Thiet ke xay dung

Môn học chuyên ngành

THỦY CÔNG
College of Technology, Cantho University

ThS. Trần Văn Hừng
THIẾT KẾ BỂ TIÊU NĂNG
Nhóm sinh viên thực hiện:
- Tấn Thời
- Viễn Phương
Quốc Bền
Trường Phi
Minh Tông
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TIÊU NĂNG SAU CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC
THIẾT KẾ BỂ TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI CHO CỐNG
TÍNH KẾT CẤU TƯỜNG CÁNH
TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY BỂ TIÊU NĂNG
THIẾT KẾ BỂ TIÊU NĂNG
I.1. Khái niệm chung

I.2. Đặc điểm dòng chảy qua cống

I.3. Nhiệm vụ tính toán tiêu năng

I.4. Các biện pháp tiêu năng
I. Khái niệm chung về tiêu năng sau công trình tháo nước:
I.1. Khái niệm chung:
Khi xây dựng công trình trên sông, kênh thì mực nước phía trước sẽ dâng lên-tức thế năng tăng. Khi dòng chảy đổ từ thượng lưu về hạ lưu, thế năngđộng năng, một phần động năng đó phục hồi thành thế năng (bằng mực nước ở hạ lưu); phần còn lại gọi là năng lượng thừa.
Nếu không có giải pháp tiêu năng hữu hiệu sẽ gây xói lỡ nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình.
I. Khái niệm chung về tiêu năng sau công trình tháo nước:


I.2. Đặc điểm dòng chảy qua cống:

- Có lưu tốc trung bình lớn.
- Mực nước hạ lưu lại thường thay đổi luôn.
- Có khả năng xuất hiện dòng chảy ngoằn nghèo sau cống, nước nhảy sóng.
→ Hạ lưu công trình thường xảy ra các hiện tượng như xói cục bộ, mài mòn, xâm thực.
I. Khái niệm chung về tiêu năng sau công trình tháo nước:
I.3. Nhiệm vụ tính toán tiêu năng:

Nhiệm vụ tính toán tiêu năng là phải tìm được biện pháp tiêu hủy toàn bộ năng lượng thừa điều chỉnh lại sự phân bố lưu tốc làm cho dòng chảy tự nhiên trên một đoạn ngắn nhất, giảm chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu.
I. Khái niệm chung về tiêu năng sau công trình tháo nước:
I. Khái niệm chung về tiêu năng sau công trình tháo nước:
I.4. Các biện pháp tiêu năng:

+ Đào sâu sân sau – tức làm bể tiêu năng.
+ Làm tường chắn để nâng cao mực nước – tức làm tường tiêu năng.
+ Vừa đào sâu, vừa làm tường – tức bể và tường tiêu năng kết hợp.
+ Hoặc đôi khi còn đặt thêm các thiết bị tiêu năng phụ.
BỂ TIÊU NĂNG
Cấu tạo:
- Đáy bể
- Tường cánh bằng bêtông cốt thép.
Bể tiêu năng nối tiếp với thân cống có nhiệm vụ tiêu năng.
BỂ TIÊU NĂNG
II.1. Các kích thước cơ bản:
+ Xác định chiều sâu bể tiêu năng d
+ Xác định chiều dài của bể tiêu năng Lb
II.2. Các kích thước khác:
+ Sân tiêu năng
+ Độ mở rộng của bể tiêu năng

II. THIẾT KẾ BỂ TIÊU NĂNG PHÒNG XÓI
CHO CỐNG
Chiều cao của tường cánh = cao trình mặt đất tự nhiên - cao trình của đáy bể tiêu năng.
+ Cao trình của mặt đất tự nhiên tùy theo từng công trình.
+ Cao trình của đáy bể tiêu năng = cao trình của đáy cống – d (độ sâu của bể tiêu năng). Trong đó: d được xác định thông qua tính toán.
II.1. Các kích thước cơ bản:
 Xác định hình thức nước nhảy dựa trên pt quan hệ mực nước thượng, hạ lưu:

q: lưu lượng đơn vị; (m2/s)
Eo năng lượng đơn vị của dòng chảy thượng lưu so với mặt chuẩn


Xác định chiều sâu của bể tiêu năng d:

Xác định chiều sâu của bể tiêu năng d:

Xác định chiều sâu của bể tiêu năng d:
Δz: chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể:

Xác định chiều sâu của bể tiêu năng d:
Lưu lượng tính toán tiêu năng:
Công trình thủy lợi thường làm việc với nhiều cấp lưu lượng và mực nước thượng, hạ lưu khác nhau.
Lưu lượng tính toán tiêu năng (QTN) là lưu lượng cho ta kích thước bể tiêu năng lớn nhất (hc’’- hh)max.

Xác định chiều sâu của bể tiêu năng d:
Bước 1: Sơ bộ lấy d1 = ( hc’’ - hh)max.
Bước 2: Tính Eo’ = E0 + d1 tính lại F(Tc) tra bảng tìm Tc’’ suy ra hc’’.
Bước 3: Tính chênh lệch cột nước ở cửa ra của bể.
Bước 4: Tính chiều sâu d của bể theo (*).
Bước 5: Nếu giá trị d tính ra bằng hay gần bằng trị số d1 đã chọn thì việc chọn d1 đã đúng và độ sâu bể cần đào. Nếu hai giá trị chưa bằng nhau thì cần tính lại trình tự như trên cho đến khi kết quả hai lần liên tiếp xắp xỉ bằng nhau.
Các bước xác định chiều sâu bể tiêu năng d:
Chiều dài bể phải đủ dài để nước nhảy nằm gọn trong bể, khi đó hiệu quả tiêu năng của bể mới đảm bảo.
Theo công thức thực nghiệm của Tréctôuxôp chiều dài bể tiêu năng Lb tính từ chân cống:
Lb = l1 + ln = l1 + (0,70-0,80)ln
Xác định chiều dài của bể tiêu năng

Ln: là chiều dài nước nhảy hoàn chỉnh.
Chiều dài l1 = lrơi – s
lrơi: là chiều dài nằm ngang của dòng nước rơi tính từ cửa cống đến mặt cắt co hẹp.
Xem nước chảy qua cống như chảy qua đập tràn đỉnh rộng thì:
lrơi = 1,64x(Ho(P + 0,24 Ho))^1/2
s: là chiều dài nằm ngang của mái dốc hạ lưu công trình.
Xác định chiều dài của bể tiêu năng
Sân tiêu năng:
Chú ý sân đủ dày, có lỗ thoát nước và có tầng lọc ngược để giảm áp lực thấm ở bản đáy; đồng thời chống xói do dòng thấm gây ra.
T = 0,15 x v x (h)^1/2
v và h là vận tốc và chiều sâu chỗ đầu đoạn nước nhảy, thường lấy bằng 0,5 - 1, 5 m.
Độ mở rộng bể tiêu năng:
Bmr = B + 2LB x tg
II.2. Xác định các kích thước khác:
Để khắc phục dòng chảy ngoằn ngoèo sau cống gây xói lở hai bên bờ cần thiết kế góc mở rộng và tường cánh thích hợp.
Đối với cống nhỏ, lưu lượng từ 3 - 4 m3/s, ta có góc mở rộng 1/4 - 1/6.
II.2. Xác định các kích thước khác:
III.1. Tài liệu tính toán
III.2. Trường hợp tính toán
III.3. Các bước tính toán
III.4. Tính toán và bố trí thép
III.5. Tính toán kiểm tra theo khả năng chống nứt của tường
III. Tính kết cấu tường cánh:
III.1. Tài liệu tính toán:
Vật liệu bê tông, cốt thép.
Tài liệu địa chất.
Cao trình mực nước ngầm.

III. Tính kết cấu tường cánh:
III. TÍNH KẾT CẤU TƯỜNG CÁNH:
III.2. Trường hợp tính toán:

Cắt 1m dài tường để tính toán theo bài toán phẳng .

1) Trường hợp vừa mới thi công xong.

2) Trường hợp vận hành bình thường.

3) Trường hợp sửa chữa.
III. TÍNH KẾT CẤU TƯỜNG CÁNH:
III.3. Các bước tính toán:

Bước 1: Tính áp lực đất sau tường (Pa).

Bước 2: Tính trị số áp lực đất tác dụng lên tường trên 1 m dài (Ea).

Bước 3: Tính điểm đặt cách chân tường (e)

Bước 4: Tính nội lực tác dụng tại chân tường (N, M, Q).
Tường chỉ chịu áp lực đẩy ngang của đất sau tường và bề mặt đất đắp có người đi.
III.3.1. Trường hợp vừa mới thi công xong:
III.3.1. Trường hợp vừa mới thi công xong:
III.3.1. Trường hợp vừa mới thi công xong:
Tính điểm đặt cách chân tường:


Tính nội lực tác dụng lên chân tường:
+ Lực dọc: Ntt = n*bt*h**b.
+ Môment: M = Ea*e.
+ Lực cắt: Q = Ea.
III.3.2. Trường hợp vận hành bình thường:
Tải trọng phân bố phía trên có người đi.
III.3.2. Trường hợp vận hành bình thường:
III.3.2. Trường hợp vận hành bình thường:
III.3.3. Trường hợp sữa chữa:
Phía trước tường nước bơm ra hết, phía sau tường nước chưa thoát kịp, còn ở cao trình mực nước ngầm. Như vậy tường phải chịu áp lực đất, áp lực thủy tĩnh (áp lực nước tác dụng, áp lực thấm dưới đáy tường nhưng không đáng kể).
III.3.3. Trường hợp sửa chữa:
III.3.3. Trường hợp sửa chữa:
III.4.Tính toán và bố trí thép:
III.4.Tính toán và bố trí thép:
III.5. Tính toán kiểm tra theo khả năng chống nứt của tường:
- Điều kiện kiểm tra đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm :
Mmax < Mn = m*tc * Rtc*Wqđ
Các xác định m, tc, Rtc, Wqđ các bạn tham khảo sách BTCT của Ngô Thế Phong và Sổ tay kỹ thuật thủy lợi tập 2.
III.5. Tính toán kiểm tra theo khả năng chống nứt của tường:
IV. TÍNH TOÁN BẢN ĐÁY BỂ TIÊU NĂNG
IV.1. Tính ổn định đáy bể
IV.2. Tính toán kết cấu bản đáy bể tiêu năng
IV.3. Tính toán và bố trí thép cho bản đáy bể
IV.4. Tính toán kiểm tra theo khả năng chống nứt của bản đáy

IV.1. Tính ổn định đáy bể
Mục đích:
Kiểm tra ổn định về trượt, lật, đẩy nổi. Ở đây chỉ tính toán trong việc kiểm tra ổn định trượt.
Các bước tính toán:
Bước 1: Xác định trọng tâm đáy bể.
Bước 2: Tính khối lượng và ứng suất đáy móng (chỉ xét trường hợp mới thi công xong).
Bước 3: Tính khả năng chịu tải của đất nền.

Bước 1: Xác định trọng tâm bản đáy:

Bước 2: Tính khối lượng và ứng suất đáy móng (chỉ xét trường hợp mới thi công xong).
* Tính khối lượng:
- Khối lượng bản đáy bể tiêu năng:
G3

- Khối lượng tường cánh
G3
→ Độ lệch tâm của bể:
Bước 2: Tính khối lượng và ứng suất đáy móng (chỉ xét trường hợp mới thi công xong).

G3
Bước 2: Tính khối lượng và ứng suất đáy móng (chỉ xét trường hợp mới thi công xong).
Bước 3: Tính khả năng chịu tải của đất nền
* Do công trình có khả năng bị trượt theo phương dòng chảy, do đó ta xem bề rộng móng bằng: B = Lb
* Ở đáy bể có khả năng trượt sâu do không có tải trọng ngang.
* Theo quy phạm TCXD 45-70 sức chịu tải của nền tính theo công thức sau:
Rtc = m* [ ( A *b + B * h )* + D*c ]

Nhận xét:

→ Nền đủ khả năng chịu tải; không cần có biện pháp xử lý nền. Nhưng để an toàn ta đóng cừ tràm 25 cây/m2.
IV.2. Tính toán kết cấu bản đáy bể tiêu năng
Tính toán theo phương pháp dầm trên nền đàn hồi.

Phương pháp này dựa vào lý thuyết nền đất bị biến dạng trên nền đàn hồi.
IV.2. Tính toán kết cấu bản đáy bể tiêu năng
Phạm vi áp dụng
- Đất nền có tính nén ít và trung bình.
- Lớp đất có chiều dày chịu nén lớn.
- Tính cho các loại móng bản.
* Đây là phương pháp tính toán được áp dụng rộng rãi vì quá trình tính toán có bảng lập sẵn.
IV.2. Tính toán kết cấu bản đáy bể tiêu năng
Các trường hợp tính toán:
Mới thi công xong.
Trường hợp vận hành bình thường.
Các bước tính toán
- Xác định tải trọng tác dụng: Lập bảng tính ứng suất dưới đáy tường cánh.
- Tính nội lực: xác định độ cứng t của nền.
IV.2. Tính toán kết cấu bản đáy bể tiêu năng
* Xét dải rộng b = 1m và tra bảng Gorbunop-Povadop lập sẵn ứng với các tải trọng. Các trị số nội lực M, Q phụ thuộc vào độ cứng t của dải:
Trong đó:
h là chiều cao của dải;
l nửa chiều dài của dải;
E0 mođun biến dạng của đất nền.
E mođun đàn hồi của bê tông.
t < 1 gọi là dải cứng.
1≤ t ≤ 10 gọi là dải ngắn.
t > 10 gọi là dải dài.
IV.2. Tính toán kết cấu bản đáy bể tiêu năng
IV.2. Tính toán kết cấu bản đáy bể tiêu năng
IV.3. Tính toán và bố trí thép cho bản đáy bể
Các bước tính toán đã trình bày trong phần tính thép cho tường cánh.
IV.4. Tính toán kiểm tra theo khả năng chống nứt của bản đáy
Các bước tính toán đã trình bày trong phần tính toán kiểm tra theo khả năng chống nứt cho tường cánh.
Bể tiêu năng
Thép bản đáy bể tiêu năng Dầu Tiếng
Đổ bê tông đáy bể tiêu năng
Nhóm báo cáo chuyên đề
Cám ơn các bạn đã theo dõi!