Hồ chứa nước Sỹ Bình

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành kỹ thuật công trình LỜI CẢM ƠN Sau thời gian 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với cố gắng thân hướng dẫn nhiệt tình, khoa học thầy giáo TS Lê Xuân Khâm – Bộ môn Thủy công – Trường Đại Học Thuỷ Lợi, em hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hồ chứa nước Sỹ Bình phương án 2”– huyện Bạch Thông, tỉnh Bắc Cạn Thời gian làm đồ án tốt nghiệp dịp tốt để em có điều kiện hệ thống lại kiến thức học 4,5 năm trường, giúp em biết cách áp dụng lý thuyết học vào thực tế làm quen với công việc kỹ sư ngành Kỹ thuật Cơng trình Những điều 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 kỹ sư thuỷ lợi sau Đồ án vào sử dụng tài liệu thực tế công trình thuỷ lợi (hồ chứa nước Sỹ Bình), vận dụng tổng hợp kiến thức học Mặc dù thân cố gắng điều kiện thời gian hạn chế nên đồ án em chưa giải đầy đủ sâu sắc trường hợp thiết kế cần tính, mặt khác trình độ kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong bảo, đóng góp ý kiến thầy cô giáo giúp cho đồ án em hồn chỉnh hơn, xác hơn, giúp cho kiến thức chun mơn em hồn thiện Để đạt kết em thầy cô trường Đại Học Thủy Lợi, từ thầy cô môn học sở đến thầy cô môn chuyên nghành dạy bảo tận tình, truyền đạt tất tâm huyết cho em có ngày trở thành kỹ sư thực thụ Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Cuối em xin chân thành cảm ơn đến thầy cô giáo môn Thủy Công đặc biệt thầy giáo TS Lê Xuân Khâm tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2013 Sinh viên thực Dương Thị Huyền Trang Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành kỹ thuật cơng trình MỤC LỤC PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN CHƯƠNG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1 Vị trí địa lý nhiệm vụ cơng trình 1.2 Đặc điểm thổ nhưỡng 1.3 Đặc điểm địa chất 1.4 Đặc điểm khí tượng, thủy văn 1.5 Tình hình vật liệu xây dựng .7 CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC 2.1 Tình hình dân sinh kinh tế khu vực 2.2 Cơ sở hạ tầng 2.3 Hiện trạng công trình thủy lợi vùng 10 CHƯƠNG MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN VÀ NHIỆM VỤ CƠNG TRÌNH .12 3.1 Nhiệm vụ cơng trình 12 3.2 Các phương án cơng trình 13 3.3 Bố trí tổng thể cụm cơng trình đầu mối 14 3.4 Cấp cơng trình cá tiêu thiết kế .15 PHẦN II: THIẾT KẾ SƠ BỘ .16 CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT HỒ 17 4.1 Mục đích tính tốn điều tiết hồ 17 4.2 Xác định dung tích chết (Vc), mực nước chết (MNC hay Zc) .17 4.3 Xác định dung tích hiệu dụng (Vh) mực nước dâng bình thường (MNDBT hay Zbt) 19 CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐIỀU TIẾT LŨ 29 5.1 Mục đích, nhiệm vụ, ý nghĩa, ngun lý phương pháp tính tốn 29 5.2 Tính tốn điều tiết lũ 30 CHƯƠNG THIẾT KẾ SƠ BỘ CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI .41 6.1 Mục đích, ý nghĩa 41 6.2 Thiết kế sơ đập đất 41 6.3 Thiết kế sơ tràn xả lũ 52 CHƯƠNG TÍNH TỐN KHỐI LƯỢNG, GIÁ THÀNH 69 7.1 Tính tốn khối lượng đập đất 69 Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành kỹ thuật cơng trình 7.2 Tính khối lượng tràn 70 7.3 Tính giá thành đập chọn phương án thiết kế .71 PHẦN III: THIẾT KẾ KỸ THUẬT CÁC CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI 73 CHƯƠNG KIỂM TRA KHẢ NĂNG THÁO CỦA ĐƯỜNG TRÀN .74 8.1 Đặt vấn đề 74 8.2 Tính tốn hệ số 74 8.3 Tính tốn điều tiết lũ 76 8.4 Kiểm tra khả tháo tràn 76 CHƯƠNG THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT 77 9.1 Xác định kích thước đập 77 9.2 Tính thấm qua đập đất 85 9.3 Tính tốn ổn định đập đất 95 CHƯƠNG 10 THIẾT KẾ TRÀN XẢ LŨ .106 10.1 Hình thức cấu tạo phận đường tràn 106 10.2 Tính tốn thủy lực tràn xả lũ 108 10.3 Tính tốn tiêu sau dốc nước 116 10.4 Tính tốn ổn định tường bên 122 CHƯƠNG 11 THIẾT KẾ CỐNG NGẦM 130 11.1 Vị trí hình thức cống 130 11.2 Thiết kế hạ lưu cống 131 11.3 Tính diện cống 134 11.4 Kiểm tra trạng thái chảy cống 141 11.5 Một số chi tiết cấu tạo cống .152 PHẦN IV: TÍNH TỐN CHUN ĐỀ KỸ THUẬT THIẾT KẾ CỐNG NGẦM……………… 156 CHƯƠNG 12 TÍNH TỐN KẾT CẤU CỐNG NGẦM 157 12.1 Mục đích trường hợp tính tốn 157 12.2 Tài liệu yêu cầu thiết kế 157 12.3 Xác định ngoại lực tác dụng lên cống 159 12.4 Xác định nội lực cống ngầm 166 12.5 Tính tốn cốt thép 173 TÀI LIỆU THAM KHẢO 193 Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành kỹ thuật cơng trình PHẦN MỞ ĐẦU Bạch Thông huyện miền núi nghèo tỉnh Bắc Cạn, diện tích đất canh tác chưa đến 1/3 diện tích đất tự nhiên, phần lại đất trống đồi núi trọc Tuy nhiên thu nhập nhân dân vùng từ sản phẩm nông nghiệp Trong số xã nghèo huyên Bạch Thông khơng thể khơng kể đến xã Sỹ Bình, xã thuộc diện nghèo huyện Trong địa bàn xã có địa hình phức tạp, thiên tai thường xun xảy gây lũ lụt, hạn hán mùa liên miên dẫn đến nghèo đói quanh năm Theo thống kê huyện tồn xã có tới 30% số hộ gia đình mức nghèo đói Khơng riêng Sỹ Bình mà xã lân cận tình trạng tương tự Vì thủy lợi trở thành vấn đề cấp bách có tính định đến đời sống kinh tế xã hội vùng Trong khu vực có suối Khau Cưởm thuộc xã Sỹ Bình có khả khống chế diện tích tưới khoảng 240 đất nơng nghiệp Cơng trình hồ chứa nước Sỹ Bình xây dựng suối Khau Cưởm cung cấp nước tưới cho diện tích đất canh tác cung cấp nước sinh hoạt cho 1500 người dân vùng, từ bước nâng cao đời sống cho xã vùng hưởng lợi, thực sách xóa đói, giảm nghèo đảng nhà nước Bên cạnh hồ chứa Sỹ Bình làm cải thiện mơi trường khu vực, phòng lũ cho hạ lưu, giảm thiểu thiên tai giúp ổn định xă hội, sản xuất Với yêu cầu nhiệm vụ việc đầu tư xây dựng cơng trình cần thiết cấp bách Với kiến thức học hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Lê Xn Khâm em thiết kế cơng trình hồ chứa nước Sỹ Bình với phần sau: Thu thập, phân tích tổng hợp tài liệu Thiết kế sơ chọn phương án thiết kế Thiết kế kỹ thuật phương án chọn Chuyên đề kỹ thuật: Tính tốn kết cấu cống ngầm Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật cơng trình PHẦN I: TÀI LIỆU CƠ BẢN Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật công trình CHƯƠNG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 1.1 Vị trí địa lý nhiệm vụ cơng trình 1.1.1 Vị trí địa lý: Hồ Sỹ Bình cơng trình thuộc cụm cơng trình dự án đầu tư xây dựng cơng trình thuỷ lợi xã huyện Bạch Thơng – tỉnh Bắc Cạn nguồn vốn ADB Toạ độ địa lý nằm khoảng: - Từ 22°05’ đến 22°15’ vĩ độ Bắc - Từ 105°45’ đến 105°55’ kinh độ Đơng 1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo khu vực cơng trình: Vùng dự án có địa hình tương đối phức tạp, địa hình chủ yếu đồi núi chia cắt thung lũng, khe lạch, sông suối thành nhiều loại địa hình khác nhau, chia cắt cánh đồng màu mỡ, gây khó khăn cho việc thiết kế bố trí cơng trình thuỷ lợi Chi tiết chia địa hình tồn vùng thành loại địa sau: - Địa hình bị chia cắt sông suối thung lũng nhỏ hẹp ruộng bậc thang hình thành sườn dốc, chênh lệch độ cao 5÷15 m, có nơi lên đến 20m Đại diện cho loại địa hình khu vực Pò Deng, Vang Ngần thuộc xã Tú Trĩ; khu vực xã Vũ Muộn; khu vực Nà Đinh xã Quang Thuận - Địa hình có độ chênh cao 2÷5 m Đại diện cho loại điạ hình khu vực thuộc xã Quân Bình Ruộng đất khu vực tương đối phẳng tập chung, độ dốc trung bình 1°÷3° Đây loại địa hình thích hợp cho canh tác đất nơng nghiệp Trong vùng có sơng Cầu chảy huyện trung tâm thị xã Bắc Cạn địa hình khu vực có hướng dốc phía sơng Cầu Độ cao trung bình khu vực lớn, trung bình 350 m, cao 1350m thấp 300m Có thể thấy địa hình khu vực dự án phức tạp, ruộng đất màu mỡ tập chung, song việc xây dựng cơng trình thuỷ lợi cấp nước sinh hoạt phục vụ sản xuất khó khăn Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật công trình 1.1.3 Quan hệ F ~ Z, V ~ Z: Các đặc tính hồ chứa thể bảng 1-1 Bảng 1-1 Quan hệ F ~ Z V ~ Z Z(m) (1) 501 503 505 507 509 511 513 515 F(104m2) (2) 0.1290 1.0105 1.9780 3.0100 3.6550 5.2675 6.2565 V(105m3) (3) 0.009 0.109 0.402 0.896 1.563 2.451 3.601 Z(m) (4) 517 519 521 523 525 527 529 531 F(104m2) (5) 7.3100 8.8150 11.1800 13.2440 14.8990 16.8770 18.7910 20.7260 V(105m3) (6) 4.956 7.488 9.486 11.930 14.740 17.938 21.478 25.428 1.2 Đặc điểm thổ nhưỡng 1.2.1 Nhóm đất phù sa: Đất phù xa bao gồm: Đất phù xa bồi lắng hàng năm hệ thống sông suối đất phù xa không bồi lắng hàng năm Các loại đất có màu vàng tươi, độ phì trung bình, thích hợp cho việc trồng lương thực lúa, lạc… công nghiệp ngắn ngày 1.2.2 Đất feralit phủ nền: Đất feralit mùn núi, có độ cao từ 200÷700 m Đất có màu vàng, vàng nhạt, vàng đỏ, đỏ nâu phủ phù xa cổ, sa thạch, đá granit, đá biến chất, đá vôi… Đất phù hợp với phát triển lương thực, ăn công nghiệp 1.2.3 Đất feralit mùn: Nằm núi độ cao 700m Loại đất phù hợp với trồng rừng 1.3 Đặc điểm địa chất 1.3.1 Địa chất vùng tuyến đập: Địa chất vùng tuyến đập chia thành lớp địa chất sau: - Lớp 1: Lớp cuội, sỏi lòng sơng, có chiều dày 0.5÷1 m Lớp có hệ số thấm nước lớn Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật cơng trình - Lớp 2: Là lớp đá phong hố có chiều dày khoảng 10m Hệ số thấm tương đối lớn (K = 10-5 m/s) Đây tầng gây nước nhiều xây dựng đập - Lớp 3: Lớp đá gốc cứng nứt nẻ ít, hệ số thấm lớp nhỏ, gần không thấm nước 1.3.2 Địa chất tuyến tràn tuyến cống: Địa chất khu vực khơng có thay đổi nhiều so với địa chất tuyến đập, nhiên tuyến tràn có điạ hình cao, nằm hồn tồn núi nên lớp đá phong hóa lớp đá bị phong hố 1.4 Đặc điểm khí tượng, thủy văn Tồn tỉnh Bắc Cạn có trạm đo đạc là: trạm Chợ Rã, trạm Ngân Sơn, trạm Chợ Đồn, trạm Thị xã Bắc Cạn Tuy nhiên trạm gần đáng tin cậy trạm đo đạc thị xã Bắc Cạn, ta lấy số liệu đo đạc trạm để tính tốn thiết kế sau 1.4.1 Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình, cao thấp thị xã Bắc Cạn sau: Bảng 1-2 Nhiệt độ trung bình nhiều năm thị xã Bắc Cạn Đặc Nhiệt độ trung bình tháng trưn g TTB Tmax Tmin 14.4 30.8 -0.9 - 16.0 19.2 23.0 33.2 34.4 37.8 3.6 5.3 10.4 26.2 38.8 15.3 năm 10 27.2 27.4 27.0 25.8 23.0 39.4 37.8 37.4 36.6 34.1 16.5 18.7 19.8 13.7 8.5 11 19.3 33.6 4.0 12 15.8 22.0 30.7 39.4 -1.0 -1.0 Qua bảng thống kê nhiệt độ ta thấy rằng: Khí tượng khu vực xây dựng cơng trình chia thành mùa nóng, lạnh rõ rệt: + Mùa nóng tháng IV đến tháng X, nhiệt độ trung bình 22°C, tháng nóng tháng VI có nhiệt độ tới gần 40°C + Mùa lạnh tháng XI đến tháng III năm sau, nhiệt độ trung bình tháng lạnh -1°C nhiệt độ có ảnh hưởng khơng tốt tới trồng trọt chăn nuôi khu vực Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật cơng trình 1.4.2 Độ ẩm khơng khí: Bảng 1-3 Độ ẩm khơng khí trung bình năm trạm thị xã Bắc Cạn ( %) Tháng Độ ẩm 82 82 83 84 82 84 86 86 85 10 83 11 83 12 82 Năm 84 1.4.3 Bốc hơi: Bảng 1-4 Lượng bốc bình quân tháng, năm trạm thị xã Bắc Cạn (mm) Thán g ∆Z 10 11 12 Năm 55.8 54.4 58.1 60.5 78.4 66.5 61.3 55.8 61.1 65.7 59.8 57.9 73.53 1.4.4 Nắng: Trong khu vực cơng trình mặt trời chiếu sáng quanh năm phân bố khơng đồng Bình qn ngày có 4÷5 nắng Mùa đơng có giờ/ngày, mùa hè có tới giờ/ ngày 1.4.5 Lượng mưa: Qua tài liêu quan trắc nhiều năm trạm đo thị xã Bắc Cạn ta thấy khu vực xây dựng cơng trình có mùa mưa nắng rõ rệt Mùa mưa tháng V đến tháng IX, mùa khô tháng X đến tháng IV năm sau Lượng mưa mùa mưa chiếm 70÷80% lượng mưa năm Bảng 1-5 Kết quan trắc lượng mưa trung bình tháng trạm thị xã Bắc Cạn(mm) Tháng X 22.2 31.5 50.8 110.0 173.7 261.9 282.8 291.1 161.9 10 83.4 11 44.6 12 18.6 Năm 1532.0 Lượng mưa trung bình năm Bắc Cạn thuộc vùng mưa nhỏ, phân bố khơng đồng Chính ảnh hưởng lớn đến sản xuất phát triển kinh tế tỉnh, đồng thời nguyên nhân gây hạn hán, lũ lụt kéo dài Lượng mưa bình quân năm: X0 = 1532.0 mm Lượng mưa năm ứng với tần suất 75%: X75%= 1342.08 mm 1.4.6 Gió: Vận tốc gió theo hướng chủ yếu tuyến đập ứng với tần suất thiết kế thể bảng Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật cơng trình Bảng 1-6 Vận tốc gió ứng với tần suất thiết kế P% V (m/s) 32 30 29 30 23 50 16 1.4.7 Dòng chảy năm: CHƯƠNG Dòng chảy bình qn năm: Q0 = 0.127 (m3/s) CHƯƠNG Dòng chảy năm ứng với tần suất 75%: Q75% = 0.104 (m3/s) Bảng 1-7 Bảng phân phối lượng nước đến với tần suất 75% (106m3) Thán g WQ 10 11 12 0.022 0.034 0.049 0.081 0.13 0.879 0.652 0.51 0.465 0.28 0.055 0.041 3.1.1 Dòng chảy lũ: Đường trình lũ đến tuyến đập ứng với tần suất thiết kế thể bảng (1-8): Bảng 1-8 Đường trình lũ đến tuyến đập TT 10 11 12 13 Thời gian 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 Lưu lượng đến p = 0.2% p = 1% 0 13.08 10.45 26.22 20.95 39.39 31.45 52.58 41.95 46 26.7 39.42 31.45 32.84 26.2 26.26 20.95 19.69 15.7 13.11 10.45 6.53 5.2 0 3.1.2 Dòng chảy rắn: Bản 1-9 Dòng chảy rắn tuyến đập STT Đặc trưng Ký hiệu Đơn vị Giá trị Tổng lượng bùn cát lơ lửng Vll m3/năm 1046.04 Tổng lượng bùn cát di đẩy Vdđ m3/năm 83.68 Tổng lượng dòng chảy rắn Vbc m3/năm 1129.72 Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 184 Ngành kỹ thuật cơng trình Hình 12-20 Sơ đồ ứng suất cấu kiện chịu nén lệch tâm bé (vẽ lại) Trong đó: + e: Khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu kéo Fa e = e0 + 0.5h – a = 1×0.136 + 0.5×0.5 – 0.04 = 0.346 (m) = 34.6 (cm) + e’: Khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu nén Fa’ e’ = e0 – 0.5h + a’ = 1×0.136 – 0.5×0.5+ 0.04 = 0.09 (m) = (cm) + x: Chiều cao vùng nén cấu kiện - 0.2h0 = 0.2×0.46 = 0.092 (m), so sánh e0 = 0.136 (m) > 0.2h0 Vậy ta có x tính theo cơng thức sau: x = 1.8×(0.3h0 - e0) + 0h0 = 1.8×(0.3×0.46 – 0.136) + 0.6×0.46 = 0.2796 (m) = 27.96 (cm) - oh0 = 0.6×0.46 = 0.276 (m) = 27.6 (cm) Vậy x > oh0 đảm bảo điều kiện nén lêch tâm bé - So sánh x < h0 = 46 (cm) Từ ta có phương trình bản: + Phương trình mơ men trục qua Fa: x kn.nc.N.e  mb.Rn.b.x( h0 - ) +ma.Ra'.Fa'.( h0 - a' ) (12-11) + Phương trình hình chiếu: k n n c N �m b R n bx+m a R 'a Fa' -mσ a F a a (12-12) Ứng suất cốt thép tính Fa tính sau:  e   13.6  (DaN/cm2)  a 1   Ra 1   2700 1901.74 h0  46    - Đây toán xác định Fa Fa' biết điều kiện b, h, l0, Ra, Ra’, Rn, M, N, hệ số cấu kiện Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 185 Ngành kỹ thuật cơng trình k n n c N.e  m b R n b.x.(h  x/2) m a R 'a (h o  a' ) Fa' = 27.96   1.15 133150 34.6  1.0 90 100 27.96  46    =   54.02 1.12700 (46  4) Ta thấy Fa' < 0, nên ta chọn Fa' theo hai điều kiện sau: + Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: Fa' = μ b.h = 0.05%×100×46 = 2.3 (cm2) + Điều kiện cấu tạo: chọn bố trí thép 510 với Fa' = 3.93 (cm2) Vậy chọn Fa’= 510 = 3.93(cm2) Khoảng cách thép 20 (cm) - Bài toán trở thành tính Fa biết Fa' điều kiện khác: + Dựa vào phương trình (12-12) ta có: Fa = =- (mb Rn b.x  ma Ra ' Fa ' k n nc N ) ma a (1.0 90 100 27.96  1.1 2700 3.93  1.15 1.0 33150) 1.11901 74 = - 107.65 (cm2) Ta thấy Fa < 0, nên ta chọn Fa theo hai điều kiện sau: + Điều kiện hàm lượng thép tối thiểu: Fa = μ b.h = 0.05%×100×46 = 2.3 (cm2) + Điều kiện cấu tạo: chọn bố trí thép 510 với Fa = 3.93 (cm2) Vậy chọn Fa = 510 = 3.93 (cm2) Khoảng cách cốt thép 20cm Căn vào kết tính tốn cốt thép cho hai mặt cắt ta có kết bố trí cốt thép cho trần cống sau: + Cốt thép phía ngồi cống: Fngồi = 5φ12 = 5.65 (cm2), a = 20 cm + Cốt thép phía cống: Ftrong = 5φ10 = 3.93 (cm2), a = 20 cm 20.5.2.3 Tính tốn bố trí cốt thép cho thành bên cống: a Mặt cắt A: - Giá trị nội lực: MA = - 13.1 (T.m); QA = 34.45 (T); NA = - 46.97 (T) - Tiết diện tính tốn hình chữ nhật có kích thước (bxh) = 100 x 50(cm) Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 186 Ngành kỹ thuật cơng trình - Trình tự tính tốn cốt thép cho mặt cắt sau: + Qua tải trọng tác dụng vào tiết diện ta thấy cấu kiện chịu nén lệch tâm + Xét ảnh hưởng uốn dọc: l0 0.5 B 0.5 1.5   1.5  10 (l0 chiều dài tính tốn dầm, coi dầm h h 0.5 hai đầu ngàm) Do bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc, =1 + Độ lệch tâm: e0  M 13.1  0.28 (m) N 46.97 + Ta có: a = a’= (cm) = 0.04 (m), vậy: h0= h – a = 0.5 - 0.04 = 0.46 (m) Ta thấy e0 = 0.28 (m ) > 0.3h0 = 0.3×0.46 = 0.138 (m) nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Tính tương tự mặt cắt B ta được: Fa’= - 45.03 (cm2) Chọn Fa’ = 510 = 3.93 (cm2) => A= 0.11 => α0 = 0.12 < 2a ' 4  0.17 h0 46  Fa = 2.59 (cm2) + Chọn Fa theo hai điều kiện sau:   b.h0 2.3cm Fa ≥   2.59cm Vậy chọn Fa = 510 = 3.93 (cm2) Khoảng cách cốt thép 20cm b Mặt cắt H: - Giá trị nội lực: MH = 6.02 (T.m); QH = 1.23 (T), NH = - 46.23 (T) - Tiết diện tính tốn hình chữ nhật có kích thước (bxh) = 100 x 50(cm) - Trình tự tính tốn cốt thép cho mặt cắt sau: + Qua tải trọng tác dụng vào tiết diện ta thấy cấu kiện chịu nén lệch tâm + Xét ảnh hưởng uốn dọc: Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 187 Ngành kỹ thuật công trình l0 0.5B 0.5 1.5   1.5  10 (l0 chiều dài tính tốn dầm, coi dầm h h 0.5 hai đầu ngàm) Do bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc, =1 + Độ lệch tâm: e0  M 6.02  0.13 (m) N 46.23 + Ta có: a = a’= (cm) = 0.04 (m), vậy: h0= h – a = 0.5 - 0.04 = 0.46 (m) Ta thấy e0 = 0.13 (m ) < 0.3h0 = 0.3×0.46 = 0.138 (m) nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm bé Tính tốn tương tự mặt cắt E ta kết quả: + e = 34 (cm) + e’ = (cm) + e0 = 0.13 (m) > 0.2h0 = 0.2×0.46 = 0.092 (m) nên: x =1.8×(0.3h0 - e0) + 0h0 = 0.2904 (m) = 29.04 (cm) + x > oh0 đảm bảo điều kiện nén lêch tâm bé  e   13   2700 1936.96 (DaN/cm2) +  a 1   Ra 1  h 46     + Fa' = - 53.6 (cm2) Chọn bố trí thép 510 với Fa' = 3.93 (cm2) thỏa mãn điều kiện hàm lượng thép tối thiểu (Fa’ ≥ μ b.h = 0.05%×100×46 = 2.3 cm2) + Fa = - 110.79 (cm2) Chọn bố trí thép 510 với Fa' = 3.93 (cm2) thỏa mãn điều kiện hàm lượng thép tối thiểu (Fa’ ≥ μ b.h = 0.05%×100×46 = 2.3 cm2) Căn vào kết tính tốn cốt thép cho hai mặt cắt ta có kết bố trí cốt thép cho thành bên sau: + Cốt thép phía ngồi cống: Fngoài = 5φ10 = 3.93 (cm2), a = 20 cm + Cốt thép phía cống: Ftrong = 5φ10 = 3.93 (cm2), a = 20 cm Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 188 Ngành kỹ thuật cơng trình 20.5.2.4 Tính tốn bố trí cốt thép cho đáy cống: a Mặt cắt D: Giá trị nội lực: MD = - 13.1 (T.m); QD = 46.97 (T), ND = - 34.45 (T) Tiết diện tính tốn hình chữ nhật có kích thước (bxh) = 100 x 50(cm) Trình tự tính tốn cốt thép cho mặt cắt sau: + Qua tải trọng tác dụng vào tiết diện ta thấy cấu kiện chịu nén lệch tâm + Xét ảnh hưởng uốn dọc: l0 0.5 B 0.5 1.5   1.5  10 (l0 chiều dài tính toán dầm, coi dầm h h hai đầu ngàm) Do bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc, =1 + Độ lệch tâm: e0  M 13.1  0.38 (m) N 34.45 + Ta có: a = a’= (cm) = 0.04 (m), vậy: h0= h – a = 0.5 - 0.04 = 0.46 (m) Ta thấy e0 = 0.38 (m ) > 0.3h0 = 0.3×0.46 = 0.138 (m) nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn Tính tương tự mặt cắt B ta được: Fa’= - 45.33 (cm2) Chọn Fa’ = 510 = 3.93 (cm2) => A= 0.087 => α0 = 0.09 < 2a ' 4  0.17 h0 46  Fa = 5.24 (cm2) + Chọn Fa theo hai điều kiện sau:   b.h0 2.3cm Fa ≥   5.24cm Vậy chọn Fa = 512 = 5.65 (cm2) Khoảng cách cốt thép 20cm b Mặt cắt F: Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 189 Ngành kỹ thuật cơng trình - Giá trị nội lực: MF = 4.52 (T.m); QF = (T), NF = - 34.45 (T) - Tiết diện tính tốn hình chữ nhật có kích thước (bxh) = 100 x 50(cm) - Trình tự tính tốn cốt thép cho mặt cắt sau: + Qua tải trọng tác dụng vào tiết diện ta thấy cấu kiện chịu nén lệch tâm + Xét ảnh hưởng uốn dọc: l0 0.5B 0.5 1.5   1.5  10 (l0 chiều dài tính tốn dầm, coi dầm h h 0.5 hai đầu ngàm) Do bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc, =1 + Độ lệch tâm: e0  M 4.52  0.131 (m) N 34.45 + Ta có: a = a’= (cm) = 0.04 (m), vậy: h0= h – a = 0.5 - 0.04 = 0.46 (m) Ta thấy e0 = 0.131 (m ) < 0.3h0 = 0.3×0.46 = 0.138 (m) nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm bé Tính toán tương tự mặt cắt E ta kết quả: + e = 34.1 (cm) + e’ = 7.9 (cm) + e0 = 0.131 (m) > 0.2h0 = 0.2×0.46 = 0.092 (m) nên: x =1.8×(0.3h0 - e0) + 0h0 = 0.2886 (m) = 28.86 (cm) + x> oh0 đảm bảo điều kiện nén lêch tâm bé  e   13.1   2700 1931.09 (DaN/cm2) +  a 1   Ra 1  h0  46    + Fa' = - 57.67 (cm2) Chọn bố trí thép 510 với Fa' = 3.93 (cm2) thỏa mãn điều kiện hàm lượng thép tối thiểu (Fa’ ≥ μ b.h = 0.05%×100×46 = 2.3 cm2) Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 190 Ngành kỹ thuật cơng trình + Fa = - 113.9 (cm2) Chọn bố trí thép 510 với Fa' = 3.93 (cm2) thỏa mãn điều kiện hàm lượng thép tối thiểu (Fa’ ≥ μ b.h = 0.05%×100×46 = 2.3 cm2) Căn vào kết tính tốn cốt thép cho hai mặt cắt ta có kết bố trí cốt thép cho đáy cống sau: + Cốt thép phía ngồi cống: Fngồi = 5φ12 = 5.65 (cm2), a = 20 cm + Cốt thép phía cống: Ftrong = 5φ10 = 3.93 (cm2), a = 20 cm Bảng 12-5 Kết tính tốn cốt thép dọc chịu lực Cốt thép phía cống Cốt thép phía ngồi cống Khoảng Diện tích Khoảng cách Thành phần Diện tích Loại thép Loại thép (cm2) cách (cm) (cm2) (cm) Trần cống 3.93 10 20 5.65 12 20 Thành cống 3.93 10 20 3.93 10 20 Đáy cống 3.93 10 20 5.65 12 20 20.5.3.Tính tốn cốt thép ngang: Tính tốn cường độ mặt cắt nghiêng cấu kiện tiến hành theo phương pháp đàn hồi phương pháp trạng thái giới hạn Ở ta sử dụng phương pháp đàn hồi để tính tốn 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 đai cho cống 20.5.3.1 Điều kiện tính tốn: Khi thỏa mãn điều kiện sau cần phải tính tốn bố trí cốt đai cốt xiên cho cấu kiện: 0,6.mb4.Rk < 1 = o = k n n c Q  mb3.Rkc 0,9.b.h o Trong đó: Q: Lực cắt lớn tải trọng tính tốn gây Rkc: Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tông, Rkc = 11.5 (kG/ cm2) Rk: Rk: cường độ chịu kéo bê tông, Rk = 7.5 (kG/cm2) mb3: Hệ số điều kiện làm việc bê tông kết cấu bê tơng cốt thép, tra PL.5 GTBTCT ta có mb3 = 1.0 Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 191 Ngành kỹ thuật cơng trình mb4: Hệ số điều kiện làm việc bê tông không cốt thép: mb4 = 0,9 0 : Ứng suất tiếp lớn mặt cắt tính tốn ( kG/cm2 ) 20.5.3.2 Mặt cắt tính tốn: Trên cấu kiện ta cần chọn vị trí có lực cắt lớn để tính tốn bố trí cốt thép ngang cho cống Do ta cần tính toán cho mặt cắt sau : Với trần cống: Tính cho mặt cắt qua B: MB = - 12.52 (T.m); QB = 45.49 (T); NB= -33.15(T) Với thành bên cống: Tính cho mặt cắt qua A: MA = - 13.1 (T.m); QA = 34.45 (T); NA = - 46.97(T) Với đáy cống: Tính cho mặt cắt qua D: MD = - 13.1 (T.m); QD = 46.97 (T), ND = - 34.45(T) 20.5.3.3 Tính tốn cốt thép ngang cho trần cống : a Tính tốn cốt xiên cho trần cống (Mặt cắt qua D): Có: 0.6×mb4×Rk = 0.6×0.9×7.5 = 4.05 (kG/cm2) 0  k n n c Q 1.15 146970  11 06 (kG /cm2) 0.9b.h0 0.9 100 46 mb3×Rkc = 1×11.5 = 11.5 (KG/cm2) So sánh: 0.6×mb4×Rk < 1 = o = k n n c Q < mb3×Rkc 0,9.b.h o  Phải bố trí cốt xiên cho trần cống Sơ đồ tính tốn: - Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 192 Ngành kỹ thuật cơng trình Q C D Q B x  1= 0  1x  x 0,6m R b4  1a 0,5B Hình 12-21 Sơ đồ ứng suất tính tốn cốt xiên Trong đó: 1a: Ứng suất kéo cốt dọc chịu 1X: Ứng suất cốt xiên phải chịu 1= o: Ứng suất kéo cốt xiên cốt dọc phải chịu  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 = 0.225×11.06 = 2.49 (kG/cm2) σ1x = σ1 - σ1a = 11.06 – 2.28 = 8.57 (kG/cm2)   0,6.mb Rk x   1 B/2 x B (  0.6m b R k ) 0.48 (m) = 48 (cm) 2 Đặt cốt thép nghiêng với cấu kiện góc 450, diện tích cốt thép xiên tính theo công thức: Fx    xb 0.5 x( x  0.6mb Rk   1a )b  ma Rax ma Rax 0.5 45 (7.84  4.05  2.28).100 7.27(cm2 ) 1.12150  Chọn bố trí cốt thép: Với Fx = 7.27 cm2 ta chọn 514 = 7.69 cm2 để bố trí cốt xiên cho cống bố trí cốt xiên thành lớp  Xác định vị trí cốt xiên: Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 193 Ngành kỹ thuật cơng trình Vị trí cốt xiên xác định sau: - Xác định trọng tâm phần diện tích thép xiên x - 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:   2(0,6.mb Rk   1a ) x1  1x x 21 (cm) 3( 1x  0,6.mb Rk   1a ) A x1  1= 0  1x x  x 0,6m R b4  1a 0,5B Hình 12-22 Vị trí đặt cốt xiên 20.5.3.4 Bố trí cốt ngang cho thành bên trần cống: Tính tốn bố trí cốt xiên tương tự tính cho đáy cống Kết thể bảng sau: Bảng 12-6 Tính tốn cốt xiên Q (T) 1 (kG/c 1a 1x x Fx tt (kG/cm2) (kG/cm2) (cm) (cm ) m) Trần cống 45.49 10.12 2.28 7.84 45 Thành cống 34.45 9.45 2.13 7.32 43 Vậy kết bố trí cốt xiên cho cống sau: Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang 6.46 5.94 Fx x1 (cm2) (cm) 7.69 6.16 17.8 17.3 Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 194 Ngành kỹ thuật công trình Bảng 12-7 Bố trí cốt xiên cho mặt cắt ngang cống Cốt xiên ngang cống Diện tích Khoảng Loại thép phần (cm2) cách (cm) Trần cống 7.69 14 20 Thành cống 6.16 14 25 Đáy cống 7.69 14 20 Thành 20.5.4.Tính tốn kiểm tra nứt: 20.5.4.1 Mặt cắt tính tốn: Chọn mặt cắt có mơmen lớn để tính tốn kiểm tra nứt cho kết cấu Ta tính cho mặt cắt qua A thuộc thành bên cống có giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn sau: MA = - 13.1 (T.m); QA = 34.45 (T); NA = - 46.97(T) Mặt cắt có: Fa = 3.93 (cm2); Fa' = 3.93 (cm2) Hệ số quy đổi: n = E a 2100000 = = 8.75 Eb 240000 20.5.4.2 Tính tốn kiểm tra nứt: a Xác định đặc trưng quy đổi: - Chiều cao vùng nén: xn = S qd Fqd (12-13) Trong đó: + Sqd: Mômen tĩnh tiết diện quy đổi lấy với mép biên chịu nén tiết diện quy đổi Sqđ = 0,5.b.h2 + n.(a’.Fa’ + Fa.h0) + Fqđ : Diện tích quy đổi tiết diện Fqđ = b.h+ n.(Fa + Fa’) Thay vào cơng thức (12-13) ta có chiều cao vùng nén: 0,5.b.h +n  a’.Fa ’ + Fa h  xn = b.h+ n  Fa + Fa ’ Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 195 Ngành kỹ thuật cơng trình 0.5 100 50  8.75 (4 3.93  3.93 46) (cm)  25 100 50  8.75 (3.93  3.93) Mô men quán tính quy đổi: Jqđ = = b (x n  (h  x n ) )  n.Fa' (x n  a' )  n.Fa (h o  x n ) 100 (253  (50  25)3 )  8.75 3.93 (25  4)  8.75 3.93 (46  25) = 1069245.44 (cm4) Mômen chống uốn tiết diện: Wqđ = J qd h  xn = 1069245.44 42769.82 (cm3) 50  25 b Khả chống nứt tiết diện: Với cấu kiện chịu nén lệch tâm khả chống nứt tiết diện xác định theo công thức: γ1 R ck Nn = e o  Wqd Fqd (12-14) Trong đó: + Nn lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện chịu trước khe nứt thẳng góc xuất + 1: Hệ số xét đến biến dạng dẻo bê tông miền kéo, 1 = mh  Tiết diện chữ nhật tra phụ lục 14 - Giáo trình Kết cấu Bê tơng cốt thép ta có hệ số chảy dẻo bê tông  = 1.75 Hệ số mh phụ thuộc chiều cao cấu kiện tra phụ lục 13 - Giáo trình Kết cấu Bê tơng cốt thép mh = 1 = 1×1.75 = 1.75 + e0: Độ lệch tâm lực nén dọc tiêu chuẩn e0 = Mc 13.1  0.279 (m) = 27.9 (cm) N c 46.97 Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 196 Ngành kỹ thuật cơng trình + Rkc = 11.5 (DaN/cm2) + Fqđ = b.h+ n.(Fa + Fa’) = 100×50 + 8.75×(3.93+3.93) = 5068.78 (cm2) Thay vào cơng thức (12-14) ta có lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện chịu trước khe nứt thẳng góc xuất là: 1.75 11 27.9 Nn = = 44225.11 (DaN)  42769.82 5068.78 c Kiểm tra nứt: nc.Nc < Nn (12-15) + nc.Nc = 1.0×46970 = 46970 (DaN) + Nn = 49011.35 (DaN) Ta thấy: nc.Nc > Nn nên (12-15) không thỏa mãn Vậy cấu kiện (thành cống) bị nứt theo phương dọc cống Ta cần xác định bề rộng khe nứt xem có thoả mãn điều kiện cho phép không (anan gh) Nếu bề rộng khe nứt không thoả mãn điều kiện kết cấu bị ổn định trình làm việc nứt gây d Tính bề rộng khe nứt thẳng góc: Những cấu kiện cho phép có khe nứt cần phải đảm bảo điều kiện an  an gh Trong đó: + an: Bề rộng khe nứt thẳng góc + an gh: Bề rộng khe nứt giới hạn Tính tốn bề rộng khe nứt thẳng góc theo cơng thức kinh nghiệm sau: an = k.c. σa  σo 7.(4  100 ) d Ea (12-16) Trong đó: + k: Hệ số phụ thuộc trạng thái tình trạng tác dụng tải trọng, với cấu kiện chịu nén lệch tâm k = + c: Hệ số xét đến tính chất tác dụng tải trọng, với tải trọng dài hạn ta lấy c = 1.3 + : Hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, với thép có gờ =1 Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 197 Ngành kỹ thuật cơng trình N c (e - Z1 ) + a: Ứng suất cốt thép, σ a = Fa Z1 e: Khoảng cách từ lực dọc lệch tâm đến trọng tâm cốt thép dọc chịu kéo F a , e = e0 + 0.5×h - a = 1×27.9 + 0.5×50 – = 24.15 (cm) Z1: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép dọc chịu kéo đến điểm đặt hợp lực miền nén tiết diện có khe nứt Z1 xác định theo cơng thức thực nghiệm, Z1 = .h0 : hệ số phụ thuộc vào hàm lượng cốt thép chịu kéo Tra bảng (5-1) giáo trình Kết cấu Bê tơng cốt thép với Fa 3.93  0.08% ta có:  = 0.85 bh 100 46 Z1 = .h0 = 0.85×46 = 39.1  46970 (24.15  39.1)  4569.75 (DaN/cm2) 3.93 39.1 + 0: Ứng suất kéo ban đầu cốt thép trương nở bê tông Đối với kết cấu nằm nước o = 200 ( DaN/cm2 ) + Fa 3.93  0.08% < 2%, thỏa mãn yêu cầu bh 100 46 + d: Đường kính cốt thép, d = 10 (mm) Thay vào công thức (12-15) ta được: an = 1×1.3×1× 4569.75  200 7 (4  100 8 10  )  0.07 2100000 Bề rộng khe nứt giới hạn, tra phụ lục 17 - Giáo trình Kết cấu bê tơng cốt thép, kết cấu nằm nước, chịu áp lực ta a n= 0.25 (mm) Vì an < an gh nên kết cấu đảm bảo điều kiện ổn định trình làm việc khe nứt xuất Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 198 Ngành kỹ thuật cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình thuỷ công, tập I + II Đồ án môn học thuỷ cơng Giáo trình thuỷ lực, tập I + II Giáo trình học đất Giáo trình bê tơng cốt thép Giáo trình thuỷ văn cơng trình Các bảng tính thủy lực Cơng trình tháo lũ đầu mối cơng trình thủy lợi Kết cấu bê tơng cốt thép 10 Sổ tay tính toán thủy lực 11 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình thủy lợi QCVN 0405:2012/BNNPTNT 12 Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén 8216-2009 13 Quy phạm tính toán Thủy lực đập tràn QPTL C8 – 76 14 Quy phạm tải trọng tác dụng lên cơng trình thủy lợi QPTL C1-78 15 Hướng dẫn sử dụng Geo/slope 16 “Nối tiếp tiêu sau cơng trình tháo lũ” GS.TS Phạm Ngọc Quý Sinh viên: Dương Thị Huyền Trang Lớp: 51C – TL1 ... tích hồ chưa kể đến tổn thất: Bảng 4-1 Tính dung tích hiệu dụng hồ chứa chưa kể đến tổn thất hồ chứa theo phương án trữ sớm Tổng lượng nước STT Tháng (2) Phương án trữ sớm Nước Nước Nước Nước... hợp lượng nước tích hồ đạt V h lượng nước xả thừa ghi vào cột (8) lượng nước lũy tích trừ Vh Khi cấp nước lượng nước hồ chứa thời điểm tính tốn lượng nước cuối thời đoạn trước trừ lượng nước cần... năm hồ chứa có lần tích nước lần cấp nước xen kẽ tương ứng với lần thừa nước liên tục lần thiếu nước liên tục xen kẽ - Việc tích nước thực theo phương án: + Phương án trữ sớm: nước tích vào hồ