4.6.1.1.Các trường hợp tính toán
- Thượng lưu là MNDBT, đóng cửa van ( tổ hợp lực cơ bản).
- Thượng lưu là MNDBT, cửa van đóng, có động đất ( tổ hợp lực đặc biệt).
- Thượng lưu là MNLTK, cửa van mở (tổ hợp lực cơ bản).
Về nguyên tắc ta phải tính toán với các tổ hợp lực khác nhau để đảm bảo tràn làm việc an toàn và ổn định trong mọi trường hợp tuy nhiên trong đồ án này em tiến hành tính toán ổn định cho hai trường hợp đầu tiên.
4.6.1.2. Số liệu tính toán
- MNDBT = 36,45 m.
- Cột nước trước tràn: Htr = 6 m.
- Chiều dài (theo chiều dòng chảy) δ = 20m,
- Chiều rộng (theo hướng trục đập): Btr = 14 m.
- Bán kính cửa van: R = 8 m.
- Bê tông M200 có dung trọng: γ = 2,5 (T/m3).
4.6.1.3. Phương pháp tính toán
Theo TCXDVN 285-2002, ta có điều kiện về ổn định chống trượt và lật là: nc.Ntt ≤ R k m n (4- 11)
hoặc là: K = NR ncmkn tt . ≥ (4- 12) Trong đó:
- K: hệ số an toàn chung của công trình.
- nc: hệ số tổ hợp tải trọng:
+) Với tổ hợp tải trọng vơ bản: nc = 1,00. +) Với tổ hợp tải trọng đặc biệt: nc = 0,90.
- Ntt: giá trị tính toán của các lực gây trượt.
- R: giá trị tính toán của các lực chống trượt giới hạn.
- kn: hệ số tin cậy, với công trình cấp III thì kn = 1,15.
- m: hệ số điều kiện làm việc, m = 1.
• Trường hợp 1:Thượng lưu là MNDBT, đóng cửa van ( tổ hợp lực cơ bản).
Hình 4-5: Sơ đồ tính các lực tác dụng lên ngưỡng tràn
• Xác định các lực thẳng đứng
+) Trọng lượng phần nước thượng lưu tác dụng lên ngưỡng tràn PN = γn.F.Σb = 1.38,88.18 = 644(T).
+) Trọng lượng cửa van tác dụng lên ngưỡng: Gv = 67,04 (T). Gv có điểm đặt cách tâm quay một đoạn là 3,53m.
Ta có điểm đặt của Gv cách mép hạ lưu một đoạn là: L = 4,84m. +) Trọng lượng tràn: PTR = γbt.F.∑b = 2,5.4,92.18 = 688,8 (T). +) Trọng lượng cầu giao thông:
Ggt = 2,22.18.2,5 = 99,9 (T). +) Trọng lượng cầu công tác:
Gct = 2,5.15,26 = 38,15 (T) +) Trọng lượng cầu thả phai:
Gph = γbt.Fph.Lph = 2,5.(2.0,36).18 = 32,4(T) +) Trọng lượng trụ pin và trụ biên của tràn:
Gmtr = F.(ttrụ pin + 2.ttrụ biên).γbt= 2,5.(20.2+2.1.20).18 =
3600(T).
+) Áp lực thấm đẩy ngược được phân bố theo dạng tam giác, giá trị lớn nhất là ở chân đập phía thượng lưu và được tính theo công thức:
Wth = 0,5.γn.Htl.L.B = 0,5.1.(6+2).20.18 = 1440 (T). Wth có điểm đặt cách mép hạ lưu tràn một khoảng là 6,67(m). +) Áp lực đẩy nổi:
Wđn = γn.B.Hhl.L = 1.18.2.20 = 720(T).
Wđn có điểm đặt cách mép hạ lưu tràn một khoảng là 10(m).
+) Vì dưới tràn có làm chân khay sâu 1(m) cắm vào nền đá nên có thêm trọng lượng phần đá giữa hai chân khay của tràn:
PĐ = γbh.Fch.k.B = 2,6.13,072.18 = 611,676 (T).
+) Áp lực nước thượng lưu tác dụng theo phương thẳng đứng lên cửa van:
W = FΣb.γn = 12,94.14.1 = 181,16(T).
• Xác định các lực nằm ngang
+) Áp lực nước thượng lưu
W1 = 0,5.γn.H2.B = 0,5.1.82.18 = 576 (T). Trong đó:
H: Là cột nước trước tràn tính đến đáy chân khay. B: là bề rộng tràn, kể cả mố trụ và mố bên.
W1 có điểm đặt cách đáy tràn một khoảng là H/3 = 2,67 (m). +) Áp lực nước hạ lưu:
W2 = 0,5.γn.Hhl2.B = 0,5.1.22.18 = 36(T). Trong đó:
Hhl: là cột nước ở hạ lưu tính đến đáy chân khay, lấy Hhl = 2m.
W2 có điểm đặt cách đáy tràn một khoảng là Hhl/3 = 2/3 = 0,67(m). +) Áp lực sóng lớn nhất tác dụng lên tràn: Ws = Kđ.γn.h.(H1 + 2 h ).B1 Trong đó:
H1: Chiều cao cột nước trước cửa van. H1 = 6m. B1: chiều rộng tràn không kể đến mố bên.
h: chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1% ( h = hs1% = 0,742m).
Kđ: là hệ số phụ thuộc vào trị số (λ/H;h/λ). Tr đồ thị hình P2- 4 (sách đồ án môn học thuỷ công) ta được Kđ = 0,25.
Vậy Ws = 0,25.1.0,742.(6 + 2 742 , 0 ).16 = 18,91 (T). Mômen lớn nhất đối với chân đập do sóng gây ra là:
Mmax = Km.γn.h.( 2 2 . 6 2 1 1 2 hH H h + + ).B1
Trong đó:
Km là hệ số tra ở đồ thị hình P2-4 (sách đồ án thuỷ công) ta được Km = 0,2.
Vậy Mmax = 0,2.1.0,742.(0,742 0,742.6 62
6 + 2 + 2 ).16 = 41,002 (T.m).
Khoảng cách từ điểm đặt Ws đến chân đập là Mmax/Ws = 41,002/16,167 = 2,54 (m). Bảng 4.7: Bảng tổng hợp các lực tác dụng lên ngưỡng tràn (TH1) TT Lực tác dụng Giá trị tiêu chuẩn(T) Hệ số lệch tải Giá trị tính
toán(T) Mômen với điểmO
(+) (+) (+) (+) Cánh tay đòn M(+) 1 Gv 67.04 0.95 63.69 -0.4 -25.48 2 Ggt 99.9 0.95 94.91 -6.44 -611.19 3 Gmtr 3600 0.95 3420.00 0 0 4 Gct 28.15 0.95 26.74 2.34 62.58 5 Gtp 32.4 0.95 30.78 8.14 250.55 6 PĐ 286.4 0.95 272.08 0 0 7 PN 644 1 644.00 12.22 7869.68 8 Ptr 1377.6 0.95 1308.72 0 0 9 W -181.16 1 -181.16 1.86 -336.96 10 Wth -1440 1 -1800.00 3.33 -5994.0 11 Wdn -720 1 -720.00 0 0 12 W1 576 1 576 2.67 1537.92 13 Ws 18.910 1 18.91 3 56.73 14 W2 -36 1 -36 0.67 -24.12 Σ 3159.76 558.91 2785.72
Với quy ước giá trị M có giá trị (+) khi quay ngược chiều kim đồng hồ, có giá trị (-) khi quay cùng chiều kim đồng hồ.
• Tính ứng suất đáy móng tràn
Ứng suất đáy móng tràn được xác định theo công thức nén lệch tâm: W min max, = ∑ ±∑Mo F G σ (4-13) ↓ → ↓ →
Trong đó:
∑G: tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên đáy móng. ∑M0 : tổng mômen các lực lấy đối với tâm đáy móng. F: diện tích đáy móng; F = 18 x20= 360(m2).
W: mômen chống uốn đáy móng lấy đối với trục oy đi qua tâm móng: W = 6 .L2 B = 18.202 6 = 400 (m3). Dựa vào kết quả ở bảng 4-14, ta có:
ΣG = 3159,76 (T). ΣMo = 2787,72 (T.m). Thay các giá trị đã có vào công thức (4-14) ta được: σmax = 3159,76 360 + 2787, 72 400 = 17,64(T/m2). σmin = 3159,76 360 - 2787, 72 400 = 1,81(T/m2).
*) Xác định sức chịu tải của nền để phán đoán khả năng trượt của tràn
Vì tràn được đặt trên nền đá riôlít xanh tươi, ít nứt nẻ, có cường độ kháng nén là R = 6000(T/m2), nên ta lấy cường độ kháng nén của lớp bê tông lót dưới móng tràn để kiểm tra.
Với bê tông M100 thì ta có R = 450 (T/m2).
So sánh thấy σmin > 0; σmax < 1,2R ⇒ Nền đảm bảo được yêu cầu
về chịu tải.
• Kiểm ta ổn định về trượt phẳng
Vì tràn được xây dựng trên nền đá tươi, ít nứt nẻ nên ta tiến hành kiểm tra cho trường hợp mặt trượt nằm ngang.
Công thức kiểm tra trong trường hợp này là:
K = tg . G C F.
P
φ∑ +
∑
Trong đó:
tgφ: lấy bằng 0,85( Với nền là đá riôlít tươi, ít nứt nẻ) ΣG: tổng các lực tác dụng theo phương đứng.
ΣP: tổng các lực tác dụng theo phương ngang. C: lực dính bão hoà của đá, C = 20(T/m2). Ta có: K = 0,85.3159,76 20.10.18558,91+ = 4,8 > [ ]K =
m K nc. n
= 1,15.
⇒ Ngưỡng tràn đảm bảo điều kiện ổn định về trượt phẳng.
• Kiểm tra điều kiện về chống lật
Do σmin = 1,84 (T/m2) >0 nên ngưỡng tràn đảm bảo điều kiện về chống lật.
* Trường hợp 2: Thượng lưu là MNDBT, cửa van đóng, có động đất
(tổ hợp tải trọng đặc biệt)
• Các lực tác dụng lên công trình
Các lực tác dụng lên công trình bao gồm tất cả các lực như đã tính toán ở trường hợp 1, ngoài ra trong trường hợp này còn có thêm các lực sinh ra khi có động đất.
+) Lực quán tính của công trình do động đất gây ra:
F = k.α.G (4-15) Trong đó: G: trọng lượng công trình. k: hệ số động đất, với động đất cấp 7 thì k = 0,025 (Tra bảng 3-7 sách thuỷ công-T1)
α: hệ số đặc trưng động lực của công trình α = 1 + 0,5
o
h h1
= 1 + 0,5.1 = 1,5. Với h1: là khoảng cách từ điểm tính toán đến mặt nền.
ho: là khoảng cách từ trọng tâm công trình đến mặt nền.
Vậy lực quán tính của công trình do động đất gây ra là: Fđ = 0,025.1,5.4766,97 = 178,761 (T).
Sử dụng công thức xác định trọng tâm theo phượng y (yo =
∑ ∑ i i i G y G.
) ta xác định được điểm đặt của Fđ cách chân hạ lưu một khoảng là 6,8 m.
+) Áp lực nước tăng thêm khi động đất
Wđ = 0,5.k.γ.H12.B Trong đó: k: hệ số động đất.
H1: cột nước trước tràn.
⇒ Wđ = 0,5.0,025.1.82.18 = 29,3(T).
Wđ có điểm đặt cách đáy ngưỡng tràn một khoảng 1/3.H = 2,67(m). Bảng 4-8: Bảng tổng hợp các lực tác dụng lên ngưỡng tràn (TH2) TT Lực tác dụng Giá trị tiêu chuẩn(T) Hệ số lệch tải Giá trị tính toán(T)
Mômen với điểm O Cánh tay đòn M(+) 1 Gv 67.04 0.95 63.69 -0.4 -25.48 2 Ggt 99.9 0.95 94.91 -6.44 -611.19 3 Gmtr 3600 0.95 3420.00 0 0 4 Gct 28.15 0.95 26.74 2.34 62.58 5 Gtp 32.4 0.95 30.78 8.14 250.55 6 PĐ 286.4 0.95 272.08 0 0 7 PN 644 1 644.00 12.22 7869.68 8 Ptr 1377.6 0.95 1308.72 0 0 9 W -181.16 1 -181.16 1.86 -336.96 10 Wth -1440 1 -1800.00 3.33 -5994.0 11 Wdn -720 1 -720.00 0 0 12 W1 576 1 576 2.67 1537.92 13 Ws 18.910 1 18.91 3 56.73 14 W2 -36 1 -36 0.67 -24.12 15 Fđ 178.76 1 178.76 3.4 608 16 Wđ 29.3 1 29.3 2.67 78.23 Σ 3159.76 766.97 3071.73 ↓ → ↓ →
Với quy ước giá trị M có giá trị (+) khi quay ngược chiều kim đồng hồ, có giá trị (-) khi quay cùng chiều kim đồng hồ.
• Xác định ứng suất đáy móng tràn
. Ứng suất đáy móng tràn được xác định theo công thức nén lệch tâm: W min max, =∑ ± ∑Mo F G σ Trong đó: ∑G: tổng các lực thẳng đứng tác dụng lên đáy móng. ∑M0 : tổng mômen các lực lấy đối với tâm đáy móng. F: diện tích đáy móng; F = 18 x20= 360 (m2).
W: mômen chống uốn đáy móng lấy đối với trục oy đi qua tâm móng: W = 6 .L2 B = 18.202 6 = 400(m3). Dựa vào kết quả ở bảng 4-14, ta có:
ΣG = 3159,76 (T). ΣMo = 3071,73 (T.m). Thay các giá trị đã có vào công thức (4-14) ta được: σmax = 3159,76 360 + 3071, 73 400 = 16,43(T/m2). σmin = 3159,76 360 - 3071, 73 400 = 1,09(T/m2).
*) Xác định sức chịu tải của nền để phán đoán khả năng trượt của tràn
Vì tràn được đặt trên nền đá riôlít tươi, ít nứt nẻ, có cường độ kháng nén là R = 6000(T/m2), nên ta lấy cường độ kháng nén của lớp bê tông lót dưới móng tràn để kiểm tra.
Với bê tông M100 thì ta có R = 450 (T/m2).
So sánh thấy σmin > 0; σmax < 1,2R ⇒ Nền đảm bảo được yêu cầu
• Kiểm ta ổn định về trượt phẳng
Vì tràn được xây dựng trên nền đá tươi, ít nứt nẻ nên ta tiến hành kiểm tra cho trường hợp mặt trượt nằm ngang.
Công thức kiểm tra trong trường hợp này là:
K = tg . G C F. P φ∑ + ∑ (4-14) Trong đó:
tgφ: lấy bằng 0,85( Với nền là đá riôlít tươi, ít nứt nẻ) ΣG: tổng các lực tác dụng theo phương đứng.
ΣP: tổng các lực tác dụng theo phương ngang. C: lực dính bão hoà của đá, C = 20(T/m2). Ta có: K = 0,85.3159,76 20.20.18766,97+ = 3,52 > [ ]K =
m K nc. n
= 1,15.
⇒ Ngưỡng tràn đảm bảo điều kiện ổn định về trượt phẳng.
• Kiểm tra điều kiện về chống lật
Do σmin = 1,09(T/m2) >0 nên ngưỡng tràn đảm bảo điều kiện về chống lật.