Đồ án môn học thuỷ công THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN PHẦN I: ĐỀ BÀI A TÀI LIỆU : Cống A, Đề 33 : Nhiệm vụ : Cống A xây dựng ven sông X để : - Lấy nước tưới cho 60.000 ruộng - Ngăn nước sông vào đồng có lũ - Kết hợp tuyến đường giao thông với xe loại – 10 qua Các lưu lượng mực nước thiết kế : Trường hợp Chỉ tiêu Đề Lấy nước Q Z§ Çukªnh max lÊy (m3/s) 110 33 Chống lũ Z Z Z Zmin § ång (m) 3,72 (m) 7,8 (m) 8,85 (m) 2,6 s«ng (m) 3,43 max s«ng max s«ng Tài liệu kênh hạ lưu : • Zđáy kênh = 0,00 ; • Độ dốc mái : m = 1,5 ; Độ nhám : n = 0,025 ; • Độ dốc đáy : i = 2.10-4 Tài liệu gió : Tần suất P% V(m/s) 28,0 26,0 22,0 20 18,0 30 16,0 50 14,0 Chiều dài truyền sóng : Trường hợp ZSông bình thường ZSông max D (m) 200 300 Tài liệu địa chất : • Đất thịt cao độ : +3,5 → +0,5 • Đất pha cát từ : +0,5 → -10,0 • Đất sét từ • Chỉ tiêu lý : -10,0 → -30,0 : Loại đất SVTH: Phạm Trung Tiến Thịt Cát pha sét LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Chỉ tiêu γ K (T/m3) γ Tn (T/m3) Độ rỗng n ϕTn (độ) ϕbh (độ) CTn (T/m2) Cbh (T/m2) Kt (m/s) Hệ số rỗng e Hệ số nén a (m2/N) Hệ số không η 1,47 1,70 0,40 190 160 1,50 1,00 4.10-7 0,67 2,20 8,00 1,52 1,75 0,38 230 180 0,50 0,30 2.10-6 0,61 2,00 9,00 1,41 1,69 0,45 120 100 3,50 2,50 1.10-8 0,82 2,30 7,00 Thời gian thi công : năm B YÊU CẦU : Xác định cấp công trình tiêu thiết kế Tính toán thuỷ lực xác định chiều rộng cống giải tiêu chọn cấu tạo phận cống tính toán thấm ổn định cống Chuyên đề : tính toán đáy cống theo phương pháp dầm đàn hồi Bản vẽ : khổ A1, thể cắt dọc, mặt bằng, diện thượng lưu, hạ lưu, mặt cắt ngang cống cấu tạo chi tiết SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công PHẦN II: THUYẾT MINH CHI TIẾT A.GIỚI THIỆU CHUNG I Vị trí nhiệm vụ công trình : Cống A xây dựng ven sông X để : - Lấy nước tưới cho 60.000 ruộng - Ngăn nước sông vào đồng có lũ - Kết hợp tuyến đường giao thông với xe loại – 10 qua II Cấp công trình tiêu thiết kế : Cấp công trình: (Xác định theo TCVN 285 – 2002) a) Theo chiều cao công trình : max Hct = Zs«ng + d - Zđáy kênh = 7,8 + 0,7 - = 8,5 m Trong đó: d độ vượt cao an toàn, lấy d = 0,7 m Tra bảng P1-1 (Phụ lục - Đồ án môn học Thuỷ công) tương ứng với công trình đập bê tông đất ta có cấp công trình cấp IV b) Theo nhiệm vụ công trình : Tra bảng P1-2 (Phụ lục - Đồ án môn học Thuỷ công) tương ứng công trình tưới cho 60.000 ta có công trình Cấp I → Chọn cấp công trình cấp I Các tiêu thiết kế : - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn để tính ổn định, kết cấu : P = 0,2 % - Tần suất gió lớn nhất: p = % - Tần suất gió bình quân: p = 50% - Tần suất mực nước lớn sông khai thác: p = 10% (Bảng 4–4 TCVN285 – 2002) - Hệ số vượt tải : (Tra bảng P1 – 4) + Trọng lượng thân công trình: 1,05 + Áp lực thẳng đứng trọng lượng đất: 1,1 + Áp lực bên đất: 1,20 + Áp lực nước tĩnh, áp lực thấm ngược, áp lực sóng: 1,00 + Tải trọng gió: 1,30 SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công + Tải trọng động đất: 1,00 - Hệ số điều kiện làm việc : m =1 (Với công trình bê tông bê tông cốt thép đất) - Hệ số tin cậy : Kn = 1,25 B TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CỐNG I Tính toán kênh hạ lưu Số liệu thiết kế : Độ dốc kênh : i = 2.10- ( sơ ta chọn , sau kiểm tra lại điều kiện bồi lắng xói lở ) Độ dốc mái : m = 1,5 Độ nhám: n= 0,025 Lưu lượng : QTK = Qmaxlấy = 110 ( m3/s ) Tính toán Thuỷ lực : * Độ sâu mực nước kênh: H = Zđầu kênh - Zđáy kênh = 3,43 – = 3,43 m * Chiều rộng đáy kênh: Với : m = 1,5 → 4m0 = 8,424 →f (R Ln ) = 4m0 i 8, 424 2.10−4 = = 0,00108 110 Q Tra bảng phụ lục – (bảng tra thuỷ lực) với n = ,025 →RLn= 3,24 m Lập tỷ số H 3, 43 = = 1,058 R ln 3, 24 Tra bảng 8-2 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta : B = 7,35 → B = 7,35.3,33 = 23,8 m ≈ 24 m R ln * Kiểm tra điều kiện không xói : Vmax < [Vkx] - Lưu tốc không xói: [Vkx] = k Qmax= 0,53.1100,1 = 0,848 (m/s) 0,1 Với K: hệ số định tính chất đất nơi kênh qua, với đất cát pha K= 0,53 SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công - Tốc độ dòng chảy kênh dẫn với Qmax: Vmax= Qmax ω Vậy ω = h.(b+m.h) = 3,43 ( 24 +1,5.3,43) = 99,97(m2) ⇒ Vmax= Qmax ω 110 = 99, 97 = 1,1003 (m/s) So sánh:Vmax = 1,1003( m/s) >[Vkx]= 0,854 (m/s) ⇒Kênh bị xói Do không thỏa mãn điều kiện xói , ta có nhiều cách giải khác Có thể giảm độ dốc kênh (i) , tăng bề rộng kênh (b) để giảm lưu tốc, gia cố kênh bê tông hóa ta giải theo cách thứ thứ : giảm độ dốc kênh chiều i = 1.10 -4 Tính lại : Trước hết ta phải xác định lại chiều rộng kênh , độ dốc thay đổi →f (R Ln ) = 4m0 i 8, 424 1.10−4 = = 7,658.10-4 110 Q Tra bảng phụ lục – (bảng tra thuỷ lực) với n = ,025 →RLn= 3,69 m Lập tỷ số H 3, 43 = = 0,929 R ln 3,69 Tra bảng 8-2 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta : B = 9,43 → B = 9,43.3,69 = 34,79 m ⇒ ta chọn : B = 35(m) R ln Kiểm tra điều kiện không xói Để xác định Vmax ta phải xác định h ứng với Qmax Ta có : →Vmax= ω = h(B + mh)= 3,43.(35 + 1,5.3,43) = 137,69 (m2) 110 Qmax = = 0,799(m/s) 137, 69 ω So sánh:Vmax = 0,799 m/s< [Vkx] = 0,854 (m/s) →Kênh hạ lưu không bị xói Vậy ta chọn chiều rộng kênh B = 35 (m) * Kiểm tra điều kiện không lắng: [Vkl]= A Qmin= 0,33.(0,5.110)0,2= 0,735 (m/s) 0,2 Với Qmin: lưu lượng nhỏ nhất, lấy Qmin =0,5 Qtk SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công A: hệ số phụ thuộc tốc độ lắng chìm bùn cát, đất cát pha A = 0,33 - Tốc độ dòng chảy kênh dẫn với Qmin: Qmin= 55 (m /s); b = 35 (m); m = 1,5; n = 0,025; i = 10 -4 Ta tính mực nước kênh chuyển qua lưu lượng Qmin Có : f (R Ln ) = 4m0 i 8, 424 1.10−4 = = 1,53.10-3 55 Q Tra bảng phụ lục – (bảng tra thuỷ lực) với n = ,025 →RLn= 2,85 (m) B 35 Lập tỷ số R = 2,85 = 12,28 ln Tra bảng 8-2 (bảng tra thuỷ lực) với m = 1,5 ta : H = 0, 798 → H = 0,798.2,85 = 2,27 m Rln →hmin = 2,27 (m)→ w = 2,27.(2,27.1,5+35)=87,18 (m2) →Vmin = Qmim 55 = = 0,63 (m/s) ω 87,18 So sánh:Vmin = 0,63 (m/s) < [Vkl] = 0,746(m/s) →Không thoả mãn không bồi lắng Ở số liệu tính toán bồi lắng chưa xác (Q số liệu thực) nên kết bồi lắng chấp nhận Trên thực tế kênh tưới lấy nước từ sông hay bị bồi lắng ta cần sử lý thường xuyên nạo vét làm bể lắng cát thượng lưu Vậy ta chọn bề rộng kênh B = 35 m II Tính toán diện cống : Trường hợp tính toán : chọn chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ, cần lấy nước vào đồng với lưu lượng QTK: ∆Z = Zs«ng - Zđầu kênh = 3,72 - 3,43 = 0,29 m max QTK = QlÊy = 110 m3/s Chọn loại cao trình ngưỡng cống : a) Cao trình ngưỡng : để tăng khả tháo ta chọn ngưỡng cống ngang với đáy kênh thượng lưu, Znc = 0,0 m SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công b) Hình thức ngưỡng: đập tràn đỉnh rộng Hình 1: Sơ đồ tính toán diện cống Xác định bề rộng cống : a) Xác định trạng thái chảy: Theo QPTL C8-76 : Ta có: hn = hh – P1 = hh = Zhl – Zđáy kênh = 3,43 – = 3,43 m V02 Ho = H+ a 2g Bỏ qua lưu tốc tới gần Vo , chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ độ cao hồi phục ∆Z bỏ qua, ta có: Ho= H =Z song - Zđáy kênh = 3,72 – = 3,72 m hn 3, 43 hn = = 0,922 > ( )pg=(0,7 – 0,8) → Cống chảy ngập H 3, 72 H0 b) Tính bề rộng cống : Từ công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: Q = ϕ gϕ n h∑ b 2g(H − h) Trong đó: jn : H/s lưu tốc, lấy theo trị số h/s lưu lượng m (Tra bảng Cumin) Lấy m = 0,35→ jn = 0,93 jg : h/s co hẹp bên : jg = 0,5eo + 0,5 Chọn sơ bộ: eo= 0,95 → jg = 0,975 Q = Qtk = 110 m3/s Thay giá trị vào biểu thức ta được: SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Σb = Q 110 = ϕgϕn h 2g(H o − h) 0,975.0,93.3, 43 2.9,81.(3, 72 − 3, 43) =14,827 (m) Chọn Σb= 15 m , cống có cửa cống rộng m cách mố trụ dày 1,0 m; mố bên dày 0,5 m Tính lại jn jg theo trị số m eo : eo = Σb Σb + Σd = 15 = 0,833 15 + + 2.0,5 Trong đó: Σd: Tổng chiều dày mố, Σd= m jg = 0,5eo +0,5 = 0,5.0,833+0,5 = 0,916 m : tra bảng Cumin (với cotgθ =1;β = b 15 = =0,43) → m = 0,358 B 35 Tra bảng phụ lục 14 – Bảng tra thuỷ lực m = 0,358 →jn= 0,92 110 = 15,23(m)≅ 15m 0,916.0,92.3, 43 2.9,81.(3, 72 − 3, 43) → Σb= → Chọn cống có cửa, bề rộng cửa m, cách mố trụ dày 1m, mố bên dày 0,5m Kiểm tra lại tiêu chuẩn chảy ngập: q= Q 110 = =7,33 (m2/sm) 15 Σb hk = → αq2 1.7,332 = 9,81 g = 2,3 (m) hn hn 3, 43 = = 1,48 > ( )pg = (1,2 ÷ 1,4) → thoả mãn tiêu chuẩn chảy ngập 2,3 hk hk III Tính tiêu phòng xói : Trường hợp tính toán : Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn song ∆Z=Z max - Z daukenh =7,8 – 3,43 = 4,37 (m) Cống lấy nước tưới: Zsông lớn, Zđồng phụ thuộc lưu lượng lấy Chế độ nối tiếp hạ lưu phụ thuộc quy trình vận hành (chế độ đóng mở cửa van) Trường hợp đơn giản tính toán mở cửa SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Lưu lượng tính toán tiêu : Cống lấy nước: Mực nước hạ lưu phụ thuộc lưu lượng lấy (khi Zsông có) Để xác định lưu lượng tính toán tiêu năng, cần tính toán với cấp lưu lượng từ Qmin đến Qmax, với cấp lưu lượng, cần xác định độ mở cửa cống a, độ sâu liên hiệp h'c' độ sâu hạ lưu hh : Qtt trị số ứng với ( h'c' – hh)max Cách xác định : Tính theo phương pháp đối chiếu mặt cắt lợi thuỷ lực : * Tính độ sâu hạ lưu hh : Tính : f (R ln ) = Lập tỉ số ( 4mo i , với i = 10 −4 tra bảng 8-1 (bảng tra thuỷ lực) Rln Q b h , với b = bk=35 m tra bảng với m = 1,5 ta → hh = h = R ln R ln h )R ln R ln '' * Tính độ sâu liên hiệp hc : Giải theo toán phẳng : Eo = P + Ho (Cống ngưỡng : P = 0) αV02 Ho = H = 7,8 m (bỏ qua lưu tốc tới gần ) → E0 = 7,8 m 2g Từ F( τ c )= q ϕE , với q = Q '' '' '' ta có τ c tính hc = τ c E0 b ∑c Trong : ϕ hệ số lưu tốc , đánh giá tổn thất lượng dòng chảy, theo Pavơlôpski , với đập tràn đỉnh rộng có : ϕ = 0,85 ÷0,95 Ta chọn ϕ = 0,9 SVTH: Phạm Trung Tiến LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công BẢNG TÍNH CHỌN QTN Q (m3/s) 110 100 90 80 70 60 50 f(Rln) 0.000766 0.000842 0.000936 0.001053 0.001203 0.001404 0.001685 0.00210 Rln 3.687 3.558 3.420 3.274 3.107 2.933 2.741 b/Rln h/Rln 10.306 0.88 10.680 0.862 11.111 0.842 11.607 0.822 12.230 0.798 12.956 0.771 13.864 0.745 15.07 40 2.520 30 0.002808 2.263 16.792 20 0.004212 1.943 19.557 hh q 3.245 6.11 3.067 5.56 2.880 5.00 2.691 4.44 2.479 3.89 2.261 3.33 2.042 2.78 0.707 1.845 0.665 1.505 0.607 1.179 F(τ c) 0.31779 0.28890 0.26001 0.23112 0.20223 0.17334 0.14445 τ c ’’ 0.437 0.422 0.413 0.379 0.357 0.333 0.306 2.67 0.11556 0.276 1.67 0.08667 0.241 1.11 0.05778 0.198 hc'' hc''-hh 3.365 0.120 3.249 0.182 3.180 0.300 2.918 0.227 2.749 0.270 2.564 0.303 2.356 0.314 2.318 1.856 1.525 0.473 0.351 0.345 Dựa vào bảng tính ta có : Lưu lượng tính toán tiêu Q tn = 40 m3/s, tương ứng với q = 2,67 (m3/s.m) với ( hc – hh)max = 0,473 m '' + Eo = 7,8 m '' + hc = 2,318 m + hh = 1,845 m * Xác định độ mở cống : Công thức chảy cửa cống : Q = εϕhcΣb 2g(H − hc ) Trong đó: + ε : hệ số co hẹp bên +ϕ : hệ số lưu tốc Với cống có đáy ngang đáy kênh lấy ϕ = (0,95 ÷ 1), chọn ϕ = 0,95 + hc= α a _ độ sâu dòng chảy mặt cắt co hẹp + a : độ mở cống + α : hệ số co hẹp đứng Độ mở cống xác định: Từ F( τ c ) = 0,136 →tra bảng tra thuỷ lực ta có τ c = 0,0355, SVTH: Phạm Trung Tiến 10 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Với: H = 6,25 m ; Ttt = 10 m ⇒Jtb= 5,9 = 0,109 10.5,4 Tb J K = 0,22 : Gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán, theo bảng P3- (Cát hạt trung bình – CT cấp I) → Jtb = 0,08 < 0,22 = 0,176⇒ Kết luận: Thoả mãn độ bền thấm chung 1,25 b.Kiểm tra độ bền thấm cục : Jr ≤ JK m Trong : Jr : Trị số gradien cục cửa ra, theo kết phương pháp vẽ lưới thấm ta có bảng Jr JK : gradien tới hạn cục bộ, chưa có tài liệu thí nghiệm nên tham khảo trị số Ixtômina hình P3-1, phụ thuộc hệ số không η Với η = (Cát pha) → Jk = 0,55 m : hệ số an toàn chọn = 1,5 Theo bảng tính Jr trên, Jr max =0,32< 0,55 =0,33→ Thoả mãn ổn định thấm cục 1,5 E TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỐNG I Mục đích trường hợp tính toán : Mục đích : Kiểm tra ổn định cống trượt, lật, đẩy Trong đồ án ta kiểm tra ổn định trượt Trường hợp tính toán : - Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu lớn - Trường hợp sửa chữa Trong đồ án kiểm tra với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn II Tính toán ổn định trượt cho trường hợp chọn : Xác định lực tác dụng lên mảng tính toán : SVTH: Phạm Trung Tiến 24 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công a Các lực đứng : Bao gồm trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai van, cửa van, tường ngực, mố cống, đáy, nước cống, phần đất chân khay lực đẩy ngược (Thấm, thuỷ tĩnh) • Trọng lượng toàn cửa van : Gv= gHL0 Trong : H : Chiều cao cửa van : H =Zđaytuong - Z đk +δ = 4,5 – + 0,2 = 4,7 m L0 : Chiều rộng cửa van: L0 = bkhoang + 0,3 + 0,3= + 0,3 + 0,3 = 5,6 m g : Trọng lượng riêng m2 mặt cửa van ( cửa van có bánh xe lăn) : g=640( H 0L2 -1 )=640( 6, 6.52 - 1)=2870,276 (N/m2) H0 : Cột nước tính đến trung tâm lỗ cửa van H0 = HTL - 0,5Hlc = 8,85 - 0,5.4,5= 6,6 (m) L : Chiều rộng lỗ cửa van: L= m → Gv = 2870,276.4,7.5,6=75545,66(N)= 75,54 (KN) ⇒ , trọng lượng cửa van : • Gv = 226,62(KN) Trọng lượng cầu giao thông : G1 = WCGT γ BT = (0,3.3,4+ 2.0,2.1 + 2.0,3.0,5).18.24= 743,04 (KN) • Trọng lượng cầu công tác: G2= 24.{3.0,2.18+(2.6.0,2.+2.0,2.2).0,2.4}=320,64(KN) • Trọng lượng cầu thả phai: G2’ =(0,2.1.18+2.0,2.0,2.4).24=94,08KN • Trọng lượng tường ngực : G3=(5,5.0,3+0,3.0,6.2).5.3.24=723,6(KN) • Trọng lượng mố cống: π 12 }= 9830,592(KN) G4=3.24.{1.(6.10 +7,5.9,2)+(10 +9,2) G5=(15.1+ 0,5 + 0,5).21.24= 7938 (KN) • Trọng lượng đáy: • Trọng lượng nước cống thượng, hạ lưu : G6tl= (8,85 4+ 4,5.0,6)15.10= 5715 (KN) G6hl= 2,6.11.15.10= 4290 (KN) SVTH: Phạm Trung Tiến 25 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Trọng lượng đất chân khay :G7 = • 13+ 14 0,5.18.9 = 1093,5 (KN) Với γ đn= γ bh - γ n= γ k + γ n(n - 1)=15,2+10.(0,38 - 1)=9 (KN/m3) Áp lực đẩy ngược: (Wth + Wtt)bc= (222,75+ 540).18=13729,5(KN) • b Các lực ngang : Áp lực nước thượng, hạ lưu, áp lực đất chủ động chân khay thượng, áp lực đất bị động chân khay hạ lưu • 1 Áp lực nước thượng lưu : WTL= γH 2TL bc = 10.8,852.15=5874,187(KN) 2 • Áp lực nước hạ lưu :WHL= γH 2HL bc = 10.2,62.15=507(KN) • Áp lực đất chủ động chân khay thượng lưu : Với: Z0 = γ 2C ; σ cđ= γ dn Z K c − 2.C K c dn K c 2.C EcTL= (γ dn H K c − 2.C K c ).( H − γ K ) Bc dn c Trong :Kc = tg2(450 – ϕ bh 18 )=tg2(450- )= 0,528 2 C: lực dính bão hoà đất cát pha, C = 0,3(T/m2 )=3 (KN/m2) H: Chiều cao lớp đất = 1,5 m → Zo = 2.3 ) 18= 14,51 (KN) EcTL= (9.1,5.0,528− 2.3 0,528)(1,5 − 0,528 2.3 = 0,92m 0,528 SVTH: Phạm Trung Tiến 26 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Điểm đặt :hc= • H − Z0 1,5 − 0,92 = =0,19 m 3 Áp lực đất bị động chân khay hạ lưu : 1/2 2C K b 1/2 1/2 γ dnHK b + 2C K b EbHL = H (2.C K b + γ dn H K B + 2.C K b ) Bc Trong :Kb = tg2(450 + ϕ bh 18 )= tg2(450 + )= 1,894 2 → EbHL = 1,5(4.3 1,894 + 9.1,5.1,894) 18 = 567,43 (KN) Điểm đặt : hb = 0,60 m Hình 8: Sơ đồ tính toán SVTH: Phạm Trung Tiến 27 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Ta có bảng tổng kết lực: Trị số ↓(+) →(+) STT Lực tác dụng Gv 226.62 G1 743.04 G2 320.64 ’ 3’ G2 94.08 G3 723.6 9830.59 G4 G5 7938 5715 4290 1093.5 -222.75 - 0.15 6.5 2.65 0 1474.5888 -37147.5 11368.5 0 13729.5 E Wth Ecd Ebd 1.72 0.19 0.6 23614.74 2.7569 -340.458 17328.851 Wnước WTL WHL 5874.187 -507 17180,3 5949.127 2.95 0.87 -441.09 9150.56 TL HL G6 G7 Wdn W 10 11 ∑ MO Tay đòn MO (+↵ ) 4.3 -974.466 2.5 1857.6 4.4 -1410.816 6.4 602.112 5.3 -3835.08 - 14.51 567.43 Xác định áp lực đáy móng Theo công thức nén lệch tâm : σmax(min) = ΣP ∑ M O ± F W Trong đó: ∑P : Tổng lực đứng = 17180,3KN ∑M0 : Tổng mô men lực lấy tâm đáy cống O Chiều dương chiều kim đồng hồ ∑M0 = 9150,56KNm F : diện tích đáy, F =15.18 = 270 (m2) SVTH: Phạm Trung Tiến 28 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công bh2 18.152 W : Mô men chống uốn đáy, W= = = 675 (m3) 6 → σ1 = σ2= σtb = 17180,3 9150,56 − = 50,074 (KN/m2) 270 675 17180,3 9150,56 + = 77,187 (KN/m2) 270 675 σ max + σ = 50, 074 + 77,187 = 63,63 (KN/m2) Phán đoán khả trượt : Xét điều kiện a Chỉ số mô hình hoá : N = σ max Lim ≤ Nσ L Cγ Trong : LC =15 (m) : chiều dài cống γ : Dung trọng đẩy đất nền, γ đn= (KN/m3) N σLim : Chuẩn số không thứ nguyên, với đất cát chặt N σLim = →N = 77,187 = 0,57 < N σLim = 15.9 b Chỉ số kháng trượt: tgψI= tgϕI + CI ≥ 0,45 σ tb Trong : ϕI,CI : Góc ma sát lực dính đơn vị đất tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ ϕI = 180 ; CI= 0,3 (T/m2) =3 (KN/m2) σtb = 63,63 (KN/m2) → tgψ1 = tg180 + = 0,37 < 0,45 63, 63 c Hệ số mức độ cố kết : Cv0= kt (1+ e)t0 ≥ aγ n h20 Trong : K = 2.10-6 hệ số thấm e = 0,61 hệ số rỗng tự nhiên đất SVTH: Phạm Trung Tiến 29 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công t0 : Thời gian thi công t0 = (năm) ≈ 6,3.107 (s) a = (m2/N) hệ số nén đất γ n = 10000 (N/m3) dung trọng nước h0 = 10 (m) chiều dày tính toán lớp đất cố kết 2.10-6 (1+ 0,61)6,3.1 07 → Cv = = 1,014.10-4 < 4 2.10.10 Vậy điều kiện không thoả mãn, trượt sâu trượt hỗn hợp Trong đồ án ta kiểm tra trượt phẳng Tính toán ổn định trượt phẳng : Ổn định cống trượt phẳng đảm bảo : ncNtt ≤ m R Kn Trong : nc = hệ số tổ hợp tải trọng m = hệ số điều kiện làm việc Kn = 1,25 hệ số tin cậy Ntt R giá trị tính toán lực tổng quát gây trượt chống trượt giới hạn Khi mặt trượt nằm ngang giá trị xác định sau : Ntt = TTl + EcTl – THl = 5874,187+ 14,51 – 507= 5381,697 (KN) TTl THl: Tổng giá trị tính toán thành phần nằm ngang lực chủ động tác dụng từ phía thượng lưu, hạ lưu trừ áp lực chủ động đất R = ΣPtgϕI + m1EbHl + FCI ΣP : Tổng lực thẳng đứng, ΣP = 17180,3 KN m1 : hệ số điều kiện làm việc, xét đến quan hệ áp lực bị động đất với chuyển vị ngang cống, số thí liệu nghiệm lấy m1 = 0,7 → R = 17180,3.tg18o + 0,7 567,43+ 270.3=6789,42 (KN) → ncNtt = 5381,697 (KN) < 6789, 42 =5431,54(KN) 1, 25 Kết luận : Cống đảm bảo ổn định trượt phẳng SVTH: Phạm Trung Tiến 30 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công G TÍNH TOÁN KẾT CẤU BẢN ĐÁY CỐNG I Mở đầu : Mục đích : Xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực bố trí cốt thép đáy cống Trong đồ án xác định sơ đồ ngoại lưc để tính kết cấu đáy theo phương pháp dầm đàn hồi Trường hợp tính toán : Tính toán kết cấu đáy công trường hợp bất lợi : - Khi cống có chênh lệch cột nước thượng hạ lưu lớn - Khi cống lấy lưu lượng lớn - Khi cống sửa chữa Trong đồ án tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn Chọn băng tính toán : Chọn băng sau cửa van, II Tính toán ngoại lực tác dụng lên băng chọn : Trên băng mảng ngoại lực tác dụng lên mảng đáy bao gồm: lực tập trung từ mố, lực phân bố băng tải trọng bên Lực tập trung truyền từ mố xuống : Đây tổng hợp áp lực đáy mố phạm vi xét, thường xét riêng cho mố G1,G2 : Trọng lượng phần mố G3 : Trọng lượng tường ngực G4 : Trọng lượng cầu công tác G5 : Trọng lượng cầu giao thông G6 : Tải trọng người xe cộ qua lại T1, T2 : áp lực nước ngang từ thượng lưu, hạ lưu truyền qua khe van (Khi van đóng) SVTH: Phạm Trung Tiến 31 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Sơ đồ tính toán lực truyền cho đáy cho mố Các lực tính phạm vi phụ trách mố( nửa nhịp cống tính cho mố bên, hai nửa nhịp cống tính cho mố giữa) Ta có bảng tính toán ngoại lực Bảng tính ngoại lực hai mố bên Trị số STT Lực tác dụng(KN) ↓(+) G1 G2 G3 G4 G5 G6 720 993,6 113,4 97,44 103,2 50 T →(+) 979,03 ∑ MO -84,5 Tay đòn MO (+) 4,5 5,6 3,5 2,5 2,5 -3240 2980.8 -635.04 -341.04 258 125 2.95 0.87 2888.139 -73.515 1962.344 2077,64 Bảng tính ngoại lực mố STT Lực tác dụng KN) SVTH: Phạm Trung Tiến Trị số ↓(+) MO →(+) 32 Tay đòn MO (+) LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công G1 G2 G3 G4 G5 G6 T ∑ 1440 1987,2 241,2 147,84 247,68 100 -6480 5961,6 -1350,72 -517,44 619,2 250 6485,1 -162,24 4805,5 4,5 5,6 3,5 2,5 2,5 2349,67 202,8 2, 76 0,8 4163,92 Ứng suất phẳng đáy mố tính theo công thức nén lệch tâm : σmax,min = ΣG ΣM ± Fm W Trong : F : diện tích mặt cắt mố trụ : Fmb = 15.0,5 = 7,5 (m2) Fmg = 15 (m2) W : mô men chống uốn diện tích mặt cắt mố trụ : Wmb bh2 0,5.152 = = = 18,75 (m3) 6 Wmg bh2 1.152 = = = 37,5 (m3) 6 Lực mố truyền cho đáy coi lực tập trung có trị số sau: P’k= Pkbd Trong : b = m : Chiều rộng băng tính toán d : Chiều dày đáy mố :db = 0,5 m; dg = m k : Thứ tự mố Bảng tính ứng suất mố truyền cho đáy Mố ∑G (KN) ∑M0(KNm) σmax(KN/m2) σmin(KN/m2) pk(KN/m2) Mố bên 2077,64 1962,34 381,68 172,36 172,36 SVTH: Phạm Trung Tiến Mố 4163,92 4805,5 405,74 149,45 149,45 33 Mố 4163,92 4805,5 405,741 149,448 149,448 Mố bên 2077,64 1962,34 381,68 172,36 172,36 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công P’k(KN) 86,18 74,724 74,724 86,18 Các lực phân bố băng : - Trọng lượng nước cống : q0 = γ nhhb = 10.2,4.1 = 26(KN/m) Trong : hh chiều dày lớp nước băng tính toán, hh= 2,6 m - Trọng lượng đáy : q1 = γ bttb= 24.1.1= 24 (KN/m) Trong : t chiều dày đáy băng tính toán, t= m - Lực đẩy (lực thấm thuỷ tĩnh) : q2 = γ nhđnb= 10.5,085.1= 50,85 (KN/m) Trong : hđn= hth + htt=1,485 + 3,6=5,085 (m) htt = hh + = 2, + = 3, (m) hth = 1,485 ( m) - Phản lực : q3 = ppb= 63,63.1= 63,63 (KN/m) Trong pp : cường độ áp lực đáy móng băng tính toán, pp=63,63 Lực cắt không cân : a Trị số : Xác định từ phương trình cân tĩnh học Q + ∑P’k + 2l∑qi = Trong : Chiều dài băng xét: 2l = 18 (m) ∑P’k = 2(74,72+ 86,18) = 80,45 (KN) ∑qi= 26 + 24 – 50,85 – 63,63 = - 64,48 (KN/m) → Q =-∑P’k - 2l∑qi= - 80,45 +18.64,48= 1080,19 (KN) b Phân bố Q cho mố trụ đáy : - Xác định vị trí trục trung hoà : Chọn trục ban đầu ngang đáy cống X0 y0 = SVTH: Phạm Trung Tiến ∑F y ∑F m 34 + Fbd y m + Fbd LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công Trong : ∑Fm = 2(0,5 + 1).9,2=27,6 (m2): tổng diện tích mặt cắt ngang mố trụ Fbđ= 18.1= 18 (m2): diện tích mặt cắt ngang móng y1 = 4,6 (m) : toạ độ trọng tâm diện tích mặt cắt ngang mố trụ y2 = 0,5 (m) : toạ độ trọng tâm diện tích mặt cắt ngang móng → y0 = 27, 6.4, + 18.0,5 =2,98 m 27, + 18 - Vẽ biểu đồ mô men tĩnh : Sc = Fcyc Trong : Fc : Diện tích phần mặt cắt xét yc : Toạ độ trọng tâm mặt cắt Tại vị trí trục trung hoà : Sc=2(F’b + F’g) 10, − y0 =(db + đg)(10,2 – y0)2=(0,5+ 1)(10,2–2,98)2=78,19(m3) Tại vị trí đáy mố cống: Sc= Fđ(y0 – y2)=18 (2,98 – 0,5)= 44,64 (m3) - Tính diện tích biểu đồ Sc, phần tương ứng với mố(A1) phần tương ứng với đáy(A2) + Phần diện tích Sc mố trụ (gần đúng) : A1 = 0,5.78,19.(10,2-2,98)+0,5.(78,19+44,64).1,98= 403,86 + Phần diện tích Sc đáy: SVTH: Phạm Trung Tiến 35 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công A2 = 0,5.1.44,64= 22,32 - Phân phối Q cho mố (Qm) cho đáy (Qđ) Qm = Q A1 = 1080,19 A1 + A 403,86 = 1023,62 (KN) 403,86 + 22, 32 Qđ = Q - Qm= 1080,19- 1023,62 =56,57 (KN) '' - Phân bố Qm cho mố (theo tỉ lệ diện tích): Pk = Fmk P’’b= P’’g= Qm ∑ Fm Fb Q m 0,5.9, 2.1023, 62 ∑ Fm = 2.( + 0,5) 9, = 170,6 (KN) Fg Q m 1.9, 2.1023, 62 = = 341,2 (KN) ∑ Fm ( + 0,5) 9, - Phân Qđ cho đáy : q4 = Qd 56,57 = = 3,14 (KN/m) 2.L 18 Tải trọng bên : Cống thiết kế liền mảng nên đầu mảng tính toán giáp với bờ đất : - Xác định phạm vi đất đắp (do đào móng) : Lđào=1(m); hệ số mái đào m =1,5; h=10,2 (m) - Tải trọng thẳng đứng : S= γ đhb Trong : γ đ = 17 (KN/m3) dung trọng đất thịt h = 10,2(m) ; b = (m) → S=17.10,2.1=173,4(KN/m) - Mô men áp lực đất nằm ngang gây (lấy với đáy) : Mđ= Eyđ Trong : E : áp lực đất ngang  190  2 ϕ  E = γ dhdbtg  45 −  = 17.10, 1.tg  45 − ÷= 630,79 (KN)  2   yđ = hd 10, = =3,4 (m): khoảng cách từ điểm đặt E đến đáy băng 3 SVTH: Phạm Trung Tiến 36 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công → Mđ= 630,79.3,4=2144,68 (KNm) - Tải trọng xe cộ : q5 = 100 = 5,56 (KN/m) 18 Sơ đồ ngoại lực cuối gồm có : - Các lực tập trung mố : Pb = P’b + P’’b= 86,18+ 74,75 = 160,93 (KN) Pg = P’g + P’’g= 74,72+ 341,2 = 415,92 (KN) - Các lực phân bố băng : q= q0 + q1 + q2 + q4= 26 + 24 – 50,85 +3,14= 2,29(KN/m) - Lực bên từ phía giáp với đất : S= 173,4(KN/m), Mđ=2144,68(KNm) q5 = 5,56 (KN/m) Hình 9: Sơ đồ ngoại lực cuối III Tính toán nội lực cốt thép : Tính toán nội lực : Sau phân tích lực ta tiến hành tính toán nội lực : Mô men, lực cắt, sử dụng phương pháp dầm đàn hồi Dưới tác dụng tải trọng công trình q(x) phản lực p(x) dầm bị uốn trục võng xác định theo phương trình vi phân : SVTH: Phạm Trung Tiến 37 LỚP : 50NQ Đồ án môn học thuỷ công d4ω(x) EJ = [ q(x)− p(x)] b dx4 Trong : EJ: Độ cứng dầm w(x) : Chuyển vị đứng dầm Điều kiện tiếp xúc đáy sau lún: ω(x) = S(x) Phương trình quan hệ độ lún mặt với áp lực đáy móng: S(x)= f1[p(x)] P(x)= f2[S(x)] Từ hệ phương trình ta tính nội lực đáy Tính toán cốt thép : Dựa vào nội lực tính được, tiết diện mặt cắt chọn, theo kinh nghiệm chọn đặt thép Dựa điều kiện ứng suất cho phép kiểm tra cốt thép chọn SVTH: Phạm Trung Tiến 38 LỚP : 50NQ ... 12. 956 0.771 13.864 0.745 15.07 40 2. 520 30 0.0 028 08 2. 263 16.7 92 20 0.00 421 2 1.943 19.557 hh q 3 .24 5 6.11 3.067 5.56 2. 880 5.00 2. 691 4.44 2. 479 3.89 2. 261 3.33 2. 0 42 2.78 0.707 1.845 0.665 1.505... • Gv = 22 6, 62( KN) Trọng lượng cầu giao thông : G1 = WCGT γ BT = (0,3.3,4+ 2. 0 ,2. 1 + 2. 0,3.0,5).18 .24 = 743,04 (KN) • Trọng lượng cầu công tác: G2= 24 .{3.0 ,2. 18+ (2. 6.0 ,2. +2. 0 ,2. 2).0 ,2. 4}= 320 ,64(KN)... h'c' =1,05.1,366 =2, 484m ⇒ ∆Z q2 q2 2, 67 2, 67 − − = = =0,109m 2gϕ 2n h2h 2g(σh'c' )2 2.9,81.0,9 52. 1,84 52 2.9,81 .2, 484 Tính lại chiều sâu bể theo công thức: d = σ h'c' - (hh + ∆Z) =2, 484 -(1,845