Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán công trình thủy lợi bằng sap
Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen B. Tính toán kết cấu cống lấy nớc 1. Tài liệu cơ bản. 1.1. Tiêu chuẩn thiết kế. Cấp công trình: Theo tiêu chuẩn TCVN - 285 - 2002 công trình cấp III. 1.2. Các chỉ tiêu tính toán. Tính cho mặt cắt đi qua tim cống: Cao trỉnh đỉnh đập (tại tim): : đỉnhđập = 44.00 m Cao trình đỉnh cống (tại vị trí giữa đập): đỉnhcống = 30.65 m Cao trình đáy cống : đáycống = 29.60 m Khẩu diện cống : = 0.8 m Chiều dày đỉnh và thành bên cống: : t = 0.25 m Chiều dày đáy cống: : t = 0.30 m Dung trọng riêng của bêtông: : bt = 2.5 T/m 3 . ứng suất nén tính toán cho phép BT M200 : [ u ] = 90 KG/cm 2 . ứng suất kéo tính toán cho phép BT M200 : [ k ] = 7.5 KG/cm 2 . Cờng độ chịu kéo tính toán của cốt dọc, cốt ngang (cốt đai, xiên) chịu tác dụng của moment uốn : R a = 2700 KG/cm 2 Mô đun đàn hồi của BTCT M200 : E b = 2.4x10 6 (T/m 2 ). Mô đun đàn hồi của cốt thép : E a = 2.1x10 6 (kg/cm 2 ). Các hệ số vợt tải (tra TCVN 285 2002) tơng ứng công trình cấp III: Trọng lợng bản thân công trình : n = 1.05. áp lực thẳng do trọng lợng đất : n = 1.10. áp lực bên của đất : n = 1.20. áp lực nớc (thủy tĩnh, đẩy nổi) : n = 1.10. 1.3. Trờng hợp tính toán Trờng hợp 1: Cống mới thi công, trong cống cha có nớc, đang tiến hành đắp đất trên đỉnh cống với chiều cao lớp đất là 1.5m. Trờng hợp 2: Thợng lu là MNDGC và cửa cống đóng. Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 1 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen 1.4. Phơng pháp tính toán Sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn để tính toán, kết quả tính toán sẽ cho nội lực tại phần tử. Lấy các giá trị lớn nhất trong phần tử làm số liệu tính toán kết cấu. Công cụ tính toán: sử dụng chơng trình Sap2000. 2. Tính cho phơng ngang cống 2.1. Trờng hợp 1 Cống mới thi công, trong cống cha có nớc, đang tiến hành đắp đất trên đỉnh cống với chiều cao lớp đất là 1.5m 1. Sơ đồ kết cấu: = 13 o C = 2.3 T/m = 1.71 /m 2 3 Mặt cắt ngang cống . Mặt cắt ngang tơng đơng Mặt cắt tính toán Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 2 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen 2. Xác định nội lực tác động: Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên cống. a. áp lực đất: - Trên đỉnh cống: q 1 = n. i . Zi Trong đó: n: hệ số vợt tải; n = 1.10. Z i , i : chiều dày và dung trọng của các lớp đất đắp trên đỉnh cống. q 1 = n. 1 . Z 1 = 1.1 x 1.71 x 1.5 = 2.82 (T/m). - Hai bên cống: Biểu đồ áp lực bên có dạng hình thang. Trên đỉnh: P 1 = n. 1 .Z 1 .K 0 = 1.2 x 1.71 x 1.5 x (1-sin13 0 ) P 1 = 2.39 T/m. Dới đáy: P 1 = n. 1 .(Z 1 +H c ).(1-sin ) = 1.2 x 1.71 x(1.5+1.35)x(1-sin13 0 ) Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 3 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen = 4.54 (T/m). b. Trọng lợng bản thân cống: Trọng lợng 1m cống : G = n.F.b. bt = 1.05x(0.25x1.35x2+0.8x0.25+0.8x0.3)x1x2.5 = 2.93 (T/m) Trọng lợng cống phân bố đều trên nền: q 2 = 2.93/1.3 = 2.25 (T/m) c. áp lực chủ động của máy thi công: -áp lực phân bố thẳng đứng do tải trọng xe gây ra: Máy thi công là ôtô H30 (trục sau=12T) đang làm việc trên mặt đất ở cao trình +32.15m cách đỉnh cống 1 đoạn Z = 1.5m. áp lực thẳng đứng do ôtô chạy gây ra tính đến đỉnh cống đợc tính theo công thức: axb G q m = Trong đó: G: Tổng tải trọng trục sau. G = 2.6 = 12 T a,b: Kích thớc vệt bánh theo hớng ngang và hớng dọc cống sau khi đã truyền qua lớp đất đắp trên cống: a = a 1 + 2Z.tg30 o = 0,6 + 2x1,5x0,577= 2.33 m. b = b 1 + 2Z.tg30 o = 0,2 + 2x1,5x0,577= 1,93 m. Z: Khoảng cách từ mặt đất đến đỉnh cống, Z = 1,5m. 93.133.2 12 xaxb G q m == = 2.67 T/m 2 -áp lực đất nằm ngang tăng thêm do tải trọng xe gây ra: áp lực đất hông tác dụng lên lng tờng tăng thêm do máy thi công gây ra, xác định theo công thức sau: z = (2) Trong đó: Q tt : Tải trọng tính toán của máy thi công. Ô tô H30 (trục sau =12T) có: Qtt = Q = 2*6 = 12 (T). H: Cột đất tính đến đáy móng cống. H = 1.5 + 1.35 = 2.85m Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 4 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen m = H x x: Khoảng cách nằm ngang từ điểm đặt lực đến điểm tính toán. x= 0 m = 0 = H x => chọn m = 0.4 z = n x H n = . Kết quả tính áp lực phân bố z lên thành cống thể hiện trong bảng sau: TT Z (m) m n z (T/m 2 ) 1 1.5 0.4 0.53 1.389 2 1.9 0.4 0.67 0.842 3 2.4 0.4 0.84 0.452 4 2.85 0.4 1.0 0.268 c. Phản lực nền: Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc loại nền và cách đặt cống. Th - ờng r phân bố không đều, song trong tính toán xem gần đúng là phân bố đều. Khi đó ta có: r = q 1 + q 2 + q m = 2.82 + 2.25 + 2.67 = 7.74 (T/m). e. Sơ đồ lực cuối cùng: - Các lực thẳng đứng: Phân bố trên đỉnh: q = q 1 + q m = 2.82 + 2.67 = 5.49 (T/m) Phân bố dới đáy: q n = r = 7.74 (T/m) - Các lực nằm ngang: + Phân bố dạng hình thang: Trên đỉnh: P 1 = 2.39 (T/m) Dới đáy : P = 4.54 (T/m) + Phân bố dạng không đều: Z (m) z (T/m 2 ) 1.5 1.389 1.9 0.842 Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 5 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen 2.4 0.452 2.85 0.268 2.2. Trờng hợp 2 Thợng lu là MNDGC và cửa cống đóng. Tiến hành tính cho 1m dài cống. 1. Xác định nội lực và cốt thép theo phơng ngang cống: = 13 o C = 2.3 T/m = 1.71 /m 2 3 = 17 o C = 2.1 T/m = 1.78 /m 2 3 Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên cống. a. áp lực đất: - Trên đỉnh cống: q 1 =n. i . Zi Trong đó: n: hệ số vợt tải; n = 1.1. Zi, i : chiều dày và dung trọng của các lớp đất đắp trên đỉnh cống (phần trên đờng bão hòa lấy theo dung trọng tự nhiên, phần dới đờng bão hòa lấy theo dung trọng đẩy nổi). Theo tính toán thấm cao trình đ ờng bảo hòa tại vì trí giứa đập 27.7 m thấp hơn cao trình đáy cống nên đều lấy theo dung trọng tự nhiên. q 1 = 1.1x(1.71x1.5+1.78x11.85) = 26.03 (T/m). Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 6 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen - Hai bên cống: Trên đỉnh: P 1 = n. 1 .h 1 .K 1 + n. 2 .h 2 .K 2 P 1 = 1.2x1.78x11.85x(1-sin17 0 ) + 1.2x1.71x1.5x(1-sin13 0 ) =20.29 T/m. Dới đáy: P 1 = n. 1 .h 1 .K 1 + n. 2 .(h 2 +h 3 ).K 2 P 1 = 1.2x1.78x11.85x(1-sin17 0 ) + 1.2x1.71x(1.5+1.35)x(1-sin13 0 ) = 22.45 T/m. Trong đó : i : là dung trọng tự nhiên của lớp đất đắp ứng chiều cao h i . h 3 : chiều cao cống, h 3 = 1.35 m b. Trọng lợng bản thân cống: Trọng lợng 1m cống: G = n.F.b. bt = 1.05x(0.25x1.35x2+0.8x0.25+0.8x0.3)x1x2.5 = 2.93 (T/m) Trọng lợng cống phân bố đều trên nền: q 2 = 2.93/1.3 = 2.25 (T/m) c. Phản lực nền: Biểu đồ phân bố phản lực nền phụ thuộc loại nền và cách đặt cống. Th - ờng r phân bố không đều, song trong tính toán xem gần đúng là phân bố đều. Khi đó ta có: r = q 1 + q 2 = 26.03 + 2.25 = 28.28 (T/m). d. Sơ đồ lực cuối cùng: - Các lực thẳng đứng: Phân bố trên đỉnh: q = q 1 = 26.03 (T/m) Phân bố dới đáy: q n = r = 28.28 (T/m) - Các lực nằm ngang: Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 7 Söa ch÷a n©ng cÊp hå chøa níc §¸ §en + Ph©n bè d¹ng h×nh thang: P = 20.29 T/m. P’ = 22.45 T/m. 2.3. KÕt qu¶ tÝnh to¸n néi lùc a. Trêng hîp 1 BiÓu ®å m«men M (TH1) BiÓu ®å lùc c¾t Q (TH1) ThuyÕt minh thiÕt kÕ cèng lÊy níc-BVTC 8 Söa ch÷a n©ng cÊp hå chøa níc §¸ §en BiÓu ®å lùc däc N (TH1) b. Trêng hîp 2 BiÓu ®å m«men M (TH2) BiÓu ®å lùc c¾t Q (TH2) ThuyÕt minh thiÕt kÕ cèng lÊy níc-BVTC 9 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen Biểu đồ lực dọc N (TH2) 2.4. Bố trí cốt thép Sử dụng bêtông M200, cốt thép nhóm CII, a = a = 5 cm. Tra các phụ lục trong Giáo trình kết cấu bêtông cốt thép đợc: R n = 90 kg/ cm 2 ; R a = 2700 kg/ cm 2 ; n c = 1,0 ; m a = 1,1 ; m b = 1,0 ; k n = 1,15; A 0 = 0.42; o = 0,60; E a = 2.1x10 6 kg/cm 2 ; E b = 2.4x10 5 kg/cm 2 - Tính toán thép lớp trên cho tấm nắp cho trờng hợp 1 Chọn chiều dày lớp bê tông bảo vệ: a = a = 5cm Mặt cắt tính toán bxh=100x25cm Chiều cao có ích của tiết diện: h 0 = h - a = 25 - 5 =20 cm. 2 0 hbRm Mnk A nb cn = Trong đó: K n : hệ số tin cậy, phụ thuộc cấp công trình; k n = 1.15; n c : hệ số tổ hợp tải trọng; n c = 1; m a , m b : hệ số điều kiện làm việc của cốt thép và bê tông; m a =1,1; m b =1 M: giá trị môment lớn nhất ; M = 0.46 T.m 2 5 20100901 1046.0.115.1 xxx xxx A = = 0.0147 A 0 = 0 (1 - 0.5 0 ) = 0.6(1-0.5x0.6) = 0.42 So sánh: A = 0.0147 < A 0 = 0.42 tính toán cốt đơn Tính hệ số : = 1 - A21 = 1 - 0147.021 x = 0.0148 Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 10 . H: Cột đất tính đến đáy móng cống. H = 1.5 + 1.35 = 2.85m Thuyết minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 4 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen m = H x x: Khoảng. minh thiết kế cống lấy nớc-BVTC 1 Sửa chữa nâng cấp hồ chứa nớc Đá Đen 1.4. Phơng pháp tính toán Sử dụng phơng pháp phần tử hữu hạn để tính toán, kết quả
