Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy lợi 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ mơn: THỦY CƠNG BÀI GIẢNG: GIỚI THIỆU & CƠ SỞ THIẾT KẾ C.T.T.L Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI Giảng viên: NGUYỄN PHƯƠNG DUNG Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG, TỔ HỢP TẢI TRỌNG §4-2: ÁP LỰC THỦY TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG §4-3: ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THỰC, H TƯỢNG HĨA KHÍ §4-4: ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG VÀ ÁP LỰC SĨNG §4-5: ÁP LỰC BÙN CÁT §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG Đ ĐẤT §4-7: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG TẢI TRỌNG ẢNH HƯỞNG - Lực hấp dẫn - Trọng lượng thân - Nội lực, ứng suất - Nước - Áp lực thủy tĩnh - Nội lực, ứng suất - Gió - Tải trọng gió - Nội lực, ứng suất - Thấm - Áp lực thấm - Nội lực, ứng suất - Dòng chảy - Áp lực thủy động - Nội lực, ứng suất - Nhiệt… - Ứng suất… Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG I CÁC LOẠI TẢI TRỌNG: - Tải trọng thường xuyên - Tải trọng tạm thời (dài hạn, ngắn hạn, đặc biệt) Tải trọng thường xuyên: - Trọng lượng thân cơng trình, - Các thiết bị cố định đặt bên cơng trình: (cửa van thiết bị đóng mở, thiết bị quan trắc) Tải trọng tạm thời dài hạn: - Áp lực nước, áp lực thấm - ứng với MNLTK, thiết bị chống thấm tiêu nước làm việc bình thường - Trọng lượng đất áp lực bên đất đá Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG I CÁC LOẠI TẢI TRỌNG (tiếp): Tải trọng tạm thời dài hạn (tiếp): - Tải trọng gây kết cấu chịu ứng suất trước - Áp lực đất phát sinh biến dạng, tải trọng khác gây - Áp lực bùn cát - Áp lực kẽ rỗng đất (trong điều kiện bình thường) - Tác động nhiệt lên cơng trình - Áp lực sóng tính với gió bình qn nhiều năm - Tải trọng gió - Tải trọng động đường dẫn TL có MNĐBT Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG I CÁC LOẠI TẢI TRỌNG (tiếp): Tải trọng tạm thời ngắn hạn: - Tải trọng tàu thuyền vật trôi (neo buộc, va đập) - Tải trọng thiết bị nâng, bốc dỡ, vận chuyển máy móc, kết cấu khác - Áp lực nước va thời kỳ khai thác bình thường Tải trọng tạm thời đặc biệt: - Tải trọng động đất nổ - Áp lực nước tương ứng xảy lũ kiểm tra - Áp lực kẽ rỗng đất (trong điều kiện đặc biệt) Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG I CÁC LOẠI TẢI TRỌNG (tiếp): Tải trọng tạm thời đặc biệt (tiếp): - Áp lực nước thấm thiết bị chống thấm tiêu nước không làm việc bình thường - Áp lực sóng xảy gió tốc độ lớn thiết kế - Áp lực nước va đột ngột cắt toàn phụ tải - Tải trọng động sinh đường dẫn nước thượng lưu có mực nước lũ thiết kế - Áp lực phát sinh mái đất mực nước sông, hồ bị hạ thấp đột ngột (rút nhanh) Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG II TỔ HỢP TẢI TRỌNG: Tổ hợp tải trọng bản: Bao gồm - Các tải trọng tác động thường xuyên, - Các tải trọng tạm thời dài hạn, tạm thời ngắn hạn Mà đối tượng thiết kế phải tiếp nhận đồng thời Tổ hợp tải trọng đặc biệt: - Gồm tải trọng tổ hợp tải trọng bản, (hay nhóm) chúng thay tải trọng tạm thời đặc biệt - Trường hợp tải trọng có xét thêm tải trọng động đất nổ xếp vào loại tổ hợp đặc biệt Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG II TỔ HỢP TẢI TRỌNG (tiếp): Một số ý: - Trong thiết kế cần phải tính tốn với nhiều tổ hợp tải trọng để xác định tổ hợp tải trọng bất lợi - Thường tổ hợp tải trọng dùng để thiết kế, tổ hợp tải trọng đặc biệt dùng để kiểm tra - Trong tính tốn: + Với tổ hợp tải trọng bản, lấy nc = 1,0; + Với tổ hợp tải trọng đặc biệt, lấy nc = 0,9; + Với tổ hợp tải thi công với hệ số nc = 0,95 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG, TỔ HỢP TẢI TRỌNG §4-2: ÁP LỰC THỦY TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG §4-3: ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THỰC, H TƯỢNG HĨA KHÍ §4-4: ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG VÀ ÁP LỰC SĨNG §4-5: ÁP LỰC BÙN CÁT §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG Đ ĐẤT §4-7: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT 10 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-5: ÁP LỰC BÙN CÁT - Áp suất bùn cát ngang (pb) độ sâu bùn cát hb xác định theo công thức: pb = b.hb.b b: trọng luợng riêng bùn cát nước b = tg2(45o - /2): hệ số áp lực bên bùn cát : góc ma sát của bùn cát - Đối với mặt thượng lưu đập nghiêng góc  so với mặt phẳng ngang, đó:   b  cos 2   cos - Áp lực bùn cát theo phương đứng lên cơng trình trọng lượng bùn cát nước có tác dụng lên bề mặt cơng trình 41 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG, TỔ HỢP TẢI TRỌNG §4-2: ÁP LỰC THỦY TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG §4-3: ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THỰC, H TƯỢNG HĨA KHÍ §4-4: ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG VÀ ÁP LỰC SĨNG §4-5: ÁP LỰC BÙN CÁT §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT §4-7: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT 42 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT I ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT:  Hiện tượng đđ - Động đất tượng tự nhiên hình thành sóng dao động tác dụng vào bề mặt trái đất, vỏ trái đất bị rung chuyển - Nguyên nhân: Nội sinh, Ngoại sinh, nhân sinh - Khi có động đất, cơng trình chịu tải trọng động, thân cơng trình phát sinh ứng suất động nén kéo - Độ động đất: thang Richter (cấp 1-9); thang MSK cấp); thang EMS98; thang MM; thang Shindo 43 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT I ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT: • Tính tốn: - Thường dùng phương pháp tĩnh lực để tính tốn động đất tương đối đơn giản; phương pháp động lực có nhiều khó khăn mặt tốn học, quan trắc động đất nên dùng • Với cơng trình thủy lợi: - Tra cấp động đất vùng để đưa tải trọng động đất vào tổ hợp tt đặc biệt 44 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: Lực quán tính động đất: G Fđ       k    G g G: trọng lượng công trình, g: gia tốc trọng trường, k =  / g: hệ số động đất,  = 1+0.5(h/ho) hệ số đặc trưng động lực h: khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt nền, ho: khoảng cách từ trọng tâm cơng trình đến mặt Cấp động đất Hệ số động đất k 0,01 0,025 0,05 0,10 45 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: Áp lực nước tăng thêm động đất : a) Mái TL thẳng đứng: Áp suất nước tăng thêm tính theo cơng thức: pđ  0,9.k  H1 y y: cột nước tính tốn Wđ  0,54  k    H 46 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: Áp lực nước tăng thêm động đất (tiếp): a) Mái TL thẳng đứng (tiếp): Hoặc tính theo quy luật đường thẳng: pđ  k  y y: cột nước tính toán Wđ  0,5  k    H 47 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: Áp lực nước tăng thêm động đất (tiếp): b) Mái TL thẳng nghiêng: Áp suất nước tăng thêm tính theo cơng thức: pđ  C.k. y y: cột nước tính tốn, C: hệ số khơng thứ nguyên 48 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: Áp lực nước tăng thêm động đất (tiếp): b) Mái TL thẳng nghiêng (tiếp): Cm C  y  y       H1   H     y y     H1  H1    Cm: giá trị lớn C, tra biểu đồ sau: 49 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: (1) Giá trị lớn Cm, (2) Giá trị Cm đập 50 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: Áp lực đất tăng thêm động đất: a) Áp lực đất có động đất: Áp suất chủ động p’cđ áp suất bị động p’bđ đất tính theo cơng thức: p’cđ = (1 + 2k.tg).pcđ p’bđ = (1 - 2k.tg).pbđ pcđ pbđ: áp suất chủ động bị động khơng có động đất; : góc ma sát đất 51 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: Áp lực đất tăng thêm động đất: b) Áp lực đất tăng thêm có động đất: Áp suất chủ động p’cđ áp suất bị động p’bđ đất tính theo cơng thức: pcđđ = 2k.tg.pcđ pbđđ = - 2k.tg.pbđ pcđ pbđ: áp suất chủ động bị động khơng có động đất; : góc ma sát đất 52 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT II TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT: 53 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-1: CÁC LOẠI TẢI TRỌNG, TỔ HỢP TẢI TRỌNG §4-2: ÁP LỰC THỦY TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG §4-3: ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THỰC, H TƯỢNG HĨA KHÍ §4-4: ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG VÀ ÁP LỰC SĨNG §4-5: ÁP LỰC BÙN CÁT §4-6: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT, TẢI TRỌNG Đ ĐẤT §4-7: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT 54 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI §4-7: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT - Sự thay đổi nhiệt độ phát sinh ứng suất, biến dạng kết cấu bên cơng trình - Biến dạng không đều, khớp nối, khe nối bị phá hủy làm hư hỏng liên kết - Chênh lệch nhiệt độ gây ứng suất nhiệt làm bê tông bị nứt nẻ - Hiện tượng bê tông bị nứt khớp nối bị phá hỏng làm cho chức chống thấm cơng trình bị suy giảm, làm giảm chất lượng tuổi thọ cơng trình 55 ... TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4 -2: ÁP LỰC THỦY TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG I ÁP LỰC THỦY TĨNH: 14 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4 -2: ÁP LỰC THỦY TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG... TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG I ÁP LỰC THỦY TĨNH: Xác định áp lực thủy tĩnh tác dụng lên mặt cong AB: 12 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4 -2: ÁP LỰC THỦY TĨNH VÀ THỦY ĐỘNG I ÁP LỰC THỦY... H  2h1%) 0,3 0 ,2 0 ,2 0,3 0,5 1,0 50 30 20 15 10 2, 0 3,0 5,0 10 20 30 1% (30) (21 ) (15) (13) (9,7) (7) m 35 Chương 4: TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CƠNG TRÌNH THỦY LỢI §4-4: ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG VÀ