.6: Lượng mưa tháng (mm) Yếu tố Xtb (mm) X85% I 2.2 0.0 II 4.0 0.0 III 8.5 0.0 IV 69.3 0.0 V 140.9 247.5 VI 140.2 75.5 VII 134.7 35.3 VIII 155.3 104.5 Mưa năm 85% phân phối theo mơ hình năm 1994 đo Krông Pa Bảng 1.7: Tốc độ gió lớn nhất theo tần suất Hướng Bắc V(m/s) 4% 34.00 Các đặc trưng thủy văn Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 a Dòng chảy năm Trên lưu vực khơng có tài liệu đo dòng chả, ta chọn theo các lưu vực tương tự Các trạm gần lưu vực nghiên cứu có An Khê, Củng Sơn(trên sơng chính) điều kiện tự nhiên tương tự có Buôn Hồ, Krông Hnăng các lưu vực có đặc điểm gần với lưu vực xét Bảng 1.8 Phân phối dòng chảy năm ứng với tần śt thiết kế tún cơng trình theo PA1 với FLV = 26,3km2 (theo mơ hình trạm thủy văn Buôn Hồ) Tháng I Qi (l/s) W85% (103m3) II III IV V 198 198 513 355.5 237 1374 859.5 634.5 513 531 VI VII 355.5 921 VIII 396 1060.5 IX X XI XII 712.5 1108.5 1267.5 1188 793.5 1905 2880 3390 3075 2130 Năm 610.5 19.2735 b Lượng bốc tăng thêm Bảng 1.9 Phân phối bốc tăng thêm theo phân phối thực đo ống Piche trạm Cheo Reo Tháng ∆Z(mm) I II III IV 81.7 100.4 147.8 132.7 V VI VII VIII IX X XI XII Năm 110.8 80.2 88.4 80.5 52.8 44.0 47.3 64.2 1030.9 c Dòng chảy lũ Dòng chảy lũ tính toán từ tài liệu mưa ngày lớn nhết trạm Cheo Reo theo hai phương pháp Xookolopski cường đồ giới hạn để đối chiếu lựa chọn kết sau: Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 Bảng 1.10 Các đặc trưng dòng chảy lũ TT Đặc trưng Đơn vị Lượng mưa ngày max Lưu lượng đỉnh lũ Tổng lượng lũ Thời gian lũ mm m3/s 106m3 Tần suất tính toán (P%) 0,2% 0,5% 1% 447 389 349 438 349 312 4,629 3.866 3.45 6,9 6.9 6.9 d Dòng chảy bùn cát: Bảng 1-11: Dòng chảy bùn cát trạm Củng Sơn TT Hạng mục Đơn vị Trị số Dung tích bùn cát 4,533 10 m 1.5 Điều kiện địa chất: Điều kiện địa chất cơng trình Trong giai đoạn tiến hành khoan khảo sát địa chất gồm 16 hố khoan máy (kí hiệu HK1,HK2,…HK16) để khảo sat khu vực đầu mối.Địa tâng tính chất lý các lớp đất sau: a Địa tầng lớp đất tuyến tràn Lớp 1: Đất thổ nhưỡng màu xám đen lẫn rễ Lớp 2: Sét màu xám vàng, xám xanh,trạng thái cứng Lớp 2a: Sét pha, màu xám xanh, vàng nâu, trạng thái cứng Lớp 3: Đới phong háo bao gồm đá tảng đường kính từ 200mm đến 600mm Lớp 3a : Đới phong hóa bao gồm đá lăn, cuội sỏi, lẫn sét pha màu xám xanh đến xám đen Lớp : Đá nguyên khối màu xám đen, xám trắng, thành phần khoáng vật thạch anh Các tiêu lý sau: Trương Mạnh Hùng 10 Cai Lớp Lào - Kn: Hệ số tin cậy, với cơng trình cấp III, Kn= 1,15 - nc: Hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp tải trọng bản, n = 1,0 - nc: Hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp tải trọng đặc biệt, n = 0,9 - mb: Hệ số điều kiện làm việc bê tông, mb = 1,0 - ma: Hệ số điều kiện làm việc cốt thép, ma = 1,1 - Ra: Cường độ chịu kéo cốt thép, Ra = 2700KG/cm2 - Ra’: cường độ chịu nén cốt thép, Ra’ = 2700KG/cm2 - Ea: Mô dun đàn hồi cốt thép, Ea = 2,1.106 KG/cm2 - Eb: Mô dun đàn hồi ban đầu bê tông, Eb = 310.103 KG/cm2 -Tiết diện tính tốn hình chữ nhật có kích thước (bxh) = 100 x 50(cm) +Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép miền kéo miền nén với h = 500mm, chọn a = a' = cm + Chiều cao hữu ích tiết diện : h0 = h - = 50 – = 45 (cm) + Tra bảng 17 (trang 32) với mác bê tông M350, nhóm cốt thép CII ta hệ số giới hạn αo = 0,5 => A0 = α0(1 - 0,5 α0) = 0,375 + Chiều dài tính toán kết cấu l0 =  0,5.H: thành cống   0,5.B: trần đáy cống    + Độ mảnh λh cấu kiện: λh = => l 0= 1,25 m: với thành cống 1,1 m: với trần cống đáy cống lo ho + Hàm lượng cốt thép tối thiểu µmin = Fa + Fa ' 100% phụ thuộc vào độ mảnh b.h o cấu kiện + Hàm lượng cốt thép lớn nhất µmax = 3,5% + Fa, Fa' : diện tích cốt thép miền kéo miền nén kết cấu Yêu cầu hàm lượng cốt thép đảm bảo :  Fa , Fa' > µmin.b.h0   Fa + Fa' < µmax.b.h0 6.5.2 Mặt cắt tính tốn: 54.467 42.969 -42.969 -18.96 E B C -18.96 E B 13.106 G 8.04 8.04 F 54.467 B 54.467 E C 50.864 H 12.617 G H 12.617 G H 56.892 11.67 A -19.62 C -42.969 -44.475 D -19.62 44.475 A F D 56.892 A F 56.892 D 56.892 41.488 Hình 6.19: Biểu đồ nội lực để tính tốn cốt thép Căn vào biểu đồ nội lực ta chọn mặt cắt nguy hiểm để tính tốn cốt thép * Với trần cống: Chọn mặt cắt qua B mặt cắt có giá trị mơmen căng ngồi lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía ngồi trần cống: MB = - 18,96 (T.m); QB = 54,467 (T); NB = - 42,969 (T) * Với thành bên: Chọn mặt cắt qua A mặt cắt có giá trị mơmen căng ngồi lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía ngồi thành bên: MA = - 19,62 (T.m); QA = +44,475 (T); NA = - 56,892 (T) Chọn mặt cắt qua H mặt cắt có giá trị mơmen căng lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía thành bên: MH = 8,04 (T.m); QH = 12,617(T), NH = - 56,892 (T) * Với đáy cống: Chọn mặt cắt qua D mặt cắt có giá trị mơmen căng ngồi lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía đáy cống: MD = - 19,62(T.m); QD = 56,892 (T), ND = - 44,475 (T) 6.5.3 Tính tốn cốt thép dọc chịu lực: 7.5.3.1 Tính tốn bố trí cốt thép cho trần cống: a Mặt cắt B: Giá trị nội lực mặt cắt B: MB = - 18,96 (T.m); QB = + 54,467(T); NB = - 42,969(T) Tiết diện tính tốn hình chữ nhật có kích thước (bxh) = 100 x 50(cm) Trình tự tính toán cốt thép cho mặt cắt sau: Qua tải trọng tác dụng vào tiết diện ta thấy cấu kiện chịu kéo lệch tâm * Xét ảnh hưởng uốn dọc: l0 0,5B = = 2,2 < 10 Do bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc, η= h h Độ lệch tâm: e0 = M 18,96 = = 0,441 (m) N 42,969 Ta thấy ηe0 = 0,441 m > 0,3h0 = 0,3.0,45= 0,135 m nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Sơ đồ ứng suất: Hình 6.20: Sơ đồ ứng suất để tính cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn - Khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu kéo Fa e = ηe0 + 0,5h – a = 1.0,441 + 0,5.0,5 – 0,05 = 0,641m = 64,1cm - Khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu nén Fa’ e’ = ηe0 – 0,5h + a’ = 1.0,441 – 0,5.0,5+ 0,05 = 0,241 m = 24,1 cm - x: Chiều cao vùng nén * Công thức bản: Phương trình cân hình chiếu: kn nc.N.≤ mb Rn b.x + ma Ra’.Fa’ – ma Ra Fa Phương trình cân mơmen điểm hợp lực cốt thép Fa kn.nc N.e ≤mb.Rn.b.x (h0-x/2) + ma.Ra’.Fa’ (ho – a’) Chọn x = αo.ho (α = αo, A = Ao) Tra phụ lục 11- Giáo trình BTCT ta hệ số giới hạn α o = 0,5 Ao = αo.(1 - 0,5 αo) = 0,375 Fa ' = kn nc N e − mb Rn b.h02 Ao ma Ra' (ho − a ') Thay giá trị vào ta có: 1,15.0,95.42969.64,1 − 1.155.100.452.0,375 ⇒F = 1,1.2700.(45 − 5) =-73,83 (cm2) ' a Vì Fa’ < nên ta chọn Fa’ theo điều kiện sau: + Điều kiện hàm lượng cốt thép: Fa’ = µ min.b.ho Với µ min: Hàm lượng cốt thép tối thiểu phụ thuộc vào độ mảnh cấu kiện λ b λb = l0 1,15 = = 2,3 h 0,5 Tra bảng 4-1 sách kết cấu BTCT ta có: µmin = 0,05% Khi Fa’ = 0,0005.100.45 = 2,25 cm2 + Điều kiện cấu tạo: chọn Fa’ = 6φ 10= 4,71 cm2 Vậy ta chọn Fa' = 6φ 10, khoảng cách cốt thép 20 (cm) * Bài toán trở thành xác định Fa biết Fa' điều kiện khác - Tính lại A: k n n c N.e − m a R 'a Fa' (h − a ') Đặt A = α.(1- 0,5.α), ta có: A = m b R n b.h 02 = 1,15.0,95.42969.64,1 − 1,1.2700.4, 71.(45 − 5) =0,105 1.155.100.452 α = − − A =0,111 - Ta thấy 2.a' 10 = = 0,22 > α = 0,111 chứng tỏ Fa' đạt σa' < Ra' nên lấy x = 2a' để ho 45 tính Fa theo cơng thức: Fa = kn nc N e ' 1,15.0,95.42969.24,1 = =9,52(cm2) ma Ra (h0 − a ') 1,1.2700.(45 − 5) - So sánh Fa > µmin.b.h0 = 2,25 cm2: Thoả mãn yêu cầu đặt - Điều kiện cấu tạo: Chọn Fa = 6φ 16 = 12,06cm2 Ta thấy 6φ16 > Fa >µmin.b.h0 =2,25 cm2 nên diện tích thép tính đạt yêu cầu e e’ (cm) 64,1 Fa’(tính) Fa’(chọn) A Fa (Tính) α Fa (Chọn) (cm) (cm2) (cm2) (cm2) (cm2) 24,1 -73,83 4,71 0,105 0,111 9,52 12,06 Vậy bố trí cốt thép phía ngồi cống 6φ 16, khoảng cách 20cm b Mặt cắt qua điểm E trần cống (mômen căng lớn nhất) Các nội lực sau: M2 = 11,25(Tm); Q2 = (T); N2 = 42,969 (T) e0 = M 11, 25 = = 0,262 (cm) N 42,969 Ta thấy ηe0 = 0,262m > 0,3h0 = 0,3.0,45= 0,135 m nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Tiến hành tính toán tương tự kết sau: e e’ Fa’(tính) Fa’(chọn) A Fa (Tính) α Fa (Chọn) (cm) (cm) (cm2) (cm2) (cm2) (cm2) 46,2 6,2 -53,66 4,71 0,069 0,072 4,19 6,79 Căn cứ vào kết tính toán cốt thép cho hai mặt cắt ta có kết bố trí cốt thép cho đáy cống sau: + Cốt thép phía ngồi cống: Ftrong = 6φ10=4,71 cm2, a = 25 cm + Cốt thép phía cống: Fngồi = 6φ16=12,06 (cm2), a = 25 cm 6.5.3.2 Tính tốn bố trí cốt thép cho thành cống: a,Mặt cắt qua điểm A thành cống Các nội lực sau: M = 19,62(Tm); Q = 44,475(T); N = 56,892 (T) e0 = M 19, 62 = = 0,345 (cm) N 56,892 Ta thấy ηe0 = 0,338 m > 0,3h0 = 0,3.0,45= 0,135 m nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Tiến hành tính toán tương tự kết sau: e e’ Fa’(tính) Fa’(chọn) A α Fa (Tính) (cm) 54,5 (cm2) (cm2) (cm2) -44,90 4,71 0,121 0,131 7,57 2 Fa > µ min.b.h0 = 2,25 cm Chọn Fa = 6φ 14 = 9,23 cm (cm) 14,5 b,Mặt cắt qua điểm H thành cống Các nội lực sau: M = 8,04(Tm); Q = 12,617 (T); N = 55,680 (T) e0 = M 8, 04 = = 0,132(cm) N 56, 680 Ta thấy ηe0 = 0,132 m < 0,3h0 = 0,3.0,45= 0,135 m nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm nhỏ Tính toán cốt thép: Sơ đồ tính ứng śt sau : Hình 6.21 Sơ đồ tính toán cốt thép dọc trục (nén lệch tâm bé) - Khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu kéo Fa e = ηe0 + 0,5h – a = 1.0,132+ 0,5.0,5 – 0,05 = 0,332m = 33,2cm - Khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu nén Fa’ e’ = -ηe0 +0,5h - a’ = -1.0,132 + 0,5.0,5- 0,05 = 0,068 m = 6,8cm Tính toán x theo cơng thức gần sau: Tính gần x theo cơng thức sau x=1,8(0,3h0-ηe0)+ αo.ho =0,23 =23,0 cm (vì 0,2h0 0,3h0 = 0,3.0,45= 0,135 m nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Tiến hành tính toán tương tự kết sau: e e’ Fa’(tính) (cm) 64,1 (cm) 24,1 Fa’(chọn)  Fa (Tính) α (cm2) (cm2) (cm2) -72,86 4,71 0,107 0,113 9,86 Fa > µ min.b.h0 = 2,25 cm2 Chọn Fa = 6φ 16 = 12,06 cm2 6.5.4 Chọn cốt thép: Căn vào kết tính tốn cốt thép mặt cắt ta có giá trị tính tốn bảng Bảng 6.5: Bảng tính tốn cốt thép dọc mặt cắt Mặt cắt B A H D M N e0 e e' ho (T.m) 18,96 19,62 8,04 19,62 (T) 42,969 57,892 56,680 44,475 (cm) 0,441 0,345 0,132 0,441 (cm) 64,1 54,5 33,2 64,1 (cm) 24,1 14,5 6,8 24,1 (cm) 45 45 45 45 Fa' (tính Fa' toán) (chọn) A (cm2) (cm2) -73,83 4,71 0,105 -70,56 4,71 0,121 -83,53 4,71 -72,68 4,71 0,107 α 0,111 0,131 0,113 Fa (tính Fa toán) (chọn) (cm2) 9,52 7,57 -53,80 9,86 (cm2) 12,06 9,23 9,23 12,06 Bảng 6.6: 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 2 (cm ) cách (cm) (cm ) cách (cm) φ10 φ10 Trần cống 20 25 4,71 12,06 φ10 φ10 Thành cống 20 25 4,71 9,23 φ10 φ12 Đáy cống 20 25 4,71 12,06 6.5.5.Tính tốn cốt thép ngang (cốt đai, cốt xiên): Thành phần Tính toán cường độ mặt cắt nghiêng cấu kiện có thể tiến hành theo phương pháp đàn hồi phương pháp trạng thái giới hạn Ở ta sử dụng phương pháp đàn hồi để tính Điều kiện tính tốn: Khi thỏa mãn điều kiện sau cần phải tính toán bố trí cốt đai cốt xiên cho cấu kiện: 0,6.mb4.Rk < σ1 = τo = k n n c Q ≤ mb3.Rkc 0,9.b.h o Trong đó: Q : lực cắt lớn nhất tải trọng tính toán gây (kg) Rn : cường độ chịu nén tiêu chuẩn bê tông, Rn = 155 (kg/cm2) Rk : cường độ chịu kéo bê tông, Rk = 11 (kg/cm2) m b3 : hệ số điều kiện làm việc bê tông kết cấu bê tông cốt thép Tra bảng (trang 16) TCVN 4116 - 85 ta mb3 = m b4 : hệ số điều kiện làm việc kết cấu bê tông không cốt thép Tra bảng TCVN 4116 – 85 ta mb4 = 0,9 : ứng suất tiếp lớn nhất mặt cắt tính toán (kg/cm2) kn : hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp cơng trình, kn = 1,15 nc: hệ số tổ hợp tải trọng, với tổ hợp tải trọng thời kì thi cơng nc= 0,95 Mặt cắt tính tốn: Trên mặt cấu kiện ta chọn các mặt cắt có lực cắt lớn để tính toán bố trí cốt thép ngang cho cống Do đó ta cần tính toán cho các mặt cắt sau: * Với đáy cống: Tính cho mặt cắt qua D:MD = - 19,62(T.m);QD = 56,892 (T), ND = -44,475 (T) * Với thành bên cống: Tính cho mặt cắt qua A: MA = -19,62 (T.m); QA = 44,475 (T); Tính cho mặt cắt qua H: MH = 8,04 (T.m); QH = 12,617(T), * Với trần cống: Tính cho mặt cắt qua B: MB = -18,96(T.m); QB = 54,467 (T); Tính tốn cốt thép ngang cho cống : Với cốt thép ngang cống ta thường bố trí cốt thép xiên nên tính toán cốt thép ngang cho cống ta tính toán bố trí cốt thép xiên cho cống mà khơng tính toán bố trí cốt đai cho cống Trên mặt cấu kiện ta chọn các mặt cắt có lực cắt lớn để tính toán bố trí cốt thép ngang cho cống Do đó ta cần tính toán cho các mặt cắt sau: Tính tốn cốt xiên cho đáy cống (mặt cắt D) Các nội lực sau: MD = -19,62(T.m); QD = 56,892(T), ND =-44,475T) 0,6.mb4.Rk = 0,6.0,9.11 = 5,94 (KG/cm2) τ0 = kn nc Q 1,15.0,95.56892 = = 15,35 (KG/cm2) 0, 9.b.h0 0.9.100.45 mb3.Rkc = 1.16,5= 16,5(KG/cm2) k n n c Q = 15,35 < mb3.Rkc=16,5 Nên phải tính 0,9.b.h o So sánh: 0,6.mb4.Rk=5,94 < σ1 = τo = toán bố trí cốt thép xiên cho đáy cống Sơ đồ tính toán: QA B A QB B σ1x σ1a τ0= σ1 x 0,6.mb4.R k x 0,5.B Hình 6.22 Sơ đồ ứng suất tính tốn cốt xiên Trong đó: σ1a: Ứng suất kéo cốt dọc chịu σ1X: Ứng suất cốt xiên phải chịu σ1= τo: Ứng suất kéo cốt xiên cốt dọc phải chịu Ωx : Phần diện tích biểu đồ ứng suất tiếp cốt xiên phải chịu Do biểu đồ ứng suất kéo có dạng tam giác nên ứng suất cốt dọc chịu tính theo cơng thức: σ1a = 0,225 σ1 = 0,225.15,35 = 3,45(kg/cm2) σ1X = σ1 - σ1a = 15,35– 3,45 = 11,9(kg/cm2) 0,6.mb Rk 0,5.B − x 5,94 = ⇒ x = 115- 115 = 70,49 (m) 15,35 σ1 0,5.B Đặt cốt thép nghiêng với cấu kiện góc 45 0, diện tích cốt thép xiên tính theo cơng thức: Fx = Ω x b ma Rax = 0,5.x.(σ 1x + 0, 6.mb Rk − σ 1a ).b ma Rax = 0,5.70, 49.(11, + 5,94 − 3, 45).100 1,1.2700 Fx = 12,08 (cm2) Chọn bố trí cốt thép: Với Fx = 12,08 cm2 ta chọn 6φ18 = 15,27 cm2 để bố trí cốt xiên cho cống bố trí các cốt xiên thành lớp * Xác định vị trí các cốt xiên: Vị trí các cốt xiên xác định sau: + Xác định trọng tâm phần diện tích thép xiên Ωx + Từ trọng tâm phần diện tích thép xiên dóng lên trục dầm ta xác định vị trí lớp thép xiên + Gọi khoảng cách mép ngồi trục cấu kiện tới vị trí thép xiên x1 thì: x1 = x 2(0, 6m b4 R − σ1a ) + σ1x 70, 49 ( 5,94 − 3, 45 ) + 11,9 = 27,55 (cm) = (0, 6m b4 R − σ1a ) + σ1x ( 5,94 − 3, 45 ) + 11,9 Hình 6.23 Sơ đồ bố trí cốt xiên Tính tốn cốt xiên cho mặt khác tương tự mặt cắt D, ta có kết ghi bảng sau: Bảng 6.7: Bảng tính tốn cốt thép xiên mặt cắt Mặt Q cắt (T) B A D 54,467 44,475 56,892 0,6.mb4.Rk 5,94 5,94 5,94 τ0 σ1a σ1x x Fx F(chọn) x1 (T/m) (T/m) (T/m) (cm) (cm2) (cm2) (cm) 14,69 12,0 15,35 3,31 2,70 3,45 11,38 9,3 11,9 68,50 58,07 70,49 11,42 8,7 12,08 12,06(2ф10) 9,23 (2ф10) 15,27 (3Φ12) 27,12 24,36 27,55 Để thuận tiện cho việc bố trí thép xiên cho cống các mặt cắt trên, ta chọn mặt cắt có diện tích thép xiên lớn nhất để bố trí cho các mặt cắt Do ta chọn diện tích thép xiên là: Fx = 6φ18 = 15,27 cm2 , a=20 cm 6.6 TÍNH TỐN KIỂM TRA NỨT Theo tiêu chuẩn kết cấu bê tơng cốt thép cơng trình thuỷ cơng ngồi việc tính tốn khả chịu lực phải tính tốn chuyển vị, hình thành mở rộng khe nứt BTCT giai đoạn sử dụng Ta dùng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn để tính tốn kiểm tra nứt cho kết cấu 6.6.1 Mặt cắt tính tốn: Chọn mặt cắt có mơ men lớn để tính tốn kiểm tra nứt cho kết cấu Ta tính cho mặt cắt qua D thuộc thành cống có giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn sau: MD = -17,76 (T.m); QD = 52,822 (T), ND = -41,128(T) Mặt cắt có: Fa = 9,23 cm2; Fa' = 4,71cm2 + Hệ số quy đổi: n = Ea = 6,774 Eb Ea = 2100 000 Kg/cm2 ; Eb = 310 000 Kg/cm2 6.6.2 Tính tốn kiểm tra nứt: Xác định đặc trưng quy đổi: * Sơ đồ tính tốn: Hình 6.24: Sơ đồ kiểm tra nứt * Chiều cao vùng nén: xn = S qd Fqd Trong đó: + Sqd: Mômen tĩnh tiết diện quy đổi lấy với mép biên chịu nén tiết diện quy đổi: Sqđ = 0,5b.h2 + n.(a’Fa’ + h0.Fa) Sqđ = 0,5.100.502 + 6,774.(5.4,71 + 45.9,23) = 127973 (cm2) + Fqđ : Diện tích quy đổi tiết diện: Fqđ = b.h + n.(Fa’+Fa) = 100.50 + 6,774.(4,71 + 9,23) = 5094,4(cm2) Vậy xn = 25,12 cm * Môđun chống uốn tiết diện: Wqđ = J qd h − xn Trong đó: + Wqđ: môdun chống uốn tiết diện quy đổi lấy đối với mép biên chịu kéo tiết diện + Jqđ: Mơmen quán tính trung tâm tiết diện quy đổi Jqđ = b.x 3n b.(h − x n )3 + + n.Fa' (x n − a ') + n.Fa (h − x n ) 3 100.25,123 100.(50 − 25,12)3 + + 6,774.4,71.(25,12 − 5) + 6,774.9,23.(45 − 25,12) 3 = 1079364(cm4) Vậy Wqđ = 1079364 = 43382,8(cm3) 50 − 25,12 Khả chống nứt tiết diện: Với cấu kiện chịu nén lệch tâm khả chống nứt tiết diện xác định theo công thức: Nn = γ 1.R ck eo − Wqd Fqd + m h: hệ số phụ thuộc vào chiều cao mặt cắt h, tra phụ lục 13 Giáo trình bê tơng cốt thép ta có mh = + γ : hệ số chảy dẻo bêtông Đối với tiết diện chữ nhật γ = 1,75 => γ = 1,75 + e o: Độ lệch tâm e0 = M 17, 76 = = 0,336(m)=33,6(cm) N 52,822 + Rkc: cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tông, Rkc = 16,5 kG/ cm2 1, 75.16, 33, Thay số vào ta có: Nn = = 51162,7 (Kg) − 43382,8 5094, Kiểm tra khả nứt: Điều kiện không xuất hiện khe nứt thẳng góc: nc.Nc < Nn Ta thấy nc.Nc = 0,95.52,822 = 50180,9(kg) Nn =51162,7 Vậy cấu kiện (Thành bên cống) không bị nứt theo phương dọc cống Vậy cốt thép chọn thoả mãn khả chống nứt LỜI CẢM ƠN Sau thời gian 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự cố gắng thân sự hướng dẫn nhiệt tình, khoa học thầy giáo ThS Ngún Hồng Long em hoàn thành đồ án tốt nghiệp mình.Với đề tài: “ Thiết kế hồ chứa nước Ea Drek (PA2)” Thời gian làm đồ án tốt nghiệp dịp tốt để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức học năm tại trường, giúp em biết cách áp dụng lý thuyết học vào thực tế làm quen với công việc kĩ sư thiết kế cơng trình thuỷ lợi Những điều đó giúp em có thêm hành trang kiến thức chuyên ngành để chuẩn bị cho tương lai giúp em đỡ bỡ ngỡ bước vào nghề với công việc thực tế kĩ sư thuỷ lợi sau Đây đồ án tốt nghiệp sử dụng tài liệu thực tế cơng trình thuỷ lợi, vận dụng tổng hợp các kiến thức học Mặc dù thân hết sức cố gắng điều kiện thời gian hạn chế nên đồ án em chưa giải quyết đầy đủ sâu sắc các trường hợp thiết kế cần tính, mặt khác trình độ kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong sự bảo, đóng góp ý kiến các thầy cô giáo giúp cho đồ án em hồn chỉnh hơn, xác hơn, giúp cho kiến thức chun mơn em hồn thiện Cuối em xin trân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo môn Thủy Công đặc biệt thầy giáo ThS.Nguyễn Hồng Long tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2016 Sinh viên thực Trương Mạnh Hùng ... nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 LỜI MỞ ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, công tác thủy lợi đóng vai trò hết sức quan trọng Hồ chứa nước Ea Drek PA2. .. hình địa chất vùng hồ chứa; Tính toán điều tiết cấp nước xác định các đặc trưng hồ chứa ; Trương Mạnh Hùng 20 Cai Lớp Lào Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 - Lựa chọn các... trí các sơng lớn : + Bn Hồ sông Krông Búk, F = 178km2 có tài liệu thời kỳ 1977 ÷ 1986 Trương Mạnh Hùng Lớp Lào Cai Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước EaDrekPA2 + Củng Sơn sông Ba, F =