Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 2

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

144
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Lực tác dụng lên công trình thuỷ lợi ò1. phân loại và tổ hợp lực Khi thiết kế các công trình thuỷ lợi ư để đảm bảo an toàn và kinh tế chúng ta phải xác định chính xác các lực tác dụng lên công trình, mặt khác cần phải lựa chọn đúng các trường hợp làm việc điển hình để chọn nhóm các lực đồng thời tác dụng lên công trình phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của công trình. Điều này đỏi hỏi người thiết kế phải nắm chắc kỹ thuật thiết kế, đồng thời...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình thủy công Tập 1 - Chương 2

Ch−¬ng 2. Lùc t¸c dông lªn c«ng tr×nh thuû lîi ß1. ph©n lo¹i vµ tæ hîp lùc Khi thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh thuû lîi - ®Ó ®¶m b¶o an toµn vµ kinh tÕ chóng ta ph¶i x¸c ®Þnh chÝnh x¸c c¸c lùc t¸c dông lªn c«ng tr×nh, mÆt kh¸c cÇn ph¶i lùa chän ®óng c¸c tr−êng hîp lµm viÖc ®iÓn h×nh ®Ó chän nhãm c¸c lùc ®ång thêi t¸c dông lªn c«ng tr×nh phï hîp víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc thùc tÕ cña c«ng tr×nh. §iÒu nµy ®ái hái ng−êi thiÕt kÕ ph¶i n¾m ch¾c kü thuËt thiÕt kÕ, ®ång thêi ph¶i cã kinh nghiÖm thùc tiÔn vµ n¾m v÷ng t×nh h×nh ®Æc ®iÓm cña ®Þa ph−¬ng n¬i x©y dùng c«ng tr×nh.. Trong ph¹m vi ch−¬ng nµy ta chØ nªu vµ gi¶i quyÕt c¸c lùc phæ biÕn nhÊt ®èi víi c«ng tr×nh thuû lîi, cßn c¸c lùc riªng víi mçi lo¹i c«ng tr×nh sÏ ®−îc tÝnh ®Õn trong c¸c ch−¬ng t−¬ng øng. I. Ph©n lo¹i lùc §Ó phôc vô cho viÖc lËp c¸c tæ hîp ®−îc sö dông trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh, ng−êi ta ph©n lo¹i t¶i träng theo thêi gian vµ tÝnh chÊt t¸c dông. Theo ®ã c¸c t¶i träng t¸c dông lªn c«ng tr×nh ®−îc ph©n thµnh t¶i träng th−êng xuyªn vµ t¶i träng t¹m thêi. 1. C¸c t¶i träng th−êng xuyªn vµ t¹m thêi (dµi h¹n vµ ng¾n h¹n) 1. Träng l−îng cña c«ng tr×nh vµ c¸c thiÕt bÞ cè ®Þnh ®Æt trªn vµ trong c«ng tr×nh. 2. ¸p lùc n−íc t¸c dông trùc tiÕp lªn bÒ mÆt c«ng tr×nh vµ nÒn; ¸p lùc n−íc thÊm (bao gåm lùc thÊm vµ lùc ®Èy næi thÓ tÝch ë phÇn c«ng tr×nh vµ nÒn bÞ b·o hoµ n−íc; ¸p lùc cña n−íc lªn mÆt kh«ng thÊm cña c«ng tr×nh) øng víi mùc n−íc lín nhÊt khi x¶y ra lò thiÕt kÕ trong ®iÒu kiÖn thiÕt bÞ läc vµ tiªu n−íc lµm viÖc b×nh th−êng. Riªng c¸c h¹ng môc n»m trong tuyÕn chÞu ¸p cña hå chøa, ®Ëp d©ng cßn cÇn ph¶i tÝnh thªm c¸c lùc nªu trong môc nµy øng víi mùc n−íc d©ng b×nh th−êng. 3. Träng l−îng ®Êt vµ ¸p lùc bªn cña nã; ¸p lùc cña nham th¹ch (g©y ra cho c¸c hÇm lß, tuynen). 4. T¶i träng g©y ra do kÕt cÊu chÞu øng suÊt tr−íc. 5. ¸p lùc ®Êt ph¸t sinh do biÕn d¹ng nÒn vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh, do t¶i träng bªn ngoµi kh¸c. 6. ¸p lùc bïn c¸t. 7. T¸c dông cña co ngãt vµ tõ biÕn. 8. T¶i träng g©y ra do ¸p lùc d− cña kÏ rçng trong ®Êt b·o hoµ n−íc khi ch−a cè kÕt hoµn toµn ë mùc n−íc d©ng b×nh th−êng, trong ®iÒu kiÖn thiÕt bÞ läc vµ tiªu n−íc lµm viÖc b×nh th−êng. 9. T¸c ®éng nhiÖt lªn c«ng tr×nh vµ nÒn trong thêi kú thi c«ng vµ khai th¸c cña n¨m cã biªn ®é dao ®éng nhiÖt ®é b×nh qu©n th¸ng cña kh«ng khÝ lµ trung b×nh. 10. T¶i träng do tµu thuyÒn vµ vËt tr«i (neo buéc, va ®Ëp). 11. T¶i träng do c¸c thiÕt bÞ n©ng, bèc dì, vËn chuyÓn vµ c¸c m¸y mãc, kÕt cÊu kh¸c (cÇn trôc, cÇu treo, pal¨ng…), chÊt hµng cã xÐt ®Õn kh¶ n¨ng chÊt v−ît t¶i thiÕt kÕ. 11
12. ¸p lùc do sãng ®−îc x¸c ®Þnh theo tèc ®é giã lín nhÊt trung b×nh nhiÒu n¨m. 13. T¶i träng giã. 14. ¸p lùc n−íc va trong thêi kú khai th¸c b×nh th−êng. 15. T¶i träng ®éng sinh ra trong ®−êng dÉn cã ¸p vµ kh«ng ¸p khi dÉn víi mùc n−íc d©ng b×nh th−êng. 2. C¸c t¶i träng t¹m thêi ®Æc biÖt 1.T¶i träng do ®éng ®Êt hoÆc næ. 2. ¸p lùc n−íc t−¬ng øng víi mùc n−íc khi x¶y ra lò kiÓm tra. 3. T¶i träng g©y ra do ¸p lùc d− cña kÏ rçng trong ®Êt b·o hoµ n−íc khi ch−a cè kÕt hoµn toµn øng víi mùc n−íc kiÓm tra lín nhÊt trong ®iÒu kiÖn thiÕt bÞ läc n−íc vµ tiªu n−íc lµm viÖc b×nh th−êng hoÆc mùc n−íc d©ng b×nh th−êng nh−ng thiÕt bÞ läc vµ tiªu n−íc bÞ háng. 4. ¸p lùc n−íc thÊm gia t¨ng khi thiÕt bÞ chèng thÊm vµ tiªu n−íc kh«ng lµm viÖc b×nh th−êng. 5. T¸c ®éng do nhiÖt trong thêi kú thi c«ng vµ khai th¸c cña n¨m cã biªn ®é dao ®éng nhiÖt ®é b×nh qu©n th¸ng cña kh«ng khÝ lµ lín nhÊt. 6. ¸p lùc sãng khi x¶y ra tèc ®é giã lín nhÊt thiÕt kÕ. 7. ¸p lùc n−íc va khi ®ét ngét c¾t toµn bé phô t¶i. 8. T¶i träng ®éng sinh ra trong ®−êng dÉn cã ¸p vµ kh«ng ¸p khi dÉn ë mùc n−íc lín nhÊt thiÕt kÕ. 9. ¸p lùc ph¸t sinh trong m¸i ®Êt do mùc n−íc s«ng, hå bÞ h¹ thÊp ®ét ngét (rót nhanh). II. Tæ hîp lùc §Ó cã c¬ së khi lùa chän c¸c lùc ®ång thêi t¸c dông lªn c«ng tr×nh, ng−êi ta ph©n c¸c lùc t¸c dông thµnh hai lo¹i tæ hîp lùc - ®ã lµ tæ hîp lùc c¬ b¶n vµ tæ hîp lùc ®Æc biÖt 1. Tæ hîp lùc c¬ b¶n Bao gåm c¸c t¶i träng vµ t¸c ®éng : th−êng xuyªn, t¹m thêi dµi h¹n, t¹m thêi ng¾n h¹n mµ ®èi t−îng ®ang thiÕt kÕ cã thÓ tiÕp nhËn cïng mét lóc. 2. Tæ hîp lùc ®Æc biÖt VÉn bao gåm c¸c t¶i träng vµ t¸c ®éng ®· xÐt trong tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n nh−ng mét trong chóng ®−îc thay thÕ b»ng t¶i träng (hoÆc t¸c ®éng) t¹m thêi ®Æc biÖt. Tr−êng hîp t¶i träng c¬ b¶n cã xÐt thªm t¶i träng ®éng ®Êt hoÆc næ còng ®−îc xÕp vµo tæ hîp ®Æc biÖt. Khi cã luËn chøng ch¾c ch¾n cã thÓ lÊy hai trong c¸c t¶i träng hoÆc t¸c ®éng t¹m thêi ®Æc biÖt ®Ó kiÓm tra. L− u ý : - Khi thiÕt kÕ ph¶i lùa chän ®Ó ®−a ra tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n vµ tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt bÊt lîi nhÊt cã thÓ x¶y ra trong thêi kú thi c«ng vµ khai th¸c c«ng tr×nh - Khi thiÕt kÕ c«ng tr×nh ph¶i tÝnh to¸n theo tæ hîp t¶i träng c¬ b¶n vµ kiÓm tra theo tæ hîp t¶i träng ®Æc biÖt. - HÖ sè an toµn khi tÝnh víi tæ hîp c¬ b¶n lín h¬n tÝnh víi tæ hîp ®Æc biÖt. 12
ß2. X¸c ®Þnh trÞ sè cña lùc t¸c dông I. ¸p lùc n−íc 1. ¸p lùc thuû tÜnh Phô thuéc vµo chiÒu cao cét n−íc, h×nh d¹ng c«ng tr×nh vµ träng l−îng riªng γ cña n−íc. TrÞ sè vµ ¸p lùc n−íc t¸c dông x¸c ®Þnh theo c¸c ph−¬ng ph¸p ®· tr×nh bµy trong thuû lùc. W2 H×nh 2.1 S¬ ®å ¸p lùc n−íc bïn W4 c¸t vµ ®Èy ng−îc. W1, W2, W3, W1 W4 : ¸p lùc n−íc tÜnh; Wb : ¸p W3 Wb G lùc bïn c¸t; W®n : ¸p lùc ®Èy næi, Wt : ¸p lùc thÊm; G : träng l−îng b¶n th©n W®n Wt 2. ¸p lùc thuû ®éng W® ¸p lùc thuû ®éng sinh ra do dßng ch¶y t¸c ®éng lªn bé phËn c«ng tr×nh ch¾n ngang nã (trô pin cña trµn, t−êng tiªu n¨ng,…). TrÞ sè w® phô thuéc vµo l−u tèc vµ h×nh d¹ng cña mÆt t¸c dông, w® ®−îc x¸c ®Þnh tõ nguyªn lý biÕn thiªn ®éng lùîng cña khèi chÊt láng: dM W® = d t - NÕu c«ng tr×nh chÞu t¸c dông lµ ph¼ng th× : dM= Q.ρ.v.dt ⇒ W® = Q.ρ.v - Khi cã kÓ ®Õn h×nh d¹ng mÆt t¸c dông vµ h−íng dßng ch¶y th× : W® = k.Q.ρ.v(1-cosα) Trong ®ã : Q : l−u l−îng phÇn dßng ch¶y t¸c dông trùc tiÕp vµo c«ng tr×nh (m3/s) ρ : khèi l−îng riªng cña n−íc (kg/m3) g: Gia tèc träng tr−êng (m/s2) v : l−u tèc trung b×nh dßng ch¶y ®Õn phia c«ng tr×nh (m/s) α : Gãc gi÷a h−íng dßng ch¶y víi mÆt ph¼ng t¸c dông k : lµ hÖ sè ch¶y vßng k = 1 víi ®Çu mè d¹ng ph¼ng 13
k = 0,7 ®Çu mè d¹ng trßn k = 0,4 ®Çu mè d¹ng tam gi¸c hay l−u tuyÕn k= 0,3 ÷ 0,4 víi t−êng tiªu n¨ng bè trÝ c¸ch ch©n ®Ëp trµn tõ (0,6 ÷ 2)H1, H1 : chiÒu s©u cét n−íc trµn. L−u ý: Khi dßng ch¶y cã l−u tèc lín, chÞu ¶nh h−ëng cña hiÖn t−îng sãng vµ c¸c ®iÒu kiÖn biªn sÏ ph¸t sinh m¹ch ®éng l−u tèc. KÕt qu¶ lµ g©y ra mét ¸p lùc m¹ch ®éng lªn c«ng tr×nh, lùc nµy thay ®æi theo thêi gian vµ cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøcgi¶i tÝch, c«ng thøc nöa thùc nghiÖm hay b»ng thÝ nghiÖm. II. T¸c ®éng cña sãng Khi cã giã thæi liªn tôc, mÆt hå ph¸t sinh sãng lµm t¨ng mùc n−íc tr−íc c«ng tr×nh vµ g©y ¸p lùc phô t¸c dông lªn c«ng tr×nh. 1. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña sãng C¸c th«ng sè cña sãng nh− chiÒu cao sãng h, chu kú sãng τ, b−íc sãng λ phô thuéc vµo nhiÒu nguyªn nh©n nh− tèc ®é giã w, thêi gian giã thæi liªn thôc t, ®é s©u cña n−íc trong hå H, chiÒu dµi ®µ sãng D (D : kho¶ng c¸ch tõ bê ®Õn c«ng tr×nh t−¬ng øng víi h−íng giã) Â ènh so ïn g Mæ ûc næ å ïc tènh h/2 Âæå ìn g t ru ng bçn h s o ïn g ηs h ho h/2 η ch Bu ûn g s o ïn g Âá öu s o ïn g C hán s o ïn g λ H×nh 2.2 C¸c th«ng sè cña sãng - Tuú theo chiÒu s©u n−íc t¹i vïng g©y ra sãng ng−êi ta chia ra 4 vïng : 1. Vïng n−íc s©u: Khi H > λ/2. Trong vïng nµy ®¸y hå kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña sãng 2. Vïng n−íc n«ng : Khi λ/2 >H>Hpg (Hpg lµ ®é s©u ph©n giíi, sãng b¾t ®Çu ®æ, cã thÓ lÊy gÇn ®óng Hpg =(1,25-1,8)hi). Trong vïng nµy, cµng gÇn bê sãng cµng dèc vÒ phÝa tr−íc, vµ tíi ®é s©u n−íc Hpg sãng sÏ ®æ xuèng. 3. Vïng sãng x« : khi H < Hpg → khu nµy sãng b¾t ®Çu tan, c¸c chÊt ®iÓm n−íc b¾t ®Çu chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (kh«ng cßn dao ®éng sãng) 4. Khu tiÕp bê: Sãng bÞ ph¸ ho¹i vµ leo lªn bê theo chu kú. - §èi víi hå chøa n−íc → th−êng ë vïng n−íc s©u. C¸c th«ng sè cña sãng ®−îc x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p Cr−lèp (thÓ hiÖn trong qui ph¹m hiÖn hµnh QP.TL.C1-78) nh− sau : TrÞ sè cña h vµ λ x¸c ®Þnh theo ®−êng giíi h¹n bao trªn då thÞ h×nh 2.3, theo ®ã t×m gτ g.D gt gh ®−îc c¸c cÆp gi¸ trÞ 2 vµ tõ c¸c ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn w2 vµ w . Chän lÊy w w cÆp gi¸ trÞ bÐ nhÊt trong hai cÆp sè t×m ®−îc, tõ ®ã x¸c ®Þnh ra h vµ τ . TrÞ sè b−íc sãng trung b×nh lÊy theo c«ng thøc : 14
2 gτ λ= 2.π Vµ chiÒu cao sãng x¸c ®Þnh víi møc ®¶m b¶o p% : hp = kp. h gD Trong ®ã kp tra trªn ®å thÞ h×nh 2.4 theo x¸c suÊt p vµ th«ng sè w2 . X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè sãng ë c¸c vïng kh¸c, xem trong QPTL C1-78. 15
16
2. T¸c dông cña sãng lªn c«ng tr×nh cã bÒ mÆt th¼ng ®øng - §Ó x¸c ®Þnh ¸p lùc sãng, tr−íc hÕt ph¶i x¸c ®Þnh ®é dÒnh cao nhÊt ηs vµ ®é h¹ thÊp nhÊt ηch cña sãng so víi møc n−íc tÜnh (h×nh 2.5a, b). ηs = kηs.h ηch = kηch.h - ë thêi ®iÓm sãng lµm møc n−íc d©ng cao nhÊt lµ ηs th× ¸p lùc sãng Ps kh«ng ph¶i lµ lín nhÊt v× lóc ®ã mét bé phËn phÝa d−íi ph¸t sinh ¸p lùc ©m (h×nh 2.5c). Khi ®é dÒnh cña sãng lµ η® th× ¸p lùc sãng lµ lín nhÊt. η® = kη®.h a) b) η ® H×nh 2.5 S¬ ®å ¸p lùc sãng lªn η ch c«ng tr×nh cã mÆt th−îng th−îng l−u th¼ng ®øng c) d) e) η h ® + h/2 + + H H - - Lóc ®ã ¸p lùc ngang lín nhÊt cña sãng (tÝnh cho 1m chiÒu réng, η=η®) (h×nh 2.5d) lµ h Pmax = k®.γ.h(H + 2 ) - M« men cña ¸p lùc sãng lÊy víi ®¸y c«ng tr×nh : h 2 h H H2 Mmax = kmγh( 6 + 2 + 2 ) Trong ®ã kηs, kηch, k®, km : lµ c¸c hÖ sè x¸c ®Þnh tõ c¸c ®å thÞ h×nh 2.6 17
18
3. X¸c ®Þnh ¸p lùc sãng lªn c«ng tr×nh cã m¸i nghiªng - Khi sãng tiÕp xóc víi bÒ mÆt c«ng tr×nh lµ nghiªng th× sÏ cã sãng leo. §é cao sãng leo víi møc ®¶m b¶o 1% khi sãng ®i tíi c«ng tr×nh tõ vïng n−íc s©u cã H≥3hH1% hoÆc tõ vïng n−íc n«ng H≥2h1% ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : hsl1% = k1.k2.k3.k4.h1% Trong ®ã : hH1% chiÒu cao sãng ë ®é s©u H>λ/2 víi møc ®¶m b¶o 1% h1% chiÒu cao sãng víi møc ®¶m b¶o 1% k1,k2 phô thuéc ®é nh¸m t−¬ng ®èi : ∆/h1% vµ vËt liÖu gia cè m¸i ®Ëp (tra b¶ng 2.1) k3 phô thuéc tèc ®é giã vµ m¸i dèc (tra b¶ng 2.2) k4 phô thuéc tû sè λ/h vµ hÖ sè m¸i nghiªng cña c«ng tr×nh (tra theo ®å thÞ h×nh 2- 7) H×nh 2.7 - ChiÒu cao sãng leo víi tÇn suÊt p% lµ hslp% ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch : hslp% = kp . hsl1% Víi kp tra ë b¶ng 2.3 theo tÇn suÊt b¶o ®¶m p. B¶ng 2.1 : HÖ sè k1, k2 §é nh¸m t−¬ng ®èi ∆/h1% §Æc tr−ng líp gia cè m¸i k1 k2 - B¶n bªt«ng (bªt«ng cèt thÐp) 1 0,90 - Cuéi, sái, ®¸, khèi bªt«ng
0,05 0,80 0,70 0,10 0,75 0,60 >0,20 0,70 0,50 B¶ng 2.2 : hÖ sè k3 0,4÷2 3 ÷5 HÖ sè m¸i 0,4 >5 VËn tèc giã ≥ 20m/s 1,3 1,4 1,5 1,6 K3 VËn tèc giã ≤ 10m/s 1,1 1,1 1,1 1,2 B¶ng 2.3 : hÖ sè kp TÇn suÊt tÝnh to¸n p% 0,1 1 2 5 10 30 50 HÖ sè kp 1,1 1,0 0,96 0,91 0,86 0,76 0,68 - BiÓu ®å ph©n bè ¸p suÊt sãng trªn m¸i nghiªng ®−îc gia cè b»ng c¸c tÊm bªt«ng cã ®é dèc m¸i 1,5 ≤ m ≤5 ®−îc tÝnh nh− h×nh 2.8, trong ®ã ¸p suÊt sãng lín nhÊt p2 ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: p2 = knoknb p 2 γh T/m2 Trong ®ã : kno : hÖ sè x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : h h kno = 0,85 + 4,8 + m(0,028 – 1,15 ) λ λ knb : hÖ sè x¸c ®Þnh theo b¶ng 2.4 p 2 : ¸p suÊt sãng t−¬ng ®èi lín nhÊt lªn ®iÓm 2 (h×nh 2.8) lÊy theo b¶ng 2.5 0.1P2 0.4P2 Âènh cäng trçnh P2 Z3 3 Z2 1 0.4P2 2 L1 L2 4 H×nh 2.8 Ph©n bè ¸p suÊt sãng L3 0.1P2 5 lªn m¸i nghiªng ®−îc gia cè b»ng L4 c¸c tÊm bªt«ng B¶ng 2.4 : HÖ sè knb h/ λ 10 15 20 25 35 knb 1,0 1,15 1,30 1,35 1,48 20
B¶ng 2.5 ¸p suÊt t−¬ng ®èi p 2 ≥4 ChiÒu cao sãng h (m) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 3,7 2,8 2,3 2,1 1,9 1,8 1,75 1,70 p2 Trong biÓu ®å trªn, c¸c tung ®é Z2 , Z3 ®−îc tÝnh : ) ( 1 Z2 = A + 1 − 2m 2 + 1 ( A + B ) 2 m ⎛ λ ⎞ 1 + m2 A = h⎜ 0,47 + 0,023 ⎟ ⎜ h ⎟ m2 ⎝ ⎠ ⎛ h⎞ B = h⎜ 0,95 − 0,84.m − 0,25 ⎟ λ⎠ ⎝ Z 3 = hsli % l1 = 0,0125.Lα , l3 = 0,0265.Lα l2 = 0,0325.Lα , l4 = 0,0675.Lα m.λ Lα = ( m) m2 − 1 4 (Ghi chó : c¸c b¶ng tra, biÓu ®å vµ c«ng thøc tÝnh ë trªn ®−îc thiÕt lËp th«ng qua c¸c nghiªn cøu lý luËn kÕt hîp víi thÝ nghiÖm) III. ¸p lùc giã - ¸p suÊt giã tiªu chuÈn ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: V2 qtc = 16 kg/m2 v : vËn tèc giã, m/s - Tèc ®é giã vµ ¸p suÊt giã cã thÓ lÊy theo c¸c vïng theo b¶ng 2.6 B¶ng 2.6 : ¸p suÊt giã tiªu chuÈn qtc(kg/m2) Vïng V(m/s) H¶i ®¶o, ven biÓn 44 120 §ång b»ng 40 100 Trung du 36 80 MiÒn nói 31 60 - Tæng ¸p lùc giã tiªu chuÈn t¸c dông lªn c«ng tr×nh ®−îc tÝnh: Ptc = qtc.S qtc - ¸p suÊt giã tÝnh to¸n ®· x¸c ®Þnh S - diÖn tÝch ch¾n giã cña c«ng tr×nh (m2) 21
IV. ¸p lùc bïn c¸t PhÝa tr−íc c¸c c«ng tr×nh d©ng n−íc ®−îc x©y dùng ë c¸c s«ng suèi th−êng cã bïn c¸t l¾ng ®äng, chiÒu s©u bïn c¸t x¸c ®Þnh theo thuû v¨n dßng ch¶y vµ tuæi thä c«ng tr×nh. Nã t¸c dông lªn c«ng tr×nh víi trÞ sè ¸p suÊt phô thuéc vµo tÝnh chÊt c¬ lý cña bïn c¸t vµ ®é dµy l¾ng ®äng cña bïn c¸t, vµ cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau : Pb = γb .y.ξb γb : Dung träng ®Èy næi cña bïn c¸t γb = γk - γ (1-n) γk: Dung träng kh« cña bïn c¸t γ : Dung träng cña n−íc n: §é ræng cña bïn c¸t ξb : hÖ sè ¸p lùc bªn cña bïn c¸t, phô thuéc vµo møc ®é di chuyÓn cña c«ng tr×nh, ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau : + Khi c«ng tr×nh kÕt thóc chuyÓn vÞ th× ξb =ξ0 víi ξ0 – hÖ sè ¸p lùc bªn cña bïn c¸t ë tr¹ng th¸i tÜnh. Gi¸ trÞ cña nã cã thÓ lÊy nh− sau (theo Snitco N.K, 1970) : §èi víi ®Êt c¸t rêi (cã hÖ sè rçng ε=0,9) th× ξ0=0,64; víi c¸t cã ®é chÆt trung b×nh (ε=0,7) th× ξ0=0,52; c¸t chÆt ξ0=0,49; ®èi víi h¹t sÐt ξ0=0,7÷1,0. + Khi c«ng tr×nh chuyÓn vÞ (ra xa bµn c¸t) sÏ sinh ra ¸p lùc ®Êt chñ ®éng, lóc ®ã : ϕ ξb =tg2(450 - 2 ) ϕ: Gãc ma s¸t trong cña bïn c¸t NÕu mÆt tr−íc cña c«ng tr×nh nghiªng mét gãc α so víi ph−¬ng ngang th× : α+ϕ cos2 2 ξb = α-ϕ cos2 2 §èi víi bïn c¸t lµ h¹t sÐt vµ c¸c h¹t bôi l¾ng ®äng ë hå chøa cã ®é s©u n−íc kh¸ lín, th× ϕ≈0, do ®ã ξb=1 kh«ng phô thuéc vµo sù dÞch chuyÓn cña nÒn c«ng tr×nh. BiÓu ®å ¸p lùc bïn c¸t cã d¹ng tam gi¸c. TrÞ sè ¸p lùc ngang cña bïn c¸t lÊy theo biÓu ®å ¸p lùc bïn c¸t, cßn thµnh phÇn th¼ng ®øng cña ¸p lùc bïn c¸t b»ng träng l−îng cña khèi bïn c¸t trong m«i tr−êng n−íc. V.Lùc ®éng ®Êt Khi ®éng ®Êt vá qña ®Êt bÞ dao ®éng víi chu kú T (T = 0,8 ÷ 1,2s) vµ gia tèc τ → ph¸t sinh lùc qu¸n tÝnh t¸c ®éng lªn c«ng tr×nh. HiÖn nay th−êng dïng ph−¬ng ph¸p tÜnh lùc ®Ó x¸c ®Þnh lùc qu¸n tÝnh ®éng ®Êt 1. Lùc qu¸n tÝnh ®éng ®Êt cña c«ng tr×nh - TrÞ sè cña lùc qu¸n tÝnh ®éng ®Êt : G F® = α g τ 22
Trong ®ã: G : träng l−îng c«ng tr×nh g : gia tèc träng tr−êng (G/g lµ khèi l−îng c«ng tr×nh) k = τ/g lµ hÖ sè ®éng ®Êt - tra b¶ng 2.7 α : hÖ sè ®Æc tr−ng ®éng lùc Víi c¸c c«ng tr×nh th¸p, t−êng ch¾n ®Êt, ®Ëp bª t«ng , ®Ëp bª t«ng cèt thÐp cao h¬n 10m th× : h α = 1 + 0,5h1 0 h1: kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm tÝnh ®Õn mÆt nÒn h0: kho¶ng c¸ch tõ träng t©m c«ng tr×nh ®Õn mÆt nÒn Víi c«ng tr×nh chÞu lùc x« ngang nh− vßm … α = 2 Víi c¸c bé phËn liªn kÕt côc bé víi nÒn nh− cét, giµn… α = 5 α=1 Víi c«ng tr×nh kh¸c - H−íng F® ng−îc víi h−íng τ, mµ τ lµ bÊt kú nªn ta chän F® theo h−íng bÊt lîi nhÊt cho c«ng tr×nh vÒ mÆt æn ®Þnh vµ kÕt cÊu. §iÓm ®Æt cña cña lùc qu¸n tÝnh, ®−îc xem nh− n»m ë träng t©m c«ng tr×nh. B¶ng 2.7 : HÖ sè ®éng ®Êt k CÊp ®éng ®Êt 6 7 8 9 K 0,01 0,025 0,05 0,10 Khi ®éng ®Êt nhá h¬n cÊp 6, hÖ sè ®éng ®Êt rÊt bÐ nªn th−êng bá qua kh«ng xÐt ®Õn lùc qu¸n tÝnh. 2.Lùc qu¸n tÝnh ®éng ®Êt cña n−íc - Víi hå cã ®é s©u H < 50 m, ¸p suÊt t¨ng thªm do ®éng ®Êt t¹i ®é s©u y cã thÓ tÝnh: p = 0,9.k.γ. H1.y , biÓu diÔn bëi ®−êng 1 h×nh 2.9 b Hay p = k . γ . y , biÓu diÔn bëi ®−êng 2 h×nh 2.9 b y : ®é s©u tõ mÆt n−íc ®Õn ®iÓm tÝnh to¸n. - Tæng ¸p lùc n−íc t¨ng thªm W® = 0,5 . k . γ . H12 a) b) Âiãøm tênh toaïn 1 H1 G h1 2 ho H×nh 2.9 : Lùc qu¸n tÝnh vµ ¸p lùc n−íc t¨ng thªm do ®éng ®Êt g©y ra 3.Lùc qu¸n tÝnh ®éng ®Êt cña ®Êt 23
Khi cã ®éng ®Êt, khèi l−îng ®Êt còng ph¸t sinh lùc qu¸n tÝnh t¸c dông lªn c«ng tr×nh. §èi víi t−êng ch¾n th¼ng ®øng th× ¸p suÊt chñ ®éng lµ P’c® vµ ¸p suÊt bÞ ®éng P’b® ®−îc tÝnh lµ: P’c® = (1 + 2k tgϕ) Pc® P’b® = (1 - 2k tgϕ) Pb® Víi: Pc®, Pb® : lÇn l−ît lµ ¸p suÊt chñ ®éng vµ bÞ ®éng t¹i ®iÓm tÝnh to¸n khi ch−a cã ®éng ®Êt. ϕ : Gãc ma s¸t trong cña ®Êt. 24