KẾT CẤU BỂ CHỨA BÊ TÔNG CỐT THÉP

1
KẾT CẤU BỂ CHỨA BTCT

Khái qt

Ngun lý tính tốn bể chứa chất lỏng

Tháp nước
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM
TS. NGUYỄN THANH NGHỊ
Th i l ng: 6 ti tờ ượ ế
2

1. KHÁI QUÁT
1.1. PHÂN LOẠI

Theo yêu cầu sử dụng: bể chứa nước (nước sinh hoạt,
nước sản xuất, nước thải) bể chứa nhiên liệu,

Theo công nghệ xây dựng: bể toàn khối, bể lắp ghép
hay bán lắp ghép; dùng bêtông thường hay bêtông ứng
lực trước

Theo hình dạng, kích thước: trụ tròn, lăng trụ (mặt bằng
chữ nhật, vuông), hình đặc biệt; bể nhỏ (V<1000 m
3
), bể
trung bình (V<10000m
3
), bể lớn và rất lớn (V>100000

m
3
),

Vị trí: ngầm, nổi, trên mái

Có nắp, không nắp
3

1. KHÁI QUÁT
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG

Dung tích bể (chứa nước sạch, nước thải, hệ thống xử lý, ) →
tính toán tùy yêu cầu, mục đích sử dụng

Chọn hình dạng và kích thước của bể → cần so sánh các
phương án về các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật. Theo kinh nghiệm:

Bể nước ngầm: V = 2000 ÷ 3000 m
3
thì bể trụ tròn kinh tế
hơn bể chữ nhật; khi V = 5000 ÷ 6000 m
3
thì dùng bể chữ
nhật

Chi phí xây dựng, khối lượng vật liệu → tùy chiều cao và chiều
sâu bể

Chiều cao tăng → tăng áp lực nước lên thành bể


Chiều sâu chôn bể ngầm → tăng áp lực đất. Ở những nơi có
mực nước ngầm cao, việc xây dựng càng trở nên phức tạp.Bể
càng đặt sâu, áp lực nước ngầm lên đáy bể càng lớn.
4

1. KHÁI QUÁT
Dung tích và kích thước tiêu chuẩn của bể nước tròn
V (m
3
) 100 150 250 500 1000 2000 3000 6000
D (m) 6,5 8 10 12 18 24 30 42
H (m) 3,6 3,6 3,6 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8
Dung tích và kích thước tiêu chuẩn của bể nước chữ nhật
V (m
3
) 100 250 500 1000 2000 3000 6000 10000 20000
A×B
(m)
6×6 6×12 12×1
2
12×1
8
18×24 24×30 36×36 48×48 66×66
H (m) 3,6 3,6 3,6 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8 4,8

Một số kích thước bể chứa điển hình (dựa trên các nghiên cứu
khảo sát kinh tế-kỹ thuật của Nga)
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
5

1. KHÁI QUÁT

So sánh

Bể tròn: khó bố trí mặt bằng, tốn đất; chịu lực hợp lý

Bể chữ nhật: dễ bố trí mặt bằng; thành bể chịu kéo, uốn

Thi công: toàn khối, lắp ghép, bán lắp ghép.
Lắp ghép: tiết kiệm bêtông và cốt thép khoảng 15
÷
20%, thi công
nhanh, giá thành giảm khoảng 5
÷
7%

Kích thước bể phù hợp với các sơ đồ kết cấu bể, trước hết là hệ
lưới cột đỡ sàn nắp bể, ví dụ:

Bể chứa chữ nhật toàn khối: lưới cột 6
×
6m có dầm, và lưới cột
4
×
4m không dầm; thành cao
≤
4m có thể không cần sườn,
thành cao > 4m nên có sườn.


Bể tròn ngầm: mái phẳng (không dầm) gối lên cột có mũ cột
tại đầu và chân, thành không sườn, sàn đáy không dầm. Nếu
dung tích hơn 500m
3
, nên dùng bêtông ứng lực trước để chống
nứt.
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
6

Precast circular tank
1_cylindrical wall; 2_columns;
3_ring beams; 4_round flat slab;
5_trapezoidal slabs with ribs around
the periphery
In-situ circular tank with a flat-slab roof
1_wall; 2_flat-slab roof; 3_floor; 4_columns;
5_capitals; 6_pit; 7_manhole
1. KHÁI QUÁT
1.2. ĐẶC ĐIỂM, PHẠM VI SỬ DỤNG
7

1. KHÁI QUÁT
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
8

Bể chữ nhật toàn khối
(a) Mặt bằng;
(b) Mặt cắt bể, nắp có
dạng sàn sườn
(c) Mặt cắt bể, nắp có

dạng sàn không dầm
1. KHÁI QUÁT
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO,
PHẠM VI SỬ DỤNG
9

1. KHÁI QUÁT
Bể chữ nhật lắp ghép
(a) Mặt bằng;
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
10

Bể chữ nhật lắp ghép
(b) Mặt cắt bể, nắp có
dạng sàn sườn
(c) Mặt cắt bể, nắp có
dạng sàn không dầm
1. KHÁI QUÁT
1.2. ĐẶC ĐIỂM,
PHẠM VI SỬ DỤNG
11

1. KHÁI QUÁT
12

1. KHÁI QUÁT
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO,
PHẠM VI SỬ DỤNG
13


Ví dụ 1. Bể chứa dầu, dung tích 30000m
3
, đặt chìm dưới mặt đất

Đáy: bản BTCT liền khối

Thành và nắp: BTCT lắp ghép. Tấm tường đúc sẵn có cốt thép ứng lực
trước, kích thước 21x9,64 m; dày 15,7
÷
26 cm; mỗi cấu kiện nặng 10 tấn.

Các tấm tường liên kết nhau bằng cách hàn các cốt thép
φ
10 chờ sẵn,
cách khoảng 1 m. Khoảng cách khe nối giữa các tấm tới 15 cm

thuận lợi
cho công tác hàn và đổ bêtông sau.

Thành bể, móng, đáy, vành đai đỡ mái, tấm mái: bêtông ứng lực trước.

Ví dụ 2. Bể chứa nước (Mỹ), dung tích 45000m
3
, mái vỏ cầu

Đường kính bể 62,2m; chiều cao bể 12,2m; chiều dày thành bể ở đáy là
0,6m và ở đỉnh tường là 0,5m

Liên kết khớp trượt giữa thành và đáy (bằng đệm cao su chạy liên tục xung

quanh thành bể)

có hiệu quả trong việc gây ứng suất trước trong bêtông
thành bể , kể cả ở vùng giáp các biên
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
14

Bể chứa nhiên liệu 30 000m
3

đặt ngầm bằng BTCT
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
15

Bể chứa nước (Mỹ)
45000 m
3

, mái vỏ cầu
Liên kết khớp
giữa thành và đáy
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
16

Chi tiết cắt ngang thành bể hai lớp
Bể chứa nước (Pháp)
8000 m
3

, không dự ứng lực

Thành BT 2 lớp: bên trong là 16 vỏ trụ lồi
vào trong chịu trực tiếp áp lực thủy tĩnh;
thành ngoài là hình lăng trụ 16 cạnh, đóng
vai trò dây căng chịu lực ngang của các vỏ
trụ phía trong. Các vỏ trụ phía trong chỉ
chịu nén nên không nứt.
Chịu lực hợp lý

tiết kiệm vật liệu

Ví dụ 3
1.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, PHẠM VI SỬ DỤNG
17

1. KHÁI QUÁT
1.3. YÊU CẦU ĐỐI VỚI BỂ CHỨA

Bể chứa nước sinh hoạt và sản xuất:
o
Nếu dùng ứng lực trước và bêtông có độ đặc chắc cao >
chống nứt và chống thấm. Không sợ nước ngọt ăn mòn bêtông.
o
Nếu bể chứa nước thải chưa được xử ký > cần tuân thủ các
yêu cầu chống ăn mòn bêtông.
o
Chọn mác bêtông tùy yêu cầu sử dụng, điều kiện môi trường
(nhiệt độ, độ ẩm của nền đất, tính ăn mòn của nước ngầm, )
o
Tăng khả năng chống thấm: giảm tối đa thể tích lỗ rỗng trong
bêtông; chú ý chất lượng cốt liệu; giảm tỷ lệ N/X, đầm chặt.

18


Bể chứa nhiên liệu: ngoài các yêu cầu trên, còn phải
o
Không cho phép nứt trong các kết cấu chịu lực
o
Không để nhiệt độ ảnh hưởng đến chất lỏng trong bể
o
Bêtông phải có khả năng chống ăn mòn
o
Chống thẩm thấu, đặc biệt tại các mạch nối
o
Chống cháy nổ > bể chìm hoặc nửa nổi nửa chìm
o
Nhiên liệu chứa trong bể không bị thay đổi các đặc trưng lý hóa
trong một thời gian dài, và không gây những tác động hóa học tới
bêtông.
1. KHÁI QUÁT
1.3. YÊU CẦU ĐỐI VỚI BỂ CHỨA
19

2. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN BỂ CHỨA CHẤT LỎNG
2.1. TẢI TRỌNG
a. Các trường hợp tải trọng

Trọng lượng bản thân kết cấu bể, các lớp hoàn thiện, …

Áp lực thủy tĩnh của chất lỏng


Áp lực đất quanh bể (bể ngầm, bể nổi đắp đất)

Nước ngầm

Gió

Nhiệt độ thay đổi

Động đất

Ứng suất trước

Tải trọng do thiết bị công nghệ và cứu hỏa

vv
20

2.1. TẢI TRỌNG
b. Một số tổ hợp tải trọng

Bể chứa đầy nhưng chưa đắp đất

Bể rỗng có đắp đất

Bể chứa một phần hoặc đầy, có đất đắp

Bể đầy có gió cùng chiều áp lực thủy tĩnh

Bể rỗng chịu gió


vv
c. Tổ hợp nội lực

Tổ hợp cơ bản 1

Tổ hợp cơ bản 2

Tổ hợp đặc biệt
2. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN BỂ CHỨA CHẤT LỎNG
21

2. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN BỂ CHỨA CHẤT LỎNG
2.2. BỂ TRỤ TRÒN
a. Bể chịu áp lực thủy tĩnh
22

2. NGUN LÝ TÍNH TỐN BỂ CHỨA CHẤT LỎNG
2.2. BỂ TRỤ TRỊN
a. Bể chịu áp lực thủy tĩnh
Tính thành hồ
Cắt từng dải thành hồ cao 1m tại cao độ z và coi áp lực thủy tónh
trong dải đó không đổi (p
z
)

Lực kéo T
z
trong thành hồ:
R.psin.d.R.pT
z

2/
0
zz
=ββ=
∫
π

Cốt thép vòng chòu kéo
cho dải đang xét:
a
z
az
R
T
F =
23

2. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN BỂ CHỨA CHẤT LỎNG
2.2. BỂ TRỤ TRÒN
a. Bể chịu áp lực thủy tĩnh

Thành bể có thể đúc toàn khối với bản đáy, hoặc cấu tạo
joint trượt tại đáy bể để thành có thể tự do biến dạng.

Áp lực thủy tĩnh gây lực kéo vòng trong thành, và thành có
xu hướng phình ra theo chu vi.

Nếu thành được tự do trượt ở mặt đáy thì biến dạng và lực
kéo vòng T
0

sẽ tăng tuyến tính từ đỉnh thành xuống đáy.

Nếu thành bể được ngàm tại đáy, biểu đồ biến dạng sẽ thay
đổi (xem hình) có moment uốn phát sinh do sự ngàm cứng
này, và lực kéo vòng trong thành bể sẽ giảm đáng kể (T
0

thành T)  cantilever action
24

2. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN BỂ CHỨA CHẤT LỎNG
2.2. BỂ TRỤ TRÒN
a. Bể chịu áp lực thủy tĩnh
(a) Thành liên kết khớp
di động với đáy
(b) Thành liên ngàm với đáy
1_ Vị trí ban đầu;
2_thành sau khi biến dạng
25

2. NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN BỂ CHỨA CHẤT LỎNG
2.2. BỂ TRỤ TRÒN
a. Bể chịu áp lực thủy tĩnh
( )
[ ]
( )
[ ]
ϕη
ϕη
δ

ηη
ηη
ϕ
ϕ
sin
cos
76,0
1
2
/1
2
/1
2
1
max
max
21
max
21max0
2
2
−
−
=
=
=







−=
−−=
−+−=
e
e
rS
l
S
Sp
M
ls
Sp
M
lsrpTT
Tính thaønh hoà
nh h ng c a hi u ng bieân:Ả ưở ủ ệ ứ