Thiết kế hồ chứa nước khe tân PA1

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 CHƯƠNG I ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI 1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.1.Vị trí địa lý Hồ chứa nước Khe Tân phương án thuộc địa phận xã Đại Chánh, Huyện Đại Lộc,tỉnh Quảng Nam, cách trung tâm thành phố Tam Kỳ 70 km phía Bắc Có tọa độ địa lý khoảng: 15°46′ 00″ ÷ 15°48′ 45″ vĩ độ Bắc 107°59′ 00 ″ ÷ 108°01 ′ 10 ″ kinh độ Đông 1.1.2.Đặc điểm địa hình địa mạo Hồ chứa nước Khe Tân phương án nằm khu vực dạng thung lũng lòng chảo núi Các dãy núi xung quanh cao, độ dốc lớn Vùng lòng hồ vùng đầu mối suối dẫn từ sườn núi bao quanh tâp trung dẫn hồ chứa Nước tràn từ hồ chảy dẫn sông Thu Bồn với hướng chảy Tây Nam − Đơng Bắc, sơng có độ dốc dọc lớn nên uốn lượn Đảm bảo tưới cho 3500 đất canh tác có 2900 đất lúa, 600 đất hoa màu, 5,38 nuôi trồng thủy sản cấp nước sinh hoạt cho nhân dân xã Đại Chánh, Đại Thạch, Đại Thăng, Đại Tân, Đại Phong, Đại Minh Đại Cường thuộc huyện Đại Lộc tỉnh Quảng Nam 1.1.3.Biểu đồ quan hệ F~Z; V~Z Bảng 1.1 Đặc trưng địa hình Z(m) Fhồ(106m2) V(106m3) Lê Đình Hùng 0 10 0,29 0,39 12 1,88 2,33 16 4,27 11,31 20 7,67 40,71 25 9,08 82,21 30 10,9 132,11 Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 Hình 1.1 Biểu đồ quan hệ F~Z Hình 1.2 Biểu đồ quan hệ V~Z 1.2 Điều kiện thủy văn, khí tượng 1.2.1 Đặc điểm lưu vực - Tổng diện tích lưu vực: Flv = 88 (km2) - Chiều dài suối chính: Lsc = 15 (km) - Tổng chiều dài suối nhánh: - Độ dốc trung bình suối : Js = 14 (0/00) - Độ dốc trung bình luu vực: Jlv = 370(0/00) Lê Đình Hùng Lsn = 25 (km) Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 1.2.2 Khí tượng Tại khu vực hồ chứa nước Khe Tân phương án khơng có trạm đo khí tượng thủy văn nên sử dụng số liệu quan trắc trạm lân cận thuộc Đài khí tượng - Thủy văn Trung Trung sau: - Trạm khí tượng Tam Kỳ: (Tọa độ 15 o34’ vĩ độ Bắc, 108o28’ kinh độ Đơng) cách lưu vực 55km phía Đơng Nam có tài liệu đo nắng, mưa, nhiệt độ, bốc piche, vận tốc gió, độ ẩm từ 1976 đến - Trạm khí tượng Đà Nẵng: (Tọa độ 16 o02’ vĩ độ Bắc, 108o12’ kinh độ Đông) cách lưu vực 40km phía Đơng Bắc có tài liệu đo nắng, mưa, nhiệt độ, bốc piche, vận tốc gió, độ ẩm từ 1961 đến - Trạm khí tượng Trà Mi: (Tọa độ 15o21’ vĩ độ Bắc, 108o14’ kinh độ Đông) cách lưu vực 48km phía Đơng Bắc có tài liệu đo nắng, mưa, nhiệt độ, bốc piche, vận tốc gió, độ ẩm từ 1977 đến - Trạm đo mưa Vĩnh Trinh (Tọa độ 15o48’ vĩ độ Bắc, 108o10’ kinh độ Đông) dùng để vận hành điều tiết hồ chứa nước Vĩnh Trinh, số liệu đủ tin cậy, đo từ năm 1980 đến - Trạm thủy văn Thượng Nhật: (Tọa độ 16 o07’25” vĩ độ Bắc, 107o41’14” kinh độ Đông), nằm phía Tây Bắc khu vực dự án, sơng Tả trạch thuộc lưu vực sơng Hương có diện tích lưu vực 208Km 2, quan trắc mực nước từ năm 1978 đến nay, quan trắc lưu lượng từ năm 1981 đến - Trạm thủy văn Thành Mỹ: (Tọa độ 15o46’ vĩ độ Bắc, 107o50’ kinh độ Đông), cách lưu vực 18km phía Tây, sơng Cái thuộc lưu vực sơng Vu Gia - Thu Bồn có diện tích lưu vực 1850Km 2, quan trắc mực nước lưu lượng từ năm 1977 đến - Trạm thủy văn Nông Sơn: (Tọa độ 15 o42’ vĩ độ Bắc, 108o02’ kinh độ Đơng), cách lưu vực 8km phía Tây Nam thuộc lưu vực sơng Thu Bồn có tài liệu đo mưa, độ đục, mực nước lưu lượng từ 1977 đến 1.2.3.Các đặc trưng thủy văn cơng trình 1.2.3.1 Lượng mưa Dựa vào tiêu tháng có lượng mưa lớn 100mm với tần suất xuất thời gian quan trắc lớn 50% coi tháng mùa mưa mùa Lê Đình Hùng Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 mưa lưu vực sông Vu Gia -Thu Bồn từ tháng V đến tháng XII Trong mùa mưa có tháng mưa từ tháng IX-tháng XI, lượng mưa ba tháng chiếm 50% lượng mưa toàn năm, đỉnh mưa lớn xuất vào tháng X tháng XI Một số đặc trưng lượng mưa tháng, năm lượng mưa ngày lớn số trạm đại biểu lưu vực nghiên cứu bảng sau: Bảng 1.2 Lượng mưa trung bình tháng, năm (mm) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII X nam Thành Mỹ 31,8 18,3 35,4 87,4 250,5 215,9 139,4 194,3 267,2 527,8 351,7 101,8 2221,7 Nông Sơn 69,7 36,1 38,5 89,0 234,7 193,5 154,5 192,3 329,7 730,4 604,4 282,4 2953,9 Nam Đông 99,3 51,3 52,5 97 219,5 221,1 138,2 225,7 447,9 960,5 725,3 333 3571,4 Trà My 132,1 69,4 65,1 104,5 280,5 224,4 164,9 203,6 387,4 930,7 993,9 481,7 4038,3 Vĩnh Trinh 2300,5 X max 621,9 513,3 570,9 493,6 418,7 Ngày max 2/11/99 31/10/83 06/10/1995 22/11/98 1981 nam X max 3974,9 4524,4 5735,9 7302,1 3922,7 1999 1999 1999 1999 nam nam Ghi chú: X - lượng mưa năm, X max - lượng mưa ngày max, X max - lượng mưa max năm Dựa đồ đường đẳng trị lượng mưa(mm), khu vực dự án thay đổi khoảng 2000 - 2800mm; nên đặc trưng lượng mưa trung bình năm khu vực Khe Tân lấy trung bình trạm gần (Thành Mỹ, Nơng Sơn Vĩnh Trinh) Xo KT = X oTM + X oVT + X oNS 2221,7 + 2953,9 + 2300,5 = = 2492,0mm 3 Khu vực dự án gần trạm Nông Sơn số liệu trạm Nông Sơn thiên nho nên để đảm bảo an toàn cho hồ Khe Tân phương án 1, kiến nghị lấy giá trị trung Lê Đình Hùng Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 bình ngày lớn trạm gần (Nông Sơn, Thành Mỹ, Vĩnh Trinh) Lượng mưa ngày lớn khu vực dự án bảng sau: Bảng 1.3 Lượng mưa ngày lớn (mm) theo tần suất Tần xuất P% 0,01 0,1 0,2 0,5 10 Khe Tân PA1 1.2.3.2 Độ ẩm 936 737 679 614 539 451 410 356 Giá trị độ ẩm tương đối trung bình thực đo hàng tháng năm số trạm lưu vực cho thấy độ ẩm khơng khí tương đối cao ổn định, đặc biệt nơi vùng núi cao bị che khuất, mức độ ẩm ướt có xu cao Các số liệu quan trắc cho thấy độ ẩm lớn tháng X -XII, độ ẩm nho vào tháng IV - VII Giá trị độ ẩm khơng khí trung bình tháng cho thấy độ ẩm tương đối tháng năm không thay đổi nhiều, giá trị độ ẩm tương đối không khí trung bình tháng số trạm ghi bảng sau: Bảng 1.4 Độ ẩm tương đối khơng khí trung bình tháng số trạm liên quan (%) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm 1.2.3.3 Bốc Đà Nẵng TB MIN 84 43 84 21 84 27 83 38 80 34 77 37 76 39 78 36 83 40 85 43 85 42 85 11 82 11 Nam Đông TB MIN 89 34 88 32 84 21 81 29 81 32 80 30 79 37 82 35 88 35 90 35 92 44 92 45 86 21 Trà My TB MIN 89 37 87 35 84 32 81 20 83 34 84 40 83 13 84 39 87 43 90 44 93 50 92 40 87 13 Số liệu bốc lưu vực Khe Tân phương án tính tốn dựa theo số liệu trạm tương tự lân cận Theo kết tính tốn thủy văn phân phối tổn thất bốc năm Khe Tân trình bày bảng sau: Lê Đình Hùng Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 Bảng 1.5 Phân phối tổn thất bôc năm Khe Tân Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm ∆Z(mm) 27,7 29,1 40,4 47,2 49,5 51,3 54,5 49,0 34,5 27,7 22,7 21,3 453,9 1.2.3.4 Nhiệt độ Lưu vực nghiên cứu nằm miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, theo số liệu trạm lân cận, nhiệt độ khơng khí trung bình năm thay đổi khoảng 2029oC, nhiệt độ tối thấp trung bình khoảng 12-15 oC, nhiệt độ tối thấp tuyệt đối 8,7oC Các tháng XII, I, II tháng lạnh với nhiệt độ trung bình 20-22 oC Các tháng nóng V, VI, VII với nhiệt độ trung bình lên đến 26-29 oC, nhiệt độ tối cao tuyệt đối 41oC Các đặc trưng nhiệt độ thực đo trung bình, cao nhất, thấp tháng, năm số trạm lưu vực sơng Vu Gia Thu Bồn trình bày bảng sau: Bảng 1.6 Nhiệt độ trung bình, cao nhất, thấp tuyệt đối (0C) Tháng Đà Nẵng TB MA MI X 34,0 37,0 39,9 39,9 40,5 40,1 39,1 39,5 38,2 34,5 31,9 30,4 N 10,3 13,1 12,7 18,3 20,8 22,1 22,6 20,4 20,7 16,9 14,6 9,2 Năm 25,8 40,5 1.2.3.5 Số nắng 9,2 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 21,6 22,4 24,2 26,4 28,2 29,2 29,2 28,9 27,4 25,9 24,1 21,9 Nam Đông TB MA MIN 20, 21, 23, 26, 27, 27, 27, 27, 26, 24, 22, 20, 24, X 35,7 37,7 39,5 40,9 41,0 40,1 38,8 39,7 38,8 35,5 35,0 33,6 Trà My Tam Ky TB MA MI TB MA MI X 11,8 N 21,2 X N 10,2 20,7 32,8 11,1 22,0 35,8 13,0 22,5 10,6 24,1 37,9 12,9 24,3 15,4 26,2 40,5 18,2 26,5 18,0 26,8 38,9 19,9 28,0 20,2 27,0 38,7 20,2 28,6 21,2 27,0 38,2 20,8 28,6 21,2 26,9 38,4 20,2 28,4 18,5 25,8 36,7 19 27,1 15,1 24,3 34,1 15,1 24,0 12,5 22,5 33 14,1 23,7 8,7 20,6 31,9 10,4 21,4 - 41,0 8,7 24,5 40,5 10,4 25,4 - - 11 12 Trung bình nhiều năm : 2270 Trung bình mỡi ngày : 6,22 Bảng 1.7 Phân bổ số nắng trung bình ngày tháng Tháng Lê Đình Hùng 6 10 Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp n 4,5 1.2.3.6 Gió Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 5,5 6,3 7,4 8,4 7,7 8,4 6,9 7,1 5,2 3,7 2,9 Cơ chế gió mùa định đến đặc trưng tốc độ hướng gió lưu vực, hướng gió thịnh hành hướng Đông, Đông Nam, Bắc Tây Bắc.Do trạm khí tượng Đà Nẵng gần với lưu vực nghiên cứu có số liệu tốc độ gió ứng với hướng thịnh hành có dạng bất lợi cho cơng trình, nên sử dụng số liệu trạm Đà Nẵng làm tài liệu tính tốn, tham khảo gió hướng NW, SW, trạm Trà My hướng gió có trị số lớn vng góc với thân đập tạo nên chiều cao sóng leo áp lực lớn ảnh hưởng đến ổn định đập Kết tính tốn gió thực đo bảng : Bảng 1.8 Tần suất xuất gió theo hướng (Trạm Đà Nẵng) Hướng N NE E SE S SW W NW Lặng gió Tần suất (%) 12,3 6,6 13,4 5,8 5,2 4,4 2,8 9,5 40,0 Bảng 1.9 Đặc trưng tốc độ gió trạm lân cận khu vực nghiên cứu Tốc độ gió trạm Đà Nẵng (m/s) P% N NE E 39,9 26,5 16,4 35,1 24,6 15,2 31,1 22,8 14,1 50 14,3 12,5 7,7 1.2.4.Các đặc trưng thủy văn thiết kế SE 20,1 18,0 16,1 7,5 S 19,7 16,4 13,9 5,2 SW 23,2 21,0 19,0 9,4 W 26,6 23,2 20,2 7,1 NW 23,5 21,6 19,8 10,5 Đối với hồ chứa nước, đặc trưng thủy văn cần xác định bao gồm: Dòng chảy ch̉n, (bình qn nhiều năm), dòng chảy năm phân phối dòng chảy năm; Dòng chảy lũ Do tài liệu đo đạc thủy văn lưu vực khơng có ta xác định gián tiếp từ mưa, công thức kinh nghiệm, tài liệu tham khảo thủy văn lân cận khu vực Quảng Nam 1.2.4.1 Dòng chảy chuẩn Các thơng số dòng chảy chuẩn bao gồm : α o , Yo, Wo, Qo, Mo, Cv, Cs, mơ hình phân phối … xác định sở tài liệu sau: Theo báo cáo thủy văn ta có: - Hệ số dòng chảy : αO=0,65 - Độ sâu dòng chảy YO= 1626,2(mm) - Tổng lượng nước đến WO= 143,1 × 106(m3) Lê Đình Hùng Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 - Lưu lượng dòng chảy QO= 4,54 (m3/s) - Mơdul dòng chảy MO= 51,56 (l/s-km2) - Hệ số biến động Cv=0,35 1.2.4.2 Dòng chảy năm thiết kế phân phối dòng chảy năm thiết kế Dòng chảy năm thiết kế đặc trưng mà thông qua ta có thể đánh giá tiềm lưu vực Theo tính tốn thủy văn ta có: Bảng 1.10 Dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế Đặc trưng CS P = 15% P= P= Tr b×nh CV II IV V VI VII VIII IX Tần suất 15% - năm đại biểu 1981 P= P= 25% 50% 75% 85% Q ( m3 / s ) 4,54 0,31 0,93 5,52 4,89 3,96 3,23 2,88 M ( l/s km 51,56 62,7 55,6 45,0 36,7 32,7 W ( Tr m ) 143,1 174,08 154,21 124,88 101,86 90,82 Y ( mm ) 1626,2 2186,0 1881,4 1465,7 1214,9 1125,3 Bảng 1.11 Phân phối dòng chảy năm ứng với tần suất thiết kế P% Tháng Q m 3/ s I III 3,58 2,56 1,49 1,24 2,3 2,57 1,87 1,16 X 1,28 16,3 XI XII Năm 20,9 11,0 5,52 12,6 7,20 3,96 6,96 7,56 2,88 Tần suất 50% - năm đại biểu 2002 Q m 3/ s 4,34 1,98 1,29 0,98 1,05 0,96 0,58 2,21 6,76 7,62 Tần suất 85% - năm đại biểu 1994 Q m 3/ s 3,04 1,52 1,34 0,88 0,98 0,93 0,57 0,63 3,95 6,23 1.2.4.3 Dòng chảy lũ Bảng 1.12 Đường q trình lũ P=1% Ti (giờ) 1,4 2,79 4,19 5,58 6,98 8,38 9,77 Lê Đình Hùng P=0,2% Qi (m3/s) 17,8 30,9 51 151 232 313 394 530 Ti (giờ) 1,33 2,66 3,99 5,32 6,65 7,98 9,31 P=0,1% Qi (m3/s) 23,5 40,9 67,5 200 307 414 522 701 Ti (giờ) 1,33 2,66 3,99 5,32 6,65 7,98 9,31 Qi (m3/s) 27,7 48,2 79,6 235,7 361,8 487,9 615,2 826,1 Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp 11,2 12,6 14 15,4 16,8 18,1 19,5 20,9 22,3 23,7 25,1 Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 727 1234 1423 1172 739 713 117 30,9 12,6 11,6 11,6 10,6 12 13,3 14,6 16 17,3 18,6 19,9 21,3 22,6 23,9 962 1632 1782 1050 995,5 943,9 575,3 40,9 16,7 15,3 15,3 10,6 12 13,3 14,6 16 17,3 18,6 19,9 21,3 22,6 23,9 1133,7 1923,4 2218 1826,7 1151,4 987,9 682,7 48,2 19,7 18 18 Hình 1.3 Biểu đồ quan hệ Q~T ứng với tần suất thiết kế P=1% Lê Đình Hùng Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân-PA1 Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ Q~T ứng với tần suất thiết kế P=0.2% 1.2.4.4 Dòng chảy bùn cát Bảng 1.13 Các thơng số dòng chảy bùn cát TT Hạng mục Lượng ngậm cát : ρ (Kg/m3) Lưu lượng : Qo( m3/s) Lượng chuyển cát : R: kg/s 1.2.4.5 Yêu cầu dung nước Nông Nghiệp Giátri 0,180 4,54 0,011 Bảng 1.14 Yêu cầu nước cho thủy lợi tuyến đập Khe Tân phương án ứng với tần suất P=85% Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm QcTL m / s 2,14 2,69 2,71 1,71 2,29 2,17 2,41 2,21 0,793 0,097 0,0 3,09 0,793 1.2.4.6 Yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt Dự kiến vùng dự án cần cấp nước sinh hoạt cho khoảng 10.000 người dân Theo tiêu chuẩn thiết kế cấp nước mạng lưới đường ống cơng trình – TCXDVN 33:2006 ta có tiêu ch̉n cấp nước cho mỡi người dân khu vực huyện Đại Lộc 100l/người.ngđ Lưu lượng cần cấp sinh hoạt cho toàn khu vực là: Q CSH 90% = 10.000 × 120 = 0,014(m / s ) 1.000 × 24 × 3600 Tần suất đảm bảo cấp nước P = 90%, quy đổi tần suất P = 85%, ta có : Q CSH Lê Đình Hùng 85% = 0,014 × 0,705 = 0,015(m / s) 0,66 10 Lớp: K6TH THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC Tải trọng tính tốn -8,58 -7,98 GVHD: PHẠM VĂN -7,98 -8,58 3,53 3,96 4,48 4,48 Hình 6.12 Biểu đồ mơmen cuối ứng Hình 6.13 biểu đồ mơmen cuối ứng với tải trọng tiêu chuẩn với tải trọng tính tốn d Xác định biểu đồ lực cắt cuối Qcc Biểu đồ lực cắt cuối Qcc suy từ biểu đồ momen cuối Mcc sơ đồ ngoại lực theo công thức sau: QAB = Q0AB + ∆M L AB Trong : + QAB : Lực cắt tiết diện A AB + Q0AB : Lực cắt tiết diện A tác dụng ngoại lực coi đoạn dầm đơn giản + ∆M : Hiệu đại số tung độ momen đầu A, B + LAB : Chiều dài AB LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN ∆M : Lấy dấu (+) từ trục quay đến đường biểu diễn momen theo L AB chiều thuận kim đồng hồ góc nho 900 ∆M : Lấy dấu (-) trừ trường hợp ngược lại L AB QDA = q.B q n B p.H pt H ∆M AB ; QBC = ; QAB = + + 2 H QBA = − p.H pt H ∆M AB − − H Bảng 6.3 Bảng kết lực cắt Lực cắt (T) QDA(=-QAD) QBC(=-QCB) QAB(=-QDC) QBA(=-QCD) Tải trọng tiêu Tải trọng tính ch̉n 24,30 22,64 21,37 -19,37 tốn 26,40 24,23 23,78 -21,58 Hình 6.14 biểu đồ lực cắt ứng với tải LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH Hình 6.15 Biểu đồ lực cắt ứng với tải 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN trọng tiêu chuẩn trọng tính tốn e Xác định biểu đồ lực dọc cuối Để xác định biểu đồ lực dọc Ncc thanh, dựa vào biểu đồ Qcc vừa xác định Dùng phương pháp cân nút, ta tách riêng nút, đặt lực tác dụng lên nút, dùng phương trình cân lực ta xác định chiều giá trị lực dọc tác dụng lên nút, suy biểu đồ lực dọc cuối Ncc Bảng 6.4 Bảng kết tính tốn lực dọc Nút A B C D LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH Tải trọng tiêu Tải trọng tính NAB chuẩn 24,30 nén toán 26,40 nén NAD 21,37 nén 23,78 nén NBC 19,37 nén 21,58 nén NBA 22,64 nén 24,23 nén NCD 22,64 nén 24,23 nén NCB 19,37 nén 21,58 nén NDA 21,37 nén 23,78 nén NDC 24,30 nén 26,40 nén Ký hiệu 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN Hình 6.16 Biểu đồ lực dọc ứng với tải Hình 6.17 Biểu đồ lực dọc ứng với tải trọng tiêu chuẩn trọng tính tốn 6.5 Tính tốn cốt thép 6.5.1 số liệu tính tốn ♦ Để tính tốn bố trí cốt thép cho cống ngầm ta sử dụng bê tông M200 cốt thép nhóm CII để tính tốn ♦ Theo TCVN 4116 - 85 , ta có tiêu tính tốn sau: + Rn : cường độ tính tốn chịu nén bê tông theo trạng thái giới hạn I nén dọc trục, Rn = 90 kG/ cm2 + Rk : cường độ tính tốn 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 + Rnc : cường độ chịu nén tiêu chuẩn bê tông theo trạng thái giới hạn II nén dọc trục, Rkc = 115 kG/ cm2 + Kn : hệ số tin cậy, với cơng trình cấp II ⇒ Kn = 1,15 + nc : hệ số tổ hợp tải trọng,với tổ hợp tải trọng ⇒ nc = 1,0 LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN + 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, 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 ♦ Tiết diện tính tốn hình chữ nhật có kích thước b x h = 100 x 50 (cm) Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép ở miền kéo miền nén : a = a' = cm + Chiều cao hữu ích tiết diện là: ho = h - a = 50 - = 45 cm + Tra bảng 17 (trang 32) TCVN 4116-85 ta hệ số α0 = 0,6 ⇒ A0 = α0.(1 - 0,5 α0) = 0,42 + Chiều dài tính tốn kết cấu lo = 0,5.H : thành cống l0 = 0,5.B : trần đáy cống ⇒ l0 = 1,125 m : với thành cống l0 = 0,95 m : với trần cống đáy cống + Hàm lượng cốt thép tối thiểu µmin = Fa + Fa ' 100% = 0,05% b.ho (Theo bảng - (trang 62) giáo trình '' Kết Cấu Bê Tông Cốt Thép '') + Hàm lượng cốt thép lớn µmax = 3,5% + Fa, Fa': diện tích cốt thép ở miền kéo miền nén kết cấu ♦ Yêu cầu: Fa , Fa' > µmin.b.ho   F + F ' < µ b.h a max o  a 6.5.2 Trường hợp tính toán Trong phạm vi chuyên đề ta tiến hành tính tốn bố trí cốt thép theo phương ngang cống Chọn tải trọng tính tốn để tính tốn bố trí cốt thép cho cống: Ta chọn trường hợp nội lực gây bất lợi cho cống mặt ổn định cường độ Do ta LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN chọn tải trọng tính tốn ứng với trường hợp để tính tốn bố trí cốt thép cho cống ♦ Biểu đồ nội lực để tính tốn bố trí cốt thép theo phương ngang cho cống (Q) lựccắt (M) Mơmen (N) Lực dọc Hình 6.18 Biểu đồ nội lực tính tốn ♦ Các mặt cắt tính tốn Để thuận tiện cho việc bố trí cốt thép theo phương ngang ta tính tốn cốt thép cho mặt cắt sau: + Với trần cống: Chọn mặt cắt qua B mặt cắt có giá trị mơ men căng ngồi lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía ngồi trần cống MB = - 7,98 (Tm), QB = +24.23 (T), NB = - 21,58 (T) + Với thành bên: Chọn mặt cắt qua A mặt cắt có giá trị mơ căng ngồi lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía ngồi thành bên MA = - 8,58 (Tm), QA = +23,78 (T), NA = - 26,40 (T) Giá trị mô men căng lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía cho thành bên cống MG = - 4,48 (Tm), QG = +1,1 (T), NG = - 25,35 (T) + Với đáy cống: LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN Chọn mặt qua D mặt cắt có giá trị mơ men căng ngồi lớn để tính tốn bố trí cốt thép phía cho đáy cống MD = - 8,58 (Tm), QD = +26,40 (T), ND = - 23,78 (T) 6.5.3 Tính tốn cốt thép dọc chịu lực 6.5.3.1 Tính tốn bố trí cốt thép cho trần cống Mặt cắt B MB = - 7,98 (Tm), QB = +24.23 (T), NB = - 21,58 (T) ♦ Xét ảnh hưởng uốn dọc: + l0 0,95 = = 1,9 < 10 nên ảnh hưởng uốn dọc với cấu kiện không đáng h 0,5 kể, ⇒ lấy η = + Độ lệch tâm e0 : e0 = M 7,98 = = 0,37( m) ⇒ e0 = 37 cm N 21,58 Ta thấy η.eo = 37cm > 0,3.h0 = 13.5 cm nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn ♦ Tính tốn cốt thép + Sơ đồ ứng suất sau: Hình 6.19 Sơ đồ ứng suất Trong đó: LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN e : khoảng cách từ điểm đặt lực dọc đến trọng tâm cốt thép chịu nén Fa e = η e0+ 0,5.h - a = 57 (cm) e' : khoảng cách từ điểm đặt lực dọc đến trọng tâm cốt thép Fa' e' = η.e0 - 0,5.h + a' = 17 (cm) x: chiều cao vùng nén cấu kiện + Xuất phát từ công thức (các phương trình bản) sau : kn.nc.N ≤ mb.Rn.b.x + ma.Ra'.Fa' - ma.Ra.Fa kn.nc.N.e ≤ mb.Rn.b.x.( h0 - x ) + ma.Ra'.Fa'.( h0- a' ) (*) (**) + Đây toán xác định Fa Fa' biết điều kiện khác cấu kiện Điều kiện hạn chế: 2a' ≤ x ≤ α0h0 (nhằm đảm bảo xảy nén lệch tâm , ứng suất bê tông miền nén đạt R n , ứng suất Fa đạt Ra , ứng suất Fa' đạt Ra') Chọn x = α0.h0 (α = α0, A = A0) k n nc N.e− mb R n b.h20.A ma.R 'a.(h0 − a') ⇒ Fa' = ⇒ 1,15.1.31500.57 − 1.90.100.452.0, 42 Fa' = = - 47,06(cm2) 1,1.2700.(45 − 5) Vì Fa' < nên ta chọn Fa' theo điều kiện sau : + Fa' ≥ µmin.b.ho = 0,0005.100.45 = 2,25 cm2 Theo điều kiện cấu tạo : Fa' = 5φ10 = 3,93 cm2 Vậy ta chọn Fa' theo điều kiện cấu tạo Fa' = 5φ10 = 3,93 cm2 Khoảng cách cốt thép 20 (cm) + Bài toán trở thành xác định Fa biết Fa' điều kiện khác Đặt A = α.( 1- 0,5.α ), từ phương trình (**) ta có: k n nc N.e− ma.R 'a.Fa' (h0 − a') A= mb R n b.h20 LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC = GVHD: PHẠM VĂN 1,15.1.31500.57 − 1,1.2700.3,93.(45 − 5) = 0,09 1.90.100.452 ⇒ α = 1- 1− 2.A = 0,09 Ta thấy α < 2.a' chứng to Fa' đạt σa' < Ra' h0 Lấy x = 2.a' để tính Fa theo công thức: Fa = kn nc N e ' 1,15.1.31500.17 = = 5,18(cm2) ma Ra (h0 − a ') 1,1.2700.(45 − 5) Fa > µmin.b.h0 = 2,25 cm2 thoả mãn điều kiện Vậy ta chọn Fa = 5φ 12 = 5,65 cm2 Các mặt cắt khác tính tương tự mặt cắt B ta có giá trị tính tốn bảng sau: Bảng 6.5 Bảng tính tốn cốt thép mặt cắt Fa' Mặ M N eo e e' ho t cắt (chọn A α ) (Tm) B 7,98 A 8,58 G 4,48 D 8,58 (T) 21,5 26,4 25,3 23,7 (cm (cm) (cm) (cm) 37,0 57,0 17,0 45 3,93 0,09 0,09 32,5 52,5 12,5 45 3,93 0,08 0,08 17,7 37,7 2,3 45 3,93 0,05 0,05 36,1 56,1 16,1 45 3,93 0,09 0,09 ) (cm2) Fa (tính) Fa' (chọn ) (cm2) (cm2) 5,18 3,81 0,71 4,90 5,65 5,65 3,93 5.65 6.5.4 Tính tốn cốt thép ngang ( cốt xiên) Tính tốn 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 trạng thái giới hạn để tính tốn LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN Điều kiện tính tốn Khi thoả mãn điều kiện sau cần phải tính tốn cốt xiên cho cấu kiện: mb.Qb < kn.nc.Q < 0,25.mb.Rn.b.h0 (***) Trong đó: + Q : lực cắt lớn tải trọng tính tốn gây (kg) + Qb : khả chịu cắt bê tông vùng nén + Rn : cường độ chịu nén bê tông, Rn = 90 (kG/cm2) + mb : hệ số điều kiện làm việc bê tông, mb = 1,0 + nc : Hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 1,0 + kn: hệ số tin cậy, kn = 1,15 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 trần cống: tính tốn cho mặt cắt qua B MB = - 7,98 (Tm), QB = +24.23 (T), NB = - 21,58 (T) - Với thành bên cống: tính toán cho mặt cắt qua A MA = - 8,58 (Tm), QA = +23,78 (T), NA = - 26,40 (T) - Với đáy cống: tính tốn cho mặt cắt qua D MD = - 8,58 (Tm), QD = +26,40 (T), ND = - 23,78 (T) Tính tốn cốt thép ngang cho cống Với cốt thép ngang cống ta thường bố trí cốt thép xiên nên tính tốn cốt thép ngang cho cống ta tính tốn bố trí cốt thép xiên cho cống mà khơng tính tốn bố trí cốt thép đai 3.1 Tính toán cốt xiên cho trần cống (mặt cắt B) MB = - 7,98 (Tm), QB = +24.23 (T), NB = - 21,58 (T) 0,6.mb4.Rk = 0,6.0,9.7,5 = 4,05 (KG/cm2) τ0 = kn nc Q 1,15.1.28160 = = (KG/cm2) 0, 9.b.h0 0.9.100.45 mb3.Rkc = 1.11,5= 11,5(KG/cm2) LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC So sánh: 0,6.mb4.Rk= 4,05 < σ1 = τo = GVHD: PHẠM VĂN k n n c Q = < mb3.Rkc=11,5 Nên phải 0,9.b.h o tính tốn bố trí cốt thép xiên cho trần cống Sơ đồ tính tốn: _ A + B D Do cèt xiªn chịu 1X 0=1 1a Do bê tông chịu Do cốt thÐp chÞu 0.5B Hình 6.20 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 Ω x : 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 (kg/cm2) σ1X = σ1 - σ1a (kg/cm2) 0,6.mb Rk 0,5.B − x = 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 0,5.x.(σ x + 0, 6.mb Rk − σ 1a ).b = ma Rax ma Rax * Xác định vị trí cốt xiên: Vị trí 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 trục cấu kiện tới vị trí thép xiên x1 thì: LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC x1 = GVHD: PHẠM VĂN x 2(0, 6m b4 R − σ1a ) + σ1x (0, 6m b4 R − σ1a ) + σ1x Hình 6.21 Sơ đồ bố trí cốt xiên Tính tốn cốt xiên cho mặt cát khác tương tự, ta có kết ghi ở bảng sau: Bảng 6.6 Bảng tính toán cốt thép xiên mặt cắt Mặt Q cắt (T) B 24,23 4,75 6,88 1,55 5,33 12,24 A 23,78 4,75 6,75 1,52 5,23 10,34 D φ10 26,40 4,75 7,50 1,69 5,81 17,29 0,91 7,76 Để thuận tiện cho việc bố trí thép xiên cho cống ở mặt cắt trên, ta chọn 0,6.mb4.Rk τ0 σ1a σ1x x (T/cm) (T/cm) (T/cm) (cm) Fx F(chọn) x1 (cm2) (cm) 0,62 (cm2) φ10 0,52 φ10 4,76 5,61 mặt cắt có diện tích thép xiên lớn để bố trí cho mặt cắt Do ta chọn diện tích thép xiên là: Fx = 5φ10 = 5,65 cm2 , a=20 cm 6.6 Tính tốn kiểm tra nứt Theo tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép công trình thuỷ cơng ngồi việc tính tốn khả chịu lực phải tính tốn chủn vị, hình thành mở rộng khe nứt BTCT ở giai đoạn sử dụng LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN Ta dùng tổ hợp tải trọng tiêu ch̉n để tính tốn kiểm tra nứt cho kết cấu có xét đến tác động dài hạn tải trọng 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 (đáy cống) có giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn sau: MD = - 8,58 (Tm), QD = +26,40 (T), ND = - 23,78 (T) Mặt cắt có : + Fa = 5,65 cm2 ; Fa' = 3,93 cm2 + mh = + γ = 1,75 Ea 2,1.106 = + Hệ số quy đổi : n = = 8,75 E b 240.103 6.6.2 Tính tốn kiểm tra nứt 6.6.2.1 Xác định đặc trưng quy đổi ♦ Chiều cao vùng nén : xn = Sqd Fqd Trong : + Sqđ : mô men tĩnh quy đổi tiết diện Sqđ = 0,5.b.h2 + n.(a'.Fa' + Fa.ho) = 0,5.100.502 + 8,75.(5.3,93 +5,65.45) = 127396,6 (cm3) + Fqđ: diện tích qui đổi tiết diện Fqđ = b.h + n(Fa + Fa') =100.50 + 8,75(5,65 + 3,93) = 5083,83 (cm2) ⇒ xn = 25,06 (cm) ♦ Mơ men qn tính quy đổi tiết diện: LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC Jqđ = GVHD: PHẠM VĂN b b xn + (h − xn )3 + n.Fa' (xn − a')2 + n.Fa.(ho − xn )2 3 100 100 25, 063 + (50 − 25, 06)3 + 8, 75.5, 65.(25, 06 − 5) + 8, 75.3, 93.(45 − 25, 06) 3 = 571520(cm ) ↔ ♦ Mô đun chống uốn tiết diện: Wqđ = J qd h − xn = 571520 = 22915,8 (cm3) 50 − 25, 06 6.6.2.2 Khả chống nứt tiết diện Với cấu kiện chịu nén lệch tâm khả chống nứt tiết diện xác định theo công thức: γ 1.R ck Nn = e0 − Wqd Fqd + γ = γ mh = 1.1,75 = 1,75 Trong : + Độ lệch tâm : e0 = M c 8,58 ×100 = = 36, 08 (cm) Nc 23, 78 + Rkc = 11,5 (kg/ cm2) ⇒ 1, 75.11,5 = Nn = 36, 08 − 14607,07(kg) 22915,8 5083,83 6.6.2.3 Kiểm tra nứt Ta thấy: nc.Nc = 30280 (kg) > Nn nên trần cống bị nứt 6.6.2.4 Tính toán bề rộng khe nứt Bề rộng khe nứt tính tốn theo cơng thức: a n = kcη σ a −σ0 7.(4 − 100µ ) d Ea (mm) Trong đó: K: hệ số lấy = 1.2 LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 (****) THIẾT KẾ HỒ CHỨA NƯỚC KHE TÂN PHƯƠNG ÁN QUỐC GVHD: PHẠM VĂN c: hệ số lấy = η : hệ số lấy = σ a : ứng suất cốt thép σ a = Mc Mc 8,58.105 = = = 3374, 63 Fa Z1 Fa η h0 5, 65*1* 45 (kg/cm2) σ : ứng suất kéo ban đầu: σ = 200 kg/cm2 µ = Fa / bh0 = 0.13% d đường kính cốt thép d = 12mm Thay số vào (****) ta an = 0,017 (mm) < angh = 0,3(mm) Vậy mặt cắt tính tốn cấu kiện khơng bị nứt LÊ ĐÌNH HÙNG LỚP:K6TH 44 ... 370(0/00) Lê Đình Hùng Lsn = 25 (km) Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân- PA1 1.2.2 Khí tượng Tại khu vực hồ chứa nước Khe Tân phương án trạm đo khí tượng thủy văn nên chúng tơi sử... Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân- PA1 nứt đá với nguồn cung cấp nước mưa nước mặt, miền sông Thu Bồn Mực nước dao động theo mùa, nguồn nước ngầm lớn không áp 1.3.2.3 Đánh giá điều kiện xây dựng hồ. .. quan hệ Q~T ứng với tần suất thiết kế P=1% Lê Đình Hùng Lớp: K6TH Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hồ chứa nước Khe Tân- PA1 Hình 1.4 Biểu đồ quan hệ Q~T ứng với tần suất thiết kế P=0.2% 1.2.4.4 Dòng chảy