THIẾT kế CỐNG lộ THIÊN đề a 1

I nhIỆM Vụ : Cống A xây dựng ven sông X để: Lấy nước tưới cho 60.000ha ruộng . Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ . Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua. II các lưu lượng và mực nước thiết kế : Lấy nước: Qmaxlấy = 100 m3s ; Zđầu kênh = 3,50 m Zmaxsông = 7.50m ; Zmin sông = 3.70 m Chống lũ: Zsông max = 8.60 m ; Zđồng min = 2.50 m iii Tài liệu kênh hạ lưu : Zđáy kênh = 0,00 m ; Độ nhám n = 0,025 Độ dốc mái m = 1,5 ; Độ dốc đáy i = 0,0004

THIẾT KẾ CỐNG LỘ THIÊN

( Đề số : A – 1 )

I/- NHIỆM VỤ :

Cống A xây dựng ven sông X để:

- Lấy nước tưới cho 60.000ha ruộng

- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ

- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua

II/- CÁC LƯU LƯỢNG VÀ MỰC NƯỚC THIẾT KE Á :

Lấy nước:

Qmax lấy = 100 m3/s ; Zđầu kênh = 3,50 m

Zmax sông = 7.50m ; Zmin

sông = 3.70 mChống lũ:

Zsông max = 8.60 m ; Zđồng min = 2.50 m

III/- TÀI LIỆU KÊNH HẠ LƯU :

Zđáy kênh = 0,00 m ; Độ nhám n = 0,025Độ dốc mái m = 1,5 ; Độ dốc đáy i = 0,0004

IV/- TÀI LIỆU GIÓ :

Tần suất P

%

V/- CHIỀU DÀI TRUYỀN SÓNG :

VI/- TÀI LIỆU ĐỊA CHẤT :

- Đất thịt cao độ : + 3.50 đến + 5.00

- Đất cát pha : +0.50 đến – 10.00

- Đất sét : -10.00 đến – 30.00

Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền cống Loại đất

VII/- THỜI GIAN THI CÔNG : 2 năm

Yêu cầu :

1- Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

2- Tính toán thủy lực xác định chiều rộng cống và giải quyết tiêunăng

3- Chọn cấu tạo các bộ phận cống

4- Tính toán thấm và ổn định cống

5- Tính toán bản đáy cống theo phương pháp dầm trên nền đànhồi

PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG

I- VỊ TRÍ NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH :

- Cống A được xây dựng ven sông X để nước tưới cho 60.000 ha ruộng

- Ngăn nước sông tràn vào đồng khi có lũ

- Kết hợp đường giao thông với loại xe 8 – 10 tấn đi qua

II- CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CHỈ TIÊU THIẾT KẾ :

1- Cấp công trình được xác định theo TCXDVN 285:2002 :

-Căng cứ vào quy phạm 20-02 với đối tượng là đập bê tông trên nền đất ởtrạng thái bão hòa nước và chiều cao đập 8m là công trình cấp IV

-Căn cứ vào nhiệm vụ công trình chủ yếu tưới cho 60.000 ha ta có côngtrình thuộc cấp II là chủ yếu,cấp III thứ yếu

2- Các chỉ tiêu thiết kế :

Căn cứ vào cấp công trình đã chọn là công trình cấp II, ta xác định đượccác chỉ tiêu cần thiết cho việc thiết kế cống như sau :

- Tần suất lưu lượng : P% = 0,5%

- Hệ số vượt tải : (Bảng P 1 – 4)

+ Trọng lượng bản thân công trình n = 1.05+ Áùp lực đứng của trọng lượng đất n = 1.20 + Áùp lực bên của đất n = 1.20+ Áùp lực tĩnh, áp lực sóng, áp lực thấm ngược n = 1.00+ Tải trọng do gió n = 1.30

- Hệ số tin cậy : Kn = 1.2 (Bảng P 1 – 6 )

- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1.0 (Bảng P 1 – 5)

PHẦN II : TÍNH TOÁN THỦY LỰC CỐNGI-

TÍNH TOÁN KÊNH HẠ LƯU :

Cao trình mực nước thiết kế = 3.50 m

TÍNH TOÁN KHẨU DIỆN CỐNG :

1- Trường hợp tính toán : Khi cần tháo lưu lượng Qtưới = 100 m3/s vớichênh lệch mực nước thượng lưu nhỏ Zsôngmin =3.7 m ; Zđầu kênh = 3.50 m ; Z =0.20 m

2- Chọn loại và cao trình ngưỡng cống :

- Cao trình ngưỡng : Chọn bằng cao trình đáy kênh Z = 0.00 m

- Hình thức ngưỡng cống : Đập tràn đỉnh rộng không ngưỡng P = 0

Z hp

3- Xác định bề rộng cống :

a Xác định trạng thái chảy : Theo quy phạm QPTL C8-76 , đập chảyngập khi hn > nHo

* Tính hn :

n : gọi là chỉ số ngập

n = (hn/H0)pg  0,75  0,8 Sơ bộ chọn n = 0,8

Vậy thoã mãn điều kiện để đập chảy ngập

Tính bề rộng cống : Tính tổng bề rộng cống từ công thức đập tràn đỉnhrộng chảy ngập

Trong đó :

- n : hệ số lưu tốc chảy ngập lấy theo trị số của hệ số lưu lượng

m (tra bảng Cumin bảng 14-12 GTTL tập III trang 35) ta lấy m

= 0.36 ; tra (bảng 14-13) ta được n = 0.96

Q c  n g. 2 0 

c Phân chia các khoang và chọn mố :

Phân khoang chọn mố như sau : Chọn 4 cửa mỗi cửa 4 m; 3 mố trụ pinmỗi mố rộng 1m 2 mố bên mỗi mố rộng 0.6 m

d Kiểm tra chiều rộng cống :

100

 b =  = 16.7 m

0,96 0,90 3.5  2 9,81 (3.7 – 3.5)

= 0,96 0,90 16.7 3,5 2 9,81 (3.7 -3.5) = 100.03 m3/sVậy chọn b = 16 m là phù hợp

III/- TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI :

1- Trường hợp tính toán :

Khi tháo lưu lượng qua cống với chênh lệch mực nước thượng, hạ lưulớn Với cống lấy nước khi Zsông lớn , Zđồng phụ thuộc lưu lượng lấy , chế độđóng mở cữa van trong trường hợp này đơn giản là mở đều các cống

2-Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng :

g h b

Q c  n.g. 2 0 

Để xác định lưu lượng tính toán tiêu năng , cần tính với các cấp lưu lượngtừ Qmin đến Qmax , với mỗi cấp Q ta xác định được độ mở cữa cống a

Qtt là trị số ứng với (hc’’ – hh)max

 : hệ số co hẹp bên, lấy  = 1

 : hệ số lưu tốc, lấy  = 0.95

hc = .a với  là hệ số co hẹp đứng  = 0.61

Ho : cột nước tính toán trước cửa van Ho = 7.5 (bỏ qua lưu tốc tới gần)

o c

c

H b

Q F

Độ sâu liên hiệp hc " = 3.20 m

Mà ta có hh = 3,02 m So sánh các độ sâu ta thấy :

hc = 0.68 m < hk = 2.37 m < hh = 3.02 m < hc" = 3.2 m tức là cống chảy tự do và do hc" > hh nên sau cống có nước nhảy phóng xa Để đảm bảo cho hạ lưu làm việc bình thường ta bố trí thiết bị tiêu năng.

BẢNG TÍNH QUAN HỆ Q~a

h 2

2

) h ( g 2

q h

g 2

q Z

) m ( 0 5 50 , 7 3

2 H

80 h

) m ( 42 , 0 52 , 1 29

* 2 4

* 15 0 h V

8 5

8 2 5 3







H S

là tổng hẹ

-101.

x F x F

4 4 4 0 2 5 6 0

4 0 4 4 4 0 3 0 2 5 6 0

2 2 1

.

*

*

.

*

*

5  *  * * * 

.

89 1 3 0

20 9810 2

10 25 63 92 0 1 10

71 26 33 133

62 717 40

25 853

m

T/

Ứng suất thẳng đứng ở đáy mố xác định theo công thức nén lệchtâm

Trong đó : - P tổng các lực thẳng đứng (tấn)

- F diện tích đáy mố (m2)

- Mo Tổng mô men ngoại lực lấy đối với tâm đáy mố

-W mô đuyn chống uốn của đáy mố(m3)+ Diện tích đáy mố bên :

62 717 40

25 853

m

T /



Với giá trị max và min , coi ứng suất đáy mố phân bố theo đường thẳng tavẽ được biểu đồ ứng suất đáy mố

NHỚ VẼ HÌNH

Trị số Pk được xác định :

Vậy lực tập trung của mố bên truyền cho băng tính toán của bản đáy tính

Với : b – bề rộng băng tính toán = 1m ;

d – bề dày mố bên = 2m

 Pk’ = 21.33*1*2 = 42.66 T = P1' = P3" = 42.66 T

* Tính lực tập trung mố giữa :

Bảng tính các lực tập trung tác dụng lên mố giữa

2

33 21 10 20

95 15 71 26 95

x L

8 Aùp lực nước hạ lưu T2 8,5 1,3 11,1

Ứng suất thẳng đứng ở đáy mố xác định theo công thức nén lệchtâm

Trong đó : - P tổng các lực thẳng đứng (tấn)

- F diện tích đáy mố (m2)

- Mo Tổng mô men ngoại lực lấy đối với tâm đáy mố

-W mô đuyn chống uốn của đáy mố(m3)+ Diện tích đáy mố giữa :

Trị số Pk được xác định :

Vậy lực tập trung của mố bên truyền cho băng tính toán của bản đáy tínhtheo công thức sau :

Pk’ = Pk.b.dVới : b – bề rộng băng tính toán = 1m ;

d – bề dày mố bên = 2m

2

74 64 67 66

83 1387 20

5 878

m

T /

83 1387 20

5 878

m

T /

1 23 74 64 1

x L



2- Các lực phân bố trên băng:

- Trọng lượng nước trong cống

qo = n*hn*b = 1*2.5 *1 = 2.5 T/m

- Trọng lượng bản đáy cống

q1 = b*t*b = 1*1*2.5 = 2.5T/m-Lực đẩy nổi :

Pp = min + (max - min).x/L

Pp = 3.6 + (6.24 – 3.6).10/20 = 4.92 T/m2

 q3 = 4.92*1 = 4.92 T/m

3- Lực cắt không cân bằng Q :

a/ Xác định trị số từ phương trình cân bằng tĩnh :

Q + Pk’ + 2.L qi = 0

Trong đó :

2.l = 2*9.5 = 19 m : Chiều dài băng đang xét Pk’ tổng các lực tập trung do mố ở băng đang xét truyền cho bảnđáy

Pk’ = 23.92*1 + 42.66*2 = 109.24 T qi tổngcác lực phân bố đều qI = qo+q1+q2-q3

qI = 2.5 + 2.5 – 6.5 – 4.92 = -6.42 T/m

 Q = -109.24 + 19*6.42 = 12.74 T/m

(Quy ước lực đi xuống mang giá trị + và ngược lại)

Như vậy Q có chiều đi xuống

b/ Phân phối Q cho bản đáy và mố :

Các bước tính toán phân phối Q cho bản đáy và mố

Xác định trọng tâm các mố Y0m = (F1 Y1 - F2 Y2)/ (F1 – F2)

F

Y F

- Fc : Phần diện tích bị cắt

- Yc : Khoảng cách từ trọng tâm phần diện tích cắt đến trục trunghòa

+ S2c tại vị trí đáy mố tiếp giáp bản đáy :

F2c = Fmg*Ymg + 2*Fmb *Ymb

44 2 1

19 4 9 1 4 9 6 0 2

4 1 4 9 2

5 0 1 19 2

4 9 4 9 1 2

4 9 4 9 6 0 3

4 9 2

4 1 4 9 2

*

*

*

*

.

*

*

*

*

*

*

*

*

F

Y

F

Y

* Tính diện tích biểu đồ

Phần tương ứng với mố là A1 :

*Phân phối Q cho mố (Qm) :

Aùp dụng công thức sau :

4- Tải trọng bên :

Phạm vi đắp đất cao 11.4m

* Tải trọng do xe cộ trên đường : q5 = 10/6 = 1.67T/m

5/-Sơ đồ ngoại lực cuối cùng gồm:

Các lực tập trung tại mố P1”, P2” ,

+ Mố bên : P1 = P3 = P1' + P1" = P3'+P3" = 42.66 + 4.8 = 47.46 T

+ Mố giữa : P2 = P2' + P2" =23.92 + 2.4 = 25.6 T

Lực phân bố đều trên băng q = qo+ q1+ q2+ q3+q4

q = 2.5 + 2.5 + 6.5 + 4.92 = 16.42 T Lực bên từ phía giáp đất S , Mđ , q5

S = 18.8 T

Mđ = 154.3 T

Lực bên từ phía giáp mảng khác :

Khi đầu mảng tính toán tiếp giápvới mảng khác, tải trọng bên chính láaplực đáy móng của mảng bên cạnh nếu các mảng giống nhau,thì sơ bộ có thể lấytải trọng bên bằng phản lực nền của chính mảng đang xét

NHỚ VẼ HÌNH

III/- TÍNH TOÁN NỘI LỰC VÀ CỐT THÉP :

Dựa vào các ngoại lực đã tính tiến hành tính toán nội lực ,và vẽbiểu đố lực cắt Q , biểu đồ mô men M.Căn cứ kết quả tính toán và biểu đồ nộilực tính toán bố trí cốt thép cho cống (áp dụng giáo trình môn bê tông cốt thépđã học)

KẾT LUẬN

Nội dung yêu cầu của đồ án đã được ,tuy nhiên do phạm vi hạn chế nên các trường hợp tính toán bất lợi chưa kiểm tra hết