Tài liệu Luận văn " Mạng lưới cấp nước đô thị"_ Chương 3.A pptx

Xác định áp lực gió Do công trình có độ cao 24.6m, do đó không xét đến thành phần động của tải trọng gió.. Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W ở độ cao Zm so với mốc c

Chương 3: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CẤP NƯỚC

A THIẾT KẾ ĐÀI NƯỚC

3.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BAN ĐẦU

3.1.1 Thông số kích thước

Dựa vào kết quả từ chương 2, thông qua việc sử dụng chương trình Epanet để tính

toán mạng lưới cấp nước, ta có các thình dạng và các hông số kích thước đài như sau ( xem hình ):

Bảng 3.1: Các thông số về đài nước

Đài Cao trình đáy đài Mực nước ban đầu Mực nước lớn nhất Đường kính

Sơ bộ chọn kích thước các tiết diện như sau :

• Phần tử vỏ :

- Chân đài : dày 20cm

- Vỏ nón cụt : dày 25cm

- Thành đài : dày 20cm

- Vòm đáy : dày 25cm

- Lõi giữa : dày 20cm

- Nắp đài : dày 12cm

- Sàn công tác : dày 8 cm

- d > 10mm : thép A-II , Ra =R’a = 2800daN/cm2 (=28kN/cm2)

- d ≤10mm : thép A-I , Ra =R’a = 2300daN/cm2 (=23kN/cm2)

3.2 Xác định tải trọng và tổ hợp tải trọng

3.2.1 Các loại tải trọng tác dụng lên đài nước

- Tải trọng bản thân : hệ số tin cậy n = 1,1

- Tải trọng sửa chữa : 0,75kN/m2 , hệ số tin cậy n = 1,2

- Áp lực nước : áp lực nước bao gồm áp lực ngang tác dụng vào thành đài và trọng lượng nước, hệ số tin cậy n = 1,0

- Áp lực gió : hệ số tin cậy n = 1,2

3.2.2 Xác định áp lực gió

Do công trình có độ cao 24.6m, do đó không xét đến thành phần động của tải trọng gió Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W ở độ cao Z(m) so với mốc chuẩn được tính theo công thức sau :

W = Wo.k.c (daN/m2)

Với : - Wo : giá trị áp lực gió lấy theo vùng Công trình được xây dựng ở huyện Nhơn Trạch –Đông Nai thuộc vùng IA có Wo = 65daN/m2, do là vùng chịu ảnh hưởng của bão yếu nên được giảm đi 10daN/m2, do đó giá trị tính toán là : Wo = 55daN/m2

- k : hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, vùng địa hình dạng

C

- c : hệ số khí động

- Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió : n = 1,2

• Xác định hệ số khí động c e1

Hệ số khí động c e1 được xác định theo sơ đồ 33 , TCVN 2737 – 1995 :

Bảng 3.2 Bảng tính giá trị c e1 theo giá trị k1 và β

30 0.89 150 1.4

Bảng 3.3 Bảng tính giá trị áp lực gió W theo độ cao z

Với : F là diện tích chịu gió đẩy hay diện tích chịu gió hút (m2)

Z

WA(daN/m2)

F ( m2)

PA(daN)

PA(KN)

F ( m2)

PA(daN)

PB / PD(KN)

PB / PD

21.5 0.814 -0.698 -31.231 12.174 -380.198 -3.802

Z (m) k ceA (daN/mWA 2) ( mF 2) (daN) PA (KN) PD

PC

21.5 0.814 -0.412 -18.445 13.090 -241.448 -2.414

3.2.3 Tổ hợp tải trọng

Xét các trường hợp tổ hợp tải trọng sau :

• Tổ hợp 1 : (lúc mới thi công xong)

TH1 = 1 (tĩnh tải x1,1) +1( áp lực gió x1,2)

• Tổ hợp 2 : ( lúc vận hành )

TH2 = 1(tĩnh tải x1,1) +0.9( áp lực gió x1,2) + 0.9(áp lực nước x1,0)

• Tổ hợp 3 : ( lúc sửa chữa )

TH3 = 1 tĩnh tải x1,1) + 0.9(áp lực gió x1,2) + 0.9(áp lực nước x1,0) + 0.9(sửa chữa x 1,2)

3.3 Tính toán nội lực và cốt thép

3.3.1 Cơ sở tính toán

Thực hiện mô phỏng tính toán đài nước bằng chương trình SAP2000 V9.03, với các

giá trị nội lực xuất ra như sau :

• Đối với phần tử dầm ( Frame) :

- P : lực dọc trục

- M2-2 : moment nằm trong mặt phẳng 1-3, uốn quanh trục 2

- M3-3 : moment nằm trong mặt phẳng 1-2, uốn quanh trục 3

- F2-2 : lực cắt theo phương trục 2

- F3-3 : lực cắt theo phương trục 3

• Đối với phần tử vỏ ( Shell) :

- M2-2 : moment uốn quanh trục 1

- M1-1 : moment uốn quanh trục 2

- F1-1 : lực theo phương trục 1

- F2-2 : lực theo phương trục 2

3.3.2.- Các công thức tính toán các cấu kiện

3.3.2.1 - Cấu kiện chịu kéo:

- Đúng tâm:N≤RsAs,tot (kN)

As,tot : diện tích tiết diên toàn bộ cốt thép dọc

- Độ lệch tâm của lực dọc N đối với trọng tâm của tiết diện quy đổi

e0 = e01+ea Với e01 = M/N: độ lệch tâm do tải trọng

trục 1 (đỏ) trục 2 (trắng)

trục 3 (xanh)

trục 1 (đỏ)trục 2 (trắng)

trục 3 (xanh)

mặt 5 (mặt đỏ)

mặt 6 (mặt vàng)

ea: độ lệch tâm do bêtông không đồng chất , sai lệch kích thước tiết diện

do sai lệch vị trí đặt cốt thép , do sai lệch trục cấu kiện

max1/ 600

1/ 30

a

L e

h

= L: chiều dài cấu kiện

h: chiều cao của tiết diện cấu kiện

- Lệch tâm tiết diện chữ nhật:

+ Nếu lực dọc đặt trong khoảng giữa các hợp lực trong cột thép S và S’

)'( 0'

a h A R

Ne≤ s s − Với e = 0,5h-e0-a

)'( 0'

a h A R

+ Nếu lực dọc đặt ngoài khoảng giữa các hợp lực trong cột thép S và S’

)'()

5,0

h bx R

Ne≤ b − + sc s − Với e = e0-0,5h+a’

bx R N A R A

R s s − sc s' − = b (Nếu x>ξ R h0 lấy x=ξ R h0 Với

)1,11(1

,

ω σ

ξ

−+

=

u sc sR

R tính theo mục 6.2.2.3 TCVN 356:2005)

3.3.2.2 - Cấu kiện chịu uốn:

)(

)5,0(h0 x R A' h0 a'bx

R

bx R A R A

R s s − sc s' = b

3.3.2.3 - Cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật:

Nén đúng tâm:

'( b b s sc)

N ≤ R A +A R ϕ

Ab: diện tích vùng bê tông chịu nén

ϕ : hệ số uốn dọc

Nén lệch tâm :

h

x ξ

0 :

)'()

5,0(h0 x R A' h0 a bx

N+ s s − sc s' = b

h

x ξ

ξ σ

3.3.3 - Tính toán nội lực và cốt thép cho dầm đai:

* Kết quả nội lực từ Sap V9.03

3.3.3.1- Đai nắp:

* Kích thước : 20x20cm , lấy a = a’ = 3.5 cm

* Lực tác dụng lên đai :

+ Trọng lượng bản thân + Áp lực gió

*Các giá trị nội lực max :

* Do đai dưới chủ yếu chịu nén nên tính theo cấu kiện chịu nén lệch tâm

e01 ea eo h/2-a e' e x AS=A'S Tổng As

0.0049 0.0083 0.0133 0.065 0.1033 0.0767 0.0020 0.038 0.076

* Diện tích cốt thép :

+ Chọn 2∅12 (As =2,262 cm 2 ) cho lớp cốt thép phía trên + Chọn 2∅12 (As =2,262 cm 2 ) cho lớp cốt thép phía dưới

* Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :

=

=

h b

× kPa < Rb =11500 kPa (Thỏa)

* Kiểm tra hàm lượng cốt thép

Vậy cốt đai bố trí theo cấu tạo: ∅8 a200 (As = 2,52cm 2 )

Kiểm tra bề rộng khe nứt:

N

kN cm A

crc

×

= 0.013mm < [an] = 0.5mm

3.3.3.2 - Đai trên :

- Kích thước : 30x25cm , chọn a = a’ = 3.5cm

- Lực tác dụng lên đai :

+ Trọng lượng bản thân + Trọng lượng nắp + Áp lực gió, nước

*Các giá trị nội lực max

Max 13.357 1.545 0.033 0.068 0.020 0.212

Min 8.358 -1.545 -0.033 -0.068 -0.036 -0.413

* Đai trên chủ yếu bi kéo nên được tính theo cấu kiện chiệu kéo lệch tâm

e01 ea eo h/2-a e' e AS=A'S Tổng As

0.031 0.010 0.041 0.115 0.1599 0.0741 0.322 0.644

*Diện tích cốt thép :

+ Chọn 2∅12 (A’s =2.262 cm 2 ) cho lớp cốt thép phía trên

+ Chọn 2∅12 (As =2.262 cm 2 ) cho lớp cốt thép phía dưới

* Kiểm tra hàm lượng cốt thép

Vậy cốt đai bố trí theo cấu tạo: ∅8 a200 (As = 2,52cm 2 )

* Kiểm tra bề rộng khe nứt:

N

kN cm A

- Lực tác dụng lên đai :

+ Trọng lượng bản thân + Trọng lượng nắp, thành đài, vòm đáy, lõi giữa + Áp lực gió, nước

* Các giá trị nội lực max :

Max 148.398 2.532 0.129 0.046 0.079 0.075

Min 53.624 -2.532 -0.129 -0.046 -0.131 -0.947

* Đai giửa chủ yếu chịu kéo nên được tính theo cấu kiện chiệu kéo lệch tâm

e01 ea eo h/2-a e e' AS=A'S Tổng AS

0.0064 0.0133 0.0197 0.165 0.1453 0.1847 2.967 5.93

* Diện tích thép:

+ Chọn 2∅14 (A’s = 3.08 cm 2 ) cho lớp cốt thép phía trên

+ Chọn 2∅14 (As = 3.08 cm 2 ) cho lớp cốt thép phía dưới

* Kiểm tra hàm lượng cốt thép

Vậy cốt đai bố trí theo cấu tạo: ∅8 a200 (As = 2,52cm 2 )

*Kiểm tra bề rộng khe nứt:

N

kN cm A

- Lực tác dụng lên đai :

+ Trọng lượng bản thân + Trọng lượng nắp, thành đài, vòm đáy, lõi giữa + Áp lực gió, nước

* Các giá trị nội lực max :

* Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :

0.3* 0.4 =725.71KPa < Rb =11500 KPa (Thỏa)

* Kiểm tra điều kiện lực cắt :

Q = V2 ≤ 0,6.Rbt.b.ho

ĩ 1.523 KN < 0,6×900×0,3×0,365 = 78.84 (KN) (Thỏa)

Vậy cốt đai bố trí theo cấu tạo: ∅8 a200 (As = 2,52cm 2 )

* Kiểm tra bề rộng khe nứt:

N

kN cm A

crc

×

= 0.016mm < [an] = 0.5mm

3.3.3.5 - Đai vòm:

- Kích thước : 30x25cm , lấy a = a’ = 3.5 cm

- Lực tác dụng lên đai :

+ Trọng lượng bản thân + Áp lực gió, nước

* Các giá trị nội lực max

Max -8.324 0.314 0.007 0.016 0.004 0.436

Min -25.244 -0.314 -0.007 -0.016 -0.004 0.211

* Do đai vòm chủ yếu chịu nén nên được tính theo cấu kiện nén lếch tâm

e01 ea eo h/2-a e e' x AS=A'S Tổng As

× KPa < Rb =11500 KPa (Thỏa)

* Kiểm tra hàm lượng cốt thép

Vậy cốt đai bố trí theo cấu tạo ∅8 a200 (As = 2,52cm2)

* Kiểm tra bề rộng khe nứt:

N

kN cm A

crc

×

= 0.015mm < [an] = 0.5mm

3.4.4 – Tính toán nội lực cốt thép cho vỏ

- Các vỏ nắp, thành, vòm đáy, ống giữa, vỏ chân đài được tính toán theo từng tiết diện hình chữ nhật có b×δ , với b =100cm Tính theo cấu kiện chịu kéo, nén lệch tâm tiết diện chữ nhật

M 2-2

• Cốt thép theo phương vòng : F1-1

- Do vỏ nắp chịu kéo là chủ yếu nên tính theo cấu kiện chịu kéo

4 11

Bố trí thép theo phương vòng :Þ8 a200 ( As =3.014 cm2)

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép

• Cốt thép theo phương dọc :F 2-2

*vỏ nắp chịu nén là chủ yếu nên được tính theo cấu kiện chiu nén

+ Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông

→Theo phương dọc bố trí thép theo cấu tạo : Þ8a200 (As = 3.014cm2)

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép

• Cốt thép tại vị trí ngàm giữa vòm nắp và đai trên : M2-2

*Tính theo cấu kiện chịu uốn; chọn a =2cm

M22 α m ξ As Thép bố trí As chọn

-0.862 0.0079 0.008 0.041 Þ8a200 2.51 ( ¼ chiều dài mặt trên vòm nắp ở phía đai trên)

* Kiểm tra điều kiện lực cắt:

Q = V23 ≤ 0,6.Rbt.b.ho

1.626KN<0,6×900×1×0,1=54 (KN) (Thỏa)

• Cốt thép theo phương vòng : F11

* Do lõi giữa chịu nén là chủ yếu nên tính theo cấu kiện chịu nén

+ Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :

δ

1 0,18=

× KPa < Rb =11500 KPa => Thỏa

Vậy theo phương vòng : Đặt thép theo cấu tạo 2xÞ10a200 (9.42cm2)

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép

• Cốt thép theo phương dọc :F22

* Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :

Vậy theo phương dọc : Đặt thép theo cấu tạo 2×Þ10a200 (9.42cm )

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép

• Cốt thép theo phương vòng :F11

*Cấu kiện chủ yếu chịu nén

+Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông

δ

1 0, 23 =

× KPa < Rb =11500 kPa => Thỏa

Theo phương vòng : Đặt thép theo cấu tạo 2xÞ10a200 (9.42cm2)

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép

• Cốt thép theo phương dọc :F22

*Tính theo cấu kiện chịu nén

+Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông

δ

1 0, 23=

× kPa < Rb =11500 kPa => Thỏa

Theo phương dọc:đặt thép theo cấu tạo 2×Þ10a200 (9.42cm2)

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép :

• Cốt thép theo phương vòng : F11

* Chân đài chủ yếu chịu nén, kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bê tông :

δ

1 0,18 =

× KPa < Rb =11500 KPa => Thỏa

Vậy theo phương vòng bố trí thép 2xÞ12a200 (13.58 cm2)

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép :

• Cốt thép theo phương dọc : F22

* Các giá trị nội lực max :

F11 F22 M22

* Các giá trị nội lực max :

0-4.0 -90.607 -453.034 -15.474 0.585 2.925 0.082 0.676 4.477 4.0-8.0 -4.922 -405.995 -5.934 0.797 0.463 0.105 -1.106 -0.611 8.0-12.0 -5.284 -372.980 -5.365 0.937 0.542 0.106 1.293 -0.674 12.0-16.0 -214.179 -345.184 -39.604 2.746 13.686 0.145 -1.297 -18.319

*Tại vị trí z = 0-4.0 m và 12.0-16 m tính theo cấu kiện nén lệch tâm

Lấy a = a’ = 2 cm

0-4 0.0065 0.0067 0.01311 0.08 0.0931 0.0669 0.1576 12.108 24.216 12-16 0.0396 0.0067 0.0463 0.08 0.1263 0.0337 0.1201 5.68 11.36

*Bố trí thép trong đài (0m-4m; và 12m-16m):

* Tại vị trí z = 4 ÷ 12 m, chân đài chủ yếu chịu nén

+ Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bê tông :

δ

118,0

995.405

=

× kPa < Rb =11500 kPa => thỏa

bố trí thép 2xÞ12a200 (∑As=13.58cm2) từ vị trí z = 4 ÷ 12 m + Kiểm tra hàm lượng cốt thép :

%75,0

%10018

,01

1058.13'

%05,

4 0

• Cốt thép theo phương vòng :F11

- Tính theo cấu kiện chịu kéo

(m) (kN) (cm2) Chọn /1m (cm2) (%) 22.5-21.5 44.99 1.6 2×∅10 a200 9.42 0,52 21.5-20.5 71.520 2.55 2×∅10 a200 9.42 0,52 20.5-19.5 108.298 3.687 2×∅12 a200 13.56 0.75 19.5-18.5 172.297 6.153 2×∅12 a200 13.56 0.75 18.5-17.5 241.849 8.637 2×∅14 a200 18.46 1.03 → Theo phương vòng bố trí theo 2 lớp, a = a’= 2 cm

• Cốt thép theo phương dọc :F22

Cấu kiện chủ yếu chịu nén

→ Kiểm tra điều kiện ứng suất nén trong bêtông :

=

=

F

P n

3.4.4.6 – Vỏ nón cụt

- Bề dày δ = 25 cm.chọn a = 2 cm

- Lực tác dụng :

+ Trọng lượng bản thân, nắp, đai trên, thành, đai giữa, đai nắp

+ Áp lực nước, gió, tải sửa chữa

- Các giá trị nội lực max (cắt theo phương vòng một dãy có bề rộng 1 mét):

• Cốt thép theo phương vòng: F11

-Do vỏ nón cụt chịu kéo là chủ yếu nên tính theo cấu kiện chịu kéo

4 11

Bố trí thép theo phương vòng : 2Þ14 a150 ( As = 24.62 cm 2 )

+ Kiểm tra hàm lượng cốt thép

• Cốt thép theo phương dọc : F22

- Vỏ nón cụt chịu nén là chủ yếu, tính theo cấu kiện nén lệch tâm

-284.05 23.109 0.088 0.017 0.193 10.745 2xÞ14a150 24.62 1.07

3.5- THIẾT KẾ MÓNG ĐÀI:

3.5.1- XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TRUYỀN XUỐNG MÓNG:

- Tải trọng truyền xuống móng được tính cho trường hợp bất lợi nhất

TH3 =1(tĩnh tải×1,1)+0.9(áp lực gió ×1,2) +0.9(áp lực nước ×1,0) + 0.9(sửa chữa×1,2) Từ kết quả phân tích nội lực từ Sap2000 V9.03 ta có :

-Tổng lực dọc truyền xuống đất nền :

- Móng: dùng bêtông B25

Rbn = 18,5 MPa; Rbtn = 1,6MPa (nhóm A); Rb = 14,5 MPa; Rbt = 1,05 MPa

(nhóm A); Eb = 30.103 MPa

3.5.3.2 - Cốt thép

- d > 10mm : thép A-II ,

Rsn =Rs,scr = 295 MPa ; Rs = Rsc = 280 MPa ; Es = 21.104 MPa

- d ≤ 10mm : thép A-I ,

Rsn =Rs,scr = 235 MPa ; Rs = Rsc = 225 MPa ; Es = 21.104 MPa

Vơi Rsn : cường độ chịu kéo (nén) tiêu chuẩn

Rs,scr : cường độ chịu kéo tính toán khi tính toán theo các TTGH 2

Rs; Rsc: cường độ chịu kéo (nén) tính toán khi tính toán theo các TTGH 1

Es : module đàn hồi của cốt thép

3.5.3 - ĐỊA CHẤT NỀN:

Bảng 4.1 - Chỉ tiêu cơ lý của đất nền

3.5.4.Lựa chọn phương án móng :

3.5.4.1 Phương án móng bè:

- Địa chất cơng trình đáy mĩng đặt ở lớp đất số 2

- Sơ bộ chọn phương án mĩng bè hình trịn ,đường kính b =8 m Sau đĩ sẽ kiểm tra khả năng chịu tải của nền

- Khả năng chịu tải của đất nền :

)

(

k

m m

p

R p

{

f tb

tc tc

tc

f tb

tc tc

tc

D W

M F

N p

D W

M F

N p

N

N = = =2295.84 kN , 5.95

1.15 1.15

tt tc

3.5.4.2 Phương án móng cọc:

a/Chọn kích thước sơ bộ của cọc:

- Chiều sâu đặt đài:

- Chọn Df=2(m)

- Chọn kích thước cọc:

• Chọn cao trình mũi cọc:

Lớp đất 4( lớp sét lẫn cát trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng) là lớp đất tốt Mũi cọc được đặt trong lớp đất này và đặt tại HK2(MNN= 0.5m)

• Chọn chiều dài cọc:

Ø Chọn cọc dài 30m gồm 3 đoạn cọc, mỗi đoạn dài 10m

Ø Đoạn cọc được đập bỏ sau khi thi công là 0,5m

Ø Vậy chiều dài làm việc thực sự của cọc là Lc= 29.5

• Chọn tiết diện cọc:

Chọn tiết diện hình vuông: Ap=0.35x0.35= 0.1255(m2)

• Chọn thép trong cọc:

Bố trí thép dọc trong cọc: 4Ф16 → As=8.044(cm2)

à Ab = Ap – As = =0.124(m2)

b/ Tính sức chịu tải của cọc :

+Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu vật liệu :

Khi thi công đóng cọc : L01 = vLđoạn cọc =1 x 10 = 10 (m) Khi cọc đã làm việc : L02 = vLđất yếu =0,7 x (29.5-5.3) = 16.94 (m)

L0 = max(L01 ,L02) = L02 = 16.94(m)

{

0 16.94

0.3

L d

Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu vật liệu :

4 ( ) ( ) 0.846 (280000 8.044 10 14500 0.1246)

= 1282 (kN)

+ Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu đất nền :

Theo chỉ tiêu cường độ :

Sức kháng hông cực hạn : fsi = c’ai +σ’vi(1-sinφ’ai)tgφ’ai

2 2-13.8 15.5 58.8032 7.37 0.136 0.137 13.707 194.097 3b 13.8-22.8 18.3 127.007 2.7 0.422 0.466 36.239 391.384 3a 22.8-30 26.4 202.652 2.8 0.477 0.543 59.571 514.697

4 30-32 30.75 244.487 14.9 0.225 0.231 57.354 103.237

1203.415

p

N N N

γ γ

Q Q

+ Sức chịu tải của cọc theo chỉ số SPT

Theo kết quả thí nghiệm SPT ngoài hiện trường :

Chiều sâu(m) 0,5-15.6 15,6-18,5 18.5-21 21-23.1 23.1-26.8 26.8-31.5 Loại đất Bùn sét sét sét pha cát sét sét sét