Đang tải... (xem toàn văn)
Công trình bể nước ngầm.: bể xử lý nước thải Kích thước : 6x11 (m) Chiều dày chọn sơ bộ bản thành 200 mm,bản đáy 250 mm,bản nắp 100 mm và kích thước dầm đáy : dầm ngang 40x70 cm , dầm dọc 30x60 cm , dầm nắp 25x40 cm Mực nước cao nhất trong bể 3,15 m Bể nước được làm bằng vách bê tông cốt thép chịu lực toàn khối được truyền xuống dầm đáy .
BẢN THUYẾT MINH BỂ NƯỚC I CẤU TẠO VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU BỂ NƯỚC - Cơng trình bể nước ngầm.: bể xử lý nước thải - Kích thước : 6x11 (m) - Chiều dày chọn sơ thành 200 mm,bản đáy 250 mm,bản nắp 100 mm kích thước dầm đáy : dầm ngang 40x70 cm , dầm dọc 30x60 cm , dầm nắp 25x40 cm - Mực nước cao bể 3,15 m - Bể nước làm vách bê tông cốt thép chịu lực tồn khối truyền xuống dầm đáy II TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẤU KIỆN II.1 Tính bể chìm: Quy trình tính tốn thực theo đầu mục sau : 1.Đầu vào tải trọng: 2.Tính thành bể 3.Tính đáy bể 4.Tính nắp bể 5.Tính dầm năp 6.Tính dầm đáy II.2 Đầu vào tải trọng: 1.Kích thước bể: -Chiều dài bể: l=m,bề dày thành bể chọn: btb=0.2m - Chiều rộng bể b=6m,bề dày đáy bể chọn,bdb=0.25m -Chiều cao bể h=3.8 m,bề dày nắp bể chọn,bnb=0.1m -Chiều cao mực nước ngầm:hnng=2.5m -Chiều cao đất đắp so với đáy bể:h =3.3m 2.Vật liệu: -Bể tông cấp độ bền :B15 có Rb=85(kg/cm2),Rb.ser=110(kg/cm2) Rbt=7.5(kg/cm2) Rbt.ser=11.5(kg/cm2) Eb= 230000(kg/cm2) -Cốt thép nhóm : Thép dọc(thép chủ):CI có Rs=2250(kg/cm2),ξR=0.656 Es=2100000(kg/cm2),αR=0.441 Thép ngang(thép đai):CI có Rsw=1750(kg/cm2);Es=2100000(kg/cm2) Trong đó: - Rb.ser,Rbt.ser-cường độ tính tốn chụi nén chụi kéo bê tơng tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ -Rb.Rbt-cường độ tính tốn chụi nén chụi kéo bê tơng tính tốn theo trạng giới hạn thứ -Eb,Es-Modun đàn hồi bê tông cốt thép -Rs,Rsw-cường độ tính tốn thép Tải trọng lấy theo TCVN 2737-1995 3.Thành bể: + Hoạt tải - Tải áp lực nước tác dụng lên thành bể(Khi thành chưa đắp đất mực nước cao Ρn=γn.hn.n=3150(kg/m2) Với -γn-dung trọng nước, γn=1000(kg/m3) -hn-Chiều cao nước lớn nhất, hn=3.15m -n-hệ số độ tin cậy, n=1 - Tải áp lực đất tác dụng lên thành bể(khi thành đắp đất bể không chứa nước) P1d=γd.h.n.tan(45-ϕ/2)=4533.66878 (kg/m2) Với: γd-dung trọng tự nhiên đất, γd=1800(kg/m3) -h-Chiều cao đất đắp bên thành bê, h=3.3m -n-hệ số độ tin cậy, n=1.3 -ϕ-Góc ma sát đất, ϕ=13.54 - Áp lực đẩy nước ngầm tác dụng lên thành bể: Pđn=γđn.hđn.n.tan(45-ϕ/2)=684.017(kg/m2) Vớihđn-chiều cao mực nước ngầm so với đáy bể, hđn=2.5m n-hệ số độ tin cậy, n=1.3 - γđn-Dung trọn đẩy nước ngầm,tính sau: γđn=(γrd-γn).(1-n')=358.479(kg/m2) -γrd-Dung trọng riêng đất,γrd=2683(kg/m3) với n'-Hệ số rỗng đất,n'= 0.787 + Tĩnh Tải - Bê tông thành bể: gtb=n.γbt.htb=550(kg/m2) Với :n-hệ số độ tin cậy,n=1.1 -γbt-Dung trọng bê tông,γbt=2500(kg/m3) -htb-bề rộng(dày) thành bể,htb=0.2 - Lớp trát bể: gt=n.γ.h=58.5(kg/m2) Với -γ-dung trọng vữa trát, γ=1800(kg/m2) -n-hệ số độ tin cậy,n= 1.3 -h-bề dày trát bể, h=0.025m,tổng tĩnh tải: g=608.5(kg/m2) - Quy tập trung: mtb=(qtb+qt).2(l+b).h= 78618.2kg =78.6182T Đáy bể: +Hoạt tải: - Áp lực nước tác dụng lên đáy bể(khi nước đầy):Pn=γn.hn.n= 3150(kg/m2) +Tĩnh tải" - Bê tông đáy bể: gdb=n.γbt.hdb=687.5(kg/m2) Với hdb-Chiều dày đáy bể,hdb=0.25 m,tổng g=746 (kg/m2) - Lớp trát bể: gt=n.γ.h=58.5(kg/m2) - Quy tập trung: mdb=(qdb+qt).l.b=49236kg = 49.236 T -Áp lực đẩy nước ngầm lên đáy bể: pdn=γdn.n.hnng=1165.05675(kg/m2) - Lực đẩy nước ngầm: Gdn=l.b.γdn.n.hnng=30757.4982 kg = 30.7574982T 5.Nắp bể: +Hoạt tải: Hoạt tải sửa chữa: Pnb=n.P= 97.5(Kg/m2) Với n-hệ số tin cậy,n=1.3 ,P= 75(Kg/m2) +Tĩnh tải: Bê tông nắp bể:gnb=n.γbt.hnb=275 (kg/m2) Với hnb-bề dày nắp bể,hnb= 0.1(kg/m2) tổng: gnb=333.5(kg/m2) Lớp trát bể:gt=n.γ.h= 58.5(kg/m2) Quy tập trung: mnb=(qnb+qt).l.b=22011kg=22.011T 6.Dầm nắp: Dầm theo phương chiều rộng bể: Khoảng cách trục tim dầm: x =3.67m Nhịp dầm: ldn=5.8m Tiết diện dầm: chiều rộng b= 0.25m chiều cao h= 0.4m +Tĩnh tải : Bê tông dầm:gdn=γbt.n.(h-hnb).b=206.25 (kg/m) Quy tập trung: m=gdn.ldn=1196.25kg=1.19625T Số lượng dầm nắp: n=3cái tổng khối lượng mdn=tổng khối lượng mdn=3.58875T Tải từ nắp truyền vào dầm dạng hình thangvà quy đổi tương đương thành phân bố đều: qdn=2.qht.k= 1314.448261 (kg/m) Với: qht-tải trọng dạng hình thang(cạnh lớn),qht=x/2.(Pnp+gnb)=790.1666667(kg/m) K=1-2.β2 +β = 0.831753804 x Β= =0.316091954 2.l dn Tổng tải trọng tác dụng lên dầm nắp: q=gdn+qdn= 1520.698261 (kg/m) II.3.Tính đáy bể: 1.Tính độ bền: Sơ đồ tính:Xem móng có độ cứng hữu hạn đặt đất liên kết ngàm với dầm đáy(bản thành).Bản tính tương tự sàn(lật ngược) chụi áp lực phản lực phân bố đất Ta xét tới trường hợp bất lợi lúc đầy nước lúc không chứa nước Bản tính theo sơ đồ đọc lập(ơ số 9) Với L1,L2-kích thước cạnh ngắn cạnh dài *TH1:Khi bể chứa đầy nước -L1=5.4m g=746(kg/m2) -L2=5.8m p=3150(kg/m2) -hb=25cm P=(g+p).L1.L2=122022.72 kg -b=100cm Rb=85(kg/cm2) -a=3cm -Rs=2100000 (kg/cm2) ho=22cm -Momen nhịp: Theo cạnh ngắn:M1=m91.P Theo cạnh dài:M2=m92.P -Momen gối: Theo cạnh ngắn:MI=k91.P Theo cạnh dài:MII=K92.P Hệ số tra bảng(ô số 9) m91 0.0190 m92 0.0167 k91 0.0442 k92 0.0385 Kết tính tốn thể bảng L2/L1= 1.07 M(kg.m) M1 M2 MI MII 2315.99 2037.78 5395.84 4700.32 αm ζ As tính (cm2) 0.0563 0.971 0.00516 0.0495 0.9746 0.00453 0.1312 0.9294 0.01257 0.1143 0.9392 0.01083 chọn thép ф 12 12 14 14 a(mm) 200 200 130 150 As chọn (cm2) 5.652 5.652 11.835 10.257 μ% 0.257 0.257 0.538 0.466 *TH2:Khi bể không chứa nước: Độ võng ngàm cạnh tính theo cơng thức Khi bể không chứa nước đáy bể chịu tải tải trọng thân chịu áp lực đẩy nướ ngầm,vì hai lực có chiều ngược thiên an toàn ta bỏ qua tải trọng thân đáy bể Áp lực đẩy nước ngầm tác dụng lên đáy bể: pdn=1165.05675(kg/m2) Ta có: P=pdn.L1.L2=36489.57741 (kg) Tính tốn tương tự ta có bảng kết sau: As As tính chọn thép L2/L1= 1.07 M(kg.m) chọn μ% ζ m (cm2) ф a(mm) (cm2) M1 692.572 0.0168 0.9915 0.00151 12 200 5.652 0.257 M2 609.376 0.0148 0.9925 0.00133 12 200 5.652 0.257 MI 1613.57 0.0392 0.98 0.00356 12 200 5.652 0.257 MII 1405.58 0.0342 0.9826 0.00310 12 200 5.652 0.257 Vậy chọn: Thép lớp trên: Cạnh ngắn: ф12a200(mm) Cạnh dài : ф12a200(mm) α Thép lớp dưới: Cạnh ngắn: ф14a130(mm) Cạnh dài : ф14a150(mm) Kiểm tra đẩy nổi: Để bể khơng bị đẩy phải thõa mãn điều kiện sau:G< l b γdn hnnng Trong G tổng tải trọng thân bể nước: G = ∑ mi =149.87 T Lực đẩy : P=l.b.γdn.hnng=30.7574982(T) => Kết luận :bể không bị đẩy 3.Kiểm tra độ võng : Cơng thức tính độ võng sàn ngàm cạnh : α q.l = 0.158 cm w= D Với q=p+g= 3896 (kg/m2) Trong α-hệ số phụ thuộc tỷ số L2/L1 bản,tra bảng α= 0.001428 l=L1=540 D-độ cứng trụ tính theo cơng thức; h3 Eb D= = 299479166.7 12.(1 − µ ) - μ-hệ số poisson's,μ=0.2 -Eb-modun đàn hồi bê tông,Eb=230000 (kg/cm2) -h-chiều dày Độ võng cho phép: wcp=L/200=2.7cm =>Kết luận: đảm bảo điều kiện độ võng II.4.Tính tốn thành bể: 1.Tính tốn độ bền: Thành bể tính cấu kiện chụi uốn,để đơn giản ta bỏ qua tải trọng than Tải trọng tác dụng lên thành bể gồm:áp lực nước bể,áp lực nước ngầm áp lực đất xung quanh thành Chiều dài thành:l=11(m),l/h=2.89 Chiều rộng thành:b=6(m),b/h=1.58 chiều cao bể:h=3.8(m) Nhận thấy thành theo phương l nguy hiểm hơn,tính thành theo phương l,l/h>2,thành tính loại dầm,sơ đồ tính đầu ngàm,một đầu khớp Ta xét tới trường hợp bất lợi sau: I.TH1:Bể chứa đầy nước chưa có đất xung quanh thành Tải áp lực nước tác dụng lên thành bể: p n = γ n hn n = 3465(kg / m2) Sơ đồ tính chất tải Biểu đồ momen Tiết diện tính: b=100(cm), a=3(cm) h=20(cm) ,ho=17(cm) Cường độ chụi nén tính tốn bê tơng: Rn=90(kG/cm2) Cường độ chụi kéo tính tốn thép: Ra=2800(kG/cm2) Momen gối:Mg=2540.17(kg.m)=254017(kg/cm2) Momen nhịp:Mnh=1118.44(kg.m)=111844(kg/cm2) Các công thức tính tốn thép tiết diện chịu uốn: A M M αm = µ% = S Rb b.ho ; ξ = − − 2.α m ; ζ = − 0.5ξ AS = bho ζ b.h ; ; o Bảng kết quả: Momen M(kg.cm) chọn thép (Tính) ф Gối 254017 0.09766128 0.949 5.623279 12 Nhịp 111844 0.04300038 0.978 2.402519 12 II.TH2:Bể khơng có nước có đất xung quanh thành bể Mực nước ngầm cao trình -0.8 so với cốt sân Tải trọng:tại đáy thành bể Áp lực đất tác dụng lên thành bể: (Chọn) a(mm) 200 200 5.652 5.652 0.332 0.332 ϕ 13.54 P1d = γ d h.tan(45o − ) = 1800.3.3.1.3.tan(45o − ) = 1049.46( kg / m2) 2 Áp lực đẩy nước ngầm tác dụng lên thành bể: ϕ 13.54 Pdn = γ dn h.n.tan g (45o − ) = 360.2.5.1.3.tan(45o − ) = 1049.46( kg / m2) 2 Tổng tải trọng tác dụng chân bể: p = P1d + Pdn = 5583.13(kg / m 2) Sơ đồ tính chất tải Biểu đồ momen Hồn tồn tính tốn với cơng thức tương tự ta có bảng kết sau Momen M(kg.cm) chọn thép ф 12 12 a(mm) 100 200 Gối 395711 0.15213 0.917 9.06571 11.304 0.665 Nhịp 182146 0.070029 0.964 3.969499 5.652 0.332 Vậy chọn ϕ12a100 mm 2.Kiểm tra nứt thành bể: Kiểm tra nứt theo cơng thức : Mr≤Mcrc Trong đó: Mr-Momen ngoại lực nằm phía tiết diện xét trục song song với trục trung hòa xa điểm lõi cách vùng chụi kéo tiết diện Mcrc-Momen chống nứt tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu kiện hình thành vết nứt, xác định theo công thức sau(điều 7.1.2.4 TCVN 5574-2012): Mcrc=Rbt,ser.Wpl+Mrp Với cấu kiện không ứng lực trước Mrp=0 Wpl-momen kháng uốn tiết diện thớ chụi kéo ngồi có xét đến biến dạng khơng đàn hồi bê tông vùng chụi kéo.Xác định theo công thức: 2.( I bo + α I so + α I 'so ) + Sbo h−x Với: +x-khoảng cách từ trục trung hòa đến mép chụi nén + Ibo,Iso,I'so-lần lượt momen qn tính trục trung hòa diện tích vùng bê tơng chụi nén diện tích cốt thép chụi kéo diện tích cốt thép chụi nén +Sbo-momen tĩnh trục trung hòa diện tích vùng bê tơng chụi kéo +Sbo-momen tĩnh vùng chụi nén trục trung hòa +Sso ,S'so-momen tĩnh tiết diện cốt thép chụi kéo cốt thép chụi nén trục trung hòa +h'f,hf,b'f,bf-chiều cao,bề rộng cánh tiết diện chữ I,với tiết diện chữ nhật h'f,hf,b'f, bf đều Ta có: x3 I bo = b ; I so = As (ho − x) I 'SO = A 'S (.ho − a ') Wpl = (h − x) ; x = ξ ho (h − x ) Abt S 'bo + α S 'bo − α Sbo = hf a' b.h + 2.(1 − ).(b f '− b) + 2.(1 − ).α A 'S 0.5h h ξ = 1− Ared − (b ' f − b).h ' f Sbo = b Kết kiểm tra thể bảng sau Vị trí M(Kg.cm) b(cm) h(cm) a(cm) a'(cm) ho(cm) As(cm2) A's(cm) Es(kg/cm2) Eb(kg/cm2) Rbt,ser(kg/cm2) Rb,ser(kg/cm2) Thớ thớ 395711 100 20 3 17 11.304 11.304 2100000 230000 11.5 110 0.15214 254017 100 20 3 17 11.304 11.304 2100000 230000 11.5 110 0.15214 Ibo(cm4) Iso(cm4) I'so(cm4) Sbo(cm3) Wpl(cm3) Mrcr(kg.cm) Kết luận 15.589 15.589 126280 22.5054 2215.58 972.846 58384 671415 không nứt 126280 22.5054 2215.58 972.846 58384 671415 không nứt II.5.Tính tốn nắp bể: 1.Tính độ bền: Sơ đồ tính:Xem móng có độ cứng hữu hạn đặt đất liên kết ngàm với dầm đáy(bản thành).Bản tính tương tự sàn(lật ngược) chụi áp lực phản lực phân bố đất nền.Ta xét tới trường hợp bất lợi lúc đầy nước lúc không chứa nước Bản tính theo sơ đồ đọc lập(ơ số 9) Sơ đồ tính nắp bể +Kích thước tải trọng: Với L1,L2-Nhịp tính tốn cạnh ngắn cạnh dài Nhịp ngắn:L1=3.67 ;Tĩnh :tải:g=333.(kg/m2) Nhịp dài:L2=5.8m; hoạt tải: p=97.5(kg/m2) hb=10cm;Tổng tải tác dụng lrrn :P=(g+p).L1.L2=9165.93kg b=100cm;Rb=85(kg/cm2) a=3cm;Rs=2250(kg/cm2) Chiều cao làm việc bê tông: ho=7cm +Momen tính theo cơng thức sau: Momen nhịp: Theo cạnh ngắn:M1=m91.P Theo cạnh dài:M2=m92.P Momen gối: Theo cạnh ngắn:MI=k91.P Theo cạnh dài:MII=K92.P Hệ số tra bảng(ô số 9): m91 m92 k91 k92 0.0205 0.0082 0.0455 0.0183 Tính tốn thép với cơng thức sau: A M M αm = µ% = S A = Rb b.ho ; ξ = − − 2.α m ; ζ = − 0.5ξ S bho ζ b.ho ; ; Kết tính tốn cho bảng sau: L2/l1=1.58 M(kg.m) αm ζ As tính (cm2) chọn thép ф 8 a(mm) 200 150 150 150 As chọn (cm2) 1.413 3.3493 3.3493 3.3493 M1 188.268 0.0452 0.9769 1.22367 M2 75.5273 0.0181 0.9908 0.48397 MI 416.866 0.1001 0.9472 2.79442 MII 167.37 0.0402 0.9795 1.08492 Vậy chọn: Thép lớp dưới: Cạnh ngắn: ф6a200(mm) Cạnh dài : ф8a150(mm) Thép lớp trên: Cạnh ngắn: ф8a150(mm) Cạnh dài : ф8a150(mm) 2.Kiểm tra độ võng nắp bể: Cơng thức tính độ võng sàn ngàm cạnh : α q.l = 0.0927 cm w= D Với q=p+g= 431(kg/m2) Trong α-hệ số phụ thuộc tỷ số L2/L1 bản,tra bảng α=0.00228;l=L1=366,76 D-độ cứng trụ tính theo cơng thức; h3 Eb D= = 19166666.7 12.(1 − µ ) - μ-hệ số poisson's,μ=0.2 -Eb-modun đàn hồi bê tông,Eb=230000 (kg/cm2) -h-chiều dày Độ võng cho phép: wcp=L/200=1.833cm =>Kết luận: đảm bảo điều kiện độ võng II.6.Tính tốn dầm nắp: μ% 0.202 0.478 0.478 0.478 10 Để đơn giản hóa q trình tính tốn xe, sơ đồ tính dầm nắp:Là dầm đơn giản đầu khớp kê lên dầm nắp dọc thành bể(theo phương cạnh dài bể) q l ql2/8 Sơ đồ tính biểu đồ momen Dầm nắp tính tốn theo tiêu chuẩn hành(TCVN5574-2012) -Cường độ tính tốn chịu kéo cốt thép:Rs=2250 (KG/cm2), -Nhịp tính tốn dầm l=5.8m -Cường độ tisnht ốn chịu nén bê tông:Rb=85(KG/cm2) -kich thước dâm:b=25cm;a=3cm h=40cm;h0=37cm q=1.61(t/m)=16.1kg/cm Các cơng thức tính tốn tóm tắt sau: A M M αm = µ% = S AS = ξ = − − 2.α m Rb b.ho ; bho ζ b.ho ; ; ζ = − 0.5ξ ; Kết tính tốn cho bảng sau: Momen nhịp M (kg.cm) 677005 0.2327177 chọn thép ф số 0.866 9.39052 20 Chọn 9.42 0.01018 II.7.Tín dầm đáy: Dầm đáy hệ dầm trực giao chụi tải trọng từ bể truyền vào Nhịp lớn dầm: L=580cm +Sơ chọn tiết diện: chiều cao dầm: h =(1/8-1/12).L = (48 -73)cm Vậy chọn h=70cm =0.7m chiều rộng dầm b =(0.3-0.5).h = (21 -35) cm Vậy chọn b =40cm=0.4m, a=3 ; ho=67 Tải tác dụng lên dầm đáy: +tải từ nắp truyền vào: Nhịp ngắn dầm:Ln=3.6m Cạnh ngắn dạng tam giác:độ lớn cạnh qtgn=0.5.Ln.(q+g)= 775.8 kg Cạnh dài dạng hình thang:độ lớn cạnh: qhtn=qtg=775.8kg +tải từ thành truyền vào: Tải thân thành dạng phân bố đều: qt=n.γbt.h.b=2090kg 11 +Tải từ đáy truyền vào: Nhịp ngắn dầm: Ln=3.6m Cạnh ngắn dạng tam giác:độ lớn cạnh : qtgd=0.5.Ln.(g+p)=7012.8kg Cạnh dài dạng hình thang: độ lớn cạnh: qhtd=qtgd=7012.8kg Tổng tải tam giác: - Cạnh ngắn: độ lớn cạnh: qtg=qtgn+qtgd=8367.3kg - Cạnh dài : độ lớn cạnh: qht=qhtn+qhtd=8367.3kg Tổng tải hình thang: -Cạnh ngắn :độ lớn cạnh: qht=qhtn+qhtd=8367.3kg -Cạnh dài :độ lớn cạnh: qht=qhtn+qhtd=8367.3kg Quy tất tải hình thang: Cạnh ngắn: độ lớn cạnh: điểm bé q=2090kg điểm lớn q=10457kg Cạnh dài: điểm bé q=2090kg điểm lớn q=10547kg Sơ đồ tính tải trọng dầm đáy 12 Biểu đồ momen dầm đáy Các cơng thức tính tốn dầm đáy: A M M αm = µ% = S AS = ξ = − − 2.α m Rb b.ho ; bho ζ b.ho ; ; ζ = − 0.5ξ ; Kết tính tốn cho bảng sau: M αm ζ As tính chọn thép As chọn (kg.m) (cm2) ф số (cm2) 7181 0.1806 0.9 4.253091684 18 5.0868 8379 0.2107 0.88 5.075432497 18 5.0868 38397 0.2376 0.862 23.74435413 25 29.438 μ% Dầm 0.19 0.19 1.098 D1(30X60) D2(70x40) 13 ... độ võng II.4 .Tính tốn thành bể: 1 .Tính tốn độ bền: Thành bể tính cấu kiện chụi uốn,để đơn giản ta bỏ qua tải trọng than Tải trọng tác dụng lên thành bể gồm:áp lực nước bể, áp lực nước ngầm áp... 5.652 11.835 10.257 μ% 0.257 0.257 0.538 0.466 *TH2:Khi bể không chứa nước: Độ võng ngàm cạnh tính theo cơng thức Khi bể khơng chứa nước đáy bể chịu tải tải trọng thân chịu áp lực đẩy nướ ngầm,vì... đẩy nước ngầm tác dụng lên thành bể: Pđn=γđn.hđn.n.tan(45-ϕ/2)=684.017(kg/m2) Vớihđn-chiều cao mực nước ngầm so với đáy bể, hđn=2.5m n-hệ số độ tin cậy, n=1.3 - γđn-Dung trọn đẩy nước ngầm,tính