Nghiên cứu cơ sở khoa học của một số yêu cầu kỹ thuật thi công hạ chìm ống xi phông kết cấu thép trong TCVN8642 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - - VŨ ĐỨC TÀI NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ YÊU CẦU KỸ THUẬT THI CÔNG HẠ CHÌM ỐNG XI PHƠNG KẾT CẤU THÉP TRONG TCVN 8642-2011 Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM NGỌC KHÁNH TS PHẠM XUÂN KHANG Hà Nội – 2011 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đính nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH XI PHƠNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠ CHÌM 1.1 Sự phát triển cơng trình Xi phơng 1.2 Các phương pháp thi cơng hạ chìm Xi phông áp dụng 13 1.2.1 Phương pháp hạ chìm có gối đỡ 1.2.2 Phương pháp hạ chìm dùng phao 1.2.3 Phương pháp hạ chìm tự 1.2.4 Phương pháp hạ chìm dùng cần cẩu gối đỡ mang thiết bị nâng 1.2.5 Phương pháp kéo trượt ngang đáy sông 10 1.3 Sự quan trọng q trình hạ chìm xi phơng phương pháp hạ chìm tự 14 CHƯƠNG MỘT SỐ U CẦU KỸ THUẬT TRONG TÍNH TỐN HẠ CHÌM XI PHƠNG ĐƯỢC QUY ĐỊNH TRONG TCVN 8642-2011 VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ CÁC QUY ĐỊNH NÀY 2.1 Một số yêu cầu kỹ thuật quan trọng thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép quy định TCVN 8642 : 2011 27 2.1.1 Yêu cầu công tác chuyên chở đường ống từ nơi sản xuất đến cơng trường lắp ráp hồn thiện đường ống 28 Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học18C11 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ 2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật lắp ráp đường ống hào thi cơng trước hạ chìm 30 2.1.3 Yêu cầu kỹ thuật neo giữ ống xi phơng mặt nước chờ hạ chìm 35 2.1.4 Yêu cầu kiểm tra xác định trạng thái ứng suất – biến dạng đường ống xi phơng q trình hạ chìm 35 2.1.5 u cầu tính tốn xác định trạng thái ứng suất – biến dạng đường ống sau neo giữ lấp phủ bề mặt 35 2.2 Cơ sở khoa học số tiêu chuẩn quy định - Đặt tốn tính tốn để thực tiêu chuẩn quy định sở thuật toán phương pháp phần tử hữu hạn 38 2.3 Giới thiệu phần mềm sap2000 sử dụng luận văn 43 2.3.1 Hệ thống đơn vị (Unit Sytem) - SAP 2000 38 2.3.2 Hệ thống toạ độ (Coordinate Systems) 38 2.3.3 Chọn cửa sổ hình (Windows) 39 2.3.4 Tạo hệ lưới phẳng không gian 40 2.3.5 Chức vẽ phần tử 41 2.3.6 Chọn đối tượng để thực lệnh (xoá, gán, chép, nhân bản, di chuyển, ) 41 2.3.7 Xoá số phận kết cấu vẽ khôi phục phận vừa xoá) 41 2.3.8 Nhân số phận kết cấu 41 2.3.9 Chức chia phần tử dầm thành nhiều phần tử nhỏ 41 2.3.10 Chức di chuyển nút 41 2.3.11 Kết cấu mẫu 41 2.3.12 Định nghĩa đặc trưng hình học vật liệu phần tử 41 2.3.13 Gán đặc trưng hình học vật liệu vào phần tử kết cấu 41 Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học18C11 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ 2.3.14 Gắn liên kết 41 2.3.15 Định nghĩa trường hợp tải trọng 41 2.3.16 Gán tải trọng vào kết cấu 41 2.3.17 Tổ hợp tải trọng (Load Combinations) 41 2.3.18 Sắp xếp lại mã nút mã phần tử (Change Labels) 41 2.3.19 Kiểm tra số liệu nhập vào 41 2.3.20 Phân tích kết cấu mơ hình hoá 41 2.3.21 Hiển thị hình dạng biến dạng kết cấu 41 2.3.22 Hiển thị nội lực ứng suất thành phần kết cấu 41 2.4 Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để làm sáng tỏ sở khoa học yêu cầu kỹ thuật TCVN 8642:2011 nêu 41 2.4.1 Cơ sở khoa học yêu cầu kỹ thuật chuyên chở đường ống từ nơi sản xuất đến cơng trường lắp ráp hồn thiện đường ống 41 2.4.2 Cơ sở khoa học yêu cầu kỹ thuật lắp ráp đường ống hào thi cơng trước hạ chìm 41 2.4.3 Cơ sở khoa học yêu cầu kỹ thuật neo giữ ống xi phông mặt nước chờ hạ chìm 41 2.4.4 Cơ sở khoa học u cầu kỹ thuật tính tốn trạng thái ứng suất trình hạ chìm 41 2.4.5 Cơ sở khoa học u cầu tính tốn xác định trạng thái ứng suất – biến dạng đường ống sau neo giữ lấp phủ bề mặt 41 CHƯƠNG ÁP DỤNG TCVN 8642 : 2011 TÍNH TỐN THI CƠNG CƠNG TRÌNH XI PHƠNG SƠNG CHANH 3.1 Giới thiệu cơng trình xi phơng Sơng Chanh 44 3.1.1 Nhiệm vụ cơng trình 44 3.1.2 Hiện trạng cơng trình 44 Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học18C11 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ 3.2 Thơng số kỹ thuật chủ yếu cơng trình xi phơng sơng Chanh 44 3.3 Áp dụng TCVN 8642:2011 tính tốn phương án thi cơng hạ chìm xi phơng sơng Chanh 44 3.3.1 Các số liệu dùng để tính tốn 44 3.3.2 Tính tốn kê để nối ống hào lắp ráp 44 3.3.3 Tính tốn neo giữ ống mặt nước chờ hạ chìm 44 3.3.4 Tính tốn hạ chìm ống xi phơng 44 3.3.5 Tính tốn trạng thái ứng suất ống sau hạ chìm xong 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 86 Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 88 Tiếng Anh 89 Tiếng Nga 89 THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Danh sách cơng trình xi phơng xây dựng Việt Nam Bảng 2.1: Hệ số gối đỡ ko ( Theo TCVN 8642:2011) Bảng 3.1: Tải trọng tác dụng lên ơng neo THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Siphon Hình 2.1: Bố trí đầu cảm biến Hình 2.2: Sơ đồ giải tốn kết cấu theo phương pháp PTHH Hình 2.3: Dầm đặt gối cứng Hình 2.4: Sơ đồ tính ống dây neo Hình 2.5: Sơ đồ trình hạ chìm ống dài Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học18C11 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành Xây dựng cơng trình thuỷ Hình 2.6: Sơ đồ tính tốn đường ống hạ chìm tự dạng uốn cong hình chữ S Hình 2.7: Sơ đồ tính tốn đường ống hạ chìm tự ống có dạng cơng xơn bị uốn Hình 2.8 Sơ đồ hạ chìm xi phơng ống ngắn Hình 2.9: Sơ đồ tính tốn ứng suất biến dạng ống xi phông neo giữ tuyến thiết kế Hình 3.1 : Sơ bố trí dây neo cánh Hình 3.2 : Tải trọng tác dụng lên đường ống neo ngang sơng Hình 3.3 :Biểu đồ Mơmen xuất ống bố trí cáp Hình 3.4 :Biểu đồ lực cắt xuất ống bố trí cáp Hình 3.5 :Lực dọc xuất cáp neo bố trí cáp Hình 3.6 : Chuyển vị ống xi phơng bố trí neo Hình 3.7 : Sơ bố trí lại vị trí dây neo theo phân bố tải trọng Hình 3.8 : Tải trọng tác dụng lên đường ống neo ngang sông Hình 3.9 :Biểu đồ Mơmen xuất ống sau bố trí lại neo Hình 3.10 :Biểu đồ lực cắt xuất ống sau bố trí lại neo Hình 3.11: Lực dọc xuất cáp neo sau bố trí lại neo Hình 3.12: Chuyển vị ống xi phơng sau bố trí lại neo Hình 3.13: Ống xi phơng bị uốn cong hình chữ S Hình 3.14 Kết giải phương trình siêu việt tìm n Hình 3.15: Kết thúc giai đoạn Hình 3.16: Mơ hình tính tốn nội lực ống cố định hào Hình 3.17 :Biểu đồ Mơmen xuất ống cố định hào Hình 3.18 :Biểu đồ chuyển vị ống cố định hào Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học18C11 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thuỷ LỜI CẢM ƠN Trong q trình học tập nghiên cứu luận văn đề tài “Nghiên cứu sở khoa học số yêu cầu kỹ thuật thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép TCVN 8642 : 2011”, tác giả nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình, chu đáo nhà khoa học, chuyên gia đồng nghiệp Tác giả đặc biệt xin bày tỏ lòng cảm ơn tới thầy giáo Giáo sư, Tiến sĩ Phạm Ngọc Khánh tận tình hướng dẫn, bảo cho tác giả nhiều vấn đề quý báu nghiên cứu khoa học nói chung thân luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo khoa Cơng trình, mơn Sức bền-Kết cấu, phịng Đào tạo Đại học Sau đại học trường đại học Thuỷ Lợi tạo điều kiện giúp đỡ tác giả tài liệu, thơng tin khoa học kỹ thuật đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Do trình độ có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi tồn hạn chế, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp, trao đổi chân thành Tác giả hi vọng vấn đề tồn luận văn phát triển mức độ nghiên cứu sâu góp phần đưa kiến thức khoa học vào phục vụ sản xuất Hà Nội, tháng năm 2012 Vũ Đức Tài Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy MỞ ĐẦU Nước nơi bắt đầu sống Có lẽ mà sinh vật trái đất cần có nước để tồn Và người khơng ngoại lệ, văn minh lồi người ln bắt nguồn từ sông Như văn minh sông Ấn, văn minh sông Nil hay văn minh sông Hồng… Con người dùng nước để sinh hoạt, để sản xuất lương thực, để phát điện… Và để có nước sử dụng người xây dựng cơng trình dẫn nước từ hồ chứa nước tự nhiên nhân tạo kênh dẫn nước đường ống kín Đất nước Việt Nam có hệ thơng sơng ngịi dày đặc, q trình thi cơng cơng trình dẫn nước theo tuyến, việc phải dẫn nước vượt qua sông chuyện dễ gặp phải Một cơng trình sử dụng phổ biến để dẫn nước vượt qua sơng “Xi phông” Xi phông ống dẫn nước thép, bê tông vật liệu khác Các kỹ sư sử dụng xi phông cần dẫn nước luồn qua cơng trình khác hay luồn qua sông …để đảm bảo việc dẫn nước liên tục mà không làm ảnh hưởng đến làm việc bình thường cơng trình hay ảnh hưởng đến giao thơng thủy dịng sơng cần dẫn nước vượt qua Để thi cơng lắp đặt ông xi phông qua công trình khác, kỹ sư thường cắt cơng trình để xây lắp ống xi phơng sau xây hồn trả lại Ví dụ xi phông qua đường giao thông, kênh dẫn nước có trước,…kể cần thi cơng xi phơng qua sơng có mực nước tương đối nhỏ thay đổi người ta sử dụng phương pháp thi công Họ sử dụng đê Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy quây, sau bơm cạn nước khỏi hố móng tiến hành lắp đặt xây dựng đường ống xi phơng Nhưng trường hợp sơng có mực nước lớn, thi công phương pháp tốn Khi kỹ sư thường thi cơng lắp đặt ống xi phơng dịng nước chảy Trong trường hợp ống xi phông kết cấu thép lựa chọn tối ưu Để lắp đặt đường ống xi phông vào tuyến thiết kế dòng nước chảy việc không đơn giản Một phương pháp thường sử dụng phương pháp “hạ chìm” ống xi phông Nghĩa định vị ống vào tuyến mặt nước nhờ hệ thống neo, sau bơm nước vào ống để ống chìm dần xuống đáy vào tuyến hào thiết kế Trong trình hạ chìm ống xi phông dễ xảy cố, ống cong mức hay ống nằm lệch khỏi tuyến hào… Để thi cơng hạ chìm ống xi phông vào tuyến hào thiết kế mà khơng làm đường ống cong vênh, chí đứt gãy qua trình ống chìm xuống, yêu cầu người kỹ sư phải có đủ kiến thức chun mơn lĩnh vực Hiện nay, Bộ khoa học Công nghệ công bố TCVN 8642:2011 quy định yêu cầu kỹ thuật thi cơng hạ chìm ống xi phông kết cấu thép Việc ban hành tiêu chuẩn góp phần giúp kỹ sư Việt Nam giải tốn thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép Luận văn này, với mục đích nghiên cứu sở khoa học số yêu cầu kỹ thuật quan trọng TCVN 8642:2011 thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép áp dụng tiêu chuẩn tính tốn cụ thể cho cơng trình, giúp cho đơn vị có liên quan hiểu rõ quy định kỹ thuật tiêu chuẩn Từ áp dụng tiêu chuẩn vào để thiết kế, thẩm tra thi cơng hạ chìm ống xi phông kết cấu thép Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Tính cấp thiết Đề tài “TCVN 8642 : 2011, Thi công cơng trình thủy lợi – u cầu kỹ thuật thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép” tiêu chuẩn quốc gia vừa bạn hành Do việc nghiên cứu sở khoa học tiêu chuẩn giúp cho đơn vị có liên quan hiểu rõ áp dụng tiêu chẩn vào thực tế thi công hạ chìm cơng trình xi phơng Việt Nam vấn đề cấp thiết Đưa phương pháp tính tốn giải số tốn thực yêu cầu mà tiêu chuẩn quy định giúp đơn vị thiết kế thi công áp dụng thuận lợi Mục đích đề tài Ứng dụng kiến thức học để nghiên cứu sở khoa học số yêu cầu kỹ thuật thi công hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép TCVN 8642 : 2011 Đặt giải số toán làm sáng tỏ sở khoa học số quy định tiêu chuẩn giúp cho đơn vị liên quan hiểu rõ tiêu chuẩn áp dụng tiêu chuẩn vào thực tế Cung cấp sơ đồ tính toán thuật toán để giải số toán quy định tiêu chuẩn đặt Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu số yêu cầu kỹ thuật TCVN 8642 : 2011 – Yêu cầu kỹ thuật thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép Dựa sở môn học, đặt tốn, thiết lập thuật tốn trình bày phương pháp giải số tốn thi cơng hạ chìm ống xi phông kết cấu thép quy định TCVN 8642 : 2011 Học viên: Vũ Đức Tài Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy - Đoạn uốn cong phía bờ Bắc L = 7,00 m, góc uốn cong α =171075’ - Đoạn uốn cong phía bờ Nam L = 7,90m, góc uốn cong α =171057’ - Đoạn dài 442,30 m : Hai đầu có kính cong R = 800m - Tồn xi phơng làm thép CT3 gồm đường ống φ1200 mm, dày 12mm Các ống lắp ghép với hàn cứng Đoạn cửa - Chiều dài đoạn kênh cửa dài 26,40m - Cấu tạo bê tơng cốt thép, có dàn van cửa van, khơng bố trí hệ thống lưới chắn rác - Kích thước kênh cửa bxh = 2,0 x 1,7 m 3.3 Áp dụng TCVN 8642:2011 tính tốn phương án thi cơng hạ chìm xi phơng sơng Chanh 3.3.1 Các số liệu dùng để tính tốn Các đặc trưng ống - Đường kính ống D tr = 1,2 m - Đường kính ngồi ống D ng = 1,224 m - Chiều dày ống L =12 mm - Môđun đàn hồi E = 2,1*1010 KG/m2 - Diện tích mặt cắt ngang ống F = π (D ng - D tr 2)/4 = 0,0457m2 - Mô men quán tính mặt cắt ngang J = π (Dng4- Dtr4)/64 = 838623.10-8 m - Mô đun chống uốn mặt cắt ngang W = J/0.5D ng = 13703*10-6 m3 - Giới hạn chảy Học viên: Vũ Đức Tài σ 53 ch = 2700KG/cm Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy - Ứng suất cho phép : Khi hạ chìm [ σ ] = 0.85 σ ch = 2295KG/cm2 Khi vận hành [ σ ] = 0.4 σ ch = 1080KG/cm2 - Chiều dài ống + Toàn ống đo theo trục ống 457,2 m + Đoạn hạ chìm sông đo theo trục ống 409,82 m + Đoạn hạ chìm sơng đo theo mặt cắt ngang 409,32 m - Trọng lượng 1m dài ống có kể gân gia cường, gá giữ, nhựa đường vải quấn theo tài liệu thiết kế g ô = 385,2KG - Trọng lượng nước chứa đầy ống tính cho m dài G =3,14*1,22*1000/4=1130kG/m - Tổng trọng lượng ống xi phơng chứa đầy nước tính cho m dài là: G = 1515,2 kG/m - Tổng trọng lượng m ống xi phông thử áp lực là: 1515,2*6 = 9091,2 kG/m = 1Mpa.cm - Lực đẩy 1m dài ống xi phông nằm nước: P đn = 3,14*(1,224 + 0,004)2*1000/4 = 1183,75KG/m - Áp lực lên ống vừa chìm tới đáy hào chưa lấp đất chèn ống: p = g - p đn = 1515,25 - 1183,75 = 331,5KG/m Dây cáp neo - Dùng cáp lụa φ 20; - Mô đun đàn hồi E = 1,05.1010 (KG/m2); - Chiều dài cáp tính tốn l = 30 (m); - Các dây neo nối với tời đặt sàn lan sông Học viên: Vũ Đức Tài 54 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy 3.3.2 Tính tốn kê để nối ống hào lắp ráp Áp dụng TCVN 268-2011 ta có khoảng cách tối đa hai kê là: L≤ R 2W 0,1.10800.13703 = = 5405cm = 54m k0G 0,5.1 Do đoạn ống dài m nên hào đoạn ống cần bố trí kê để hàn lắp ráp Chú ý sử lý hào thi công trước đặt kê, đảm bảo khơng bị lún q trình lắp ráp thử áp lực 3.3.3 Tính tốn neo giữ ống mặt nước chờ hạ chìm Trường hợp bất lợi gió nước chảy chiều Theo tài liệu thiết kế lấy vận tốc gió v gió = 15 m/s tương ứng (lấy theo tài liệu thiết kế ): q g = 0,046 T/m Lực dòng nước tác dụng vào ống: q n = C X S.ρv / Vận tốc thuỷ trực tính theo cơng thức sau: h  v i =  i   h1  2/3 v1 đó: v i – vận tốc dịng nước mặt cắt i lấy theo tài liệu thiết kế; v , h - vận tốc độ sâu lịng sơng mặt cắt có độ sâu lớn v = 1m/s, h = 6,65 Kết tính tốn giá trị tải trọng cho bảng Trong bảng toạ độ x tính từ đầu ống đoạn hạ chìm, chiều sâu h tính từ kéo ống tuyến thiết kế h = 0,443m Học viên: Vũ Đức Tài 55 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ X (m) H (m) v m/s) 347 367 412 0,18 0,42 2,30 4,45 5,20 6,65 5,70 5,70 4,32 4,31 4,30 1,8 - 0,15 0,50 0,79 0,84 1,00 0,90 0,90 0,75 0,75 0,75 0,42 - - 17 Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy 37 57 87 127 147 207 257 311 qn (kg/m) - 55,4 138 156 222 179 179 125 125 125 39 - 46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 51 101 184 202 268 225 225 171 171 171 85 46 qg (kg/m) q (kg/m) Bảng 3.1: Tải trọng tác dụng lên ơng neo Sơ đồ tính tốn Bài tốn dây neo tính theo sơ đồ phẳng hình Sơ bố trí hệ thống neo Sau vào kết tính tốn sơ bộ, phân bố lại vị trí dây neo cho lực căng dây neo tương đương để tiện cho việc thi công Kết tính tốn hình * Sơ bố trí hệ thống gồm neo cách Hình 3.1 : Sơ bố trí dây neo cánh Học viên: Vũ Đức Tài 56 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Hình 3.2 : Tải trọng tác dụng lên đường ống neo ngang sơng Hình 3.3 :Biểu đồ Mômen xuất ống bố trí cáp Hình 3.4 :Biểu đồ lực cắt xuất ống bố trí cáp Hình 3.5 :Lực dọc xuất cáp neo bố trí cáp Học viên: Vũ Đức Tài 57 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Hình 3.6 : Chuyển vị ống xi phơng bố trí neo * Căn vào nội lực xuất hệ thông bố tri lại hệ thông neo sau : Hình 3.7 : Sơ bố trí lại vị trí dây neo theo phân bố tải trọng Hình 3.8 : Tải trọng tác dụng lên đường ống neo ngang sơng Hình 3.9 :Biểu đồ Mơmen xuất ống sau bố trí lại neo Học viên: Vũ Đức Tài 58 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Hình 3.10 :Biểu đồ lực cắt xuất ống sau bố trí lại neo Hình 3.11: Lực dọc xuất cáp neo sau bố trí lại neo Hình 3.12: Chuyển vị ống xi phơng sau bố trí lại neo 3.3.4 Tính tốn hạ chìm ống xi phơng Ứng suất cho phép hạ chìm [σ] = 2295KG/cm2 = 22950T/m Mô men uốn cho phép [M] = [σ] *W = 314Tm Bán kính cong cho phép [R] = E*Jx/[M] = 560m Lực đè p= g ô + g n + -p đn Học viên: Vũ Đức Tài 59 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy p = 0.3852 + 1,130 - 1,184 = 0, 3315T/m Lực đẩy q = p đn - g ô = 1,183 - 0,385 = 0,798 T/m Chiều dài giới hạn để phân biệt ống ngắn ống dài * (q / g o ) * [σ] * w /(g o + q ) *[1+(g o /q)*(1+ + q / g o / − q /( p + q ) )] [L ] = Thay số vào ta [ L ] = 100,95 m Với chiều dài ống 409,82m > 100,95 Như xi phông thuộc loại ống dài, chìm ống bị ốn cong dạng hình chữ S: x=c y=h y'=0 y q p x=0 y=0 y'=0 x b a R c Hình 3.13: Ống xi phơng bị uốn cong hình chữ S Độ sâu hạ chìm cho phép tính theo cơng thức: [H] = [σ]2 3150.ψ rfb δ [σ] - ứng suất cho phép hạ chìm, [σ] = mσ Học viên: Vũ Đức Tài 60 C = 0,85.2700kG / cm ; Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy r tb - bán kính trung bình ống, r tb = 60,6 cm δ - bề dày ống; δ = 1,2 cm p/q = 0,3315/ 0,798 = 0,415 ψ - hệ số phụ thuộc tỷ số lực đè lên đoạn ống có chứa nước p lực nâng tác dụng lên đoạn có chứa khơng khí ψ a = 2(n-1)/n(n+2 ψ b = -2(n-1)/n(3n-2) Giải phương trình xác định n: p (n − 1)(n − ) = 0,415 = (3n − 2) q Giải phương trình siêu việt ta n = 1,56 (xem hình 3.14), ψ a = 0,20416 ψ b = - 0,2679 Hình 3.14 Kết giải phương trình siêu việt tìm n Thay vào cơng thức tính độ sâu hạ chìm ta [h ] a = 815cm = 8,15m Học viên: Vũ Đức Tài 61 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy [h ] b = 457 cm = 4,57 m Vậy độ sâu hạ chìm cho phép là: [H] = 456,8cm Với trường hợp thiết kế, độ sâu hạ chìm là: h hc = ∇ − ∇ d + D = 8,13 − 0,72 = 7,41 > [H ] = 4,57 m Do phải hạ chìm bước sau: Giai đoạn Dùng hệ thống phao để hạ chìm ống xuống độ sâu 3m (Hình 3.15) Hình 3.15: Kết thúc giai đoạn Bơm nước vào để ống chìm xuống cách mặt nước 3m bị hệ thống phao giữ lại Lúc tồn phao giữ có tác dụng, xi phông nằm ổn định độ sâu 3m song song với đáy hào Giai đoạn Khi thuỷ triều xuống thấp nhất, phao giải phóng khỏi xi phơng từ hai bên, xi phơng tiếp tục tự chìm xuống đáy Tiếp tục bơm để ống ép chặt xuống đáy hào, việc hạ chìm kết thúc Học viên: Vũ Đức Tài 62 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy 3.3.5 Tính tốn trạng thái ứng suất ống sau hạ chìm xong Ứng suất cho phép vận hành [ σ ] = 0.4 σ ch = 1080KG/cm2 Tải trọng tác dụng lên ống bao gồm:  Trọng lượng thân ống;  Trọng lượng nước ống;  Lực đẩy nổi;  Trọng lượng khối đất đá đè lên ống Áp lực lên ống vừa chìm tới đáy hào chưa lấp đất chèn ống theo thiết kế là: p = g - p đn = 1515,25 - 1183,75 = 331,5KG/m Theo thiết kế lớp đất đá đè lên ống gồm: - Lớp đá hộc dày 0,60 m - Lớp thứ hai đá dăm dày 0,20 m - Lớp cát đen đệm đỉnh ống dày 0,30 m - Lớp nước xi phông 8,3 m Tổng trọng lượng lớp đất là: q = (γ *h + γ *h + γ *h + γ *h )*D ng q = (2400*0,60 + 2400*0,20 + 1800*0,30+ 1000*8,30)*1,224 q = 13170,24 KG/m Như tổng tải trọng tác dụng lên ống 13501,74 KG/m + Ống coi dầm đàn hồi với hệ số k Theo tài liệu thiết kế k = 20MN/m3 Ta tính độ cứng K = 2,448*106 KG/m Học viên: Vũ Đức Tài 63 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Bài tốn giải phương pháp PTHH chương trình SAP 2000 Kết giải ta được: M max = 121.619 KG.m Độ lún bằng: y = 6,21 cm Kiểm tra ứng suất: σ= M 12161900 = 888 kG / cm < [σ ] = 1080 kG / cm = 13700 W Hình 3.16: Mơ hình tính tốn nội lực ống cố định hào Hình 3.17 :Biểu đồ Mômen xuất ống cố định hào Hình 3.18 :Biểu đồ chuyển vị ống cố định hào Học viên: Vũ Đức Tài 64 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau thời gian giới hạn nghiên cứu luận văn với đề tài “Nghiên cứu sở khoa học số yêu cầu kỹ thuật thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép TCVN 8642 : 2011” tác giả đạt mục tiêu đề ra: - Giới thiệu tổng quan phương pháp hạ chìm ống xi phơng áp dụng - Nhận biết tầm quan trọng q trình hạ chìm ơng xi phơng thi cơng ông xi phông kết cấu thép - Nêu số yêu cầu kỹ thuật quan trọng trình hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép phân tích sơ khoa học yêu cầu kỹ thuật - Áp dụng dụng tiều chuẩn ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm SAP 2000 tính tốn cho cơng trình Xi phơng sơng Chanh để làm sáng tỏ cách tính tốn để thực quy định tiêu chuẩn - Kết mô tả chi tiết nội lực phát sinh ống xi phông kết cấu thép q trình thi cơng - Tác giả ndhận thấy tính tốn khả chịu lực kết cấu nên sử dụng phương pháp số, cho kết xác, tính nhiều trường hợp tổ hợp tải trọng khác nhau, tìm phương án tối ưu hóa cho cơng trình Đặc biệt mơ hình theo sơ đồ khơng gian xét làm việc đồng thời phận cơng trình KIẾN NGHỊ Trong thi cơng hạ chìm xi phơng, kỹ sư cần đưa nhiều phương án thi công khác phương án để cần phải tính tốn cụ thể, phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật TCVN 8642:2011 đề ra, để từ lựa chọn phương án tối ưu đảm bảo an tồn cho cơng trình Học viên: Vũ Đức Tài 65 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ môn Địa - Cơ - Nền móng - Trường Đại học Thủy lợi (1998), Giáo trình móng, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội Bộ môn Thuỷ công - Trường Đại học Thuỷ lợi (2004), Giáo trình thuỷ cơng tập 2, NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Xuân Bảo - Phạm Hồng Giang - Vũ Thành Hải - Nguyễn Văn Lệ - (1993), Phương pháp PTHH ứng dụng để tính tốn cơng trình thuỷ lợi, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội Giáo trình hướng dẫn sử dụng phần mềm SAP 2000 Phạm Hồng Giang - Nguyễn Khải - Phạm Ngọc Khánh - Nguyễn Văn Lệ (1993), Đàn hồi ứng dụng, NXB Nông nghiệp, Hà Nội GS.TS Phạm Ngọc Khánh (2002), Lý thuyết đàn hồi, NXB Nông nghiệp, Hà Nội GS.TS Phạm Ngọc Khánh (2007), Phương pháp số, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Tiêu chuẩn quốc gia - TCVN 8642 : 2011, Thi cơng cơng trình thủy lợi – u cầu kỹ thuật thi cơng hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép, Hà nội 2011 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (2002), Cơng trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu thiết kế TCXDVN 285:2002, NXB Xây dựng, Hà Nội 10 Tiêu chuẩn Việt Nam, Nền công trình thuỷ cơng TCVN 4253-86 Học viên: Vũ Đức Tài 66 Lớp: Cao học 18C11 Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy 11 PGS.TS Hồng Đình Trí, Giáo trình học kết cấu, NXB Nơng nghiệp, Hà Nội Tiếng Anh 12 O.C Zenkienwiez, The finite element method in engineering sicence, London 1983 Tiếng Nga 13 Lapo D.D Misenko C.C Tính tốn ổn định đường ống dẫn nước nằm đáy hồ Tạp trí thi cơng đường ống dẫn nước No5, 1964 14 Lêvin C.I Thiết kế thi công đường ống dẫn nước, NXB: Gostotex, Mockva 1960 Học viên: Vũ Đức Tài 67 Lớp: Cao học 18C11 ... 8642 -2011 VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ CÁC QUY ĐỊNH NÀY 2.1 Một số yêu cầu kỹ thuật quan trọng thi công hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép quy định TCVN 8642 : 2011 Hạ chìm ơng xi phơng công việc... Cơ sở khoa học yêu cầu kỹ thuật lắp ráp đường ống hào thi cơng trước hạ chìm 41 2.4.3 Cơ sở khoa học yêu cầu kỹ thuật neo giữ ống xi phông mặt nước chờ hạ chìm 41 2.4.4 Cơ. .. tài Ứng dụng kiến thức học để nghiên cứu sở khoa học số yêu cầu kỹ thuật thi công hạ chìm ống xi phơng kết cấu thép TCVN 8642 : 2011 Đặt giải số toán làm sáng tỏ sở khoa học số quy định tiêu chuẩn