Bài giảng Công trình thủy: Chương 2 - PGS.TS. Nguyễn Thống

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (316.35 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

7/21/2014 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - BM KTTNN

Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG

E-mail:

Web: www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index 
Tél. (08) 38 691 592 -098 99 66 719

7/21/2014 2

NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1. Tổng quan về Tài nguyên nước VN. 
Chương 2. Cơ sở kỹ thuật thiết kế cơng trình

thủy lợi (CTTL). 
Chương 3. Hồ chứa nước. 
Chương 4. Đập dâng nước 
Chương 5. Công trình tháo lũ 
Chương 6. Cơng trình dẫn nước. 
Chương 7. Máy thủy lực. 
Chương 8. Thủy điện. 
Chương 9. Trạm bơm

CÔNG TRÌNH THUÛY

PGS. Dr. Nguyễn Thống

7/21/2014 3

CƠ SỞ KỸ THUẬT THIẾT KẾ CTTL 
Bốn giai đoạn thực hiện dự án:

1- Khảo sát. 
2- Thiết kế :

- Lập Báo cáo kỹ thuật (nghiên cứu Tiền khả 
 thi), Lập Dự án đầu tư (nghiên cứu Khả thi). 
- Thiết kế kỹ thuật.

- Thiết kế thi công. 
3- Thi công.

4- Quản lý. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

7/21/2014 4

CƠ SỞ DỮ LIỆU THIẾT KẾ

1-

Địa hình

(tỷ lệ 1/50000, 1/10000,1/2000,

1/1000, 1/500).

2-

Địa chất:

Địa chất kiến tạo, điạ chất

thủy văn, địa chất cơng trình, địa chất

thổ nhưỡng.

3.

Khí tượng - Thủy văn.

4.

Mơi trường.

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

CƠ SỞ TÍNH TỐN

1. Phân cấp CTTL (cấp I, II,III,IV,V).

- Cơng trình (CT) lâu dài.

- CT tạm thời.

- CT chủ yếu.

- CT thứ yếu.

ý nghóa của phân cấp ???

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

2. NỘI DUNG TÍNH TỐN

- Tính tốn thủy văn;

- Tính tốn thủy năng;

- Tính tốn thủy lực;

- Tính tốn lực tác dụng lên CTTL;

- Tính tốn thấm;

CÔNG TRÌNH THỦY

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

7/21/2014 7

- Tính tốn ổn định và biến dạng;

- Tính tốn kết cấu;

- Tính tốn và dự báo tác động mơi trường;

- Tính tốn kinh tế.

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

7/21/2014 8

TẢI TROïNG, LỰC

*

Tải trọng và lực tác dụng thường xuyên

:

Bao gồm

: Áp lực nước tỉnh, động, đẩy nổi,

thấm, áp lực nước trong các lỗ rỗng...

ứng với MNDBT và thiết bị chống thấm,

thốt nước làm việc bình thường, áp lực

đất có xét đến tải trọng trên mặt, ứng

suất trước của kết cấu.

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

7/21/2014 9

* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời dài hạn:

• (áp lực đất bổ sung do biến dạng nền, kết

cấu, nhiệt, áp lực bùn cát, từ biến, co ngót

kết cấu).

* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời ngắn hạn:

• (Thiết bị nâng, tàu thuyền vật trơi va chạm,

sóng, gió, nước va).

* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời đặc biệt:

• (Động đất, nổ mìn, gió khi bão, nước va khi

cắt tải hồn tồn).

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

7/21/2014 10

TỔ HỢP TẢI TRỌNG

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

7/21/2014 11

1-

Tổ hợp TT cơ bản

= thường xuyên + tạm thời

dài hạn + tạm thời ngắn hạn.

2-

Tổ hợp TT đặc biệt

= thường xuyên + một

trong số tạm thời đặc biệt.



Xét cả 2 tổ hợp và chọn trường hợp nguy hiểm

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

7/21/2014 12

ÁP LỰC NƯỚC

PGS. Dr. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THỦY

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

7/21/2014 13
PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

A 
hA

F

M

N

p

A

=



gh

A

Nước

p

A



áp suất

nước tác dụng

tại A

p

A



áp suất

nước tác dụng

tại A

F



lực tác dụng

lên mặt MN

7/21/2014 14

ÁP SUẤT NƯỚC 
TÁC DỤNG LÊN 
THÀNH PHẲNG

ÁP SUẤT: Biểu diễn bằng 1 vectơ:

• Phương : thẳng góc với mặt tác dụng.

• Chiều: hướng vào mặt tác dụng.

• Cường độ:

(p tỷ lệ tuyến tính với chiều sâu)

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

PGS. Dr. Nguyễn Thống

p

h

p





gh(N / m )

Nước,



A

7/21/2014 15

1. ÁP LỰC THỦY TỈNH:

Áp suất nước p tại độ sâu h so với mặt thoáng:

với =1000kg/m3: khối lượng riêng nước.

Áp lực tương đương tác dụng lên mặt phẳng S:

p0: áp suất tại tâm mặt xét, S diện tích mặt xét.

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

)

/

(

N

m

gh

p





)

N

(

S

p

F



0

7/21/2014 16

PGS. Dr. Nguyễn Thống

2H/3 H

A 
B

C 
A’

H/2

pA

po

p

 

gH

F

G

p

0

=



gH/2

F=p

0

S=p

0

bH=



gbH

2

/2

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

• Tính và vẽ áp lực tương đương F

A

B

H

C

h

C

p

C

C
c

gh

p





gH

p

A





0 

B

p



(vì hB=0)

G

F

2H/3

A

’

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

CÔNG TRÌNH THỦY

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

7/21/2014 19
PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

1H 
1 Hệ sớ giảm áp 
Màng chống thấm

7/21/2014 20

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

Bài tập:

Cho một đập bê tơng có kích thước như hình v

ẽ

.

Xác định áp lực nước tác dụng lên cơng trình

(tính cho b=1m chiều rộng):

- Thủy tỉnh.

- Đẩy nổi.

- Thấm (hệ số giảm áp lực 

1

=1).

-

Bùn cát với dung tr

ọ

ng đẩy nổi 

đn

=0.7 t/m

3

và

góc nội ma sát =20

0

.

!!! Đẩy nổi+Thấm  Áp lực ngược

7/21/2014 21

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy 
MNDBT=55m

MNHL=20m

C/t m/đ=15m

a=5m b=25m

A

B C

Bùn cát, +30m

7/21/2014 22

ÁP LỰC THỦY ĐỘNG

Khi nước đến gần một vật cản cố định, ngoài áp lực 
thủy tỉnh cịn có thêm một tác dụng lực bổ sung

 áp lực thủy động P.

với V vận tốc trung bình,  góc giữa hướng dịng 
chảy và mặt tác dụng, A diện tích, kv hệ số chảy

vòng lấy như sau:

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

)

N

(

)

cos

1 (

A

V

k

P



V







7/21/2014 23

ÁP LỰC THỦY ĐỘNG

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

kv =1

kv =0.7

kv =0.4



7/21/2014 24

PGS. Dr. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

Bài tập:

Xác định áp lực thủy động tác dụng lên trụ

pin có dạng lượn trịn.

Diện tích A=80m

2

,

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

7/21/2014 25

ÁP LỰC SÓNG

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

7/21/2014 26

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

λ

s

Tr

ụ

c sóng

M

ự

c n

ướ

c h

ồ

t

ỉ

nh

h

'
s

h



Bước sóng

7/21/2014 27

Vận tốc gió:

 vận tốc gió thực đo ở cao độ Z, 10 tốc độ gió ở cao

độ 10m so với mặt hồ.

kω hệ số quy đổi khi Z khác cao độ 10 m so với mặt

hoà.

)

/

(

k



m

s







PGS. Dr. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

Chiều cao

thực đo (m) 2 6.5 8 10 12 17 20

k 1.25 1.05 1.03 1 .98 .94 .89

7/21/2014 28

Tần suất phụ thuộc cấp công trình:

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

Cấp CT

Tần suất gió p%

MNDBT

MNGC

I

2

20

II

2

20

II

4

30

IV

4

50

V

10

50

ĐAØ GIĨ (D): Phụ thuộc hình dạng hồ.

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ SÓNG

CÔNG TRÌNH THỦY

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

7/21/2014 31
PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

H=s/2

Hpg

Khu sâu Khu cạn

Khu xô va

Khu tiếp bờ

Đáy

CÁC KHU NƯỚC TRONG VÙNG GÂY RA SĨNG

7/21/2014 32

XÁC ĐỊNH THƠNG SỐ SĨNG 
- Khu nước sâu: H > λs/2 đáy không ảnh hưởng đến

hình dạng và kích thước sóng.

- Khu nước cạn: Hpg < H < λs/2 đáy có ảnh hưởng

đến hình dạng và kích thước sóng.

với m=ctg(α) mái dốc bờ. 
PGS. Dr. Nguyễn Thống

COÂNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

2
s

pg s 2

1 m

H

h (0, 47 0, 23

)

h

m









7/21/2014 33

Công thức thực nghiệm tính thơng số sóng:

Andreanov

:

Đà gió D tính bằng km.

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

5/ 4 1/ 3

s 10

h



0, 0208



D

1/ 2

0,304

D







7/21/2014 34

Lapzovski - Khu nước sâu:

với  chỉ độ dốc sóng:
PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

0s s 10

h



0, 073k



D



0s 10

D

0, 073









7/21/2014 35

PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

10
0,4D
s

k

1 e





 

10
0s

14
0s

h

1 9 19e













7/21/2014 36

Lapzovski - Khu nước cạn:

s
0
2

s
s
0
1

k

h

,

k

h









PGS. Dr. Nguyễn Thống

CÔNG TRÌNH THỦY

Chương 2: Cơ sở thiết kế Cơng trình thủy

H/s 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1

k1 .119 .435 .652 .823 .904 1

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Bài giảng Công trình thủy: Chương 2 - PGS.TS. Nguyễn Thống

<b>NỘI DUNG MÔN HỌC </b>

<b>CÔNG TRÌNH THUÛY</b>

<b> </b>

<b>CƠ SỞ DỮ LIỆU THIẾT KẾ </b>

<b>1- </b>

<b>Địa hình </b>

<b>(tỷ lệ 1/50000, 1/10000,1/2000, </b>

<b>1/1000, 1/500). </b>

<b>2- </b>

<b>Địa chất:</b>

<b> Địa chất kiến tạo, điạ chất </b>

<b>thủy văn, địa chất cơng trình, địa chất </b>

<b>thổ nhưỡng. </b>

<b>3. </b>

<b>Khí tượng - Thủy văn. </b>

<b>4. </b>

<b>Mơi trường. </b>

<b>CƠ SỞ TÍNH TỐN </b>

<b>1. Phân cấp CTTL (cấp I, II,III,IV,V). </b>

<b> - Cơng trình (CT) lâu dài. </b>

<b> - CT tạm thời. </b>

<b> - CT chủ yếu. </b>

<b> - CT thứ yếu. </b>

<b>ý nghóa của phân cấp ??? </b>

<b>2. NỘI DUNG TÍNH TỐN </b>

<b>- Tính tốn thủy văn; </b>

<b> - Tính tốn thủy năng; </b>

<b>- Tính tốn thủy lực; </b>

<b> - Tính tốn lực tác dụng lên CTTL; </b>

<b>- Tính tốn thấm; </b>

<b>- Tính tốn ổn định và biến dạng; </b>

<b>- Tính tốn kết cấu; </b>

<b>- Tính tốn và dự báo tác động mơi trường; </b>

<b>- Tính tốn kinh tế. </b>

<b>TẢI TROïNG, LỰC </b>

<b>* </b>

<b>Tải trọng và lực tác dụng thường xuyên</b>

<b>: </b>

<b>Bao gồm</b>

<b>: Áp lực nước tỉnh, động, đẩy nổi, </b>

<b>thấm, áp lực nước trong các lỗ rỗng... </b>

<b>ứng với MNDBT và thiết bị chống thấm, </b>

<b>thốt nước làm việc bình thường, áp lực </b>

<b>đất có xét đến tải trọng trên mặt, ứng </b>

<b>suất trước của kết cấu. </b>

<b>* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời dài hạn: </b>

•

<b>(áp lực đất bổ sung do biến dạng nền, kết </b>

<b>cấu, nhiệt, áp lực bùn cát, từ biến, co ngót </b>

<b>kết cấu). </b>

<b>* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời ngắn hạn: </b>

•

<b>(Thiết bị nâng, tàu thuyền vật trơi va chạm, </b>

<b>sóng, gió, nước va). </b>

<b>* Tải trọng và lực tác dụng tạm thời đặc biệt: </b>

•

<b>(Động đất, nổ mìn, gió khi bão, nước va khi </b>

<b>cắt tải hồn tồn). </b>

<b>TỔ HỢP TẢI TRỌNG </b>

<b>1- </b>

<b>Tổ hợp TT cơ bản</b>

<b> = thường xuyên + tạm thời </b>

<b>dài hạn + tạm thời ngắn hạn. </b>

<b>2- </b>

<b>Tổ hợp TT đặc biệt</b>

<b> = thường xuyên + một </b>

<b>trong số tạm thời đặc biệt. </b>



<b> Xét cả 2 tổ hợp và chọn trường hợp nguy hiểm </b>

<b>ÁP LỰC NƯỚC </b>

<b>p</b>

<b>=</b>



<b>gh</b>

<b>Nước </b>

<b><sub>p</sub></b>



<b> áp suất </b>

<b>nước tác dụng </b>