ĐỀ VÀ BÀI GIẢI THIẾT KẾ BỂ NƯỚC

Bài 1:Thiết kế theo trạng thái giới hạn 1 cho bể nước hình trụ tròn có kích thước và cấu tạo như hình vẽ. Bản nắp tựa lên bản thành.Vậy liệu: bê tông B20 ( ), cốt thép CI Với Chiều dày bản bê tông cốt thép: TLBT các lớp cấu tạo: Hoạt tải tiêu chuẩn trên bản nắp: Giả sử mực nước ngầm cách mặt đất 1m và trọng lượng riêng bảo hòa của đất . Kiểm tra đẩy nổi cho bể.Bài giải:1.Bản nắp:a)Tải trọng tác dụng:•Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo: •Hoạt tải sửa chữa: Tổng tải: b)Sơ đồ tính:•Bản tròn biên tựa đơn: Với :Tải trọng bản nắp : hệ số Poisson của bê tôngc)Nội lực:•Bản tròn biên tựa đơn:Nội lựcX=0(m)X=2.5(m)Mr (kN.mm)6.250Mt(kN.mm)6.253.125Q (kNm)06.25d)Tính toán và bố trí cốt thép:•Tính theo cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật. , , Tính toán thép thep phương Mr tại X=0 (nhớ nhân 100)Chọn d8a100 với As=503(mm2m)Bảng tra diện tích cốt thép:

Trang 1

Bài 1:

Thiết kế theo trạng thái giới hạn 1 cho bể nước hình trụ tròn có kích thước và cấu tạo như hình vẽ Bản nắp tựa lên bản thành

Vậy liệu: bê tông B20 (b 0.9 ), cốt thép CI

18 / , 15

Chiều dày bản bê tông cốt thép:

80( ), 120 , 150

TLBT các lớp cấu tạo:

Hoạt tải tiêu chuẩn trên bản nắp:

2

0.75 / ( 1.3)

C

P

Giả sử mực nước ngầm cách mặt đất 1m và trọng lượng riêng bảo hòa của đất

3

22 /

  Kiểm tra đẩy nổi cho bể

Bài giải:

1 Bản nắp:

a) Tải trọng tác dụng:

 Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo:

2

4( / )

bn

 Hoạt tải sửa chữa:

2

1.3 0.75 0.975( / )

c bn

 Tổng tải:

2

4 0.975 5( / )

b) Sơ đồ tính:

 Bản tròn biên tựa đơn:

Trang 2

2 2

16

2

r

t

q

qx

Q



        



Với qq bn :Tải trọng bản nắp

  0.2 : hệ số Poisson của bê tông

c) Nội lực:

 Bản tròn biên tựa đơn:

d) Tính toán và bố trí cốt thép:

 Tính theo cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật

0

0.9 11.5 10.35( ), 225( )

bn



2 0

b

M

  ,   1 (1 2 m) , b 0 ;

s

A

R

  



0

s A

b h

 

 Tính toán thép thep phương Mr tại X=0

0.143 10.35 10 1000 65 10.35 1000 65

m

1 1 2 m 0.155

     

Trang 3

0.155 10.35 1000 65

463.45( ) 225

s

463.45

0.713%

1000 65

Chọn d8a100 với As=503(mm2/m) Bảng tra diện tích cốt thép:

Ô bản Mô men

(kN.m/m)

m

(mm2/m

(%)

d (mm)

a (mm)

As (mm2/m)

Mr 6.25 0.143 0.155 463.45 0.713 8 100 503

Mt 6.25 0.143 0.155 463.45 0.713 8 100 503

Thép cấu tạo: chọn d6a200

Bố trí cốt thép:

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 250

6 2.83 2.57 2.36 2.17 2.02 1.88 1.77 1.66 1.57 1.49 1.41 1.13

8 5.03 4.57 4.19 3.87 3.59 3.35 3.14 2.96 2.79 2.65 2.51 2.01

10 7.85 7.14 6.54 6.04 5.61 5.24 4.91 4.62 4.36 4.13 3.93 3.14

12 11.31 10.28 9.42 8.70 8.08 7.54 7.07 6.65 6.28 5.95 5.65 4.52

14 15.39 13.99 12.83 11.84 11.00 10.26 9.62 9.06 8.55 8.10 7.70 6.16

16 20.11 18.28 16.76 15.47 14.36 13.40 12.57 11.83 11.17 10.58 10.05 8.04

18 25.45 23.13 21.21 19.57 18.18 16.96 15.90 14.97 14.14 13.39 12.72 10.18

20 31.42 28.56 26.18 24.17 22.44 20.94 19.63 18.48 17.45 16.53 15.71 12.57

22 38.01 34.56 31.68 29.24 27.15 25.34 23.76 22.36 21.12 20.01 19.01 15.21

25 49.09 44.62 40.91 37.76 35.06 32.72 30.68 28.87 27.27 25.84 24.54 19.63

28 61.58 55.98 51.31 47.37 43.98 41.05 38.48 36.22 34.21 32.41 30.79 24.63

BẢNG TRA DIỆN TÍCH CỐT THÉP PHÂN BỐ TRÊN 1m BỀ RỘNG BẢN (cm 2 /m)

Đường kính

(mm)

Khỏang cách phân bố (mm)

Trang 4

2 Bản thành:

 Xét trường hợp bất lợi

 TH1: Áp lực nước+gió hút

 TH2: Áp lực đất

 Áp lực nước:

2

1 10 2.5 25( / )

P  n    h   kN m

 Áp lực gió hút:

2

0 1.2 0.83 0.7 0.6 0.4( / )

h

P  n w   k c     kN m

Địa điểm xây dựng, Thành phố hồ chí minh, địa hình B

(giá trị áp lực gió hút không đáng kể nên không xét)

 Áp lực đất

2

tan (45 )

2 15 1.1 18 ' 2 ' tan (45 ) 23 /

2

kN m





Trang 5

b) Sơ đồ tính

 Cắt dải bản có chiều rộng b=1m, cách bản nắp một đoạn z=2.5m

Tải trọng tác dụng tại vị trí z

 Áp lực nước

 Áp lực đất

Sơ đồ tính là khung kín:

c) Nội lực

 TH 1: N k P z n, R25 2.5 62.5(kN)

 TH 2: N n P z d, R23 2.5 57.5(kN)

d) Tính toán và bố trí cốt thép

 Thép vòng:

 TH1: Lực kéo N=62.5(kN)

 Tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm tiết diện chữ nhật: b=120mm, h=1000mm, Rs=225Mpa

 Diện tích cốt thép chịu kéo:

Trang 6

62.5 10

278( / ) 225

st s

N

R



min

278

0.23% 2 0.2%

120 1000

st t

A A

 TH2: Lực nén N=57.5(kN)

 Tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm tiết diện chữ nhật:

B=120mm, h=1000mm, Rb=10.35MPa, Rsc=225Mpa

Hệ số uốn dọc, đối với vòng kín

1

 Diện tích cốt thép dọc chịu nén:

2

27.5 10.35 120 1000

225

st

sc

N

R

 Xét 2 trường hợp (TH1và TH2) thì Ast,max=278mm2/m Chọn D6a200 bố trí 2 lớp (Ast=2x141=282mm2/m)

 Thép đứng:

TLBT bản nắp:

2

5

4

G g A     kN

Hoạt tải trên bản nắp:

2

5

4

TLBT bản thành:

4.5 5 2.5 177( )

G g A      kN

Tổng lực nén:

79 19 177 275( )

Tính theo cấu kiện chịu nén đúng tâm, tiết diện vành khuyên

D=5000mm, D0=5000-2x120=4760mm, Rb=10.35Mpa, Rsc=225Mpa

Chiều dài tính toán:

14 15.39 13.99 12.83 11.84 11.00 10.26 9.62 9.06 8.55 8.10 7.70 6.16

16 20.11 18.28 16.76 15.47 14.36 13.40 12.57 11.83 11.17 10.58 10.05 8.04

18 25.45 23.13 21.21 19.57 18.18 16.96 15.90 14.97 14.14 13.39 12.72 10.18

20 31.42 28.56 26.18 24.17 22.44 20.94 19.63 18.48 17.45 16.53 15.71 12.57

22 38.01 34.56 31.68 29.24 27.15 25.34 23.76 22.36 21.12 20.01 19.01 15.21

25 49.09 44.62 40.91 37.76 35.06 32.72 30.68 28.87 27.27 25.84 24.54 19.63

28 61.58 55.98 51.31 47.37 43.98 41.05 38.48 36.22 34.21 32.41 30.79 24.63

Đường kính

(mm)

Trang 7

0 2 2500 5000( )

L L   mm (nếu bản nắp ngàm thì sao)

Diện tích tiết diện bê tông:

1838784( )

b

Hệ số uốn dọc:

min

5000 4760

5.5 10 ( )

12 min

min

5.5 10

1726( ) 1838784

I

A



0

min min

5000

1726

L

i

Diện tích cốt thép dọc chịu nén:

3

275 10

10.35 1838784

225

st

sc

N

A

R





Chọn D6a200 bố trí 2 lớp (Ast=2x141=282mm2/m)

14 15.39 13.99 12.83 11.84 11.00 10.26 9.62 9.06 8.55 8.10 7.70 6.16

16 20.11 18.28 16.76 15.47 14.36 13.40 12.57 11.83 11.17 10.58 10.05 8.04

18 25.45 23.13 21.21 19.57 18.18 16.96 15.90 14.97 14.14 13.39 12.72 10.18

20 31.42 28.56 26.18 24.17 22.44 20.94 19.63 18.48 17.45 16.53 15.71 12.57

22 38.01 34.56 31.68 29.24 27.15 25.34 23.76 22.36 21.12 20.01 19.01 15.21

25 49.09 44.62 40.91 37.76 35.06 32.72 30.68 28.87 27.27 25.84 24.54 19.63

28 61.58 55.98 51.31 47.37 43.98 41.05 38.48 36.22 34.21 32.41 30.79 24.63

Đường kính

(mm)

Trang 8

3 Bản đáy:

Xét hai trường hợp bất lợi:

TH1: Bể đầy nước

TH2:Bể không có nước

 TH1: Khi bể đầy nước

 Tải trọng phân bố đều trên bản đáy:

TLBT bản đáy:

2

5( / )

bd

Áp lực nước:

2

1 10 2.5 25( / )

P  n    h   kN m

2

 Tải trọng phân bố đều theo chu vi bản đáy:

2

275 17.5( / ) 5

D

Trang 9

Bản đáy đặt trên nền đất

>> Bản trên nền đàn hồi

c) Nội lực:

Lý thuyết bản trên nền đàn hồi: Sử dụng chương trình PTHH (SAP, ETABS, MIDAS, ANSYS )

Cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật (b=1000mm, h=150mm)

 TH2: Khi bể không có nước

TLBT bản đáy:

2

5( / )

bd

Phản lực đất nền do toàn bộ trọng lượng bể và các tải trọng tác dụng trên bản nắp:

TLBT bể:

2

5

79 177 5 ( ) 354( )

4

Hoạt tải trên bản nắp:

19

bn

2 2

354 19

19( / ) 5

4

bn pl

bn

A





Áp lực đẩy nổi:

  (22 10) (2 1) 12( / 2)

Tổng tải trọng:

2

19 12 5 26 /

Bản tròn đàn hồi, cạnh ngàm, chịu tải phân bổ đều q=26kN/m2

Trang 10

2 2

16

2

r

t

q

qx

Q

        



Với q :Tổng tải trọng

  0.2 : hệ số Poisson của bê tông

c) Nội lực:

 Bản tròn biên ngàm:

“dấu trừ (-) chi biết mô men căng thờ trên và ngược lại

Tính theo cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật (b=1000mm, h=150mm) Cốt thép trong bản đáy bố trí 2 lớp đối xứng

Chọn giá trị cốt thép lớn trong 2 trường hợp TH1 và TH2 để bố trí

4 Hiệu ứng biên:

Giá trị Mt tại vị trí biên tiếp giáp giữa bản thành với bản đáy

2

1 10 2.5 25( / )

P  n    h   kN m 0.76 bt 0.76 2.5 0.12 0.416( )

1 0.6 bt 0.6 2.5 0.12 0.33

S

h

Trang 11

Tính theo cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ nhật

b=1000mm, h=120mm, h0=100mm, Rb=10.35(MPa), Rs=225MPa

0.017 10.35 10 1000 100 10.35 1000 100

m

1 1 2 m 0.018

     

2

83( / )

s

Chọn d10a150 với As=524(mm2/m)

Bảng tra diện tích cốt thép:

5 Kiểm tra đẩy nổi:

Trọng lượng bản thân “tiêu chuẩn” của bể khi không chứa nước:

354 308 1.15

c

tb

G

n

Lực đẩy nổi:

2

5 (22 10) (2 1) ( ) 236( )

4

Điều kiện:

c

dn

Kết luận: Bể không bị đẩy nổi