Tính toán bể nước

CHƯƠNG IV TÍNH TỐN BỂ NƯỚC IV.1 SƠ ĐỒ BỂ NƯỚC MÁI Xét bể nước tại vị trí trục 1 ( bể cĩ dung tích 128m3). HÌNH KHÔNG GIAN HỒ NƯỚC MẶT BẰNG BẢN NẮP Kích thước tham khảo bản vẽ: Chiều dài cạnh ngắn bể : b = 8000 Chiều dài cạnh dài bể : a = 9000 Chiều cao bể : h = 1400 Do tính chất chịu tải mà chủ yếu là tải gây bởi áp lực nước nên ta chọn sơ bộ tiết diện các kết cấu bể như sau: Chọn sơ bộ kích thước bản lắp : hbn = 80 mm Chọn sơ bộ kích thước bản thành : hbt = 100 mm Chọn sơ bộ kích thước bản đáy : hbđ = 120 mm Chọn kích thước dầm nắp 200x300 Chọn kích thước dầm đáy 250x500 IV.2 TÍNH TỐN THÉP BỂ NƯỚC IV.2.1 TÍNH BẢN NẮP Do kích thước các ơ bản là khá giống nhau và cùng chịu một dạng tải trọng nên ta chỉ cần tính cho một ơ bản và suy ra thép các ơ bản cịn lại. Tải trọng bản nắp là khá nhỏ nên ta chọn sơ bộ chiều dày bản nắp là 80 mm Sử dụng thép AI cĩ Ra = 230000KN/m2 để tính thép bản nắp, bản thành và bản đáy. Thép AII cĩ Ra = 280000KN/m2 để tính thép cho dầm và cột. IV.2.1.1 Sơ đồ bản nắp Do liên kết dầm với bản thành tạo độ cứng kháng uốn lớn so với bản nắp nên xem liên kết bản nắp với dầm nắp là liên kết ngàm. Nắp phân làm 4 ơ bản tương tự về kích thước nên ta tính thép cho một ơ bản điển hình 4000x4500 với liên kết 4 cạnh là liên kết ngàm rồi suy ra thép các ơ bản cịn lại. IV.2.1.2 Tính thép IV.2.1.2.1 Tải trọng tác dụng * Tĩnh tải bản: Tĩnh tải bản nắp gồm tải trọng bản thân sàn ( dày 80 mm), tải trọng lớp vữa xi măng láng mặt ( dày 20mm) và lớp vữa trát (dày 15mm): G = gb + gxm = 1.1 * 0.08 * 25 + 1.2 * 18 * (0.02+0.015) = 2.956KN/m2 * Hoạt tải bản nắp tính vào hoạt tải sửa chữa mái bê tơng: P = 1.3 * 0.75 = 0.975 KN/m2 * Tổng tải trọng tác dụng lên bản nắp: Q = P + G = 0.975 + 2.956 = 3.93 KN/m2 * Tính trong 1m : Q= 3.93 KN/m IV.2.1.2.2 Tính thép cho bản Cắt một dãy rộng 1m theo mỗi phương và tính thép bố trí cho từng phương trên tiết diện 1m chọn. Ta cĩ: L2/L1 = 4.5/4 = 1.125 < 2 nên bản làm việc hai phương Tra bảng ta được: Tính: p= Q*L1*L2 = 3.93 * 4*4.5 = 70.74 KN /m2 Momen dương lớn nhất ở nhịp M1= m91*p = 0.0197* 70.74=1.33 KNm M2= m92*p = 0.0156* 70.74 =1.1 KNm Momen âm lớn nhất ở gối: MI = k91* p = 0.0456* 70.74= 3.22 KNm MII = k92* p = 0.0361* 70.74 = 2.55 KNm Tính thép: Chọn lớp bảo vệ a =1.5cm suy ra ho= 8 - a (cm) Tính : A= ; = 1- ; Fa = . Bảng thống kê tính thép bản nắp Ký hiệu Mi (KNm) ho (cm) A Fa (cm2) (Tính) Fa (cm2) Chọn % f cm2 M1 1.33 6.5 0.029 0.029 0.89 f6a200 1.41 0.22 M2 1.1 6.5 0.024 0.024 0.74 f6a200 1.41 0.22 MI 3.22 6.5 0.069 0.072 2.15 f8a200 2.52 0.38 MII 2.55 6.5 0.055 0.056 1.71 f8a200 2.52 0.38 IV.2.1.2.3 Bản vẽ bố trí thép bản nắp IV.2.2 TÍNH BẢN THÀNH IV.2.2.1 Sơ đồ tính và tải trọng bản thang IV.2.2.1.1 Sơ đồ tính Tỉ lệ L2/L1 = 9/1.4 = 6.42 > 2 nên ta xem bản thành làm việc chủ yếu theo phương cạnh ngắn. Cắt một dãy rộng 1m để tính thép cho bản thành. Sơ đồ tính bản thành là dạng dầm một đầu ngàm và một đầu khớp. Chọn sơ bộ chiều dày bản thành là 100 mm IV.2.2.1.2 Tải trọng bản thành Do chỉ xét tải trọng gây uốn theo phương ngang nên tải trọng tác dục lên bản thành gồm tải trọng giĩ và áp lực nước. Xét đến điều kiện bất lợi nhất của bản thành ta chọn trường hợp giĩ hút ( cùng chiều với chiều tác dụng của áp lực nước). * Tải trọng do áp lực nước phân bố dạng tam giác, xét cho 1m rộng ta cĩ: Pn = n * gn* h *1m = 1.1 * 10 * 1.4 * 1 = 15.4 KN/m * Áp lực giĩ hút: W = n * k * c* Wo * B Trong đĩ: Aùp lực giĩ thay đổi theo độ cao và trên chiều cao thành bể sẽ là dạng phân bố áp lực về hình thang. Tuy nhiên sự thay đổi giá trị trên chiều cao nhỏ là khơng đáng kể nên ta chọn áp lực lớn nhất của giĩ tại nắp bể cĩ cao độ Z = 36 để tính giĩ phân bố đều cho bể. n: hệ số vượt tải lấy = 1.2 Giĩ vùng IIA nên hệ số áp lực giĩ theo độ cao từ TCVN 2737 – 1995 được xác định như sau: (Bỏ qua trọng lượng bản thân , hồ nước được đặt ở độ cao 36m ) k = 0.938 Hệ số áp lực giĩ hút lấy c = - 0.6 Ap lực giĩ chuẩn vùng IIA nên Wo = 0.83 KN /m2 Ta được giá trị áp lực giĩ: W = 0.83*1.2*0.938*0.6 = 0.56 KN /m2 IV.2.2.2 Tính thép bản thành Áp dụng các kết quả tính kết cấu theo phương pháp của Th.S Võ Bá Tầm ta được các kết quả tính thép như sau: Tại gối moment lớn nhất là: Mg = - = 2.15 KNm Tại nhịp moment lớn nhất là: Mn = = 0.97 KNm Tính thép: Chọn lớp bảo vệ a =1.5cm suy ra ho= 10 - a (cm) Tính : A= ; = 1- ; Fa = . Bảng thống kê tính thép bản thành Ký hiệu Mi (KNm) ho (cm) A Fa (cm2) (Tính) Fa (cm2) Chọn % f cm2 Mgối 2.15 8.5 0.027 0.027 1.1 f8a200 2.51 0.3 Mnhịp 0.97 8.5 0.012 0.012 0.5 f6a200 1.41 0.17 IV.2.2.3 Bản vẽ bố trí thép bản thành IV.2.3 TÍNH BẢN ĐÁY Do kích thước các ơ bản là khá giống nhau và cùng chịu một dạng tải trọng nên ta chỉ cần tính cho một ơ bản và suy ra thép các ơ bản cịn lại. Chọn chiều dày bản nắp là 120 mm IV.2.3.1 Sơ đồ bản đáy Bản đáy phân làm 4 ơ bản kích thước gần như nhau 4000x4500 với liên kết 4 cạnh là liên kết ngàm. Liên kết bản đáy với các dầm ngang và dầm dọc là các liên kết ngàm. IV.2.3.2 Tính thép IV.2.3.2.1 Tải trọng tác dụng Chiều dày bản đáy hbd=120mm , kích thước ô bản 4.5mx4m Tải trọng : tĩnh tải Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản đáy : Lớp gạch men dày 1cm : g1 = 0.01*20*1.2= 0.24 KN/m2 Lớp vữa láng dày 2cm : g2 = 0.02*18*1.2= 0.43 KN/m2 Bản BTCT dày 12cm : g3 = 0.12*25*1.1= 3.3 KN/m2 Lớp vữa trát dày 1.5cm : g4 = 0.015*18*1.2= 0.32 KN/m2 Hoạt tải nước : p = 1.1*20*1.4= 30.8 KN/m2 * Tổng tải trọng tác dụng lên bản đáy: Q = P + G = 30.8 + 4.29 = 35.1 KN/m2 * Tính trong 1m : Q = 35.1 KN/m IV.2.3.2.2 Tính thép bản đáy Cắt một dãy rộng 1m theo mỗi phương và tính thép bố trí cho từng phương trên tiết diện 1m chọn. Ta cĩ: L2/L1 = 4.5/4 = 1.125 < 2 nên bản làm việc hai phương Tra bảng ta được: Tính: p= Q*L1*L2 = 35.1 * 4*4.5 = 631.8 KN /m2 Momen dương lớn nhất ở nhịp M1= m91*p = 0.0197* 631.8 =12.45 KNm M2= m92*p = 0.0156* 631.8 =9.35 KNm Momen âm lớn nhất ở gối: MI = k91* p = 0.0456* 631.8 = 28.3 KNm MII = k92* p = 0.0361* 631.8 = 22.31 KNm Tính thép: Chọn lớp bảo vệ a =1.5cm suy ra ho= 12 - a (cm) Tính : A= ; = 1- ; Fa = . Kết quả tính thép được cho trong bảng sau: Ký hiệu Mi (KNm) ho (cm) A Fa (cm2) (Tính) Fa (cm2) Chọn % f cm2 M1 12.45 10.5 0.103 0.109 4.82 f10a160 4.91 0.47 M2 9.35 10.5 0.077 0.080 3.57 f10a200 3.20 0.30 MI 28.3 10.5 0.233 0.270 11.98 f14a130 11.84 1.12 MII 22.31 10.5 0.205 0.272 9.11 f14a160 9.62 0.92 Với tải trọng lớn nên ta cần kiểm tra độ võng của bản. Ap dụng cơng thức trong sách Bê tơng III của Ths Võ Bá Tầm ta cĩ: Độ võng của bản ngàm 4 cạnh được xác định như sau: Trong đĩ: a là hệ số phụ thuộc vào tỷ số L2/L1 = 1.125 của ơ bản được xác định theo bảng tra trong phụ lục 17 sách Bê tơng III của Th.S Võ Bá Tầm ta được: a = 0.0015 Q = 0.00351 KN/cm2 là tổng tĩnh tải và hoạt tải tác dụng lên bản đáy. D ==3375000 Suy ra độ võng của bản: = 0.039 cm ( đạt yêu cầu độ võng) IV.2.3.2.3 Bản vẽ bố trí thép bản đáy ( xem bản vẽ ) IV.2.4 KIỂM TRA NỨT CHO BỂ IV.2.4.1 Kiểm tra nứt bản nắp Theo tiêu chuẩn 5574 – 1991 an < angh = 0.25cm Ta cĩ: Trong đĩ: K= 1 cấu kiện chịu uốn C = 1.5 hệ số kể đến tác dụng tải dài hạn = 1 hệ số bề mặt thanh thép Ea = 21000KN/cm2 d đường kính thép chịu lực d = 0.6cm hàm lượng cốt thép chịu kéo = 0.36 Z = *ho = 0.99*6.5 = 6.4cm (Với M =0.87Mn =0.87*1.33 = 1.16 KNm) Suy ra : Vậy bản nắp thỏa điều kiện chống nứt. IV.2.4.2 Kiểm tra nứt bản thành và bản đáy Tính tốn tương tự cách tính khe nứt bản nắp ta được bảng kết quả kiểm tra khe nứt các bản nắp, thành và đáy bể như sau: Bản M(KNm) A ho Z Fa(cm2) d(cm) a(cm) Bản nắp 1.16 0.029 0.99 6.5 6.4 1.42 12.76 0.22 0.6 0.05 Bản thành 0.84 0.012 0.99 8.5 8.42 1.42 7.02 0.17 0.6 0.08 Bản đáy 10.83 0.103 0.95 10.5 9,98 4.91 22.1 0.47 1.0 0.09 Độ rộng khe nứt lớn nhất của bể an = 0.09 cm< angh = 0.25cm vậy bể thỏa điều kiện chống nứt. IV.2.5 TÍNH HỆ DẦM NẮP , DẦM ĐÁY Số liệu tính toán : Trọng lượng bản thân các lớp cấu tạo bản nắp : gbn= 2.956 KN/m2 Hoạt tải : ps= 0.75*1.3= 0.975 KN/m2 Tổng tải : qbn= 3.93 KN/m2  IV.2.5.1 Hệ dầm nắp SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI Tải trọng tác dụng lên các dầm nắp : Dầm Dn1 gồm : Trọng lượng bản thân : g1 = ( 0.5-0.08)*0.3*25*1.1 = 3.465 KN/m Do bản nắp truyền vào có dạng hình thang P1= qbn* = 3.93*= 7.86 KN/m Dầm Dn2 gồm : Trọng lượng bản thân : g1 = ( 0.5-0.08)*0.3*25*1.1 = 3.465 KN/m Do bản nắp truyền vào có dạng tam giác P2 = qbn* = 3.93*= 7.86 KN/m Dầm Dn3 gồm : Trọng lượng bản thân dầm : g1 = ( 0.5-0.08)*0.3*25*1.1 = 3.465 KN/m Do bản nắp truyền vào có dạng hình thang P3= qbn* = 3.93*4= 15.72 KN/m Dầm Dn4 gồm : Trọng lượng bản thân dầm : g1 = ( 0.5-0.08)*0.3*25*1.1 = 3.465 KN/m Do bản nắp truyền vào có dạng tam giác : P4 = qbn* = 3.93*4= 15.72 KN/m Xem dầm Dn1 , Dn2 , Dn3 , Dn4 là hệ dầm trực giao hệ không gian với tải trọng tác dụng tương ứng ( dùng SAP2000 để tính nội lực ) SƠ ĐỒ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG BẢN THÂN DẦM SƠ ĐỒ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG DO BẢN NẮP TRUYỀN VÀO BIỂU ĐỒ MOMENT CỦA HỆ DẦM TRỰC GIAO BIỂU ĐỒ LỰC CẮT CỦA HỆ DẦM TRỰC GIAO Tính thép Tính thép: Chọn lớp bảo vệ:a=3.5cm,h0=h-a Tính ,, Dầm Tiết diện Mmax (KNm) Fa(cm2) Fa (cm2)chọn Gối nhịp Gối μ % nhịp μ % DN1 30x50 179.21 5.34 17.38 2þ20 6.28 0.29 2þ22+2þ24 16.64 1.19 DN2 30x50 161.73 4.27 15.38 2þ20 6.28 0.29 4þ22 15.2 1.08 DN3 30x50 127.52 3.91 11.7 2þ20 6.28 0.29 3þ22 11.4 0.8 DN4 30x50 105.03 2.8 9.44 2þ20 6.28 0.29 3þ20 9.41 0.67 IV.2.5.2 Hệ dầm đáy Sơ đồ truyền tải : Tải trọng tác dụng lên các dầm đáy : Dầm Dd1 gồm : Trọng lượng bản thân dầm : g1 = ( 0.9-0.12)*0.5*25*1.1 = 10.73 KN/m Trọng lượng thành hồ : gt = 3.5 KN/m Tổng tải : G1 = g1 + gt = 10.73 + 3.5 = 14.23 KN/m Do bản đáy truyền vào có dạng hình thang P1= qbd* = 35.1*= 70.2 KN/m Dầm Dd2 gồm : Trọng lượng bản thân dầm : g2 = ( 0.9-0.12)*0.5*25*1.1 = 10.73 KN/m Trọng lượng thành hồ : gt = 3.5 KN/m Tổng tải : G2 = g1 + gt = 10.73 + 3.5 = 14.23 KN/m Do bản đáy truyền vào có dạng tam giác : P2 = qbd* = 35.1*= 70.2 KN/m Dầm Dd3 gồm : Trọng lượng bản thân dầm : g3 = ( 0.8-0.12)*0.5*25*1.1 = 9.35 KN/m Do bản đáy truyền vào có dạng hình thang : P3= qbd* = 35.1*= 140.4 KN/m Dầm Dd4 gồm : Trọng lượng bản thân dầm : g4 = ( 0.9-0.12)*0.5*25*1.1 = 10.73 KN/m Trọng lượng thành hồ : gt = 3.5 KN/m Tổng tải : G4 = g1 + gt = 10.73 + 3.5 = 14.23 KN/m Do bản đáy truyền vào có dạng tam giác : P2 = qbd* = 35.1*= 140.4 KN/m Cách tính nội lực hệ dầm đáy tương tự như hệ dầm nắp .  SƠ ĐỒ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG BẢN THÂN DẦM SƠ ĐỒ PHÂN BỐ TẢI TRỌNG DO BẢN ĐÁY TRUYỀN VÀO BIỂU ĐỒ MOMENT CỦA HỆ DẦM TRỰC GIAO BIỂU ĐỒ LỰC CẮT CỦA HỆ DẦM TRỰC GIAO Tính thép: Chọn lớp bảo vệ:a=3.5cm,h0=h-a Tính ,, Dầm Tiết diện Mmax (KNm) Fa(cm2) Fa (cm2)chọn nhịp Gối μ % nhịp μ% DD1 50x90 1286.47 70.96 3þ30 21.21 0.47 7þ36 71.26 1.65 DD2 50x90 1152.76 61.64 3þ30 21.21 0.47 4þ32+4þ30 60.44 1.23 DD3 50x90 923.19 47.22 3þ30 21.21 0.47 6þ32 48.26 1.1 DD4 50x90 756.34 37.47 2þ30 14.31 0.47 3þ32+2þ30 38.26 0.88 IV.2.5.3 Tính cốt đai Với dầm nắp Giá trị lực cắt lớn nhất tại dầm nắp: Q = 58.48 KN Kiểm tra điều kiện cốt đai: K1 * Rk * b * ho = 0.6 *0.083 * 30 * (50- 3.5) = 59.47 KN Ko * Rn * b * ho = 0.35 * 1.1 * 30 * (50 - 3.5) = 537.1 KN Nhận xét rằng K1 * Rk * b * ho = 59.47 KN > Q = 44.29 KN , nên ko cần tính cốt đai.. Chọn đai þ6a200 ( Khơng cần tính cốt xiên) * Với dầm đáy Giá trị lực cắt lớn nhất tại dầm đáy: Q = 396.33 KN Kiểm tra điều kiện cốt đai: K1 * Rk * b * ho = 0.6 * 0.083 * 50 * (80- 3.5) = 215.39 KN Ko * Rn * b * ho = 0.35 * 1.1 * 50 * (90 - 3.5) = 1655.13 KN Nhận xét rằng K1 * Rk * b * ho< Q < Ko * Rn * b * ho nên phải tính cốt đai. Chọn đai Þ8 (fd = 0.503) hai nhánh , thép AI có Rad= 17 KN/cm2 Bước đai: Chọn U = min(Utt, Umax, Uct) = 25 cm Kiểm tra khả năng chịu cắt của cốt đai: qd =1.14 KN/cm Qdb = =532 KN Q = Qmax = 396.33 KN < Qdb nên cốt đai đủ khả năng chịu lực ( Khơng cần tính cốt xiên)