Giới thiệu và cơ sở thiết kế công trình thủy lợi (đại học thủy lợi)

Giảng viên: NGUYỄN PHƯƠNG DUNGChương 5: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ ĐỘ BỀN CỦA CÔNG TRÌNH Bộ môn: THỦY CÔNG BÀI GIẢNG: GIỚI THIỆU & CƠ SỞ THIẾT KẾ C.T.T.L... + Độ bền và ổn định chung của hệ c

Trang 1

Giảng viên: NGUYỄN PHƯƠNG DUNG

Chương 5: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ

ĐỘ BỀN CỦA CÔNG TRÌNH

Bộ môn: THỦY CÔNG

BÀI GIẢNG: GIỚI THIỆU & CƠ SỞ THIẾT KẾ C.T.T.L

Trang 3

• ĐK ổn định: ct bảo toàn vị trí và hình dạng ban đầu dưới

dạng cân bằng trong trạng thái biến dạng

Kết luận: đk độ bền => xđ nội lực

đk độ cứng => cvi

đk ÔĐ => lực tới hạn

Trang 4

Bậc 1

Pp độ tin cậy (xs

thống kê)

- Hàm phân bốchuẩn (B2)

- Hàm ngẫu nhiênhoàn toàn (B3)

Trang 5

định theo pp nửa thống kê.

 Pp độ tin cậy: xét về bản chất thay đổi thường xuyên

của các tải trọng và tác động, tính chất VL, bản chất kếtcấu, các ĐK khai thác sử dụng => sử dụng lý thuyết

xác suất để đánh giá độ tin cậy

Trang 6

I Phương pháp tất định:

Phương pháp ứng suất cho phép: vật liệu làm việc chỉ ở

trong giai đoạn đàn hồi!

• Điều kiện bền max  []

• Ứng dụng: - tk cửa van và các kết cấu khác

- tk sơ bộ đập BT, BTCTPhương pháp hệ số an toàn (chung):

* Điều kiện ổn định của công trình là:

Trang 7

§5-1: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH

II TÍNH TOÁN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN:

1 Những luận điểm cơ bản:

Sử dụng một nhóm các hệ số an toàn:

+ Hệ số tổ hợp tải trọng nc,

(nc=1:tải trọng cơ bản; 0,9:tải trọng đặc biệt; 0,95:thi công)

+ Hệ số điều kiện làm việc m,+ Hệ số tin cậy Kn, theo TTGH2, Kn=1;

(CT cấp I: K n =1,25; cấp II: K n =1,20; cấp III, IV, V: K n =1,15)

+ Hệ số lệch tải n, (xem bảng sau)

+ Hệ số an toàn về vật liệu KVL=1;

(trạng thái giới hạn thứ nhất, với kết cấu kim loại, KVL=1,5)

Các hệ số này thay thế cho một hệ số an toàn chung K

n c N tt  m.R/K n

Trang 8

1 Những luận điểm cơ bản (tiếp):

Hệ số điều kiện làm việc m (Theo TTGH thứ 2, lấy m = 1)

ST

T

Loại công trình và nền m

1 Công trình bêtông và BTCT trên nền đất, đá nửa cứng 1,00

2 Công trình bêtông và BTCT trên nền đá

a Khi mặt trượt đi qua các khe nứt trong nền đá 1,00

b Khi mặt trượt đi qua mặt tiếp xúc giữa bêtông và đá hoặc đi 0,95

Trang 9

1 Những luận điểm cơ bản (tiếp):

Hệ số lệch tải n

Trang 10

2 Các trạng thái giới hạn:

a) Trạng thái giới hạn thứ nhất: Công trình, kết cấu và nền

làm việc bình thường trong điều kiện khai thác bất lợi nhất Tác động vượt quá tt này thì việc khai thác CT sẽ bị ngừng trệ (CT bị phá hoại)

+ Độ bền và ổn định chung của hệ công trình – nền, + Độ bền thấm chung của nền và công trình đất,

+ Độ bền các bộ phận ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm

Trang 11

2 Các trạng thái giới hạn (tiếp):

b) Trạng thái giới hạn thứ hai: Công trình, kết cấu và nền

làm việc bất lợi trong điều kiện khai thác bình thường Tácđộng vượt quá tt này thì việc khai thác sẽ bị giảm sút (CT vẫnchưa bị phá hoại)

+ Độ bền cục bộ của nền, + Chuyển vị và biến dạng, + Sự tạo thành, mở rộng vết nứt và mối nối thi công, + Sự phá hoại độ bền thấm cục bộ,

+ Độ bền của kết các cấu bộ phận.

Trang 12

+ N tt =n.N tc - trị số tính toán của tải trọng tổng hợp,

(N tc - tải trọng tiêu chuẩn, n - hệ số lệch tải);

+ R=R TC /K VL - trị số tính toán của sức chịu tổng hợp của công trình hay nền,

Trang 14

Bậc 1

Pp độ tin cậy (xs

thống kê)

- Hàm phân bốchuẩn (B2)

- Hàm ngẫu nhiênhoàn toàn (B3)

Trang 15

III Pp độ tin cậy:

Nội dung tính toán:

• Thông số tải trọng N

• Thông số độ bền R

• ĐK bền hoặc ĐK ÔĐ: R>N

• Xác suất tin cậy: p(R-N)>0

• Xác suất tin cậy tiêu chuẩn: ~ cấp CT, loại kết cấu

• Đk thỏa mãn độ tin cậy: p ≥ ptc

Các hàm N, R, p=p(R-N); đều tuân theo quy luật pbotiêu chuẩn của lý thuyết xác suất Nhiệm vụ: xác định các

thông số: 𝑁, 𝑅, 𝜎𝑁, 𝜎𝑅

Trang 16

§5-2: ỔN ĐỊNH CỦA C.TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐÁ

§5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT

Trang 17

§5-2: ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐÁI- KHẢ NĂNG MẤT ÔĐ CỦA CT TRÊN NỀN ĐÁ:

- Các công trình gồm: các loại đập dâng nước, tường chắn, cống bằng đá xây, bêtông, bêtông cốt thép đặt trên nền đá

- Các khả năng mất ổn định toàn khối của công trình:

+ Bị trượt theo một mặt nào đó (ngang, nghiêng), + Bị lật quanh một trục nằm ngang,

+ Bị đẩy nổi do tác dụng của các lực từ dưới lên trên.

Trang 18

§5-2: ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐÁ

II P.PHÁP XÉT LỰC MA SÁT TRÊN MẶT PHÁ HOẠI:

Trang 19

II P.PHÁP XÉT LỰC MA SÁT TRÊN MẶT PHÁ HOẠI:

1 Khi mặt trượt nằm ngang:

Q

Trang 20

I P.PHÁP XÉT LỰC MA SÁT TRÊN MẶT PHÁ HOẠI:

2 Khi mặt trượt nằm nghiêng:

Trang 21

+ P’: tổng hợp các lực thẳng đứng (từ mặt trượt trở lên,

không bao gồm áp lực đẩy nổi),

+ Q: tổng hợp các lực nằm ngang từ mặt trượt trở lên,

+  - góc giữa phương mặt trượt và phương nằm ngang,

+ f: hệ số ma sát tiếp xúc tại mặt trượt.

Trang 22

- Khi mặt trượt nghiêng về thượng lưu:

- Khi mặt trượt nghiêng về hạ lưu:

dn t

Trang 23

3 Nhận xét:

+ Mặt trượt nghiêng về TL: Cho Kt lớn => an toàn hơn

+ Mặt trượt nghiêng về HL: Cho Kt nhỏ => ít an toàn hơn

+ Khi nền đá có các thớ nằm ngang, nghiêng về HL => nên tạo mặt trượt nghiêng về TL hoặc tạo thành hình răng cưa nghiêng về TL để làm tăng ổn định cho công trình

+ Phương pháp này cho các công thức tính toán đơn giản,

bỏ qua lực dính trên mặt trượt => thiên về an toàn

+ Phương pháp này thường dùng trong thiết kế sơ bộ

Trang 24

II P.PHÁP XÉT LỰC CHỐNG CẮT TRÊN MẶT PHÁ HOẠI:

- Cường độ chống cắt  ở mỗi điểm trên mặt trượt (ĐL

Colomb):

 = f. + C

+ f và C là đặc trưng chống cắt trên mặt phá hoại của

nền đá (có ý nghĩa như hệ số ma sát và lực dính đơn vị)

+  - ƯS pháp trên mặt tính toán

- Lực chống cắt trên mặt phá hoại: F c = f.P + A.C

Trang 25

§5-2: ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐÁIII P.PHÁP XÉT LỰC CHỐNG CẮT TRÊN MẶT PHÁ HOẠI:

song và vuông góc với mặt trượt

  K sin

' P cos

Q

A C f

) W

sin Q

cos '

' P cos

Q

A C f

) W

sin Q

cos '

Trang 26

§5-2: ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐÁIII P.PHÁP XÉT LỰC CHỐNG CẮT TRÊN MẶT PHÁ HOẠI:

Nhận xét:

- Phương pháp này phản ánh sát thực tế hơn

- Các h/s f và C được xác định bằng thí nghiệm mẫu

- Trị số C trong tính toán phải lấy nhỏ hơn trị số thí nghiệm

 theo quy phạm Liên Xô, trị số C tính toán chỉ lấy khoảng

30%40% kết quả thí nghiệm)

 Theo QP Mỹ: lấy f và C theo trị số thí nghiệm, đồng thời

Trang 27

§5-3: ỔN ĐỊNH CỦA C.TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤT

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Trang 31

I NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG:

2 Phán đoán khả năng trượt:

a) Điều kiện 1: Điều kiện về chỉ số mô hình hoá:

chặt và 3,0 đối với các loại đất khác.

lim max

Trang 32

b) Điều kiện 2: Điều kiện về cường độ chống cắt của nền:

lực dính đơn vị của đất nền;

Trang 33

c) Điều kiện 3: Điều kiện về về tốc độ cố kết:

Trang 34

- Với nền đất sét dẻo , dẻo cứng và dẻo mềm: chỉ cần xét sơ

đồ trượt phẳng nếu thoả mãn đồng thời cả ba điều kiện trên

Trang 35

II TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỒ TRƯỢT PHẲNG:

* Công thức kiển tra ổn định:

1 Khi mặt trượt nằm ngang:

c n

tt

R n K K

P T

E

1

2 b2 c1

Trang 36

II TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỒ TRƯỢT PHẲNG:

* Công thức kiển tra ổn định:

* Nghiêng về phía thượng lưu: Lực chống trượt:

R = (P’cos + Qsin - Wđn)tgI + m1Eb2cos + A’CI

- Lực gây trượt: Ntt = Qcos - P’sin

+ P’ - tổng các lực đứng (không bao gồm lực đẩy nổi).

c n

tt

R n K K

Trang 37

§5-3: ỔN ĐỊNH CỦA CÔNG TRÌNH XÂY TRÊN NỀN ĐẤTIII TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỒ TRƯỢT HỖN HỢP:

Phần B1 trượt sâu; phần B2 trượt phẳng

B* = B - 2ep

B

B B

* 1

Trang 38

* Công thức kiểm tra ổn định:

- Lực chống trượt:

R = (TBtgI + CI)B2L + ghB1L

- Lực gây trượt: Ntt = Q

c n

tt

R n K K

Trang 39

Trang 40

IV TÍNH ỔN ĐỊNH THEO SƠ ĐỒ TRƯỢT SÂU:

P Q

Q

P

x x

P N

1 1

1 0

Trang 41

1 Trường hợp nền đồng chất: ( 35 , 36 , 37 , 38 )

P Q

Q

P

x x

P N

1

1 1

1 0

Trang 42

1 Trường hợp nền đồng chất: (Hình vẽ)

Các lực tác dụng bao gồm:

- Hợp lực P của các lực thẳng đứng có tay đòn đến điểm đầu cung trượt (điểm I) là x0

- Hợp lực Q của các lực nằm ngang, có tay đòn đến điểm I là

y0

- Trọng lượng đất nằm trong cung trượt, tính theo dung trọng

Trang 43

1 Trường hợp nền đồng chất: (Hình vẽ)

Các lực tác dụng bao gồm:

- Áp lực thấm trong phần cung trượt, có thể tính gần đúng:

Wth = nJii

n - trọng lượng riêng của nước;

Ji - gradien thấm tại ô lưới thứ i;

i - diện tích ô lưới thứ i

Hợp lực Wth có cánh tay đòn đến O là r

- Ta dời song song hệ lực (P, Q) đến vị trí mới (P1, Q1) có Q1

đi qua điểm I, điểm đặt của P1

xác định bởi tay đòn đến điểm I là: 1 0 0

Q

x x y

P

 

Trang 44

1 Trường hợp nền đồng chất: (Hình vẽ)

- Trượt lực P1 dọc theo giá của nó, cắt cung trượt tại B,

phân tích lực P1 ra 2 thành phần:

- Trượt lực Q1 dọc theo giá của nó đến cuối cung trượt tại D; phân tích lực Q1 ra hai thành phần:

Trang 45

1 Trường hợp nền đồng chất: (Hình vẽ)

Xét trường hợp cân bằng giới hạn, lực tác dụng lên cung trượt gồm có:

- Các lực ma sát do lực theo hướng pháp tuyến sinh ra:

S1 = N1tg = Pcostg

S2 = N2tg = Qsintg

S3 = Gtg;  - góc ma sát trong của đất nền

- Lực dính dọc theo cung trượt: Fc = 2RC

Trang 46

1 Trường hợp nền đồng chất:

Hệ số an toàn ổn định được xác định theo công thức:

gt

M K

M



Trang 47

2 Trường hợp nền không đồng chất: ( 41 , 42 , 43 )

Trang 48

2 Trường hợp nền không đồng chất: (Hình vẽ)

- Nền có nhiều lớp đất có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau (j, j,

Cj) thì phải chia khối trượt thành nhiều dải thẳng đứng có

chiều rộng b bằng nhau

- Xét cân bằng giữa mômen chống trượt và đẩy trượt của

các dải đất đó do lực thẳng đứng truyền xuống đáy dải là:

Pi = Pin + Piđ

Trang 49

2 Trường hợp nền không đồng chất: (Hình vẽ)

- Phân tích lực Pi ra 2 thành phần:

i - góc định vị của dải thứ i

- Tổng lực ngang Q cũng được dời xuống mặt nền, trượt dọc theo giá của nó đến cuối cung trượt tại D; phân tích lực Q ra hai thành phần:

Trang 50

2 Trường hợp nền không đồng chất: (Hình vẽ)

Hệ số an toàn ổn định được xác định theo công thức:

+ i, Ci - góc ma sát trong và lực dính đơn vị của lớp đất dưới đáy dải thứ i;

cp

n K K

Trang 51

3 Tính ổn định mái dốc của đập đất:

+ Hệ số an toàn ổn định:

] K

[ M

M K

trượt thành nhiều

dải có chiều rộng

m R

b  m – lấy bằng 10  20

Trang 52

3 Tính ổn định mái dốc của đập đất (tiếp):

vµm

n

+ Lực thấm tác dụng lên khối đất trượt là: W = n .J tb

] [

.

K

l C

tg N

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	1,37 MB