Đồ án Thiết kế cống lộ thiên xây dựng ven sông để ngăn triều, giữ ngọt và diện tích tiêu 30000ha

I. Mở đầu

1. Mục đích: Xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực và bố trí cốt thép trong bản đáy cống. Đồ án này chỉ xác định sơ đồ ngoại lực để tính toán kết cấu bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi.

2. Trường hợp tính toán: Trường hợp tính toán là trường hợp làm việc bất lợi về mặt chịu lực với bản đáy cống. Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất, tức là khi cống làm nhiệm vụ ngăn triều. = 0,95(m); = 6,6(m).

3. Chọn băng tính toán: Việc tính toán kết cấu bản đáy cần tiến hành cho các băng khác nhau. Băng là phần cống có chiều rộng b, thường là 1(m), giữa hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống. Trong đồ án tính toán cho một băng ở sau cửa van.

 

doc42 trang | Chia sẻ: maiphuongdc | Ngày: 11/12/2013 | Lượt xem: 2582 | Lượt tải: 17download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế cống lộ thiên xây dựng ven sông để ngăn triều, giữ ngọt và diện tích tiêu 30000ha, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ỏ và xay ra chảy ngập, thường Zhp rất nhỏ có thể bỏ qua, nên h = hn = hh = 4,47(m). b. Tính toán bể rộng cống: Từ công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập: (*) Trong đó: jn: Hệ số phụ thuộc vào hệ số lưu lượng m; theo điều 3-7 trong QPTL C-8-76 [9]: Sơ bộ chọn đập tràn có mép vào vát xiên so với hướng nước chảy một góc có Cotgqyc = 3; lúc đó thì ta có thể chọn m = 0,35; và tra bảng 12, QPTL C-8-76 [9]; tra được jn = 0,93. jg: Hệ số co hẹp bên , Sơ bộ có thể định trước eo (chẳng hạn 0,951); chọn eo = 0,95 jg = 0,5.0,98 + 0,5 = 0,99. Từ biểu thức (*) ta rút được: Vậy chọn Sb = 8(m), và phần thành 2 khoang, mỗi khoang có b = 4(m). Chọn chiều dày mố trụ dTr = 1(m); mố bên db = 0,5(m). Tính lại jn và jg theo m và eo. Với: , và với Cotgqyc= 3 ta tra bảng 6 (bảng Cumin) QPTL C-8-76 [9] có m = 0,369. Tra tiếp bảng 12 QPTL C-8-76 [9] có jn = 0,98. Để đơn gian trong việc phân khoang, tính toán ta chọn Sb = 9(m), phân thành 2 khoang, mỗi khoang 4,5(m), và chọn chiều dầy mố trụ dTr = 1(m), mố bên db=0,5(m). Kiểm tra lại trạng thái chảy của đập: theo Gáo trình thủy lực tập 3[6]: Đập tràn đỉnh rộng chảy ngập khi thoả mãn 2 điều kiện sau: ;( với giá trị a = 1). : Thoả mãn. : Thoả mãn. Vậy loại đập đã xác định ở trên là chảy ngập. III. Tính toán tiêu năng phòng xói 1. Trường hợp tính toán: Khi tháo lưu lượng qua công trường hợp bất lợi nhất có thể gây xói là chênh lệnh mực nước thượng hạ lưu lớn, đối với công tiêu vùng triều trường hợp mực nước triều hạ thấp nhất(chân triều), ở phía đồng là mực nước đã khống chế. Trường hợp này tranh thủ mở hết cửa van để tiêu, lưu lượng tiêu qua cống có thể lớn hơn lưu lượng thiết kế. Tuy nhiên lưu lượng mà lới hơn lưu lượng thiết kế đó không duy trì trong thời gian dài. Cao trình mực nước thượng lưu: Cao trình mực nước hạ lưu: Cao trình đáy kênh: ZĐK = -1(m); Độ sâu mực nước trong kênh hạ lưu: hh = ZHL – ZĐK = 0 – (-1) = 1(m). Lưu lượng tính toán: Qtt = 72(m3/s). 2. Lưu lượng tính toán tiêu năng: Vì cống tiêu cần tiêu nứơc ra sông nên mực nước hạ lưu của cống là mực nước trong sông, khi cống đặt gần sông thì mực nước hạ lưu của cống không phụ thuộc vào lưu lượng tháo của cống. Khi đó Qtt = 72(m3/s) là khả năng tháo lớn nhất ứng với các mực nước tính toán đă chọn. 3. Tính toán kích thước thiêt bị tiêu năng: a. Chọn biên pháp tiêu năng: Đối với cống B là loại cống tiêu, xây trên nền đất để tăng khả năng tháo lũ ta chọn biện pháp tiêu năng là bể tiêu năng. b. Tính toán kích thước bể: ;( với giá trị a = 1). Vì hh < hK: kênh hạ lưu xuất hiện dòng chảy xiết, nên kênh hạ lưu không xuất hiện nước nhảy, ta có thể không cần xây công trình tiêu năng hạ lưu, song để đảm bảo an toàn cho kênh hạ lưu ta có đào bể tiêu năng cấu tạo, chọn kích thước bể cấu tạo như sau: Chiều sâu đào bể: d = 0,5(m). Chiều dài bể tiêu năng: Lb = 7(m). Đ5-3. bố trí các bộ phận cống I. Thân cống (Bao gồm bản đáy trụ và các bộ phận bố trí trên đó) 1. Cửa van: Chọn loại cửa van phẳng làm bằng vật liệu thép, vì loại cửa van phẳng có cấu tạo đơn gian, lắp ráp dễ dàng và lỗ công không lớn lắm. Còn chọn vật liệu bằng thép để đảm bảo đựoc thời gian sử dụng lâu dài, và độ bền. 2. Tường ngực: bố trí đẻ giảm chiều cao van và lực đóng mở. a. Các giới hạn cửa tường ngực: Cao trình đáy tường ngực: Zđt = Ztt + d Trong đó: Ztt: Mực nước tính toán khẩu diện cống; d: Độ lưu không lấy bằng 0,50,7(m); chọn d = 0,5(m). Vậy: Zđt = 3,69 + 0,5 = 4,19(m). Cao trình đỉnh tường ngực: Lấy bằng cao trình đỉnh cống xác định như sau: Z = + Dh + hs + a Z' = + Dh' + h's + a' Trong đó: Dh: Độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất. Dh': Độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất. hs: Độ dềnh cao nhất của sóng ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất. h's: Độ dềnh cao nhất của sóng ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất. Xác định Dh và Dh' +.Tính Dh theo công thức: Trong đó: V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất ứng với công trình cấp II, P = 2%, V = 28(m/s). D: Đà gió ứng với ; D = 200(m). g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2). H: Chiều sâu nước ở phía sông ứng với ; . as: Góc kẹp giữa trục của cống và hướng gió, as = 0o. 0,0072(m), + Tính Dh': Trong đó: V': Vận tốc gió bình quân lớn nhất, P = 50% , V' = 14(m/s). D': Đà gió ứng với ; D' = 300(m). g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2). H': Chiều sâu nước ở phía sông ứng với ; . a's: Góc kẹp giữa trục dọc của cống và hướng gió, as = 0o. 0,0016(m), Xác định hs và h's + Tính hs theo công thức: Trong đó: : Tra đồ thị hình P2-3. h1%: Chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng. *. Tính các giá trị không thứ nguyên Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: g = 9,81(m/s2). V = 28(m/s). t = 6.3600(s), (Trường hợp không có tài liệu thì lấy t = 6 giờ) D = 200(m). Ta có: ; Tra đồ thị hình P2-1 ta có: = 3,8; = 0,075. ; Tra đồ thị hình P2-1 ta có: = 0,51; = 0,0029. Ta chọn cặp giá trị = 0,51; = 0,0029. Từ đó ta tính được: . . Bước sóng trung bình được xác định theo công thức : Kiểm tra lại giả thiết:H =4,47(m) >. Vậy giả thiết là đúng. Với Tra đồ thị P2-2, ta có: K1% = 2,05 h1% = K1%. = 2,05.0,23 = 0,47(m). Tra đồ thị P2-4a ứng với = và ; ta có:(*) = 1,25.0,47 = 0,59(m). + Tính theo công thức: Trong đó: : Tra đồ thị hình P2-3. : Chiều cao sóng với mức đảm bảo tương ứng. *). Tính các giá trị không thứ nguyên Giả thiết sóng đang xét là sóng nước sâu: g = 9,81(m/s2). V’ = 14(m/s). t = 6.3600(s); (Trường hợp không có tài liệu thì lấy t = 6 giờ) D’ = 300(m). Ta có: ; Tra đồ thị hình P2-1 ta có:; . ; Tra đồ thị hình P2-1 ta có:; Ta chọn cặp giá trị: ; . Từ đó ta tính được: . . Bước sóng trung bình được xác định theo công thức : Kiểm tra lại giả thiết: H = 7,6(m) > . Vậy giả thiết là đúng. Với Tra đồ thị P2-2, ta có: K1% = 2,05 = 2,05.0,26 = 0,53(m). Tra đồ thị P2-4a ứng với và ; . Xác định các độ vượt cao an toàn a và a' +. ứng với MNDBT: a = 0,7(m). +. ứng với MNDGC: a' = 0,5(m). Z = + Dh + hs + a = 3,47 + 0,0072 + 0,59 + 0,7 = 4,77(m) Z' = + Dh' + h's + a' = 6,6 + 0,0016 + 0,65 + 0,5 = 7,75(m) Vậy ta chọn cao trình đỉnh tường ngực là: 7,75(m). Ta có chiều cao của cống là: Hc = Z’ – Zđk = 7,75 –(-1) = 8,75(m) b. Kết cấu tường: Gồm bản mặt và các dầm đỡ. Chiều cao tường ngực là Ht = Zđỉnh – Zđt = 7,75 – 4,19 = 3,56(m) Chiều cao tường Ht = 3,56(m) là không lớn nên chỉ cần bố trí 2 dầm đỡ (ở đỉnh và ở đáy tường) Bản mặt đổ liền khối với dầm, có chiều dày chọn từ (0,10,3) lấy 0,3(m). Sơ đồ tính toán tường ngực là sơ đồ dầm ngàm hai đầu ( hình vẽ). Tường ngực và áp lực tác dụng lên nó. 1- Bản mặt 2- Dầm trên 3- Dầm dưới 3. Cầu công tác: Là nơi đặt máy đóng mở và thao tác van. Chiều cao cầu công tác cần tính toán đảm bảo khi kéo hết cửa van lên vẫn còn khoảng không cần thiết để đưa van ra khỏi vị trí cống khi cần. Kết cầu cầu bao gồm bản mặt, dầm đỡ và các cột chống. Cột cầu được gắn liền với trụ cống. Chiều cao của cầu công tác có thể xác định theo công thức: Hct = Zct – Z’ Zct = Zcv + L + d + a - Zct: Cao trình cầu công tác - Zcv: Cao trình cửa van ở vị trí cao nhất khi mở hoặc lắp ráp, sửa chữ bao dưỡng, Chọn Zcv= Zđt =4,19(m) - L: Chiều cao van phẳng, chọn L = 5,5(m) - d: Kích thước của bộ phận truyền chuyển động, dầm, bản mặt cầu công tác. Trong tính toán sơ bộ có thể chọn d = 11,5(m); lấy d = 1,5(m). - a: Độ cao an toàn, chọn a = 0,5(m). Zct = 4,19 + 5,5 + 1,5 + 0,5 = 11,69(m) Vậy Hct = 11,69 – 7,75 = 3,94(m), chọn Hct = 4(m) Kích thước của càau công tác như hình vẽ: Mặt cắt ngang cầu công tác 4. Khe phai và cầu thả phai: Khe phai và cầu thả phai được bố trí phía đầu cống và cuối cống để ngăn giữ cho khoang cống khô ráo khi cần sửa chữa. Vì cống tương đối nhỏ nên ta có thể cẩu thả phai bằng thủ công. Chọn chiều rộng của khe phai là 0,3(m), khe van chọn là 0,5(m). Cầu thả phai 5. Cầu giao thông: Cầu giao thông bố trí ở hạ lưu của cống, cách cầu công tác một khoảng 0,5(m) để đảm bảo không gây cản trở đến công tác thao tác van và phai. Cầu giao thông 6. Mố cống: Bao gồm mố giữa và các mố bên, trên mố bố trí khe phai và khe van, bố trí mố giữa có dày 1(m) và hai mố bên có chiều dày 0,5(m). Hình dạng đầu mố giữa cần đảm bảm điều kiện thuật dòng, ta chọn dạng lợn tròn. Mố của cống 7. Khe lún: Trong trường hợp địa chất nền tương đối đều, cống không lớn lắm, tấm đáy có thể được làm thành một khối liền. Khi cống rộng cần dùng khe lún phân cống thành từng mảnh độc lập. Bề rộng mỗi mảng phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền. thưòng không vượt quá 15 đến 20(m), mỗi mảng có thể gồm 1, 2 hay 3 khoang. Các mảng nên bố trí giống nhau để tiện thiết kế, thi công và quản lý. Khe lún thường bố trí ở mố giữa. Mố có chứa khe lún gọi là mố kép. Tại các khe lún cần bố trí thiết bị chống rò nước bằng tấm kim loại hay dây thừng tẩm nhựa đường. Nhưng do chiều rộng của cống chỉ có 11(m), không lớn nên không cần bố trí khe lún. 8. Bản đáy: Bản đáy chịu tất cả các lực trên truyền xuống và phân bố đều các lực đó xuống nền. Chiều dày bản đáy cần thoả mãn các điều kiện thủy lực, ổn định của cống và bố trí kết cấu bên trên. Thường chọn chiều dài bản đáy từ điều kiện bố trí các kết cấu bên trên sau đó kiểm tra lại bằng tính toán ổn định cống và độ bền của nền, sơ bộ dựa trên điều kiện giao thông chọn chiều dài bản đáy L2 = 14(m). Thường được chọn theo kinh nghiệm t = 0,51,5(m), Có thể sơ bộ chọn chiều dày bản đáy: t = 1(m). Bản đáy cống II. Đường viền thấm: (Bao gồm bản đáy cống, các bản cừ, chân khay. Kích thước bản đáy như đã chọn ở trên t = 1(m), kích thước các bộ phận khác có thể chọn như sau:) 1. Sân trước: Vật liệu làm sân là bê tông. Chiều dài sân: H: là cốt nước tác dụng lên cống, Vậy ta chọn chiều dài sân Ls = 14(m). Chiều dây sân: Với sân làm bằng vật liệu là bê tông thường chọn . Có thể chọn chiều dày sân là 0,5(m), trong đó có bố trí lớp tầng lọc ngược gồm có đá dăm dày 0,1(m), đá sỏi sạn dày 0,1(m), và lớp cát dày 0,1(m). 2. Bản cừ a. Vị trí đặt: Cống làm việc hai chiều (tiêu trong vùng chịu ảnh hưởng của thuỷ triều) nên cần phải đóng cừ, chọn vị trí đóng cừ ở đầu bản đáy phía thượng lưu. Cần phải xem xét đến sự ổn định của công trình khi chiều cột nước thay đổi. b, Chiều sâu đóng cừ: Phụ thuộc vào chiều dày tầng thấm, vật liệu làm cừ và điều kiện thi công, tài liệu về địa chất như sau: - Đất thịt từ cao độ +1,00 đến -1,00; - Đất cát pha từ -1,00 đến -20,00; - Đất sét từ -20,00 đến -40,00; Theo tài liệu địa chất đã cho ta thấy chiều dày tầng thấm T rất dày nên có thể làm cừ lơ lửng(cừ treo). Chiều sâu đóng cừ chính S có thể tính như sau: S = (0,61,0).H H: Là chiều sâu mực nước trước cống, H = 4,69(m), S = 2,814,69(m) Chọn S = 4,0(m). 3. Chân khay: Chân khay được bố trí ở hai đầu của bản đáy cắm sâu vào nền để tăng ổn định và kéo dài đường viền thấm, chọn như hình vẽ. Kích thước chân khay 4. Thoát nước thấm: Các lỗ thoát nước thấm được bố trí ở sân tiêu năng, dưới sân bố trí tầng lọc ngược, tầng lọc ngược bao gồm : một lớp cát vàng dày 10cm, một lớp đá sỏi sạn dày 10cm và một lớp đá dăm dày 10cm sắp xếp theo thứ tự tăng dần theo chiều dòng thấm. 5. Sơ đồ kiểm tra chiều dài, đường viền thấm: Theo công thức Ltt ³ C.H Trong đó: Ltt: Chiều dài tính toán của đường viền thấm tính theo phương pháp Len; H: Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu của cống, H: ứng với và H = 6,6 – 0,95 = 5,65(m) C: Hệ số phụ thuộc vào loại đát nền, Tra bảng P3-1(Đồ án môn học Thuỷ công- Đại học Thuỷ lợi[3]); với đất nền là cát hạt nhỏ thì C = 6; Tính toán Ltt theo phương pháp Len: ; với Lđ: Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng, và đoạn nghiêng có góc nghiêng so với phương ngang; Lđ = 0,5 + 0,2 + 2.0,5 + 2.0,5.+ 2.S = 0,5 + 0,2 + 2.0,5 + 2.0,5. + 2.4= 11,11(m); Ln: chiều dài tổng cộng các đoạn nằm ngang và các đoạn nghiêng có góc nghiêng so với phương ngang; Ln = L1 + L2 -2.1= 14 + 14 - 2 = 26(m); m : hệ số phụ thuộc vào số hàng cừ trong sơ đồ đường viên thấm; Trong trường hợp này cừ có một hàng, m = 1; Lđ Vật Ltt = 37,11(m)³ C.H = 6.5,65 = 33,9(m). Nên chiều dài sân trước, bản đáy thỏa mãn điều kiện ổn định về thấm. III. Nối tiếp cống với thượng, hạ lưu Nối tiếp thượng lưu: Góc mở cửa về phía trước, chọn với góc tgq1 = ; hình thức tường cánh là tường xoắn vỏ đỗ. Nối tiếp hạ lưu: - Tường cánh: Chọn hình thức như tường cánh thượng lưu, nhựng khác nhau về góc mở, tgq2 = - Sân tiêu năng: Sân tiêu năng được làm bằng bê tông đổ tại chỗ có bố trí các lỗ thoát nước. Chiều dày của sân chọn t =0,5(m) - Sân sau: Làm bằng tấm bê tông có đục lỗ thoát nước, phía dưới có tầng đệm hình thức lọc ngược. Chiều dài sân sau xác định theo công thức kinh nghiệm: Trong đó: q: lưu lượng đơn vị ở cuối sân tiêu năng, . DH: Chênh lệch cột nước thượng lưu và hạ lưu. . K: Hệ số phụ thuộc vào tính chất của lòng kênh, Với loại đất cát pha thì K = 1020, chọn K = 15. . Đ5-4. tính toán thấm dưới đáy cống I. Những vấn đề chung 1. Mục đích: Xác định lưu lượng thấm q, lực thấm đẩy ngược lên đáy cống Wt và gradien thấm J. ở đây do đặc điểm của cống chỉ yêu cầu xác định Wt và J. 2. Trường hợp tính toán: Khi chênh lệnh mực nước thượng hạ lưu lớn nhất. - Khi cống làm nhiệm vụ tiêu nước trong đồng. Mực nước thượng lưu lớn nhất là mực nước đồng khống chế ; mực nước hạ lưu nhỏ nhất là mực nước sông nhỏ nhất ; - Khi cống làm nhiệm vụ ngăn triều. Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất. Mực nước sông lớn nhất, mực nước trong đồng nhỏ nhất . Tính toán thấm dưới đáy cống ứng với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất. H = - = 6,6 – 0,95 = 5,65(m). 3. Phương pháp tính toán: Để tính toán thấm dưới đáy cống có rất nhiều phương pháp tính, ở đay chọn phương pháp đồ giải vẽ lưới bằng tay. II. Tính toán thấm với trường hợp ; 1. Vẽ lưới thấm: Được vẽ tren giấy oli như trong phụ lục1 2. Dùng lưới thấm để xác định các đặc trưng của dòng thấm: Sơ đồ lưới thấm có 16 dải và 6 ống dòng: n = 16; m = 6; ỉ. áp lực thấm Cột nước thấm cục bộ qua mỗi dải: Cột nước thấm tại điểm x nào đó cách đường thế cuối cùng i dải (i có thể là số thập phân khi x không nằm trên đường thế của lưới)sẽ là: Điểm A: Điểm B: Tổng áp lực thấm lên bản đáy cống là: áp lực thuỷ tĩnh: ỉ. Xác định gradien thấm: Gradien thấm tại ô lưới bất kì: Trong đó: Dl: kích thước trung bình của một mặt lưới theo phương dòng thấm, theo phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay này thì ô lưới là chữ nhật, nên trong tính toán ta có thể lấy Dl = DS, (DS: kích thước trung bình của mặt lưới theo phương vuông góc của dòng thấm). Với tỷ lệ của lưới thấm trên sơ đồ là 1:200; đo giá trị DS trên lưới thấm ta có kết quả tính gradien thấm như sau: DS1 = 0,6(m); DS2 = 1,4(m); DS3 = 1,9(m); DS4 = 2,3(m); Từ kết quả trên ta vẽ được biểu đồ Gradien thấm của ra như trong phụ lục 1. III. Kiểm tra độ bền thấm của nền 1. Kiểm tra độ bền thấm chung: Theo quy phạm TCVN 4253-86[10], tính toán độ bền thấm chung của nền không phải là đá phải theo công thức: Trong đó: Jtb: Là gradien cột nước trung bình trong vùng thấm tính toán. : Là gradien cột nước tới hạn trung bình tính toán, lấy theo bảng 2 TCVN 4253-86[10]; với loại đất nền là cát pha (đất cát nhỏ) thì kn: Là hệ số độ tin cậy, xác định theo bảng 5; TCVN 4253-86[10]; với công trình cấp II, kn = 1,2. Xác định trị số Jtb theo phương pháp của Viện VNIIG: ; Trong đó: H: Là cột nước tác dụng, H = 5,65(m) Ttt: Là chiều sâu tính toán của nền, Ttt = T = 19(m) ồxi: Là tổng hệ số cản của đường viền thấm tính theo phương pháp Trugaev. Sơ đồ tính hệ số sức kháng theo Trugaev Phần u: Bộ phận cửa ra không có bậc và không có cừ: Phần v: Bộ phận nằm ngang có chiều dài L1= 14(m), không có cừ, không có bậc thụt. Phần w: Bộ phận giữa không có cừ, có một bậc a = 0,7(m), thoả mãn điều kiện thụt. ; Phần x: Bộ phận nằm ngang có chiều dài L2 = 14(m), có một cừ S = 4(m), thoả mãn điều kiện L2 > ; Phần y: Bộ phận cửa vào có một cừ S = 4(m), Vậy tổng hệ số sức kháng của toàn hệ thống: Vậy thoả mãn độ bền thấm chung. 2. Kiểm tra độ bền thấm cục bộ: Kiểm tra độ bền thấm cục bộ theo công thức: ; Trong đó: - : Là gradien thấm cho phép, - Jgh: Là gradien thấm cục bộ tới hạn. Vì không có tài liệu thí nghiệm có thể sử dụng các trị số của Ixtômina như sau: Với hệ số không đều hạt của nền đất cát pha là (Theo hình P3-1, Đồ án môn học Thuỷ công- Đại học Thuỷ lợi[3]) Thì Jgh = 0,55. - m: Là hệ số an toàn, m = 1 - Jra: Là gradien thấm tại cửa ra, Jra = 0,58. Vậy không được đảm bảo về độ bền thấm cục bộ, để xử lý chống xói ngầm cần phải làm tầng lọc ngược. Đ5-5. Tính toán ổn định cống I. Mục định và trường hợp tính toán 1. Mục định: Kiểm tra ổn định của cống về trượt, lật, đẩy nổi. Trong đồ án này chỉ yêu cầu kiểm tra ổn đinh về trượt. 2. Trường hợp tính toán: Là tính với trường hợp bất lợi nhất, đó là trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu lớn nhất, H = - = 6,6 – 0,95 = 5,65(m). II. Tính toán ổn định trượt cho trường hợp trên 1. Xác định lực tác dụng lên mảng tính toán: a. Các lực đứng: Bao gồm trọng lượng cầu giao thông, cầu công tác, cầu thả phai, cửa van, tường ngực, mố cống, nước trong cống, phần đất giữa hai chân khay(trong phạm vi khối trượt) và lực đẩy ngược(thấm, thủy tĩnh). - Cầu giao thông: Mặt cắt ngang cầu giao thông Gcgt = Vcgt.gb : Trong đó: gb: Dung trọng của bê tông, gb = 2,5(T/m3). Vcgt: Thể tích cầu giao thông, Vcgt = Fcgt.Lcgt Lcgt: Chiều dài cầu giao thông, Lcgt = B = 11(m) Fcgt: Diện tích mặt cắt ngang cầu giao thông, Fcgt = 2.0,2.0,5 + 2.0,5.0,5 + 0,3.5,4 = 2,32(m2) Vcgt = Fcgt.Lcgt = 2,32.11 = 25,52(m3) Vậy Gcgt = Vcgt.gb = 25,52.2,5 = 63,8(T). - Trọng lượng bản đáy: Mặt cắt ngang bản đáy Gbđ = Vbđ.gb : Trong đó: gb: Dung trọng của bê tông, gb = 2,5(T/m3). Vbđ: Thể tích bản đáy, Vbđ = Fbđ.B B: Chiều rộng bản đáy, Fbđ: Diện tích mặt cắt ngang bản đáy, Fbđ=1.13 +=13,75(m2) Vbđ = Fbđ.B = 13,75.11 = 151,25(m3) Vậy Gbđ = Vbđ.gb = 151,25.2,5 = 378,13(T) - Trọng lượng mố cống: + Mố giữa: Mặt cắt mố giữa Gmt = gb.Hc.Fmt = 2,5.8,75.(13.1+) = 301,65(T) + Mố bên: Mặt cắt mố bên Gmb = = 150,83(T) Tổng cộng của các mố: Gm = Gmt + 2.Gmb = 2.Gmt =2.301,65 = 603,3(T) - Trọng lượng của cầu tường ngực: Mặt cắt của tường ngực Gt = gb.Ft.Lt + Ft: Diện tích mặt cắt ngang tường ngực, Ft = 0,5.0,5 + 0,5.1 + 0,3.(3,65 – 2.0,5) = 1,55(m2). + Lt: Tổng chiều dài của tường ngực, Lt = Sb = 9(m) Gt = 2,5.1,55.9 = 34,88(T). - Trọng lượng của cầu công tác: Mặt cắt của cầu công tác Gct = gb.FctLct + gb.Fcch.Lcch + Fct: Diệ tich của bản mặt cầu công tác: Fct = 2.0,2.0,2 + 2.0,3.0,3 + 0,2.(1 + 2.0,3 + 2.0,2) = 0,66(m2) + Lct: Chiều dài của bản đáy cầu công tác: Lct = B = 11(m) + Fcch: Diện tích của cốt chống cầu công tác: Fcch = 2.0,3.3,5 + 2.0,2.1 = 2,5(m2). + Lcch: Tổng chiều dài của cốt chống cầu công tác: Lcch = 3.0,3 = 0,9(m) Gct = 2,5.0,66.11 + 2,5.2,5.0,9 = 23,78(T). - Trọng lượng của cầu thả phai: Mặt cắt của cầu thả phai Gtp = 4.gb.Ftp.Ltp + Ftp: Diện tích của mặt cắt ngang của một cầu thả phai, Ftp = 0,3.0,3 + 0,3.0,6 = 0,27(m2). + Ltp: Chiều dài của cầu thả phai: Lctp = B = 11(m) Gtp = 4.2,5.0,27.11 = 29,7(T). - Trọng lượng của nước thượng, hạ lưu. Gn = Gtl + Ghl + Thượng lưu cống: Gtl = gn.Ftl .Sb = 1.(3,5.7,6 - 1.2,41).9 = 217,71(T) + Hạ lưu cống: Ghl = gn.Fhl .Sb = 1.(10.1,95).9 = 175,5(T) Tổng công trong lượng nước thượng, hạ lưu tác dung lên bản đáy là: Gn = 217,71 + 175,5 = 393,21(T). - Trọng lượng của cửa van: Có thể tính theo công thức kinh nghiệm. Đối với van chuyển động trượt: ; trong đó: + g: Trọng lượng trung bình của 1m2 mặt của van. + Cốt nước tính đến tâm lỗ cống; + l: Chiều rộng cửa cống: l = 4,5(m). ; ta thấy giá trị của g thoả mãn không nhỏ hơn 2000(N/m2) và không lớn hơn 7000(N/m2) Gv = g.lo.H; Trong đó: + H: Chiều cao cửa van, H = 5,59(m) + lo: Tổng chiều rộng của cửa van, lo = 2.4,95 = 9,9(m) Vậy Gv = 0,22.5,59.9,9 = 12,18(T) - Trọng lượng đất giữa hai chân khay: Gđck = gbh.Fđck.Lđck, + gbh: Trọng lượng đất bão hoà nước, + Diện tích đất phần giữa hai chân khay: Fđck = + Lđck: Chiều dài phần đất giữa hai chân khay: L = 11(m) Vây: Gđck = 1,9.6,25.11 = 130,63(T) - Các áp lực đẩy ngược: + áp lực thuỷ tĩnh: W = (Wtt + Wth).L = 84,21.11 = 926,31(T/m). b. Các lực ngang: áp lực nước thượng T1, hạ lưu T2, áp lực bị động ở chân khay hạ lưu(Ebhl). -TTL:áp lực nước thượng lưu: -THL: áp lực nước hạ lưu: - Ebhl: áp lực đất bị động ở chân khay hạ lưu, theo phương pháp của Rakine(Giáo trình cơ học đất [11]): , trong đó: + gđn: Trọng lượng riêng đẩy nổi cuả đất, gk: Trọng lượng riêng khô của đất nền, gk = 1,52(T/m3) gn: Trọng lượng riêng của nước, gn = 1(T/m3) n: Độ rỗng của đất, n = 0,38 Hđ: Chiều cao cột đất ở chân khay hạ lưu, Hđ = 0,7(m). C: Lực dính đơn vị của đất, C = Cbh = 0,3(T/m2). Kbđ: Hệ số áp lưc đất bị động theo lý luận của Rakine. Bảng tổng hợp lực tác dụng lên bản đáy STT Loại lực Lực đứng Lực ngang Tay đòn Mo ”(+) “(-) ’(+) ‘(-) 1 Gcgt 63,80 -1,05 -66,99 2 Gbđ 378,13 0,00 0,00 3 Gm 603,3 0,00 0,00 4 Gt 34,88 3,93 136,97 5 Gct 23,78 3,25 77,29 6 Gtp 29,7 0,00 0,00 7 Gtl 217,71 5,44 1184,34 8 Ghl 175,5 -2 -351,00 9 Gv 12,18 3,25 39,59 10 Gđck 130,63 0,00 0,00 11 Wtt -454,3 0,00 0,00 12 Wth -472,01 2,33 -1099,78 13 TTL -259,92 4,03 -1047,48 14 THL 15,59 2,15 33,52 15 Ebhl 8,78 0,23 2,02 ồ 1669,61 -926,31 24,37 -259,92 -1091,53 Sơ đồ các lực tác dụng lên đáy cống 2. Xác định áp lực đáy móng: Theo sơ đồ nén lệnh tâm. , Trong đó: - ồP: Tổng lực đứng, ồP = 1669,6 -926,31 = 743,3(T) - ồMo: Tổng mômen của các lực tác dụng lên mảng, lấy đối với tâm đáymảng, ồMo = -1091,53(T.m) - F: Diện tích đáy mảng, F = 11.14 = 154(m2) - W: Môđun chống uốn của đáy mảng, 3. Phán đoán khả năng trượt: Xét 3 điều kiện: Theo quy phạm TCVN 4253-86[10] về tính toán ổn định của công trình trên nền không phải là đá, tính toán ổn định công trình theo sơ đồ trượt phẳng khi thoả mãn ba điều kiện sau: - Chỉ số mô hình hoá: ; trong đó: B: Chiều rộng mảng (chiều song song với lực đẩy trượt) B = L2 = 14(m) gI : Dung trọng đất nền, gI = gđn = 0,9(T/m3) : Chuẩn số không thứ nguyên, với các loại đất nền không phải là cát chặt, . : ứng suất đáy móng lớn nhất, ; Vậy thoả mãn điều kiện mô hình hoá - Chỉ số kháng trượt: ; trong đó: jI : Góc ma sát trong của đất nền ứng với trạng thái giới hạn thứ nhất, jI = 18o. CI: Lực dính đơn vị của đất nền ở trạng thái giới hạn thứ nhất, CI = 0,3(T/m2). stb: áp lực đáy móng trung bình, ; Vậy không thoả mãn về chỉ tiêu kháng trượt. - Hệ số mức độ cố kết: ; trong đó: Kt: Hệ số thấm, Kt = 2.10-6(m/s) e: Hệ số rỗng của đất tự nhiên, e = 0,61. to: Thời gian thi công công trình, to = 2 (năm) = 63 072 000(s). a: Hệ số nén của đất, a = 2(m2/N). gn: Dung trọng của nước, gn = 1(T/m3). ho: Chiều dày tính toán của lớp cố kết, lấy bằng chiều dày lớp đất có sét nhưng không lơn hơn chiều rộng mảng B, chọn h0 = B = 14(m) Vậy thoả mãn hệ số mức độ cố kết. Ta thấy điều kiện chỉ tiêu kháng trượt không thoả mãn nên công trình có thể bị trượt hỗn hợp hoặc trượt sâu. Đ5-6. tính toán kết cấu bản đáy cống I. Mở đầu 1. Mục đích: Xác định sơ đồ ngoại lực, tính toán nội lực và bố trí cốt thép trong bản đáy cống. Đồ án này chỉ xác định sơ đồ ngoại lực để tính toán kết cấu bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi. 2. Trường hợp tính toán: Trường hợp tính toán là trường hợp làm việc bất lợi về mặt chịu lực với bản đáy cống. Trong đồ án này chỉ yêu cầu tính cho trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu là lớn nhất, tức là khi cống làm nhiệm vụ ngăn triều. = 0,95(m); = 6,6(m). 3. Chọn băng tính toán: Việc tính toán kết cấu bản đáy cần tiến hành cho các băng khác nhau. Băng là phần cống có chiều rộng b, thường là 1(m), giữa hai mặt cắt vuông góc với chiều dòng chảy qua cống. Trong đồ án tính toán cho một băng ở sau cửa van. II. Tính toán ngoại lực tác dụng lên băng đã chọn 1. Lực tập trung truyền từ các mố: Tổng hợp áp lực đáy các mố trong phạm vi của băng đang xét. Ta xét riêng cho từng mố. Sơ đồ tính toán cho một mố như trong hình vẽ và có các thành phần lực tác dung như sau: - G1: Trọng lượng của mố; - G2: Trọng lượng của tường ngực; - G3: Trọng lượng cầu công tác; - G4: Trọng lượng cầu giao thông; - G5: Trọng lượng cầu thả phai; - G6:Tải trọng do người, xe cộ trên cầu; - T1 và T2: áp lực nước ngang từ thượng lưu và hạ lưu truyền qua khe van ( khi van đóng); Các lực tác dụng trên thì lực G1, G2, G3, G4, G5, G6, T1, T2 tính trong phạm vi phụ trách của mố (nửa nhịp cống khi tính cho mố bên, 2nửa nhịp 2 bên khi tính cho mố giữa. Sơ đồ tính toán lực của mố truyền cho bản đáy ứng suất thẳng đứng ở đáy mố xác định theo công thứ

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docdo an TC5.doc
  • xlstính toán.xls
  • dwgThuy cong5.dwg
Tài liệu liên quan