Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành: Công trình thủy lợi MỞ ĐẦU Sự phát triển xã hội loài người gây tượng cân trạng thái tự nhiên có nước Các trạng thái tự nhiên dòng chảy sông ngòi không đáp ứng yêu cầu nước người phải tìm biện pháp làm thay đổi trạng thái tự nhiên cho phù hợp với yêu cầu mà họ cần có Một biện pháp tạo hồ chứa nước nhằm khống chế thay đổi tự nhiên dòng chảy sông ngòi Hố chứa nước biện pháp quan trọng hệ thống công trình điều tiết, có khả làm thay đổi sâu sắc nguồn nước theo thời gian không gian Và hồ chứa nước Tân Phú đời nhằm mục đích đáp ứng yêu cầu dùng nước khu vực: Hồ đảm bảo tưới cho 3000 ha, cấp nước sinh hoạt kết hợp với nuôi trồng thuỷ sản khoảng 150 Với kiến thức học giúp đỡ giáo viên hướng dẫn em thiết kế phần thủy công công trình hồ chứa Tân Phú Nội dung đồ án gồm phần sau: + Phần I : Tài liệu + Phần II : Tính toán sở + Phần III : Thiết kế kĩ thuật + Phần IV : Chuyên đề kĩ thuật Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành: Công trình thủy lợi CHƯƠNG I : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA KHU VỰC 1.1 Vị trí địa lý: Hồ chứa nước Tân Phú nằm sông B Tuyến đập thuộc xã B, huyện T, tỉnh B.Đ Công trình cách trung tâm huyện khoảng 25 km, có đường khai thác vận chuyển lâm nghiệp tới công trình 1.2 Địa hình đ 1.2.1 Đặc điểm địa hình: Tuyến đập nằm phía thượng nguồn sông B, chiều dài tới tuyến công trình 16,5 km Bụng hồ thung lũng rộng Vùng bờ sông dọc hai bờ sông núi có độ dốc cao 84m đến 50m, thấp dần phía hạ lưu Chiều rộng lưu vực đến 4,5 km, độ dốc lưu vực khoảng 15% Tại tuyến công trình địa hình co hẹp có eo yên ngựa phù hợp cho việc bố trí công trình Phía hạ lưu địa hình mở rộng hạ thấp dần tạo thành vùng đồng rộng lớn phía hữu ngạn sông B, gồm xã thuộc huyện T khu hưởng lợi vùng dự án 1.2.2 Tình hình khảo sát địa hình: Bình đồ khu đầu mối: 1/1000 Bình đồ, cắt dọc, ngang đập chính, tràn cống lấy nước cho vùng tuyến tùy thuộc loại địa hình với tỉ lệ 1/1000 1.3 Khí tượng thủy văn: 1.3.1 Đặc điểm: Do lưu vực tương đối dốc, tầng phủ mỏng, rừng bị chặt phá, thảm thực vật nghèo ảnh hưởng nhiều đến chế độ thủy văn Chiều dài sông tới tuyến công trình L8 = 16,5 km, độ dốc lòng sông i = 7% Diện tích hứng nước lưu vực tới tuyến công trình Flv = 48 km2 1.3.2 Tình hình lưới trạm: Có hai trạm khí tượng gần khu vực có tài liệu đo đạc 35 38 năm bao gồm: Mưa, gió, nhiệt độ, độ ẩm, bốc 1.3.3 Các đặc trưng khí tượng: 1.3.3.1 Nhiệt độ: Tài liệu thống kê nhiều năm trạm M: - Nhiệt độ trung bình nhiều năm: 28,60C - Nhiệt độ lớn nhất: 400C - Nhiệt độ nhỏ nhất: 150C 1.3.3.2 Độ ẩm: - Độ ẩm trung bình năm là: 79% Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành: Công trình thủy lợi - Độ ẩm lớn là: 85% - Độ ẩm nhỏ là: 62% 1.3.3.3 Gió ( xem bảng 1-1) Bảng 1-1 Tần suất P% 50 Tốc độ ( m/s) 30 26 20 1.3.3.4 Bốc hơi: - Bốc mặt đất: Z0 = 867mm - Bốc thêm mặt hồ: ( xem bảng 1-2) Bảng 1-2 Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tổng ∆Z0 24 25 28,4 25,8 29,4 38,4 48,1 44,9 29,4 22,2 22 24 361,6 (mm) 1.3.3.5 Mưa: Có hai mùa rõ rệt: Mùa mưa từ tháng đến tháng Mùa nhiều mưa từ tháng đến tháng 12 chiếm tới 70 ÷ 80% lượng mưa toàn năm - Lượng mưa trung bình năm: X = 1900 mm - Lượng mưa năm thiết kế: 1760 mm - Dòng chảy năm: Y = 1033 mm 1.3.4 Các đặc trưng thủy văn dòng chảy công trình đầu mối: - Hệ số dòng chảy chuẩn: α0 = 0,54; Cv = 0,2; Cs = 2Cv - Dòng chảy năm thiết kế 75% phân phối: ( xem bảng 1-3 bảng 1-4) Bảng 1-3 P% Q (m3/s) W ( tr.m3) 25 2,0 63,0 50 1,3 41,0 75 0,99 39,327 Bảng 1-4 Tháng K% Q (m3/s) W ( tr.m3) Tháng I 0,8 0,132 0,349 VII Sinh viên: Đinh Thị Huyền II 0,6 0,099 0,289 VIII III 0,7 0,115 0,302 IX IV 0,5 0,084 0,220 X XI V 0,4 0,215 0,576 VI 0,5 0,184 0,477 XII Tổng Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành: Công trình thủy lợi K% Q (m3/s) 0,63 0,315 2,31 0,427 7,2 0,372 30,4 4,54 41,9 6,63 11,2 1,84 W(tr.m3) 0,844 1,123 0,964 12,160 17,185 4,838 39,327 - Dòng chảy lũ ( bảng 1-5) Bảng 1-5 P% Q (m3/s) 0,2 870 0,5 730 650 1,5 450 245 10 90 W ( tr.m3) 21,3 16,2 14,49 7,5 4,35 2,64 - Đường trình lũ P = 1% P = 0,2% ( bảng 1-6) Bảng 1-6 T(h) Q (m3/s) 10 12 14 P=1% 60 162 280 420 570 650 605 P=0,2% 90 230 430 680 870 750 570 16 18 20 22 24 26 28 30 P=1% 500 380 280 200 140 90 50 10 P=0,2% 380 240 160 110 70 40 20 T(h) Q (m3/s) Hình 1-1: Hình vẽ biểu diễn đường trình lũ P = 1% Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành: Công trình thủy lợi Hình 1-2: Hình vẽ biểu diễn đường trình lũ P = 0,2% - Lưu lượng mùa kiệt P = 10% ( bảng 1-7) Bảng 1-7 Tháng Q(m3/s) I II III 3,1 IV 1,5 V 1,8 VI 3,9 VII 3,1 - Đường quan hệ Q ∼ Zh ( bảng 1-8) Bảng 1-8 Z(m) Q(m3/s) 47 48 18 49 40 50 65 51 100 52 150 53 220 54 320 55 410 56 600 57 900 Hình 1-3: Hình vẽ biểu diễn quan hệ Q~Zh 1.3.5 Bùn cát: - Hàm lượng bùn cát lơ lửng: ρ0 = 80g/m3 - Bùn cát đáy 20% bùn cát lơ lửng 1.3.6 Đặc trưng địa hình kho nước: Bảng 1-9 Z(m) F(105 m2) W(106m3) 46,5 0 48 0,3 50 0,6 52 5,5 1,5 54 2,6 56 11 Z(m) 58 60 62 64 66 68 Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư F(105 m2) W(106m3) 14 Trang 18 14 23 18,6 Ngành: Công trình thủy lợi 29 24,4 36 30 44 38 Hình 1-4: Hình vẽ biểu diễn quan hệ F~Z Hình 1-5: Hình vẽ biểu diễn quan hệ W~Z 1.4 Địa chất công trình: 1.4.1 Địa chất vùng lòng hồ: Lớp 1: Dọc theo dòng sông, bãi thềm sông cát cuội sỏi màu trắng đục, bão hòa nước, nguồn gốc aQ, dày 0,5 đến 6m Lớp 2: Thềm sông sườn dốc gồm lớp phủ thực vật dày 0,5m, tiếp đến lớp sét xám vàng xốp dày từ 3m đến 5m Phần sườn đồi kết cấu chặt nguồn gốc aQ Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành: Công trình thủy lợi Lớp 3: Đá Granit xám trắng rắn bề mặt phong hóa vừa, khe nứt hạt sét chèn kín 1.4.2 Vùng tuyến đập cống: Lòng suối phần thềm sông: Lớp dày 0,5 đến 6m, rộng 125m từ cao độ 52 bờ phải cao độ 54 bờ trái Bên lớp sét xám vàng xốp dày từ 3m đến 5m, phía đá gốc Thềm vai đập: Lớp phủ thực vật dày 0,5m, tiếp đến lớp dày từ 3m đến 5m Bên lớp đá gốc ( lớp 3) có tầng nứt nẻ mặt dày từ 1m đến 1,5m lấp đầy hạt sét Cống đặt lớp 1.4.3 Vùng đập tràn: Vùng đập tràn có eo yên ngựa, tràn đặt lớp đá gốc rắn chắc, f =0.65 Một số tiêu lý địa chất ( đập chính): Bảng 1-10 : Chỉ tiêu lý địa chất Đặc trưng Đơn vị Thành phần Sét Bụi Cát Sỏi Độ ẩm W Dung trọng khô γk Độ rỗng n Lực dính C Góc ma sát Hệ số thấm K % % % % % % T/m3 T/m2 Độ m/s Lớp 32 68 Bão hòa 1,45 0,47 28 1.10-4 10 15,2 54,6 20,2 19 1,5 0,45 2,5÷1,8(Cbh ) 18,5÷15,3 (b/h) 2.10-8 1.4.4 Vật liệu xây dựng: 1.4.4.1 Bãi vật liệu: Gồm bãi 1, cách đập từ 800 ÷ 1000m phía hạ lưu Bảng 1-11: Trữ lượng Bãi Lớp bóc Sinh viên: Đinh Thị Huyền Chiều sâu khai thác(m) Trữ lượng (m3) Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 0,5-0,7 0,5 2,0 Ngành: Công trình thủy lợi 1,5 2,0 2,0 385,000 470,000 500,000 1.4.4.2 Chỉ tiêu lý: ( bảng 1-12) Bảng 1-12: Chỉ tiêu lý bãi vật liệu Đặc trưng Sét Bụi Cát Sỏi Hệ số không Độ ẩm γchế bị Góc ma sát Độ rỗng n Lực dính C Hệ số thấm K Đơn vị % % % % % % T/m3 Độ T/m2 m/s Chỉ tiêu lý 20 16 42 22 10 20 1,65 φtn = 200,φbh = 180 0,34 Ctn = 2,2; Cbh = 2,0 1.10-7 - Đá khai thác phía thượng lưu, cách đập 7km, γđ = T/m3,φ = 380 - Cát sỏi: khai thác phía hạ lưu, cách đập 3,5km CHƯƠNG II : ĐIỀU KIỆN KINH TẾ XÃ HỘI Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành: Công trình thủy lợi 2.1 Dân sinh kinh tế: Dân số vùng dự án có 156000 người, chủ yếu dân tộc Kinh chiếm 90%, dân tộc thiểu số chiếm khoảng 10% thuộc dân tộc Thái, Mông Kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp Ngoài số ngành nghề thủ công khí , mây tre đan, mộc lâm nghiệp Tình hình sản xuất nông nghiệp không ổn định, phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên công trình thủy lợi sẵn chưa đảm bảo nhu cầu tưới chủ động Năng suất bấp bênh đạt 2- T/ha Thu nhập bình quân quy thóc 260kg/người năm Số hộ đói nghèo chiếm tới 20% 2.2 Hiện trạng thủy lợi nông nghiệp: Khu vực thuộc phạm vi dự án trọng điểm sản xuất nông nghiệp huyện Diện tích canh tác toàn khu vực có 8800 Đã có công trình đảm bảo tưới cho 3800 Khu vực chịu ảnh hưởng lũ quét, ngập úng nước vụ mùa, hạn hán vào vụ đông xuân vụ hè thu 2.3 Kế hoạch phát triển kinh tế: Theo kế hoạch phát triển kinh tế địa phương, xác định vùng trọng điểm sản xuất lương thực Vì cần có đầu tư nhà nước để có công trình thủy lợi tương đối quy mô để hạn chế úng lụt, chủ động nguồn nước tưới cho loại trồng: Lúa, hoa màu, công nghiệp, ăn nuôi trồng thủy sản Về cấu trồng: + Cây lương thực: Lúa, ngô, khoai + Cây công nghiệp: Lạc, đỗ tương + Cây thực phẩm : Rau xanh loại + Ở vùng đất cao khai thác mở rộng trồng ăn Hồ đảm bảo tưới cho 3000 ruộng đất cấp nước sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản khoảng 150 Bảng 2-1 Tháng Qmax(m3/s) W(106.m3) I 2,1 1,510 Tháng Qmax(m3/s) W(106.m3) VII 3,28 5,951 Sinh viên: Đinh Thị Huyền II 1,28 1,351 VIII 2,1 0,821 III 1,1 1,259 IX 1,64 0,716 IV 1,5 0,910 X 2,28 3,05 XI 1,82 2,659 V 1,82 1,073 XII 1,6 2,952 VI 2,05 1,866 Tổng 24,118 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư  MNKCDK: 55,6m  [∆Z] = 0,4m Trang 10 Ngành: Công trình thủy lợi  Đà gió: D = 1,1km; D’ = 1,3km  Hoa màu  Lúa vụ: Đông xuân từ tháng 10 đến tháng năm sau Vụ chiêm từ tháng đến tháng Vụ mùa từ tháng đến tháng  Năng suất phấn đấu: Lúa: 40 tạ/ha Ngô: 30tạ/ha Khoai lang: 50 tạ/ha Lạc: tạ/ha Đỗ: 10 tạ/ha Thu nhập bình quân quy thóc đạt 500 kg/người năm 2.4 Ảnh hưởng môi trường- ngập lụt di dân: Theo xác nhận tổng cục địa chất, khu vực ngập lụt lòng hồ không ảnh hưởng khoáng sản Dân cư vùng có 13 hộ gia đình với dân số 75 người đến khu định cư Chất lượng nước đánh giá độc tố ảnh hưởng tới dân sinh sản xuất nông nghiệp Hồ xây dựng có điều kiện cải tạo khí hậu, tăng độ ẩm, giảm khô hanh nóng Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 119 Ngành: Công trình thủy lợi Trị số bình quân băng tính toán mố trụ σ tb = σ1 + σ 2 (11.2) Lực mố truyền cho đáy coi lực tập trung Pm có giá trị là: Pm = σ tb b.d (11.3) Trong đó: b: Bề rộng băng tính toán d: Chiều dày mố đáy Loại mố Mố Mố bên Bảng 11.3: Tính ứng suất trung bình băng tính toán σmax(KNm) σmin(KNm) σ1(KNm) σ2(KNm) σtb(KNm) P’m(KNm) 414.60 181.25 327.09 341.68 334.39 334.39 156.46 122.31 141.28 143.18 142.23 213.35 11.2.2 Các lực phân bố băng 11.2.2.1 Trọng lượng đáy: q1 = γb t.b (11.4) Trong đó: γb:Dung trọng bê tông = 24(KN/m) t: Chiều dày đáy băng tính toán,t = 1,2 m q1 = 24.1,2.1 = 28,8 (KN/m) 11.2.2.2 Lực đẩy (lực thấm lực thuỷ tĩnh) q2 = γn.hđn.b (11.5) Trong đó: hđn : Cột nước đẩy băng tính toán hđn =hth +t + h2 = 2,606 + 1,2 + = 3,806 (m) →q2 = 10.3,806.1 = 38,06 (KN/m) 11.2.2.3 Phản lực nền(sơ coi phân bố đều) q3 = Pp.b Trong đó: Pp : cường độ áp lực đáy móng băng tính toán Pp = 48,673 (KN/m) (11.6) →q3 = 48,673.1 = 48,673 (KN/m) 11.2.3 Lực cắt không cân Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 120 Ngành: Công trình thủy lợi 11.2.3.1 Trị số Xác định từ phương trình cân tĩnh: Q + ΣP’k + 2l.Σqi = (11.7) Trong đó: 2l: chiều dài băng tính toán xét,2l = 29(m) ΣP’k = Pmb + Pmg = 2.( 334.39 + 213.35)= 1095,46 (KN) Σqi = q1 + q2 + q3 = 28,8 - 38,06 – 48,673 = -57,933 (KN) →Q +1095,46 + 29.( -57,933)= Q = 584,597 KN 11.2.3.2 Phân phối Q mố đáy: Xác định vị trí trục trung hòa : yo = ∑ F y m + Fd y2 (11.8) Fm + Fd Trong đó: ∑Fm: Tổng diện tích mố Fđ: Diện tích phần đáy y1: Khoảng cách từ trọng tâm mố đến trục x,y1 = 4,75 m y2: Khoảng cách từ trọng tâm đáy đến trục x,y2 = 0,6 m yo = ∑ F y ∑F m + Fd y2 m + Fd = (7,5.2 + 8, 625.2).4, 75 + 1, 2.29.0, = 2,6 m 7,5.2 + 8, 625.2 + 1, 2.29 Vẽ biểu đồ mô men tĩnh Sc băng tính toán Sc = Fc.yc (11.9) Trong đó: Fc: diện tích phần bị cắt yc :khoảng cách từ trọng tâm phần diện tích cắt đến trục trung hoà Xét phần Phần 1: Bản đáy Phần 2: Tường mố Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 121 Fm1 Fm2 Ngành: Công trình thủy lợi Fm3 Sc Fm4 A1 Trôc trung hoµ y1 y0 y2 X0 Fd X A2 2L Hình 11.2: Phân phối lực cắt không cân Bảng 11.4 Bảng tính mô men tĩnh yc(m) Fc(m2) y(m) Sc(m3) -6.10 0.00 0.00 0.00 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.40 2.60 5.54 5.03 4.51 3.98 3.45 2.91 2.00 0.00 4.07 7.97 12.06 16.33 20.79 25.43 34.80 0.00 22.58 40.11 54.40 65.06 71.73 74.04 69.60 0.00 Tính diện tích biểu đồ Sc tương ứng với mố A1 với đáy A2 A1 = 394,474 (m4) A2 = 85,80 (m4) Phân phối lực cắt Q cho mố(Qm) đáy(Qđ): Qm = Q A1 394, 474 = 584,597 = 480,16 ( KN ) A1 + A2 394, 474 + 85,80 Qd = Q − Qm = 584,597 − 480,16 = 104, 437 ( KN ) ' Phân Qm cho mố theo tỷ lệ diện tích: Pk = Fmk Qm ∑ Fm (11.10) Trong đó: Fmk: Diện tích mố thứ k, Fmt = 7,5 (m2), Fmb = 8,625 (m2) Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 122 Ngành: Công trình thủy lợi ∑Fm: Tổng diện tích mố, ∑Fm = 2.Fmt +2.Fmb = 32,25 (m2) Lực Qm phân phối cho mố : ' Mố bên có Pmb = Fmb ' Mố trụ có Pmt = Fmt Qm 480,16 = 8, 625 = 128, 41( KN ) 32, 25 ∑ Fm Qm 480,16 = 7,5 = 111, 67 ( KN ) 32, 25 ∑ Fm Phân Qđ cho đáy: q4 = Qd 104, 437 = = 3, ( KN / m ) 2l 29 (11.11) 11.2.4 T ải trọng bên Xác định phạm vi đắp đất: Phạm vi đắp đất đào hố móng tính từ mố bên lấy sang hai bên khoảng l = 10 (m) Tải trọng đứng: S = γ d hd b (11.12) γđ: Là dung trọng đất đắp, γđ = γtn = 19,8 (KN/m3); hđ: Là chiều cao cột đất đắp, hđ = H = 8,7 m) S = γ d hd b = 19,8.8, 7.1 = 172, 26 ( KN / m ) Mômen áp lực đất nằm ngang gây (lấy đáy): M d = E yd (11.13) Trong đó: E- áp lực ngang; yđ - khoảng cách từ điểm đặt E đến đáy băng Ta có áp lực đất chủ động : σ cd = γ ω Z λc − 2.C λc + q.λc ϕ 20o o ) = 0, 49 Với λc = tg (45 − ) = tg (45 − 2 o C = 20 (KN/m2) Áp lực đất chủ động sau tường: 2.C 2 γ H λ − C H λ + Ec = ω c c γω (11.14) 2.202 = 0,5.19,8.8,7 0,49 - 2.20.8,7 0, 49 + = 163,98 (KN) 19,8 Với: Zo = 2.C 2.20 = = 2,89 (m) γ ω λc 19,8 0, 49 Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 123 Ngành: Công trình thủy lợi Điểm đặt Ec cách chân tường khoảng là: H − zo 8, − 2,89 = = 1,94 m 3 M d = E yd = 163,98.1,94 = 318,12( KN m) 11.2.5 Sơ đồ ngoại lực cuối cùng: Các lực tập trung mố: ' Mố trụ: Pt = Pmt + Pmt = 334,39 + 111, 67 = 446, 06 ( KN ) (11.15) ' Mố bên: Pb = Pmb + Pmb = 213,35 + 128, 41 = 341, 76 ( KN ) (11.16) Lực phân bố băng: q = q1 + q2 + q4 = 28,8 - 38,06 + 3,6 = -5,66 ( KN / m ) (11.17) Lực bên từ phía giáp với đất: s = 172, 26 ( KN / m ) ; Mđ =318,12 (KN.m) ; s P=P1' + P1'' M P=P2' + P2'' P=P2' + P2'' P=P1' + P1'' M s q=q1+q2+q4 Hình 11.3: Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên đáy P = 341.76 KN M=318,12 KN.m P = 446.06 KN P = 446.06 KN P = 341.76 KN M=318,12 KN.m q=5.66 (KN/m) 14.50 Sinh viên: Đinh Thị Huyền 14.50 Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 124 Ngành: Công trình thủy lợi Hình 11.4: Sơ đồ tính nội lực dải ngang 11.3 Xác định nội lực băng tính toán 11.3.1 Phương pháp tính toán Để xác định nội lực đáy ta dùng phương pháp dầm đàn hồi với bảng tra sẵn Gorbonop – Pôxađôp 11.3.2 Nội dung tính toán: Xác định độ cứng băng: để xác định gia trị nội lực đơn vị ta cần xác định độ cứng băng theo công thức( 3.1) giáo trình Nền Móng ta có: t = 10 E0 l ( ) E h (11.18) Trong đó: E0: môđun biến dạng đất nền, địa chất công trình đá phong hoá nên E0 = 1,35.103 T/m2 E: môđun biến dạng vật liệu làm dầm Vì vật liệu làm đáy bêtông cốt thép M200 ⇒ E = 24.105 T/m2 H: chiều dầy đáy, h = 1,2 m l: nửa chiều dài dầm, l = 14,5 m => t = 10 1,35.103 14,5 ( ) = 10 24.105 1, Vậy tính toán nội lực đáy toán dầm ngắn Tính toán: Để xác định M( ξ ), Q( ξ ) ta dùng nguyên lý cộng tác dụng trị số M( ξ ), Q( ξ ) ứng với tải trọng phân bố tập trung, tải trọng phân bố mômen xác định theo biểu thức sau : Bảng 11.5: Công thức tính toán nội lực Nội lực Dạng tải trọng q(T/m) P(T) M(T.m) Q( ξ ) Q b l q ± Q P Q M/l M( ξ ) M b l q M P l ± M.M Trong Q , M : phụ thuộc độ cứng đầm t = 10 hoành độ không thứ nguyên ξi = xi a x α i = i trường hợp lực tập trung ξi = i trường l l l hợp tải trọng phân bố xi : hoành độ mặt cắt xác định nội lực Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 125 Ngành: Công trình thủy lợi : hoành độ điểm đặt lực l : nửa chiều dài dầm l = 14,5 m b : chiều rộng dầm b = 1m Tính toán cho tải trọng bên: xét ảnh hưởng tải trọng bên dạng mô men, bỏ qua ảnh hưởng lực phân bố Kết phần tính toán tra bảng tìm nội lực đáy thể phụ lục chương XI 11.4 Tính toán bố trí cốt thép 11.4.1 Các số liệu dùng tính toán 11.4.1.1 Vật liệu Vật liệu làm đáy bêtông cốt thép M200, cốt thép nhóm CII có thông số sau: - Cường độ chịu nén bêtông Rn = 90 kG/cm2 Cường độ chịu kéo bêtông Rk = 7,5 kG/cm2 Môdun đàn hồi ban đầu bêtông Eb = 240.103kG/ cm2 Hệ số điều kiện làm việc bêtông cốt thép: mb = 1,0; ma = 1,15 Mô dun đàn hồi cốt thép Ea = 2,1.106 kG/cm2 Cường độ chịu kéo chịu nén cốt thép Ra = Ra’ = 2700 kG/cm2 - Hệ số giới hạn αo = 0,60 - Hàm lượng cốt thép tối thiểu µmin = 0,1% - Chiều dày lớp bảo vệ a = cm 11.4.1.2 Chỉ tiêu tính toán Công trình cấp III có tiêu tính toán sau: - Hệ số độ tin cậy Kn = 1,15 - Hệ số tổ hợp tải trọng nc = 1,00 (tổ hợp tải trọng bản) 11.4.2 Tính toán Từ kết tính toán nội lực ta tính toán bố trí cốt thép cho mặt cắt có Mô men lực cắt lớn 11.4.2.1 Tính toán cho mặt cắt đầu nhịp( Tính toán cho trường hợp căng dưới) M = 318,12 (KN.m) Q = 341,76 (KN) Tính toán cho mặt cắt chữ nhật b x h = 100 x 120 cm Ta chọn a = a’ = cm => h0 =h - a = 120 - = 116 m A0 = α0(1-0,5α0) (11.19) 2 A0 =0,42 ; Ra =270000 (KN/m ); Rn=9000 (KN/m ) Ta có : Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư A0 = Trang 126 Ngành: Công trình thủy lợi K n nc M 1,15.1, 0.318,12 = = 0, 003 < A0 m b3R n .b.h 1.9000.1.(1,16) (11.20) Vậy tiết diện cần tính toán cốt đơn Từ A => α =1- − 2A =0,031 m b3R n b.h0α 1.9000.1.1,16.0, 031 = = 0, 00103(m ) = 10,3cm  Fa = (11.21) Diện tích cốt thép tối thiểu: Fa = µmin bh = 0,1%.100.116 = 11,6 cm2 (11.22) ma Ra 1,15.270000 Vậy Fatt = 11,6 cm2 Ta bố trí lớp 5φ18/1m(Fa = 12,72 cm2) Kiểm tra đáy có cần đặt thêm cốt đai cốt xiên hay không Nếu thoả mãn công thức sau phải tính thêm cốt đai cốt xiên K1.mb4.Rkc.b.h0 < Kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0 (11.23) Thay giá trị vào công thức ta có 0,6.0,9.1150.1.1,16 > 1,15.1,0.341,76 < 0,25.1,15.9000.1.1,16 Như bố trí cốt đai , cốt xiên ta bố trí cốt đai theo cấu tạo 11.4.2.2 Tính toán cho mặt cắt nhịp (Tính toán cho trường hợp căng trên) M = 654,66 (KN.m) Q = 52,90 (KN) Tính toán cho mặt cắt chữ nhật b x h = 100 x 120 cm Ta chọn a = a’ = cm => h0 =h - a = 120 - = 116 m A0 = α0(1-0,5α0) A0 =0,42 ; Ra =270000 (KN/m2); Rn=9000 (KN/m2) Ta tính toán cốt kép A= = K n nc M-m a Ra' Fa' (h0 − a ') m b R n .b.h 02 1,15.1, 0.654, 66 − 1,15.270000.12, 72.10−4 (1,16 − 0, 04) = 0, 0256 1.9000.1.(1,16) Từ A => α =1- − 2A =0,026 Thấy α= 0,026 < 2a’/h0 = 0,069  Fa = kn nc M 1,15.1.654, 66 = = 0, 00216(m ) = 21,6cm ma Ra (h0 − a ') 1,15.270000(1,16 − 0, 04) Diện tích cốt thép tối thiểu: Fa = µmin bh = 0,1%.100.116 = 11,6 cm2 Vậy Fatt = 21,6 cm2 Ta bố trí lớp 5φ25/1m (Fa = 24,54 cm2) Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 127 Ngành: Công trình thủy lợi • Kiểm tra đáy có cần đặt thêm cốt đai cốt xiên hay không Nếu thoả mãn công thức sau phải tính thêm cốt đai cốt xiên K1.mb4.Rkc.b.h0 < Kn.nc.Q < 0,25.mb3.Rn.b.h0 Trong : - K1 = 0,6 lấy dầm - Q : Lực cắt lớn tải trọng gây - Rkc : Cường độ chịu nén tiêu chuẩn BTCT, Rkc = 1150 KN /m2 - mb4 : Hệ số làm việc bê tông lấy mb4 =0,9 Thay giá trị vào công thức ta có 0,6.0,9.1150.1.1,16 > 1,15.1,0.52,90 < 0,25.1,15.9000.1.1,16 Như bố trí cốt đai , cốt xiên ta bố trí cốt đai theo cấu tạo 14.4.3 Kiểm tra nứt + Các thông số : - Ea =21.107 ( KN/m2) - Eb =24.106 (KN /m2) - Rk =750 (KN /m2) - Rkc=1150 (KN /m2) - Trị số γ1.Rkc gọi ứng suất tính toán mép biên chịu kéo tiết diện Theo phụ lục 13-14 GTBTCT ứng với chiều cao tiết diện h >100 cm => mh = tiết diện hình chữ nhật => γ1=1,75 => Rkc =mh γ1= 1,75 (11.24) E a 21.107 = 8, 75 - Hệ số qui đổi : n = = E b 24.106 (11.25) Điều kiện để đáy không bị nứt : nc.Mc < Mn= γ1.Rkc.Wqđ (11.26) Trong : - nc : Hệ số tổ hợp tải trọng - Mc : Mô men uốn tác dụng tải trọng tiêu chuẩn - Mn: Mô men uốn mà tiết diện chịu sau xuất khe nứt - Wqđ : Mô men chống uốn tiết diện quy đổi lấy đói với mép biên chịu kéo cuat tiết diện Wqđ = J qd h - xn Sinh viên: Đinh Thị Huyền (11.27) Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 128 Ngành: Công trình thủy lợi - Jqđ : Mô men quán tính trung tâm tiết diện quy đổi - xn : Chiều cao miền BT chịu nén S qd xn = (11.28) Fqd Sqđ :Mô men tĩnh tiết diện quy đổi lấy mép biên chịu nén Đối với tiết diện chữ nhật : Fqđ = Fb + n (Fa + Fa’); Sqđ = bh Jqd = b x n h + nFa’a’ + nFah0; (11.29) (h− xn ) + nF ’(x – a’)2 + nF (h – x )2; +b a n a n (11.30) Trong đó: Fb - diện tích bê tông; Fb = bh cm2 Fa diện tích cốt thép miền kéo Fa’ diện tích cốt thép miền nén • Kiểm tra cho mặt cắt đầu nhịp Fb - diện tích bêtông; Fb = bh = 100.120 =12000 cm2 Fa diện tích cốt thép miền kéo: Fa = 12,72 cm2 Fa’ diện tích cốt thép miền nén: Fa’ = 24,54 cm2 Thay số ta được: Fqd = 12326,03 cm2; Sqd = 733769,70 cm3 ⇒ xn = 59,53 cm Jqđ = 15419692,93 cm4 ⇒ Wqđ = 254997,89 cm3 Thay số vào (12-3) ta được: VT = 1,0.318,12 = 318,12 KNm VP = 1,75.1.1150 254997,89.10-6 = 513,18 KNm VT < VP ⇒ Bản đáy đầu nhịp không bị nứt • Kiểm tra cho mặt cắt nhịp Fb - diện tích bêtông; Fb = bh = 100.120 =12000 cm2 Fa diện tích cốt thép miền kéo: Fa = 24,54 cm2 Fa’ diện tích cốt thép miền nén: Fa’ = 12,72 cm2 Thay số ta được: Fqd = 12326,03 cm2; Sqd = 745353,30cm3 ⇒ xn = 60,47 cm Jqđ = 15419692,93 cm4 ⇒ Wqđ = 259023,40 cm3 Thay số vào (12-3) ta được:VT = 1,0.654,66 = 654,66 KNm VP = 1,75.1.1150 259023,40 10-6 = 521,28 KNm VT > VP ⇒ Bản đáy nhịp bị nứt Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 129 Ngành: Công trình thủy lợi Kiểm tra nứt Bề rộng khe nứt tính theo công thức thực nghiệm (TCVN 4116-85) (σ − σ ) an = k c.η a 7.(4 − 100 µ ) d (11.31) Ea Trong đó: an - bề rộng khe nứt (mm); k - hệ số lấy cấu kiện chịu uốn; c - hệ số xét đến tính chất tác dụng tải trọng, c = 1; η - hệ số xét đến tính chất bề mặt cốt thép, thép có gờ η = 1; σ0 - ứng suất kéo ban đầu cốt thép có nở bêtông, kết cấu nằm nước σ0 = 20000 KN/m2 σa - ứng suất cốt thép σa = M n (11.32) Fa Z1 Mn - mômen uốn mà tiết diện chịu trước nứt Mn = 521,28 KNm Fa = 24,54 cm2 Z1 xác định theo công thức thực nghiệm; Z1 = η’.h0; η’phụ thuộc Fa vào µ = bh = 0,21 % ⇒ η’ = 0,85 ⇒ Z1 = 98,6 cm ⇒ σa = 215436,65 KN/m2; d đường kính cốt thép (mm) Thay số ta tính (σ − σ ) an = k c.η a 7.(4 − 100 µ ) d Ea = 1.1.1 (215436, 65 − 20000) 7.(4 − 100.0, 0021) 25 = 0,12mm 2,1.108 Đối với cấu kiện thường xuyên nằm nước bề rộng khe nứt giới hạn: [an] = 0,15 mm (bảng 18 TCVN 4116-85) Ta thấy an < [an] ⇒ Bề rộng khe nứt đảm bảo yêu cầu thiết kế Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 130 Ngành: Công trình thủy lợi KẾT LUẬN Với đề tài :″Thiết kế công trình đầu mối hồ chứa Tân Phú thuộc tỉnh Bình Định” Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với phấn đấu lỗ lực thân hướng dẫn tỉ mỉ, chu đáo, nhiệt tình thầy giáo Th.s Lê Hoà Xướng với thầy cô giáo em hoàn thành đồ án thời gian quy định Thời gian 14 tuần làm đồ án thực khoảng thời gian bổ ích cho sinh viên trước trường Nó giúp sinh viên hệ thống hoá, tổng hợp lại kiến thức học năm từ môn đại cương: Sức bền vật liêu, Cơ lý thuyết, Cơ kết cấu, môn học Thủy văn, Thủy lực, Kết cấu thép bê tông cốt thép môn chuyên ngành Thi công hay Thủy công, tất cần thiết cho việc làm đồ án tốt nghiệp đặc biệt sau làm Ngoài rèn luyện kỹ đọc tài liệu, độc lập suy nghĩ, sáng tạo, cầu nói lý thuyết thực tế việc thiết kế, thi công công trình, đồng thời chuẩn bị chu trở thành kỹ sư thủy lợi thực thụ sau Chính Đồ Án Tốt Nghiệp công trình đầu tay có ý nghĩa lớn em Tuy nhiên khoảng thời gian ngắn với khối lượng công việc, tính toán tương đối lớn đặc biệt sinh viên trình độ hạn chế kinh Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 131 Ngành: Công trình thủy lợi nghiệm thực tế chưa có nên đồ án tránh khỏi sai sót chỗ chưa hợp lý Kính mong thầy cô bảo hướng dẫn để em có thêm nhiều kiến thức bổ ích phục vụ cho công việc sau Cuối em xin cám ơn thầy giáo Th.s Lê Hoà Xướng tận tình bảo cho em hoàn tất đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án Kính chúc thầy, cô lời chúc tốt đẹp nhất! Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2008 Sinh viên thực Lê Phương Thư Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 132 Ngành: Công trình thủy lợi TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Thủy công tập 1&2 - Bộ môn Thủy công trường ĐHTL Đồ án môn học Thủy công (2004) - Bộ môn Thủy công trường ĐHTL Giáo trình Thủy văn công trình, Bộ môn Thủy văn công trình trường ĐHTL Giáo trình Thủy lực - Tác giả: Nguyễn Cảnh Cầm, Nguyễn Văn Cung, Lưu Công Đào Bảng tra Thủy lực - Bộ môn Thủy lực trường ĐHTL Giáo trình Cơ học đất - Bộ môn Địa kỹ thuật trường ĐHTL Giáo trình móng - Bộ môn Địa kỹ thuật trường ĐHTL Thiết kế đập đất - Tác giả: Nguyễn Xuân Trường Thiết kế cống - Tác giả: Trịnh Bốn, Lê Hòa Xướng 10 Công trình tháo lũ đầu mối hệ thống công trình thuỷ lợi - Các tác giả Nguyễn Văn Cung, Nguyễn Xuân Đặng, Ngô Trí Viềng 11 Giáo trình Kết cấu Bê Tông Cốt Thép - Các tác giả Trần Mạnh Tuân, Nguyễn Hữu Thành, Nguyễn Hữu Lân, Nguyễn Hoàng Hà 12 Các quy phạm: TCXDVN 285 - 2002;TCVN 4253 - 86 QPTL C1 - 78; QPTL C1 - 75; QPTL C8 - 76; 14TCN 157 - 2005; 14TCN 197 - 2006; Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 133 Ngành: Công trình thủy lợi MỤC LỤC ***************************** DanhMôc Trang 5.2.4 Thiết bị chống thấm 25 5.2.5 Thiết bị thoát nước 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 MỤC LỤC 133 Chương tài liệu tham khảo điểm đối Sinh viên: Đinh Thị Huyền Lớp: 47LT