Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép thuỷ công - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl Bộ MÔN KẾT CAU CÔNG TRÌNH TS VŨ THỊ THU THỦY (Chủ biên) TS KHÚC HỔNG VÃN ĐỒ ÁN MÔN HỌC BE TON G CÓT THÉP THỦY CÔNG NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl Bộ MÔN KẾT CẤU[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl

Bộ MÔN KẾT CAU CÔNG TRÌNH

TS VŨ THỊ THU THỦY (Chủ biên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl

Bộ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

TS VŨ THỊ THU THỦY (Chủ biên)

LỜI NÓI ĐÀU

ĐỒ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép thủy công là một trong những học phần bắt buộc trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy Đồ án môn học giúp sinh viên vận dụng các kiến thức cơ bản của môn học Ket cấu bê tông cốt thép đế thực hành thiết kế một hạng mục công trình quan trọng trong công trình thủy lợi, thủy điện, xây dựng dân dụng hay giao thông.

Cuôn sách hướng dân bao gôm 3 chuyên đê chính: Tính toán thỉêt kê công ngâm, câu máng và tường chăn đât Môi một loại kêt câu có nhiêu dạng khác nhau, tuy nhiên tài liệu chỉ lựa chọn một loại nhât định, tương đôi phô biên, phù hợp vê mặt khôi lượng

và thời gian đê sinh viên có thê tham khảo làm đô án môn học.

Cuốn sách này được dùng làm tài liệu học tập chính thức cho sinh viên khỉ làm Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép thủy công và có thế dùng làm tài liệu tham khảo cho các kỹ sư thiết kế, kết cẩu bê tông cốt thép công trình thủy lợi, giao thông, xây dựng.

Cuôn sách do TS Vũ Thị Thu Thủy và TS Khúc Hông Vân biên soạn trên cơ sở kê thừa các tài liệu đã sử dụng trong quá trình giảng dạy môn học của Bộ môn Kêt câu công trình TS Vũ Thị Thu Thủy phụ trách phân giới thiệu chung, tính toán công ngâm

và mô hình hóa tường chăn đât theo mô hình không gian TS Khúc Hông Vân phụ trách phần tính toán cầu máng và phần thiết kế tường chắn đất.

Các tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên của Bộ môn Ket cấu công trình, cùng các chuyên gia trong và ngoài Trường đã đóng góp những ỷ kiến quỷ báu trong quá trình biên soạn tài liệu này.

Mặc dù đã cô găng nhưng trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiêu sót, các tác giả mong nhận được những ỷ kiên đóng góp của các đông nghiệp, sinh viên

và bạn đọc đê lân tái bản sau sách được hoàn thiện hơn.

Bộ môn Kết cấu công trình chăn thành cảm ơn các bộ phận chức năng của Trường Đại học Thủy lợi đã hô trợ và tạo điều kiện thuận lợi đế tài liệu này được xuất bản kịp thời, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập của sinh viên.

Các tác giả

3

4

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 3

MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG 7

1 CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN 7

2 KIẾN THỨC Cơ BẢN 9

CHUYÊN ĐÈ 1 CỐNG NGẦM 22

1.1 GIÓI THIỆU 22

1.1.1 Chức năng nhiệm vụ 22

1.1.2 Các bộ phận kết cấu 22

1.2 VÍ DỤ ÁP DỤNG 24

1.2.1 Số liệu thiết kế 24

1.2.2 Tính toán thiết kế 26

1.2.2.1 Sơ đồ tính 26

1.2.2.2 Tải trọng tác dụng 27

1.2.2.3 Tính toán nội lực 28

1.2.2.4 Tính toán cốt thép 37

1.2.2.5 Kiểm tra nứt 41

1.1.2.6 Bố trí cốt thép 44

CHUYÊN ĐÈ 2 CÀU MÁNG 46

2.1 GIÓI THIỆU 46

2.1.1 Chức năng nhiệm vụ 46

2.1.2 Các bộ phận kết cấu 46

2.2 VÍ DỤ ÁP DỤNG 48

2.2.1 Số liệu thiết kế 48

2.2.2 Tính toán thiết kế 50

2.2.2.1 Vách máng 50

2.2.2.2 Bán đáy 55

2.2.2.3 Dầm đỡ dọc 60

2.2.2.4 Bố trí cốt thép 69

5

CHUYÊN ĐÈ 3 TƯỜNG CHẮN ĐẤT 71

3.1 GIÓI THIỆU 71

3.1.1 Chức năng nhiệm vụ 71

3.1.2 Các bộ phận của kết cấu 72

3.2 VÍ DỤ ÁP DỤNG 74

3.2.1 Số liệu thiết kế 74

3.2.2 Tính toán thiết kế 77

3.2.2.1 Bản mặt 77

3.2.2.2 Bản đáy 82

3.2.2.3 Tường sườn 90

3.2.2.4 Bố trí cốt thép 96

PHỤ LỤC 1 TÍNH TOÁN NỘI Lực BẢNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỦƯ HẠN 99

PL1.1 CỐNG NGẦM 99

PL1.2 CẦU MÁNG 118

PL 1.3 TƯỜNG CHẮN ĐÁT 128

PHỤ LỤC 2 CÁC BẢNG TRA 146

PL2.1 CỐNG NGẦM 146

PL2.2 CẦU MÁNG 153

PL2.3 TƯỜNG CHẮN ĐÁT 171

PHỤ LỤC 3 SỐ LIỆU ĐỒ ÁN 173

TÀI LIỆU THAM KHẢO 179

6

Mở đàu GIỚI THIỆU CHUNG

Cuốn sách hướng dần gồm 3 chuyên đề chính: Tính toán thiết kế kết cấu cống ngầm, cầu máng và tường chắn đất Sinh viên sẽ làm một trong 3 chuyên đề để làm

đồ án do giảng viên phân công.

Phần giới thiệu chung trình bày trình tự các bước tính toán thiết kế cho một kết cấu và các kiến thức cơ bản trong môn Kết cấu bê tông cốt thép áp dụng để tính cho các chuyên đề Phần chuyên đề trình bày cụ thể cách tính toán thiết kế cho từng loại kết cấu với bộ số liệu đã cho, trong đó phần tính toán nội lực dùng phương pháp giải tích Đe khuyến khích sinh viên áp dụng công cụ tính toán nội lực nhanh và hiện đại, phần phụ lục của tài liệu hướng dẫn tính toán nội lực cho các kết cấu trên bằng phương pháp phần tử hữu hạn dùng phần mềm SAP2000 Sinh viên có thể lựa chọn phương pháp tính nội lực khi làm đồ án Phần phụ lục còn có các bảng tra hỗ trợ tính toán và Bảng số liệu tính toán cho từng chuyên đề.

1 CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN

Khi thiết kế một kết cấu, trình tự tính toán cần theo các bước sau:

Bước 1: Mô tả và giói thiệu về kết cấu

Giới thiệu về vị trí, chức năng, nhiệm vụ của kết cấu, lựa chọn phương án kết cấu (nếu có), thể hiện mặt bằng/mặt cắt dọc, hình dáng và các kích thước cơ bản của kết cấu (bề rộng, chiều dài, số khoang, số nhịp, chiều cao ).

Việc lựa chọn các kích thước cơ bản của kết cấu thường dựa vào các chỉ tiêu thiết kế, tính toán kiểm tra các điều kiện thủy lực, thủy công, địa hình hoặc ổn định , và phải thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo theo tiêu chuẩn Việt Nam Tuy nhiên

đồ án này tập trung vào phần thiết kế bê tông cốt thép nên các kích thước cơ bản sẽ được cho trước.

Bước 2: Chọn kích thước sơ bộ các bộ phận

Ngoài các kích thước cơ bản ở bước 1 của cả kết cấu, mỗi bộ phận cần chọn thêm các kích thước chi tiết như bề rộng dầm, chiều dày bản Các kích thước cần lựa chọn sao cho thuận lợi khi thi công, tránh ứng suất tập trung, hoặc theo kinh nghiệm

7

của người thiết kế Trong quá trình tính toán ở bước 6, 7 hoặc 8 nếu tiết diện đã chọn ở bước 2 không thỏa mãn yêu cầu chịu lực hoặc sử dụng bình thường, có thế phải chọn lại kích thước tiết diện cho phù hợp.

Bước 3: Xác định sơ đồ tính toán kết cấu

Từ mô hình thực tế và phân tích sự làm việc của kết cấu hoặc từng bộ phận của chúng (về khả năng ngăn cản các loại chuyến vị thắng/xoay của liên kết), kết cấu có thể được đưa về các sơ đồ tính toán đơn giản hơn, đã được học như dầm công xôn, dầm đơn, dầm liên tục, khung, bản đơn, bản liên tục

Bước 4: Xác định tải trọng, tổ hợp tải trọng

Liệt kê và xác định giá trị tiêu chuẩn, giá trị tính toán của các loại tải trọng, phương, chiều tác dụng lên kết cấu Xem xét sự tác dụng đồng thời giữa chúng gây bất lợi cho công trình Xác định các tổ họp tải trọng dùng trong tính toán Để tránh lặp lại các phần tính toán tải trọng đã được giới thiệu trong các đồ án thủy công, cơ đất, nền móng, cuốn sách này sẽ cho trước sơ đồ tải trọng trong các ví dụ.

Bước 5: Xác định nội lực, biểu đồ bao nội lực • • • ' • •

Từ sơ đồ tính và các tải trọng được xác định ở các bước trên, nội lực (mô men M, lực dọc N, lực cắt Q) tiêu chuẩn và nội lực tính toán được xác định Sinh viên có thể dùng phương pháp giải tích đã học trong các môn Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu

để xác định nội lực (hoặc dùng các bảng tra), hoặc phương pháp phần tử hữu hạn dùng phần mềm SAP2000 để tính.

Bước 6: Tính toán, chọn và bố trí cốt thép

Từ các kết quả nội lực của kết cấu, xác định các mặt cắt nguy hiểm có mô men căng trên, căng dưới, căng trong hoặc căng ngoài lớn nhất, hoặc lực cắt lớn nhất đe tính Việc tính toán và bố trí cốt thép cần phải đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu chịu lực và yêu cầu sử dụng bình thường.

- Cốt dọc: dùng các giá trị mô men tính toán (với cấu kiện chịu uốn) hoặc kết họp giữa mô men và lực dọc tính toán (với cấu kiện chịu nén lệch tâm) đế xác định diện tích cốt dọc chịu kéo (Fa), cốt dọc chịu nén (Fa').

- Cốt ngang: dùng các giá trị lực cắt tính toán lớn nhất đe tính cốt ngang (cốt xiên

Fx, cốt đai Fđ).

và bố trí cốt thép dựa trên nguyên tắc tiết kiệm (sát nhất với diện tích thép tính toán), thỏa mãn các điều kiện cấu tạo như đường kính thanh thép nhỏ nhất với từng loại cấu kiện, khoảng cách giữa các thanh thép và thuận lợi khi thi công.

8

- Vẽ sơ họa cách bố trí thép cho kết cấu trong thuyết minh.

Bước 7: Kiếm tra nứt, tính bề rộng khe nứt

Trên cơ sở cách bố trí thép thực tế ở trên, tính toán kiếm tra nứt với các giá trị nội lực tiêu chuẩn cho các mặt cắt nguy hiểm Trong trường họp tiết diện bị nứt cần tính

bề rộng khe nứt và kiếm tra so sánh với bề rộng khe nứt cho phép theo tiêu chuẩn Neu tiết diện không thỏa mãn cần chọn và bố trí lại thép cho phù họp (ở bước 6).

Bước 8: Tính và kiểm tra độ võng

Cấu kiện cần tính toán và kiêm tra thêm điều kiện về độ võng với giá trị mô men tiêu chuẩn, nếu thỏa mãn thì việc lựa chọn và bố trí thép trên được chấp nhận.

Các ký hiệu:

h chiều cao của tiết diện

b chiều rộng của tiết diện

miền kéo, nén

X chiều cao vùng nén

9

x„ chiêu cao vùng nén cùa liet diện quy đỏi

F\, FJ diện tích cốt thép ở miền kéo và miền nén

Fmin diện tích cốt thcp tối thiều FmlB = Hmirbh„

F4U„ diện tích cốt thép tối thiếu đặt theo điều kiện cấu lạo

Fqd diện lích quy dồi

Jqd mô men quán tính cùa tiêl diện quy đôi

Wạj mô đun chông uôn cua liet diện quy dôi

Co độ lệch tâm cua lực nén

c c’ khoáng cách từ diêm đặt lục nén đen côt thép Fa và F('

lo chiều dãi tinh toán cùa cắu kiện chịu nén, phụ thuộc hên kết 2 đầuI) hệ số kế đến ánh hưởng cùa uốn dọc

k„ hộ sô tin cậy phụ thuộc câp công trinh, tra phụ lục 3 [ 14]

nv hệ so tỏ hợp tái trọng, tra theo phụ lục 4 [14]

m, hệ số điều kiện làm việc cua cốt thép, tra phụ lục s [ 14]

nib hộ sô điêu kiện làm việc cua bê lông, tra phụ lục 5 [ 14]

R„ cường dộ chịu nén tính loán cua bê lông, tra phụ lục 2 [14]

R't Ri cường độ chịu kéo tiêu chuẩn và tính toán của bê tông, tra phụ lục 2(14] R„, R’ cường độ chịu kẻo nén cua cốt thép dọc tra phụ lục 7(14]

Ed mô đun đàn hôi cua còt thép, tra phụ lục 9 [14]

Eb mỏ đun đàn hổi ban đầu cùa bè tỏng, tra phụ lục 6 [ 14],

n hệ số quy đồi n • Ew/Eb

(X,, hệ số giói hạn chiều cao vũng nén, tra theo mác bé tòng và nhóm cốt thép, phụ lục II [14],

UIIUI, hãm lượng cốt thép toi thiêu, tra bang 3.1 [14] với cấu kiện chịu uốn bang 4.1 [14] vói câu kiện chịu nén

- Kiểm tra F ì Fmin = Pn,mbh0;

- Chọn và bỏ tri cót thép có xét den cỏt thép câu tạo:

+ Với dầm: bỏ tri ít nhất 2 thanh ộ 10 - Ộ12 dê tạo thành khung cót thép;+ Với bán: đường kinh thưởng dùng 4>6 - ộ 12, khoáng cách giừa các thanh > 7 em

và < 25 em khi chiều dày h < 20 em; < 30 em khi h = (20 - 150) em

• Cấu kiện chịu uốn tiềt diện chừ nhật cốt kép (0,5 èA > A ni

- Tính A theo (I)

- Kiêm tra điêu kiện 0,5 > A > Aộ—> CÔI kép Neu A > 0.5 cân tâng kích thước b

11 hoặc R., đế A < 0.5 rồi mời tinh cốt kép

- Tính F' với A = Ao:

k„nyM-m.,R„bh,^A,) m,R’,(h(1-a')

- Kiêm tra > F,,., và diêu kiện còi thép câu tợo nèu thỏa mãn:

+ Tinh Fa với a (Xo:

p mbRubhoao+ mtR'Fa

n\R,+ Kiểm tra F 5 Fmln, chọn và bổ trí cốt thép cỏ xét đến cốt thép cấu tạo

- Khi F'< Fmi„ chọn F' = max(Fm„, Fttao) —► tinh lại A với FJ vừa chọn:

+ Neu a < 2a'/h<itinh Fa theo công thức:

: - kẠM

+ Kiêm tra F, > Fmin, chọn và bô tri côt thép có xct đen côt thép càu tụo

Sơ đồ tinh toán cốt (hep dọc cấu kiện chịu uốn, tiết diện chừ nhật được the hiện trên Hình I

Hình 1 Sơ đồ tinh loan CÒI thép dục t âu kiện chịu uốn lici diện chừ nhật

12

• cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ T cánh nén - cốt đơn (A <AtJ

- Kiêm tra vị trí trục trung hòa:

F ■nbRnbh„a*m, RJ(b;_b)h:

m.,R„

Kiêm tra F, > Fain, chọn và bố trí cốt thép cỏ xét đến cốt thép cấu tạo

• Cấu kiện chịu uốn tìét diện chừ T cánh nén - cắt kép (A > Au)

- Giá thiết là cốt đon tinh Me theo (9)

- Khi koncM > Me -> trục trung hỏa qua sườn (x > h') tinh toán A (heo (10)

- Kiêm tra A > Ao -> tính T cốt kép

- Tính I-; với A ■ Ao:

pr k„n,,M - mfcRBbhỔAọ - mbR„X - b)hý(họ - hẻ / 2)

m,R;(h0-a') ( '

- Kiềm tra I; 2 FỆ1.,, và điều kiện cốt thép cấu lạo nếu thỏa mãn:

4- 'rinh Fu với a ■ (Xo:

F s ni,,R„bh„a-mbR„(b; -bX+n^RX’

(14)

(15)m.R(

- Kiếm ira F, > Frain, chọn và bố tri cốt thép có xét đến cốt thép cấu tạo.

• Cấu kiện chịu uẻn, tìét diện chừ T cành kéo

Do bê tông vùng kéo bị nứt nên không làm việc, chữ T năm trong vùng kéo dược tinh như chừ nhật có kích thước b X h

Sơ đo tinh toán cốt thép dọc câu kiện chịu uỏn tiẻt diện chừ T được thê hiện trên Hĩnh 2

Hình 2 Sơ đổ tinh toán côt thép dọc càu kiện chiu uôn tiêt diện chữ T

• cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn tiết diện chữ nhật, cốt thép không dổi xúng (tỊe.ẻO.ih^e^M/N)

- Xét uốn dọc:

14

+ Nếu F' < Fm(B lầy p; - rnax(Fmln, Fvlao);

CÔI thép câu tạo cua càu kiện chịu nen: dường kinh nhò nhât ộ 12 khi b >

_ _ k n Ne'

- Kiếm ira F, > Finịn chọn và bố tri cốt thép có xét đến cốt thép cấu tạo.

• cấu kiện chịu nén lệch tâm bé tiết diện chữ nhật, cot thép không dổi xứng (ỉỊCợ < o.ìhid

- Xét uốn dọc: /,/h s 10 > I] 1; /|/h > 10 tinh t) theo cóng thức (16)

- Xác đinh trường hụp tinh, nc,)< 0.3h,>-> nén lệch tâm bê

- Tính X theo công thức gàn đúng:

x = h-(l,8 + — -l,4a„)i]c, khi t]eA5 0,2h„

x = 1.8(0.311* -qe*) + aoho khi ncu>0.2h(,

- Kiêm tra X và chia 2 trường hợp (x < I1<|) hay (X > h„):

với ơ„ theo công thức:

- Kicm tra Fa > Fmin, chọn và bô tri cỏt thép có xét đen côt thép càu tạo

• Cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật, cut thép đổi xúng (fr'a = F')

- Xét uốn dọc: /|/h s 10 -> I] = 1; /n/h > 10 tinh «J theo cõng thức (16)

- Gia thièt là nén lệch tâm lớn

- Tính X theo công thức:

+ Neu 2a' < X < ajiy thì đúng là nén lệch tâm lởn, F\ và Fa' dược tính theo còng thức sau:

16

Vời e’ theo cỏng thức (17) nhưng ngược dấu lấy giá trị dương.

+ Neu X > a1Ệh„ cấu kiện lã nén lệch tâm bé, tinh lại X theo công thức (23) vã thay vào còng thức (28) đê xác định F,' F\

- Kiếm tra hãm lượng cốt thép, chọn và bố tri cốt thép thỏa màn yêu cầu cấu tạo

Sơ dô tính toán côt thép dọc câu kiện nên liet diện chữ nhật được thê hiện trên Hĩnh 3

Hình 3 Sơ đồ tinh toàn cut thép dọc cấu kiện nén lệch tám tiết diện chừ nhụt

h) Tính toán cốt ngang

• Kiềm trư điêu kiện cỡn tính cót ngang nêu thỏa mãn công thức:

k)mMRibhu < krA-Q ắ O.ZSmbjRobliu (30)trong đó:

kp hệ số giam cường độ k| = 0.8 (ban); k| = 0.6 (dầm);

k„n Q < k|mMRkbhu -» không cần tính cốt ngang;

k,.n.ọ > O^SmbiRnbK, -* phải làng kích thước tiết diện;

tìib.i, mw: hộ sô đicu kiộn làm việc của bè tông, tra phụ lục 5 [I4|

• Dối với dầm tinh toàn cốt dai trước: Chọn đường kinh cốt dai d (thường chọn

ộ 6 <ị»8> tra diện tích fj chọn sô nhánh nd (thường là đai 2 nhánh): Fd= njfj

Tinh khoang cách giữa các vòng dai (bước dai):

và 11,1 phụ thuộc chicu cao h cua tiêt diện (xem 114])

Khoáng cách thiết kế giừa các vỏng đai iiikS (ự,u„ U- u,.|) và lấy chần de dễ thi công

• Kiêm trư diêu kiện tinh toán CÒI xiên:

- Với Uđ dã chọn ờ trên, tinh khá nãng chóng cãt cùa còt đai qd:

(33) ulk

- Khá năng chống cát của bê tông và cốt đai Qdh:

- Kiêm tra k,.n,Q < Qji,-> không cân tinh toán cỏt xiên

- Nếu k„n,.Q > Qj|, cần tinh cốt xiên:

+ De don giàn trong tinh toán và an toàn khi sừ dụng, tính cho 1 lớp cốt xiên có diện tích F, với góc nghiêng cùa côt xiên so vói trục thanh a (thường a = 45°):

18

J., = - '’"'y + nF.lho - X.)' * nl;(x - a')2 (43)

+ Đôi với biin không có còt đai chi có còt xicn lúc đó:

với:

c= I.y.bh;

k1AQc) Tinh toán k iểm (ra núi

• Tìêt diện khi

nrM‘ <; M,

n.N'-SN.O

r 1 = mhỴ hộ

ìng bị nữ! khi thóa mãn diêu kiện:

- y(R‘ (với cấu kiện chịu uốn)

ới cấu kiện chiu nên lệch tâm)

sô xct den biến dạng deo cua bê tông vùng kéo mh và Ỵ tra phụ lục

k: hệ số phụ thuộc loại cấu kiện, k = 1 vởi cấu kiện chịu uốn;

c: hộ số xét đến tính chắt tác dụng cùa lãi trụng, lấy bằng I vói tãi trụng ngắn hạn; 1,3 với tài trụng dải hạn;

q: hệ số xẽt đến tinh chất bề mặt cốt thép, lẩy bâng 1 vái thanh có gỡ; 1,3 với thanh tròn trơn;

p: hàm lượng thép n Fa/bh»;

d: đường kinh cốt thcp (mm);

ơu: ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tông, đối với

bẽ tòng năm trong nưởc ơo 200 daN.'cni*, kết cấu phơi khô lâu Ơ(| 0;a,: ừng suất trong cốt thép;

Z| khoang cách từ F, đén điểm đặt cũa hợp lực miền nên tại khe nứt

Với tiết diện chừ nhật, chừ T: Z| = n'ho, n' phụ thuộc vảo p tra bâng 5.1 [141

• Kiêm Ira a„ ỉ <i‘‘

a„: bê rộng khe nứt giói hạn

20

c) Tính toán kiêm tra võng

• ỉ'ới dâm liên tục dộ võng tuyệt đôi sẽ được tính theo củng thức hãng cách nhân biêu đò:

trong đó:

Qp: diện tích cùa biểu đò mò men uốn tiêu chuẩn M‘p;

ỹ°: tung độ biếu đồ đơn vị trẽn hệ cơ bán ứng với vị trí trọng tâm cùa bicu dô M;;

Tien hành nhân biêu đó tính toán dược dộ vông tại mặt cãt xí! = 0.4 nhịp biên dâm đờ giữa;

Bjhi độ cứng cua dâm do tai trọng dài hạn dược tính từ độ cứng do Bnjjh phụ thuộc tiết diộn dã bị nứt hay chưa:

154)

ốq +ptrong đó:

8: hệ số giám độ cứng phụ thuộc loại tiết diện;

q: tãi trọng tiêu chuẩn tác dụng dài hạn và p' lả tãi trọng tiêu chuẩn tác dụng ngấn hạn:

Với tiết diện chưa bị nứt: BnEh= 0,8E|,Jqj (55)Với tiết diện đă bị nứt: B^, = E*F"Z^h|1 x* (56)

Z|: cánh tay dòn nội ngầu lực tính theo công thức kinh nghiệm;

X : chicu cao vũng nén trung bình;

V,: hộ sò xct đen sự làm việc cua bê tỏng giữa các khe nứt, tra phụ lục 16 [ 14]

• Kiêm tra độ võng tinmg dôi :

trong đó:

l: chiều dâi nhịp dầm;

[f'7]: dộ võng tương dõi cho phcp

Hình /-/ Cát dọc công ngâm dưới dập dãt

1.1.2 Các bộ phận kêt câu

Nói chung cóng ngâm gồm các bộ phận kct câu chinh: bộ phận lây nước vào bộ phận thoát nước (cứa ra), bộ phận dần nước (thân cồng) Tủy theo đặc điếm cùa từng cổng mà chọn kết cấu cùa các bộ phận này có khác nhau để dam báo yêu cầu

về kĩ thuật

a) Bộ phận lẩy nước vào

Bộ phận cừa vào thường gồm lưới chần rác cứa van dùng khi sữa chừa, cùng có noi đật thiết bị cứa van chính đe điều tiết lưu lượng nước Cùa van chinh cố thề đật 22

ngay đâu cửa vào hoặc đặt lùi vào phía bên trong, hoặc đặt tại cửa ra cùa công tùy theo cột nước trước công và lưu lượng thièt kê Với các còng ngâm dưới đập bộ phận này là tháp van nêu đột lùi vào trong thân độp thì đicu kiện làm việc cùa tháp tôt hon như lún il chênh lệch so với bò phận thân công, tháp tránh được sóng gió giâm chiêu dài câu cõng tác (Hình l-l) Thông thường, vị trí tháp van thường chọn ớ khoáng giừa cứa vào và dinh đẽ hoặc dinh đập.

Trong tháp thường bố trí van công tác diều tiết nước, van sữa chừa sự cố lỗ thông hoi Phía trên tháp van có nhà đóng mờ và thao tác van có cầu còng tác nối tháp vói đinh đập và bờ Mặt cắt ngang cùa tháp (hường làm dạng chừ nhật và mờ rộng ớ phần đáy tháp đề truyền tài xuống nen được đều đặn Chiều dày tháp van được xác định theo điều kiện chịu lục, điểu kiện chổng thắm vả yêu cầu cầu lạo Tháp chịu áp lực đắt xung quanh vã tái trọng thảng đúng lởn khi mõ cứa, nên chiều dây tháp khá kin vã thay đỗi (giật cấp) theo sự thay đối cùa áp lực ngoải, phía trên móng, đoạn dưới khá dày khoảng từ 0,7 - 1 m Do điều kiện lãm việc, bán đây cùng chọn khả dãy 0,7 - I m hoặc lởn hơn

Để đàm báo dõng chay được thuận, phân bố lưu tốc đều đặn, phần cữa vào thưởng bố trí tường hướng dòng theo hĩnh thức mơ rộng dần Góc chụm cua 2 tường

ờ cưa vào lây khoang 18° - 23° hoặc lớn hơn

b) Bộ phận thoái nước rư (cửa rư)

Cưa ra can dam bao dòng chay đi ra được thuận và yêu cằu tiêu hao hết nâng lượng thừa, thường gâp các hình thức tiêu nâng như bẽ tường, hay bê tường kết hợp Góc chụm 2 tưởng hướng dỏng không vượt quã 8° - 12°, đê tránh hiện tượng tách dòng

c) Bộ phận dun nước (thân cống)

Mặt căt ngang thân công thưởng có dạng hĩnh hộp (một khoang, hai khoang) hoặc tròn Cõng hộp dùng thích hợp khi cột nước áp lực nhó hoặc không áp còn cõng có áp hay dùng tiết diện tròn Loại mặt căt hình hộp ơ các góc cạnh thưởng vát xiên de tránh lực tập trung, đáy thường có lớp lót bề tòng mác thấp dộ dày khoáng 10 em de bào vệ mặt nen trong quá trình thi công Công hộp cỏ kích thước theo phương dứng lớn hơn phương ngang thì tốt về diều kiện chịu lực Công tròn dặt trên bệ dờ góc ỏm của bệ dỡ tùy múc độ quan trọng mà chọn lớn hơn từ 90° 150°, 180°

Đòi với công dài, bộ phận dẫn nước chia làm nhiêu đoạn dê tránh hiện tượng lún không đêu (moi doạn khoang 10-20 m tùy dicu kiện dàt nên) Tại các khe lún này

4 — r

-i-Hình 1-2 Kich lliưởc mặi cát cồNg

càn bô tri thiêt bị chông rò nước (khớp nôi), tùy công tròn hay công hộp mã khớp nôi có các dạng khác nhau Ricng đôi với ông đúc săn chicu dài I - 2 m đè tiện cho việc chuycn chở xây lãp

Cuòn sách này tập trung vào phân tính toán thân

cống và cống cỏ dạng hình hộp một khoang, thưởng

gặp trong thực te

Khấu diện cống bao gồm: chiều cao cống hv, bề rộng

cống b4 chiều dày cống t (I lình I -2)

Chiều cao cống K đưực xác định vả kiểm tra theo

điều kiện thủy lire đâm bão khi xuắt hiện nước nháy

không chạm trần cống (thường lấy độ lưu không

khoáng từ 0,5 - 1 m) Ngoài ra, h côn phái thỏa mân

điều kiện cấu tạo (thường khổng chế hf > 1.6 m để

tiện kiêm tra vã sữa chừa) và phù họp với kích thước

chuẩn qui định tại TCXDVN 285-2002

Be rộng bc được xác định theo điều kiện đu lớn đế lấy được lưu lượng cằn thiết Q khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đà khống chế 'I11CO điêu kiện cấu tạo bc không chọn quá nhó thường không chê b > 1 - 1.2 m đe tiện kiêm tra sứa chừa và đám báo điều kiện thi công

Chiều dày cống t được xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thắm và yêu cầu cấu tạo thường được lấy từ 0,3 - 0,7 m

1.2 VÍ DỤ ÁP DỤNG

1.2.1 Số liệu thiết ké

Yêu cằu tính toán bố tri thép cho cổng ngầm thuộc công trình cấp 111 Vật liệu dùng bê tỏng M200 côt thcp nhóm CII Trọng lượng riêng cua bẽ tông Yb = 25 kN/m' Căn cứ vào điều kiện thuý lực, chịu lực cấu tạo chổng thầm, thi còng vã kinh nghiệm đă lựa chọn mặt căt ngang cống với bề rộng b, và chiều cao h, được cho như trong Bang I -1 Cóng có chiều dày các tâm năp, đáy vã thành bẽn đều như nhau

lã t chiêu dài đoạn còng L Be rộng khe nín không được vượt quá 0.2 mm

Đoạn công năm phía sau cứa van và tai trọng tác dụng tinh với trường họp khi cong không có nước Các tai trọng tinh toán và tiêu chuân (có kẽ trọng lượng bán thân) thuộc tỏ họp lực cơ bán cho trong Bang I -1

24

Báng I-I Báng số liệu tính toán cống ngẩm

số (m) (m) (m) (m) kN/nr kN'in- kN/m* kN/m2 kNm' kN.’in- N.W kN/nr kN/nrMầu 1.3 1.8 0.3 12 413.40422.78 269,56 42.91 446.87 467.54 308.48 46.69 1 99Khi thê hiện các giá tri VC tái trọng hay nội lực trcn các hình vè các giá trị liêu chuân ớ trong ngoặc (), giá trị lính toán ờ ngoài ngoặc ()

p: tái trọng năn) ngang lác dụng len thảnh bẽn cua cong, tại vị trí đinh cong (bao gôm áp lực nước và ảp lực đất), thành phân phàn bô dèu:

p(: tai trọng bèn phân tuyên tinh tãc dụng lên thành bèn cua công tại vị tri đáy cống;

p + p(: tai trọng năm ngang tác dụng lên thành bên của cóng, tại vị trí đáy công (bao gôm áp lực nước và áp lục dàt);

q,: áp lực nước dưới dãy còng (dùng cho trường hợp tinh nội lực bâng SAP 2000)

q»

Hình 1-3 Sơ dô các lực lác dụng lèn mặt căt ngang của còng ngâm

Tù các sô liệu cùa đâu bâi, tra băng theo các phụ lục trong tài liệu [14] được các

hệ sô và các giã trị của cưởng độ:

- Chiều cao cua tiết diện bằng chiều dãy t cùa thảnh cống h t 0,3 m 30 em;

- Chiều rộng cùa tiết diện b= 100 em (cắt I m đế tính toán);

- Chiêu cao hữu ích cùa liet diện: ho= h - a = 30 - 3 = 27 em;

- nij = 1.15 với gia thiết sổ thanh thép chịu lực ở mặt căt ngang bâng và lớn hơn 10;

Khi phân tích nội lực theo phương ngang, cống có the được cơi như làm việc theo bài toán biên dụng phăng, vì công có mặt cãt đêu được đặt liên tục trcn nén, chịu tái trọng không thay dôi nhiêu dọc theo chicu dài còng Khi tinh toán có the cãt

ra một đoạn cống cỏ chiều dãi là I m (thường chọn đoạn cống ớ ngay giừa đinh đập

để tinh với tài trọng tác dụng lớn) như Hình 1-1 Tùy theo ti số giừa chiều dài các bộ phận mặt cãi ngang cùa công (nãp thành, đáy công) so với chiêu dày cua công mà dưa ve cãc mỏ hình tính khác nhau Theo tài liệu (Himg 2012) [19] khi ti sô giữa B (hoặc H>'t > 4 cỏ thê đưa công vê dạng sơ dô khung kin kích thước theo dường tâm cống như Hĩnh 1-4 Khi cống cỏ chiều dày lớn hơn tương ứng với ti số trên < 4, việc tinh cóng theo phân tư thanh chưa phan ánh đúng trạng thãi chịu lực công nên dược đưa vẽ phàn tư tam vo

26

Với số liệu đẩu bài: B = bt +1 = 1.3 + 0.3 = 1.6 m; H = hf +1 = 1,8 + 0.3 = 2.1 m.B/t = 1,6/0,3 = 5 và H/t = 2.1/0.3 = 7 đêu lớn hơn 4 nên theo phương ngang công ngầm sê được đưa về dạng sơ đồ khung kin kích thước theo đường tâm cổng như Hĩnh 1-4,

Phân tích nội lực theo phương dọc khi chiêu dãi công giữa 2 khe lún L > 8H có thè linh công như dám trên nên dàn hôi (xem phụ lục PL2.1) Khi L < 8H cân tính toán cổng theo mỏ hình không gian, ó vi dụ này L'H = 12/2,1 = 6 < 8 nen cần tính cống theo mõ hĩnh không gian Phụ lục PL1.I.2 hướng dần cách mõ hình cống theo không gian dùng phân mem SAP2000 Phân sau đây chi trinh bày cách phân tích nội lực theo phương ngang bãng phương pháp giai tích

Hình 1-4 Kích thước mặt cát cồng rà sơ đồ tinh 1.2.2.2 Túi trụng tác dụng

Với cảc số liệu tái trọng cho ỡ Báng 1-1,1 lình I -5 the hiện sơ đồ lài trọng theo phương ngang công Khi tính cho I m chiêu dài công các tãi trọng phản bô có đơn vj kN/m

Hình 1-5 Sơ dồ tát trọng tác dụng lèn cồng

Tái trọng bán thân cộng dôn cùa thành công:

+ Giá trị tiều chuân P' = Ỵh X t X H = 25 X 0.3 X 2.1 = 15.75 (kN);

+ Giá trị tính toán I’ pc X n* 15,75 X 1,05 16,54 (kN)

với: n-x: hộ sô lệch lái cùa tai trọng bán thân

1.2.2.ì Tinh toán nội lực

Xác định nội lực trong thân công I khoang cỏ the dùng phương pháp lực bâng cách dùng tàm đàn hồi (theo Giáo trinh Cơ học kèt cấu) Với loại công hộp nhiêu ngán: đây lả hệ siêu tình dạng khung kin nhiều nhịp, tiến hãnh xác định nội lực trong khung theo phương pháp phân phối mô men cùa H.Cross hay G.Kani trong Giáo trinh Cơ kct câu Dê tiện cho việc tính toán nội lục người la dã lập sần các bang tra nội lực vời nhùng sơ dò tái trọng co bán đơn gián như Bang PL2.1 -1

Cãc dạng tái trọng khác với dạng trong báng tra thì phân chia thành cảc dạng dơn giãn đê áp dụng được các dụng mẫu cho sẵn trong băng tra, sau đó áp dụng phương pháp cộng tác dụng Do đó sơ dò tái trọng dụng Hình 1-5 dược đưa vê tông cùa 3 sơ

đổ tai trọng đơn gian hơn như Hình 1-6

Hình 1-6 Sơ dô tài trọng tương dương với Hình 1-5

• Biêu dô mô men:

1- Sơ do tái trọng a):

Dạng biểu đồ mô men cùa sơ đồ tái trọng a) như Hình I-7 vởi giá trị mò men dương cảng trong, âm căng ngoài Xác định các giá tri n>ô men tại các diêm đặc biệt

A B c D tại góc khung và 1.2 3.4 các diêm ớ giữa các thanh theo công thức:

Ma = Mb = - XB’

12

q(2k + 3)-qnxk k2+4k + 3

28

I lệ sò khung k là ti sô giữa độ cứng đơn vj cùa nãp và thành bên:

’ x 60x(|.3l252 +4x1.3125 + 3) = -5.39 (kNm)

30

MỆ=M, p, xH?(k + 3) 46.69x 2.1*(1 3125 + 3)

48x(k + l) ” 48x(|,3125 + 1) = 8.0 (kNm)Lãm tương tự với các giá trị ticu chuân Pl cỏ kct quá:

Hình I-10 Két quá mò men tòng cuói cùng

Q: lực căt cân tim tại liet diện cua đâu thanh;

AM: hiệu dại sô giữa hai tung độ mõ men ở hai dâu thanh cùa thanh đang xct;Chú ý: M lấy dấu (•) khi chiều quay lũ trục thanh đến đường nối hai tung

độ mô men ở hai đầu đoạn thanh một góc nhó hon 90° trùng với chiều quay cùa kim đòng hô ngược lụi lã mang dâu (-);

/: chiều dài cùa đoạn thanh;

Q,.: lực căt do tài trọng đặt phía trong đoạn thanh tác dụng khi coi thanh dó như dầm don gian

+ Đoạn A 8

Mạ = Mb ncn I AM I =O;Q = QoQo: lực cắt do tái trọng phân bố đều q đặt phía trong đoạn thanh ?\B khi coi thanh như dâm đơn gian như Hĩnh 1-11

32

Hình 1-1 1 Sư đồ lính lực cất Qo cho đoạn Ali

Qks - Qua 1 <W2 413,4 X 1,6/2 330,72 (kN)

+ Đoạn DA:

Lục cắt Qo do tải trọng đặt phía trong đoạn thanh DA cỏ dạng hĩnh thang, được tòng hợp lại từ lực cãt của 2 so dô dơn gian hon là tái trọng phân bô đcu p và tam giảc p: như Hĩnh 1-12, khi coi thanh như dầm đon gián

AM// lảy dâu dương vì chiêu quay tử trục thanh đen dường nôi hai tung độ

mô men ò hai đâu đoạn thanh một góc nhó hon 90° trũng vói chiêu quay cua kim đồng hồ

Lảm tương tự với tai trọng tiêu chuẩn p‘, và PÌ có các giá trị lực cắt tiêu chuẩn:

Q‘da = 314,2 kN: Q;d = - 296.94 kN

-t- Đoạn thanh BC:

Cùng tính lực cãt tương tự như đoạn DA nhưng |AM|// lây dâu àm vi chiêu quay

tử trục thanh đen đường nối hai tung độ mô men ở hai đầu đoạn thanh một góc nhó hơn 90° ngược với chiều quay của kim đồng hồ Sơ đồ tam giác cùng theo chiều ngược lại

D Qo.-1 'Qo> c

Hình 1-15 Sư đò cách xúc (lịnh lực dọc lừ lực cát

Nab = Qad = -338,28 kN; NBA= -QBC=-338,28 kN;

NAD= Qab = -357.49 kN; Nbc = Qba = -357.49 kN:

Nda= Ọix - p = Nad- p = -357,49 - 16,54 = -374,03 kN;Nci»= Qcd- p = Nbc- p = -357,49 - 16.54 = -374,03 kN; Na>- Qcb • -358,54 kN; Ndc- Qda - -358,54 kN.

Tương tự tinh lực dọc tiêu chuần từ bicu dó lực cãt tiêu chuân

Kết quá lực dọc tinh toán vả tiêu chuẩn được thề hiện như Hình 1-16:

Hình 1-16 Kêt quả iực dọc cuôi cùng

Kêt qua tinh toán nội lực tinh toán và ticu chuân tại các mặt cãt dicn hĩnh dược thể hiện ớ Băng 1-3 Các giá trị nội lực tinh toán sè được sứ dụng trong tính toán bố tri côt thép theo trạng thái giới hạn I các giá trị nội lực lieu chuân dược dùng trong việc kiểm tra nứt theo trạng thái giói hạn II

Bâng 1-3 Tông kết nội lực tính toán và tiêu chuân cho các mặt căt diên hình

c D ngoài -113.45 -100.45 358.54 314.20 -374.03 -346.47

CD CD ngoài -113,45 -100,45 374,03 338,22 -358,54 -314,20

36

I.2.2.4 Tinh toán cót thép

a) Tinh cót thép dọc chịu lực

Trân cõng, hai thảnh bền công, bàn đáy còng lảm việc như các càu kiện vữa chịu nen vừa chịu uôn do đó việc linh kct câu bê lóng CÔI thép cho các phân được tính theo bải toán nén lệch tâm tiết diện chừ nhật b X h = 100 X t (em) tại các mặt cắt đại diện cùa từng phân

Dựa vào các biêu dô mô men Hình 1-10 lực dọc cuôi cùng Hình 1-16 cùa từng phân từ thanh ta chọn nội lực giá tri tinh toán tại các mặt cãt (Bang 1-3) đẽ tinh toán như sau:

• Các diêm A, B, c, D có giá tri mô men câng ngoài lớn nhất được lấy đề tinh toán bõ trí côt thép cảng ngoài

• Các diêm I 2, 3, 4 có giá trị mô men cảng trong kin nhât dược lây đè tính toán

bò trí côt thép cãng trong

Chiêu dài tính toán cùa timg phân từ kèt câu: /o = ọ/'

với <p: hệ số tinh dôi chiều dài thanh phụ thuộc vào lien kct hai dầu thanh và dạng tài trọng

Coi liên kết hai dâu thanh là ngàm -> /ộ = 0.5/

• Mặt cắt A thuộc thanh AB:

/AH l,6m;MA 109,33 kNm; N 338,28 kN

- Xét uốn dọc:

/„.•11 = 160 X 0,5/30 = 2,7 < 10->ì1-l&nk.dh-l,pnuB-0,05%

- Xác định trưởng họp tinh:

t|ft> qM/N 1x109,33/338,28 0,3232 m - 32,32 emne>= 32.32 s 0.3hfl= 0,3 X 27 = 8,1 em -> nén lệch tâm lớn

- Tính F„ Fa' theo nén lệch tàm lớn:

+ Xác định e, c':

e = ne0+ Iv2 - a = 32,32 + 30/2 - 3 = 44,32 em;

c' = ne.,- 11'2 + a’ = 32,85 - 30/2 + 3 = 20,32 em

Gia thiết X = ơ.,h|i —> A = A<|= 0.42

r klin.Nc-m„R,bhX

m,R'(h(l-a')I,15xlx338,28x 10* x44,32-lx90x 100 x 27* x0.42

1,15x2700

= 10,8 (em2)

Kiếm tra Fâ> Mmiubh<i= 1.35 em'

Chọn cốt thép F, = 10Ộ12 = 11.31 em tăng 4.7% khoang cách a = 10 em giữa cãc thanh

Lâm tương tự cho các mặt cắt khác và các đoạn khác có kết quá như Bâng 1-4 'lai cá các mặt cắt đều thỏa màn điều kiện cúa nén lệch tâm (nlt) lớn

- Tông két ve cách chọn và bõ tri côt thép:

Thép chịu lực chịu căng ngoải ờ tẩm nấp vả thành bên vã đáy cống đều bố tri (ị>l 2

a - 10 em Thép chịu lực củng trong cho náp, (hãnh bẽn và đáy cống đều bố (ri như nhau ộ 12 a = 25 em

Các thanh thép dọc theo chiêu dài công dược bò tri theo câu tụo 012 a = 25 em

38

rc

ệị ẽị

© r-_

■ứ

<Q rr.

3

*r'

2

© á ồ

S

í í í ■ễ í -J : n = = = = = =

ạẹ ộệ rr.

vS m