Đồ án môn học Kết cấu bê tông cốt thép thuỷ công - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl
Bộ MƠN KẾT CAU CƠNG TRÌNH
TS. VŨ THỊ THU THỦY (Chủ biên)
TS. KHÚC HỔNG VÃN

ĐỒ ÁN MƠN HỌC

BE TON G
CĨT THÉP
THỦY CƠNG

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢl
Bộ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH
TS. VŨ THỊ THU THỦY (Chủ biên)
TS. KHÚC HỔNG VÂN

ĐỔ ÁN MÔN HỌC
KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP

THỦY CÔNG

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DƯNG



LỜI NĨI ĐÀU

ĐỒ án mơn học Kết cấu bê tơng cốt thép thủy công là một trong những học phần bắt

buộc trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy. Đồ án
mơn học giúp sinh viên vận dụng các kiến thức cơ bản của môn học Ket cấu bê tông cốt
thép đế thực hành thiết kế một hạng mục cơng trình quan trọng trong cơng trình thủy
lợi, thủy điện, xây dựng dân dụng hay giao thông.
Cuôn sách hướng dân bao gôm 3 chuyên đê chính: Tính tốn thỉêt kê cơng ngâm,
câu máng và tường chăn đât. Mơi một loại kêt câu có nhiêu dạng khác nhau, tuy nhiên
tài liệu chỉ lựa chọn một loại nhât định, tương đôi phô biên, phù hợp vê mặt khơi lượng
và thời gian đê sinh viên có thê tham khảo làm đô án môn học.

Cuốn sách này được dùng làm tài liệu học tập chính thức cho sinh viên khỉ làm Đồ án
môn học Kết cấu bê tông cốt thép thủy cơng và có thế dùng làm tài liệu tham khảo cho
các kỹ sư thiết kế, kết cẩu bê tơng cốt thép cơng trình thủy lợi, giao thơng, xây dựng.
Cuôn sách do TS. Vũ Thị Thu Thủy và TS. Khúc Hông Vân biên soạn trên cơ sở kê
thừa các tài liệu đã sử dụng trong quá trình giảng dạy mơn học của Bộ mơn Kêt câu
cơng trình. TS. Vũ Thị Thu Thủy phụ trách phân giới thiệu chung, tính tốn cơng ngâm
và mơ hình hóa tường chăn đât theo mơ hình khơng gian. TS. Khúc Hơng Vân phụ trách
phần tính tốn cầu máng và phần thiết kế tường chắn đất.

Các tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên của Bộ mơn Ket cấu cơng trình,
cùng các chun gia trong và ngồi Trường đã đóng góp những ỷ kiến quỷ báu trong
quá trình biên soạn tài liệu này.

Mặc dù đã cơ găng nhưng trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi những thiêu
sót, các tác giả mong nhận được những ỷ kiên đóng góp của các đơng nghiệp, sinh viên
và bạn đọc đê lân tái bản sau sách được hồn thiện hơn.
Bộ mơn Kết cấu cơng trình chăn thành cảm ơn các bộ phận chức năng của Trường
Đại học Thủy lợi đã hô trợ và tạo điều kiện thuận lợi đế tài liệu này được xuất bản kịp
thời, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập của sinh viên.
Các tác giả

3


4


MỤC LỤC
Trang

Lời nói đầu ........................................................................................................ 3
MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................. 7

1. CÁC BƯỚC TÍNH TỐN........................................................................................7
2. KIẾN THỨC Cơ BẢN..............................................................................................9
CHUN ĐÈ 1. CỐNG NGẦM................................................................................... 22
1.1. GIÓI THIỆU......................................................................................................... 22

1.1.1. Chức năng nhiệm vụ...................................................................................... 22

1.1.2. Các bộ phận kết cấu........................................................................................22
1.2. VÍ DỤ ÁP DỤNG................................................................................................. 24

1.2.1. Số liệu thiết kế................................................................................................24
1.2.2. Tính tốn thiết kế........................................................................................... 26
1.2.2.1. Sơ đồ tính................................................................................................ 26
1.2.2.2. Tải trọng tác dụng.................................................................................... 27
1.2.2.3. Tính tốn nội lực..................................................................................... 28
1.2.2.4. Tính tốn cốt thép.................................................................................... 37

1.2.2.5. Kiểm tra nứt............................................................................................. 41

1.1.2.6. Bố trí cốt thép.......................................................................................... 44
CHUYÊN ĐÈ 2. CÀU MÁNG...................................................................................... 46

2.1. GIÓI THIỆU.........................................................................................................46
2.1.1. Chức năng nhiệm vụ..................................................................................... 46

2.1.2. Các bộ phận kết cấu...................................................................................... 46
2.2. VÍ DỤ ÁP DỤNG................................................................................................. 48

2.2.1. Số liệu thiết kế............................................................................................... 48
2.2.2. Tính tốn thiết kế...........................................................................................50
2.2.2.1. Vách máng............................................................................................... 50
2.2.2.2. Bán đáy.................................................................................................... 55
2.2.2.3. Dầm đỡ dọc............................................................................................. 60
2.2.2.4. Bố trí cốt thép.......................................................................................... 69

5


CHUYÊN ĐÈ 3. TƯỜNG CHẮN ĐẤT...................................................................... 71
3.1. GIÓI THIỆU........................................................................................................71

3.1.1. Chức năng nhiệm vụ..................................................................................... 71
3.1.2. Các bộ phận của kết cấu................................................................................ 72
3.2. VÍ DỤ ÁP DỤNG................................................................................................. 74

3.2.1. Số liệu thiết kế................................................................................................ 74
3.2.2. Tính tốn thiết kế...........................................................................................77
3.2.2.1. Bản mặt.................................................................................................... 77
3.2.2.2. Bản đáy.................................................................................................... 82

3.2.2.3. Tường sườn..............................................................................................90
3.2.2.4. Bố trí cốt thép..........................................................................................96

PHỤ LỤC 1. TÍNH TOÁN NỘI Lực BẢNG PHƯƠNG PHÁP
PHẦN TỬ HỦƯ HẠN............................................................................... 99
PL1.1. CỐNG NGẦM................................................................................................. 99
PL1.2. CẦU MÁNG.................................................................................................. 118
PL 1.3. TƯỜNG CHẮN ĐÁT.................................................................................... 128

PHỤ LỤC 2. CÁC BẢNG TRA................................................................................... 146
PL2.1. CỐNG NGẦM............................................................................................... 146
PL2.2. CẦU MÁNG.................................................................................................. 153
PL2.3. TƯỜNG CHẮN ĐÁT.................................................................................... 171

PHỤ LỤC 3. SỐ LIỆU ĐỒ ÁN................................................................................... 173
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 179

6


Mở đàu

GIỚI THIỆU CHUNG

Cuốn sách hướng dần gồm 3 chuyên đề chính: Tính tốn thiết kế kết cấu cống
ngầm, cầu máng và tường chắn đất. Sinh viên sẽ làm một trong 3 chuyên đề để làm
đồ án do giảng viên phân cơng.
Phần giới thiệu chung trình bày trình tự các bước tính tốn thiết kế cho một kết
cấu và các kiến thức cơ bản trong môn Kết cấu bê tông cốt thép áp dụng để tính cho
các chuyên đề. Phần chun đề trình bày cụ thể cách tính tốn thiết kế cho từng loại

kết cấu với bộ số liệu đã cho, trong đó phần tính tốn nội lực dùng phương pháp giải

tích. Đe khuyến khích sinh viên áp dụng cơng cụ tính tốn nội lực nhanh và hiện đại,
phần phụ lục của tài liệu hướng dẫn tính tốn nội lực cho các kết cấu trên bằng
phương pháp phần tử hữu hạn dùng phần mềm SAP2000. Sinh viên có thể lựa chọn
phương pháp tính nội lực khi làm đồ án. Phần phụ lục cịn có các bảng tra hỗ trợ tính

tốn và Bảng số liệu tính tốn cho từng chun đề.

1. CÁC BƯỚC TÍNH TỐN
Khi thiết kế một kết cấu, trình tự tính tốn cần theo các bước sau:

Bước 1: Mơ tả và giói thiệu về kết cấu
Giới thiệu về vị trí, chức năng, nhiệm vụ của kết cấu, lựa chọn phương án kết cấu
(nếu có), thể hiện mặt bằng/mặt cắt dọc, hình dáng và các kích thước cơ bản của kết

cấu (bề rộng, chiều dài, số khoang, số nhịp, chiều cao...).
Việc lựa chọn các kích thước cơ bản của kết cấu thường dựa vào các chỉ tiêu
thiết kế, tính tốn kiểm tra các điều kiện thủy lực, thủy công, địa hình hoặc ổn
định..., và phải thỏa mãn các yêu cầu cấu tạo theo tiêu chuẩn Việt Nam. Tuy nhiên
đồ án này tập trung vào phần thiết kế bê tông cốt thép nên các kích thước cơ bản sẽ
được cho trước.

Bước 2: Chọn kích thước sơ bộ các bộ phận

Ngồi các kích thước cơ bản ở bước 1 của cả kết cấu, mỗi bộ phận cần chọn thêm
các kích thước chi tiết như bề rộng dầm, chiều dày bản... Các kích thước cần lựa
chọn sao cho thuận lợi khi thi công, tránh ứng suất tập trung, hoặc theo kinh nghiệm
7

của người thiết kế. Trong q trình tính tốn ở bước 6, 7 hoặc 8 nếu tiết diện đã
chọn ở bước 2 không thỏa mãn yêu cầu chịu lực hoặc sử dụng bình thường, có thế
phải chọn lại kích thước tiết diện cho phù hợp.

Bước 3: Xác định sơ đồ tính tốn kết cấu
Từ mơ hình thực tế và phân tích sự làm việc của kết cấu hoặc từng bộ phận của
chúng (về khả năng ngăn cản các loại chuyến vị thắng/xoay của liên kết), kết cấu có
thể được đưa về các sơ đồ tính tốn đơn giản hơn, đã được học như dầm công xôn,
dầm đơn, dầm liên tục, khung, bản đơn, bản liên tục...

Bước 4: Xác định tải trọng, tổ hợp tải trọng
Liệt kê và xác định giá trị tiêu chuẩn, giá trị tính tốn của các loại tải trọng,
phương, chiều tác dụng lên kết cấu. Xem xét sự tác dụng đồng thời giữa chúng gây
bất lợi cho cơng trình. Xác định các tổ họp tải trọng dùng trong tính tốn. Để tránh
lặp lại các phần tính tốn tải trọng đã được giới thiệu trong các đồ án thủy cơng, cơ
đất, nền móng, cuốn sách này sẽ cho trước sơ đồ tải trọng trong các ví dụ.

Bước 5: Xác định
nội
•
• lực,
• ' biểu đồ bao nội
• lực
•
Từ sơ đồ tính và các tải trọng được xác định ở các bước trên, nội lực (mô men M,
lực dọc N, lực cắt Q) tiêu chuẩn và nội lực tính tốn được xác định. Sinh viên có thể
dùng phương pháp giải tích đã học trong các mơn Sức bền vật liệu, Cơ học kết cấu
để xác định nội lực (hoặc dùng các bảng tra), hoặc phương pháp phần tử hữu hạn
dùng phần mềm SAP2000 để tính.

Bước 6: Tính tốn, chọn và bố trí cốt thép
Từ các kết quả nội lực của kết cấu, xác định các mặt cắt nguy hiểm có mơ men
căng trên, căng dưới, căng trong hoặc căng ngồi lớn nhất, hoặc lực cắt lớn nhất đe
tính. Việc tính tốn và bố trí cốt thép cần phải đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu chịu
lực và yêu cầu sử dụng bình thường.
- Cốt dọc: dùng các giá trị mơ men tính tốn (với cấu kiện chịu uốn) hoặc kết họp
giữa mơ men và lực dọc tính tốn (với cấu kiện chịu nén lệch tâm) đế xác định diện
tích cốt dọc chịu kéo (Fa), cốt dọc chịu nén (Fa').
- Cốt ngang: dùng các giá trị lực cắt tính tốn lớn nhất đe tính cốt ngang (cốt xiên
Fx, cốt đai Fđ).
- Chọn và bố trí cốt thép: từ các diện tích cốt thép đã xác định được ở trên. Chọn
và bố trí cốt thép dựa trên nguyên tắc tiết kiệm (sát nhất với diện tích thép tính tốn),
thỏa mãn các điều kiện cấu tạo như đường kính thanh thép nhỏ nhất với từng loại
cấu kiện, khoảng cách giữa các thanh thép và thuận lợi khi thi công.

8


- Vẽ sơ họa cách bố trí thép cho kết cấu trong thuyết minh.

Bước 7: Kiếm tra nứt, tính bề rộng khe nứt
Trên cơ sở cách bố trí thép thực tế ở trên, tính tốn kiếm tra nứt với các giá trị nội
lực tiêu chuẩn cho các mặt cắt nguy hiểm. Trong trường họp tiết diện bị nứt cần tính
bề rộng khe nứt và kiếm tra so sánh với bề rộng khe nứt cho phép theo tiêu chuẩn.
Neu tiết diện khơng thỏa mãn cần chọn và bố trí lại thép cho phù họp (ở bước 6).

Bước 8: Tính và kiểm tra độ võng
Cấu kiện cần tính tốn và kiêm tra thêm điều kiện về độ võng với giá trị mô men
tiêu chuẩn, nếu thỏa mãn thì việc lựa chọn và bố trí thép trên được chấp nhận.

Bước 9: Bản vẽ
Thế hiện việc chọn và bố trí cốt thép cho kết cấu trên bản vẽ khô Al, thông
thường gồm các hạng mục sau:
- Mặt cắt/hình cắt ngang, dọc của kết cấu, các kích thước.
- Bố trí thép trên mặt cắt dọc.
- Bố trí thép trên mặt cắt ngang.

- Bố trí thép cho các chi tiết cần làm rõ hơn nếu có.
- Bảng thống kê thép.

- Bảng tổng khối lượng thép và bê tơng.

2.

KIẾN THỨC Cơ BÃN

Phần này trình bày các kiến thức cơ bản trong môn Ket cấu bê tông cốt thép áp
dụng để tính cho các chuyên đề. Các hệ số và các đặc trưng cơ học được tra bàng
theo các phụ lục trong Giáo trình Kết cấu bê tơng cốt thép [14].

Các ký hiệu:
h

chiều cao của tiết diện

b

chiều rộng của tiết diện

ho

chiều cao hữu ích của tiết diện h0 = h - a

bc, hc

chiều rộng, chiều cao cánh trong miền kéo

b^, h'

chiều rộng, chiều cao cánh trong miền nén

a, a’

khoảng cách từ trọng tâm cốt thép miền kéo, nén đến mép biên gần nhất
miền kéo, nén

X

chiều cao vùng nén

9


x„

chiêu cao vùng nén cùa liet diện quy đỏi

F\, FJ

diện tích cốt thép ở miền kéo và miền nén

Fmin

diện tích cốt thcp tối thiều FmlB = Hmirbh„

F4U„

diện tích cốt thép tối thiếu đặt theo điều kiện cấu lạo

Fqd

diện lích quy dồi

Jqd

mơ men qn tính cùa tiêl diện quy đơi

Wạj

mơ đun chông uôn cua liet diện quy dôi

Co

độ lệch tâm cua lực nén

c. c’

khoáng cách từ diêm đặt lục nén đen cơt thép Fa và F('

lo

chiều dãi tinh tốn cùa cắu kiện chịu nén, phụ thuộc hên kết 2 đầu

I)

hệ số kế đến ánh hưởng cùa uốn dọc

k„

hộ sô tin cậy phụ thuộc câp công trinh, tra phụ lục 3 [ 14]

nv

hệ so tỏ hợp tái trọng, tra theo phụ lục 4 [14]

m,

hệ số điều kiện làm việc cua cốt thép, tra phụ lục s [ 14]

nib

hộ sô điêu kiện làm việc cua bê lông, tra phụ lục 5 [ 14]

R„

cường dộ chịu nén tính lốn cua bê lơng, tra phụ lục 2 [14]

R't. Ri cường độ chịu kéo tiêu chuẩn và tính tốn của bê tơng, tra phụ lục 2(14]

R„, R’

cường độ chịu kẻo. nén cua cốt thép dọc. tra phụ lục 7(14]

Ed

mơ đun đàn hơi cua cịt thép, tra phụ lục 9 [14]

Eb

mỏ đun đàn hổi ban đầu cùa bè tỏng, tra phụ lục 6 [ 14],

n

hệ số quy đồi n • Ew/Eb

(X,,

hệ số giói hạn chiều cao vũng nén, tra theo mác bé tịng và nhóm cốt
thép, phụ lục II [14],

UIIUI,

hãm lượng cốt thép toi thiêu, tra bang 3.1 [14] với cấu kiện chịu uốn.
bang 4.1 [14] vói câu kiện chịu nén.

a) Tính tốn cốt dợc
• Cấu kiện chịu uốn. tiết diện chữ nhật cốt dơn (A
1

- Kiêm tra A < Ao
10

knn,M
m.R.'bhi

cot don.

(l)


- Từ A -> a theo cõng thức:

a = 1-71-2A

(2)

- Tính Fa theo cơng thức:

Í3)
- Kiểm tra F. ì Fmin = Pn,mbh0;
- Chọn và bỏ tri cót thép có xét den cỏt thép câu tạo:

+ Với dầm: bỏ tri ít nhất 2 thanh ộ 10 - Ộ12 dê tạo thành khung cót thép;
+ Với bán: đường kinh thưởng dùng 4>6 - ộ 12, khoáng cách giừa các thanh > 7 em

và < 25 em khi chiều dày h < 20 em; < 30 em khi h = (20 - 150) em.
• Cấu kiện chịu uốn. tiềt diện chừ nhật cốt kép (0,5 èA > Ani

- Tính A theo (I).

- Kiêm tra điêu kiện 0,5 > A > Aộ—> CÔI kép. Neu A > 0.5 cân tâng kích thước b.
11 hoặc R., đế A < 0.5 rồi mời tinh cốt kép.
- Tính F' với A = Ao:
k„nyM-m.,R„bh,^A,)

m,R’,(h(1-a')

- Kiêm tra

(4)

> F,,., và diêu kiện còi thép câu tợo. nèu thỏa mãn:

+ Tinh Fa với a

(Xo:
p

mbRubhoao+ mtR'Fa

n\R,

(5)

+ Kiểm tra F. 5 Fmln, chọn và bổ trí cốt thép cỏ xét đến cốt thép cấu tạo.
- Khi F'< Fmi„ chọn F' = max(Fm„, Fttao) —► tinh lại A với FJ vừa chọn:

A _ k.n M-m.R' F'lh,, -a')
mt.R„bh,;

(6)

+ Từ A -> a theo (2).
+ Kiểm tra 2a7ho^ (X <. (Xo, thỏa màn, tinh F, theo còng thức:
p

mbR,bh„a + m„R
5
*

m_R.

(7)

II


+ Neu a < 2a'/h: -

kẠM
m,R,(h0-a')

(8)

+ Kiêm tra F, > Fmin, chọn và bô tri côt thép có xct đen cơt thép càu tụo.
Sơ đồ tinh toán cốt (hep dọc cấu kiện chịu uốn, tiết diện chừ nhật được the hiện

trên Hình I.

Hình 1. Sơ đồ tinh loan CÒI thép dục t âu kiện chịu uốn. lici diện chừ nhật
12


• cấu kiện chịu uốn, tiết diện chữ T cánh nén - cốt đơn (A
- Kiêm tra vị trí trục trung hòa:

(9)

Mc - mhRebX(h0 - h' / 2)

+ Neu MeM < M, thi trục trung hỏa qua cánh (x < h') tính tốn F, tương tự
như bài tốn chừ nhật có kích thước b' X h.

4 Nêu knncM > Mc (hi trục trung hòa qua sườn (x > h') tính A:

k,1n(M-m„R.(b;-b)h'(hI-h',/2)
(

A

1

Khi A < A<|. từ A -> a theo (2), tinh Fâ theo công thức:

F

■nbRnbh„a
m,

*

RJ(b;_b)h:
m.,R„

Kiêm tra F, > Fain, chọn và bố trí cốt thép cỏ xét đến cốt thép cấu tạo.
• Cấu kiện chịu uốn. tìét diện chừ T cánh nén - cắt kép (A > Au)

- Giá thiết là cốt đon. tinh Me theo (9).
- Khi koncM > Me -> trục trung hỏa qua sườn (x > h') tinh toán A (heo (10).
- Kiêm tra A > Ao -> tính T cốt kép.
- Tính I-; với A ■ Ao:

pr

k„n,,M - mfcRBbhỔAọ - mbR„X - b)hý(họ - hẻ / 2)
m,R;(h0-a')
( '

- Kiềm tra I; 2 FỆ1.,, và điều kiện cốt thép cấu lạo. nếu thỏa mãn:

4- 'rinh Fu với a ■ (Xo:
F = mhR„bhnan 4-m,Rn(b; -b)h; 4 m.RX
*
m.R,

- Khi F'< Fnuii chọn
A

,l-5'

= maxima, Fclao) —> tinh lại A với FJ vừa chọn:

knntM-ni,,R,(b'-b)h'(h„-h'/2)-m,R'Fl'(hl)-a')
mbRM

(14)

4- Khi A < Ao, từ A -> a theo (2). tinh F. theo công thức:
F s ni,,R„bh„a-mbR„(b; -bX+n^RX’
m.R(

(15)

13


- Kiếm ira F, > Frain, chọn và bố tri cốt thép có xét đến cốt thép cấu tạo.
• Cấu kiện chịu uẻn, tìét diện chừ T cành kéo

Do bê tông vùng kéo bị nứt nên không làm việc, chữ T năm trong vùng kéo dược

tinh như chừ nhật có kích thước b X h.
Sơ đo tinh tốn cốt thép dọc câu kiện chịu uỏn. tiẻt diện chừ T được thê hiện trên
Hĩnh 2.

Hình 2. Sơ đổ tinh tốn cơt thép dọc càu kiện chiu n. tiêt diện chữ T
• cấu kiện chịu nén lệch tâm lớn tiết diện chữ nhật, cốt thép không dổi xúng
(tỊe.ẻO.ih^e^M/N)

- Xét uốn dọc:
14


/ợ''h < 10-> n = 1.
Ụh > 10 tính 11 theo cơng thức:

n~Ị_

________ Ị________
k,n.N qỴ

(16)

400mbRoF\hJ

- Xác định trường hợp tính ne0 ă O,3ho-> nén lệch làm lớn.
- Xác dinh c, c':

c' = qCộ- h'2 + a’

<”)

- Tính FJ với A = Aộ:

‘

kBn,Nc-mhR.bhịAm.R'.i-a')

(,8)

+ Neu F' > Fmin và dicu kiện côt thép câu tạo. tinh Fa theo công thức:
p = m>R„bh„a<.^miRX-k„n N
11
D
mA

’ 1 '»

+ Nếu F' < Fm(B lầy p; - rnax(Fmln, Fvlao);
CÔI thép câu tạo cua càu kiện chịu nen: dường kinh nhò nhât ộ 12. khi b >
20 em nen chọn 5 ộ 16.

Với dụng thanh: bơ tri ít nhâl 2 thanh đê tạo thành khung CƠI Ihcp, và

khống cách giữa các thanh < 40 em;
+ Tinh lại A theo (20) với Ẹ dà chọn ở trên:

UNe-mm-a’)
mjx

(20)

+ Từ A—♦atheo (2):
Neu 2a7h0
p _ nil,R„bh„a + in,R’I\-klintN
m.R,
Neu a < 2a7hộ:

_ _ k n Ne'
-■m.R.iX-a')

(22)

15


- Kiếm ira F, > Finịn. chọn và bố tri cốt thép có xét đến cốt thép cấu tạo.
• cấu kiện chịu nén lệch tâm bé tiết diện chữ nhật, cot thép khơng dổi xứng

(ỉỊCợ < o.ìhid
1; /|/h > 10 tinh t) theo cóng thức (16).

- Xét uốn dọc: /,/h s 10 > I]

- Xác đinh trường hụp tinh, nc,)< 0.3h,>-> nén lệch tâm bê.
- Tính X theo cơng thức gàn đúng:

x = h-(l,8 + —-----l,4a„)i]c,. khi t]eA5 0,2h„
2h0
x = 1.8(0.311
*
)
*
-qe
+ aoho
khi ncu>0.2h(,

(23)

- Kiêm tra X và chia 2 trường hợp (x < I1<|) hay (X > h„):

■

klinNc-nVR1,bx(h,:.-x.'2)
K'í

1241

- Kiêm tra FM' > Fmin; nêu không thỏa mãn lay F,' = max(FOin. Fuw) tinh Fu theo

công thức:

mb
+ ni. K^F.'-kji.N
F-=_^----- --------------±m,ơ,

(25)

(+) khi X < h
với ơ„ theo cơng thức:

^=í,_ViLìR'

<26>

- Kicm tra Fa > Fmin, chọn và bơ tri cỏt thép có xét đen cơt thép càu tạo.

• Cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện chữ nhật, cut thép đổi xúng (fr'a = F')

- Xét uốn dọc: /|/h s 10 -> I] = 1; /n/h > 10 tinh «J theo cõng thức (16).
- Gia thièt là nén lệch tâm lớn.
- Tính X theo cơng thức:

+ Neu 2a' < X < ajiy thì đúng là nén lệch tâm lởn, F\ và Fa' dược tính theo
cịng thức sau:
16


h.

h:: = kpn,NC-m Rpbx(h„ -XZ2)
“ “
m,R;(h.-a')

(28'

• Neu 2a’ > X thỉ đủng lã nén lệch tâm lớn nhưng không thỏa mân điểu kiện

hạn chê. Fd và F' được tính theo công thức:

M.Ne’
m,R,(h0-a‘)

(29)

Vời e’ theo cỏng thức (17) nhưng ngược dấu. lấy giá trị dương.

+ Neu X > a1Ệh„ cấu kiện lã nén lệch tâm bé, tinh lại X theo công thức (23) vã

thay vào còng thức (28) đê xác định F,'. F\.
- Kiếm tra hãm lượng cốt thép, chọn và bố tri cốt thép thỏa màn yêu cầu cấu tạo.
Sơ dơ tính tốn cơt thép dọc câu kiện nên. liet diện chữ nhật được thê hiện trên
Hĩnh 3.

Hình 3. Sơ đồ tinh toàn cut thép dọc cấu kiện nén lệch tám. tiết diện chừ nhụt

17


h) Tính tốn cốt ngang

• Kiềm trư điêu kiện cỡn tính cót ngang nêu thỏa mãn cơng thức:
k)mMRibhu < krA-Q ắ O.ZSmbjRobliu

(30)

trong đó:
kp hệ số giam cường độ k| = 0.8 (ban); k| = 0.6 (dầm);

k„n..Q < k|mMRkbhu -» không cần tính cốt ngang;
k,.n.ọ > O^SmbiRnbK, -* phải làng kích thước tiết diện;

tìib.i, mw: hộ sơ đicu kiộn làm việc của bè tơng, tra phụ lục 5 [I4|.
• Dối với dầm. tinh toàn cốt dai trước: Chọn đường kinh cốt dai d (thường chọn

ộ 6. <ị»8>. tra diện tích fj. chọn sô nhánh nd (thường là đai 2 nhánh): Fd= njfj.

Tinh khoang cách giữa các vòng dai (bước dai):

và 11,1 phụ thuộc chicu cao h cua tiêt diện (xem 114]).
Khoáng cách thiết kế giừa các vỏng đai iiikS (ự,u„ U-. u,.|) và lấy chần de dễ thi cơng.
• Kiêm trư diêu kiện tinh tốn CỊI xiên:

- Với Uđ. dã chọn ờ trên, tinh khá nãng chóng cãt cùa cịt đai qd:
(33)

ulk
- Khá năng chống cát của bê tông và cốt đai Qdh:
Qdt. = 2.8h0 ựm^bq,

(34)

- Kiêm tra k,.n,Q < Qji,-> khơng cân tinh tốn cỏt xiên.
- Nếu k„n,.Q > Qj|, cần tinh cốt xiên:

+ De don giàn trong tinh toán và an tồn khi sừ dụng, tính cho 1 lớp cốt xiên có
diện tích F, với góc nghiêng cùa cơt xiên so vói trục thanh a (thường a = 45°):

18


+ Đơi với bi in khơng có cịt đai chi có cịt xicn. lúc đó:
Q(fc=QhaZỉỉhẰ!lÌ

(36)

với:

c=

I.y.bh;

k1AQ

c) Tinh tốn k iểm (ra núi
• Tìêt diện khi. ìng bị nữ! khi thóa mãn diêu kiện:

(với cấu kiện chịu uốn).

nrM‘ <; M, - y(R‘

n.N'-SN.O ới cấu kiện chiu nên lệch tâm).

r1 = mhỴ hộ sô xct den biến dạng deo cua bê tông vùng kéo. mh và Ỵ tra phụ lục
13, 14(14].
N„ = Ỵ'R;.
n _%__J

(38)

’‘•"ề

,391

(40>
• Tiêt diện chi. 'r nhật:

Fqií = bh + n(Fa+FJ)

(41)

Sqd = 0.5bh' + nFJki + n F_’ a'

(42)

J., =

(43)

- '’"'y-- + nF.lho - X.)' * nl;(x. - a')2

• Tiết diện chừ Tcánh nén:
F^ =bh + (b'-b)h^+n(Fâ+ F\)
=~y+ (b:-b)y + nF,h„ + nF^a'

(44)
(45)

19


+_xJ. tnh;(x._ay

+

(46)

• Tiêt diện chừ T cành kẻo:

F, = bh+(bc -b)hc + n(F, + F3

(47)

= ^-+(bv -b)h.^h —y-j-nFah0 + nl\a'

(48)

.(b.-bxh-x.-h.)-+nFi(hj_>j),tn^j_>,)i

(49)

d) Tính tốn bé rộng khe nứt an (nini)

a, = kci)g‘~G|1 7(4 -IOOp)ựd

(50)

trong đó:

k: hệ số phụ thuộc loại cấu kiện, k = 1 vởi cấu kiện chịu uốn;
c: hộ số xét đến tính chắt tác dụng cùa lãi trụng, lấy bằng I vói tãi trụng ngắn

hạn; 1,3 với tài trụng dải hạn;
q: hệ số xẽt đến tinh chất bề mặt cốt thép, lẩy bâng 1 vái thanh có gỡ; 1,3 với

thanh tròn trơn;
p: hàm lượng thép n

Fa/bh»;

d: đường kinh cốt thcp (mm);
ơu: ứng suất kéo ban đầu trong cốt thép do sự trương nở của bê tơng, đối với

bẽ tịng năm trong nưởc ơo

200 daN.'cni
*,

kết cấu phơi khô lâu Ơ(|

0;

a,: ừng suất trong cốt thép;
Với cấu kiện chịu nẻn:

ơ, = N p ~Z|*

(51)

Với cấu kiện chịu uốn:

ơ, = ——

(52)

Z| khoang cách từ F, đén điểm đặt cũa hợp lực miền nên tại khe nứt.
Với tiết diện chừ nhật, chừ T: Z| = n'ho, n' phụ thuộc vảo p tra bâng 5.1 [141.
• Kiêm Ira a„ ỉ

a„: bê rộng khe nứt giói hạn.

20


c) Tính tốn kiêm tra võng
• ỉ'ới dâm liên tục. dộ võng tuyệt đơi sẽ được tính theo củng thức hãng cách

nhân biêu đị:

f=

ì(mí)(m;)

-

'53)

trong đó:

Qp: diện tích cùa biểu đị mò men uốn tiêu chuẩn M‘p;
ỹ°: tung độ biếu đồ đơn vị

trẽn hệ cơ bán ứng với vị trí trọng tâm cùa

bicu dơ M;;

Tien hành nhân biêu đó tính tốn dược dộ vơng tại mặt cãt xí! = 0.4 nhịp
biên dâm đờ giữa;

Bjhi độ cứng cua dâm do tai trọng dài hạn. dược tính từ độ cứng do Bnjjh phụ
thuộc tiết diộn dã bị nứt hay chưa:
154)

ốq +p
trong đó:

8: hệ số giám độ cứng phụ thuộc loại tiết diện;
q‘: tãi trọng tiêu chuẩn tác dụng dài hạn và p' lả tãi trọng tiêu chuẩn tác dụng

ngấn hạn:

Với tiết diện chưa bị nứt: BnEh= 0,8E|,Jqj
Với tiết diện đă bị nứt:

B^, = E*F"Z^h|1

(55)
x*

(56)

Z|: cánh tay dịn nội ngầu lực tính theo cơng thức kinh nghiệm;
X : chicu cao vũng nén trung bình;

V,: hộ sò xct đen sự làm việc cua bê tỏng giữa các khe nứt, tra phụ lục 16 [ 14].
• Kiêm tra độ võng tinmg dơi:

trong đó:
l: chiều dâi nhịp dầm;

[f'7]: dộ võng tương dõi cho phcp.
21


CHUYÊN ĐÈ I

CÓNG NGẪM

1.1. GIÓI THIỆU

1.1.1. Chức năng nhiệm vụ
Cống ngầm là loại cơng trình đặt ở dưới đê, đập đắt vã dược sử dụng rộng rài đe lấy
nước, tháo nước từ hồ chứa, từ sông hoặc tháo ra sông hay lây nước vào kênh nhánh.
0 các hô chứa nước, còng ngâm được sử dụng đẽ lây nước tưới hoặc phát điện, có

thê dùng de xa lũ thi cơng hay xa lũ khi sư dụng. Dọc các trièn sông, cỏng ngâm dược
đât ở dtrới đê đe lấy nước từ sông vào đồng hoặc tháo nước tù đổng ra. Dọc kênh tưới,

cống ngầm cùng được dùng để lấy nước vào kênh nhánh, cống ngầm cùng được bố tri
dưới các trục đường giao thông đè tiên nước từ khu vực nãy sang khu vục khác.

Phân thiết kê công ngâm giới thiệu trong cuôn sách này là một hạng mục cùa hô
chứa nước (Hĩnh 1-1) trong các cóng trinh thúy lợi. thúy diện.

Hình /-/. Cát dọc công ngâm dưới dập dãt

1.1.2. Các bộ phận kêt câu
Nói chung cóng ngâm gồm các bộ phận kct câu chinh: bộ phận lây nước vào. bộ
phận thoát nước (cứa ra), bộ phận dần nước (thân cồng). Tủy theo đặc điếm cùa

từng cổng mà chọn kết cấu cùa các bộ phận này có khác nhau để dam báo yêu cầu
về kĩ thuật.

a) Bộ phận lẩy nước vào
Bộ phận cừa vào thường gồm lưới chần rác. cứa van dùng khi sữa chừa, cùng có

noi đật thiết bị cứa van chính đe điều tiết lưu lượng nước. Cùa van chinh cố thề đật
22


ngay đâu cửa vào hoặc đặt lùi vào phía bên trong, hoặc đặt tại cửa ra cùa công tùy
theo cột nước trước công và lưu lượng thièt kê. Với các còng ngâm dưới đập. bộ

phận này là tháp van. nêu đột lùi vào trong thân độp thì đicu kiện làm việc cùa tháp
tôt hon như lún il chênh lệch so với bị phận thân cơng, tháp tránh được sóng gió.

giâm chiêu dài câu cõng tác (Hình l-l). Thơng thường, vị trí tháp van thường chọn ớ

khống giừa cứa vào và dinh đẽ hoặc dinh đập.
Trong tháp thường bố trí van công tác diều tiết nước, van sữa chừa sự cố. lỗ
thơng hoi. Phía trên tháp van có nhà đóng mờ và thao tác van. có cầu cịng tác nối

tháp vói đinh đập và bờ. Mặt cắt ngang cùa tháp (hường làm dạng chừ nhật và mờ
rộng ớ phần đáy tháp đề truyền tài xuống nen được đều đặn. Chiều dày tháp van

được xác định theo điều kiện chịu lục, điểu kiện chổng thắm vả yêu cầu cầu lạo.
Tháp chịu áp lực đắt xung quanh vã tái trọng thảng đúng lởn khi mõ cứa, nên chiều
dây tháp khá kin vã thay đỗi (giật cấp) theo sự thay đối cùa áp lực ngoải, phía trên

móng, đoạn dưới khá dày khoảng từ 0,7 - 1 m. Do điều kiện lãm việc, bán đây cùng

chọn khả dãy 0,7 - I m hoặc lởn hơn.
Để đàm báo dõng chay được thuận, phân bố lưu tốc đều đặn, phần cữa vào

thưởng bố trí tường hướng dịng theo hĩnh thức mơ rộng dần. Góc chụm cua 2 tường
ờ cưa vào lây khoang 18° - 23° hoặc lớn hơn.

b) Bộ phận thoái nước rư (cửa rư)
Cưa ra can dam bao dòng chay đi ra được thuận và yêu cằu tiêu hao hết nâng lượng

thừa, thường gâp các hình thức tiêu nâng như bẽ. tường, hay bê tường kết hợp. Góc
chụm 2 tưởng hướng dỏng khơng vượt q 8° - 12°, đê tránh hiện tượng tách dòng.

c) Bộ phận dun nước (thân cống)
Mặt căt ngang thân cơng thưởng có dạng hĩnh hộp (một khoang, hai khoang)

hoặc tròn. Cõng hộp dùng thích hợp khi cột nước áp lực nhó hoặc khơng áp. cịn
cõng có áp hay dùng tiết diện trịn. Loại mặt căt hình hộp ơ các góc cạnh thưởng
vát xiên de tránh lực tập trung, đáy thường có lớp lót bề tịng mác thấp dộ dày

khống 10 em de bào vệ mặt nen trong q trình thi cơng. Cơng hộp cỏ kích
thước theo phương dứng lớn hơn phương ngang thì tốt về diều kiện chịu lực.
Cơng trịn dặt trên bệ dờ. góc ỏm của bệ dỡ tùy múc độ quan trọng mà chọn lớn

hơn. từ 90°. 150°, 180°.
Đòi với công dài, bộ phận dẫn nước chia làm nhiêu đoạn dê tránh hiện tượng lún

không đêu (moi doạn khoang 10-20 m tùy dicu kiện dàt nên). Tại các khe lún này

23

càn bơ tri thiêt bị chơng rị nước (khớp nơi), tùy cơng trịn hay cơng hộp mã khớp

nơi có các dạng khác nhau. Ricng đôi với ông đúc săn. chicu dài I - 2 m đè tiện cho
việc chuycn chở. xây lãp.

Cn sách này tập trung vào phân tính tốn thân
cống và cống cỏ dạng hình hộp một khoang, thưởng
gặp trong thực te.

Khấu diện cống bao gồm: chiều cao cống hv, bề rộng

cống b4. chiều dày cống t (I lình I -2).
Chiều cao cống K đưực xác định vả kiểm tra theo

điều kiện thủy lire đâm bão khi xuắt hiện nước nháy
khơng chạm trần cống (thường lấy độ lưu khơng

khống từ 0,5 - 1 m). Ngồi ra, h. cơn phái thỏa mân
điều kiện cấu tạo (thường khổng chế hf > 1.6 m để

4— br -iHình 1-2. Kich lliưởc
mặi cát cồNg

tiện kiêm tra vã sữa chừa) và phù họp với kích thước

chuẩn qui định tại TCXDVN 285-2002.
Be rộng bc được xác định theo điều kiện đu lớn đế lấy được lưu lượng cằn thiết Q

khi chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đà khống chế. 'I11CO điêu kiện cấu tạo. bc
không chọn q nhó. thường khơng chê b. > 1 - 1.2 m đe tiện kiêm tra. sứa chừa và

đám báo điều kiện thi công.
Chiều dày cống t được xác định theo điều kiện chịu lực, điều kiện chống thắm và
yêu cầu cấu tạo. thường được lấy từ 0,3 - 0,7 m.

1.2. VÍ DỤ ÁP DỤNG

1.2.1. Số liệu thiết ké
Yêu cằu tính tốn bố tri thép cho cổng ngầm thuộc cơng trình cấp 111. Vật liệu

dùng bê tỏng M200. cơt thcp nhóm CII. Trọng lượng riêng cua bẽ tơng Yb = 25
kN/m'. Căn cứ vào điều kiện thuý lực, chịu lực. cấu tạo. chổng thầm, thi còng vã

kinh nghiệm đă lựa chọn mặt căt ngang cống với bề rộng b, và chiều cao h, được cho
như trong Bang I -1. Cóng có chiều dày các tâm năp, đáy vã thành bẽn đều như nhau

lã t. chiêu dài đoạn còng L. Be rộng khe nín khơng được vượt q 0.2 mm.

Đoạn cơng năm phía sau cứa van và tai trọng tác dụng tinh với trường họp khi

cong khơng có nước. Các tai trọng tinh tốn và tiêu chn (có kẽ trọng lượng bán
thân) thuộc tỏ họp lực cơ bán cho trong Bang I -1.

24