CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỂ NƯỚC MÁI
3.3. TÍNH TOÁN THÀNH BỂ
3.3.1 Tải trọng
Hình 3.1 sơ đồ tải trọng bản thành
Tải trọng ngang của nước
Biểu đồ áp lực có dạng tam giác tăng dần theo độ sâu
Tại đáy bể (z = 1.8 m): p = n.γ.h = 1,0.1000.1.8 = 1800daN / mn 2 a) Tải trọng của gió
Tp.HCM thuộc vùng áp lực gió II-A, lấy giá trị áp lực gió là W0 83daN / m2 Công trình thuộc địa hình B (đất trống trải)
Cao trình nắp bể: z = 58.6m , tra tiêu chuẩn 2737:1995,ta được : k=1.086 Xem áp lực gió không đổi suốt chiều cao thành bể
Tải trọng gió hút : p = n.W .k.c = 1, 2.83.1,086.0,6 = 65daN / mh 0 2 Tải trọng gió đẩy : p = n.W .k.c = 1,2.83.1,086.0,8 = 87daN / md 0 2 3.3.2 Sơ đồ tính
Thành bể là cấu kiện chịu nén lệch tâm, để đơn giản tính toán và thiên về an toàn, bỏ qua trọng lượng bản thân của thành bể, xem thành bể là cấu kiện chịu uốn có cạnh dưới ngàm vào bản đáy, cạnh bên ngàm vào các thành vuông góc, cạnh trên tựa đơn vào bản nắp.
Xét tỉ lệ
b 9
= > 2
h 1,8
Bản thành làm việc 1 phương theo phương cạnh h.
Cắt 1 dải rộng 1m theo phương cạnh ngắn (cạnh h), tính như một dầm đơn giản 1đầu ngàm và 1 đầu gối tựa đơn (bản nắp đổ toàn khối).
Xét 2 trường hợp bất lợi nhất cho thành bể như sau:
+ Trường hợp 1: Bể không chứa nước + gió đẩy
+ Trường hợp 2: Bể chứa nước + gió hút
3.3.3 Xác định nội lực
+ Trường hợp 1: Bể không chứa nước + gió đẩy
+ Trường hợp 2: Bể chứa nước + gió hút
Momen ở ngàm trường hợp này là: 389 + 26 =415 daN.m Momen ở nhịp trường hợp này là: 174 + 15 =189 daN.m Vậy:
Chọn giá trị momen lớn nhất tại vị trí để tính thép cho bản thành như sau:
+ Tại vị trí ngàm : Mmax = 415 daN.m + Tại vị trí nhịp : Mmax = 189 daN.m 3.3.4 Tính cốt thép
Chọn a=1.5 cm h = h - a = 15 -1.5 = 13.5 cm0 Momen
Giá trị
M Rb Rs m As
Chọ n thép
As
(daN.m (MPa (MPa (cm2 a chọ
)
M gối 415 17.0 225 0.013
0.01 3
1.37
6 10 200 3.93
M nhip 189 17.0 225 0.006
0.00 6
0.62
4 10 200 3.93
Bảng 3.1: Bảng tính cốt thép thành bể
Như vậy, theo kết quả tính toán ở bảng trên ta chọn thép 10a200 cho lớp ngoài và 10a200 bố
trí lớp trong của bản thành. Thép theo phương dài của bản thành bố trí cấu tạo 6a200.
3.3.5 Kiểm tra chống nứt bản thành 3.3.5.1 Cơ sở lý thuyết kiểm tra
Thành bể tính theo cấu kiện chịu uốn,vết nứt được tính theo sự hình thành vết nứt thẳng góc với trục dọc cấu kiện.
3.3.5.2 Kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt
r , er W
c c bt s pl
M R
Với Wpl :Moment kháng uốn của tiết diện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng kéo được tính như sau:
' s
b
E
E
Ared: diện tích tiết diện ngang quy đổi khi coi vật liệu đàn hồi:
' '
( )
red s s
A b h A A
: chiều cao tương đối của vùng chịu nén
' '
d
2 (1 ) '
1 2
s
o re
b h a A
x h
h A
Ibo: Moment quán tính đối với trục trung hòa của tiết diện vùng bê tông chịu nén x3
bo 3
I b
' '
bo so so
pl bo
2 I ( I I )
W S
h x
Iso: Moment quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu kéo (h x a)2
so s
I A
'
Iso: Moment quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu nén
' ' (x a )' 2
so s
I A
Sbo: moment tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu kéo (h x)2
bo 2
S b
Với Mtc=
65x1.82
389 411 1.2x8
daN.m Các đặc
trưng
Gía trị tính
toán Đơn vị Ghi chú
Rb.ser 1.80 MPa Cường độ kéo tính toán của bê tông B30 tính theo trạng thái giới hạn II
Es 200000 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chiu kéo AIII E's 200000 MPa Mô đun đàn hồi thép vùng chịu nén AIII
Eb 32500 MPa Mô đun đàn hồi bê tông B30
b 1000 mm Bề rộng tiết diện tính toán
h 150 mm Chiều cao tiết diện tính toán
a 20 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu kéo đến mép ngoài bê tông
a' 20 mm Khoảng cách từ tâm thép vùng chịu nén đến mép ngoài bê tông
As 393 mm2 Diện tích thép bố trí trong vùng chịu kéo,tại vị trí đang xét, Φ12a100
A's 393 mm2 Diện tích thép bố trí trong vùng chịu nén, tại vị trí đang xét, Φ12a100
M 4.11 kN.m M là momen do ngoại lực trên tiết diện đang xét (tính với tải tiêu chuẩn)
h0 130 mm Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngoài của bê tông chịu nén, h0 = h - a
Các đặc trưng
Gía trị tính
toán Đơn vị Ghi chú
h'0 130 mm Khoảng cách từ tâm thép chịu kéo đến mép ngoài của bê tông chịu nén, h'0 = h -a'
α 6.15 - Tỷ số mô đun đàn hồi thép/ mô đun đàn hồi bê tông, α = Es/Eb
α' 6.15 - Tỷ số mô đun đàn hồi thép/ mô đun đàn hồi bê tông, α' = E's/
Eb
Ared 154837 mm2 Diện tích tiết diện ngang quy đổi khi coi vật liệu đàn hồi, Ared = bh + αAs +α' A's
ξ 0.502 - Chiều cao tương đối của vùng chịu nén,
ξ = 1 - [bh + 2(1-a'/h)α'A's]/2Aredbh + 2(1-a'/h)α'A's]/2Ared
x 65.27 mm Chiều cao của vùng chịu nén, x = ξh0
Ib0 9.27E+07 mm4 Momen quán tính đối với trục trung hòa của tiết diện vùng bê tông chịu nén, Ib0 = bx3/3
Is0 1.65E+06 mm4 Momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu kéo, Is0 = As (h - x - a)2
I's0 8.05E+05 mm4 Momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích cốt thép chịu nén, I's0 = A's (x - a')2
Sbo 3.59E+06 mm3 Momen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chịu kéo, Sbo = b(h-x)2/2
Wpl 6.13E+06 mm4
Momen kháng uốn của tiết diện đối với thớ chịu kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không đàn hồi của bê tông vùng
chịu kéo,
Wpl = 2(Ibo + α Is0 + α' I's0)/(h-x) + Sbo Mcrc 11.04 kN.m Mô men chống nứt của tiết diện đang xét,
Mcrc = Rbt.ser Wpl Kiểm tra điều kiện không nứt:
Mcrc ≥M Thỏa
Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kiểm tra điều kiện hình thành vết nứt bản thành Kết luận:Bản thành không xuất hiện vết