MỞ ĐẦU Thủy lợi biện pháp hàng đầu để phát triển nông nghiệp, giai đoạn công nghiệp hóa đại hóa đất nước công tác thủy lợi có vị trí quan trọng nước nói chung tỉnh Phú Yên nói riêng.Tỉnh Phú Yên tỉnh có kinh tế chủ yếu dựa vào sản xuất nông nghiệp, việc đầu tư để xây dựng công trình thủy lợi nhiệm vụ vô quan trọng cần thiết Mặt khác ngành kinh tế khác ngày phát triển đòi hỏi nhu cầu dùng nước ngày tăng Từ đề mục tiêu nhiệm vụ phải xây dựng nguồn nước phục vụ cho việc phát triển kinh tế dân sinh Nhân dân vùng dự án có đời sồng kinh tế thấp, nghề nghiệp chủ yếu sản xuất nông nghiệp, việc canh tác hoàn toàn phụ thuộc vào thiên nhiên Về mùa khô tình trạng thiếu nước để canh tác sinh hoạt nghiêm trọng, nên yêu cầu giải cho sản xuất nông nghiệp dân sinh cần thiết để cải thiện đời sống nhân dân xã EaTrol Trước yêu cầu nhân dân vùng nên việc xây dựng hồ chứa việc làm cần thiết Việc xây dựng hồ chứa Bản Đức nhu cầu cần thiết cấp bách, có ý nghĩa lớn làm thay đổi mặt khu vực đáp ứng tâm tư nguyện vọng nhân dân Đồng thời việc xây dựng hồ chứa Bản Đức giải số vấn đề sau đây: - Công trình có nhiệm vụ tưới cho 300 lúa hai vụ - Bổ sung thêm 50% lượng nước tưới cho hai trạm bơm Bản Đức Chí Thán tháng mùa kiệt tháng 5,6,7 tháng - Cải thiện môi trường sinh thái cho vùng khô cạn hạ lưu tạo cảnh quan du lịch cho xã EaTrol - huyện Sông Hinh - Kết hợp nuôi trồng thủy sản, tạo điều kiện tự túc lương thực đáp ứng phần lương thực thêm cho xã hội Khi hồ chứa hoàn thành, kết hợp với cảnh quan núi rừng tự nhiên tạo thành khu du lịch có cảnh quan tương đối đẹp Và giải yêu cầu quan trọng việc cung cấp nước cho vùng khô hạn, cằn cỗi Đây công trình thủy lợi lợi dụng tổng hợp nguồn nước, không phục vụ cho nông nghiệp mà phục vụ cho dân sinh ngành kinh tế khác Sinh viên: Nguyễn Văn Luyện ĐẠI HỌC THỦY LỢI TÀI LIỆU CƠ BẢN CHƯƠNG 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VỊ TRÍ ĐỊA LÝ, ĐẶC ĐIỂM ĐỊA HÌNH, ĐỊA MẠO 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.1.1 Vùng xây dựng công trình Công trình Hồ chứa nước Bản Đức xây dựng nhánh sông Ea Trol thuộc địa phận xã Ea Trol, huyện Sông Hinh, tỉnh Phú Yên Công trình cạnh Bản Đức, cách trung tâm thị trấn khoảng 11km phía Bắc, cách thành phố Tuy Hòa khoảng 65km theo đường tỉnh lộ 645 phía Tây Tọa độ lưu vực nằm vào khoảng: - 12054'40'' Vĩ độ Bắc - 108053'20'' Kinh độ Đông 1.1.1.2 Khu hưởng lợi Diện tích canh tác nằm độc lập, có địa hình thấp dần phía Bắc, chiều dài khu tưới khoảng 3,0km; chiều rộng trung bình 1,0 km Các đặc trưng lưu vực tính đến tuyến đập xác định đồ tỉ lệ 1: 50000 - Diện tích lưu vực - Chiều dài sông Flv = 27.1 km2 Ls = 8.6 km - Độ dốc sông Js = 19.6%o - Độ dốc lưu vực Jlv = 53.3 %o 1.1.2 Điều kiện địa hình, địa mạo Vùng công trình nằm khu vực đồi núi có cao độ tuyệt đối từ +190 ÷ 400m, thấp dần phía Bắc, đồi núi có dạng đỉnh tròn, sườn dốc thoải Do dòng nước mặt bào xói tạo nên phân cắt hình thành khe rãnh, số nơi thoát nước tạo thành thung lũng sình lầy, tầng đất phủ mặt dày, điều kiện phát triển thực vật tốt Vùng công trình đầu mối dọc tuyến kênh công trình nằm dạng địa hình Nghiêng dần phía Bắc dải mặt thấp, tương đối phẳng, cao độ tuyệt đối thay đổi từ +195 ÷ 180m, vùng tưới công trình Sinh viên: Nguyễn Văn Luyện ĐẠI HỌC THỦY LỢI 1.1.3 Đặc tính lòng hồ Bảng 1-1: Quan hệ Z≈F, Z≈V TT Z(m) 187 188 189 190 191 192 193 194 195 10 196 11 197 12 198 13 199 14 200 15 201 16 202 17 203 18 204 19 205 1.2 F(103m2) 46 80 141 202 270 354 449 525 617 768 883 1001 1121 1218 1324 1404 1479 V(trm3) 0.000 0.003 0.027 0.089 0.198 0.368 0.604 0.915 1.316 1.802 2.372 3.063 3.888 4.829 5.890 7.059 8.330 9.693 11.134 Điều kiện khí tượng thủy văn 1.2.1 Đặc trưng khí tượng – khí hậu 1.2.1.1 Khí hậu Vùng công trình có độ cao tuyệt đối biến đổi từ 180 ÷ 400m, yếu tố khí hậu mang đặc điểm khí hậu vùng núi Lượng mưa bình quân nhiều năm 2.000 mm (đây tâm mưa tỉnh Phú Yên) Khí hậu chia làm mùa - Mùa khô nắng: từ tháng ÷ thường có gió Tây Nam hoạt động, tháng 4, có mưa tiểu mãn, có năm lượng mưa khá, giảm bớt tính khô nóng thuận lợi cho việc sản xuất nông nghiệp - Mùa mưa: Kéo dài từ tháng ÷ 12, lượng mưa chiếm 75 ÷ 80% lượng mưa năm, mùa mưa lượng mưa lớn gây xói mòn rửa trôi lớp đất màu 1.2.1.2 Khí tượng Vùng công trình có đặc trưng khí tượng - khí hậu liên quan sau: Sinh viên: Nguyễn Văn Luyện ĐẠI HỌC THỦY LỢI a) Nhiệt độ không khí Nhiệt độ trung bình năm 26oC, nhiệt độ trung bình cao 35.5 oC vào tháng Nhiệt độ trung bình thấp 18.3oC vào tháng hàng năm Bảng 1-2: Bảng phân phối đặc trưng nhiệt độ không khí Tháng I Tcp( C) 21.8 Tmax (0C) 27.1 Tmin(0C) 18.3 b) Độ ẩm II 23.4 29.3 19.4 III 25.8 33.0 20.9 IV 27.8 35.1 22.9 V 28.8 35.5 24.4 VI 28.3 33.9 24.6 VII 28.4 34.5 24.4 VIII 28.4 34.0 24.5 IX 26.9 32.8 23.5 X 25.4 30.2 22.8 XI 24.0 27.9 21.5 XII 22.4 26.6 19.6 Năm 26.0 31.7 22.2 Độ ẩm không khí tương đối trung bình độ ẩm tương đối thấp trung bình ghi bảng (1-3) Bảng 1-3: Bảng phân phối đặc trưng độ ẩm tương đối Tháng I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII Năm Ucp (%) 85 81 79 77 78 78 74 75 83 89 89 87 81.3 Umin(%) 62 56 50 46 49 55 52 54 58 67 69 66 57 Ghi chú: Độ ẩm tương đối lớn hàng tháng đạt tới Umax = 100% c) Nắng: Thời kỳ nắng nhiều từ tháng đến tháng 9, số nắng trung bình lớn 200 giờ/ tháng Số nắng giảm thời kỳ mùa đông đạt từ 120 đến 160 / tháng Biến trình số nắng năm ghi bảng (1-4) Bảng 1-4: Bảng phân phối số nắng năm Tháng I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII Năm Giờ 153.8 190.6253.2 266.4 278.0 234.2 242.8 225 202.9 162.2 119.6121.52450 nắng d) Gió: Chế độ gió mùa gồm hai mùa gió năm gió mùa đông gió mùa hạ Vận tốc gió trung bình tháng lớn đạt đến 3.5 m/s Bảng 1-5: Bảng vận tốc gió trung bình tháng năm Tháng V(m/s) I II 1.0 1.3 III IV 1.4 1.4 V VI VII VIII I X 1.6 2.9 2.9 3.5 1.6 X 0.9 XI 0.9 XII 0.9 Năm 1.7 Tốc độ gió nêu vào loại tương đối lớn, Tuy Hòa nằm vùng chịu ảnh hưởng bão đổ vào ven biển Trong tháng mùa lũ, hướng gió thịnh hành Bắc Đông Bắc, mùa khô gió Nam gió Tây - Vận tốc gió lớn thực đo năm 1993 V1993 = 44 m/s - Vận tốc gió trung bình lớn không kể hướng Vtbmax= 18.6 m/s Sinh viên: Nguyễn Văn Luyện ĐẠI HỌC THỦY LỢI e) Bốc hơi: Lượng bốc hàng năm 1338 mm Biến trình bốc năm tuân theo quy luật lớn mùa khô, nhỏ mùa mưa Lượng bốc BQNN ghi bảng (1-7) Bảng 1-7: Bảng phân phối lượng bốc năm Tháng I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII Năm Zpiche 84.0 73.2 93.3 103.0 137.9 163.6 169.2 171.9 105.2 71.6 78.4 86.2 1338 - Lượng bốc lưu vực Zo tính theo phương pháp cân nước: Zo = Xo – Yo Trong đó: + Xo: lượng mưa bình quân nhiều năm lưu vực, Xo = 2000 mm + Yo: Độ sâu dòng chảy bình quân nhiều năm lưu vực Yo=1133 mm + Zo: lượng bốc lưu vực, Zo = 867 mm - Bốc mặt nước Zn: Zn = 1672 mm - Tổn thất bốc hơi: ΔZ = Zn – Zo = 1672 – 867 = 805 mm Bảng - 8: Bảng phân phối bốc tháng năm năm Tháng I II III IV V VI VII VIII I X X XI XII Năm ∆Z(mm) 50.6 44.1 56.2 62.0 83.0 98.5 101.8 103.4 63.3 43.1 47.2 51.9 805.0 1.2.2 Đặc trưng thủy văn 1.2.2.1 Dòng chảy năm a) Lượng mưa sinh dòng chảy lưu vực Mùa mưa kéo dài từ tháng ÷ 12, lượng mưa chiếm 75 ÷ 80% lượng mưa năm b) Chuẩn dòng chảy năm Do lưu vực trạm đo dòng chảy nên tính toán đặc trưng dòng chảy dùng công thức kinh nghiệm tính gián tiếp từ mưa Trạm Đá Bàn có diện tích lưu vực F lv=126 km2, có lượng mưa lưu vực Xolv=2000mm lượng lưu vực hồ Bản Đức nên chọn làm lưu vực tương tự để xây dựng đường quan hệ mưa ~ dòng chảy Từ tài liệu mưa, dòng chảy đồng trạm Đá Bàn, xây dựng phương trình tương quan mưa ~ dòng chảy, hệ số tương quan phương trình R=0.95 Với hệ số tương quan R>0.80, đánh giá quan hệ tương quan chặt chẽ cho phép dùng đường quan hệ Y = F(x) để tính toán dòng chảy Sinh viên: Nguyễn Văn Luyện ĐẠI HỌC THỦY LỢI Thay trị số lượng mưa lưu vực Xo = 2000 mm, tính toán đặc trưng dòng chảy BQNN - Yo = 1133 mm; αo = 0.57; Mo = 36.0 l/s.km2 - Qo = 0.974 m3/s; Wo= 30.7 x 106 m3; Cv = 0.44; Cs = 2Cv c) Dòng chảy năm thiết kế Từ thông số thống kê dòng chảy năm, tính toán dòng chảy năm thiết kế theo hàm phân phối mật độ Pearson III.Kết tính toán dòng chảy năm thiết kế ghi bảng - Bảng 1-9: Bảng kết tính toán dòng chảy năm thiết kế P (%) 50 Qp (m /s) 0.912 Wp (10 m ) 28.8 d) Phân phối dòng chảy năm thiết kế 75 0.662 20.9 Các thông số Qo = 0.974 m3/s Cv = 0.44 ; Cs = 2Cv Chọn năm 1978-1979 trạm Đá Bàn năm có trị số xấp xỉ năm 75% có dạng phân phối dòng chảy bất lợi để làm mô hình năm điển hình Kết phân phối dòng chảy năm thiết kế P=75% lưu vực Bản Đức thể bảng 1- 10 Bảng 1- 10: Phân phối dòng chảy năm thiết kế Q75% (m3/s) P% IX X Q75% 0.299 1.917 XI XII I II III IV V VI VII VIII 2.717 1.641 0.221 0.151 0.097 0.076 0.178 0.193 0.230 0.220 năm 0.662 1.2.2.2 Dòng chảy lũ a) Các đặc trưng lũ thiết kế: Trong lưu vực trạm đo dòng chảy nên phải dùng công thức kinh nghiệm để tính toán dòng chảy lũ thiết kế từ mưa rào ~ dòng chảy Đối với lưu vực nhỏ khu vực duyên hải trung bộ, Flv 500 KG/cm2), độ bền, sức chịu tải tốt 1.3.2.2 Điều kiện địa chất công trình tuyến thượng lưu đập Tuyến nằm thượng lưu suối song song với tuyến đập Địa tầng, tính chất lý tương tự tuyến đập bao gồm đơn nguyên: - Lớp cát, cuội, sỏi,(pr- dl- al)Q ký hiệu (1) thấm nhiều - Lớp sét pha (elQ) ký hiệu (2) thấm - Lớp Đá Granit phong hoá, nứt nẻ ít, thấm ký hiệu (3) 1.3.2.2 Điều kiện địa chất công trình tuyến hạ lưu đập (MặT CắT đ13 - Đ15) Điều kiện địa chất công trình tương tự tuyến thượng lưu 1.3.2.3 Điều kiện địa chất công trình tuyến tràn xã lũ ( MặT CắT t1 – t3) Các lỗ khoan khảo sát địa chất công trình cho tuyến tràn xả lũ bao gồm T1, T2, T3 Kết lập mặt cắt địa chất công trình T1- T3 Cấu trúc địa tầng tình chất lý tuyến tràn theo thứ tự từ xuống sau  Lớp cát pha (pr- dl- al)Q ký hiệu (1) Bề dày trung bình 1m Nguồn gốc sườn tích, lũ tích, bồi tích Điều kiện địa chất công trình lớp có thành phần cát pha, có chứa cuội, sỏi, tảng lăn (đá mồ côi) Đất dính, chưa nén chặt Khi xây dựng tràn cần bóc bỏ  Lớp sét pha (elQ) ký hiệu (2) Diện phân bố khắp khu vực tuyến tràn Bề dày từ 5,1m đến 6,0m Điều kiện địa chất công trình lớp có nguồn gốc phong hoá tàn tích từ đá Granit phức hệ Đèo Cả lớp có chứa tảng lăn (đá mồi côi) Đất có trạng thái cứng Nếu đặt tràn vào lớp cần xây dung kiên cố 1.3.2.4 Điều kiện địa chất công trình tuyến cống lấy nước ( Mặt Cắt C -C3) Các lỗ khoan địa chất công trình bao gốm C1, C2, C3 Kết lập mặt cắt địa chất công trình tuyến C1- C3 Cấu trúc địa tầng tính chất lý tuyến cống lấy nước theo thứ tự từ xuống sau: Sinh viên: Nguyễn Văn Luyện ĐẠI HỌC THỦY LỢI  10 Lớp sét pha (elQ) ký hiệu (2) Diện phân bố khắp tuyến cống, Đặc điểm địa chất công trình lớp sét pha, nguồn gốc phong hoá từ đá granit, trạng thái cứng, có chứa đá mồ côi 1.3.3 Điều kiện địa chất thủy văn Nước suối nước ngầm khu vực chủ yếu cung cấp từ nước mưa, phần cung cấp từ dãy núi xung quanh ngấm xuống Về mùa lũ mực nước ngầm dâng cao, dòng chảy lũ lớn gây ngập lụt hạ lưu Về mùa khô mực nước ngầm hạ thấp, lưu lượng chảy suối mùa thiếu nước để cung cấp cho tưới tiêu sinh hoạt 1.3.4 Tình hình vật liệu xây dựng 1.3.4.1 Vật liệu đắp đập Để đáp ứng nhu cầu đất đắp đập vào điều kiện địa hình, địa chất khu vực ta xác định bãi vật liệu (BVL) đất đắp - Bãi vật liệu (BVL1) phía tây nam tuyến đập nằm vùng lòng hồ cách tuyến đập khoảng 400m, có trữ lượng khoảng 450000 m3 - Bãi vật liệu (BVL2) nằm phía tây nam vùng lòng hồ cách tuyến đập khoảng 300m, trữ lượng khoảng 290000 m3 - Bãi vật liệu (BVL3) nằm hạ lưu đập phía bờ trái, cách tuyến đập khoảng 400, trữ lượng khoảng 245000 m3 - Bãi vật liệu (BVL4) nằm lòng hồ phía đông bắc cách tuyến đập khoảng 400m, trữ lượng khoảng 180000 m3, bãi dự phòng Đặc điểm địa chất bãi vật liệu tương tự Cụ thể sau: - Lớp phủ: Lớp phủ sản phẩm sườn tích, tàn tích thành phần sét pha, chứa dăm sạn, có rễ cỏ, mùn hữu phải bóc bỏ - Lớp hữu dụng: Lớp hữu dụng sản phẩm phong hoá tàn tích, thành phần sét pha đôi chỗ có chứa tảng lăn (đá mồ côi) - Lớp đáy: Lớp đáy thường sản phẩm phong hoá tàn tích dở dang, dính, đất rời rạc chứa dăm sạn đá granit - Điều kiện địa chất thuỷ văn mỏ: Nhìn chung điều kiện thoát nước tốt thuận lợi cho công tác điều chế độ ẩm nguyên liệu đất đắp Sinh viên: Nguyễn Văn Luyện 145 13.5.4.Xác định biểu đồ mômen kết cấu 13.5.4.1 Sơ đồ Tải trọng phân bố phía q, phía q n, hai bên thành cống lực tác dụng Hình 13- 6: Sơ đồ tính toán Hình 13- 7: Biểu đồ mômen Công thức xác định mômen điểm sau (tra bảng 2-26 Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi) MA =MD= − l q n (2k + 3) − kq 12 k + 4k + l q (2k + 3) − kq n MC =MB=- 12 k + 4k + (Tm) (Tm) MF = ql − MA (Tm) ME = qn l − MB (Tm) MG = MH =- MA + MB (Tm) 13.5.4.2 Sơ đồ Tải trọng phân bố bên thành cống p, cống tải trọng tác dụng 146 Hình 13-8: Sơ đồ tính toán Hình 13-9: Biểu đồ mômen Công thức xác định mômen điểm sau ( tra bảng 2-26 Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi) MA=MB=MC=MD= − MG = MH = pkh 12(k + 1) ph − MA ME = MF = MA (Tm) (Tm) (Tm) 13.5.4.3 Sơ đồ Tải trọng phân bố hai bên thành cống có dạng tuyến tính, đỉnh đáy cống lực tác dụng Hình 13- 10: Sơ đồ tính toán Hình 13- 11: Biểu đồ mômen Công thức xác định mômen điểm sau ( tra bảng 2-26 Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi) p ' h ( 2k + 7) k MC=MB= − 60 k + 4k + (Tm) p ' h (3k + 8)k MA=MD= − 60 k + 4k + (Tm) 147 MG = MH = p' h M A + M B − 16 (Tm) MF=MA (Tm) ME=MB (Tm) 13.5.4.4 Biểu đồ mô men cuối Bảng 13-2:Bảng xác định mô men cuối Trường hợp tính toán Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Tổng A B C D E F G H Tải trọng tiêu chuẩn -1.42 -1.29 -1.29 -1.42 3.70 3.29 -1.36 -1.36 Tải trọng tính toán -1.53 -1.29 -1.29 -1.53 4.06 3.18 -1.41 -1.41 Tải trọng tiêu chuẩn -2.35 -2.35 -2.35 -2.35 -2.35 -2.35 3.73 3.73 Tải trọng tính toán -2.55 -2.55 -2.55 -2.55 -2.55 -2.55 4.04 4.04 Tải trọng tiêu chuẩn -0.28 -0.22 -0.22 -0.28 -0.22 -0.28 0.39 0.39 Tải trọng tính toán -0.3 -0.24 -0.24 -0.3 -0.24 -0.3 0.42 0.42 Tải trọng tiêu chuẩn -4.05 -3.87 -3.87 -4.05 1.12 0.66 2.76 2.76 Tải trọng tính toán -4.38 -4.08 -4.08 -4.38 1.27 0.33 3.05 3.05 Hình 13- 12: Biểu đồ mômen cuối ứng với tải trọng tiêu chuẩn Hình 13- 13: Biểu đồ mômen cuối ứng với tải trọng tính toán 13.5.5.Xác định biểu đồ lực cắt Biểu đồ lực cắt suy từ biểu đồ mômen Mcc theo công thức: QAB=Q0AB ± Trong : ∆M L AB 148 - QAB: lực cắt cần tìm tiết diện A đoạn AB - QoAB: lực cắt tiết diện A tải trọng gây AB coi đoạn dầm đơn giản - ∆M: hiệu đại số tung độ mô men hai đầu A, B - LAB: chiều dài đoạn AB ∆M L AB : lấy dấu dương từ trục quay thuận chiều kim đồng hồ đường biểu diễn mô men ( đường thẳng nối hai tung độ tạiA B ) góc nhỏ 90o, ngược lại ∆M L AB lấy dấu âm Từ biểu thức tổng quát ta có biểu thức cụ thể sau: QDA = q n B q B ; QBC = 2 QAB = p.H p t H ∆M AB + + H QBA = − QGB = p.H p t H ∆M AB − − H pH p t H ∆M GB + − 12 H Từ biểu thức ta có kết tính lực cắt điểm đặc biệt cho bảng sau : Bảng 13-3 :Bảng tính giá trị lực căt Tính lực cắt (Q) Với tải trọng tiêu chuẩn Với tải trọng tính toán QDA( = - QAD) 15.37 16.46 QBC( = - QCB) 14.50 15.36 QAB(=-QDC) 15.52 16.85 QBA(=-QCD) 14.56 15.83 QGB(=-GHC) -0.14 -0.09 149 Hình 13- 14: Biểu đồ lực cắt ứng với tải trọng tiêu chuẩn Hình 13- 15: Biểu đồ lực cắt ứng với tải trọng tính toán 13.5.6.Xác định biểu đồ lực dọc Hình 13-16 : Sơ đồ tính toán lực dọc kết cấu Để xác định biểu đồ lực dọc N cc thanh, ta dựa vào biểu đồ lực cắt Qcc xác định Bằng phương pháp tách riêng nút ta xác định lực dọc tất thanh, từ ta vẽ biểu đồ lực dọc cuối N cc Từ ta có kết tính giá trị lực dọc điểm đặc biệt cho bảng sau : Bảng 13-4 :Bảng kết tính giá trị lực dọc Lực dọc (N) AB DC BA CD BC CB N =N N =N N =N Với tải trọng tiêu chuẩn Với tải trọng tính toán 15.37 16.46 14.5 15.36 14.56 15.83 150 N AD =N DA 15.52 16.38 Hình 13- 17: Biểu đồ lực dọc ứng với Hình 13- 18: Biểu đồ lực dọc ứng với tải trọng tiêu chuẩn tải trọng tính toán 13.6 Tính toán cốt thép 13.6.1.Mặt cắt tính toán Căn vào biểu đồ nội lực ta chọn mặt cắt nguy hiểm để tính toán cốt thép Với trần cống Chọn mặt cắt qua B mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía trần cống: MB = - 4,08 (T.m), QB = +15,36 (T), NB = - 15,83 (T) Với thành bên Chọn mặt cắt qua A mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía thành bên: MA = - 4,38 (T.m), QA = + 16,38 (T), NA = - 16,46 (T) Với đáy cống Chọn mặt cắt qua D mặt cắt có giá trị mômen căng lớn để tính toán bố trí cốt thép phía đáy cống: MD = - 4,38 (T.m), QD = 16,46 (T), ND = - 16,38 (T) 151 13.6.2.Tính toán cốt thép dọc chịu lực 13.6.2.1 Tính toán bố trí cốt thép cho trần cống a Mặt cắt B Giá trị nội lực mặt cắt B MB = - 4,08 (T.m), QB = +15,36 (T), NB = - 15,83 (T) Tiết diện tính toán hình chữ nhật có kích thước b x h = 100 x 30(cm) Trình tự tính toán cốt thép cho mặt cắt sau: Qua tải trọng tác dụng vào tiết diện ta thấy cấu kiện chịu kéo lệch tâm l0 = 1,3 < 10 Do bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc, η= h Độ lệch tâm : e0 = e0 = M 4,08 = 0,26 = N 15,83 Ta thấy ηe0 = 0,26 m > 0,3h0 = 0,3.(0,5- 0,04) = 0,138 m nên cấu kiện cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn  Sơ đồ ứng suất Hình 13-19 :Sơ đồ ứng suất để tính cấu kiện lệnh tâm lớn Trong đó: - e :Là khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu kéo Fa e = ηe0 + 0,5h – a = 1.0,26+0,5.0,3- 0,04 = 0,37 m = 37cm 152 - e’ :Là khoảng cách từ điểm đặt lực nén dọc N đến trọng tâm cốt thép chịu nén F’a e’ = ηe0 – 0,5h +a’ = 1.0,26 - 0,5.0,5+ 0,04 = 15cm - x : chiều cao vùng nén cấu kiện  Công thức kn.nc.N ≤ mb.Rn.b.x + ma.Ra'.Fa' - ma.Ra.Fa kn.nc.N.e ≤ mb.Rn.b.x.( h0 – x ) + ma.Ra'.Fa'.( h0- a' ) (1) (2) - Đây toán xác định Fa Fa' biết điều kiện b, h, M, N, cấu kiện - Chọn x = αo.ho (α = αo, A = Ao) Tra phụ lục 11- Giáo trình BTCT ta hệ số giới hạn αo = 0,6 Ao = αo.(1 - 0,5 αo) = 0,42 Khi đó: k n n c N.e − m b R n b.h 02 A o Fa' = m a R 'a (h o − a' ) Fa’ = 1,15.0,95.15830.37 − 1.90.100.26 2.0,42 = -24,8 (cm2) < 1,1.2700.(26 − 4) Chọn theo điều kiện hàm lượng cốt thép tối thiểu Fa' ≥µmin.b.h0 Với µmin: Hàm lượng cốt thép tối thiểu phụ thuộc vào độ mảnh cấu kiện λb λb = l0 h : + lo: chiều dài tính toán cấu kiện + b: cạnh nhỏ tiết diện => λb = 0,9/0,5 = 1,8 Tra bảng 4-1 giáo trình kết cấu BTCT ta có µmin = 0,05% Khi Fa’ = 0,0005.100.26 = 1,3cm2 + Điều kiện cấu tạo: chọn Fa’ = 5φ6 = 1,7cm2 Vậy ta chọn Fa' = 5φ6, khoảng cách cốt thép 20 (cm) 153 Xác định Fa biết Fa' điều kiện khác Đặt A = α.( 1- 0,5.α ), từ phương trình (2) ta có : A= k n n c N.e − m a R 'a Fa' (h o − a' ) m b R n b.h 02 A= 1,15.0,95.15830.37 − 1.1.1,7.2700.(26 - 4) = 0,089 1.90.100.26 Có A ta tính α = 1- − 2.A = 0,093 2.a' - Thấy α=0,093< h =0,307 chứng tỏ Fa' đạt σa' < Ra' nên lấy x = 2.a' để o tính Fa theo công thức: Fa = k n n c N.e ' 1,15.0,95.15830.15 = = 3,97 cm2 m a R a (h − a ') 1,1.2700.(26 − 4) So sánh µmin.b.h0 = 1,3< Fa = 3,97cm2 thoả mãn yêu cầu đặt + Điều kiện cấu tạo: chọn Fa = 5φ12 = 5,65cm2 Ta thấy Fa = 5φ12 = 5,65cm2 > µmin.b.h0 nên diện tích thép tính đạt yêu cầu Chọn thép bố trí theo yêu cầu cấu tạo F a = 5φ12 = 5,65cm2,khoảng cách cốt thép 20 cm b Chọn cốt thép Căn vào kết tính toán cốt thép mặt cắt ta chọn bố trí cốt thép cho trần cống sau : - Cốt thép phía trần cống 5φ 6,khoảng cách giũa 20cm - Cốt thép phía trần cống 5φ12, khoảng cách 20cm 13.6.2.2 Tính toán cho mặt cắt thành bên đáy cống Làm hoàn toàn tương tự ta có bang kết sau: Bảng 13-5 :Bảng tính toán bố cốt thép dọc cho mặt cắt A D Mặt cắt A M N e0 e e' ho Fa' (tính toán) Fa' (chọn) (T.m) (T) (m) (m) (m) (m) (m2) (cm2) 4.38 16.46 0.27 0.38 0.16 0.26 -28.6 1,7 A 0.094 α 0.27 Fa (tính toán) Fa (chọn) (cm2) (cm2) 4.30 5.65 154 D 4.38 16.38 0.27 0.38 0.16 0.26 -28.7 1,7 0.094 0.27 4.31 5.65 13.6.2.3 Tính toán cốt thép ngang Với cốt thép ngang cống ta thường bố trí cốt thép xiên nên tính toán cốt thép ngang cho cống ta tính toán bố trí cốt thép xiên cho cống (không tính toán bố trí cốt thép đai cho cống) 1) Điều kiện tính toán Khi thoả mãn điều kiện sau cần phải tính toán cốt xiên, cốt đai cho cấu kiện : 0.6.mb4.Rk < σ1 = τ0 = k n n c Q ≤ mb3.Rkc 0.9.b.h o Trong : - Q : lực cắt lớn tải trọng tính toán gây (kg) - Rkc : cường độ chịu kéo tiêu chuẩn bê tông, Rkc = 11,5 (kg/cm2) - Rk : cường độ chịu kéo bê tông, Rk = 7,5 (kg/cm2) - mb3 : hệ số điều kiện làm việc bê tông kết cấu bê tông cốt thép Tra bảng (trang 16) TCVN 4116 - 85 ta mb3 = 1,15 - mb4 : hệ số điều kiện làm việc kết cấu bê tông không cốt thép Tra bảng TCVN 4116 – 85 ta mb4 = 0,9 - τ0: ứng suất tiếp lớn mặt cắt tính toán (kg/cm2) 2) Mặt cắt tính toán - Ta chọn mặt cắt có lực cắt lớn để tính toán bố trí cốt thép ngang cho cống Do ta cần tính toán cho mặt cắt sau:  Với đáy cống Tính cho mặt cắt qua D : MD =- 4,38 (T.m), QD = 16,46 (T), ND = - 16,38  Với thành bên cống Tính cho mặt cắt qua A: MA = - 4,38 (T.m), QA = + 16,38 (T), NA = - 16,46  Với trần cống Tính cho mặt cắt qua B : MB = - 4,08 (T.m), QB = +15,36 (T), NB = - 15,83 3) Tính toán cốt thép xiên cho đáy cống 155 Với cốt thép ngang cống ta thường bố trí cốt thép xiên nên tính toán cốt thép ngang cho cống ta tính toán bố trí cốt thép xiên cho cống (không tính toán bố trí cốt thép ngang cho cống) Kiểm tra điều kiện tính toán cốt xiên 0,6.mb4.Rk = 0,6.0,9.7,5= 4,05 (kg/cm2) mb3.Rkc = 1,15.11,5 = 13,225 (kg/cm2) τ0 = k n n c Q 1,15.1.15360 = = 7,55 (kg/cm2) 0,9.b.h o 0,9.100.26 Điều kiện thoả mãn nên ta phải tính toán bố trí cốt thép xiên cho đáy cống Sơ đồ tính toán Hình 13-20 :Sơ đồ phân bố ứng suất kéo Trong đó: - σ1a: ứng suất kéo cốt dọc chịu - σ1x : ứng suất kéo cốt xiên phải chịu - σ1= τ0 : ứng suất kéo cốt xiên cốt dọc phải chịu Do biểu đồ ứng suất kéo có dạng tam giác nên ứng suất cốt dọc chịu tính theo công thức : σ1a = 0,225 σ1 = 1,7 (kg/cm2) Ứng suất kéo cốt xiên phải chịu : σ1x = σ1 - σ1a = 7,55 – 1,7 = 5,85 (kg/cm2) x= 100.4,05 => x = 53,64 (cm) 7,55 Đặt cốt xiên nghiêng với trục cấu kiện góc 45 o, diện tích cốt xiên tính theo công thức : 156 Fx = Ω X b m a R ax = 0,3.53,64.(4,05 - 1,7 + 5,85).100 1,1.2700 = 3,14 Với Fx = 3,14 (cm2) ta chọn φ10 có F = 3,93(cm2) để bố trí cốt xiên cho cống Ta bố trí cốt xiên thành lớp Vị trí cốt xiên xác định sau : - Xác định trọng tâm phần diện tích thép xiên ΩX - Từ trọng tâm của phần diện tích thép xiên dóng lên trục dầm ta xác định vị trí lớp thép xiên - Gọi khoảng cánh từ mép trục cấu kiện tới vị trí thép xiên x1 : x1 ≈ x = 17,88(cm) Hình 13-21 :Xác định vị trí thép xiên 4) Tính toán cốt thép ngang cho trần cống thành bên cống Tính toán tương tự cho đáy cống ta bảng tổng hợp kết : Bảng 13-6 :Bảng kết tính toán bố trí cốt thép ngang Cấu kiện Q τ0 σ1a x Fx(cm2) Loại thép Số x1(cm) Tấm nắp 16.46 7.68 1.73 52.70 3.12 Ф10 17.57 Thành bên 16.38 7.65 1.72 52.96 3.12 Ф10 17.65 13.7 Tính toán kiểm tra nứt Theo tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép công trình thuỷ công việc tính toán khả chịu lực phải tính toán chuyển vị, hình thành mở rộng khe nứt BTCT giai đoạn sử dụng Ta dùng tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn để tính toán kiểm tra nứt cho kết cấu 157 13.7.1.Mặt cắt tính toán Chọn mặt cắt có mô men lớn để tính toán kiểm tra nứt cho kết cấu Ta tính cho mặt cắt qua D thuộc thành bên cống có giá trị nội lực ứng với tải trọng tiêu chuẩn sau: MD =- 4,38 (T.m), QD = 16,46 (T), ND = - 16,38 13.7.2.Tính toán kiểm tra nứt 13.7.2.1 Xác định đặc trưng qui đổi Chiều cao vùng nén xn = Sqd Fqd Trong đó: - Sqđ: mô men tĩnh qui đổi tiết diện Sqđ = 0,5.b.h2 + n.(a'.Fa' + Fa.h0) - Fqđ: diện tích qui đổi tiết diện Fqđ = Fb + n.(Fa + Fa') - Mô men quán tính qui đổi tiết diện Jqđ = b (x n + (h − x n ) ) + n.Fa' (x n − a' ) + n.Fa (h o − x n ) - Mô đun chống uốn tiết diện Wqđ = J qd h − xn Trong đó: b = 100 (cm) ; h = 50 (cm) ; a = a' = (cm) ; h0 = 26 (cm) Fa = 5,65 (cm2) ; Fa' = 1,7 (cm2) ; n = E a 2100 = = 8,75 Eb 240 158 Hình 13-22:Sơ đồ tính toán giá trị quy đổi Thay số vào công thức ta : Bảng 13-7 :Bảng tính toán đại lượng quy đổi Fa Fa' Sqđ Fqđ Xn Jqđ Wqđ 5.65 1.7 46344.88 3064.313 15.12 232737.7 15645.25 13.7.2.2 Khả chống nứt tiết diện Với cấu kiện chịu nén lệch tâm khả chống nứt tiết diện xác định theo công thức : γ R ck Nn = e o − Wqd Fqd Trong : - Nn lực nén dọc lệch tâm mà tiết diện chịu trước khe nứt thẳng góc xuất - γ1 = γ.mh = 1.1,75 = 1,75 hệ số xét đến biến dạng dẻo bê tông miền kéo - mh hệ số tra phụ lục 13 giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta m h = - γ hệ số tra phụ lục 14 giáo trình '' Kết cấu bê tông cốt thép '' ta γ = 1,75 - Độ lệch tâm lực nén dọc tiêu chuẩn 159 e0 = MC 4380 = = 27 (cm) C 16380 N - Rkc = 11,5 (kg/ cm2) Thay số vào công thức ta : γ R ck Nn = e o Wqd 1,75.11,5 27 1 = = 15614,89(kg) − − 15645,25 3064.313 Fqd 13.7.2.3 Kiểm tra nứt Điều kiện không xuất khe nứt thẳng góc : nc.Nc < Nn Ta thấy nc.Nc = 15561 (kg) < Nn nên cấu kiện (thành cống) không bị nứt theo phương dọc cống Kết luận: Cấu kiện đảm bảo an toàn trình làm việc