THUYẾT MINH TÍNH TOÁN KẾT CẤU HỐ GA

Tính toán kết cấu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

TÍNH TOÁN KẾT CẤU HỐ GA
1.THÔNG SỐ
1.1. Thông số kích thước
- Hố ga của mạng lưới thốt nước mưa có dạng như cống bản, kết cấu tồn bộ là bê tơng cố thép đổ
tại chỗ.
Qua hồ sơ khảo sát địa chất (tài liệu hố khoan LK16), đất nền tại đáy bể là sét nâu vàng, xám trắng,
trạng thái nửa cứng. Khả năng chịu lực của lớp đất này tốt, do đó đáy bể có thể đặt trực tiếp trên nền
thiên nhiên.
1.2. Giải pháp vật liệu:
a/ Bê tơng:
Bê tơng vách, bản đáy,... có cấp độ bền chịu nén B22.5 (mác 300).
Bê tơng lót móng: Bê tơng đá dăm cấp độ bền chịu nén B10 (mác 150)
b/ Cốt thép:
Thép gân cường độ cao φ ≥10 loại AII, cường độ chịu kéo tính tốn : Rs = 2800 kG/cm2.
Thép trơn φ 〈10 loại AI, cường độ chịu kéo tính tốn : Rs = 2300 kG/cm2.
1.3. Địa chất
Địa chất tải đáy bể (-1.3 m so với mặt sân hồn thiện) có các chỉ tiêu cơ bản như sau:
- Mơ tả: Sét nâu vàng, xám trắng, trạng thái dẻo cứng.
- Dung trọng ướt γ = 19.5kN / m 3
- Góc nội ma sát ϕ = 14 0 08'
- Lực dính c = 50.7kN / m 2

1


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

2. TÍNH TOÁN
2.1. Tính toán bản nắp

2.1. a Tính toán ngoại lực
+ Tĩnh tải
- Áp lực thẳng đứng của đất đắp:
q0 = γ 0 .Hx1.0 = 1.95 x 0.3x1.0 = 0.585T / m
- Trọng lượng bản thân của bản nắp:
g1 = γ 1.hx1.0 = 2.5 x0.06 x1.0 = 0.15T / m
+ Hoạt tải sửa chữa
p0 = 0.3 x1.0 = 0.3T / m
2.1. b Tính toán nội lực
+ Moment uốn ở giữa tấm:
1
1
M 0 = (q0 + g1 + p0 )l 2 = (0.585 + 0.15 + 0.3) x1.2 2 = 0.186T .m
8
8
A0 =

M0
0.186 x105
=
= 0.005
bh0 2 Rs 100 x 42 x 2300

1
γ = [1 + 1 − 2 A ] = 0.997
2
+ Diện tích cốt thép cần thiết là:
M
0.186 x105
Fa =

=
= 2.02cm 2
γ Rs ho 0.997 x 2300 x 4
Bố trí φ8a150 (3.35 cm2)
2.2. Tính toán bản thành
Bản thành được tính với áp lực đất bão hòa nước tác dụng, sau khi lấp đất.

2


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

3


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

Tỷ số

a 2.1
h
5.2
=
=1< 3;
=
= 1.24 > 1
b 2.1
2a 2 x 2.1

Do đó, thành hố ga được tính như dạng bể cao.

Thành hố ga được tính với hai phần
3
3x5.2
h=
= 3.9m : cắt theo phương mặt phẳng nằm ngang một dãi có
4
4
bề rộng b = 1m, tại độ cao Z bất kỳ, sơ đồ tính là khung kín, chịu tác dụng của áp lực đất pz
- Phần trên có chiều cao bằng

pz = n pγ n Zb = 1.1x1.0 x3.9 x1.0 = 4.3T / m (bỏ qua trọng lượng bản thân).
Từ điều kiện cân bằng moment tại các nút khung:
Moment tại các nút:
M A = M B = MC = M D = M = −

a 3 + b3
1
1
2.13 + 2.13
PZ
= − x 4.3x
= −1.58T .m
12
a+b
12
2.1 + 2.1

Moment tại nhịp:
pz b 2
4.3 x 2.12

M1 =
−M =
− 1.58 = 0.8T .m
8
8
M2 =

pz a 2
4.3 x 2.12
−M =
− 1.58 = 0.8T .m
8
8

Lực kéo tại các nút:
Ta = Tb =

pz b 4.3x 2.1
=
= 4.5T
2
2

- Phần dưới có chiều cao bằng

1
1x5.2
h=
= 1.3m được tính như bản sàn, có sơ đồ bản kê bốn cạnh,
4

4

ba cạnh ngàm và 1 cạnh tự do.
Áp lực nước ph = n p γ n Hb = 1.1x1.0 x5.2 x1.0 = 5.72T / m
Tỷ số

L2 2.1
=
= 1.6 →α1 = 0.0177;α 2 = 0.0261; β1 = 0.0765; β 2 = 0.0555
L1 1.3

Xác định hệ số K = p

L1 L2
1.3x 2.1
= 5.72 x
= 7.8T
2
2

Các giá trị moment như sau:
M 1 = α1 .K = 0.0177 x7.8 = 0.138T .m
M 2 = α 2 .K = 0.0261x7.8 = 0.204T .m
4


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

M I = β1.K = 0.0765 x7.8 = 0.60T .m
M I = β 2 .K = 0.0555 x7.8 = 0.43T .m

Khả năng chịu tải của đất nền
RII =

m1m2
( Abγ II + BD f γ I + DcII )
ktc

m1, m2 - hệ số điều kiện làm việc của nền đất và của công trình, lấy bằng 1
ktc - hệ số tin cậy, lấy bằng 1
Với ϕ = 14 0 →A = 0.29; B = 2.17; D = 4.69

γ II = 1.95T / m 3 ; D f = 1.9m ; γ I = 1.95T / m 3 ; c II = 5.07T / m 3
b = 2.45 m - bề rộng bản đáy.
→ RII = 0.29 x 2.45 x1.95 + 2.17 x1.9 x1.95 + 4.69 x5.07 = 33.2T / m 2
Tải trọng bản thân:
+ Vách:
Vách trục 1 = (3.15*1.9*0.2)*2.5 = 3 T
Vách trục 2 = (3.15*0.9*0.2)*2.5 = 1.42 T
Vách trục A, B = 2*(6.7*0.9*0.2)*2.5 = 6.21 T
+ Đáy = 8.2*2.45*0.2*2.5 = 10.05T
Tải trọng nước = 1.6*2.7*0.8*1.0 + 8.2*0.9*1.0= 10.84 T
Tổng tải trọng truyền xuống nền:

∑N = N

bt

+ N nuoc = 31.52T

Áp lực tại bản đáy: ptc =

∑N =
F

31.52
2
= 1.57T / m 2 < RII = 33.2T / m
2.45 * 8.2
5


Tính toán kết cấu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

→ Nền đủ khả năng chịu lực
2.3. Xác định áp lực ngang của đất vào thành
Áp lực ngang của đất tác dụng vào thành bể, tại vị trí giáp với bản đáy, được tính theo cơng thức:

φ
14 0 

 = 2.49T / m 2
Pd = n.γhtg 2  45 0 −  = 1.1x1.95 x1.9 xtg 2  45 0 −
2
2 


2.4. Xác định áp lực thủy tĩnh của nước tác dụng vào thành từ phía trong ra ngồi
Giả sử mực nước là cao nhất
Pn = n.γ .h = 1.1x1.0 x1.7 = 1.87T / m 2

2.5. Xác định áp lực của nước tác dụng vào đáy bể
Giả sử mực nước là cao nhất
Áp lực nước tác dụng vào đáy bể được phân bố đều lên bề mặt đáy bể.
Pup = n.γ .h = 1.1x1.0 x1.5 = 1.65T / m 2
3. TÍNH TỐN NỘI LỰC
3.1. Tính tốn thép cho thành bể
3.1.1 Thành bể trục 1
Kích thước như sau

6


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

Xét tỷ số

Ly
Lx

=

1.9
= 0.6 < 2 → bản thành được tính như bản kê 3 cạnh, cạnh phía đỉnh thành tự do.
3.15

Tra bảng 60, [1] có:
m x1 = −0.0546 ; m x 8 = 0.0169 ; m y 8 = 0.0169 ; m y 6 = 0.0833
Trường hợp 1: Xây dựng xong, chưa lấp đất và đã chứa đầy nước, không có nước ngầm tại đáy bể.
Thành bể chỉ chịu áp lực nước từ bên trong hướng ra ngoài.
Pn = n.γ .h = 1.1x1.0 x1.7 = 1.87T / m 2

Xác định hệ số K = p

Lx L y
2

= 1.87 x

1.9 x 2.15
= 3.82T
2

Các giá trị moment như sau:
7


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

M x1 = m x1 .K = 0.0546 x3.82 = 0.21T .m
M x8 = m x8 .K = 0.0169 x3.82 = 0.065T .m
M y 8 = m y 8 .K = 0.0169 x3.82 = 0.065T .m
M y 6 = m y 6 .K = 0.0833x3.82 = 0.32T .m
Trường hợp 2: Bể xây dựng xong, đã lấp đất và bên trong bể không có nước, có nước ngầm tại mức
cao nhất là mặt sân.
Thành bể đồng thời chịu áp lực đất và áp lực nước tác dụng từ bên ngoài vào bên trong.

14 0 
 0 φ
2
0


 = 2.49T / m 2
Pd = n.γhtg  45 −  = 1.1x1.95 x1.9 xtg  45 −
2
2 


2

Pn = n.γ .h = 1.1x1.0 x1.9 = 2.09T / m 2
Xác định hệ số K = ( Pd + Pn )

Lx L y
2

= (2.49 + 2.09) x

1.9 x 2.15
= 9.35T
2

Các giá trị moment như sau:
M x1 = m x1 .K = 0.0546 x9.35 = 0.5T .m
M x8 = m x8 .K = 0.0169 x9.35 = 0.16T .m
M y 8 = m y 8 .K = 0.0169 x9.35 = 0.16T .m
M y 6 = m y 6 .K = 0.0833 x9.35 = 0.78T .m
• Cốt thép chịu uốn thep phương ngang:
Lấy giá trị M x1 = 0.5T .m trong hai trường hợp tải trọng để tính cốt thép.
M
= 0.017 ≤ α R ; ξ = 1 − 1 − 2α = 0.017 ;
Rbbho2

As = ξ Rbbho Rs
;
;

α=

µ min = 0.05% µ max = 5%
2

với Rb = 130 kG/cm ; b = 100 cm; h0 = 15 cm; Rs = 3650 kG/cm

2

M I = − β1 .P = −0.0765 x13.7 = −1.048T .m → As = 1.95cm 2 / m
2
Bố trí thép hai lớp cho thành theo cả phương đứng và phương ngang φ10a 200( As = 3.93cm ) là đủ
chịu lực.

8


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

3.1.2 Thành bể trục A, B
Xét đoạn trong trục 2-3
Tỷ số

Ly
Lx

=

7.0
= 5.83 > 2 → bản thành được tính như consol ngàm tại đáy
1.2

Cắt 1m theo chiều dài thành bể để tính

Trường hợp 1: Xây dựng xong, chưa lấp đất và đã chứa đầy nước, không có nước ngầm tại đáy bể.
Thành bể chỉ chịu áp lực nước từ bên trong hướng ra ngoài.
Pn = n.γ .h = 1.1x1.0 x1.0 = 1.1T / m 2
Moment uốn tại đáy:
p n h 2 1.1x1.2 2
M=
=
= 0.264T .m
6
6
Trường hợp 2: Bể xây dựng xong, đã lấp đất và bên trong bể không có nước, không có nước ngầm
tại đáy bể.
Thành bể đồng thời chịu áp lực đất và nước tác dụng từ ngoài vào bên trong.
14 0 
 0 φ
2
0

 = 1.57T / m 2
Pd = n.γhtg  45 −  = 1.1x1.95 x1.2 xtg  45 −
2
2 



2

Pn = n.γ .h = 1.1x1.0 x1.2 = 1.32T / m 2
Moment uốn tại đáy:
M=

( Pd + Pn ) xh 2 (1.57 + 1.32) x1.2 2
=
= 0.7T .m
6
6
9


Tớnh toaựn keỏt caỏu h ga TC30 - ng Trng Chinh

Ct thộp chu un:
Ly giỏ tr Mmax = 0.7 T.m trong hai trng hp ti trng tớnh ct thộp.
=

M
R ; = 1 1 2 ; As = Rbbho Rs ; à min = 0.05% ; à max = 5%
Rbbho2
2

vi Rb = 130 kG/cm ; b = 100 cm; h0 = 15 cm; Rs = 3650 kG/cm

2

As = 1.29 cm2/m
2
B trớ thộp hai lp cho thnh theo c phng ng v phng ngang 10a 200( As = 3.93cm ) l
chu lc.

3.2. Tớnh toỏn thộp cho ỏy b
Xột hai trng hp bt li nht l b y nc v b khụng cú nc.
Trng hp 1:
Khi b y nc, bn ỏy tớnh nh mt múng bn t trờn nn n hi, chu ton b ti trng gm:
- Ti trng phõn b u trờn bn ỏy gm trng lng bn thõn cỏc lp cu to ỏy v nc.
q1 = i . i .ni + i .h.n p = (0.05 x1800 + 0.2 x 2500) x1.1 + 1000 x1.7 x1.1 = 2519kG / m 2
trong ú,

= 0.05m chiu dy trung bỡnh lp va.

= 1800kG / m 3 trng lng riờng va.
i = 1000kG / m 3 trng lng riờng nc.
n h s
h = 1.7m chiu cao mc nc trong b

- Ti trng phõn b u theo chu vi bn ỏy gm trng lng bn thõn cỏc lp cu to bn thnh
q2 =

10.63 x103
= 550kG / m 2
2.45 x7.9

Tng ti trng tỏc dng lờn bn ỏy, hng xung
q = q1 + q 2 = 3069kG / m 2

Bn ỏy c tớnh theo s bn dm, lm vic theo phng cnh ngn, ct theo phuong di 1m
tớnh. S tớnh nh sau:

10


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

Moment uốn giữa bản:
M max

ql 2 3.069 x 2.45 2
=
=
= 2.3T .m
8
8

Trường hợp 2:
Khi bể không có nước và có nước ngầm bản đáy chịu tác dụng của tải trọng gồm:
- Tải trọng phân bố đều bao trên bản đáy (hướng xuống)
q1 = ∑ δ i .γ i .ni + λi .h.n p = (0.05 x1.8 + 0.2 x 2.5) x1.1 = 0.590T / m 2
- Phản lực đất nền dưới bản đáy (hướng lên), tính gần đúng như sau:
Theo mục 2.2,
q2 =

G 3.0 + 1.42 + 6.21 + 8.2
=
= 0.973T / m 2
ab

2.45 x7.9

G - trọng lượng bản thân phần bê tông bể
- Lực đẩy nổi Archimede khi nước ngầm ngang mặt sân
q3 = nxγ n xh = 1.1x1.0 x1.2 = 1.32T / m2
Lực tính toán:
q = q 2 + q3 − q1 = 1.32 + 0.973 − 0.59 = 1.7T / m 2
Bản đáy được tính theo sơ đồ bản dầm, làm việc theo phương cạnh ngắn, cắt theo phuong dài 1m để
tính. Sơ đồ tính như sau:

11


Tính toaùn keát caáu hố ga TC30 - đường Trường Chinh

Moment uốn giữa bản:
M max =

ql 2 1.7 x 2.45 2
=
= 1.275T .m
8
8

Lấy giá trị Mmax = 2.3 T.m trong hai trường hợp tải trọng để tính cốt thép.
α=

M
≤ α R ; ξ = 1 − 1 − 2α ; As = ξ Rbbho Rs ; µ min = 0.05% ; µ max = 5%
Rbbho2

2

với Rb = 130 kG/cm ; b = 100 cm; h0 = 15 cm; Rs = 3900 kG/cm

2

→ As = 4.1cm 2 / m
2
Bố trí thép cho bản đáy cả hai lớp và theo cả hai phương φ12a 200( As = 5.66cm ) là đủ chịu lực

12