Đồ Án Thủy Công Tính toán thiết kế tường cánh bể tiêu năng

Mặc dù không chính xác nhưng ở đây ta quan niệm rằng phần tường cánh bị ngập nước tính đến mực nước sông không chính xác vì chưa có số liệu nước ngầm phía sau lưng tường càng chưa chắc

Trang 1

TÍNH TOÁN KẾT CẤU TƯỜNG CÁNH & BỂ TIÊU NĂNG

+ Bể tiêu năng

Bề dày  = 0,7mChiều dài L =12m

Bề rộng giáp với thân cống: B1 = 12m

Bề rộng giáp với sân sau: B2 = 18m

4m

2m

12m

Hình 1 Kích thước bể tiêu năng

Trang 2

II TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT BỂ TIÊU NĂNG :

Ta chia bản đáy ra làm 3 phẩn có kích thước hình học cơ bản như hình vẽ sau

đó ta tính trọng lượng từng phần như sau:

Trang 3

2.4 Áp lực đẩy nổi tác dụng lên bản đáy bể tiêu năng:

2.4.1 Áp lực đẩy nổi của phần bản đáy bị ngập nước

Eđnbđ = Vbđngập nước *γn*n

Với Vbđngập nước ==126m3

 Eđnbđ = 126*1*1.1 = 138.6T

Cánh tay đòn so với tâm bản đáy d=0

2.4.2 Áp lực đẩy nổi của phần tường cánh bị ngập nước

Eđntc = Vbđngập nước *γn*n

Vbđngập nước : chính là thể tích của 2 phần tường cánh bị chìm rong nước Mặc dù không chính xác nhưng ở đây ta quan niệm rằng phần tường cánh bị ngập nước tính đến mực nước sông ( không chính xác vì chưa có số liệu nước ngầm phía sau lưng tường càng chưa chắc là nó đạt đến chiều cao của mực nước sông).Ở đây ta chọn chiều cao chìm trong nước là Hng = Htc – 0.5 = 4 – 0.5= 3.5m

SVTH: Bùi Phương Nam X=3m Trang 3

12m

3.5m4m

Trang 4

Cánh tay đòn so với tâm bản đáy d=(4.5+3)-6.4=1.1m

 Trường hợp mới thi công xong:

Trang 5

Gbđ = G1+G2+G3= 34.65+277.2+34.65= 346.5T

Cánh tay đòn so với tâm bản đáy d=0

Trọng lượng bản thân 2 tường cánh

Gtc = 138.6T

Cánh tay đòn so với tâm bản đáy

d = lbđbtn - lbđtc =6.4-5.33=1.07mTrọng lượng nước đè lên bản đáy bể

Cánh tay đòn so với tâm bản đáy d=1.1m

Bảng 1 Bảng tính moment của các lực so với tâm bản đáy bể tiêu năng STT Tên Lực Giá trị lực

Ngược chiều KĐH

Trang 6

σtb= (σmin+ σmax) /2=(6.11+5.15)/2 = 5.63T/m2

2.5.2 Trường hợp mới thi công xong :

Diện tích bản đáy bể tiêu năng:

Ngược chiều KĐH

Trang 7

σtb= (σmin+ σmax) /2 = (3.11+2.28)/2 = 2.7 T/m2

2.6 KIỂM TRA SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐẤT NỀN

Tính các giá trị góc trượt

0= 1.571 rad90+8-49 = 490

Ta thấy σmax = 6.11T/m2 < gh= 8.45 T/m2 => Đất nền đủ khả năng chịu tải

III TÍNH TOÁN TƯỜNG CÁNH

Trang 8

+ Mặt cắt tính toán: cắt 1m dài theo phương vuông góc với dòng chảy tại 2 vị trí mặt cắt 1-1 và 2-2 như hình vẽ.

- Tính thép cho mặt cắt 1-1 bố trí từ mặt cắt 1-1 đến mặt cắt 2-2

- Tính thép cho mặt cắt 2-2 bố trí từ mặt cắt 2-2 đến mặt cắt 3-3

Hình 2 Vị trí tính toán tường cánh bể tiêu năng

+ Trường hợp tính toán

- Trường hợp vừa thi công xong

Đất đắp tới cao trình thiết kế; có xe ủi C100: 14 tấn (chiều dài xích: 2,28 m, rộng: 0,7.2 = 1,4m; chiều rộng 2 mép xích: 2,38m) Tải trọng phân bố của xe ủi:

2

/ 4 , 4 4 , 1 28 , 2

14

m T

- Trường hợp sửa chữa

Đáy bể không có nước và sau tường mực nước ngầm ở cao trình +0,4m, trên

w: dung trọng tự nhiên của đất đắp ; w = 1,68T/m3

h: khoảng cách từ cao trình đất đắp đến vị trí tính toán;

14 17 45

0 2

Tại h = 0: P0

a = ( Zq) a  2C a =(4.4*0.54)-(2*1.39 0 54 )= 0.33 T/m2.Tại h = 4: P4

a = ( Zq) a  2C a =[(1.68*4)+4.4]*0.54-(2*1.39 0 54 )= 3.96T/m2

2m

Trang 9

- Tổng giá trị áp lực đất chủ động tính trên 1m dài:

0 a

4 a

PP

2PP



).H => x = 1.44mMômen tại đáy: M = Ea.x = 8.58*1.44= 12.36 Tm

0 a

3 a

PP

2PP

Hình 4 Áp lực đất lên tường cánh bể tiêu năng tại mặt cắt 2-2

3.1.2 Trường hợp vận hành có nước sông và nước ngầm :

3.1.2.1 Tại mặt cắt 1-1

Trọng lượng bản thân tính trên 1m dài:

N = n.V.bt = 1,1*4*1*0,7*2,5 = 7.7T

3m4m

Trang 10

w: dung trọng tự nhiên của đất; w = 1,68T/m3;

Ka: hệ số vượt tải của áp lực đất chủ động

14 17 45

0 2

0 a

3.6 a

PP

2PP



).H1 => x = 1.42m Tổng giá trị áp lực đất chủ động Ea2 tính trên 1m dài

3.6 a

4 a

PP

2PP

x= 1/3hs =1/3*1 =0.33m -Áp lực nước ngầm

+ Trị số áp lực nước ngầm trên 1m rộng tường

Enn = 0,5*n *n* hn = 0.5*1*1.1*0.42 = 0.09T+ Khoảng cách từ đáy tường đến điểm đặt lực

x= 1/3hn =1/3*0.4 = 0.13m

=>Mômen tại đáy:

M = Ea1.x1+Ea2.x2-Es.xs+En.xn = 5.76Tm

=>Lực cắt tại chân trụ : Q = 3.19+0.6+0.09-0.55=3.33T

Trang 11

Hình 5 Sơ đồ tính áp lực sau lưng tường mặt cắt 1-1.

0 a

2.6 a

PP

2PP



).H1 => x = 1.2m Tổng giá trị áp lực đất chủ động Ea2 tính trên 1m dài:

Ea1=1

a+ P3

a).H2 = 0.24TKhoảng cách từ đáy h=3 đến điểm đặt lực:

2.6 a

3 a

PP

2PP

x= 1/3hs =1/3*1 =0.33m-Áp lực nước ngầm

x= 1/3hn =1/3*0.4 = 0.13m-Mômen tại đáy:

M = Ea1.x1+Ea2.x2-Es.xs+En.xn = 1.67Tm

Trang 12

w: dung trọng tự nhiên của đất; w = 1,68T/m3;

Ka: hệ số vượt tải của áp lực đất chủ động

14 17 45

0 2

0 a

3.6 a

PP

2PP



).H1 => x = 1.42m Tổng giá trị áp lực đất chủ động Ea2 tính trên 1m dài

3.6 a

4 a

PP

2PP



).H2 => x = 0.2m -Áp lực nước ngầm

Enn = 0,5*n *n* hn2 = 0.5*1*1.1*0.42 = 0.09T+ Khoảng cách từ đáy tường đến điểm đặt lực

Hình 6 Sơ đồ tính áp lực sau lưng tường mặt cắt 2-2

Trang 13

0 a

2.6 a

PP

2PP



).H1 => x = 1.2m Tổng giá trị áp lực đất chủ động Ea2 tính trên 1m dài:

Ea1=1

a+ P3

a).H2 = 0.24TKhoảng cách từ đáy h=3 đến điểm đặt lực:

a

3 a

2.6 a

3 a

PP

2PP



).H2 => x = 0.19m-Áp lực nước ngầm

Trang 14

x= 1/3hn =1/3*0.4 = 0.13m-Mômen tại đáy:

Mômen tại chân tường: M = 12.36Tm

Tính toán như cấu kiện chịu nén lệch tâm Cắt 1m dài để tính

x=N/Rnb Fa=Fa’= Ne’/Ra*(h0-a)

Bảng 2 Bảng tính thép tường cánh tại mặt cắt 1-1 đối với tải trọng đất

Trang 15

Bố trí thép chịu lực cắt theo cấu tạo: 10a300

3.2 2 Tính toán và bố trí thép tường cánh tại mặt cắt 2-2

Lực tập trung: N = 5.78T

Mômen tại chân tường: M = 5.61 Tm

Tính toán như cấu kiện chịu nén lệch tâm Cắt 1m dài để tính

Trang 16

IV TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY BỂ

4.1 Tính nội lực

Tính toán theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi

4.1.1 Trường hợp vừa thi công xong có đất đắp

i i c

Y F Y

* 8 2

* 2

Fi: diện tích tiết diện tính toán thứ i;

yi: khoảng cách từ trọng tâm tiết diện đến trục trung hoà

- Tính diện tích biểu đồ momen tĩnh

+ Diện tích biểu đồ momen tĩnh của trụ Atrụ: Atrụ = Si

trong đó:

Si: diện tích biểu đồ momen tĩnh của phần trụ

+ Diện tích biểu đồ momen tĩnh của trụ Ađáy: Ađáy = Si

Trang 17

trong đó:

Si: diện tích biểu đồ momen tĩnh cuả phần đáy

Cao trình

Đến cao trình Chiều cao

Chiều rộng

Hình 7 Sơ đồ tính moment tĩnh tại mặt cắt 1-1

Dựa vào biểu đồ Sc và yi, xác địnhtỷ lệ lực cắt không cân bằng phân cho mố

2l chiều rộng của bản đáy, 2l = 12m

- Phân lực cắt không cân bằng cho tường cánh và bản đáy

Qtường = AQ.A 231..1724*232.996.17

2 1

Trang 18

Qđáy = AQ.A 231..1724*22..996996

2 1

+ Phân lực cắt không cân bằng cho tường cánh

Để phân cho từng tường cánh ta tính theo tỷ lệ diện tích

M M

2 L = 1 2 , 8

1 1' 2 2'

Hình 8 Sơ đồ tải mặt cắt 1-1 c) Tính nội lực

E0: modun biến dạng của nền, E0 = 9,2kG/cm2;

E: modun đàn hồi của bêtông, E = 2,65.105kG/cm2;

L: chiều dài nửa nhịp, L = 6m;

H: chiều cao của dải, h = 0,7m;

3

5 0 , 7

6 10 65 , 2

2 , 9

= 0,218 < 1: dải cứng

Bảng 5 Bảng tính moment tại mặt cắt 1-1

12m

Trang 20

i i c

Y F Y

35 , 0

* 5 10 2 2

* 1 2

* 2

trong đó:

Chiều rộng

Trang 21

Hình 9 Sơ đồ tính moment tĩnh tại mặt cắt 2-2 Phương trình lực cắt không cân bằng:

M M

L: chiều dài nửa nhịp, l = 7.5m;

3

5 0 , 7

5 7 10 65 , 2

2 , 9

= 0,47 < 1: dải cứng15m

Trang 22

- Trọng lượng nước trong bể: qn = 1.1x 1x 3.5 = 3.85 T/m

- Áp lực đẩy nổi của nước: qđn = 1x(3.5 + 0.7)x1.1x1= 4.62 T/m

Trang 23





i F

i i c

Y F Y

* 8 2

* 2

trong đó:

Si: diện tích biểu đồ momen tĩnh cuả phần đáy

Cao trình Đến cao trình Chiều cao Chiều rộng Diện tích Yi Sx Sc Ai

Trang 24

Hình 7 Sơ đồ tính moment tĩnh tại mặt cắt 1-1

Dựa vào biểu đồ Sc và yi, xác địnhtỷ lệ lực cắt không cân bằng phân cho mố

2l chiều rộng của bản đáy, 2l = 12m

Qtường = AQ.A 2344.17*232..17996

2 1

2





i F

q =

12

04 5

Trang 25

P + P P + P

' q q

M M

2 L = 1 2 , 8

1 1' 2 2'

Hình 8 Sơ đồ tải mặt cắt 1-1 c) Tính nội lực

L: chiều dài nửa nhịp, l = 6m;

H: chiều cao của dải, h = 0,7m

7 , 0

6 10 65 , 2

2 , 9

Trang 26

- Trọng lượng nước trong bể: qn = 1.1x 1x 3.5 = 3.85 T/m

- Áp lực đẩy nổi của nước: qđn = 1x(3.5 + 0.7)x1.1x1= 4.62 T/m

i i c

Y F Y

35 , 0

* 5 10 2 2

* 1 2

* 2





M

Trang 27

Trục trung hoà cách trục Y-Y một đoạn yc = 0,88m.

- Tính Sx theo yi: Sxi = Fi.yi

trong đó:

Chiều rộng

Trang 28

Qtường = AQ.A 1160.384*11.2384.198

2 1

2





i F

M M

L: chiều dài nửa nhịp, l = 7.5m;

15m

Trang 29

3

5 0 , 7

5 7 10 65 , 2

2 , 9

Thépchọn

Trang 30

Kiểm tra điều kiện: min = 0,1% <  < max =2,45%, (thỏa)

Bố trí thép lớp trên

+ Bố trí 25a200 từ mặt cắt (1-1) đến (2-2)+ Bố trí 30a200 từ mặt cắt (2-2) đến (3-3)

Bố trí thép lớp dưới

+ Bố trí 20a300 từ mặt cắt (1-1) đến (3-3)

Bố trí thép chịu lực cắt theo cấu tạo: 20a300

Tiêu đề	Tính toán thiết kế tường cánh bể tiêu năng
Tác giả	Bùi Phương Nam
Người hướng dẫn	Trần Văn Hừng
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Thủy Công
Thể loại	Đồ án

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	1,08 MB