Tính ổn định ngƣỡng tràn

5.6. Tính ổn định tường cánh thượng lưu

5.2.7. Tính ổn định ngƣỡng tràn

Mục đích tính toán ổn định tràn là tính toán kiểm tra ổn định trƣợt, lật và ứng suất tại một số mặt cắt nguy hiểm của tràn nhằm đánh giá xem các bộ phận tràn có mất ổn định (trượt, lật ) trong mọi trường hợp hay không. Từ đó nhận xét về tính hợp lý của mặt cắt tràn và đƣa ra biện pháp xử lý khi cần thiết.

Trường hợp có cửa van, tính toán ổn định cho ngưỡng tràn.

5.2.7.2. Các trường hợp tính toán:

- Trường hợp 1: Thượng lưu là MNDBT, đóng cửa van ( tổ hợp lực cơ bản).

- Trường hợp 2:Thượng lưu là MNLTK, cửa van mở (tổ hợp lực cơ bản).

Trong phạm vi đồ án, em tính toán ổn định ngưỡng tràn cho trường hợp 1:

thượng lưu là MNDBT, cửa van đóng, có động đất (tổ hợp lực đặc biệt) 5.2.7.3. Nội dung tính toán:

Hình 5.13: Sơ đồ tính toán ổn định tràn

Theo QCVN 04-05: 2012, ta có điều kiện về ổn định chống trƣợt và lật là:

nc.Ntt  R k m

n

hay K =

m k n N

R c n

tt

 . Trong đó:

+ K: hệ số an toàn chung của công trình.

+ nc: hệ số tổ hợp tải trọng: Với tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1 + Ntt: giá trị tính toán của các lực gây trƣợt.

+ R: giá trị tính toán của các lực chống trƣợt giới hạn.

+ kn: hệ số tin cậy, với công trình cấp II thì kn = 1,15.

+ m: hệ số điều kiện làm việc, m = 0,95.

Đối với những công trình ổn định nhờ trọng lƣợng bản thân công trình và các vật nặng ở trên nó( tràn có cửa van) khi tính toán ổn định ngƣỡng tràn chỉ cần tính toán kiểm tra ổn định chống trƣợt của ngƣỡng tràn và kiểm tra ứng suất đáy móng.

5.2.7.4. Tải trọng tác dụng lên công trình:

Các lực tác dụng ngƣỡng tràn gồm các lực thẳng đứng và nằm ngang.

1) Xác định các lực thẳng đứng:

a) Trọng lượng khối nước trong khoang tràn phía thượng lưu G5= n..n.b Trong đó :

+ : diện tích khối nước trong khoang tràn + b :bề rộng 1 khoang tràn; b = 15m.

+ n : số khoang tràn, n = 2 b) Áp lực đẩy ngược

Áp lực đẩy ngƣợc bao gồm áp lực thấm đẩy ngƣợc và áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngƣợc.

Wdn = W4 + Wth

Trong đó: + W4 : Áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngƣợc W4 = n.L.H2.B=0

L : Chiều dài ngƣỡng tràn; L =15m.

H2 : Mực nước hạ lưu; H2 = 0 m.

B : Bề rộng ngƣỡng tràn ; B = 34 m Điểm đặt W4 cách mép thượng lưu 1 đoạn bằng L/2 = 7,5m.

+ Wth : Áp lực thấm đẩy ngƣợc Wth = 1

2n1(H1- H2).L.B

Với: 1 : hệ số hiệu dụng của áp lực thấm 1 = 0,5.

H1 : cột nước thượng lưu tính đến đáy ngưỡng tràn; H1 = 9,38m.

Điểm đặt Wth cách mép thượng lưu 1 đoạn bằng L/3 = 5m.

c) Trọng lượng bản thân công trình + Trọng lƣợng của mố: G12 = G1+ G2 Trong đó:

+ G1: Trọng lượng phần mố dưới cầu giao thông. G1= 3Fmố(1).h1.bt + G2 : Trọng lƣợng phần mố không có cầu giao thông ở trên.

G2 = (4.Fmtrụ(2) + 2.Fmbên(2)).h2.bt Với: F: diện tích các phần của mố.

h1; h2: chiều cao các phần của mố; h1 = 6,4m ; h2 = 7,4 m.

+ Trọng lƣợng bản đáy ngƣỡng tràn: G3 = bt.Fbđ.B + Trọng lƣợng cầu giao thông: G4 = bt.Fcầu.B + Trọng lƣợng cầu công tác đóng mở cửa van

GCT = 25T + Trọng lƣợng cửa van:

Trọng lƣợng cửa van xác định sơ bộ theo công thức A.R.Bêrêzínkin:

1

0,15. .4

Gvan  F F (T)

Trong đó : +F là diện tích của bản chắn nước: F = bxH = 15.4=60 (m2) Vậy trọng lƣợng của toàn bộ cửa van là : Gvan = 2.G1 van (T)

2) Xác định các lực nằm ngang:

a) Áp lực nước:

+ Áp lực nước thượng lưu: W1 =1

2 n.H12.B

Điểm đặt: cách chân thượng lưu tràn theo phương đứng 1đoạn bằng 1 3

H = 3,127 m b) Áp lực sóng:

Áp lực sóng có giá trị lớn nhất ứng với độ dềnh:

h K d

d  .

  = 0,496m

Trong đó: +Kd: xác định theo đồ thị Hình 2-5c (Giáo trình Thủy công tập 1)



 



 





 h

f H

K d ; = 0,4

+ h: Chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1%; hs1% = 1,21m (m) +  : Chiều dài sóng ;  = 9,95 m.

Trị số áp lực sóng lớn nhất lên thượng lưu tràn

Ws = kđ.γn.ηd.(H1+ηd/2).B

Trong đó: 



 



 



 h f H

Kd ; = 0,26 tra đồ thị Hình 3-7d(Giáo trình Thủy công tập 1):

Mômen lớn nhất đối với chân đập do sóng gây ra là:

2 2

max

. . . . .

6 2 2

m n

h h H H M K  h    B

 

m ; K f h

H





 

  = 0,28 Tra đồ thị Hình 3-7e (Giáo trình Thủy công tập 1)

Điểm đặt: cách chân thượng lưu tràn 1 đoạn bằng max 1,5

s

M

W 

c) Lực sinh ra do có động đất:

 Lực quán tính động đất của công trình : Fđ K..G

Trong đó: + G: trọng lƣợng công trình.

+ K: hệ số động đất, với động đất cấp 7 thì k = 0,025 (Tra bảng 3-7 sách thuỷ công-T1)

+ α: hệ số đặc trƣng động lực của công trình;  =1

Điểm đặt : lực quán tính động đất cùng phương, ngược chiều với gia tốc động đất, điểm đặt tại tâm của mặt cắt tính toán. Ở đây chọn chiều bất lợi của lực động đất là chiều từ thượng lưu về hạ lưu đập.

 Áp lực nước tăng thêm khi có động đất :

1

1 2

. . .

2 n

Wđ  K H .B

Điểm đặt : cách chân đập thượng lưu theo phương thẳng đứng : H1/3 = 3,127m.

Ta có bảng tổng hợp kết quả các lực tác dụng lên ngƣỡng tràn:

Xem Bảng :5.32 Lực tác dụng lên ngưỡng tràn) 5.2.7.5. Kiểm tra ứng suất đáy móng;

Ứng suất đáy móng đƣợc xác định theo công thức nén lệch tâm:

σmax,min = 0

W

P M

F 

 

Trong đó: + P=1712.1(T) Tổng lực đứng (T).

+ F : Diện tích đáy tràn, F = B.L=34.15=510(m2)

+ B: Bề rộng đáy tràn theo phương vuông góc vói dòng chảy B = 34 m.

+ L: Chiều dài bản đáy theo phương dòng chảy.

+ ∑Mo: Tổng mô men của các lực tác dụng lên tràn lấy đối với điểm giữa đáy tràn. (M>0: Mô men quay theo chiều kim đồng hồ ;M<0: Mô men quay theo chiều ngƣợc kim đồng hồ).(Bảng 5- 18)

+ W: Mômen chống uốn của mặt cắt tính toán.

W = 1 2

6BL =1275(m3)

 Ứng suất đáy móng phải thỏa mãn điều kiện : σmax < 1,2 Rtc

Trong đó: + Rtc : Cường độ tiêu chuẩn của nền được xác định theo công thức Rtc = P.tgc.F ; Với tg = 0,466 theo bảng 3 trang 14 TCVN 4253-86 c : lực dính đơn vị của nền, c = 0.2 (kg/cm2)

ptc = Rtc/F

Ta có kết quả kiểm tra ứng suất đáy móng:

W(m3 ) σmax (T/m2) σmin(T/m2) Rtc ptc Kiểm tra

1061.25 4.83 1.97 904.03 1.77 Thỏa mãn

5.2.7.6. Kiểm tra ổn định trƣợt:

Điều kiện về ổn định chống trƣợt của tràn theo TCXDVN 285÷2002 là:

K = c. n

tt

n k R

N  m = [K]

Trong đó: + R: Giá trị tính toán của các lực chống trƣợt.

R = ∑Pitt.tg + F.c=1573,7+2.10-4.424.5=1753,34

Với: Pitt: Tổng hợp lực tác dụng theo phương vuông góc với mặt trượt kể cả lực đẩy nổi. Pi = 2360,97 T

tagυ;c: Các đặc trƣng chống cắt của nền; tagυ = 0,466; c=

0,2kG/cm2.

F : Diện tích mặt trƣợt F =15.34= 510 m2.

+Ntt: Giá trị tính toán của các lực gây trƣợt chủ động; Ntt = Qitt +K: Hệ số ổn định chống trƣợt của công trình.

+ [K]: Hệ số ổn định trƣợt cho phép.

 K 1753,34= 2,445 K   1, 09

717, 07 0,95

0,9.1,15

   

Vậy ngƣỡng tràn đảm bảo ổn định trƣợt.

Tổng hợp kết quả tính toán và kết luận Kết quả tính toán chi tiết xem bảng 5.32

Bảng : 5.32 Lực tác dụng lên ngƣỡng tràn

Cánh tay đòn P Q n.P(đứng)n.Q(ngang) (T)↓(+)(T)͢ (+) (T) (T)

Trọng lƣợng trụ pin G12 1101 0.95 1046 2 2092

Trọng lƣợng bản đáy G3 1275 0.95 1211 0 0

Trọng lƣợng cầu giao thông G4 315.4 0.95 299.6 7.5 2247

Trọng lượng khối nước trong khoang trànG5 0 1 0 0 0

Trọng lƣợng cửa van Gv 50.96 0.95 48.41 5 242.1

Trọng lƣợng cầu công tác GCT 25 0.95 23.75 3.5 83.13

Áp lực nước thượng lưu W1 659.9 1 659.9 3.127 2063

Áp lực nước hạ lưu W 2 0 1 0 0

Áp lực thuỷ tĩnh đẩy ngƣợc W4 0 1 0 0

Áp lực thấm đẩy ngƣợc Wth -1055 1 -1055 5 -5276

Áp lực song Ws 18.62 1 18.62 11.18 208.2

Lực động đất Fd 34.59 1.1 38.05 4.69 178.4

Áp lực nước tăng thêm do động đất Wd 3.98 1.1 4.378 4.69 20.53

Tổng 1712 717.1 1574 526.6 1858

Tải trọng Ký hiệu

Giá trị tiêu chuẩn Hệ số lệch tải

Giá trị tính toán

M0 (T.m) (m)

+

CHƯƠNG 6