zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Nghiên cứu và dự đoán sự hình thành xói cục bộ xung quanh trụ công trình cầu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xói mố, trụ cầu là quá trình loại bỏ trầm tích như cát và sỏi xung quanh mố hoặc trụ cầu. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng mô hình lý thuyết để dự đoán chiều sâu xói cục bộ xung quanh trụ cầu có xét đến yếu tố như kích thước, hình dạng trụ và nhóm cọc dưới trụ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu và dự đoán sự hình thành xói cục bộ xung quanh trụ công trình cầu

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 NGHIÊN CỨU VÀ DỰ ĐOÁN SỰ HÌNH THÀNH XÓI CỤC BỘ XUNG QUANH TRỤ CÔNG TRÌNH CẦU Nguyễn Trọng Chức Học viện Kỹ thuật Quân sự, email: trongchuc.nguyen@lqdtu.edu.vn 1. ĐẶT VẤN DỀ sự khai thác nguồn nước v.v... Hiểu dưới góc độ khoa học, vận tốc nước chuyển động trên Xói mố, trụ cầu là quá trình loại bỏ trầm tích sông có lúc nhanh, lúc chậm điều đó tạo lên như cát và sỏi xung quanh mố hoặc trụ cầu. gia tốc tịnh tiến của dòng nước. Bên cạnh đó, Xói mòn thủy động, gây ra bởi dòng nước chảy con sông hình thành trên bề mặt trái đất và xiết, có thể tạo ra các hố xói, ảnh hưởng đến trái đất luôn quay xung quanh trục của nó tạo tính toàn vẹn của cấu trúc xung quanh mố trụ thành gia tốc hướng tâm. Một phần tử nước cầu. Tại Mỹ, xói mố, trụ cầu là một trong ba vừa chuyển động tịnh tiến với gia tốc at, vừa nguyên nhân chính gây hư hỏng cho các công chuyển động quay với gia tốc an hợp thành trình cầu (những nguyên nhân còn lại là do va chuyển động song phẳng với gia tốc Coriolis chạm tàu bè và hoạt động quá tải của phương (cờ-ri-ơ-lít). Lực cờ-ri-ơ-lít hình thành và gây tiện giao thông). Người ta ước tính rằng 60% ra xói tự nhiên trên dòng sông. tất cả các hư hỏng của cầu là do xói cầu và các Xói chung được hiểu là do dòng chảy trên nguyên nhân liên quan đến yếu tố thủy lực sông bị cầu thu hẹp khi xây dựng cầu, điều đó khác [2]. Yếu tố xói là nguyên nhân phổ biến dẫn đến mặt cắt ngang giảm và dòng chảy trên nhất gây ra sự cố hư hỏng các công trình cầu sông tăng lên dẫn đến hiện tượng xói chung. trền đường cao tốc ở Mỹ [3]. Điều đáng nói Xói cục bộ được hiểu do trụ và mố cầu cản 46/86 sự cố hư hỏng cầu lớn là do xói mòn gần dòng nước, xảy ra ở sát chân công trình, hố các trụ cầu từ năm 1961 đến năm 1976 [4]. xói có dạng hẹp và sâu. Cơ chế cơ bản gây ra xói cục bộ ở mố, trụ cầu là sự hình thành các dòng xoáy (xoáy nước có hình móng ngựa, còn gọi là “xoáy móng ngựa”) ở móng của chúng. Xoáy móng ngựa được tạo nên do dòng nước phía thượng lưu xô vào mặt cản làm tăng dòng chảy quanh mũi trụ hoặc mố. Hoạt động của xoáy làm di chuyển vật liệu Hình 1. Cơ chế xói cục bộ đáy quanh móng mố, trụ cầu. xung quanh trụ cầu Bên cạnh xoáy móng ngựa, xung quanh trụ Khi xây dựng công trình cầu vượt sông, còn xuất hiện các xoáy thẳng đứng ở hạ lưu xói toàn diện dưới cầu thường bao gồm ba trụ cầu được gọi là “xoáy rẽ nước”. Cả hai loại loại cơ bản như xói tự nhiên, xói chung và xoáy móng ngựa và xoáy rẽ nước làm di xói cục bộ (Hình 1). chuyển vật liệu ra khỏi khu vực móng trụ cầu. Xói tự nhiên được hiểu là do sự biến dạng Tuy nhiên, cường độ của xoáy rẽ nước giảm (xói và bồi) tự nhiên của lòng sông, không nhanh khi khoảng cách hạ lưu của trụ tăng lên. phụ thuộc vào sự có mặt của công trình cầu Ba loại xói này xảy ra đồng thời tại một trên sông mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố nơi tại chân công trình thì chiều sâu xói khác như chế độ thuỷ văn, điều kiện địa chất, được tính theo nguyên lý công tác dụng. 164
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng mô Công thức tính chiều sâu xói do thân trụ có hình lý thuyết để dự đoán chiều sâu xói cục bộ kể đến độ nhô ra của bệ trụ f và được trình xung quanh trụ cầu có xét đến yếu tố như kích bày trong công thức (3): thước, hình dạng trụ và nhóm cọc dưới trụ.  0,65 0,43  hcb b  V   K ht  2 K1K 2 K3 K 4    1   (3) 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XÓI h1    h1   gh1      CỤC BỘ TRỤ CẦU Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng mô Ngày nay, có nhiều mô hình tính toán xói hình tính xói của Richardson thuộc trường cục bộ trụ cầu được kể đến đó là công thức ĐH Colorado - Mỹ đã được giới thiệu trong của GS.TS. Nguyễn Xuân Trục và KS thông tư Hydraulic Engineering Circular số Nguyễn Hữu Khải của Trường Đại học Xây 18 (HEC-18) và được trình bày trong công dựng Hà Nội xác định trị số xói cục bộ lớn thức (3) [7]. nhất tại trụ cầu căn cứ vào kết quả xói thực tế trong đó: Kht - hệ số tính xói do chiều sâu ở một số cầu đang khai thác [5]. Công thức thân trụ phía trên đáy và ảnh hưởng của độ tính xói của PGS.TS. Trần Đình Nghiên đã nhô ra của bệ cọc so với mặt trước thân trụ xây dựng công thức lý thuyết, đồng thời kiến (f). K1 - hệ số ảnh hưởng hình dạng trụ; K2 - nghị công thức thực hành tính xói cục bộ ở hệ số hiệu chỉnh góc chéo của dòng chảy với trụ cầu đối với cả hai loại xói nước đục và tim trụ; K3 - hệ số hiệu chỉnh đối với tình xói nước trong [6]. Công thức của Richardson trạng đáy sông; K4 - hệ số điều chỉnh có kể thuộc trường ĐH Colorado - Mỹ đã đưa ra đến kích thước hạt xungquanh trụ; h1 - chiều phương trình dự báo xói cục bộ trụ cầu đã và sâu dòng chảy ngay trước trụ; Fr - hệ số đang được các tổ chức tư vấn thiết kế công Froude ngay trước trụ; V1 - tốc độ dòng chảy trình giao thông trên thế giới sử dụng rộng tiến vào cầu trước trụ, m/s. rãi. Phương trình này dùng chung cho cả hai 3. KẾT QUẢ trường hợp xói cục bộ ở dòng nước trong và dòng nước đục [7, 8]. Giả thiết chiều sâu sau xói chung h1 = Trụ cầu được chia thành ba phần như thân 3,12m; tốc độ dòng chảy đến trụ sau xói trụ, bệ trụ và cọc. Giả thiết mỗi phần ảnh chung là Vx = 3,36m/s; địa chất đáy sông có hưởng đến xói cụ bộ ở mức độ khác nhau. d50 = 0,32mm và d95 = 7,3mm; đáy phẳng và Tuy nhiên, áp dụng nguyên lý cộng tác dụng dòng chảy thẳng hàng với trụ. xói cục bộ đối với trụ cầu sẽ là tổng của ba Khảo sát hình dạng trụ đặc thân hẹp có 2 chiều sâu xói thành phần và được trình bày đầu tròn với kích thước chiều rộng thân trụ trong công thức (1): khảo sát thay đổi từ 1m đến 1,5m. Kết quả hc = hct + hcb + hcc (1) tính ảnh hưởng của chiều rộng thân trụ ảnh trong đó: hc, hct, hcb, hcc lần lượt là tổng xói hưởng đến chiều sâu xói cục bộ do thân trụ cục bộ, xói cục bộ do thân trụ, xói cục bộ do gây ra được thể hiện trong Hình 2. bệ trụ (hay bệ cọc) và xói cục bộ do cọc gây Từ hình 2 cho thấy, khi tăng chiều rộng ra. Mức độ ảnh hưởng của cọc tới xói cục bộ thân trụ thì chiều sâu xói cục bộ do thân trụ không lớn nên trong nghiên cứu này tác giả gây nên tăng và ngược lại. Quy luật tăng theo không xem xét chiều sâu xói cục bộ do hệ đường tuyến tính với phương trình hồi quy cọc gây ra. thu được Y = 0,06 + 0,1*x với R2 = 1 (trong Công thức xác định xói cục bộ do thân trụ đó y - chiều sâu xói, m; x - chiều rộng thân hct được xuất phát từ công thức Richardson trụ). Sự tăng của chiều sâu xói cục bộ khi E.V. và được trình bày bởi công thức (2): chiều rộng thân trụ tăng có thể giải thích như 0,65 sau: khi chiều rộng thân trụ tăng, mức độ cản hct b  2 K1K 2 K3 K 4   Fr 0,43 (2) dòng chảy lớn và hình thành các giếng xói h1  h1  xung quanh thân trụ. 165
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Một số giải pháp đã được áp dụng để làm giảm độ sâu xói cục bộ như: thay đổi hình dạng trụ, cấu tạo các gờ tăng độ nhám, cấu tạo lỗ thoát nước tại nửa dưới của thân trụ cầu, bỏ đá với kết cấu tầng lọc ngược bao quanh chân trụ, sử dụng phao tạo bồi, hệ thống tấm ngầm đón phù sa, vòng vây chống xói,... 4. KẾT QUẢ Nguyên nhân hình thành xói cục bộ mố, trụ cầu là do mố, trụ cầu làm cản dòng nước và xảy ra ngay sát chân công trình và hình Hình 2. Mối quan hệ giữa chiều rộng thân trụ và chiều sâu xói cục bộ thành hố hẹp sâu. Mức độ chiều sâu xói phụ do thân trụ gây ra thuộc vào kích thước trụ như thân trụ, bệ trụ và chiều sâu nhóm cọc trong trụ. Quy luật Trong nghiên cứu này, tác giả khảo sát ảnh phụ thuộc của chiều sâu xói với chiều rộng hưởng chiều rộng bệ trụ có kích thước từ 2m thân trụ và bệ trụ là hàm tuyến tính. đến 3m ảnh hưởng đến chiều sâu xói cục bộ Để giảm sự phá hoại công trình do xói cầu và được trình bày trong Hình 3. Giả định bệ cần đảm bảo khẩu độ thoát nước dưới cầu. trụ nhô ra so với mặt trước thân trụ f = 0,76m và nhô lên cao hơn đáy do xói trong thời gian 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO dài (xói tự nhiên) là 1,5m. [1] Linda P. Warren (2011). Scour at Bridges: Stream Stability and Scour Assessment at Bridges in Massachusetts. U.S. Geological Survey. [2] Mark N. Landers (1992). Bridge Scour Data Management. Published by American Society of Civil Engineers. [3] John Kattell, P.E., Merv Eriksson, P.E. (1998). Bridge Scour Evaluation: Screening, Analysis, & Countermeasures. California. [4] Rajesh Kumar Neerukatti, Masoud Yekani Fard, Inho Kim, Aditi Chattopadhyay (2014). Gaussian Process Based Prognosis Model For Bridge Scour. International Journal of Engineering Research & Hình 3. Mối quan hệ giữa chiều rộng bệ trụ Technology (IJERT), 3(6), 565-573. và chiều sâu xói cục bộ do thân trụ gây ra [5] Trần Đình Nghiên (2010). Xói lở ở công Từ hình 3 cho thấy, khi tăng chiều rộng bệ trình cầu. Nhà xuất bản Xây dựng. trụ thì chiều sâu xói cục bộ do bệ trụ tăng lên [6] Trần Đình Nghiên (2013). Xói cục bộ trụ cầu. Nhà xuất bản Xây dựng. và mối quan hệ giữa chúng là theo quy luật [7] U.S. Department of Transportation (2012). tuyến tính với phương trình Y = 1,58 + 1,2*x Evaluating Scour at Bridges. University of với R2 = 0,999 (trong đó y - chiều sâu xói, m; Colorado - USA. x - chiều rộng bệ trụ). Từ hai phương trình hồi [8] Nguyễn Đăng Phóng (2012). Bồi dưỡng quy thu được nhận thấy, mức độ ảnh hưởng nghiệp vụ khảo sát, tính toán thủy văn - của bệ trụ lên xói cục bộ trụ cầu cao hơn mức thủy lực công trình giao thông. Đại học độ ảnh hưởng xói cục bộ do thân trụ gây nên. Giao thông Vận tải Hà Nội. 166

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.