Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy lợi (đại học thủy lợi)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ mơn: THỦY CƠNG BÀI GIẢNG: GIỚI THIỆU & CƠ SỞ THIẾT KẾ C.T.T.L Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH Giảng viên: NGŨN PHƯƠNG DUNG Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH Mục đích tính tốn: xác định nội lực, biến dạng chuyển vị cơng trình để đảm bảo đk độ bền ổn định • ĐK độ bền: đảm bảo ct ko bị phá hoại tác dụng ngoại lực • ĐK độ cứng: ko có chuyển vị bd vượt giới hạn cho phép, đbảo ct làm việc bt • ĐK ổn định: ct bảo tồn vị trí hình dạng ban đầu dạng cân trạng thái biến dạng Kết luận: đk độ bền => xđ nội lực đk độ cứng => cvi đk ƠĐ => lực tới hạn Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH • Lịch sử phát triển: Pp tất định - ƯS cho phép - hệ số an toàn chung Bậc Pp TTGH - Hệ số an toàn cục Bậc Pp độ tin cậy (xs thống kê) - Hàm phân bố chuẩn (B2) - Hàm ngẫu nhiên hoàn toàn (B3) Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRèNH Đ5-1: CC PHNG PHP TNH TON N NH ã Lịch sử phát triển:  Pp tất định: tt độ bền tính tốn đc mặc định suốt q trình làm việc CT  Pp TTGH: hệ số an toàn cục nc, Kn, m, n, Kvl, Xác định theo pp nửa thống kê  Pp độ tin cậy: xét chất thay đổi thường xuyên tải trọng tác động, tính chất VL, chất kết cấu, ĐK khai thác sử dụng => sử dụng lý thuyết xác suất để đánh giá độ tin cậy Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH I Phương pháp tất định: Phương pháp ứng suất cho phép: vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi! • Điều kiện bền • Ứng dụng: max  [] - tk cửa van kết cấu khác - tk sơ đập BT, BTCT Phương pháp hệ số an toàn (chung): * Điều kiện ổn định cơng trình là: K = Fgiữ / Ftrượt  [K] n c K n R K  N tt m PP hệ số an tồn PP trạng thái giới hạn Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH II TÍNH TỐN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN: Những luận điểm bản: nc.Ntt  m.R/Kn Sử dụng nhóm hệ số an toàn: + Hệ số tổ hợp tải trọng nc, (nc=1:tải trọng bản; 0,9:tải trọng đặc biệt; 0,95:thi công) + Hệ số điều kiện làm việc m, + Hệ số tin cậy Kn, theo TTGH2, Kn=1; (CT cấp I: Kn=1,25; cấp II: Kn=1,20; cấp III, IV, V: Kn=1,15) + Hệ số lệch tải n, (xem bảng sau) + Hệ số an toàn vật liệu KVL=1; (trạng thái giới hạn thứ nhất, với kết cấu kim loại, KVL=1,5) Các hệ số thay cho hệ số an tồn chung K Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH II TÍNH TỐN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN: Những luận điểm bản (tiếp): Hệ số điều kiện làm việc m (Theo TTGH thứ 2, lấy m = 1) ST T Loại cơng trình nền m Cơng trình bêtơng BTCT đất, đá nửa cứng Cơng trình bêtơng BTCT đá a Khi mặt trượt qua khe nứt đá b Khi mặt trượt qua mặt tiếp xúc bêtông đá 0,95 đá có phần qua khe nứt, phần qua đá nguyên khối Đập vòm cơng trình ngăn chống khác đá 0,75 Các mái dốc tự nhiên nhân tạo 1,00 1,00 1,00 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH II TÍNH TỐN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN: Những luận điểm bản (tiếp): Hệ số lệch tải n STT Loại tải trọng n Trọng lượng thân cơng trình Áp lực thẳng đứng trọng lượng đất 1,1 (0,9) Áp lực ngang đất 1,2 (0,8) Áp lực bùn cát 1,2 Áp lực thuỷ tĩnh, sóng gió, thấm 1,0 Tải trọng nhiệt, ẩm 1,1 Tải trọng động đất 1,1 1,05 (0,95) Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH II TÍNH TỐN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN: Các trạng thái giới hạn: a) Trạng thái giới hạn thứ nhất: Công trình, kết cấu làm việc bình thường điều kiện khai thác bất lợi Tác động vượt tt thì việc khai thác CT bị ngừng trệ (CT bị phá hoại) + Độ bền ổn định chung hệ cơng trình – nền, + Độ bền thấm chung cơng trình đất, + Độ bền phận ảnh hưởng trực tiếp đến làm việc cơng trình, + Ứng suất, chuyển vị kết cấu phận định độ bền độ ổn định cơng trình chung 10 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT III TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT HỖN HỢP: * Công thức kiểm tra ổn định: R n c K n K  N tt m - Lực chống trượt: R = (TBtgI + CI)B2L + ghB1L - Lực gây trượt: Ntt = Q + gh - ứng suất tiếp giới hạn phần trượt ép trồi (gh Theo Quy phạm "Nền các cơng trình thuỷ cơng" ) + L - chiều dài đáy móng thẳng góc với lực gây trượt (bài toán phẳng lấy L = 1) + TB - ứng suất đáy móng trung bình phạm vi B2 38 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT III TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỒ TRƯỢT HỖN HỢP: B /B B /B 1 a) b)  k  p p a) Đất có tgI > 0,45; b) Đất có tgI  0,45 B1 xác định theo giá trị TB = P/(BL), tra đồ thị  K  N  B. I lim ; P: ưs phápTB đáy móng 39 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỒ TRƯỢT SÂU: O O  r x0  R i R  x1   b Q y0 P P1 Q T2 Q1 i D N B T1 G N1 P1 Nền đồng chất Q1 i D Q1  1 ,c  2 ,c Wth Pi Si  3 ,c Nền không đồng chất * Áp dụng phương pháp gần đúng M.M.Grisin, xem mặt trượt (trong toán phẳng) cung tròn qua điểm đầu đáy móng cơng trình 40 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền đờng chất: (35, 36, 37, 38) O   R  x1 r x0 Q y0 P P1 T2 Q1 i D N B T1 N1 P1 G Q1 Wth 41 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền đờng chất: (Hình vẽ) Các lực tác dụng bao gồm: - Hợp lực P lực thẳng đứng có tay đòn đến điểm đầu cung trượt (điểm I) x0 - Hợp lực Q lực nằm ngang, có tay đòn đến điểm I y - Trọng lượng đất nằm cung trượt, tính theo dung trọng đẩy  .  G   dn   sin .cos   R  180    42 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền đờng chất: (Hình vẽ) Các lực tác dụng bao gồm: - Áp lực thấm phần cung trượt, có thể tính gần đúng: Wth = nJii n - trọng lượng riêng nước; Ji - gradien thấm ô lưới thứ i; i - diện tích lưới thứ i Hợp lực Wth có cánh tay đòn đến O r - Ta dời song song hệ lực (P, Q) đến vị trí (P1, Q1) có Q1 qua điểm I, điểm đặt P1 Q xác định tay đòn đến điểm I là: x1  x  y P 43 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền đờng chất: (Hình vẽ) - Trượt lực P1 dọc theo giá nó, cắt cung trượt B, phân tích lực P1 thành phần: + Thành phần pháp tuyến: N1 = Pcos; + Thành phần tiếp tuyến: T1 = Psin - Trượt lực Q1 dọc theo giá nó đến cuối cung trượt D; phân tích lực Q1 hai thành phần: + Thành phần pháp tuyến: N2 = Qsin; + Thành phần tiếp tuyến: T2 = Qcos 44 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền đờng chất: (Hình vẽ) Xét trường hợp cân giới hạn, lực tác dụng lên cung trượt gồm có: - Các lực ma sát lực theo hướng pháp tuyến sinh ra: S1 = N1tg = Pcostg S2 = N2tg = Qsintg S3 = Gtg;  - góc ma sát đất - Lực dính dọc theo cung trượt: Fc = 2RC + 2R - chiều dài cung trượt; + C - lực dính đơn vị 45 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền đờng chất: Hệ số an toàn ổn định xác định theo công thức: M ct K at  M gt + Mct - mômen chống trượt: Mct = S1R + S2R + S3R + 2RCR + Mgt - mômen gây trượt: Mgt = T1R + T2R + Wthr - Vậy công thức xác định hệ số an toàn là: (P cos   Qsin   G)tg  2Rc n c K n  K cp  K at  m Q cos   P sin   Wth r / R 46 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền khơng đờng chất: (41, 42, 43) O   R i b Q i D Q1  1 ,c  2 ,c Pi Si  3 ,c 47 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền khơng đờng chất: (Hình vẽ) - Nền có nhiều lớp đất có tiêu lý khác (j, j, Cj) thì phải chia khối trượt thành nhiều dải thẳng đứng có chiều rộng b - Xét cân mômen chống trượt đẩy trượt dải đất đó lực thẳng đứng truyền xuống đáy dải là: Pi = Pin + Piđ + Pin - tải trọng thẳng đứng phần áp lực ngoài tác dụng mặt đỉnh dải + Piđ - trọng lượng dải đất: Piđ= b(1Z1 + 2Z2 + )i 48 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền khơng đờng chất: (Hình vẽ) - Phân tích lực Pi thành phần: + Thành phần pháp tuyến: Ni = Picosi; + Thành phần tiếp tuyến: Ti = Pisini i - góc định vị dải thứ i - Tổng lực ngang Q cũng dời xuống mặt nền, trượt dọc theo giá nó đến cuối cung trượt D; phân tích lực Q hai thành phần: + Thành phần pháp tuyến: N2 = Qsin; + Thành phần tiếp tuyến: T2 = Qcos 49 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Trường hợp nền không đồng chất: (Hình vẽ) Hệ số an toàn ổn định xác định theo công thức: Pi cos i tgi  ciS i  Qsin tg1 n c K n  K cp  K at  m Pi sin i  Q cos  + i, Ci - góc ma sát lực dính đơn vị lớp đất đáy dải thứ i; + Si - chiều dài đáy dải thứ i 50 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Tính ởn định mái dớc đập đất: + Hệ số an toàn ổn định: M  K M c  [ K] t + Chia phần đất trượt thành nhiều dải có chiều rộng R b m m – lấy 10  20 51 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỜ TRƯỢT SÂU: Tính ởn định mái dớc đập đất (tiếp): + Gn = b.( 1.hn’ +  2.hn’’ +  3.hn’’’ + ) + Gn => Tn = Gn.sinn; Nn = Gn.cosn n n Sin n  vµ Cos n     m m + Lực thấm tác dụng lên khối đất trượt là: W = n..Jtb N n tg n  C n l n K  [K ] r1 r2 Tn   n 1 J   n  J R R 52 ... chung hệ cơng trình – nền, + Độ bền thấm chung cơng trình đất, + Độ bền phận ảnh hưởng trực tiếp đến làm việc cơng trình, + Ứng suất, chuyển vị kết cấu phận định độ bền độ ổn định cơng trình chung... ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH Mục đích tính tốn: xác định nội lực, biến dạng chuyển vị cơng trình để... CỦA CƠNG TRÌNH §5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH §5-2: ỔN ĐỊNH CỦA CƠNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐÁ §5-3: ỔN ĐỊNH CỦA C.TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT 27 Chương 5: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CƠNG TRÌNH