4 . TÍNH TOÁN THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CỐNG - Tài Liệu Text - 123doc

1. Trang chủ >
2. Giáo án - Bài giảng >
3. Cao đẳng - Đại học >

4 . TÍNH TOÁN THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CỐNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.37 MB, 283 trang )

toán khả năng chịu lực, biến dạng, kiểm tra nứt của từng bộ phận đó. Trong khuôn khổ phầnnày trình bày tính toán ngoại lực, nội lực của bản đáy, tường ngực, mố cống.3.5.1. Tính toán bản đáy cốngBản đáy chịu tất cả các lực phía trên và truyền xuống nền. Thân cống là một kết cấukhông gian, có cấu tạo và chịu lực khá phức tạp. Có thể tính đến đặc điểm này bằng cách sửdụng các phương pháp số (phương pháp sai phân, phương pháp phần tử hữu hạn...). Mặt kháccó thể tính giản đơn bằng cách xét bài toán phẳng và tính theo phương pháp sức bền vật liệuhay phương pháp lý thuyết đàn hồi.1. Phân tích lực và tính toán bản đáy theo phương pháp dầm đảo ngượcPhương pháp này xem phản lực nền theo phương dòng chảy phân bố theo qui luật bậc nhất vàtheo phương vuông góc là đều. Phản lực nền theo phương dòng chảy tính theo công thức nénlệch tâm: max,min  P  MoFW ,(3­31)trong đó: P : tổng các lực thẳng đứng. M o : tổng mômen của các lực lấy với tâm O.F: diện tích mặt tính toán. (F = b x 2l).b: chiều dài bản đáy theo phương dòng chảy.2l: chiều rộng bản đáy theo phương vuông góc với dòng chảy.1W: mômen chống uốn của mặt tính toán. W = 6b.(2l) 2.Xét cho toàn cống: xác định các lực tác dụng, tính ra phản lực nền theo (3­31). Cắt băng mộtmét bởi 2 mặt cắt vuông góc với phương dòng chảy.+ Sơ đồ tính toán là một dầm liên tục mà gối tựa là các trụ hay bán trụ.+ Coi phản lực nền là một tải trọng, cùng các tải trọng khác (nước, trọng lượng bảnthân) tính ra M,Q, rồi từ đó tính Fa, F'a và kiểm tra nứt (hình 3­19).Ưu điểm của phương pháp:+ Tính toán đơn giản.Nhược điểm của phương pháp :+ Chưa xét tới tính chất và biến dạng của nền và bản đáy.+ Xem phản lực nền theo phương vuông góc với dòng chảy là đều, nói chung khôngchính xác.+ Chưa xét đến tính liền khối của cống.Điều kiện ứng dụng của phương pháp: dùng với trường hợp nền tốt, cống nhỏ.103qqHình 3-19. Sơ đồ tính bản đáy cống theo phương pháp dầm đảo ngược2. Phân tích lực và tính toán bản đáy theo phương pháp dầm trên nền đàn hồiĐể tiến hành phân tích lực, trước hết ta vẫn xét toàn khối cống, dùng công thức nénlệch tâm để xác định phản lực nền và sơ bộ xem phản lực theo hướng vuông góc với dòngchảy là phân bố đều. Xét một dải bất kỳ của thân cống có chiều rộng đơn vị, tiến hành phântích lực không đẩy tác dụng lên dải đó như sau:a) Xác định các lực tác dụng:­ Lực tập trung tại mố i là P'i.­ Các lực phân bố:+ Phản lực nền q3 ( theo công thức 3­31)+ Áp suất đẩy ngược của nước:q2;+ Trọng lượng tấm đáy:q1;+ Trọng lượng nước trong cống:q0.b) Tìm lực cắt không cân bằng Q (với qui định một chiều nào đó là dương:Q+  P'i 2l  q i = 0;(3­32)với: 2l là chiều dài cả nhịp; q i = q0 + q1 + q2 + q 3 .c) Phân bố lực cắt không cân bằng:Vẽ biểu đồ Sc, rồi xác định diện tích biểu đồ Sc tương ứng với bản đáy là A2 với cácmố trụ là A1 (hình 3­20).QS cVì .bc = J mà Q, J = const với mỗi mặt cắt, nên biểu đồ .bc đồng dạng với biểu đồ Sc.104A1A2Hình 3-20. Sơ đồ phân bố lực cắt+ Lực cắt cho các mố là:Và phân cho mố thứ i là:với:Q.A 1AQ1 = 1  A 2 ;(3­33)Q i .Fi Fi ;(3­34)P,,i Fi là diện tích cắt ngang của mố i tại băng tính toán. Fi là tổng diện tích mặt cắt ngang của các mố tại băng tính toán.+ Lực cắt phân cho bản đáy là: Q2 =và phân đều ra là:Q.A 2A1  A 2;q4 = Q2/2l ;(3 ­ 35)(3 ­ 36)d) Sơ đồ cuối cùng:­ Lực phân bố: q = q0 + q1 + q2 + q4;(3 ­ 37)­ Lực tập trung tại mố i là Pi = P'i + P''i;(3 ­ 38)­ Hoạt tải q5; Trọng lượng đất đắp hai bên bờ: S;­ Mômen do lực ngang gây ra (hình 3­21).Hình 3 – 21. Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên bản đáyVí dụ thực hành 3.2Phân phối lực cắt không cân bằng cho các bộ phận của mặt cắt cống như trên hình 3­20b, vớicác dữ kiện sau:­ Trị số lực cắt không cân bằng: Q= 30kN, có chiều hướng xuống dưới;­ Chiều dày các mố: d1= d3= 1,0m; d2= 1,2m;105­ Chiều cao mố: Hm= 8,0m;­ Chiều dày bản đáy: t= 1,2m;­ Chiều rộng 1 nhịp: L= 7,5m;xHình 3-20b. Để phân phối lực cắt không cân bằng (VD 3-2).Bài giải1) Xác định vị trí trục trung hòa­ Chọn trục y thẳng đứng hướng lên trên, có gốc tại điểm thấp nhất của mặt cắt (xem hình 3­20b). Vị trí trục trung hòa được xác định theo công thức sau:yo  Fm y1  Fđ y 2 Fm  Fđ(b)Diện tích các bộ phận của mặt cắt như sau:Fm1= Fm3= 1,0 x 8,0 = 8,0 (m2);Fm2= 1,2 x 8,0 = 9,6 (m2);Fđ= 2L x t = 2 x 7,5 x 1,2 = 18,0 (m2);­ Cao độ trọng tâm mố:y1= t + Hm/2 = 5,2 (m);­ Cao độ trọng tâm bản đáy:y2= t/2= 0,6 (m);Thay vào công thức (b) được:yo 3,2 x8,0 x5,2  18,24 x0,6 3,30(m)3,2 x7,0  18,242) Vẽ biểu đồ momen tĩnh ScĐể tiện cho tính toán chọn trục đứng mới là Y hướng lên trên, có gốc tại mặt trên của bản đáy.Khi đó:* Đối với mố ( Y= 0  8)Hm Y2 )Sc= bcm(Hm – Y)(h1 ­(c)106trong đó:bcm – tổng bề rộng lát cắt, bcm=  d  3,2( m) ;Hm – chiều cao mố, Hm= 8,0m;h1 – khoảng cách từ trục trung hòa đến đỉnh mố, ở đây h1= 5,90mThay vào (c), được: Scm= 48,64 + 6,72Y – 1,6Y2Diện tích biểu đồ Scm (phân bố trên mố):8A1   S cm dY0Y2Y3 1,63 )= (48,64Y + 6,72 280= 331,0 (m4)* Đối với bản đáy ( Y= ­1,2  0)S cđ  bcđ (t  Y )(h2  t t Y)2(d)trong đó:bcđ – tổng bề rộng đáy, bcđ= 2L= 15,0 (m);h2 – khoảng cách từ trục trung hòa đến đáy mố, ở đây h2= 2,10m;t – chiều dày bản đáy, t= 1,2m;Thay vào (d) ta được: Scđ= 48,6 + 31,5y – 7,5y2Diện tích biểu đồ scđ (phân bố ở bản đáy)0A2  S cđ dY  (48,6Y  31,51, 2Y2Y3 7,5 ) 01, 2  31,32(m 4 )233) Phân phối Q cho các phần của mặt cắt* Phân cho các mố:Q1  QA1 27,40(kN )A1  A2Q1 được phân chia cho các mố theo tỷ lệ diện tích. Ở đây có diện tích các mố như sau:­ Mố bên:F1= F3= 8m2­ Mố giữa:F2= 9,6m2 Fm  25,6m 2Lực cắt phân cho mố bên:P1"  P3"  Q1F1 8,56(kN ) FmLực cắt phân cho mố giữa:107P2"  Q1F2 10,28(kN ) Fm* Phân cho bản đáy:Q2= Q – Q1= 2,60(kN)Lực Q2 được phân bố đều trên bản đáy với cường độ:q4 Q2 0,17(kN / m) .2Le) Tính toán nội lực trong bản đáy.Đầu tiên cần xác định bản đáy thuộc loại dầm cứng, dầm cứng có hạn hay dầm dài.Muốn vậy cần xác định chỉ số mềm t:t=trong đó:E0  1  10. E   3;(3­39)E0: môdun biến dạng của đất nền;E : môdun đàn hồi của bê tông;l : nửa nhịp của dải; : chiều dày bản đáy.Khi:t < 1 : dầm cứng;1 < t  10: dầm cứng có hạn;t > 10: dầm dài.Khi đã biết tải trọng ngoài tác dụng và biểu đồ phân bố phản lực nền thì có thể tính toán kếtcấu dầm theo phương pháp thông thường.Ta xét một dầm trên nền đàn hồi như (hình 3 ­ 22).Hình 3-22. Độ võng của dầm do tải trọng ngoài và phản lực nền gây raDưới tác dụng của tải trọng công trình q(x) và phản lực nền p(x) dầm bị uốn và trụcvõng của nó được xác định theo phương trình vi phân:d 4 x 4EJ dx = [q(x)­ p(x)].b,(3­40)108trong đó:B­ chiều rộng dầm; (x)­ chuyển vị đứng (độ võng) của dầm;EJ­ độ cứng chịu uốn của dầm.Dưới tác dụng của áp lực đáy móng (bằng và ngược chiều với phản lực nền p(x)) mặt nền bịlún xuống.Điều kiện tiếp xúc giữa bản đáy và nền sau khi lún là: (x)= S(x);trong đó:(3­41)S(x)­ độ lún nền.Như vậy ta có hai đại lượng chưa biết là (x) hay S(x) và p(x) mà chỉ mới có một phươngtrình (14­40). Để giải bài toán phải thiết lập một phương trình thứ hai, phương trình này chínhlà quan hệ giữa độ lún của mặt nền với áp lực đáy móng. Nghĩa là:S(x)  f1[p(x)]hoÆc p(x)  f 2 [S(x)](3­42)Các quan hệ trên thể hiện cơ chế làm việc (biến dạng) của nền dưới tác dụng của ngoại lực. Vìcó các quan niệm khác nhau trong việc chọn các quan hệ trên nên hiện nay có nhiều phươngpháp tính. Ta có thể chia các phương pháp tính làm hai nhóm :­ Nhóm phương pháp tính xem nền biến dạng đàn hồi cục bộ: Các phương pháp tínhthuộc nhóm này dựa trên giả thiết cơ bản do E.Winkler đề xuất, chỉ xét biến dạng trong nềnngay dưới phạm vi diện tích đặt tải. Trong các phương pháp này phổ biến hơn cả là phươngpháp hệ số nền. Hiện nay qua nhiều thí nghiệm người ta thấy giả thuyết E.Winkler nhiều khikhông phù hợp với thực tế, không phản ánh đúng điều kiện làm việc của đất nền.­ Nhóm phương pháp tính xem nền đất bị biến dạng đàn hồi toàn bộ: xem nền đất làmột nửa không gian đàn hồi đồng chất và đẳng hướng. Điều này khác với thực tế nền đấtthường không hoàn toàn đàn hồi và thường có biến dạng dư lớn hơn biến dạng đàn hồi. Đểhiệu chỉnh sự sai lệch đó người ta thay thế khái niệm môđun đàn hồi lý tưởng bằng môđunbiến dạng được xác định dựa vào thí nghiệm. Các phương pháp này được nhiều tác giả nghiêncứu giải quyết có xét đến biến dạng nằm trong và cả nằm ngoài diện tích đặt tải. Các phươngpháp được áp dụng phổ biến là:­ Phương pháp B.N.Jêmôskin được áp dụng với mức độ chính xác khá cao. Trong điềukiện có máy tính điện tử thì việc giải hệ thống phương trình chính tắc để tìm ra phản lực nền(từ đó tính ra nội lực và chuyển vị của dầm) trở nên đơn giản thì phương pháp này càng pháthuy được ưu điểm.­ Phương pháp tra bảng của Gorbunốp ­ Poxađốp cho phép tính toán nhiều trường hợpdầm chịu tải trọng khác nhau đối với các loại dầm khác nhau (dầm cứng, dầm ngắn, dầm dài)bằng các bảng biểu đã được lập sẵn.109­ Ngoài ra đối với các công trình có kích thước lớn, chôn sâu, trong trường hợp tại mộtđộ sâu nào đó dưới nền có lớp đất đá cứng (tính nén lún nhỏ), thì lớp đất đá này ảnh hưởngđến phản lực nền và độ lún nhỏ của móng. Trong những trường hợp này người ta xây móngcông trình như những kết cấu đặt trên các lớp chịu nén có chiều dày hữu hạn. Việc xét đếnảnh hưởng của tầng đất đá cứng có ý nghĩa kinh tế cao. Vì vậy có nhiều tác giả đề ra phươngpháp tính móng dầm trên lớp đàn hồi hữu hạn (ví dụ phương pháp Jêmôskin đã được Xamarinphát triển và lập thành các bảng biểu tính toán).Sau khi xác định được nội lực trong dầm ta tiến hành tính toán và bố trí cốt thép chịulực theo phương ngang còn theo phương dọc đặt thép theo cấu tạo.Ưu điểm của phương pháp này là có xét đến tính chất của nền và độ cứng của dầm, cóxét đến tính toàn khối của công trình và ảnh hưởng tải trọng biên. Tuy vậy chỉ xét theophương ngang để đặt cốt thép.Mặt khác khi xét ảnh hưởng của tải trọng bên cần chú ý các điểm sau:­ Nếu tải trọng bên làm tăng thêm mômen uốn ở bản đáy (trường hợp bất lợi) thì xétảnh hưởng đó hoàn toàn.­ Nếu tải trọng bên làm giảm mômen uốn ở bản đáy (trường hợp có lợi) với đất đắp hai bên làđất sét thì không xét đến ảnh hưởng này, với đất đắp hai bên là đất cát thì xét đến 3050%ảnh hưởng tải trọng bên.­ Chiều dài lớn nhất của phạm vi đất đắp nếu nhỏ hơn 2l (chiều dài dầm ) thì lấy chiềudài thực của phạm vi đất đắp xét ảnh hưởng, còn nếu lớn hơn 2l thì phạm vi ảnh hưởng tảitrọng bên chỉ lấy 2l.3.5.2. Tính toán tường ngực1. Tác dụng và cách bố trí tường ngựcTường ngực có tác dụng chắn nước và giảm bớt chiều cao của van, do đó giảm đượccao trình cầu công tác. Cao trình đỉnh tường ngực cao hơn mức nước cao nhất ở thượng lưu,còn cao trình đáy tường ngực cao hơn mức nước mùa kiệt khi mở hẳn cửa van khoảng 0,30,5m. Tường ngực thường gồm bản che, dầm trên và dầm dưới (hình 3­23).Hình 3-23. Tường ngực và sơ đồ áp lực nước tác dụng lên nó110Tường ngực nối tiếp với mố cống có thể theo hình thức ngàm chặt, tức là đổ bê tôngmố và tường ngực thành một khối. Cũng có thể theo kiểu tách rời, tức là thi công mố trước,chừa khe đặt tường ngực, giữa khe nối tiếp đổ nhựa đường chống thấm. Loại ngàm chặt có thểđổ mỏng hơn, song dễ bị nứt chỗ nối tiếp.2. Tính toán kết cấu tường ngựcKhi tính toán tường ngực ta cần tính bản che và các dầm đỡ trên và dưới.a) Bản chắn:bNối cứng hoặc nối khớp với dầm. Chiều dày 0,3­0,5 m. Nếu l  2; tính theo sơ đồbbản; nếu l  2 thì tính theo sơ đồ dầm (cắt ra một dải đơn vị, có nhịp tính toán là l 0 = 1.05l;lực tác dụng là áp lực nước, sóng, va đập ...).b) Dầm trên:Sơ đồ tính toán là ngàm (nếu đổ liền khối nối cứng với mố trụ) hoặc là khớp (nếu đổtách rời, để khớp với mố trụ).Tải trọng tác dụng gồm trọng lượng bản thân, lực từ xe phai truyền xuống, người đilại (theo phương đứng) áp lực nước, sóng, va đập... trực tiếp chịu và từ bản mặt tác dụng tới(theo phương ngang).c) Dầm dưới:Cũng có thể là dầm hai đầu ngàm hay khớp tuỳ vào liên kết với mố trụ.Tải trọng tác dụng gồm trọng lượng bản thân, thiết bị ... (theo phương đứng) áp lựcnước, sóng, va đập... trực tiếp chịu và từ bản mặt truyền tới (theo phương ngang). Ngoài ratuỳ theo phương pháp thi công mà dầm dưới còn chịu cả trọng lượng bản thân dầm trên, bảnmặt.3.5.3. Tính toán trụ cống1. Tải trọng và trường hợp tính toánTải trọng tác dụng lên trụ cống gồm: áp lực nước do cửa van truyền tới và trực tiếp tácdụng; trọng lượng bản thân và các thiết bị đặt trên nó, với trụ biên còn chịu áp lực đất.Các trường hợp cần được xem xét khi tính toán kết cấu trụ :­ Trường hợp đang thi công hoặc vừa thi công xong trụ chịu trọng lượng của bản thân và cácthiết bị đặt trên nó: xe máy thi công, áp lực đất (với trụ biên)...­ Trường hợp làm việc khi cửa van đóng: trụ chịu áp lực nước lớn do cửa van truyền tới. Vìthế cần kiểm tra chống cắt giữa trụ và bản đáy hoặc kiểm tra trượt của trụ (khi trụ làm tách rờivới bản đáy). Với cống dùng van phẳng cần kiểm tra khả năng chịu lực cho trụ tại nơi bố tríkhe van. Nếu cống dùng van cung thì còn cần kiểm tra sự làm việc của trụ dưới tác dụng củaáp lực nước truyền tập trung tại một điểm ở tại van.111­ Trường hợp sửa chữa hoặc xảy ra sự cố. Khi cần sửa chữa hoặc sự cố, dùng phai chắn nướcở thượng và hạ lưu cống và trong khoang cống không có nước, khi đó khoang cống bên cạnhvẫn làm việc bình thường.­ Các trường hợp bất thường khác: tuỳ theo đặc điểm làm việc của cống để xác định cụ thểnhững trường hợp tính toán này.2. Tính toán trụ van phẳngSơ đồ tính toán trụ van phẳng được xác định theo các trường hợp: khi cửa van hai bêntrụ đều mở như nhau hoặc đều đóng; khi một bên nước thấp (hoặc không có) một bên mứcnước cao hơn; khi một bên là lỗ cống một bên chắn đất (trụ biên).a) Khi cửa van hai bên trụ đều mở như nhau hoặc khi mới xây dựng xong không có nước:Trong trường hợp này trụ chỉ chịu lực thẳng đứng gồm cầu giao thông, cầu công tác,máy móc, người đi lại, tường ngực, trọng lượng bản thân trụ. Do đó trụ chịu nén lệch tâm vàứng suất đáy trụ (ngang bản đáy) xem như phân bố theo qui luật đường thẳng có các giá trịcực trị ở hai đầu:max, mintrong đó:P M 0W ;= F(3­43)P ­ tổng các lực thẳng đứng tính đến đáy trụ;M 0 ­ tổng mômen các lực lấy đối với giữa đáy trụ;F,W ­ diện tích và mômen chống uốn của tiết diện đáy trụ.Dựa vào biểu đồ ứng suất đáy trụ, xét từng mét chiều dài trụ, xem như cột chịu néndọc dưới tác dụng của lực.d   c.12Pđ =;(3­44)trong đó: đ, c : ứng suất đáy trụ ở đầu và cuối mét tính toán; : chiều dày trụ.Biết lực tác dụng Pđ, tiến hành tính toán cốt thép và kiểm tra uốn dọc của trụ.Hình 3-24. Sơ đồ tính trụ chịu lực thẳng đứng112b) Khi cửa van hai trụ đều đóng và có chênh lệch mực nước trước và sau van:Trong trường hợp này vẫn dùng công thức (3­43) nhưng với giá trị các lực khác.Ngoài ra còn tính toán bố trí thép ở khe van. Với giả thiết: phần trụ tại khe van, khi chịu áplực nước do cửa van truyền tới đều do cốt thép chịu, bê tông bị nứt thì diện tích cốt thép tínhtheo công thức:Fa Pm kc .R a ;(3­45)trong đó:­ mkc : hệ số điều kiện làm việc;­ Ra: cường độ chịu kéo của thép;­ P : tổng áp lực nước tác dụng lên trụ ở đoạn tính toán.c) Khi một bên mực nước thấp (có khi không có), một bên mực nước cao hơn:Trường hợp này xảy ra khi cửa van ở hai bên trụ mở không đều hoặc khi một bên cửavan mở, một bên đóng. Khi đó trụ làm việc như một kết cấu chịu nén và uốn hai chiều. Ứngsuất tại các đầu góc của tiết diện trụ tính theo công thức:max, min =P M x M yFWxWy;(3­46)trong đó:P : tổng các lực thẳng đứng tác dụng tính đến mặt cắt tính toán;Mx, My : tổng mô men theo trục x, trục y tính với hệ trục chính trung tâm của mặtcắt tính toán;Wx, Wy: mô men chống uốn;F: diện tích mặt cắt tính toán.113

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• Công trình trên hệ thống thủy lợi
  • 283
  • 3,195
  • 23
• Tổng quan về cấu trúc dữ liệu và giải thuật
  • 5
  • 1
  • 5
• Jini - Sun''s technology of impromptu netwworks
  • 20
  • 408
  • 0
• Lập trình hướng đối tượng
  • 55
  • 98
  • 1
• Chuẩn nghề nghiệp GV-CT-PC
  • 23
  • 431
  • 0
• Hình nền, trang bìa BGĐT
  • 27
  • 195
  • 0
• Bài giảng toán 8 - Rút gọn phân thức
  • 16
  • 4
  • 24
• Unit 4: Writing
  • 29
  • 242
  • 0
• Talet va Pytago
  • 3
  • 811
  • 3

Tải bản đầy đủ (.pdf) (283 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(6.37 MB) - Công trình trên hệ thống thủy lợi-283 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×