Luận văn nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên nghành Xây dựng công trình thuỷ với đề tài: “Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực” được h

Trang 2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

1 GS TS Ngô Trí Viềng

2 TS Nguyễn Trí Trinh

HÀ NỘI, 2010

dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai loi dai

Trang 3

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên nghành Xây dựng công trình thuỷ

với đề tài: “Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của

đập bê tông đầm lăn trọng lực” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình,

hiệu quả của Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học, Khoa Công trình, cùng

các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá

nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố cũng như

tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn

Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TS Ngô Trí

Viềng và TS Nguyễn Trí Trinh đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho

tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả có được kết quả như hôm nay là nhờ vào sự chỉ bảo ân cần của

các thầy cô giáo, cũng như sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè

và đồng nghiệp trong những năm qua

Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi

những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến

của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp

Luận văn được hoàn thành tại Khoa công trình và Phòng đào tạo Đại

học và sau Đại hoc, Trường Đại học Thuỷ Lợi

Lê Đức Anh

Trang 5

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN

ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN

2.4.2 Phân tích độ bền theo phương pháp nội lực phá hoại16T 35

2.4.3 Phân tích độ bền theo phương pháp trạng thái giới hạn 35

Trang 6

CHO BỂ TIÊU NĂNG ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN CÔNG TRÌNH HỒ

CHỨA NƯỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI.16T 49

3.3 Tính toán độ ổn định bể tiêu năng hồ Nước Trong theo phương pháp cổ

điển và phương pháp phần tử hữu hạn16T 55

Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu 12

Hình 1.2 Hình thức bể tiêu năng 13

Hình 1.3 Tường tiêu năng 14

Hình 1.4 Bể và tường tiêu năng kết hợp 14

Hình 1.5 Hình thức các thiết bị tiêu năng 15

Hình 1.6 Các hình thức mố tiêu năng 16

Hình 1.7 Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh 17

Hình 1.8 Công trình thủy điện Tuyên Quang 18

Hình 1.9 Đập tràn hồ Lòng Sông – Bình Thuận 18

Hình 1.10 Đập thủy điện Yaly – Gia lai 19

Hình 1.11 Thủy điện Đại Ninh 19

Hình 1.12 Thủy điện Đồng Nai 3 20

Hình 1.13 Thủy điện Sơn La 20

Hình 1.14 Thủy điện Định Bình - Bình Định 21

Hình 1.15 Thủy điện Suối Đuốc - Bình Định 21

Hình 2.1 Sơ đồ áp lực thấm, đẩy nổi tác dụng vào bể tiêu năng 29

Hình 2.2 Đồ thị đường thẳng giữa cường độ chống cắt và ứng suất pháp 30

Hình 2.3 Đồ thị đường cong giữa cường độ chống cắt và ứng suất pháp 31

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí bể tiêu năng 56

Hình 3.2 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bể tiêu năng 57

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán ổn định bể tiêu năng 64

Hình 3.4 Biểu đồ ứng suất σR x R 65

Hình 3.5 Biểu đồ ứng suất σR y R 65

Hình 3.6 Biểu đồ ứng suất τR xy R 66

Hình 3.7 Biểu đồ ứng suất σ trong thân

Trang 8

bể 66

Hình 3.8 Biểu đồ ứng suất σR y R trong thân bể 66

Hình 3.9 Biểu đồ ứng suất τR xy Rtrong thân bể 66

Hình 3.10 Biểu đồ ứng suất pháp đáy móng 66

Hình 3.11 Biểu đồ ứng suất tiếp đáy móng 67

Hình 3.12 Sơ đồ tính toán mố tiêu năng 72

Hình 3.13 Sơ đồ lực tác dụng lên mố tiêu năng 75

Hình 3.14 Biểu đồ mômen và lực cắt 75

Hình 3.15 Sơ đồ minh họa đoạn 3 bể tiêu năng 76

Hình 3.16 Sơ đồ vị trí mặt cắt xác định nội lực 77

Hình 3.17 Biểu đồ mômen MR y R(4-4) 77

Hình 3.20 Biểu đồ mômen MR x R(2-2) và MR x R(1-1) 78

Hình 3.21 TH2-Biểu đồ mômen MR y R 79

Hình 3.22 TH2-Biểu đồ lực cắt QR y R 79

Trang 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các hình thức tiêu năng của một số công trình thủy lợi, thủy điện

nước ta……….22

Bảng 3.1 Cấp công trình và các thông số kỹ thuật chính 50

Bảng 3.2 Hệ số vượt tải nR c R………

53 Bảng 3.3 Bảng chỉ tiêu cơ lý của bê tông và đá nền dùng trong tính toán……… 53

Bảng 3.4 Các đặc trưng kháng cắt của khối đá nền……… 54

Bảng 3.5 Các đặc trưng chống trượt giữa bê tông và đá nền……….54

Bảng 3.6 Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp……… 55

Bảng 3.7 Tổng hợp lực theo phương thẳng đứng……… 63

Bảng 3.8 Bảng tính toán ổn định trượt theo phương pháp PTHH……….68

Bảng 3.9 Bảng tính toán ổn định đẩy nổi theo phương pháp PTHH 69

Bảng 3.10 Bảng tính hệ số ổn định trượt, đẩy nổi phối hợp phân tích ứng suất bằng PTHH 80

Trang 10

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Các công trình dạng trọng lực khi nói đến khả năng mất ổn định toàn

khối của công trình thường đề cập đến các khả năng mất ổn định sau:

- Bị trượt theo một mặt nào đó, có thể là mặt tiếp xúc giữa công trình

và nền, mặt nằm trong nền hay trong công trình Mặt trượt được xét là mặt

phẳng hoặc mặt nghiêng

- Bị lật quanh một trục nằm ngang khi mômen của ngoại lực gây lật lấy

đối với trục này vượt quá mômen chống lật

- Bị đẩy nổi do tác dụng của các lực hướng từ dưới lên trên (áp lực

thấm, thủy tĩnh, động đất…)

- Hệ thống tiêu năng sau công trình bị phá hoại do dòng chảy, do đó

gây mất ổn định toàn bộ công trình

Tuy nhiên khi thiết kế các công trình dạng trọng lực, nếu ta khống chế

trong mọi trường hợp, tại các mép biên công trình không xuất hiện ứng suất

kéo, hoặc có xuất hiện với trị số nhỏ thì nói chung công trình không bị lật đổ

Vì vậy việc kiểm tra khả năng lật thường là đảm bảo Còn việc kiểm tra đẩy

nổi thường chỉ tiến hành với các công trình có ngưỡng thấp Chính vì vậy

kiểm tra ổn định và độ bền của toàn bộ công trình trong đó có bể tiêu năng là

rất quan trọng đối với việc thiết kế các công trình dạng trọng lực

Trang 11

Hiện nay, các tài liệu trong nước tính toán độ ổn định của bể tiêu năng

mới chỉ dừng lại ở công thức tính toán chung – xem ứng suất là phân bố đều

mà chưa xét đến trường hợp ứng suất phân bố không đều Vì vậy “Nghiên

cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng đập tràn bê tông đầm

lăn trọng lực” là cần thiết nhằm giải quyết tồn tại hiện nay trong công tác

nghiên cứu độ bền và độ ổn định của bể tiêu năng đập bê tông đầm lăn trọng

lực

2 Mục đích

- Tổng quan được các phương pháp tính độ bền và độ ổn định bể tiêu

năng sau công trình

- Đề xuất, lựa chọn phương pháp tính độ ổn định và độ bền hợp lý cho

bể tiêu năng sau công trình

- Vận dụng các kiến thức đã học vào tính toán thiết kế và ứng dụng

công nghệ mới vào sản xuất

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Khái quát tình hình sử dụng các hình thức tiêu năng sau công trình hiện

nay Xem xét các phương pháp tính độ bền và ổn định để lựa chọn phương

pháp phù hợp với yêu cầu đặt ra

4 Phương pháp nghiên cứu

- Sử dụng phương pháp tổng hợp thống kê các tài liệu lý thuyết, kết

hợp với phương pháp tính toán hiện đại và phần mềm ứng dụng

- Áp dụng cho một công trình thực tế

5 Kết quả đạt được

- Lựa chọn được phương pháp tính hợp lý để tính toán độ bền và độ ổn

định của bể tiêu năng sau công trình tràn nói chung và sau đập tràn bê tông

đầm lăn nói riêng

Trang 12

- Nghiên cứu độ ổn định, độ bền bể tiêu năng theo phương pháp tính

toán hiện đại với việc sử dụng phần mềm tính toán vào phân tích ổn định và

độ bền hồ Nước Trong tỉnh Quảng Ngãi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG SAU CÔNG TRÌNH

1.1 Khái niệm tiêu năng sau công trình

Khi xây dựng công trình trên sông, trên kênh thì mực nước phía trước

công trình sẽ dâng lên nghĩa là thế năng của dòng nước tăng lên Khi dòng

chảy đổ từ thượng lưu về hạ lưu, thế năng đó chuyển thành động năng, một

phần động năng phục hồi thành thế năng (bằng mực nước hạ lưu), phần còn

lại (gọi là năng lượng thừa) nếu không có giải pháp tiêu năng hữu hiệu thì sẽ

gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình

Công trình tiêu năng làm bằng đá xây hoặc bê tông, bê tông cốt thép có

kích thước và cấu tạo đặc biệt, nằm sau các công trình như cống, đập tràn, dốc

nước… nhằm tạo ra một đệm nước để giảm hoặc triệt tiêu năng lượng còn lại

của dòng nước khi ra khỏi công trình đó, tránh sự xói mòn chân đập ở hạ lưu

1.2 Các biện pháp tiêu năng phòng xói và phương pháp tính toán tiêu

năng sau công trình

1.2.1 Sự cần thiết tính toán tiêu năng sau công trình

Đặc điểm dòng chảy hạ lưu:

- Có lưu tốc lớn lại phân bố rất không đều trên mặt cắt ngang

- Mực nước hạ lưu lại thường thay đổi luôn

- Mạch động áp lực và mạch động áp suất dòng chảy xảy ra với mức độ

cao Thường sau một đoạn dài nhất định lưu tốc trở về dạng phân bố bình

thường, nhưng mạch động phải sau một đoạn dài hơn nhiều mới trở về trạng

thái bình thường

- Có nhiều khả năng xuất hiện dòng chảy ngoằn nghèo, dòng xiên,

nước nhảy sóng…

Trang 13

Nếu không có giải pháp tiêu năng hữu hiệu thì sẽ gây xói lở nghiêm

trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình, dẫn tới mất ổn định tổng thể công

trình

Từ sự phân tích trên ta thấy việc giải quyết vấn đề tiêu năng ở hạ lưu là

một trong những công việc quan trọng nhất của tính toán thiết kế các công

trình thuỷ lợi

1.2.2 Nhiệm vụ tính toán tiêu năng

Phải tìm được biện pháp tiêu huỷ toàn bộ năng lượng thừa, điều chỉnh

lại sự phân bố lưu tốc và làm giảm mạch động, để cho dòng chảy về trạng thái

tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu

1.2.3 Các biện pháp tiêu năng sau công trình

Dòng chảy sau khi qua đập tràn xuống dưới hạ lưu có năng lượng rất

lớn Năng lượng đó được tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: một phần phá

hoại lòng sông và hai bên bờ gây nên xói cục bộ sau đập, một phần tiêu hao

do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác do ma sát giữa nước và không khí Và

để tiêu hao năng lượng của dòng chảy thường dùng các biện pháp tiêu năng

sau: tiêu năng dòng chảy đáy, tiêu năng dòng chảy mặt, tiêu năng phóng xa

1.2.3.1 Tiêu năng dòng đáy

+ Là hình thức lợi dụng nội ma sát để tiêu hao năng lượng thừa Sau

thiết bị tiêu năng vẫn phải gia cố tiếp (gọi là sân sau thứ hai) Hình thức này

thường dùng với công trình tháo có cột nước thấp, vừa, nền đất, nền đá

+ Thuộc về hình thức này có: Đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp

(gọi chung là hình thức tạo bể Bể tiêu năng có thể tạo ra bằng cách đào gọi là

bể chìm, bằng cách xây tường gọi là bể nổi, bằng cả đào và xây tường gọi là

bể nửa chìm nửa nổi) Ngoài ra còn áp dụng cách giảm độ sâu sau nước nhảy

bằng bố trí thiết bị tiêu năng phụ (mố nhám, dầm tiêu năng…), tạo tường

Trang 14

phân dòng để khuyêch tán đều ở hạ lưu, làm đáy dốc ngược lại mực nước hạ

lưu nhỏ, làm đáy dốc thuận khi mực nước hạ lưu lớn

1.2.3.2 Tiêu năng phóng xa

Theo kinh nghiệm xây dựng của nhiều nước hình thức này được dùng ở

các hồ chứa có cột nước cao và trung bình

Ở nước ta và ở Trung Quốc, người ta ứng dụng hình thức này cả đối

với công trình loại vừa và nhỏ trên nền mềm có cột nước thấp cũng đạt được

kết quả

tốt

Tuy nhiên hình thức này cũng còn một số tồn tại:

+ Hố xói làm biến dạng long sông, làm cho mực nước hạ lưu trạm thủy

điện thay đổi ảnh hưởng đến khả năng phát điện

+ Xung kích của dòng phun tạo thành dòng cuộn ngược hoặc song vỗ

Hình thức này thường ứng dụng với trường hợp lưu lượng lớn nhưng

chênh lệch đầu nước thượng hạ lưu không lớn, bờ ở hạ lưu có khả năng ổn

định, chống xói tốt

Hình thức này đã được áp dụng ở nước ta và nhiều nước trên thế giới

Thực tế sử dụng hình thức tiêu năng này cho thấy khi ứng dụng tiêu

năng dòng mặt thì đảm bảo được điều kiện ứng dụng nhưng ở hạ lưu có sóng

xô mãnh liệt và kéo dài vì vậy rất trở ngại cho thuyền bè đi lại và đe doạ sự

ổn định của bờ

Trang 15

h h

a

Hình 1.1 Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu

a Tiêu năng dòng chảy đáy b Tiêu năng dòng chảy mặt

c Tiêu năng dòng mặt ngập c Tiêu năng phóng xa

1.2.4 Hì nh thức tiêu năng đáy

1.2.4.1 Đặc điểm tiêu năng dòng đáy

Lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để tiêu năng

1.2.4.2 Điều kiện cơ bản của hình thức tiêu năng này

Chiều sâu nước cuối bể phải lớn hơn chiều sâu liên hiệp thứ hai của

nước nhảy (hR b R > hR c R”) để đảm bảo sinh nước nhảy ngập và tiêu năng tập trung

Trong tiêu năng đáy, lưu tốc ở đáy rất lớn, mạch động mãnh liệt, có khả

năng gây xói lở, vì thế trong khu vực nước nhảy cần bảo vệ bằng bêtông (xây

sân sau) Khi nền đá xấu, đoạn nối tiếp qua sân sau (sân sau thứ hai) cần được

bảo vệ thích đáng Muốn tăng hiệu quả tiêu năng, thường trên sân sau có xây

thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mố, ngưỡng để cho sự xáo trộn nội bộ

dòng chảy càng mãnh liệt và ma sát giữa dòng chảy với các thiết bị đó

cũng có thể tiêu hao một phần năng lượng Biện pháp này có hiệu quả tốt

và được ứng dụng rộng rãi Tiêu năng dòng đáy thường dùng với cột nước

thấp, địa chất nền tương đối kém

Khi cột nước cao hR c RP

’’

Prất lớn như vậy phải hạ thấp đáy và bảo vệ kiên

cố sân sau Lúc đó hình thức tiêu năng đáy không kinh tế

Trang 16

Người ta thường dùng các biện pháp như đào bể, xây tường hoặc bể,

tường kết hợp và các thiết bị tiêu năng khác để tạo ra nước nhảy ngập sau

đập tràn

h h d

cắt co hẹp ngay sát chân đập tràn Trong thực tế, trên sân sau khi có bể hoặc

tường sẽ hình thành nước nhảy không tự do nên chiều dài của nó nhỏ hơn

chiều dài nước nhảy tự do (lR n R) Theo đề nghị của M.Đ.Tsêtouxôp như sau:

LR s R = βlR n R (1.2) Trong đó:

β : hệ số thực nghiệm

lR n R: được tính theo thực nghiệm

Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thẳng đứng là hình chữ nhật

(hình 1.2a) thì hiệu quả tiêu năng tốt Nhưng do dòng chảy có thể bào mòn

cạnh và góc, nhất là khi nước có nhiều bùn cát, nên thường thiết kế bể có

dạng hình thang (hình 1.2b)

b Tường tiêu năng

Khi do điều kiện kết cấu và thi công, bể tiêu năng không thích hợp thì

nên dùng tường tiêu năng Tường có thể dâng mực nước hạ lưu và giảm khối

lượng đào Sau tường tiêu năng không cho phép nước nhảy xa Chiều cao của

tường cũng giống như chiều sâu bể được tính với nhiều cấp lưu lượng khác

nhau để tìm được chiều cao tường lớn nhất Sau khi xác định được kích thước

Trang 17

của tường cần phải kiểm tra xem sau tường có nước nhảy xa nữa không Nếu

có thì phải thiết kế thêm tường tiêu năng thứ hai Hình dạng tường tiêu năng

thường làm mặt cắt trơn và thuận để tránh phá hoại do bào mòn, (hình 1.3)

111

1: 0, 75

105

112 122,2

Hình 1.3 Tường tiêu năng

c Bể tường tiêu năng kết hợp

Khi dùng bể tiêu năng có khối lượng đào lớn và cao trình đáy đập phải

thấp, do đó khối lượng đập tăng; nếu dùng tường tiêu năng thì phải quá cao,

sau tường có thể sinh nước nhảy xa và cần thêm tường tiêu năng thứ 2, làm

tăng khối lượng bảo vệ Lúc đó cần dùng bể và tường kết hợp (hình 1.4) để

giảm khối lượng đào, khối lượng đập và thiết bị bảo vệ

∆

Hình 1.4 Bể và tường tiêu năng kết hợp

Trang 18

d Các thiết bị tiêu năng trên sân sau

Trên sâu sau thường bố trí các thiết bị để tiêu hao năng lượng dòng

chảy như mố, ngưỡng v.v (hình 1.5) làm cho dòng chảy gây ra lực phản kích lại

và giảm được hR c R”, rút ngắn chiều dài sân sau Thí nghiệm chứng minh rằng, nếu bố

trí thích hợp các thiết bị đó có thể giảm được (20% + 30%)hR c R”

- Ngưỡng tiêu năng (hình 1.5a) ngập trong nước nhảy, góc nghiêng mái

thượng lưu ngưỡng nhỏ hơn 90P

0

P và lớn hơn 60P

0 P

Vị trí ngưỡng nên đặt chính giữa chiều dài sân sau

- Mố tiêu năng (hình 1.5b, c, d) thường bố trí gần nơi bắt đầu của sân

sau, tại khu vực dòng chảy có lưu tốc cao, cách chân đập một đoạn dài hơn

chiều sâu phân giới của dòng chảy Kích thước và vị trí mố có ảnh hưởng

lớn đối với dòng chảy Theo thí nghiệm, kích thước mố nên lấy như sau:

Chiều cao mố dR m R = (0,75 ÷ 1,0)hR c R, chiều rộng mố bR m R = (0,5 ÷ 1) dR m R,

khoảng cách BR m R giữa mép của hai mố gần nhau BR m R < bR m R Nếu bố trí hai hàng

mố, hiệu quả tiêu năng tốt hơn so với một hàng Khoảng cách giữa hai hàng

mố LR m R = (2 ÷ 3)dR m R, bố trí các mố theo hình hoa mai Chọn số hàng mố còn

phụ thuộc vào hình thức mố, có lúc bố trí hai hàng, lưu tốc phân bố không tốt

Có nhiều hình thức mố tiêu năng (hình 1.6): để cải thiện điều kiện thuỷ lực, ở

cạnh mép mố thường vát cong đề phòng hiện tượng khí thực

- Mố phân dòng có thể làm cho dòng chảy có lưu tốc cao ở chân đập

chuyển thành trạng thái dòng chảy có lợi Nói chung sau mố phân dòng nên có

Trang 19

mố tiêu năng (hình 1.6d); do ở giữa các mố phân dòng có dòng chảy tập

trung, sau đó gặp phản kích của mố tiêu năng càng làm cho hiệu quả tiêu năng

tăng thêm

Hình 1.6 Các hình thức mố tiêu năng

1.2.5 Phương pháp nghiên cứu tiêu năng

Chọn hình thức tiêu năng phòng xói hạ lưu, xác định các thông số của

giải pháp tiêu năng cụ thể chưa có lời giải chính xác hoàn toàn Vì vậy hiện

nay áp dụng nhiều phương pháp khác nhau Có thể áp dụng độc lập hoặc phối

hợp các phương pháp

1.2.5.1 Phương pháp lý luận

Phương pháp lý luận chính xác chưa có Phương pháp này thường dẫn

tới áp dụng các công thức lý luận kết hợp với các hệ số điều chỉnh

1.2.5.2 Phương pháp thực nghiệm mô hình

Từ thực nghiệm mô hình thuỷ lực xây dựng các công thức thực nghiệm

Các công thức này có phạm vi ứng dụng nhất định và có giá trị gần đúng

Ngoài ra phương pháp này còn để kiểm chứng các kết quả có được từ phương

pháp lý luận

Trang 20

1.2.5.3 Nghiên cứu trên nguyên hình

Nguyên hình chính là mô hình có tỷ lệ 1:1 Mọi điều kiện tương tự

được đảm bảo Nhưng dòng chảy trong thực tế lại diễn ra theo một quá trình

ngoài ý chủ quan của con người

1.2.6 Một số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau công trình

* Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh

Hình 1.7 Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh – Hình thức tiêu năng bể

Đập tràn mặt cắt thực dụng Ôphixêrốp, tiêu năng đáy với các thông số:

- Cao trình ngưỡng tràn: +45,0

- Cao trình đáy bể tiêu năng: +36,0

- Chiều dài bể tiêu năng: 36,0 m

- Chiều rộng bể tiêu năng: 53,0 m

Trang 21

* Công trình thuỷ điện Tuyên Quang:

Hình 1.8 Công trình thuỷ điện Tuyên Quang – Tiêu năng phóng xa

Công trình thủy điện Tuyên Quang gồm có 3 hạng mục chính:

Đập chính (không tràn) cao 97,3m; tràn xả lũ có 2 phần xả mặt 4(15x15,15m)

và xả đáy 8(4,5x6m); nhà máy thủy điện có 3 tổ máy

* Hồ Lòng Sông - Bình Thuận:

Hình 1.9 Đập tràn hồ Lòng Sông - Bình Thuận, Tiêu năng phóng xa

Tại đỉnh, đập có chiều dài là 246 m, bề rộng 6m Phần tràn ở giữa đập

có 6 khoang, mỗi khoang có cửa rộng 8m×6m

Trang 22

* Đập thuỷ điện Yaly – Gia Lai:

Hình 1.10 Tràn xả lũ đập thuỷ điện Yaly Hình thức tiêu năng mũi phun

Tràn xả lũ gồm 6 cửa, dùng van cung Mỗi cửa rộng 15 m Ngưỡng tràn

ở cao trình +499,12 ( thấp hơn MNDBT 15,88 m ) Hình thước ngưỡng tràn

Ofixêrop, nối tiếp sau ngưỡng tràn là dốc nước có độ dốc thay đổi và tiêu

năng mũi phun Lưu lượng xả lớn nhất là 17.400 m3/s

* Công trình thuỷ điện Đại Ninh:

Hình 1.11 Hình thức tiêu năng phóng xa

Trang 23

* Công trình thủy điện Đồng Nai 3 – Lâm Đồng và Đăknông:

Hình 1.12 Hình thức tiêu năng phóng xa Đập tràn: Đập tràn trọng lực, tiêu năng bằng mũi phun Cao trình

ngưỡng tràn +574m (thấp hơn MNDBT 16m), có 5 cửa kích thước, mỗi cửa b

x h = 15 x 16 (m) Cửa van hình cung có b x h = 15 x 16,5 (m) Đóng mở

bằng xilanh thủy lực với sức nâng: 2 x 160T mỗi cửa

* Công trình thủy điện Sơn La:

Hình 1.13 Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng đáy

Trang 24

Cao trình đỉnh đập: 228.1m; chiều cao lớn nhất: 138.1m; xả sâu:

12x(6x10)m (12 cửa xả kích thước 6x10m ở phía dưới bên phải ảnh), xả mặt:

6x(15x13)m (6 cửa xả mặt ở phía trên bên trái ảnh)

* Công trình thủy điện Định Bình – Bình Định:

Hình 1.14 Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng đáy Dung tích hữu ích: 170 x 106 m3 Đập chính L: 380 m Chiều

cao đập: 54 m Diện tích tưới: 7.800 Ha

* Công trình thủy điện Suối Đuốc – Bình Định:

Hình 1.15 Hình thức tiêu năng phóng xa

Trang 25

Kiểu tràn dọc, điều tiết bằng cửa van phẳng + vít me, ngưỡng tràn mặt

cắt thực dụng kiểu Ofixerop , nối tiếp sau tràn bằng dốc nước , tiêu năng mũi

/s

- Lưu lượng xả lũ kiểm tra: 284,47 mP

3 P

/s

Bảng 1.1 Các hình thức tiêu năng của một số công trình

thuỷ lợi, thủy điện nước ta

1 Hồ chứa nước Ngàn Trươi – Hà Tĩnh Tiêu năng đáy

2 Hồ chứa nước Khe Dứa – Thanh Hoá Tiêu năng đáy

3 Hồ chứa nước Khe Rò 1 và 2 - Quảng Trị Tiêu năng đáy

4 Hồ chứa nước Chúc Bài Sơn - Quảng Ninh Tiêu năng đáy

5 Hồ chứa nước Đồng Bò - Quảng Nam Tiêu năng đáy

6 Hồ chứa nước ALưới - Thừa Thiên Huế Tiêu năng đáy

7 Hồ chứa nước Khuôn Pin - Lạng Sơn Tiêu năng đáy

8 Công trình thủy điện Đại Ninh – Bình

Thuận Tiêu năng phóng xa

9 Công trình thủy điện Yaly – Gia Lai Tiêu năng phóng xa

10 Hồ chứa nước Gò Miếu - Thái Nguyên Tiêu năng phóng xa

11 Hồ chứa nước Lòng Sông – Bình Thuận Tiêu năng phóng xa

12 Hồ chứa nước Dầu Tiềng – Tây Ninh Tiêu năng phóng xa

13 Công trình thủy điện Sơn La – Sơn La Tiêu năng mặt và tiêu năng đáy

14 Công trình thủy điện Định Bình – Bình

Định Tiêu năng mặt và tiêu năng đáy

15 Hồ chứa nước Suối Chỉ - Quảng Ngãi Tiêu năng mặt

Trang 26

1.3 Kết luận chương 1

Như đã trình bày ở trên các công trình dạng trọng lực khi nói đến khả

năng mất ổn định toàn khối của công trình thường đề cập đến các khả năng

mất ổn định trượt, lật, đảy nổi Trong đó bể tiêu năng là một bộ phận công

trình có đặc điểm làm việc phức tạp, áp lực thủy động và mạch động lớn do

vậy đánh giá khả năng làm việc của bể tiêu năng trong quá trình vận hành là

hết sức quan trọng

Trong chương 1, tác giả tổng quan các điều kiện làm việc và sự cần

thiết của đề tài Tác giả trình bày các hình thức tiêu năng, đặc biệt là tiêu năng

dòng đáy, dạng tiêu năng bể, có thiết bị như mố tiêu năng Đây là hình thức

tiêu năng được áp dụng ở một số công trình thủy lợi, thủy điện như hồ chứa

Cửa Đạt – Thanh Hóa, hồ Nước Trong - Quảng Ngãi, nhà máy thủy điện

Tuyên Quang – Tuyên Quang, v.v Trong các chương sau tác giả nghiên

cứu cụ thể hơn về điều kiện làm việc, ổn định cũng như độ bền của hình thức

tiêu năng này

Trang 27

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH BỂ

TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN TRỌNG LỰC

2.1 Khái niệm về phân tích độ bền, độ ổn định của bể tiêu năng

Bể tiêu năng được xây dựng cả trên nền đất và nền đá, các đập có chiều

cao lớn chủ yếu được xây dựng trên nền đá Bể tiêu năng là một khối bê tông

lớn liên kết chặt chẽ với nền Ổn định của bể khi chịu các tác động phụ thuộc

vào khả năng chịu tải của nền và khả năng chịu tải của bản thân Phân tích ổn

định bể tiêu năng nhằm đánh giá ổn định tổng thể của cả khối bể - nền: lật ,

trượt, đẩy nổi còn đánh giá độ bền bể tiêu năng nhằm xác định khả năng chịu

lực của bể

Tuỳ thuộc loại nền mà bể có thể bị trượt theo các hình thức khác nhau

như: trượt phẳng, trượt sâu, trượt phức hợp Khi bể xây trên nền đá thường

xảy ra trượt phẳng ở mặt tiếp xúc giữa bản đáy và nền, các dạng mặt trượt sâu

do đứt gẫy của đá, hình thành vùng cục bộ đá bị suy yếu do tự nhiên hoặc do

thi công…Tuỳ thuộc vào hình thức mặt cắt, tính không đồng nhất của nền, tổ

hợp các tác động, công trình có thể bị lún nghiêng hoặc lật về phía hạ

lưu…Các hình thái mất ổn định trên trong tính toán quy về các trường hợp

mất ổn định tổng thể

Về sơ đồ kết cấu, bể tiêu năng là một kết cấu chịu nén lệch tâm cả về

hạ lưu và thượng lưu tuỳ thuộc vào trường hợp làm việc Vật liệu bê tông làm

bể có thể bị phá hoại cả về cường độ chịu nén và cường độ chịu kéo Do

cường độ chịu kéo của bê tông nhỏ hơn so với cường độ chịu nén (thông

thường bằng 10%÷15% của chịu nén) nên công trình thường thiết kế tận dụng

tối đa khả năng chịu nén của bê tông và hạn chế tối đa việc sử dụng khả năng

chịu kéo Trong thiết kế, phân tích ứng suất với các tổ hợp tải trọng nhằm

đánh giá ổn định cường độ của mọi điểm trong công trình, vì ứng suất kéo

thường xảy ra ở các mép phía trước của nên người thiết kế phải tính toán phân

tích độ bền cục bộ tại những khu vực này

Để xác định hệ số an toàn cho phép khi tính ổn định cũng như độ bền

kết cấu bê tông cốt thép có thể sử dụng các phương pháp tính như phương

Trang 28

pháp Sức bền vật liệu (ứng suất cho phép, đàn hồi), nội lực phá hoại, trạng

thái giới hạn

2.2 Xác định hệ số an toàn cho phép theo phương pháp trạng thái giới

hạn

Nét đặc thù của phương pháp tính theo trạng thái giới hạn là việc sử

dụng một nhóm các hệ số an toàn mang tính đặc trưng thống kê: hệ số tổ hợp

tải trọng nR c R, hệ số điều kiện làm việc m, hệ số độ tin cậy KR n R, hệ số lệch tải n,

hệ số an toàn vật liệu KR vl R Nhóm các hệ số này thay thế cho một hệ số an toàn

chung

Đối với công trình và nền công trình được gọi là đạt đến trạng thái giới

hạn khi chúng mất khả năng chống lại các tải trọng và tác động từ bên ngoài,

hoặc khi chúng bị hư hỏng hay biến dạng quá mức cho phép, không còn thoả

mãn được các yêu cầu khai thác bình thường Có 2 nhóm trạng thái giới hạn:

- Trạng thái giới hạn thứ nhất: Đây là trạng thái giới hạn về cường độ,

về độ bền và ổn định trong điều kiện khai thác bất lợi nhất Nếu tải trọng vượt

qua giới hạn này thì kết cấu, nền bị mất ổn định Để tính toán trạng thái giới

hạn này sử dụng tải trọng tính toán và cường độ tính toán Tải trọng tính toán

là tải trọng tiêu chuẩn nhân với hệ số vượt tải, đây là hệ số kể đến các trường

hợp nguy hiểm nhất của tải trọng

- Trạng thái giới hạn thứ hai: Đây là trạng thái giới hạn về biến dạng,

chuyển vị Trạng thái giới hạn thứ hai là trạng thái giới hạn về điều kiện sử

dụng trong điều kiện khai thác bình thường Để tính toán trạng thái giới hạn

này sử dụng tải trọng tiêu chuẩn Tải trọng tiêu chuẩn là tải trọng ở điều kiện

bình thường, được xác định bằng cách thí nghiệm nhiều lần để cho ra giá trị

trung bình của tải trọng ở điều kiện bình thường Khi tính với trạng thái giới

hạn thứ hai, ta chỉ tính theo tải trọng tiêu chuẩn vì nếu trong nhất thời, có bị

Trang 29

vượt quá thì cũng không gây nguy hiểm quá nhiều (kết cấu chưa bị phá huỷ

nếu chưa vượt trạng thái giới hạn 1)

Công thức chung để xác định hệ số an toàn cho phép theo trạng thái

giới hạn theo TCXDVN-285-2002

[ ]

m

K n

K = c. n (2-1) Trong đó:

nR c R : là hệ số tổ hợp tải trọng

m : là hệ số điều kiện làm việc

KR n R : là hệ số độ tin cậy của công trình

2.3 Độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông

Dưới tác dụng của các tổ hợp tải trọng, bể tiêu năng phải thoả mãn các

điều kiện:

- Ổn định chống trượt

- Ổn định chống lật Thực chất đối với bể tiêu năng do bản đáy rộng, tải

trọng ngang nhỏ hơn so với tải trọng đứng nên thông thường bể đảm bảo ổn

định chống lật Ổn định về lật, trượt phải thoả mãn các điều kiện quy định của

hệ thống tiêu chuẩn áp dụng

- Ổn định đẩy nổi

2.3.1 Ổn định lật của công trình

Kết cấu trên nền có khả năng mất ổn định về vị trí lật quanh trục qua

mép đáy móng hạ lưu công trình do đó điều kiện ổn định của kết cấu biểu thị

bởi biểu thức sau :

[ ]K M

∑M g : là tổng các mômen của các lực giữ cho công trình khỏi bị lật

đối với điểm mép đáy móng hạ lưu

Trang 30

∑M1 : là tổng các mômen của các lực gây lật công trình đối với

cùng điểm đó

[K] : là hệ số an toàn ổn định cho phép xác định theo 2.1

2.3.2 Ổn định trượt của công trình

Để đảm bảo sự ổn định của công trình, hệ công trình – nền dưới tác

dụng của tải trọng, cần phải tính toán nền theo sức chịu tải Điều kiện cần

phải thoả mãn :

[ ]K M

M K

∑M g : là tổng các lực giữ cho công trình khỏi bị trượt

∑M tr : là tổng các lực gây trượt công trình

[K] : là hệ số an toàn ổn định cho phép xác định theo 2.1

2.3.3 Ổn định đẩy nổi của công trình

Ổn định về phương diện đẩy nổi được đánh giá qua hệ thức sau:

[ ]K U

N

Trong đó:

KR dn R: hệ số ổn định đẩy nổi tính toán

N : tổng các lực tác dụng lên tấm đáy đang xét theo chiều thẳng

đứng từ trên xuống dưới

U : áp lực đẩy ngược, theo chiều thẳng đứng, từ dưới lên trên, bao

gồm áp lực đẩy nổi PR đn Rvà áp lực thấm PR th R

[K] : hệ số an toàn cho phép xác định theo 2.1

* Khi tính toán ổn định đẩy nổi cho bể tiêu năng của đập bê tông trọng

lực thì áp lực đẩy nổi Pđn được ước định như sau:

Trang 31

PR đn R = α.S × (MNHL −ZR db R) (2-5) Trong đó

ZR db R :cao trình đáy bể tiêu năng

α : hệ số diện tích hiệu quả, với nền đá α=0.5÷1

S : diện tích tấm đáy đang xét

* Áp lực thấm PR th Rtác dụng lên tấm đáy bể tiêu năng đang xét:

HR tt R = ∇HR 1 R - MNHL

PR th R = 1/2αS × HR tt R(2-6) Trong đó:

∇H1: áp lực nước đẩy ngược tại mép thượng lưu bản đáy bể tiêu năng

Sửa lại ký hiệu ∇H1 trên hình 2.1

MNHL: mực nước hạ lưu bể tiêu năng

Với giả thiết áp lực thấm phân bố dạng tam giác giảm dần theo quan hệ

đường thẳng từ H ở vị trí giếng thu nước dưới nền đập về đến trị số 0 ở vị trí

bố trí lọc ngược dưới bể tiêu năng lượng định được áp lực thấm PR th R trong

phạm vi tấm tiêu năng đang xét

Trang 32

Hình 2.1 Sơ đồ áp lực thấm, đẩy nổi tác dụng vào bể tiêu năng

2.3.4 Tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb

2.3.4.1 Những luận điểm cơ bản

Đánh giá ổn định công trình theo phương pháp cân bằng giới hạn Đánh

giá ổn định lật dùng giả thiết vật rắn, áp lực phân bố dọc mặt cắt theo quy luật

tuyến tính Áp lực đất và đẩy nổi lên công trình thường dựa trên các giả thiết

đơn giản Tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb sử dụng để đánh giá trạng thái ứng

suất của miền tính toán

2.3.4.2 Cường độ chống cắt

Nền công trình thường bị phá hoại dưới dạng bị trượt Sự trượt xảy ra

theo một mặt nào đó là do ứng suất cắt τ (do tải trọng ngoài gây ra ) tại các

điểm trên mặt đó quá lớn, lớn bằng cường độ chống cắt τR 0 R Khi trượt khối đất,

đá chuyển dịch lớn gây mất ổn định nền dẫn đến hư hỏng công trình Như vậy

cường độ chống cắt τR 0 R là nhân tố chủ yếu quyết định đối với sự ổn định của

Trang 33

nền và an toàn của công trình

Khả năng chống cắt được đánh giá bằng cường độ chống cắt τR 0 Rtại từng

điểm trên mặt trượt Cường độ chống cắt τR 0 Rđược hiểu là lực chống trượt lớn

nhất trên một đơn vị diện tích tại mặt trượt khi khối đất này trượt lên khối đất

kia Cường độ chống cắt τR 0 Rtrước hết phụ thuộc ứng suất pháp (do tải trọng

ngoài gây ra) tác dụng tại mặt trượt Ngoài ra, cường độ chống cắt τR 0 R còn phụ

τR 0 R: cường độ chống cắt tại một điểm trên mặt cắt

σ : ứng suất pháp tác dụng trên mặt cắt tại điểm đó

ϕ : góc ma sát trong của đất nền, tgϕ = f

f : hệ số ma sát tiếp xúc tại mặt trượt

Biểu thức (2-7) gọi là định luật Culông Định luật Culông có thể biểu

diễn bằng đồ thị quan hệ giữa cường độ chống cắt τR 0 R và ứng suất pháp σ tác

Hình 2.2 Đồ thị đường thẳng giữa cường độ chống cắt τR 0 R và ứng suất pháp σ

Định luật Culông trình bày ở trên là quan hệ đường thẳng chỉ phản ánh

Trang 34

gần đúng cường độ chống cắt τR 0 R Trên thực tế cho thấy quan hệ giữa cường độ

chống cắt τR 0 R và áp lực pháp tuyến σ không phải là đường thẳng mà có dạng

Hình 2.3 Đồ thị đường cong giữa cường độ chống cắt τR 0 Rvà ứng suất pháp σ

Vì vậy một số tác giả kiến nghị xác định cường độ chống cắt τR 0 R theo

công thức sau: τ 0 = σ ϕi tg σi +C i (2-8)

Trong đó:

ϕR σI R: góc chống cắt, góc nghiêng của đoạn thẳng nối góc tọa độ với

điểm MR i R trên đường Culông có ứng suất pháp σR i

CR i R: lực dính đơn vị của điểm MR i Rcó ứng suất pháp σR i

Trong phạm vi luận văn chỉ xem xét ϕR σi R và CR i Rlà không đổi

2.3.4.3 Giả thiết và công thức tính toán

Hệ số ổn định trượt tính theo phương pháp cân bằng giới hạn là tỷ số

giữa ứng suất tiếp giới hạn trên mặt trượt với ứng suất pháp trên mặt trượt

Trang 35

τR 0 R: cường độ chống cắt tại một điểm trên mặt cắt

τ : ứng suất cắt tính toán

σ : ứng suất pháp tác dụng trên mặt cắt tại điểm đó

ϕ : góc ma sát trong, tgϕ = f với f là hệ số ma sát tiếp xúc tại mặt

trượt

C : lực dính

Khi tính toán trên toàn bộ mặt trượt , hệ số ổn định là tỷ số giữa lực cắt

giới hạn lớn nhất và lực cắt phát sinh trên mặt trượt

B : chiều dài mặt trượt

T : lực cắt phát sinh trên mặt trượt

2.3.5 Nhận xét công thức tính toán hệ số ổn định theo tiêu chuẩn bền

Mohr-Coulomb

Biểu thức (2-10) sử dụng để tính toán ổn định trượt tổng thể Biểu thức

(2-10) cho thấy hệ số ổn định là hằng số trên mặt phẳng trượt và hoàn toàn

không phụ thuộc vị trí của hợp lực P cũng như biểu đồ phân bố ứng suất trên

mặt trượt

2.3.6 Phâ n tích ổn định trượt có xét đến sự phân bố ứng suất trên mặt

trượt

Bằng công cụ phân tích kết cấu có thể xác định được trạng thái ứng suất

trên bề mặt trượt giả định, theo đó có thể xác định hệ số ổn định cục bộ và

tổng thể trên mặt trượt theo các biểu thức (2-11) và (2-12) sau:

i i

i l

i cb

l

l C tg l K

.

Trang 36

=

i i

i l

i tt

l

l C tg l K

.

τ

ϕ σ

(2-12) Trong đó:

KR cb R: hệ số ổn định cục bộ

KR tt R: hệ số ổn định tổng thể

τR ι R : ứng suất tiếp tính toán của từng phân tố

σR ι R : ứng suất pháp của từng phân tố trên mặt tính toán

ϕ : góc ma sát trong , tgϕ = f với f là hệ số ma sát tiếp xúc tại mặt

trượt

C : lực dính

lR i R: chiều dài từng phân tố

Ngày nay có nhiều phương pháp để xác định ứng suất, biến dạng như

phương pháp Sức bền vật liệu, phương pháp Lý thuyết đàn hồi, phương pháp

Phần tử hữu hạn (PTHH) Do phương pháp PTHH có thể xác định trạng thái

ứng suất khi kết cấu và nền có kích thước hình học phong phú, vật liệu không

đồng nhất, dễ dàng lập trình cho bài toán tổng quát…nên được áp dụng rộng

rãi hiện nay Do đó, nếu kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn và tiêu chuẩn

bền Mohr-Coulomb để phân tích tính toán ứng suất công trình bê tông và đất

nền, từ đó đánh giá ổn định trượt thông qua phân bố ứng suất pháp và ứng

suất tiếp tiếp xúc bể tiêu năng và nền xác định được hệ số ổn định cục bộ và

tổng thể củacông trình trong đó có kết cấu bể tiêu năng

2.4 Độ bền của bể tiêu năng

2.4.1 Sự phát triển của lý thuyết bê tông cốt thép (BTCT)

Thời kỳ đầu (khoảng 1850-1870) kết cấu BTCT được sử dụng vào xây

dựng một cách mò mẫm, theo một số kinh nghiệm của Lambo, Coa-nhe,

Monie(Pháp), Ukinxon(Anh), Giat(Mỹ) v.v… Sau này dần dần bắt đầu có

những nghiên cứu về thực nghiệm và lý thuyết và đưa ra những phương pháp

Trang 37

tính toán Trước hết người ta xem BTCT là vật liệu đàn hồi, dung lý luận của

môn “Sức bền vật liệu” để lập công thức xác định ứng suất trong bê tông và

trong cốt thép rồi dùng điều kiện về ứng suất cho phép mà tính toán Phương

pháp đó có tên là phương pháp tính theo đàn hồi, phương pháp tính theo ứng

suất cho phép hoặc phương pháp cổ điển Những người có công nghiên cứu

đầu tiên là Koenen, Morsh(Đức), Henebic, Congxide(Pháp), Belelinski,

Kudasep(Nga) Theo phương pháp đàn hồi người ta đã thiết kế và xây dựng

hàng loạt công trình BTCT vào những năm cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20,

trong đó có nhiều công trình lớn Những nghiên cứu tiếp theo chỉ ra rằng

phương pháp đàn hồi dựa trên những giả thiết chưa chính xác, chưa phản ánh

đúng đắn sự làm việc thực tế của BTCT, dẫn đến việc sử dụng vật liệu còn

lãng phí

Trong những năm hai mươi của thế kỷ trước người ta tìm cách khắc

phục nhược điểm trên theo hai hướng: một hướng nhằm vào việc cải tiến

phương pháp tính cũ bằng cách đưa vào các hệ số hiệu chỉnh, một hướng khác

là tìm phương pháp mới Các nhà khoa học Liên Xô đã đi đầu trong phương

hướng sau Những người có công lớn là Lolay, Staerman, Xiloliarop,

Murasep, Gvozdep

Phương pháp mới dựa vào sự phân tích khả năng chịu lực của kết cấu

lúc nó làm việc cho đến khi bị phá hoại và có tên là phương pháp tính theo

nội lực phá hoại Nó được đem áp dụng chính thức đầu tiên ở Liên Xô và ở

Mêhicô vào khoảng 1938 Việc dùng phương pháp tính theo nội lực phá hoại

đã mang lại hiệu quả tiết kiệm vật liệu một cách đáng kể so với cách tính cũ

Tuy vậy nó cũng còn một số nhược điểm và cần được cải tiến

Từ năm 1955 Liên Xô và nhiều nước đã áp dụng phương pháp tính theo

trạng thái giới hạn Phương pháp mới này dần dần được dung rộng rãi khắp

thế giới, ngày càng được phát triển hoàn thiện

Trang 38

2.4.2 Phân tích độ bền theo phương pháp nội lực phá hoại

Nét đặc thù của phương pháp tính nội lực phá hoại là hệ số an toàn

chung cho kết cấu K Công thức chung để xác định hệ số an toàn cho phép

theo trạng thái giới hạn

TR p R: là nội lực trong kết cấu do tải trọng tiêu chuẩn gây ra, là nội lực mà

kết cấu phải chịu

TR c R: nội lực mà kết cấu chịu được khi nó ở giai đoạn phá hoại, là nội lực

phá hoại

K: là hệ số an toàn chung của kết cấu, thường lấy 1,7÷2,2

2.4.3 Phân tích độ bền theo phương pháp trạng thái giới hạn

2.4.3.1 Các trạng thái giới hạn

Cho kết cấu chịu tải trọng tăng dần Trạng thái giới hạn là trạng thái mà

kể từ đó trở đi kết cấu không thế thỏa mãn yêu cầu đề ra cho nó Để tính toán

kết cấu BTCT cần dùng hai nhóm trạng thái giới hạn: Về khả năng chịu lực

và về điều kiện sử dụng bình thường

2.4.3.2 Tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất về khả năng

chịu lực

Trạng thái này được qui định ứng với lúc kết cấu bắt đầu bị phá hoại, bị

mất ổn định về hình dáng hoặc vị trí, bị hỏng do mỏi, do tác dụng đồng thời

của tải trọng và môi trường

Tính toán về khả năng chịu lực dựa vào điều kiện sau:

T≤TR gh R (2-14) Trong đó:

Trang 39

T : nội lực bất lợi nhất có thể phát sinh trong kết cấu do tải trọng

tính toán và các tác động khác gây ra

TR gh R: giới hạn bé nhất về khả năng chịu lực, ứng với trường hợp và

tiết diện đã xác định T

Tính toán theo điều kiện (2-14) được tiến hành đối với từng tiết diện

hoặc đối với từng vùng chịu lực cục bộ của kết cấu Tùy theo trạng thái làm

việc và sự phá hoại có thể xảy ra mà qui định tiết diện tính toán là tiết diện

thẳng góc, xiên góc với trục hoặc tiết diện không gian Cũng cần tính toán các

trường hợp chịu lực cục bộ như nén cục bộ, đâm thủng v.v…

Các giá trị T và TR gh R được xác định theo một xác suất bảo đảm nào đó

tùy tính chất quan trọng của công trình T được tính theo tải trọng tính toán

Đối với kết cấu xây dựng thủy lợi, thủy điện các giá trị n và pR tc R được

lấy theo tiêu chuẩn TCXDVN285-2002 Thông thường đối với tải trọng

thường xuyên lấy n=1,1÷1,2, đối với tải trọng tạm thời lấy n=1,2÷1,4 Nếu xét

thấy việc giảm tải trọng thường xuyên làm cho kết cấu bị bất lợi hơn thì cần

lấy n<1

Giá trị TR gh R được xác định dựa vào kết quả phân tích sự làm việc của kết

cấu và dùng cường độ tính toán của vật liệu để tính toán

Khi kiểm tra theo điều kiện (2-14) cũng có thế lấy T là ứng suất do tải

trọng tính toán gây ra và TR gh Rlà cường độ tính toán của vật liệu

Trang 40

Tính toán theo trạng thái giới hạn về khả năng chịu lực là cần thiết cho

mọi kết cấu cũng như cho các bộ phận của nó Cần tiến hành tính toán ứng

với mọi giai đoạn: chế tạo, vận chuyển, dựng lắp, sử dụng, sửa chữa Với mỗi

trường hợp sơ đồ tính toán phải phù hợp với sơ đồ cấu tạo

Việc tính toán theo khả năng chịu lực thường được tiến hành theo một

trong hai loại bài toán: bài toán kiểm tra hoặc bài toán chọn tiết diện Trong

bài toán kiểm tra người ta đã biết trước kích thước tiết diện, cốt thép và các

chỉ tiêu về vật liệu, tiến hành tính riêng vế trái và vế phải của biểu thức (2-14)

rồi so sánh Trong bài toán chọn tiết diện đã biết trước nội lực dò tải trọng

tính toán gây ra và một số (chưa đầy đủ) kích thước tiết diện, xuất phát từ

điều kiện (2-14) để tính toán ra cốt thép hoặc những kích thước còn lại của

tiết diện

2.4.3.3 Tính toán theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai về điều kiện sử

dụng bình thường

Để đảm bảo điều kiện sử dụng bình thường cần hạn chế độ biến dạng,

độ mở rộng khe nứt hoặc độ dao động của kết cấu

Kiểm tra về biến dạng theo điều kiện (2-16) và đối với những kết cấu

được phép xuất hiện vết nứt thì kiểm tra bề rộng khe nứt theo điều kiện (2-17)

f ≤ fR gh R(2-16)

aR n R≤ aR ngh R(2-17)

Trong đó:

f : là độ biến dạng (độ võng, góc xoay, độ dãn…) và aR n R là bề rộng

khe nứt của kết cấu khi nó làm việc

fR gh R: chỉ số giới hạn của biến dạng

aR ngh R: bề rộng khe nứt

Các trị số này được qui định để bảo đảm sự làm việc bình thường của

kết cấu Chúng phụ thuộc vào tính chất và điều kiện sử dụng kết cấu cũng như

Tiêu đề	Luận Văn Nghiên Cứu Tính Toán Độ Bền Và Độ Ổn Định Bể Tiêu Năng Của Đập Bê Tông Đầm Lăn Trọng Lực
Trường học	Trường Đại Học Thủy Lợi
Chuyên ngành	Kỹ Thuật
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	2,1 MB