thiết kế môn học công trình bvbb và đê chắn sóng đề tài tính toán đê chắn sóng tường đứng

Xác định thông số sóng khởi điểm: - Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung Xác định thông số sóng tại chân công trình: - Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao, trạng thái

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC

Môn học: Công trình bảo vệ bờ biển

Sinh viên: Phạm Tuấn Anh

Ngày giao đề: 03/2016

Ngày nộp: 05/2016

Đề tài: Tính toán đê chắn sóng tường đứng

Mục đích: xác định kích thước cơ bản của một phân đoạn đê chắn sóng tường đứng:

1 Hiệu chỉnh lại bình đồ: dựng và trơn hóa các đường đồng mức, dựng các đường trung gian

2 Tính toán thông số gió:- Chuyển vận tốc gió sang điều kiện mặt nước;

- Xác định đà gió

3 Xác định mực nước lan truyền sóng- Chiều cao nước dâng do gió;

- Mực nước lan truyền sóng

STT Công việc Thời hạn

(tuần thứ) Thực hiện

4

Xác định thông số sóng khởi điểm:

- Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung

Xác định thông số sóng tại chân công trình:

- Xác định chiều cao, chiều dài, độ vượt cao, trạng

thái của sóng i%;

- Xác định thông số sóng nhiễu xạ

8

Xác định cao trình đỉnh đê, kích thước thềm đá:

- Cao trình đỉnh đê;

- Cao trình thềm đá;

- Kích thước thềm đá

- Đường kính viên đá hoặc khối phủ

9 Xác định tải trọng sóng lên tường đứng:- Xác định tải trọng sóng tới;

1 Nêu ngắn gọn lý thuyết áp dụng trước khi tính

2 Các hình vẽ minh họa, bảng biểu, đồ thị phải có tên, đánh số thứ tự

3 Các công thức phải được đánh số thứ tự

4 Nếu áp dụng tin học trong tính toán, phải đưa vào phụ lục

5 Thuyết minh khổ A4, bìa Nilon, các đồ thị vẽ trên giấy kẻ ly (khuyến khích làmbằng vi tính) bao gồm các phần theo trình tự sau:

- Bìa ngoài;

- Nội dung tính toán;

- Phụ lục tính toán (nếu áp dụng tin học);

- Tài liệu tham khảo

6 Bản vẽ: gồm hai bản: kết cấu và bố trí công trình trên bình đồ, tia khúc xạ

- Kết cấu: mặt bằng, cắt dọc, cắt ngang, mặt cắt ngang gốc đê, kết cấu khối phủ, thùng chìm, thống kê khối lượng vật liệu, thông số sóng dọc theo công trình;

- Bố trí công trình: mặt bằng bố trí công trình, sơ đồ tia khúc xạ,

3.Thưởng, phạt:

- Áp dụng tin học:

- Nộp sớm:

- Trình bày đẹp, đúng quy cách:

- Lý do khác:

a.Phạt: - Không áp dụng tin học:

- Chậm tiến độ:

- Trình bày xấu, không đúng quy cách:

- Lý do khác:

b.Đánh giá của giáo viên hướng dẫn:

Giáo viên hướng dẫn

Kt : hệ số tính đổi tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

Khi xác định sơ bộ các thông số sóng thì giá trị của đà gió đối với vận tốc gió tínhtoán cho trước được xác định theo công thức:

w vis

1.2.1 Chuyển tốc độ gió sang điều kiện mặt nước

Tốc độ gió trên 10m so với mực nước trên biển:

t t f

 v  w 0,9.1, 26.20 22,68 (m/s)

1.2.2 Xác định đà gió

Giá trị của đà gió được xác định theo công thức:

w vis w

v K

Mực nước tính toán được lấy không lớn hơn :

1% (1 lần trong 100 năm) đối với công trình cấp I

5% (1 lần trong 20 năm) đối với công trình cấp II, III

10% (1 lần trong 10 năm) đối với công trình cấp IV

Chiều cao nước dâng do gió (hsét) được xác định qua quan trắc thực tế Nếu không

có số liệu quan trắc thực tế thì có thể xác định hsét theo phương pháp đúng dần (coi độsâu đáy biển là hằng số)

b w set

w w w

h d

g

L v K

2

(2-1)Trong đó: nước dâng do bão hb được xác định:

n b

P h

w w w

h d

g

L v K

2

Trong đó:

hb : Nước dâng do bão (chênh lệch áp suất).Do không xét đến ảnh hưởng của bãonên hb = 0

n = 1,025T/m3 : trọng lượng riêng của nước biển

hsét : nước dâng do nước dồn và bão

Lw = 220,458 Km : đà gió

vw = 22,68 m/s : vận tốc gió tính toán

d : độ sâu trung bình trên đà gió

Tra bảng kết hợp nội suy ta được:

Kw = 2,26.10-6

w : Góc hợp của hướng gió với pháp tuyến đường bờ

Từ bình đồ 2 với gió hướng B ta xác định được w = 150

Giải phương trình ta có:h set 1,02 m

1.4.2 Mực nước lan truyền sóng

 lan truyền sóng = MNTT + hsét = 0,5 + 1,02 = +1,52 m

Chương 3

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG KHỞI ĐIỂM1.5 Lý thuyết áp dụng

1.5.1 Thông số sóng trong vùng không ảnh hưởng của đường bờ

Chiều cao trung bình h d (m) và chu kỳ trung bình của sóng T(s) ở vùng nước sâuphải xác định theo đường cong bao trên cùng ở đồ thị 2.1 Căn cứ vào các gía trị của cácđại lượng không thứ nguyên

và

w

V

T g

, lấy các giátrị bé nhất tìm được để tính ra chiều cao và chu kỳ trung bình của sóng Thời gian gióthổi lấy bằng 21600s khi không có số liệu

Nếu điểm tra nằm ngoài vùng đồ thị thì chỉ tra trên đường cong bao trên và khẳngđịnh được sóng khởi điểm là sóng nước sâu, nếu điểm tra nằm dưới đường cong bao trênthì sóng khởi điểm là sóng nước nông

Khi tốc độ gió thay đổi dọc theo đà gió thì cho phép lấy h d theo kết quả xác địnhliên tiếp chiều cao sóng cho các đoạn có tốc độ gió không đổi

1.5.2 Thông số sóng trong vùng ảnh hưởng đường bờ

Hình dạng đường bờ được coi là phức tạp nếu tỷ số 2

, trong đó Lmax và Lmin

tương ứng là tia ngắn nhất và dài nhất trong số các tia vẽ từ điểm tính toán trong phạm vihình quạt 450 hai bên hướng gió cho đến điểm giao cắt với đường bờ phía đầu gió,trong đó các chướng ngại vật với góc mở ≤ 22,50 không cần xét đến

Đối với vùng mà thông số sóng hình thành do có sự ảnh hưởng của đường bờ thìthông số sóng khởi điểm h d , T sẽ được xác định theo cách sau:

- Lấy hướng gió chính

- Lấy thêm về hai bên ba tia (3 phương truyền sóng), góc hợp mỗi tia là 22,50

- Xác định đà gió theo mỗi tia : kéo dài các tia sao cho cắt đường bờ

Đà gió trên mỗi tia minL1

L

L 

Xác định Lni : hình chiếu của Li trên tia chính

Dựa vào chiều sâu trung bình di, Lni, thời gian gió thổi t xác định h i

4

2 4

2 3

2 3

2 2

2 2

2

25.1,

2

T g T

V

T g V

h g

w w

1.5.3 Chiều dài sóng khởi điểm

Chiều dài trung bình d của sóng xác định theo công thức sau:





.2

.T2

g

1.5.4 Chiều cao sóng với suất đảm bảo i%

Chiều cao sóng với suất đảm bảo i% trong hệ hd,i (m) phải xác định bằng cách nhânchiều cai trung bình của sóng với hệ số ki lấy từ hình 2.2 ứng với đại lượng không thứnguyên 2

phải xác định theo đại

và đường cong bao trên cùng của hình 2.1

Hình 1.1 Đồ thị xác định chiều cao, chu kỳ sóng.

Các thông số của sóng với suất đảm bảo 1; 2; 4% phải lấy theo các hàm phân bốđược xác định theo các số liệu hiện trường, còn nếu không có hoặc không đủ các số liệu

đó thì lấy theo kết quả xử lý các bản đồ khí tượng Khi sóng khởi điểm là nước nông thìtra theo L, d sau đó lấy giá trị nhỏ nhất

1.5.5 Độ vượt cao của sóng

Độ cao của đỉnh sóng trên mực nước tính toán c (m) phải tính toán theo trị số

1.5.6 Phân vùng sóng khởi điểm

Khi đã xác định được tham số sóng khởi điểm có thể là sóng nước sâu, có thể sóngnước nông, ta cần xác định ranh giới của vùng sóng khởi điểm

Vẽ mặt cắt dọc theo phương của gió

- Nếu là sóng nước sâu lấy từ MNTT một đoạn

1.6 Áp dụng tính toán

1.6.1 Xác định chiều cao, chu kỳ, chiều dài sóng trung bình

Ta tính toán với trường hợp thông số sóng không nằm trong vùng ảnh hưởng củađường bờ

Do không có số liệu về thời gian gió thổi nên lấy t = 21600s

Ta có:

9,81.21600

9342,8622,68

0,048

d w

1.6.2 Phân vùng sóng khởi điểm

Vì sóng khởi điểm là sóng nước nông nên ranh giới của sóng khởi điểm là vùng có

V

g

Chương 4

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG BIẾN DẠNG1.7 Lý thuyết áp dụng

1.7.1 Chiều cao sóng biến dạng

Chiều cao sóng có suất đảm bảo i% ở vùng nước nông với độ dốc đáy ≥ 0,001 đượcxác định theo công thức:

d i l r t

ki : được xác định như sóng nước sâu

Hệ số biến hình kt lấy với đồ thị hình 4-1 theo đường cong l và tỷ số

d

d



Hình 1.1 Sơ đồ xác định k t

ad : khoảng cách giữa các tia sóng cạnh nhau vùng nước sâu (m).

a : khoảng cách giữa chính các tia sóng đó nhưng theo đường thẳng vẽ qua mộtđiểm cho trước ở vùng nươc nông (m)

Trên mặt bằng khúc xạ, các tia sóng ở vùng nước sâu phải lấy theo hướng lantruyền sóng đã được cho trước, còn ở vùng nước nông thì phải kéo dài các tia đó phù hợpvới sơ đồ và các đồ thị trên hình 4-2

1.7.3 Chiều dài sóng biến dạng

1.7.4 Bước sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông phải xác định theo đồ thị hình 4-3 từ các đại lượng

1.7.5 Độ vượt cao sóng biến dạng

Độ cao đỉnh sóng trên mực nươc tính toán c lấy theo đồ thị hình 4-4 dựa theo

1.8.1 Xác định chiều cao của sóng biến dạng

Vì sóng là sóng nước nông có độ dốc đáy ≥ 0,001 nên chiều cao sóng với suất đảmbảo i% được xác định theo công thức:

d i l r t

- Trơn hoá đường đồng mức.

- Vẽ các đường đồng mức trung gian

- Xác định  (góc hợp giữa hướng sóng tới và pháp tuyến đường đồng mức trunggian)

- Xác định tỷ số:

d d

d d

ta được k1% theo bảng sau : Chiều cao sóng biến dạng được xác định trong bảng sau:

Bảng 1.2 Bảng xác định chiều cao sóng biến dạng tia 1,2

1.8.2 Xác định chiều dài sóng biến dạng

Bước sóng truyền từ vùng nước sâu vào vùng nước nông tra theo đồ thị hình 2-6 với

g T Ta có kết quả như bảng sau:

Bảng 1.1 Bảng xác định chiều dài sóng biến dạng tia 1,2 STT h 1%

Độ cao đỉnh sóng trên mực nước tính toán được lấy theo đồ thị 2-3 dựa trên các tỷ

Kết quả được tính toán như bảng sau:

Bảng 1.1 Bảng tính toán độ vượt cao của sóng tia 1,2

Độ sâu sóng đổ lần đầu 1.9 Xác định thông số song đổ:

4.3.3 Độ vượt cao của sóng đổ.

Độ lệch của đỉnh sóng so với MNTT được xác định theo đường cong bao trên cùngcủa đồ thị Hình 2-3 Bài giảng

m h

ku - hệ số, lấy theo Bảng 2-8 Bài giảng

n - số lần sóng đổ (kể cả lần thứ nhất), lấy từ dãy số n = 2, 3, 4 với điều kiện thỏamãn bất phương trình

Khi độ dốc đáy i > 0,05 thì lấy dcr = dcr,u

Kẻ đường thẳng song song với mực nước lan truyền sóng, cách một khoảng dcr,u cắtđường đáy tại vị trí nào thì đó là vị trí sóng đổ lần cuối

Chương 5

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG TẠI CHÂN CÔNG TRÌNH

1.10 Xác định thông số sóng tại chân công trình

Dựa vào các thông số sóng tính toán ở trên ta thấy toàn bộ công trình nằm trongvùng sóng biến dạng

Kết quả tính toán được lập thành bảng sau:

Chiều cao sóng tại chân công trình

k r k t k l k 1% h d

(m)

h 1% (m)

Xác định độ vượt cao của sóng.

Độ vượt cao của sóng tại chân công trình

Kết quả tính toán lập thành bảng sau:

Chiều cao sóng nhiễu xạ

Vị trí

công

trình

r (m)



m độ) độ) a K dif,S h 1%

(m)

h dif (m)

Đầu đê 40 52.91 135.04 135.04 0.242 0.805 4.39 3.59

1.12.3 Độ vượt cao của sóng đổ.

Độ lệch của đỉnh sóng so với MNTT được xác định theo đường cong bao trên cùngcủa đồ thị Hình 2-3 Bài giảng

m h

ku - hệ số, lấy theo Bảng 2-8 Bài giảng

n - số lần sóng đổ (kể cả lần thứ nhất), lấy từ dãy số n = 2, 3, 4 với điều kiện thỏamãn bất phương trình

k 



Khi xác định độ sâu ở vị trí sóng đổ lần cuối dcr,u, hệ số ku hoặc tích số các hệ sốkhông được lấy nhỏ hơn 0,35.

Khi độ dốc đáy i > 0,05 thì lấy dcr = dcr,u

Kẻ đường thẳng song song với mực nước lan truyền sóng, cách một khoảng dcr,u cắtđường đáy tại vị trí nào thì đó là vị trí sóng đổ lần cuối

Chương 6 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

1.13 Xác định cao trình đỉnh đê, kích thước thềm đá.

hTK: chiều cao sóng thiết kế

Tại đầu đê hTK= 4,39(m)

dS: chiều sâu ngang trước thềm đá

1) Bề rộng phía trước công trình chịu sóng tới

-Tại đầu đê hTK= 4,39 (m)

dS: chiều sâu ngang trước thềm đá dS = 5,52m

 b = max(2.4,39; 0,4.5,52) = max(8,78; 2,55)

Vậy chiều rộng thềm đá b = 9m

2) Bề rộng phía sau chịu sóng nhiễu xạ

-Tại đầu đê hTK= 3,59(m)

dS: chiều sâu ngang trước thềm đá dS = 4,02

R : khả năng chịu tải của đất nền

Nếu chiều dày lớp đệm đá quá lớn thỡ phải thay đất nền bằng nền nhân tạo, giảipháp thường dùng là đệm cát, chiều dày đệm cát phải thỏa món điều kiện:

1.13.4 Đường kính viên đá hoặc khối phủ.

Với sóng tới xiên thì dùng công thức của Goda ta có:

1

2 1/2

(1 )1,5 b

S

h K A

s: Khối lượng riêng của đá 2 T/m3

w: Khối lượng riêng của nước 1,025 T/m3

2

1 0,951,025

   

h b : Chiều sâu thềm đá

hs: Chiều sâu nước

K= K1.K2 1

2 '

sinh(2 ' )

b b

K h K

K h



B: Bề rộng thềm đáK’: Số sóng K' 2

Chiềucaothềmđá

(chiếm 10% diện tích) để giảm áp lực trên và dưới tấm

Chiều dày của tấm được xác định qua tra đồ thị Hình 3-32 Bài giảng phụ thuộc vàochiều cao sóng H và tỷ số hb/hs

2 ax 0, 45sin os ( ' cos ); os sin ( ' cos )

2) Tại đầu đê H = 4,39 m; hs = 5,52m; hb = 3,52.

Hình 1.1 Biểu đồ áp lực sóng đứng tác dụng lên mặt tường thẳng đứng.

a) Khi đỉnh sóng tiếp cận công trình – b) Khi đáy sóng tiếp cận công trình.

Khi tính toán sóng đứng nước nông ta phải quy đổi d(m) thay cho độ sâu đến đáy db

trong các công thức xác định bề mặt sóng và áp lực sóng

Chọn chiều dày lớp đệm đá tại đầu đê là 2,0m; tại thân đê là 2,0m

Độ sâu tính toán quy đổi d được xác định theo công thức:

 b f

br

f k d d d

db: độ sâu nền đất

df : độ sâu thềm đá

d: độ sâu quy đổi

kbr: hệ số, xác định theo đồ thị Hình 3-13 Bài giảng

Bảng 1.1 Xác định độ sâu quy đổi STT d b (m) d f (m) b br (m) (m) b br / d f /d b k br d(m)

Tung độ biểu đồ áp lực sóng khi chịu đỉnh sóng và bụng sóng xác định theo Bảng 6-3

Bảng 1.2 Giá trị áp lực sóng p.

STT điểm Độ sâu z của các điểm (m) Tri số áp lực p (kPa)

Khi đỉnh sóng tiếp cận công trình

Giá trị của các hệ số k2, k3, k4, k5, k8, k9 lấy theo biểu đồ Hình 3-14 Bài giảng

Tải trọng sóng theo phương ngang Px xác định theo diện tích biểu đồ áp lực sóngtrong phạm vi chiều cao mặt tường thẳng đứng

Giá trị áp lực thẳng đứng dưới đáy công trình lấy bằng diện tích biểu đồ áp lực biếnđổi tuyến tính dưới đáy tường

Dao động lên xuống (m) của bề mặt tự do của sóng được xác định theo công thứcsau:

t cthkd

h k t

2

cos 2

.cos

Khi d 0, 2

  và khi công thức trên cho cost >1 thì lấy cost =1Khi cos t 1 ở thời điểm tải trọng sóng theo hướng ngang Pxc đạt giá trị cực đạikhi sóng rút, lúc chân sóng nằm thấp hơn MNTT một độ cao bằng t

Bảng 1.3 Độ vượt cao của sóng

Bảng 1.5 Giá trị áp lực sóng p tại đầu đê.

STT

Độ sâu z(m) Hệ số k i

Trị số áp lực p(kPa)

Khi đỉnh sóng tiếp cận công trình

i zc

1.14.2 Tải trọng sóng nhiễu xạ.

Tải trọng nằm ngang do sóng nhiễu xạ từ phía khu nước được che chắn phải xácđịnh khi chiều dài tương đối của phân đoạn công trình l0,8 Khi đó giá trị p (kPa) củabiểu đồ áp lực sóng tính toán có thể dựng theo 3 điểm cho 2 trường hợp

Hình 1.1 Tải trọng sóng nhiễu xạ.

a) Khi đỉnh sóng tới công trình – b) Khi chõn súng tới công trình.

1.14.2.2 Khi đỉnh sóng trùng với điểm giữa phân đoạn công trình

0

;8

2 max

;0

2 2

kh chkd

h g k p d

242

;

2 3

kh chkd

h g k p d

l

2 3

Trong đó:

hdif : Chiều cao sóng nhiễu xạ

kl : Hệ số lấy theo bảng 3-5 Bài giảng

Sơ bộ chọn chiều dài thùng chìm là l = 25m

df: Độ sâu thềm đá

Khi độ sâu ở khu nước được che chắn d 0,3 thì biểu đồ áp lực sóng có dạng hìnhtam giác với áp lực sóng tại độ sâu z3 0,3 bằng 0.

Phản áp lực sóng trong các mạch ngang của tường khối xếp và ở đáy công trìnhphải lấy bằng trị số tương ứng của áp lực sóng theo hướng ngang tại điểm biên, còn trongphạm vi bề rộng đáy công trình coi phản áp lực này biến thiên theo quy luật tuyến tính Kết quả tính toán lập thành bảng sau:

Bảng 1.1 Giá trị áp lực p tại đầu đê

STT

Điểm

Chều cao sóng nhiễu xạ

h dif (m)

Độ sâu tính toán quy đổi d(m)

Khi đỉnh sóng tiếp cận công trình

- Phương trình ổn định trượt là phương trình bậc nhất của bề rộng

- Phương trình ổn định lật là phương trình bậc hai của bề rộng

Giải các phương trình và lấy giá trị lớn nhất ta có bề rộng theo điều kiện ổn định.Dựa vào tác động của sóng lên tường đứng và tùy từng vào phân đoạn đê ta chiathành các tổ hợp tải trọng bất lợi sau:

- Tổ hợp 1: Khi đỉnh sóng tới tiếp cận công trình và chân sóng nhiễu xạ tiếp cậncông trình

- Tổ hợp 2: Khi chân sóng tới tiếp cận công trình và đỉnh sóng nhiễu xạ tiếp cậncông trình

+) Điều kiện ổn định trượt phẳng