bai giang kd05 - bai 4 - tinh toan vo ham dang tron
Post on 10-Mar-2016
220 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KIEÁN TRUÙC TP. HOÀ CHÍ MINHKHOA QUY HOAÏCH
BOÄ MOÂN: KYÕ THUAÄT HAÏ TAÀNG ÑOÂ THÒ
BAØI GIAÛNG
THIEÁT KEÁ COÂNG TRÌNH NGAÀMTHIEÁT KEÁ COÂNG TRÌNH NGAÀM
Giaûng vieânThs. PHAÏM MINH
TIEÁN
TÍNH TOAÙN VOÛ HAÀM DAÏNG TROØNTÍNH TOAÙN VOÛ HAÀM DAÏNG TROØN
I. KHÁI NIỆM- Vỏ hầm hình tròn chủ yếu được sử dụng trong vùng đất yếu và đặc biệt phổ biến với các đường hầm dẫn nước có áp lực.- Tải trọng ngoài hoặc áp lực nước bên trong theo dạng phân bố đều => Vỏ chủ yếu phát sinh lực nén và kéo nên là kết cấu ưu việt
Một số phương pháp tính toán:- Xem vỏ là khuyên tròn biến dạng tự do- Xem vỏ là khuyên tròn trong môi trường đàn hồi
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.1 Tính toán vỏ khuyên tròn biến dạng tự do:
Khi tải trọng ngoài tác dụng vào vỏ sẽ phát sinh phản lực địa tầng ở phía đáy vỏ và phản lực này được xem là phân bố đều.
Sơ đồ tải trọng
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.1 Tính toán vỏ khuyên tròn biến dạng tự do:
Ở hệ cơ bản, các ẩn số lực xác định như sau:
Hệ cơ bản
22
22
11
11
P
P
x
x
Trong đó:ii,ip : chuyển vị đơn vị
và chuyển vị tải trọng
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.1 Tính toán vỏ khuyên tròn biến dạng tự do:
Nội lực phát sinh tại tiết diện i bất kỳ của cung vòm:
cos
cos..
2
21
xNN
RxxMMoP
ngoP
Trong đó:Mo
P, NoP : momen, lực dọc tại tiết diện đang xét của hệ cơ bản do lực ngoài.
Rng : Bán kính ngoài của vỏ hình tròni : nửa góc ở tâm của tiết diện đang xét
Công thức tính vỏ khuyên tròn biến dạng tự do:
Tải trọng
Giới hạn
dùng công
thức ()
M NPhản
lực địa tầng
Tải trọng
của vỏ0 – g.R2
ng(1-0.5cos- sin) g.Rng(sin0.5cos) 3.14g
Áp lực thẳng đứng
0 – /2 q.R2ng(0.193+0.106cos-
0.5sin2) q.Rng(sin20.106cos) q
/2 - q.R2ng(0.693+0.106cos-
sin2) q.Rng(sin0.106cos) q
Thủy áp 0 – -R3ng(0.5-0.25cos-
0.5sin2)R2
ng(1-0.25cos0.5sin) + h.Rng
-1.57Rng
Áp lực bên
phân bố tam giác
0 – e1.R2ng(0.25-0.5cos2) e1Rngcos2 -
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.1 Tính toán vỏ khuyên tròn biến dạng tự do:
Công thức tính vỏ khuyên tròn biến dạng tự do (tt):
Tải trọng
Giới hạn
dùng công
thức ()
M NPhản
lực địa tầng
Áp lực bên
phân bố đều
0 – e2.R2
ng(0.25sin2 + 0.083).cos3 – 0.63cos –
0.125e2.Rngcos0.5cos
– 0.25cos2) -
Phản lực thẳng đứng
0 – /2 KR2ng(0.057 – 0.106 cos) q.Rng(sin20.106cos) -
/2 - KR2ng(-0.443 + sin –
0.106cos– 0.5sin2)KRng(sin2- sin +
0.106cos) -
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.1 Tính toán vỏ khuyên tròn biến dạng tự do:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
Do phần lớn các trường hợp vỏ hầm dạng tròn là các kết cấu thành mỏng và có tỷ lệ Rtr/Rng >0.75-0.80 nên chúng được tính theo sơ đồ vòng đàn hồi.
Khi tính toán vỏ hầm trong môi trường đàn hồi, người ta nghiên cứu hệ “đất – vỏ hầm” bằng cách xét sự làm việc đồng thời của kết cấu với khối đất xung quanh. Trong đó tính chất đàn hồi của đất có thể biểu thị qua hệ số lực kháng đàn hồi K (lý thuyết biến dạng cục bộ) hoặc qua modul biến dạng E0 và hệ số poisson (lý thuyết biến dạng tổng thể).
Do vị trí vùng không có lực kháng đàn hồi chưa biết trước nên bài toán trở nên phi tuyến về quan hệ đối với tải trọng và vì vậy rất khó giải. Trong thực tế thiết kế, người ta sử dụng rộng rãi các phương pháp gần đúng để tính toán vỏ hầm tròn trên cơ sở lý thuyết biến dạng cục bộ.
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
+ Trục đường cong của vỏ hầm được coi là đa giác nhiều cạnh nối tiếp.
+ Ngoại tải phân bố được thay bằng tải tập trung đặt tại các đỉnh của đa giác.
+ Tác động của môi trường đàn hồi được mô phỏng bằng hệ rời rạc trong dạng các thanh đàn hồi riêng biệt được đặt tại tất cả các đỉnh của đa giác ngoại trừ khu vực nằm trong vùng không có lực kháng.
+ Thay thế độ cứng thay đổi liên tục của vòng vỏ hầm thành kiểu giật bậc, trong đó chấp nhận giá trị độ cứng trung bình trong giới hạn từng cạnh của đa giác.
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
Giả định phản lực đàn hồi tác dụng vào tất cả khoảng phía ngoài phần trên ống ứng với góc tâm là 90o.
Sơ đồ tải trọng
Phương trình biểu đồ sức kháng đàn hồi:Tại j = /4 – /2:
R = - Ka cos2
Tại j = /4 – /2:
R = Ka sin2Ka cos2
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
Phương trình chính tắc hệ cơ bản:
Hệ cơ bản
Trong đó:
ii, iP : chuyển vị đơn vị và chuyển vị tải trọng ngoài
iR : chuyển vị do lực kháng đàn hồi
00
22222
11111
RP
RP
xx
Nội lực tại tiết diện bất kỳ khi địa áp và lực kháng đàn hồi tác dụng:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
anFEaDRqN
anCBaArRqM
ng
ng
1...
1....
Trong đó:q: áp lực đất thẳng đứng phân bố đều, T/m2
Rng: bán kính ngoài của vỏ, m
r : bán kính trục của vỏ, mA, B, C, D, E, F = f() : theo bảng tra
EJ: độ cứng của vỏ; b: chiều rộng khuyên vỏ; K: sức kháng
rR
a ng2bKRr
EJn
ng ...06416.0
1
3
Bảng các giá trị hệ số A, B, C, D, E, F:
Hệ số A B C D E F
= 0 0.0872 -0.00700 0.2122 -0.2122 0.02100
= 45o 0.0250 -0.00084 0.1500 0.3500 0.01485
= 90o -0.1250 0.00825 0.0000 1.0000 0.00575
= 135o -0.0250 0.00022 -0.1500 0.9000 0.01380
= 118o 0.1628 -0.00837 -0.2122 0.7122 0.02240
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
Nội lực tại tiết diện bất kỳ khi tự trọng vỏ và lực kháng đàn hồi tác dụng:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
nDCrgNnBArgM
11
112
..
Trong đó:g: trọng lượng trên 1m2 vỏ, T/m2
A1, B1, C1, D1 = f() : theo bảng traHệ số A1 B1 C1 D1
= 0 -0.02198 -0.1667 0.06592
= 45o -0.00267 0.3375 0.04661
= 90o 0.02589 1.5708 0.01804
= 135o 0.00067 1.9186 0.04220
= 118o -0.02620 1.7375 0.07010
Nội lực tại tiết diện bất kỳ khi áp lực nước trong ống (chảy tự do) và lực kháng đàn hồi tác dụng:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
2
'22
2'22
.
..
trn
trn
RnDCN
rRnBAM
Trong đó:n’: dung trọng của nước trong vỏ hầm, T/m3
Rtr : bán kính trong của vỏ, mA2, B2, C2, D2 = f() : theo bảng tra
Hệ số A2 B2 C2 D2
= 0 -0.01079 -0.5885 0.03294 = 45o -0.00132 -0.42771 0.02329 = 90o 0.01294 -0.21460 0.00903
= 135o 0.00036 -0.39413 0.02161 = 118o -0.01312 -0.63125 0.03509
Nội lực tại tiết diện bất kỳ khi áp lực nước bên ngoài và lực kháng đàn hồi tác dụng:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
HRRnDCN
rRnBAM
ngnngn
ngn
..
..
'2
'22
2'22
Trong đó:H: chiều cao tính từ đỉnh vỏ đến độ cao mặt nước, mA2, B2, C2, D2 = f() : theo bảng tra
Hệ số A2 B2 C2 D2
= 0 -0.01079 -0.5885 0.03294
= 45o -0.00132 -0.42771 0.02329
= 90o 0.01294 -0.21460 0.00903
= 135o 0.00036 -0.39413 0.02161
= 118o -0.01312 -0.63125 0.03509
Nội lực tại tiết diện bất kỳ khi áp lực bên tác dụng:
Tại tiết diện = 0 và = :
Tại tiết diện = 900 và = 1350:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.2 Tính toán vỏ khuyên tròn trong môi trường đàn hồi:
ng
tr
ReNrReM
..7854.0...1488.0
ng
tr
ReNrReM
..5,0...1366,0
Về cơ bản giống như phương pháp tính vỏ theo vòng đàn hồi, điểm khác biệt ở chỗ, phạm vi giới hạn 2 điểm không của vùng lực kháng đàn hồi chính là phạm vi của đoạn dầm trên nền đàn hồi với mô hình 2 hệ số nền.
Các bước chính của phương pháp như sau:+ Bước 1: Lập ma trận độ cứng của đoạn dầm thông thường
giả định.+ Bước 2: Lập ma trận độ cứng của đoạn dầm trên nền đàn
hồi giả định.+ Bước 3: Lắp ghép ma trận độ cứng tổng thể của hệ.+ Bước 4: Tính vectơ tải trọng tổng thể của hệ.+ Bước 5: Giải phương trình cân bằng và tìm vị trí điểm không
bằng phép lặp (quá trình lặp kết thúc khi phản lực lên gối tựa đầu tiên kể từ trên xuống là nén R>0)
+ Bước 6: Tính & vẽ biểu đồ nội lực của hệ ứng với điểm không tìm được
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm bằng phương pháp PTHH:
Nói chung các phần tử kết cấu được mô tả tương tự như đối với bài toán kết cấu thông thường. Tuỳ theo mô hình tính của kết cấu mà các phần tử này có thể được mô tả là phần tử thanh (bar), dầm (beam) đối với mô hình phẳng hoặc phần tử tấm (plate), vỏ (shell) đối với mô hình không gian.
Phần tử thanh:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm bằng phương pháp PTHH:
1111
e
eeekn h
FEK
Phần tử dầm (chịu uốn):
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm bằng phương pháp PTHH:
22
22
3
46266126122646612612
LLLLLLLLLLLL
LEJK e
uon
Phần tử chịu kéo nén và uốn ngang phẳng:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm bằng phương pháp PTHH:
2 3 2
2 2
3 2 3 2
2 2
0 0 0 0
12 6 12 60 0
6 4 6 20 0
0 0 0 0
12 6 12 60 0
6 2 6 40 0
EF EFl l
EJ EJ EJ EJl l l lEJ EJ EJ EJl l l l
EF EFl l
EJ EJ EJ EJl l l lEJ EJ EJ EJl l l l
euon
ekn
e KKK
Phần tử tấm vỏ:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm bằng phương pháp PTHH:
Phần tử tấm vỏ:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm bằng phương pháp PTHH:
Kết cấu của vỏ:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm tròn chịu áp lực nước bên trong:
Tính vỏ hầm hình tròn 1 lớp bê tông:
Vỏ ống có áp lực nước bên trong P, ƯS pháp tại điểm có bán kính r tính từ tâm hầm:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm tròn chịu áp lực nước bên trong:
1211
2111. 22
2
2
tNt
NrR
Np
ng
Trong đó:P : thủy áp bên trong trung bìnhK : hệ số kháng đàn hồi của đá bao quanh : hệ số Poisson của vật liệu vỏRng, Rtr : bán kính ngoài và trong của vỏ hầm
tr
ng
ng
RR
t
ERK
N
1.
Tính vỏ hầm hình tròn 2 lớp bê tông:
Để tính vỏ tròn 2 lớp thì trước tiên tính vỏ ngoài với tải trọng tác dụng bên ngoài sau đó tính vỏ trong đối với áp lực nước từ bên trong.
Lớp vỏ ngoài tính theo như vỏ tròn chịu áp lực ngoài trong môi trường đàn hồi.
Lớp vỏ trong tính toán theo bảng sau:
II. TÍNH TOÁN VỎ HẦM DẠNG TRÒN2.3 Tính toán vỏ hầm tròn chịu áp lực nước bên trong:
top related