Đang tải... (xem toàn văn)
Thi công công trình thuỷ lợi là môn khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật, tổ chức và quản lý để tiến hành thi công các công trình thuỷ lợi một cách nhanh, tốt, rẻ, an toàn
Chương 2. Lực tác dụng lên công trình thủy lợi Chương 2 LỰC TÁC DỤNG LÊN CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI 2.1. Tải trọng, lực tác dụng và tổ hợp lực Khi thiết kế các CTTL ngoài các lực tác dụng với kết cấu xây dụng, còn phải xét đến các tải trọng và lực tác dụng sau : 1) Áp lực nước: áp lực thuỷ tĩnh + thuỷ động, áp lực sóng, áp lực thấm; 2) Áp lực bùn cát lắng đọng; 3) Áp lực của đất đắp, của đá; 4) Tải trọng của thuyền bè; 5) Tải trọng của các thiết bị nâng, bốc xếp, vận chuyển, cửa van, lưới chắn, kết cấu và máy móc của các thiết bị điện, thuỷ lực; 6) Lực do biến dạng thể tích của vật liệu công trình, do thay đổi nhiệt độ, co dãn của bêtông; Các lực tác dụng lên CTTL được chia ra các tổ hợp lực cơ bản sau: 2.1.1. Tổ hợp lực cơ bản Gồm các lực tác dụng thường xuyên hoặc có chu kỳ 1) Trọng lượng bản thân và các thiết bị thường xuyên đặt lên; 2) Áp lực nước ứng với mực nước dâng bình thường bao gồm mực nước tĩnh, áp lực nước động do tác dụng của dòng chảy qua công trình gây lên; 3) Áp lực sóng; 4) Áp lực thấm với chế độ thấm ổn định; 5) Tải trọng gió; 6) Áp lực đất và áp lực đá; 7) Áp lực bùn cát lắng đọng; 8) Áp lực máy nâng,bốc dỡ vận chuyển; 9) Tải trọng của thuyền bè. 2.1.2. Tổ hợp lực đặc biệt Là các lực ít xảy ra, các lực và tải trọng trong tổ hợp lực cơ bản nhưng: 1) Áp lực nước khi tháo lưu lượng lớn nhất ứng với mực nước lũ thiết; 2) Áp lực thấm khi thiết bị chống thấm hỏng; 3) Tải trọng gió khi bão; 4) Lực động đất; 5) Lực tác dụng do có thay đổi nhiệt độ và co giãn bê tông. Trong xây dựng người ta dùng tổ hợp lực cơ bản để thiết kế, dùng tổ hợp lực đặc biệt để kiểm tra. 2-1 Chương 2. Lực tác dụng lên công trình thủy lợi Hệ số an toàn: đối với tổ hợp lực cơ bản k = 1,1÷1,4; đối với tổ hợp lực đặc biệt k = 1,0÷1,2. 2.2. Áp lực thuỷ tĩnh và áp lực thủy động 2.2.1. Áp lực thuỷ tĩnh Áp lực thuỷ tĩnh được xác định theo phương pháp thuỷ lực gồm hai thành phần: + Nằm ngang: W1, W2. + Thẳng đứng: W3, W4. Hình 2- 1: Áp lực thủy tĩnh tác dụng lên công trình Khối lượng riêng γn = 1000 kg/m3. Trong nước có bùn cát tùy theo khối lượng bùn cát mà tăng γn lên 5÷10%. 2.2.2. Áp lực thuỷ động Khi dòng chảy qua công trình, gặp các bộ phận trụ pin của đập tràn, tường tiêu năng sẽ tác dụng vào công trình một lực do dòng chảy gây ra gọi là áp lực thuỷ động và xác định theo công thức sau: Wtđ = k.Q.v.ρ.(1-cosϕ) (2.1) Trong đó : Q - lưu lượng trực tiếp tác dụng vào công trình; v - lưu tốc trung bình; ρ - trọng lượng riêng của nước; k - hệ số chảy vòng có thể lấy: + Đầu mố đập vuông cạnh k = 1.0; + Đầu mố đập dạng tròn k = 0.7; + Đầu mố đập vuông cạnh k = 0.4; + Đối với tiêu năng bố trí chân đập tràn từ (0.6÷2)H1 → k = (0.3÷0.4)H1 (H1: mực nước thượng lưu). 2-2 Chng 2. Lc tỏc dng lờn cụng trỡnh thy li 2.3. p lc súng Khi cú giú thi, mt nc h s sinh ra súng v lm tng thờm ỏp lc nc, cỏc yu t ca súng nh: chiu cao súng h, chu k súng T, chiu di súng ph thuc vo nhiu nguyờn nhõn: tc giú W, thi gian giú t, sõu ca nc trong h H, chiu di súng D. chiều dài sóng Chân sóngĐờng trung bình sóng MN tĩnh Hỡnh 2- 2: Cỏc yu t ca súng Súng cú hai loi: + Súng nc sõu khi H > /2 + Súng nc nụng khi /2 > H >Hgh Hgh = (1.25 ữ 1.8 ) hi hi l chiu cao súng vi tn sut bo m i% Tc giú c xỏc nh cao 10 m so vi mc nc lng. Ly vi tn sut bo m 2% vi cụng trỡnh cp I, II; 4% i vi cụng trỡnh cp III, IV. 2.3.1. Tỏc dng ca súng lờn cụng trỡnh cú bin dng thng ng Khi tớnh toỏn tỏc dng ca súng lờn cụng trỡnh cn xỏc nh dnh tng lờn s v dnh thp i ch so vi mc nc tnh v xỏc nh ỏp lc súng vi mụmen y. Núi chung thi im súng lm mc nc dõng cao ln nht trc cụng trỡnh v tr s ỏp lc súng ln nht l khụng trựng nhau vỡ mt phn di cụng trỡnh cú th gõy ra ỏp lc súng õm (hỡnh 2-3c). xỏc nh súng lờn b mt cụng trỡnh thng ng dựng phng phỏp Zagriadcaia, cụng thc cho phộp ỏp dng súng nc nụng v súng nc sõu, dnh cao ln nhõt s v h thp nht ch ca súng c tớnh nh sau: s = ks .h; ch = kch .h dnh khi ỏp lc ngang ca súng ln nht (hỡnh 2-3d) = k .h Lỳc ú ỏp lc ngang ca súng ln nht tớnh cho 1m chiu rng (hỡnh 2-3e) l: 2-3 Chương 2. Lực tác dụng lên công trình thủy lợi Hình 2- 3: Sơ đồ áp lực sóng tác dụng lên công trình có mặt thượng lưu thẳng đúng Mômen của áp lực sóng so với đáy công trình : Pmax = km.γ.h (22.622HKhh++) (2.2) Trong đó : ηs, ηđ, ηch, km là các hệ số phụ thuộc vào h/λ, λ/h được xác định ở đồ thị 2.5/23 2.3.2. Tác dụng của sóng lên công trình có mái nghiêng Khi sóng tiếp xúc với công trình có mặt nghiêng thì sẽ có sóng leo với tần suất 15 được gọi là hsl1% .Đối với vùng nước sâu H ≥ 3.hH1% hoặc vùng nước nông H ≥ 2.h1% được tính theo công thức : hsl 1% = k1. k2 . k3. k4 .h1% (2.3) Trong đó: hH1% : chiều cao sóng ở độ sâu H≥0.5λ với tần suất bảo đảm 1%; h1% : chiều cao sóng với tần suất bảo đảm 1%; k4 : hệ số xác định theo sơ đồ 2-6/24 phụ thuộc vào λ/h và mái dốc m công trình; k1, k2 : hệ số phụ thuộc vào độ nhám tương đối ∆/ hi% (bảng 2-1/22); k3 : hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió và m ( bảng 2-2/22); Chiều cao sóng với tần suất bảo đảm i% xác định theo công thức: hsl 1% =.hsl %. ki (2.4) ki : hệ số lấy theo bảng 2-3/24 Phân bố áp lực sóng lên mái công trình được gia cố bằng các tấm bêtông có độ dốc mái 1.5≤ m ≤5 được tính như hình vẽ: Tải trọng sóng tác dụng lên đập dạng mái nghiêng được xác định theo công thức: 2-4 Chương 2. Lực tác dụng lên công trình thủy lợi hPkkPnbnod 2γ=(T/m2) (2.5) Trong đó: γ-Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3). h-Chiều cao sóng. 2P-áp lực sóng tuơng đối lớn nhất trên điểm 1theo bảng 5-2/25 ®Ønh ®ª MNTT Hình 2- 4: Sơ đồ áp lực sóng tác dụng lên mái nghiêng knb : hệ số xác định theo bảng 2.4 với phụ thuộc vào hλ kno : hệ số xác định theo công thức: ).15,1028,0.(.8,485,0λλhmhkno−++= (2.6) λ : chiều dài trung bình của bước sóng Xác định tung độ z2: ))(1.21(1222BAmmAz ++−+= (2.7) Trong đó: A =221)23,047,0.(mmhh++λ (2.8) B =⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−λhmh).25,084,0(95,0. - Tung độ Z3 bằng chiều cao sóng leo; - Các điểm cao hơn hoặc thấp hơn điểm 1 có áp lực sóng bé hơn, trị số được trình bày bằng hình vẽ tương ứng các khoảng cách l1, l2, l3, l4 được xác định: l1=0,0125Lα; l2=0,0265Lα; l3=0,0325Lα; l4=0,0675Lα (2.9) V ới Lα=421.−mmλ m : độ dốc của mái đập. f Pd0.4Pd0.4Pd0.1Pd 0.1Pd 2-5 . theo công thức: 2- 4 Chương 2. Lực tác dụng lên công trình thủy lợi hPkkPnbnod... .2 =(T/m2) (2. 5) Trong đó: γ-Trọng lượng riêng của nước (γ=1T/m3). h-Chiều. z2: ))(1 .21 ( 122 2BAmmAz ++−+= (2. 7) Trong đó: A =22 1 )23 ,047,0.(mmhh++λ (2. 8) B =⎥⎦⎤⎢⎣⎡−−λhmh) .25 ,084,0(95,0. - Tung độ Z3 bằng chiều cao sóng leo; -