CSThietKeCTT chuong2

12/30/2019 KHOA TÀI NGUYÊN NƯỚC MÔN: CƠ SỞ THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH THỦY CHƯƠNG 2: TẢI TRỌNG VÀ LỰC TÁC DỤNG GV: Ths.NCS Lê Ngọc Anh Ths.NCS Lê Ngọc Anh 1 NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực 2.2 Xác định lực tác dụng lên cơng trình 2.2.1 Áp lực thủy tĩnh 2.2.2 Áp lực thủy động 2.2.3 Tác dụng sóng lên cơng trình 2.2.4 Áp lực bùn cát 2.2.5 Áp lực động đất (*) Ths.NCS Lê Ngọc Anh 2 12/30/2019 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực (1)  Khi thiết kế cơng trình thuỷ lợi để đảm bảo an toàn kinh tế, cần phải xác định tải trọng tác động lên cơng trình, mặt khác phải xác định trường hợp làm việc điển hình để chọn tải trọng đồng thời tác dụng lên cơng trình (tổ hợp tải trọng)  Giải vấn đề khơng đơn giản, địi hỏi người thiết kế phải nắm kỹ thuật thiết kế, đồng thời phải có kinh nghiệm thực tiễn nắm vững tình hình đặc điểm địa phương nơi xây dựng cơng trình Ths.NCS Lê Ngọc Anh 3 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực (2) I Phân loại tải trọng Tải trọng thường xuyên Gồm: trọng lượng cơng trình thiết bị cố định đặt cơng trình (cửa van, thiết bị đóng mở v.v ) Tải trọng tạm thời 2.1 Tải trọng tạm thời dài hạn  Áp lực nước, áp lực thấm ứng với mực nước dâng bình thường điều kiện thiết bị chống thấm tiêu nước làm việc điều kiện bình thường;  Trọng lượng đất áp lực bên nó; áp lực đất đá tác dụng lên vỏ đường hầm; Ths.NCS Lê Ngọc Anh 4 12/30/2019 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực (3) 2.1 Tải trọng tạm thời dài hạn (tt)  Áp lực đất phát sinh biến dạng kết cấu cơng trình, tải trọng bên khác;  Tải trọng gây kết cấu chịu ứng suất trước;  Áp lực đất phát sinh biến dạng kết cấu cơng trình, tải trọng bên ngồi khác  Áp lực bùn cát;  Lực gây áp lực dư kẽ rỗng đất bão hoà nước đất chưa cố kết hoàn toàn;  Tác động nhiệt lên cơng trình nền;  Tải trọng gió;  Tải trọng động sinh đường dẫn có áp không áp ứng với MNDBT Ths.NCS Lê Ngọc Anh 5 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực (4) 2.2 Tải trọng tạm thời ngắn hạn Gồm:  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 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 6 12/30/2019 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực (5) 2.3 Tải trọng tạm thời đặc biệt Gồm:  Tải trọng động đất nổ;  Áp lực nước tương ứng xảy lũ kiểm tra;  Tải trọng áp lực kẽ rỗng đất chưa cố kết hoàn toàn, ứng với mực nước lũ kiểm tra thiết bị tiêu nước làm việc bình thường, hay ứng với mực nước dâng bình thường thiết bị tiêu nước bị hỏng;  Áp lực nước thấm thiết bị chống thấm tiêu nước khơng làm việc bình thường; Ths.NCS Lê Ngọc Anh 7 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực (6) 2.3 Tải trọng tạm thời đặc biệt (tt)  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) Ths.NCS Lê Ngọc Anh 8 12/30/2019 2.1 Lực tác dụng tổ hợp lực (7) II Tổ hợp tải trọng Tổ hợp tải trọng Tổ hợp tải trọng = thường xuyên + tạm thời dài hạn + tạm thời ngắn hạn Tổ hợp tải trọng đặc biệt Tổ hợp tải trọng đặc biệt = + số tạm thời đặc biệt  Trong thiết kế cần phải tính tốn với nhiều tổ hợp tải trọng tổ hợp tải trọng đặc biệt khác để xác đinh tổ hợp tải trọng bất lợi  Thường tổ hợp tải trọng dùng để tính tốn kích thước cơng trình, tổ hợp tải trọng đặc biệt dùng để kiểm tra làm việc an tồn Ths.NCS Lê Ngọc Anh 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (1) 2.2.1 Áp lực thủy tĩnh H = H1 – H2 H1 o Áp lực nước: W1, W 2, W3, W4 o Áp lực bùn cát: Wb o Áp lực đẩy ngược nước: Wđn o Áp lực thấm W t Ths.NCS Lê Ngọc Anh α1 .H 10 10 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (2) §2.2.1 Áp lực thủy tĩnh (tt) a) Áp lực thủy tĩnh theo phương ngang 11 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 11 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (2) §2.2.1 Áp lực thủy tĩnh (tt) a) Áp lực thủy tĩnh theo phương ngang (tt) b) Áp lực thủy tĩnh theo phương thẳng đứng Thành phần thẳng đứng (W 3, W 4) trọng lượng khối nước abc, a’b’c’  W = Ths.NCS Lê Ngọc Anh 12 12 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (3) §2.2.2 Áp lực thủy động Khi nước đến gần vật cản cố định, ngồi áp lực thủy tĩnh cịn có thêm tác dụng lực bổ sung  áp lực thủy động P Sơ tính: Pd  C d F  V2 2g Trong đó: Cd: hệ số cản phụ thuộc vào hình dạng bao vật F: diện tích hình chiếu vật lên mặt phẳng vng góc với chiều dịng chảy : khối lượng riêng nước V: vận tốc trung bình dịng chảy 13 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 13 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (4) §2.2.3 Tác dụng sóng lên cơng trình I Các thơng số sóng Các thơng số sóng chiều cao sóng h, chu kỳ sóng , bước sóng , tốc độ gió w, thời gian gió thổi liên tục t, độ sâu nước hồ H, chiều dài đà sóng D Hướng gió đà sóng Ths.NCS Lê Ngọc Anh Các thơng số sóng 14 14 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (5) ≥ , Xác định thơng số sóng vùng nước sâu (  Xác định ) ; ; Tra đồ thị 3-6 gh   gD gH   gt gH     f  ,  ; f  ,   W   W W   W W  h g    W     gD gH  f  , ; W W   gt gH   f  ,   W W  gh  W2    W2  g  g W g   2 W     g   Xác định chiều cao sóng với xác suất p%: hp  K p h Xác định Kp cách tra đồ thị 3-5 theo xác suất p thông số 15 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 15 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (6) Xác định thơng số sóng vùng nước nông (  Xác định < , ) ; ; Giống trường hợp nước sâu  Xác định chiều cao sóng với xác suất p%: h p  K p h Kp tra đồ thị 3-5   gD   gH  K p   f  , P%  ;f  , P%    W   W Lưu ý: Sau xác định thơng số sóng cần kiểm tra lại điều kiện nước sâu hay nước nông Ths.NCS Lê Ngọc Anh 16 16 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (7) II Tác dụng sóng lên cơng trình có bề mặt thẳng đứng  Xác định áp lực sóng (PP N.N Zagriadscaia)  Áp lực ngang lớn sóng tính cho 1m chiều rộng h  Pmax  k d h  H   2   Momen áp lực sóng lấy đáy cơng trình  h hH H  M max  k m h    2   Biểu đồ áp lực sóng lên mặt đứng Trong đó: kd, km lấy theo đồ thị 3-7 d,e 17 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 17 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (8) III Tác dụng sóng lên cơng trình có mặt nghiêng 3.1 Xác định chiều cao sóng leo h sl1%  k1k k 3k k  h1% Trong đó: h1%: chiều cao sóng với xác suất 1% k4 : xác định theo đồ hình H.3-8 kα : hệ số phụ thuộc vào góc hướng gió pháp tuyến trục đập (αs) – (Tra bảng 3-3) k1,k2: phụ thuộc vào độ nhám mặt đập (tra bảng 3-1) k 3: hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió hệ số mái (tra bảng 3-2) Ths.NCS Lê Ngọc Anh 18 18 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (9) III Tác dụng sóng lên cơng trình có mặt nghiêng 3.2 Xác định áp lực sóng p  k k p .h h h  k no  0,85  4,8  m  0,028  1,15     L  nb Trong đó: knb: hệ số tra bảng h: chiều cao sóng m no : áp suất sóng tương đối lớn lên điểm m2  z2  A  1 m2  2m  A  B    1  m2 A  h  0, 47  0, 023  h  m2  l1  0,0125L  ;l  0,0265L l  0,0325L ;l  0,0675L Phân bố áp suất sóng lớn mái nghiêng bê tông   B  h  0, 95   0, 84 m  0, 25   h  Z3 = chiều cao sóng leo Ths.NCS Lê Ngọc Anh 19 19 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (10) Bảng tra xác định knb Bảng tra xác định p Ths.NCS Lê Ngọc Anh 20 20 10 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (11) §2.2.4 Áp lực bùn cát Áp suất bùn cát Biểu đồ áp lực phân bố có dạng hình tam giác p b   bh bb pb: áp suất bùn cát hướng ngang hb: độ sâu bùn cát : trọng lượng riêng bùn cát nước : hệ số áp lực bên đất (bùn cát lắng đọng) Hệ số áp lực bên đất ( ) tính theo Culơng:  Mặt thượng lưu đập thẳng đứng    b  tg  45   2  φ: góc ma sát đất  Mặt thượng lưu đập nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang        cos cos2 b Ths.NCS Lê Ngọc Anh 21 21 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (12) Bảng 3-3: Hệ số kα xác định chiều cao sóng leo Bảng 3-2: Hệ số k3 xác định chiều cao sóng leo Bảng 3-1: Hệ số k1, k2 xác định chiều cao sóng leo Ths.NCS Lê Ngọc Anh 22 22 11 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (13) Đồ thị xác định thơng số sóng 23 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 23 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (14) H 3-8 – Đồ thị xác định hệ số k4 Ths.NCS Lê Ngọc Anh 24 24 12 12/30/2019 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (15) Đồ thị 3-7 d Đồ thị 3-7 e Ths.NCS Lê Ngọc Anh 25 25 2.2 Xác định lực tác dụng tổ hợp lực (16) Bài tập Cho đập bê tơng có kích thước hình vẽ Xác định áp lực nước tác dụng lên cơng trình (tính cho b = 1m chiều rộng) Bùn cát có dung trọng đẩy γđ = 0,7 t/m3 góc ma sát φ = 200 Xác định:  Áp lực thủy tĩnh  Áp lực đẩy  Áp lực thấm (hệ số giảm áp lực α1 = 0.7)  Áp lực bùn cát Ths.NCS Lê Ngọc Anh 26 26 13