Đồ án tốt nghiệp kỹ sư - Ngành kỹ thuật công trình

Type equation here.II. TÍNH THỦY LỰC, TIÊU NĂNG, THẤM,… 1. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính khẩu diện cống hoặc kiểm tra khẩu diện cống? + Sơ đồ tính Sơ đồ chảy qua đập tràn đỉnh rộng + Điều kiện để cống làm việc như đập tràn đỉnh rộng Theo mục 3.1, QPTL C8-76, điều kiện làm việc như đập tràn đỉnh rộng: (2÷3)H < L < (8÷10)H Trong đó: + H: chiều sâu dòng chảy vào trên ngưỡng (m) Bài toán tưới: H = Zbiển - Zđk Bài toán tiêu: H = Zđồng - Zđk + L: chiều dài ngưỡng, chọn sơ bộ L = 20m + Điều kiện chảy ngập Theo mục 3.4, QPTL C8-76 chảy ngập khi: Trong đó: + : chiều sâu nước hạ lưu kể từ ngưỡng cống (m) + : cột nước trước cống, có xét đến lưu tốc tới gần (m) + H : cột nước thượng lưu cống kể từ đỉnh ngưỡng (m) + : lưu tốc tới gần, (m/s) + n : hệ số ngập, nằm trong phạm vi 0,75 ≤ n ≤ (0,83÷0,87). Theo R.R.Tsugaep, n=f(). Trong đó, m là hệ số lưu lượng còn = B. Tra hình 3-4 (Thiết kế cống – Nhà xuất bản nông nghiệp – 1988) tìm n. + Lưu lượng tháo qua cống Chảy không ngập: Trong đó: + Q: lượng tháo qua cống (m3/s) + m: hệ số lưu lượng lấy gần đúng theo Cu-min, bảng 14-3 bảng tra thủy lực, với cửa vào tương đối thuận và có tường cánh thẳng thu hẹp dần m = 0,34÷0,36. Chọn m=0,35. + : hệ số co hẹp bên do các mố trụ gây nên, tính theo công thức + : tổng bề rộng qua nước của các khoang cống (m) + : cột nước tràn có kể đến lưu tốc tới gần (m) + g=9,81 (m/s2): gia tốc trọng trường Chảy ngập: Lưu lượng tháo qua cống: Trong đó: + : hệ số co hẹp bên, = 0,5+0,5 = 0,5.1+0,5 = 1 + : hệ số lưu tốc trường hợp chảy ngập, phụ thuộc vào hệ số lưu lượng m. Tra theo bảng 14-3 giáo trình thủy công tập II ứng với m = 0,35 thì =0,93 + h1: chiều sâu nước trên ngưỡng cống, + : độ cao hồi phục khi dòng chảy ra khỏi cống, + : độ cao hồi phục tương đối xác định bởi biểu đồ 20 (QPTL C8-76) phụ thuộc vào hệ số mở rộng khi dòng chảy đi xuống hạ lưu và độ ngập tương đối . + hk : độ sâu phân giới (m) + q: lưu lượng đơn vị qua cống, q=Q/Bc (m2/s) + Bc: chiều rộng thông nước của cống, Bc =7,5m + Tính khẩu diện cống – giả thiết Q và B. Kiểm tra khả năng tháo Chế độ chảy qua cống trong các trường hợp đều là chảy ngập nên lưu lượng tháo qua cống được tính theo công thức tính lưu lượng qua đập tràn đỉnh rộng chảy ngập (theo QPTL C8-76) Kiểm tra: Trong tất cả các trường hợp tính toán trên, khẩu diện cống đã chọn đều đảm bảo khả năng tháo yêu cầu (>Q). Kết luận: Khẩu diện cống thỏa mãn. 2. Vẽ sơ đồ và trình bày phương pháp tính toán tiêu năng hạ lưu công trình? + Sơ đồ tính Sơ đồ tính tiêu năng Khi đó các bước tính toán tiêu năng của cống như sau: + Bước 1: Xác định trạng thái chảy: Nếu trạng thái chảy là chảy ngập: Nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập hoặc không có nước nhảy. Nếu trạng thái chảy là chảy không ngập: Ta tiếp tục làm bước 2. + Bước 2: Xác định hình thức nối tiếp sau cống bằng cách so sánh và Nếu >: Nối tiếp sau cống là nước nhảy phóng xa. Nếu =: Nối tiếp sau cống là nước nhảy phân giới. Nếu <: Nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập. + Bước 3: Nếu nối tiếp sau cống là nước nhảy phóng xa, phân giới thì phải thiết kế tiêu năng. Nếu nối tiếp sau cống là nước nhảy ngập thì bố trí tiêu năng theo cấu tạo. + Công thức tính h’c và h”c Xác định hình thức nối tiếp sau cống: So sánh và . Trước tiên ta tính theo công thức : Trong đó: +: Năng lượng đơn vị của dòng chảy thượng lưu cống so với đáy kênh hạ lưu. + H: Chiều cao cột nước thượng lưu so với đáy kênh hạ lưu +: Cột nước lưu tốc tới gần. +: Diện tích mặt cắt ướt kênh thượng lưu. + Q: Lưu lượng tiêu năng + q: Lưu lượng đơn vị tính toán +: Hệ số lưu tốc của cống. Đối với đập tràn đỉnh rộng thì lấy bằng 0,95÷ 0,85 ( theo giáo trình Thủy lực tập 2 trang 176). Chọn = 0,95 +, tra phụ lục 15-1 trang 62 – Các bảng tính thủy lực. + Tính chiều sâu bể tiêu năng Có thể tính theo các bước sau đây: 1. Tính d gần đúng lần thứ nhất theo biểu thức: hoặc giả định một trị số xấp xỉ trị số trên. 2. Với chiều sâu d1 đã chọn, tính độ sâu co hẹp (hc) và độ sâu liên hiệp (h”c) theo cột nước E’0=E0+d1 bằng phương pháp được trình bày ở trên (PP của GS. I.I.Agơrôtskin) 3. Định chiều sâu nước trong bể tiêu năng: 4. Tính ΔZ theo CT: 5. Tính chiều sâu d2 (gần đúng lần thứ hai) của bể theo CT: 6. Nếu giá trị d2 tính ra bằng hay gần bằng giá trị d1 đã chọn thì việc chọn d đã đúng và d2 là độ sâu bể cần đào. Nếu hai giá trị d chưa bằng nhau cần lấy giá trị d2 để tính lại lần nữa theo trình tự trên. + Tính chiều dài bể tiêu năng Trong thiết kế người ta thường dùng các công thức kinh nghiệm. Bể tiêu năng quá dài thì không cần thiết, nhưng nếu quá ngắn lại có thể không hình thành nước nhảy ở trong bể , bể không những không thực hiện được nhiệm vụ tiêu năng mà dòng chảy vọt ra có thể làm xói lở và phá hoại lớp gia cố lòng dẫn hạ lưu sau bể. Chiều dài bể theo công thức của GS. M.Đ. Tréctôuxốp: Với =0,8 và l1=0 ta có: lb = 0,8ln Tính chiều dài nước nhảy ln theo công thức Saphơranét: ln = 4,5h”c + Tính chiều dài sân sau Trong đó: ΔH: chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (m) q: Lưu lượng đơn vị cuối sân (m3/s.m) k: hệ số phụ thuộc tính chất đất lòng sông. Khi lòng sông là cát mịn, cát pha k=10÷12, đất cát to, đất có tính dính k=8÷9, đất sét cứng k=6÷7. 3. Trình bày cách chọn, bố trí thiết bị tiêu năng. Nêu tác dụng của bể tiêu năng, ngưỡng tiêu năng, sân sau, hố xói…? + Bố trí thiết bị tiêu năng Bể tiêu năng phía biển và phía đồng làm bằng bê tông cốt thép M300, phía dưới có BT lót M100 dày 5cm, gia cố bằng cừ tràm. Do đặc điểm làm việc của cống làm việc 2 chiều nên ta bố trí bể tiêu năng ở cả 2 phía. Phía biển làm việc nhiều hơn do vậy kết hợp một phần thân cống phía biển làm bể tiêu năng. Cao trình đáy bể tiêu năng chọn -3.50 m ,thấp hơn cao trình ngưỡng cống 1 m. Phần cuối phần sân tiêu năng có bố trí lỗ thoát nước và ngưỡng. Các lỗ thoát nước bố trí thành hàng so le và phía dưới có đặt tầng lọc ngược để bảo vệ đất nền không bị mất ổn định thấm, khoảng cách giữa các lỗ thoát nước là 2 m. Chiều dài sân tiêu năng theo kết quả thí nghiệm mô hình Lb = 12m. Chiều dày bể tiêu năng t = 0,5m (theo mục 6.3.4) Nhằm tăng độ mở cửa van, ở bể tiêu năng phía đồng thiết kế thêm 1 ngưỡng trong bể tiêu năng. + Tác dụng của các kết cấu tiêu năng: bể tiêu năng, ngưỡng, sân sau, hố xói… Bể tiêu năng: Tiêu năng và bảo vệ lòng kênh sau cống. Chiều dài bể: L1=(2÷3,5)ΔH ΔH: chênh lệch mực nước thượng hạ lưu. Chiều dày sân tiêu năng theo công thức Đômbrôpxki: Trong đó: t: chiều dày sân v1, h1: lưu tốc và chiều sâu dòng chảy trước nước nhảy. Chiều dày khoảng 0,5-1,5m. Ngưỡng: Nhằm tăng độ mở cửa van, ở bể tiêu năng phía đồng thiết kế thêm 1 ngưỡng trong bể tiêu năng. Sân sau: Sân sau có tác dụng tiêu hao bớt phần năng lượng còn lại sau khi đi qua bể tiêu năng, bảo vệ lòng kênh. Hố xói: Để đảm bảo phân bố lại dòng chảy, tiêu hao hết năng lượng, phòng chống xói lở ở phía hạ lưu ta cần làm thêm hố phòng xói ở sau sân sau. 4. Trình bày các phương pháp tính thấm dưới đáy công trình? Phương pháp nào cho kết quả tin cậy nhất? + Sự cần thiết phải tính thấm Do có sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu, nền và 2 bên bờ có tính thấm nước nên sẽ xuất hiện dòng thấm dưới đáy và 2 bên công trình. Ta phải tiến hành giải bài toán thấm nhằm mục đích: Xác định lưu lượng thấm q Lực thấm tác dụng lên đáy công trình Wt Gradient thấm trung bình và gradient thấm cục bộ ở cửa ra để tiến hành kiểm tra độ bền thấm chung và độ bền thấm cục bộ. + Các giả thiết cơ bản Lời giải lý thuyết của bài toán thấm có áp được đưa ra trên cơ sở một số giả thiết cơ bản đơn giản hóa môi trường thấm và dòng thấm. Các giả thiết đó như sau: Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được Dòng thấm ổn định Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy Trong đó: v: Lưu tốc thấm bình quân trên m/c ướt k: Hệ số thấm của đất J: Gradien thủy lực Đối với các bài toán thấm có áp, còn có 2 giả thiết bổ sung: Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước Bài toán thấm phẳng + Các phương pháp tính thấm Hiện nay có rất Có nhiều phương pháp tính thấm như: _Tính thấm bằng phương pháp giải tích: Phương pháp cơ học chất lỏng (N.N.Pavlopxki) Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng: Do Trugaep đã phát triển phương pháp phân đoạn của N.N.Pavlopxki thành phương pháp hệ số sức kháng. Phương pháp tỉ lệ đường thẳng: Do Blai đề xướng sau đó Len đã đề xuất việc cải tiến phương pháp của Blai cho phù hợp với thực tế hơn. _Tính thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm: Trong phương pháp này có thể xây dựng lưới thấm bằng các phương pháp khác nhau như: Phương pháp giải tích Phương pháp thí nghiệm tương tự điện Phương pháp thí nghiệm trên mô hình khe hẹp Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay. _Tính thấm bằng phương pháp số: Phương pháp sai phân. Phương pháp phần tử hữu hạn Các phương pháp phổ biến nhất: Phương pháp tỉ lệ đường thẳng của Lane Phương pháp hệ số sức kháng của Trugaep Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay. Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay có độ chính xác cao hơn so với phương pháp tỉ lệ đường thẳng, lưới thấm vẽ càng dày thì mức độ chính xác khi tính càng cao. Mức độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệm của người vẽ, nói chung có thể đạt được độ chính xác yêu cầu của bài toán kỹ thuật. 5. Trình bày phương pháp kiểm tra ổn định thấm bằng phương pháp tỉ lệ đường thẳng? + Sơ đồ tính Sơ đồ xác định chiều dài đường viền thấm + Các công thức Xác định chiều dài đường viền thấm tính toán Ltt (m) Theo phương pháp Lane thì dọc theo đoạn đường viền thẳng đứng, mức độ tiêu hao cột nước thấm lớn hơn so với đoạn đường viền nằm ngang. Chiều dài đường viền thấm được xác định như sau : Ltt = Lđ + Trong đó: + Lđ : Chiều dài tổng cộng của các đoạn thẳng đứng và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang (m) L = LAB + LCD + LFG + LKL + LNO + LPR + Ln : Chiều dài tổng cộng của các đoạn nằm ngang và các đoạn xiên có góc nghiêng so với phương ngang. (m) Ln = LBC + LDE + LEF + LGH + LHI + LIJ + LJK + LLM + LMN + LOP + m : Hệ số hiệu quả tiêu hao cột nước thấm trên các đoạn thẳng đứng so với các đoạn nằm ngang, phụ thuộc vào số hàng cừ có trong sơ đồ đường viền thấm. Khi không có hàng cừ thì : m = 1. Kiểm tra độ bền thấm của nền Theo phương pháp này thì để đảm bảo độ bền thấm chung, trị số Ltt phải thỏa mãn điều kiện: (m) Trong đó: + C: Hệ số phụ thuộc vào tính chất của đất nền, theo bảng 2.2 trang 27 giáo trình Thủy công tập I với đất sét mềm lấy C =2,2 + H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu. (m) Xác định áp lực thấm Cột nước thấm tại một điểm nào đó cách điểm cuối của đường viền thấm một đoạn Xi: Trong đó: + H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m) + Xtt: Xác định như khi tính Ltt (m) Theo sơ đồ tính thấm, tổng áp lực thấm lên bản đáy cống: (T/m) Trong đó: + gn : trọng lượng riêng của nước (T/m3) + hi, hi+1: cột nước thấm tại điểm i và i+1 (m) + L2i: Khoảng cách giữa 2 điểm i và i+1. Xác định áp lực thủy tĩnh đẩy ngược Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược lên bản đáy cống được xác định theo công thức : (T/m) Trong đó : + hmin : cột nước phía mực nước thấp (m) + : chiều dày bản đáy cống tại vị trí đang xét. Tính gradien thấm và lưu tốc thấm trung bình - Gradient thấm và lưu tốc thấm trung bình trên đoạn đường viền thẳng đứng là: (m/s) Gradient thấm và lưu tốc thấm trung bình trên đoạn đường viền nằm ngang là: (m/s) Trong đó : K là hệ số thấm đất nền (m/s) Để đảm bảo độ bền thấm cục bộ của nền cần thỏa mãn : và Trong đó : +  Jđ là gradient thấm trung bình trên đoạn đường viền thẳng đứng + Jn là gradient thấm trung bình trên đoạn đường viền nằm ngang + là gradien thấm cho phép    tra theo biểu đồ Istomina phụ thuộc vào hệ số không đều hạt Phạm vi sử dụng: + Đối với các công trình nhỏ, tầng thấm mỏng, đường viền thấm đơn giản, giải theo pp TLĐT cho kết quả chính xác theo yêu cầu kỹ thuật. + Đối với các công trình lớn: thường dùng pp TLĐT để sơ bộ kiểm tra chiều dài đường viền thấm trước khi đi vào tính toán theo các pp chính xác hơn. + Đối với các công trình trên nền đá: thường áp dụng pp này để tính toán áp lực thấm lên đáy công trình. 6. Trình bày phương pháp kiểm tra ổn định thấm bằng phương pháp hệ số sức kháng? a) Mô hình tính Để đơn giản hóa trong tính toán nên suy biến mô hình tính toán tương tự như sau: Mô hình đơn giản hóa b) Phân đoạn Dùng các đường thế đi qua các điểm đường viền chuyển tiếp từ đoạn thẳng đứng sang đoạn nằm ngang hoặc ngược lại để chia miền thấm thành các bộ phận khác nhau (bộ phận 1, 2, 3,…,9). Phân đoạn trong trường hợp giữ ngọt c) Xác định hệ số sức kháng từng bộ phận Với trường hợp giữ ngọt: Các hệ số sức kháng được xác định theo các biểu thức giải tích. Chúng được rút ra trên cơ sở giải hàng loạt các bài toán thấm có sơ đồ khác nhau bằng phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng. Các công thức đó cụ thể như sau: Bộ phận cửa vào và cửa ra: ζv,r = 0.44 + ζb + ζc Trong đó: ζb _Hệ số sức kháng của bậc (nếu có) a _Chiều sâu của bậc (m) T _Chiều dài tầng thấm phía trước bậc (m) ζc _Hệ số sức kháng của cừ (nếu có) S _Chiều dài cừ (m) T _Chiều sâu tầng thấm phía sau cừ (m) Bộ phận giữa: ζg = ζb + ζc Chỉ áp dụng công thức trên khi có bậc và cừ và đồng thời thỏa mãn điều kiện: và T1 _Bề dày tầng thấm ở bộ phận ngang phía trước bộ phận đang xét (m) T2 _Bề dày tầng thấm ở bộ phận ngang phía sau bộ phận đang xét (m) Bộ phận nằm ngang: T _Chiều dày tầng thấm trong đoạn tính toán (m) Chỉ áp dụng công thức trên khi chiều dài đoạn đường viền thấm nằm ngang giữa 2 hàng cừ S1, S2 thỏa mãn điều kiện: Trường hợp ngăn mặn được thực hiện tương tự với chiều ngược lại. d) Áp lực thấm Cột nước thấm tiêu hao qua mỗi bộ phận xác định theo công thức: Trong đó: H _Cột nước thấm (m) hi _Tổn thất cột nước thấm qua bộ phận thứ i (m) _Hệ số sức kháng của bộ phận đang xét _Tổng hệ số sức kháng toàn miền thấm e) Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược Áp lực thủy tĩnh đẩy ngược tác dụng lên bản đáy được tính theo công thức: hi = (Zh – Zbđ)×γn Trong đó: Zh _Cao trình mực nước hạ lưu (m) Zbđ _Cao trình bản đáy cống của đoạn tính toán (m) γn _Trọng lượng riêng của nước γn = 1T/m3 e) Lưu lượng thấm và gradient thấm Lưu lượng thấm đơn vị được tính theo công thức (m3/m.s) Trong đó: K _Hệ số thấm (m/s) H _Cột nước chênh lệch (m) _Tổng hệ số sức kháng miền thấm f) Gradien thấm Ở phương pháp này chỉ có thể tính được gradien cột nước trung bình trong vùng thấm, theo công thức của Viện VNIIG: Trong đó: T _Chiều dày tầng thấm. Kiểm tra độ bền thấm chung: để đảm bảo độ bền thấm chung cần phải thỏa mãn Trong đó: Tra bảng 2 TCVN 4253_86 PP này có ưu điểm không cần bảng biểu, đồ thị, các kết quả tính toán đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu thiết kế. 7. Trình bày phương pháp kiểm tra ổn định thấm bằng phương pháp vẽ lưới bằng tay? Các nguyên tắc khi vẽ lưới thấm Lưới thấm hình thành bởi 2 họ đường cong trực giao nhau: + Đường dòng: biểu diễn quỹ đạo của các phần tử nước chuyển động trong miền thấm. + Đường thế: là tập hợp của các điểm có cùng cột nước thấm. + Đường dòng và đường thế tạo thành một lưới có các mắt lưới hình vuông cong. + Tiếp tuyến của các đường đẳng thế vẽ từ điểm góc của đường viền phải trùng với phân giác của góc đó. Các đường dòng và đường thế giới hạn của lưới thấm. + Đường dòng đầu tiên là đường viền thấm dưới đáy công trình. + Đường dòng cuối cùng là mặt tầng không thấm nước. + Đường thế đầu tiên là mặt nền thấm phía thượng lưu. + Đường thế cuối cùng là mặt nền thấm phía hạ lưu. + Miền thấm giữa 2 đường thế kề nhau gọi là dải, miền giữa 2 đường dòng kề nhau gọi là ống dòng. Lưới thấm chỉ phụ thuộc vào dạng hình học của miền thấm mà không phụ thuộc vào hệ số thấm, cột nước, chiều dòng thấm và kích thước tuyệt đối của công trình. Dựa vào các đặc điểm của lưới thấm như đã mô tả ở trên trên mà ta tiến hành vẽ bằng tay và sửa dần cho đến khi đạt được một lưới thấm trực giao có các mắt lưới hình vuông cong. Sơ đồ lưới thấm theo hình vẽ có 20 dải và 7 ống dòng. Xác định áp lực thấm Gọi n là số dải của lưới thấm, cột nước thấm qua mỗi dải sẽ là: Cột nước thấm tại một điểm x bất kỳ cách đường thế cuối cùng i dải (i có thể là số thập phân khi x không nằm trên một đường thế của lưới) (m) Trong đó: + H: Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu (m) + i: Dải thế thứ i (có thể là số nguyên hay thập phân) + n: Số dải thế Xác định lưu lượng thấm Lưu lượng thấm xác định theo công thức (m2/s) Trong đó: + K: Hệ số thấm K = 10-7 m/s + m: Số ống dòng + n: Số dải thế. Xác định Gradient thấm cửa ra và kiểm tra gradient thấm cửa ra Gradient thấm bình quân trong 1 mắt lưới là : Trong đó : Chiều dài trung bình mắt lưới cửa ra theo phương dòng thấm (m) Để đảm bảo độ bền thấm cục bộ của nền cần thỏa mãn, theo (8-10) : Trong đó : là gradien thấm cho phép    tra theo biểu đồ Istomina phụ thuộc vào hệ số không đều hạt Phương pháp vẽ lưới thấm bằng tay có độ chính xác cao hơn so với phương pháp tỉ lệ đường thẳng, hệ số sức kháng, lưới thấm vẽ càng dày thì mức độ chính xác khi tính càng cao. Mức độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệm của người vẽ, nói chung có thể đạt được độ chính xác yêu cầu của bài toán kỹ thuật. III. TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT XỬ LÝ NỀN 1. Trình bày cách chọn các trường hợp tính toán ứng suất dưới đáy móng? Tính toán ứng suất và kiểm tra sức chịu tải được thực hiện cho các trường hợp bất lợi nhất để đảm bảo cống được an toàn. Các trường hợp bất lợi đó là: TH1: Cống vừa thi công xong chưa thông nước (Tổng lực đứng ƩG max) TH2:Ngăn mặn (cửa đóng) – Tổng lực ngang ƩP max hướng từ biển ra đồng. TH3: Giữ ngọt (cửa đóng) – Tổng lực ngang ƩP max hướng từ đồng ra biển. 2. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính toán ứng suất bản đáy cống? + Phương pháp tính Tính ứng suất phần thân cống theo sơ đồ nén lệch tâm. + Sơ đồ tính Sơ đồ nén lệch tâm + Công thức tính, ý nghĩa các thành phần thuộc công thức Theo sơ đồ nén lệch tâm, công thức tính tổng quát như sau: Trong đó : +: Tổng lực đứng (T) +:Tổng momen của các lực tác dụng lên mảng, lấy đối với tâm đáy mảng (T.m) + F: diện tích bản đáy (m2), F = 10,4.20 = 208 m2 + W: mođun chống uốn của đáy mảng (m3) Ứng suất dưới đáy móng được tính theo công thức đối với móng hình chữ nhật : Trong đó : + : Ứng suất dưới đáy móng (T/m2) + e0 : Độ lệch tâm của lực tác dụng so với tâm bản đáy (m) + L : chiều dài bản đáy, L = 20m + Các tải trọng tác dụng lên bản đáy cống Các lực đứng Trọng lượng các bộ phận tác dụng lên thân cống được tính bằng dung trọng riêng của vật liệu cấu tạo nhân với thể tích của bộ phận đó. Để đơn giản trong tính toán, chia các bộ phận sau thành các khối hình học đơn giản để tính. Trọng lượng bản đáy cống Trọng lượng mố bên Trọng lượng đất giữa 2 chân khay Trọng lượng cầu giao thông Trọng lượng xe chạy trên cầu Trọng lượng cầu công tác Trọng lượng cửa van Trọng lượng nước Áp lực nước: gồm có + Áp lực nước thấm + Áp lực nước đẩy nổi Các lực đứng được tính theo công thức : Trong đó : + P : lực tác dụng thẳng đứng (T). + n : hệ số vượt tải + : dung trọng vật liệu cấu tạo (T/m3) + V : thể tích của hạng mục công trình ( m3). Các lực ngang - Áp lực nước phía đồng - Áp lực nước phía biển Các lực ngang được tính theo công thức : 3. Trình bày cách tính toán sức chịu tải của nền (Rtc), ý nghĩa các thành phần thuộc công thức? + Công thức tính Để đảm bảo điều kiện kinh tế kỹ thuật cần chọn : Do tải trọng tác dụng lên công trình đặt lệch tâm nên cần có thêm điều kiện : Trong đó: + : Ứng suất đáy móng trung bình (T/m2) + : Ứng suất đáy móng lớn nhất (T/m2) + : Cường độ tiêu chuẩn của đất nền (T/m2) + m: Hệ số điều kiện làm việc của nền móng. Do nền không bão hòa nước nên chọn m=0,8. + b: Bề rộng móng b = 20 m + : Dung trọng riêng của đất nền. Mới thi công xong = gw = 1,57 T/m3 Ngăn mặn và giữ ngọt g = gđn = 0,62 T/m3 + q: Tải trọng bên q =..n = 2,65.0,5.1,05 = 1,39 T/m2 + C : Lực dính đơn vị tiêu chuẩn của đất nền. Theo tài liệu địa chất, lớp 1 có C = 0,12 kg/cm2 = 1,2 T/m2 + A1/4, B, D: Là các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền. Nền có góc ma sát trong , tra bảng II-1 phần phụ lục – Giáo trình nền móng được: A1/4 = 0,06 , B = 1,25 , D = 3,51. Nếu SCT nền > Ưs tiếp tục kiểm tra lún, kiểm tra ổn định trượt (trượt phẳng, trượt sâu, trượt hỗn hợp), kiểm tra ổn định lật. Nếu SCT nền < Ứ tiến hành tính toán xử lý nền. 4. Trình bày các giải pháp xử lý nền công trình? + Đệm cát: thay thế lớp đất cũ bằng lớp đất tốt (đào lớp yếu đi đổ cát vào). Sử dụng khi chiều dày lớp đất nhỏ. + Cọc: - Theo tác dụng làm việc giữa đất và cọc, cọc được phân thành cọc chống và cọc treo: Hình 10-1: Cọc chống (trái) và cọc treo (phải) + Cọc chống: truyền tải trọng lên lớp đất đá có cường độ lớn, vì thế lực ma sát ở mặt xung quanh cọc thực tế không xuất hiện và khả năng chịu tải của cọc chỉ phụ thuộc khả năng chịu tải của đất mũi cọc (mũi cọc cắm vào đá). + Cọc treo: còn gọi là cọc ma sát, đất bao quanh cọc là đất chịu nén (đất yếu) và tải trọng được truyền lên nền nhờ lực ma sát ở xung quanh cọc và cường độ của đất đầu mũi cọc (mũi cọc cắm vào đất). Qua khảo sát nền ở ĐBSCL là nền đất nên dùng cọc treo là hợp lý nhất. Theo vật liệu làm cọc, cọc được phân thành: cọc gỗ, cọc bê tông, cọc bê tông cốt thép, cọc thép, cọc tre. Đất nền công trình cống Kênh thứ bảy thuộc loại đất sét dẻo mềm, cọc đóng bằng bê tông cốt thép có thể sử dụng trong bất kỳ loại đất nào cho phép thực hiện hạ cọc bằng búa , do vậy em lựa chọn cọc đóng bằng bêtông cốt thép. Theo phương pháp chế tạo cọc, chọn cọc bê tông cốt thép chế tạo sẵn, hạ cọc bằng búa. Kết luận: Sau khi phân tích từng loại cọc em chọn loại cọc treo đóng bằng bêtông cốt thép chế tạo sẵn, hạ cọc bằng búa để gia tăng sức chịu tải của nền. 5. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính toán khả năng chịu tải của cọc đơn (Pc) + Mục đích, nguyên tắc lựa chọn Sức chịu tải của cọc đơn là tải trọng lớn nhất tác dụng lên cọc nhằm đảm bảo: + Cọc đủ khả năng chịu lực. + Đất ở mũi cọc và quanh cọc không bị phá hoại về cường độ hoặc về biến dạng. Mục đích việc xác định sức chịu tải của cọc làm cơ sở khi thiết kế để chọn loại cọc và xác định số lượng cọc. Nguyên tắc lựa chọn: = min (Pvl, Pđ) Trong đó: + Pvl : Sức chịu tải tính theo cường độ vật liệu làm cọc. + Pđ : Sức chịu tải tính theo cường độ đất ở mũi cọc và bao quanh cọc. Xác định sức chịu tải dọc trục theo điều kiện cường độ vật liệu cọc(Pvl) Tải trọng tính toán cho phép tác dụng lên cọc theo điều kiện vật liệu được xác định theo công thức (5-5), giáo trình Nền móng: Pc = mcPvl = mc(mcbRbFb + RaFa) Trong đó: + Pvl : Sức chịu tải dọc trục theo cường độ vật liệu (T) + mc: Hệ số điều kiện làm việc, lấy bằng 0.6 với cọc chế tạo trong đất, bằng 1 với các cọc khác. mc = 1 + mcb: Hệ số điều kiện làm việc của bê tông. mcb = 1 + Rb: Sức kháng nén tính toán của bê tông. Tra phụ lục 2, giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép, với bê tông M300 Rb = 135 (kG/cm2)= 1350 (T/m2) + Ra: Sức kháng nén tính toán của cốt thép. Tra phụ lục 7, giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép, với cốt thép thanh nhóm AII Ra = 2700 (kG/cm2) = 27000 (T/m2). + Fb: Diện tích ngang của cọc bê tông (m2) Fb = 35x35 = 1225 (cm2) + Fa: Diện tích tiết diện cốt thép (m2). Thép 8Ø20 = 25,13 (cm2) Thay vào công thức (10-1) ta có: Pc = 1.135.1225+2700.25,13 = 233226 kG = 233,23 T Xác định sức chịu tải dọc trục theo điều kiện đất bao quanh cọc (Pđ) Có 2 phương pháp để xác định là phương pháp phân tích lực và phương pháp thí nghiệm hiện trường. Kết quả chính thức lấy theo kết quả thí nghiệm hiện trường. Tuy nhiên trong phạm vi đồ án em xác định sức chịu tải dọc trục theo phương pháp phân tính lực. Theo phương pháp phân tích lực, khả năng chịu tải của cọc được xác định bởi 2 thành phần: + Cường độ đất đầu mũi cọc tạo nên: Pcm + Sức kháng của đất bao quanh cọc tạo nên: Pcb Như vậy sức chịu tải dọc trục cọc đơn nói chung là: Pđ = Pcm + Pcb Đối với cọc treo và hạ cọc bằng phương pháp đóng cọc, theo công thức (5-10), giáo trình Nền móng: Pc = Kmc(mR R F + u ∑ mf fi li) (10-2) Trong đó: + K: Hệ số đồng nhất của đất. Lấy K = 0,7 + mc: Hệ số điều kiện làm việc của cọc trong đất. mc = 1 + mR, mf: Hệ số điều kiện làm việc của đất tương ứng dưới mũi cọc và xung quanh cọc xét đến phương pháp hạ cọc và loại đất (bảng V-3 giáo trình nền móng với phương pháp đóng hạ cọc đặc bằng búa) mR = 1; mf = 1 + F: Diện tích tựa lên đất nền của cọc, lấy bằng diện tích mặt cắt ngang của cọc hoặc đáy lớn nhất của phần mở rộng của cọc (m2) + u: Chu vi tiết diện ngang của cọc (m) + li: Chiều dày lớp đất thứ i tiếp giáp với mặt xung quanh cọc (m) + R, fi: Sức kháng tính toán của đất ở mũi cọc và mặt bên của cọc trong phạm vi lớp đất thứ i có chiều dày li (tra bảng V-1 và V-2 giáo trình nền móng) R=(H, loại đất) với H là chiều sâu hạ cọc (kể từ cao trình đáy hố móng). f=(H1, loại đất) với H1 tính từ giữa lớp đất tính toán đến cao trình đáy hố móng. Do lớp 1 có độ sệt B = 1 không có bảng tra cho loại đất này nên khi tính toán ta bỏ qua không tính cho lớp đất này. + Sơ đồ tính: B = 0,3 B = 1,0 5. Trình bày cách tính toán chọn kích thước cọc và chọn số lượng cọc? + Công thức tính, ý nghĩa các thành phần, số lượng cọc tính toán Số lượng cọc cần thiết xử lý nền được tính theo công thức: Trong đó: + ntt: Số lượng cọc tính toán + β: Hệ số xét đến độ không đồng đều của ứng suất β = 1,05 ÷ 1,2. + Ntt : Tổng các tải trọng thẳng đứng tính toán tác dụng lên bản đáy (T) + Pc: Sức chịu tải của cọc đơn. + Nguyên tắc bố trí cọc để tạo thành móng quy ước Căn cứ vào kích thước bản đáy cống, bố trí cọc theo nguyên tắc sau: + nchọn ≥ ntt + Khoảng cách từ tâm cọc đến mép bản đáy ≥ 0,5m. + Khoảng cách giữa tâm của các cọc phải lớn hơn 3 lần và nhỏ hơn 6 lần cạnh cọc: 3d ≤ a ≤ 6d. + Bố trí đủ trong phạm vi bản đáy + Bố trí đều trên mặt bằng bản đáy. + Cách chọn chiều dài, số lượng cọc hợp lý với đáy móng công trình đang thiết kế, thể hiện bản vẽ bố trí cọc (MB, CD, CN) Khối lượng và chiều dài đóng cọc so với các phương án khác tương đối hợp lý về kinh phí. 6. Nêu sơ đồ và cách tính kiểm tra khả năng chịu tải dưới đáy móng quy ước? + Sơ đồ tính Lớp 2: =0,95 T/m3 φ = 100 C = 0,5 T/m2 Lớp 1: = 0,62 T/m3 φ = 40 C = 1,2 T/m2 + Công thức tính - Các chỉ tiêu bình quân của khối móng quy ước: Tổng chiều dày lớp đất: bao gồm lớp 1 và lớp 2 tính từ đáy đài cọc tới mũi cọc. + Chiều dày lớp 1: h1 = 20m + Chiều dày lớp 2: h2 = 3,5m + Tổng chiều dày h = h1+ h2 = 20+3,5 = 23,5m + Góc ma sát trong bình quân: + Dung trọng bình quân: lấy với dung trọng đẩy nổi Kích thước khối móng quy ước: + Chiều rộng khối móng quy ước: + Chiều dài khối móng quy ước: + Diện tích khối móng quy ước: Fqu = Bqu.Lqu = 10,76.20,36 = 219,07m2. + Các thành phần tải trọng: tải trọng cống, đất, cọc = + Pc + Pđ Trong đó: + : Trọng lượng tiêu chuẩn của cống (trường hợp mới thi công xong) = 1998,48/1,05= 1903,31 T +Pc:Trọng lượng cọc + Pđ: Trọng lượng đất trong móng Vđ = Vm – Vc = 10,76.20,36.23,5 – 39.23.5.0,1225 = 5035,96 m3 Vđ: Thể tích đất trong khối móng quy ước Vm: Thể tích khối móng quy ước Vc: Thể tích cọc trong móng Pđ = 5035,96.0,67 = 3374,09 T = 1903,31 + 297,52 + 3374,09 = 5574,92 T Moment tiêu chuẩn lấy đối với tâm đáy móng quy ước chính là moment lấy với tâm đáy cống : = 295,25/1,05 = 281,19 T.m Độ lệch tâm e: + Ứng suất dưới đáy móng quy ước Tính theo sơ đồ nén lệch tâm + Khả năng chịu tải đáy móng quy ước Đáy móng quy ước đảm bảo ổn định về ứng suất nếu: Trong đó: + : Ứng suất trung bình ở đáy móng quy ước (T/m2) + : Ứng suất lớn nhất ở đáy móng quy ước (T/m2) + : Cường độ tiêu chuẩn của đất nền ở đáy móng quy ước (T/m2) (T/m2) + m: Hệ số điều kiện làm việc của nền móng. Do nền không bão hòa nước chọn m = 0,8. + b: Bề rộng móng b = Lqu= 20,36 m + : Dung trọng riêng của đất nền T/m3 + q: Tải trọng bên, (T/m2) + : Lực dính đơn vị tiêu chuẩn của đất nền. Theo tài liệu địa chất, lớp 2 có C = 0,05 kg/cm2 = 0,5 T/m2 + A1/4, B, D: Là các hệ số phụ thuộc vào góc ma sát trong của đất nền. Nền có góc ma sát trong , tra bảng II-1 phần phụ lục – Giáo trình nền móng được: A1/4 = 0,18, B = 1,73, D = 4,17. + Kết luận Vậy nên nền dưới móng quy ước đủ khả năng chịu tải. 7. Vẽ sơ đồ và trình bày cách tính lún dưới đáy móng quy ước? + Tính ứng suất gây lún Ứng suất bản thân của đất tại đáy móng quy ước: σđ = hmγbq = 23,5×0,67 = 15,75 T/m2 Ứng suất gây lún Pl: Pl = σtb - σđ = 25,45 – 15,75 = 9,7 T/m2 > 0. Vậy phải tính lún cho nền. + Tính chiều sâu tầng lún Ha Độ sâu chịu lún của nền là độ sâu mà tại đó σz = 0.2σzđ. Như vậy để xác định chiều sâu chịu lún của nền vẽ 2 biểu đồ quan hệ σz ~ z và σzđ ~ z. a. Ứng suất bản thân σzđ tại điểm có độ sâu z σzđ = ∑γihi Trong đó: + γi : Dung trọng đẩy nổi lớp đất thứ i (T/m3) + hi : Chiều dày lớp đất thứ i (m) b. Ứng suất tăng thêm dưới đáy móng σz Ứng suất tăng thêm được xác định theo công thức sau: σz = k(σtb - σđ) Trong đó: + σtb : Ứng suất trung bình tại đáy móng quy ước (T/m2) + σđ : Ứng suất bản thân của đất tại đáy móng quy ước + k: Hệ số được tra theo bảng 3-2 trang 113 Giáo trình Cơ học đất với 2 hệ số n=z/b, m=l/b, với tâm nằm ở góc móng. Do điểm O đang xét nằm ở tâm móng nên chia móng thành 4 phần bằng nhau để xét ứng với điểm O nằm ở góc móng của mỗi phần. Nên k = 4k1 với k1 = f(m, n) với: + Tính chiều sâu lún S Theo công thức (5-6)/169, GT cơ học đất thì độ lún tổng cộng của cả nền là: (10-6) Trong đó: + Si: Độ lún ổn định của lớp đất thứ i, i =1,2,3,…n + ,: Hệ số rỗng trung bình của lớp đất thứ i trước và sau khi nén lún được xác định như sau: + hi: Độ dày của lớp đất thứ i. Dựa vào biểu đồ phân bố ứng suất bản thân σzđ và ứng suất tăng thêm σz để xác định giá trị trung bình σzđi và σzi (lấy giá trị ở giữa lớp làm giá trị trung bình). Giá trị và được xác định dựa vào hình 10-7 (Biểu đồ nén lún lớp 2) nhờ giá trị σzđi và σzđi + σzi. Điều kiện: S < Sgh với Sgh là độ lún giới hạn cho phép của công trình. + Kết luận: Căn cứ vào kết quả tính toán trên, cọc đã chọn đảm bảo khả năng chịu tải. IV. CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT – TÍNH KẾT CẤU BẢN ĐÁY 1. Nêu tổng quát các phương pháp tính kết cấu bản đáy và lí do chọn phương pháp dầm trên nền đàn hồi? + Các phương pháp tính Phương pháp dầm đảo ngược Mô hình phương pháp dầm đảo ngược Phương pháp này xem phản lực nền theo phương dòng chảy phân bố theo quy luật bậc nhất và theo phương vuông góc là đều. Phản lực nền theo phương dòng chảy được tính theo công thức nén lệch tâm. Phương pháp này được tiến hành tính toán như sau: + Xét cho toàn cống, xác định các lực, tính ra được phản lực nền. + Cắt băng 1m bởi 2 mặt cắt vuông góc với phương dòng chảy. Sơ đồ tính là một dầm liên tục mà gối tựa là các mố. + Coi phản lực nền là một tải trọng cùng với các tải trọng khác tính ra nội lực rồi từ đó tính toán cốt thép và kiểm tra nứt. Ưu điểm: tính toán đơn giản. Nhược điểm: chưa xét đến tính chất và biến dạng của nền và bản đáy, chưa xét đến tính liền khối của cống, sự không chính xác khi xem phản lực nền theo phương vuông góc với dòng chảy là đều. Ứng dụng của phương pháp này là dùng cho trường hợp nền tốt, cống nhỏ. Phương pháp dầm trên nền đàn hồi Mô hình phương pháp dầm trên nền đàn hồi Theo phương pháp này đầu tiên người ta tiến hành phân tích lực và xét cho toàn cống, dùng công thức nén lệch tâm để xác định ra phản lực nền. Sơ bộ xem phản lực nền theo phương vuông góc với dòng chảy là phân bố đều. Sau đó xét một dải bất kỳ của thân cống có chiều rộng 1 đơn vị, tiến hành phân tích lực không đẩy tác dụng lên dải đó. Tính ra tải trọng tác dụng lên nền. Dưới tác dụng tải trọng công trình và phản lực nền dầm bị uốn và trục võng của nó được xác định theo phương trình vi phân. Do điều kiện tiếp xúc giữa nền và bản đáy nên chuyển vị đứng của dầm bằng độ lún của mặt nền. Để xác định được phản lực nền và độ võng của dầm (độ lún của nền) cần phải lập thêm một phương trình thứ 2 mô tả quan hệ giữa độ lún của mặt nền với áp lực đáy móng. Vì có các quan niệm khác nhau trong việc chọn quan hệ trên nên hiện nay có nhiều phương pháp tính. Có thể chia phương pháp tính thành 2 nhóm: + Nhóm phương pháp tính xem nền biến dạng đàn hồi cục bộ + Nhóm phương pháp tính xem nền biến dạng đàn hồi toàn bộ. Ưu điểm: có xét đến tính chất của nền và độ cứng của dầm, có xét đến tính toàn khối của công trình và ảnh hưởng của tải trọng bên. Tuy nhiên chỉ xét theo phương ngang để đặt cốt thép. Thực tế thường sử dụng phương pháp này để tính toán do phương pháp này phản ánh thực tế ảnh hưởng của nền và điều kiện làm việc của công trình và quá trình tính toán cũng đơn giản do có thể sử dụng những bảng tra sẵn. Do vậy trong đồ án này tính toán kết cấu theo phương pháp này. Kết luận: Tính toán kết cấu bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi (Phương pháp M.I Gurbunop - Poxadop). 2. Nêu các trường hợp tính toán và lí do chọn các tổ hợp tính toán? + Các trường hợp tính toán Trong TK cần tính nhiều trường hợp như mới thi công xong từng phần công trình, vận hành… nhưng do thời gian có hạn nên trong phạm vi đồ án GV yêu cầu tính với trường hợp đang thi công và mới thi công xong + Trường hợp 1: Mới thi công xong bản đáy, chưa chứa vật liệu hoặc thiết bị thi công trên bề mặt. + Trường hợp 2: Mới thi công xong bản đáy, chứa vật liệu hoặc thiết bị thi công trên bề mặt dày 0,5m. + Trường hợp 3: Mới thi công xong bản đáy và trụ biên, chưa đắp đất mang cống, không chứa vật liệu hoặc thiết bị thi công. + Trường hợp 4: Mới thi công xong toàn bộ thân cống (bao gồm cả cầu công tác và cầu giao thông, lắp đặt cửa van, các thiết bị cơ khí), đã đắp đất mang cống, không chứa vật liệu hoặc thiết bị thi công. + Lý do chọn các tổ hợp Các tổ hợp lực xảy ra thực tế trong khi đang thi công cũng như vừa thi công xong để tính, vẽ đường bao moment phục vụ tính kết cấu, bố trí thép. 3. Vẽ sơ đồ ngoại lực tác dụng lên dải tính toán và cách tính toán lực cắt không cân bằng Q? + Sơ đồ tính: cách chọn dải tính toán, chia dải, tính ltt, độ cứng t Chia bản đáy cống thành 10 băng có bề rộng 1m, các băng cũng nằm cách nhau 1m. Xác định độ cứng của băng theo công thức: Trong đó: + E: Mođun đàn hồi của vật liệu làm bản đáy. Bản đáy là BTCT M300 có E = 2,65.106 T/m2. + E0: Mođun biến dạng của đất nền. Theo tài liệu địa chất, đất nền là lớp 2 có E0 = 26,34 T/m2. + l = 5,2m : Nửa chiều dài băng tính toán + = 0,9m: Chiều dày bản đáy Nếu: t < 1: Dầm cứng 0 < t 10: Dầm cứng có hạn t > 10: Dầm dài < 1 Kết luận: Vậy xem băng là dầm cứng, tính toán với t = 0. + Các lực tác dụng lên dải TH1: bản đáy, bêtông lót. TH2: bản đáy, bêtông lót, vật liệu. TH3: bản đáy, bêtông lót, trụ biên. TH4: bản đáy, bêtông lót, trụ biên, cầu giao thông, cầu công tác, cửa van. Ứng suất đáy móng được tính theo công thức chung: Ứng suất dưới đáy móng được tính theo công thức đối với móng hình chữ nhật : + Công thức tính lực cắt không cân bằng-ý nghĩa các thành phần thuộc công thức Lực cắt không cân bằng Q được xác định từ phương trình cân bằng tĩnh học (công thức 13-1): Trong đó: + : Tổng áp lực tập trung do trụ ở băng truyền cho bản đáy + : Tổng áp lực phân bố đều tác dụng lên băng tính toán, ta quy ước lực hướng xuống mang dấu (+) và lực hướng lên mang dấu (-). + 2l: chiều dài băng đang xét, 2l = 10,4m + Cách vẽ biểu đồ moment tĩnh Sx và tính hệ số phân phối η Biểu đồ moment tĩnh Sc được xác định theo công thức: Sc = Fc.yc (13-7) Trong đó: + Fc: Phần diện tích bị cắt. + yc: Khoảng cách từ trọng tâm phần diện tích bị cắt tới trục trung hòa. Sơ đồ tính toán vẽ biểu đồ moment tĩnh Phân phối Q cho trụ biên (Qtb) và bản đáy (Qđ) Sau khi vẽ biểu đồ Sc tính được diện tích tương ứng với các phần A1, A2 ở mỗi băng tính toán. Q được phân phối cho mố và bản đáy theo tỷ lệ diện tích của biểu đồ moment tĩnh Sc tương ứng với trụ biên và bản đáy: Qđ = Q – Qtb Trong đó: + A1, A2: Diện tích của biểu đồ moment tĩnh Sc tương ứng với trụ biên (A1) và bản đáy (A2). + Qtb : Lực cắt không cân bằng phân phối cho trụ biên + Qđ : Lực cắt không cân bằng phân phối cho bản đáy + Ftb : Diện tích trụ biên + P" : Lực cắt không cân bằng phân phối cho trụ biên + q4 : Lực phân bố đều lên bản đáy Đặt các hệ số phân phối lực cắt không cân bằng như sau: Hệ số phân phối của bản đáy: Hệ số phân phối của trụ: Hệ số phân phối của trụ biên: (vì Ftg=0) Trong đó: + Cách tính các thành phần ngoại lực (q, Pi, M) + Vẽ sơ đồ ngoại lực cuối cùng lên dải tính toán q1 = qbt Sơ đồ các lực tác dụng lên băng tính toán TH1 q3 qtt Sơ đồ các lực tác dụng lên băng tính toán TH1 Sơ đồ ngoại lực cuối cùng TH1 Sơ đồ ngoại lực cuối cùng trường hợp 1 Bảng 13-2: Lực phân bố tr Sơ đồ các lực tác dụng lên băng tính toán TH2 q = qbt+qvl q3 qtt Sơ đồ các lực tác dụng lên băng tính toán TH2 Sơ đồ ngoại lực cuối cùng TH2 Sơ đồ ngoại lực cuối cùng trường hợp 2 Sơ đồ các lực tác dụng lên băng tính toán TH3 Sơ đồ ngoại lực cuối cùng TH3 Sơ đồ các lực tác dụng lên băng tính toán TH4 Sơ đồ ngoại lực cuối cùng TH4 4. Vẽ biểu đồ nội lực của các dải tính toán-cách chọn giá trị nội lực để tính toán chọn thép? + Biểu đồ Q dùng để tính cốt thép ngang (cốt xiên, cốt đai) + Biểu đồ M dùng để tính cốt thép dọc (chịu lực) + Cách xác định đường bao noment, ý nghĩa của đường bao moment, cách chọn giá trị nội lực tính thép. Xác định dải có giá trị M lớn nhất để tính thép. 5. Nêu công thức tính chọn thép và tính nứt? Lấy với trường hợp phá hoại dẻo của giai đoạn III trạng thái ứng suất – biến dạng làm cơ sở tính toán, ứng suất trong cốt thép miền kéo Fa đạt cường độ tính toán Ra, bê tông miền kéo bị nứt xem như không làm việc. Ứng suất trong bê tông miền nén đạt cường độ tính toán Rn. Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật cốt đơn chịu uốn như sau: Sơ đồ ứng suất của tiết diện chữ nhật cốt đơn Công thức dùng trong tính toán: maRaFa = mbRnbh0α (15-1) knncM ≤ Mgh = mbRnbh02A (15-2) knncM ≤ Mgh = maRaFah0γ (15-3) Trong đó: + h0: Chiều cao hữu ích của tiết diện, h0 = h - a + α = x/h0 ; A = α(1-0.5α); γ = (1-0.5α); + α, A, γ có quan hệ với nhau (tra theo PL 10 Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép). Tính toán cốt thép dọc (cốt thép chịu lực) Bố trí thép cốt đơn trên tiết diện hình chữ nhật khi thõa mãn điều kiện sau: A ≤ A0 (15-4) Trong đó: + A0: Hệ số A lớn nhất, tính theo công thức: A0 = α0(1 - 0.5α0) + A được tính theo công thức (15-2): Nếu điều kiện (15-4) thỏa mãn tính diện tích thép chịu lực theo công thức (15-1): Kiểm tra hàm lượng cốt thép Theo kết quả thí nghiệm để Fa không quá nhiều thì hàm lượng cốt thép phải thỏa mãn điều kiện sau: μ ≤ μmax (15-5) Trong đó: + μ: Hàm lượng cốt thép; + μmax: Hàm lượng cốt thép tối đa; Để tránh hiện tượng kết cấu không bị phá hoại dòn do ít cốt thép thì cần đảm bảo: μmin ≤ μ (15-6) Với: μmin : Hàm lượng cốt thép tối thiểu, μmin = 0,15% (tra bảng 3-1 - Giáo trình kết cấu bê tông cốt thép). Tính toán cốt thép ngang (cốt xiên, cốt đai) Điều kiện để tính toán cốt đai, cốt xiên nếu thõa mãn điều kiện sau: (15-7) Trong đó: + Q: Lực cắt lớn nhất do tải trọng tính toán gây ra, Q = 30×103 kG + Rkc : Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông, Rkc = 15 kG/cm2 + Rk : Cường độ chịu kéo tính toán của bê tông, Rk = 10 kG/cm2 + mb3: Hệ số điều kiện làm việc của bê tông trong kết cấu bê tông cốt thép, mb3 = 1,15 + mb4 : Hệ số điều kiện làm việc của bê tông không cốt thép, mb4 = 0,90 Nếu σ1 ≤ 0,6mb4Rk thì không phải đặt cốt thép ngang vì bê tông đã đủ sức chịu kéo. Nếu σ1 > mb3Rkc thì vết nứt nghiêng quá rộng, cần mở rộng tiết diện hay tăng số hiệu bê tông để cho σ1 thỏa mãn (15-7) rồi mới tính cốt thép ngang. Tính toán được: Như vậy không phải đặt cốt thép ngang mà chỉ bố trí theo cấu tạo. Bố trí cốt thép dọc Với kết quả tính toán như trên bố trí thép dọc (chịu lực) như sau: Thớ trên Ftta = 16,44cm2, chọn Fa = 19,01cm2 (5 thanh Ø22 trên 1m dài) Thớ dưới Ftta = 35,99cm2, chọn Fa = 49,09cm2 (10 thanh Ø25 trên 1m dài) Cốt thép ngang bố trí theo cấu tạo, thép Ø14 cho thớ trên và Ø16 cho thớ dưới. KIỂM TRA NỨT Khe nứt có thể phát sinh trong kết cấu bê tông cốt thép do tác dụng của tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ, co ngót của bê tông và những nguyên nhân khác. Khi ứng suất kéo trong bê tông vượt quá trị số cường độ giới hạn, bê tông bị nứt. Nếu khe nứt mở rộng thì nước và khí ẩm xâm nhập, làm cho cốt thép bị ăn mòn, ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường và tuổi thọ của công trình. Không phải mọi khe nứt đều nguy hiểm. Ngay cả khi có tải trọng tác dụng vẫn có thể cho phép hoặc không cho phép nứt. Đối với bê tông cốt thép thường, cho dù đã tính toán không cho nứt nhưng vẫn có thể xuất hiện khe nứt do nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Với công trình cống Kênh Thứ Bảy cho phép xuất hiện khe nứt nhưng bề rộng khe nứt không được vượt quá trị số cho phép, trị số này được quy phạm quy định xuất phát từ điều kiện ngăn ngừa sự xâm thực nguy hiểm của môi trường và hạn chế sự thấm nước. a) Kiểm tra nứt Đối với cấu kiện chịu uốn, điều kiện để cấu kiện không bị nứt như sau: ncMc ≤ Mn = γ1RkcWqđ Trong đó: nc _Hệ số tổ hợp tải trọng, nc=1 Mc _Momen uốn do tác dụng của tải trọng tiêu chuẩn kG.cm Mn _Momen uốn tiết diện có thể chịu được ngay trước khi xuất hiện khe nứt γ1 _Hệ số xét đến biến dạng dẻo của bê tông miền kéo, γ1 = γmh Với chiều cao mặt cắt h ≥ 100cm thì mh = 0.9 + 10/h, tiết diện hình chữ nhật nên γ = 1.75 γ1 = (0.9 + 10/100)×1.75 = 1.75 Rkc _Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bê tông, Rkc = 13 kG/cm2 Wqđ _Momen chống uốn của tiết diện quy đổi lấy đối với mép biên chịu kéo của tiết diện Jqđ _Momen quán tính chính trung tâm của tiết diện quy đổi xn _Chiều cao của miền bê tông chịu nén (khoảng cách từ mép biên chịu nén đến trọng tâm của tiết diện quy đổi) Sqđ _Momen tĩnh của tiết diện quy đổi lấy với mép biên chịu nén đến trọng tâm của tiết diện quy đổi Với tiết diện chữ nhật có: n _Hệ số quy đổi, n = Ea/Eb = 2100/265 = 7.92 Vậy: Thay tất cả vào công thức kiểm tra được: Kết luận: cấu kiện bị nứt, phải tiến hành tính toán bề rộng khe nứt. b) Tính bề rộng nứt Theo công thức thực nghiệm (TCVN 4116 -85) bề rộng khe nứt tính theo công thức: (15-8) Trong đó: + an: Bề rộng khe nứt (mm) + k: Hệ số lấy bằng 1 đối với cấu kiện chịu uốn. + c: Hệ số xét đến tác dụng của tải trọng, lấy bằng 1,3 đối với tải trọng dài hạn. + η: Hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, η=1 đối với cốt thép có gờ. + σa: Ứng suất kéo trong cốt thép dọc tại tiết diện có khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn. Với cấu kiện chịu uốn: (15-9) + Mc: Moment uốn tại tiết diện có khe nứt do tải trọng tiêu chuẩn gây ra. (15-10) + Fa: Diện tích cốt thép dọc chịu kéo. + Z1: Khoảng cách từ trọng tâm cốt thép dọc chịu kéo đến điểm đặt hợp lực miền nén tại tiết diện có khe nứt. Đối với tiết diện chữ nhật: Z1 = η.h0 với η tra bảng (5-1) giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép phụ thuộc vào . + : Ứng suất ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, đối với kết cấu nằm trong nước = 200 kG/cm2. + Ea: Mô đun đàn hồi của thép, Ea = 2,1.106 kG/cm2. +: Hàm lượng cốt thép + d: Đường kính cốt thép, d = 25mm. + [an]: Bề rộng khe nứt giới hạn. Tra phụ lục 17, giáo trình Kết cấu bê tông cốt thép có [an] = 1,3.0,15 = 0,195mm. Bảng 15-2: Kiểm tra nứt M (T.m) Mc (T.m) Fa (cm2) Z1 (cm) σa (kG/cm2) µ (%) an (mm) [an] (mm) 73,32 69,83 49,09 71,59 1986,99 0,578 0,132 0,195 Kết luận: So sánh ta có an < [an]. Vậy kết cấu bê tông cốt thép bản đáy công trình đảm bảo an toàn về nứt.