Công trình bể nước ngầm.: bể xử lý nước thải Kích thước : 6x11 (m) Chiều dày chọn sơ bộ bản thành 200 mm,bản đáy 250 mm,bản nắp 100 mm và kích thước dầm đáy : dầm ngang 40x70 cm , dầm dọc 30x60 cm , dầm nắp 25x40 cm Mực nước cao nhất trong bể 3,15 m Bể nước được làm bằng vách bê tông cốt thép chịu lực toàn khối được truyền xuống dầm đáy .
Trang 1BẢN THUYẾT MINH BỂ NƯỚC
I CẤU TẠO VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU BỂ NƯỚC
- Công trình bể nước ngầm.: bể xử lý nước thải
- Kích thước : 6x11 (m)
- Chiều dày chọn sơ bộ bản thành 200 mm,bản đáy 250 mm,bản nắp 100 mm và kích thước dầm đáy : dầm ngang 40x70 cm , dầm dọc 30x60 cm , dầm nắp 25x40 cm
- Mực nước cao nhất trong bể 3,15 m
- Bể nước được làm bằng vách bê tông cốt thép chịu lực toàn khối được truyền xuống dầm đáy
II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẤU KIỆN
II.1 Tính bể chìm:
Quy trình tính toán được thực hiện theo các đầu mục sau :
1.Đầu vào và tải trọng:
2.Tính thành bể
3.Tính đáy bể
4.Tính nắp bể
5.Tính dầm năp
6.Tính dầm đáy
II.2 Đầu vào và tải trọng:
1.Kích thước bể:
-Chiều dài bể: l=m,bề dày thành bể chọn: btb=0.2m
- Chiều rộng bể b=6m,bề dày đáy bể chọn,bdb=0.25m
-Chiều cao bể h=3.8 m,bề dày nắp bể chọn,bnb=0.1m
-Chiều cao mực nước ngầm:hnng=2.5m
-Chiều cao của đất đắp so với đáy bể:h =3.3m
2.Vật liệu:
-Bể tông cấp độ bền :B15 có Rb=85(kg/cm2),Rb.ser=110(kg/cm2)
Rbt=7.5(kg/cm2) Rbt.ser=11.5(kg/cm2)
Eb= 230000(kg/cm2)
-Cốt thép nhóm :
Thép dọc(thép chủ):CI có Rs=2250(kg/cm2),ξR=0.656
Es=2100000(kg/cm2),αR=0.441 Thép ngang(thép đai):CI có Rsw=1750(kg/cm2);Es=2100000(kg/cm2)
Trong đó:
- Rb.ser,Rbt.ser-cường độ tính toán chụi nén và chụi kéo của bê tông khi tính toán theo trạng thái giới
-Rb.Rbt-cường độ tính toán chụi nén và chụi kéo của bê tông khi tính toán theo trạng giới hạn thứ nhất -Eb,Es-Modun đàn hồi của bê tông và của cốt thép
-Rs,Rsw-cường độ tính toán của thép
Tải trọng lấy theo TCVN 2737-1995
3.Thành bể:
+ Hoạt tải
- Tải do áp lực nước tác dụng lên thành bể(Khi thành chưa đắp đất và mực nước cao nhất
Ρn=γn.hn.n=3150(kg/m2)
Với
-γn-dung trọng của nước, γn=1000(kg/m3)
Trang 2-hn-Chiều cao của nước khi lớn nhất, hn=3.15m
-n-hệ số độ tin cậy, n=1
- Tải do áp lực đất tác dụng lên thành bể(khi thành được đắp đất và bể không chứa nước)
P1d=γd.h.n.tan(45-ϕ/2)=4533.66878 (kg/m2)
Với: γd-dung trọng tự nhiên của đất, γd=1800(kg/m3)
-h-Chiều cao của đất đắp bên thành bê, h=3.3m
-n-hệ số độ tin cậy, n=1.3
-ϕ-Góc ma sát trong của đất, ϕ=13.54
- Áp lực đẩy nổi của nước ngầm tác dụng lên thành bể:
Pđn=γđn.hđn.n.tan(45-ϕ/2)=684.017(kg/m2)
Vớihđn-chiều cao của mực nước ngầm so với đáy bể, hđn=2.5m
n-hệ số độ tin cậy, n=1.3
- γđn-Dung trọn đẩy nổi của nước ngầm,tính như sau: γđn=(γrd-γn).(1-n')=358.479(kg/m2)
-γrd-Dung trọng riêng của đất,γrd=2683(kg/m3)
với n'-Hệ số rỗng của đất,n'= 0.787
+ Tĩnh Tải
- Bê tông thành bể: gtb=n.γbt.htb=550(kg/m2)
Với :n-hệ số độ tin cậy,n=1.1
-γbt-Dung trọng của bê tông,γbt=2500(kg/m3)
-htb-bề rộng(dày) thành bể,htb=0.2
- Lớp trát bể: gt=n.γ.h=58.5(kg/m2)
Với
-γ-dung trọng của vữa trát, γ=1800(kg/m2)
-n-hệ số độ tin cậy,n= 1.3
-h-bề dày trát bể, h=0.025m,tổng tĩnh tải: g=608.5(kg/m2)
- Quy về tập trung: mtb=(qtb+qt).2(l+b).h= 78618.2kg =78.6182T
4 Đáy bể:
+Hoạt tải:
- Áp lực của nước tác dụng lên đáy bể(khi nước đầy):Pn=γn.hn.n= 3150(kg/m2)
+Tĩnh tải"
- Bê tông đáy bể: gdb=n.γbt.hdb=687.5(kg/m2)
Với hdb-Chiều dày đáy bể,hdb=0.25 m,tổng g=746 (kg/m2)
- Lớp trát bể: gt=n.γ.h=58.5(kg/m2)
- Quy về tập trung: mdb=(qdb+qt).l.b=49236kg = 49.236 T
-Áp lực đẩy nổi của nước ngầm lên đáy bể: pdn=γdn.n.hnng=1165.05675(kg/m2)
- Lực đẩy nổi của nước ngầm:
Gdn=l.b.γdn.n.hnng=30757.4982 kg = 30.7574982T
5.Nắp bể:
+Hoạt tải:
Hoạt tải sửa chữa: Pnb=n.P= 97.5(Kg/m2)
Với n-hệ số tin cậy,n=1.3 ,P= 75(Kg/m2)
+Tĩnh tải:
Bê tông nắp bể:gnb=n.γbt.hnb=275 (kg/m2)
Với hnb-bề dày nắp bể,hnb= 0.1(kg/m2)
tổng: gnb=333.5(kg/m2)
Lớp trát bể:gt=n.γ.h= 58.5(kg/m2)
Trang 3Quy về tập trung: mnb=(qnb+qt).l.b=22011kg=22.011T
6.Dầm nắp:
Dầm theo phương chiều rộng bể: Khoảng cách giữa trục tim các dầm: x =3.67m
Nhịp dầm: ldn=5.8m
Tiết diện dầm: chiều rộng b= 0.25m
chiều cao h= 0.4m +Tĩnh tải :
Bê tông dầm:gdn=γbt.n.(h-hnb).b=206.25 (kg/m)
Quy về tập trung: m=gdn.ldn=1196.25kg=1.19625T
Số lượng dầm nắp: n=3cái
tổng khối lượng mdn=tổng khối lượng mdn=3.58875T
Tải từ bản nắp truyền vào dầm dạng hình thangvà quy đổi tương đương thành phân bố đều:
qdn=2.qht.k=1314.448261 (kg/m) Với: qht-tải trọng ở dạng hình thang(cạnh lớn),qht=x/2.(Pnp+gnb)=790.1666667(kg/m)
K=1-2.β2 +β 3 = 0.831753804
Β=
2.l
x
dn =0.316091954
Tổng tải trọng tác dụng lên dầm nắp: q=gdn+qdn= 1520.698261 (kg/m)
II.3.Tính đáy bể:
1.Tính độ bền:
Sơ đồ tính:Xem bản như là một bản móng có độ cứng hữu hạn đặt trên nền đất liên kết ngàm với các dầm đáy(bản thành).Bản được tính tương tự như đối với bản sàn(lật ngược) chụi áp lực phản lực phân
bố đều của đất nền
Ta xét tới 2 trường hợp bất lợi là lúc đầy nước và lúc không chứa nước.
Bản được tính theo sơ đồ ô bản đọc lập(ô số 9)
Với L1,L2-kích thước cạnh ngắn và cạnh dài của bản
*TH1:Khi bể chứa đầy nước
-L1=5.4m g=746(kg/m2)
-L2=5.8m p=3150(kg/m2)
-hb=25cm P=(g+p).L1.L2=122022.72 kg
Trang 4-b=100cm Rb=85(kg/cm2)
-a=3cm
-Rs=2100000 (kg/cm2)
ho=22cm
-Momen giữa nhịp:
Theo cạnh ngắn:M1=m91.P
Theo cạnh dài:M2=m92.P
-Momen tại gối:
Theo cạnh ngắn:MI=k91.P
Theo cạnh dài:MII=K92.P
Hệ số tra bảng(ô số 9)
0.0190 0.0167 0.0442 0.0385
Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng
*TH2:Khi bể không chứa nước:
Độ võng của bản ngàm 4 cạnh được tính theo công thức Khi bể không chứa nước đáy bể chịu tải tải trọng bản thân và chịu áp lực đẩy nổi của nướ ngầm,vì hai lực này có chiều ngược nhau thiên về an toàn
ta bỏ qua tải trọng bản thân đáy bể
Áp lực đẩy nổi của nước ngầm tác dụng lên đáy bể: pdn=1165.05675(kg/m2)
Ta có: P=pdn.L1.L2=36489.57741 (kg)
Tính toán tương tự ta có bảng kết quả sau:
As chọn μ %
Vậy chọn:
Thép lớp trên:
Cạnh ngắn: ф12a200(mm)
Cạnh dài : ф12a200(mm)
Trang 5Thép lớp dưới:
Cạnh ngắn: ф14a130(mm)
Cạnh dài : ф14a150(mm)
2 Kiểm tra đẩy nổi:
Để bể không bị đẩy nổi thì phải thõa mãn điều kiện sau:G< l b γdn .hnnng
Trong đó G là tổng tải trọng bản thân của bể nước:
G =∑mi =149.87 T
Lực đẩy nổi : P=l.b.γdn.hnng=30.7574982(T)
=> Kết luận :bể không bị đẩy nổi
3.Kiểm tra độ võng :
Công thức tính độ võng của bản sàn ngàm 4 cạnh :
2
D
α
= = 0.158 cm
Với q=p+g= 3896 (kg/m2)
Trong đó α-hệ số phụ thuộc tỷ số L2/L1 của bản,tra bảng được α= 0.001428 l=L1=540
D-độ cứng trụ được tính theo công thức;
3 2
299479166.7 12.(1 )
b
h E D
µ
−
- μ-hệ số poisson's,μ=0.2
-Eb-modun đàn hồi của bê tông,Eb=230000 (kg/cm2)
-h-chiều dày của bản
Độ võng cho phép: wcp=L/200=2.7cm
=>Kết luận: đảm bảo điều kiện độ võng
II.4.Tính toán thành bể:
1.Tính toán độ bền:
Thành bể được tính như một cấu kiện chụi uốn,để đơn giản ta bỏ qua tải trọng bản than
Tải trọng tác dụng lên thành bể gồm:áp lực nước trong bể,áp lực của nước ngầm và áp lực của đất xung quanh thành
Chiều dài thành:l=11(m),l/h=2.89
Chiều rộng thành:b=6(m),b/h=1.58
chiều cao bể:h=3.8(m)
Nhận thấy thành theo phương l nguy hiểm hơn,tính thành theo phương l,l/h>2,thành được tính như bản loại dầm,sơ đồ tính là một đầu ngàm,một đầu khớp
Ta xét tới 2 trường hợp bất lợi sau:
I.TH1:Bể chứa đầy nước và chưa có đất xung quanh thành
Tải do áp lực nước tác dụng lên thành bể:
n 3465( / 2)
n n
Trang 6
Sơ đồ tính và chất tải Biểu đồ momen
Tiết diện tính:
b=100(cm), a=3(cm) h=20(cm) ,ho=17(cm) Cường độ chụi nén tính toán của bê tông: Rn=90(kG/cm2)
Cường độ chụi kéo tính toán của thép: Ra=2800(kG/cm2)
Momen tại gối:Mg=2540.17(kg.m)=254017(kg/cm2)
Momen tại nhịp:Mnh=1118.44(kg.m)=111844(kg/cm2)
Các công thức tính toán thép tiết diện chịu uốn:
m
b o
M
R b h
α =
;ξ = −1 1 2.− αm ;ζ = −1 0.5ξ
M A
b h
ζ
=
;
%
S o
A bh
µ =
Bảng kết quả:
Momen M(kg.cm)
(Tính) chọn thép (Chọn)
II.TH2:Bể không có nước và có đất xung quanh thành bể
Mực nước ngầm ở cao trình -0.8 so với cốt sân
Tải trọng:tại đáy thành bể
Áp lực đất tác dụng lên thành bể:
Trang 71
13.54 tan(45 ) 1800.3.3.1.3.tan(45 ) 1049.46( / 2)
d d
Áp lực đẩy nổi của nước ngầm tác dụng lên thành bể:
13.54 tan (45 ) 360.2.5.1.3.tan(45 ) 1049.46( / 2)
dn dn
Tổng tải trọng tác dụng tại chân bể:
1d dn 5583.13( / 2)
Sơ đồ tính và chất tải Biểu đồ momen Hoàn toàn tính toán với các công thức tương tự ta có bảng kết quả sau
Vậy chọn ϕ12a100 mm
2.Kiểm tra nứt thành bể:
Kiểm tra nứt theo công thức :
Mr≤Mcrc
Trong đó:
Mr-Momen do ngoại lực nằm ở một phía tiết diện đang xét đối với trục song song với trục trung
hòa và đi xa điểm lõi cách vùng chụi kéo của tiết diện hơn cả
Mcrc-Momen chống nứt của tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện khi hình thành vết nứt,
được xác định theo công thức sau(điều 7.1.2.4 TCVN 5574-2012):
Mcrc=Rbt,ser.Wpl+Mrp
Với cấu kiện không ứng lực trước Mrp=0
Trang 8Wpl-momen kháng uốn của tiết diện đối với thớ chụi kéo ngoài cùng có xét đến biến dạng không
đàn hồi của bê tông vùng chụi kéo.Xác định theo công thức:
S
h x
α α + +
−
Với: +x-khoảng cách từ trục trung hòa đến mép chụi nén
+ Ibo,Iso,I'so-lần lượt là momen quán tính đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chụi nén của diện tích cốt thép chụi kéo và của diện tích cốt thép chụi nén
+Sbo-momen tĩnh đối với trục trung hòa của diện tích vùng bê tông chụi kéo
+Sbo-momen tĩnh của vùng chụi nén đối với trục trung hòa
+Sso ,S'so-momen tĩnh của tiết diện cốt thép chụi kéo và cốt thép chụi nén đối với trục trung hòa
+h'f,hf,b'f,bf-chiều cao,bề rộng cánh trên dưới của tiết diện chữ I,với tiết diện chữ nhật h'f,hf,b'f, bf đều đều bằng 0
Ta có:
3
2
2 2
3
2
( )
2
' 2.(1 ).( ' ) 2.(1 ) '
0.5 1
SO S o
bt
bo bo bo
f
x
h x
h x A
ξ
α α
α ξ
−
− + − =
+ − − + −
= −
− −
Kết quả kiểm tra được thể hiện trong bảng sau
Trang 915.589 15.589
II.5.Tính toán nắp bể:
1.Tính độ bền:
Sơ đồ tính:Xem bản như là một bản móng có độ cứng hữu hạn đặt trên nền đất liên kết ngàm
với các dầm đáy(bản thành).Bản được tính tương tự như đối với bản sàn(lật ngược) chụi áp lực
phản lực phân bố đều của đất nền.Ta xét tới 2 trường hợp bất lợi là lúc đầy nước và lúc không
chứa nước
Bản được tính theo sơ đồ ô bản đọc lập(ô số 9)
Sơ đồ tính nắp bể +Kích thước và tải trọng:
Với L1,L2-Nhịp tính toán cạnh ngắn và cạnh dài của bản
Nhịp ngắn:L1=3.67 ;Tĩnh :tải:g=333.(kg/m2)
Nhịp dài:L2=5.8m; hoạt tải: p=97.5(kg/m2)
hb=10cm;Tổng tải tác dụng lrrn bản :P=(g+p).L1.L2=9165.93kg
b=100cm;Rb=85(kg/cm2)
a=3cm;Rs=2250(kg/cm2)
Chiều cao làm việc của bê tông: ho=7cm
+Momen được tính theo công thức sau:
Trang 10Momen giữa nhịp:
Theo cạnh ngắn:M1=m91.P Theo cạnh dài:M2=m92.P Momen tại gối:
Theo cạnh ngắn:MI=k91.P Theo cạnh dài:MII=K92.P
Hệ số tra bảng(ô số 9):
0.0205 0.0082 0.0455 0.0183 Tính toán thép với các công thức sau:
m
b o
M
R b h
α =
;ξ = −1 1 2.− αm ;ζ = −1 0.5ξ
M A
b h
ζ
=
;
%
S o
A bh
µ =
Kết quả tính toán được cho bởi bảng sau:
As tính (cm2)
chọn (cm2)
μ %
Vậy chọn:
Thép lớp dưới:
Cạnh ngắn: ф6a200(mm)
Cạnh dài : ф8a150(mm)
Thép lớp trên:
Cạnh ngắn: ф8a150(mm)
Cạnh dài : ф8a150(mm)
2.Kiểm tra độ võng nắp bể:
Công thức tính độ võng của bản sàn ngàm 4 cạnh :
2
D
α
= = 0.0927 cm
Với q=p+g= 431(kg/m2)
Trong đó α-hệ số phụ thuộc tỷ số L2/L1 của bản,tra bảng được α=0.00228;l=L1=366,76
D-độ cứng trụ được tính theo công thức;
3 2
19166666.7 12.(1 )
b
h E D
µ
−
- μ-hệ số poisson's,μ=0.2
-Eb-modun đàn hồi của bê tông,Eb=230000 (kg/cm2)
-h-chiều dày của bản
Độ võng cho phép: wcp=L/200=1.833cm
=>Kết luận: đảm bảo điều kiện độ võng
II.6.Tính toán dầm nắp:
Trang 11Để đơn giản hóa trong quá trình tính toán xe, sơ đồ tính dầm nắp:Là dầm đơn giản 2 đầu khớp kê lên dầm nắp dọc thành bể(theo phương cạnh dài của bể)
q
ql2/8 l
Sơ đồ tính và biểu đồ momen Dầm nắp được tính toán theo tiêu chuẩn hiện hành(TCVN5574-2012)
-Cường độ tính toán chịu kéo của cốt thép:Rs=2250 (KG/cm2),
-Nhịp tính toán của dầm l=5.8m
-Cường độ tisnht oán chịu nén của bê tông:Rb=85(KG/cm2)
-kich thước dâm:b=25cm;a=3cm
h=40cm;h0=37cm
q=1.61(t/m)=16.1kg/cm
Các công thức tính toán được tóm tắt như sau:
m b o
M
R b h
α =
;ξ = −1 1 2.− αm
;ζ = −1 0.5ξ
M A
b h
ζ
=
;
%
S o
A bh
µ =
Kết quả tính toán được cho bởi bảng sau:
(kg.cm)
chọn thép
Chọn
ф số thanh
II.7.Tín dầm đáy:
Dầm đáy là hệ dầm trực giao chụi tải trọng từ bể truyền vào.
Nhịp lớn dầm: L=580cm
+Sơ bộ chọn tiết diện:
chiều cao dầm: h =(1/8-1/12).L = (48 -73)cm
Vậy chọn h=70cm =0.7m
chiều rộng dầm b =(0.3-0.5).h = (21 -35) cm
Vậy chọn b =40cm=0.4m, a=3 ; ho=67
Tải tác dụng lên dầm đáy:
+tải từ nắp truyền vào:
Nhịp ngắn dầm:Ln=3.6m
Cạnh ngắn dạng tam giác:độ lớn cạnh qtgn=0.5.Ln.(q+g)= 775.8 kg
Cạnh dài dạng hình thang:độ lớn cạnh: qhtn=qtg=775.8kg
+tải từ thành truyền vào:
Tải bản thân thành dạng phân bố đều: qt=n.γbt.h.b=2090kg
Trang 12+Tải từ bản đáy truyền vào:
Nhịp ngắn dầm: Ln=3.6m
Cạnh ngắn dạng tam giác:độ lớn cạnh : qtgd=0.5.Ln.(g+p)=7012.8kg
Cạnh dài dạng hình thang: độ lớn cạnh: qhtd=qtgd=7012.8kg
Tổng tải tam giác:
- Cạnh ngắn: độ lớn cạnh: qtg=qtgn+qtgd=8367.3kg
- Cạnh dài : độ lớn cạnh: qht=qhtn+qhtd=8367.3kg
Tổng tải hình thang:
-Cạnh ngắn :độ lớn cạnh: qht=qhtn+qhtd=8367.3kg
-Cạnh dài :độ lớn cạnh: qht=qhtn+qhtd=8367.3kg
Quy về tất cả tải về hình thang:
Cạnh ngắn:
độ lớn cạnh:
điểm bé nhất q=2090kg
điểm lớn nhất q=10457kg
Cạnh dài:
điểm bé nhất q=2090kg
điểm lớn nhất q=10547kg
Sơ đồ tính và tải trọng dầm đáy
Trang 13Biểu đồ momen dầm đáy Các công thức tính toán dầm đáy:
m b o
M
R b h
α =
;ξ = −1 1 2.− αm
;ζ = −1 0.5ξ
M A
b h
ζ
=
;
%
S o
A bh
µ =
Kết quả tính toán được cho bởi bảng sau:
chọn
38397 0.2376 0.862 23.74435413 25 6 29.438 1.098 D2(70x40)