Phân Loại Và Lắp Đặt Đường Ống Bêtông Cốt Thép

d* - Lực li tâm chỗ uốn cong (hình 13-19,g):

Tại chỗ ống cong ngoài lực thuỷ tĩnh A3 ra còn có lực li tâm do thay đổi phương

vận tốc dòng chảy V. Với đoạn ống cong đều có góc ôm , bán kính cong thì lực li

tâm R có phương nằm trên phân giác của góc ôm , chiều hướng ra ngoài tính như sau:

R 2

/ 2



dR cos

2 D2

Có thể bạn quan tâm!

• Tính Toán Thuỷ Lực Xác Định Kích Thước Bể Áp Lực
• Các Phương Thức Cấp Nước Và Thành Phần Cửa Van Trên Ống Turbine
• Tuabin thủy lực - 23
• Phương Trình Cơ Bản Của Nước Va Trong Ống Đàn Hồi
• Vẽ Biểu Đồ Áp Lực Nước Va Dọc Theo Tuyến Ống
• Chọn Toạ Độ Trường Và Biểu Diễn Các Nhóm Phương Trình Mắc Xích

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

V 2sin 

(13-21)

o g 4 2

Để tiện tính toán phân R ra hai thành phần dọc trục phía trưứoc và sau đoạn ống:

' '' D2 2

(13-22)

A8 A8

g 4 V

b - Các lực bổ sung thêm trong đường ống liên tục

Trong đường ống liên tục do có ngàm ở hai đầu do vậy phát sinh số lực sau:

a* - Lực do nhiệt độ thay đổi từ t1 sang t2

Khi đó độ dài đường ống thay đổi một lượng L và có độ giản dài tương đối là

 = L / L = .t = . (t2 - t1). Ứng suất nhiệt sinh ra do bị ngàm cứng sẽ là:

t E Et

Vậy lực dọc trục do nhiệt sinh ra sẽ là:

A t t D. Với ống thép thì: hệ số

giản dài  = 12.106 ; Mô dun đàn hồi thép ống E = 2,1.106 kG/cm2 , t 25,2t .Vậy

A t 25,2 Dt , (kG) (13-23)

b* - Lực do biến dạng ngang gây ra

Dưới tác dụng của áp lực nước bên trong gây ứng suất kéo thành ống, nếu ống được co giản tự do thì biến dạng ngang làm cho ống thay đổi mọt đoạn L, tuy nhiên do ống bị ngàm cứng không co giản được do vậy trong ống sinh nội lực A9 :

A 9 z D(13-24)

Trong đó: là hệ số poát xông; z HD / 2- ứng suất vòng do áp lực nước.

c - Các lực khác tác dụng lên đường ống

Ngoài các lực đã kể trên còn có những lực khác, khi tính toán ống tuỳ điều kiện cụ thể mà đưa vào một số lực sau đây cho thích hợp:

- Lực chân không: Lực này xảy ra khi tháo cạn nước trong ống mà không khí không kịp vào, hoặc khi có áp lực nước va âm trong ống. Vì vậy ngay phía sau cửa van công tác người ta đặt ống thông khí để bổ sung không khí vào ống để phá chân không, tuy nhiên để an toàn khi tính toán độ bền và độ cứng đường ống phải xét trường hợp

ống hoàn toàn bị chân không với áp suất chân không

pck 1 kG / 1cm 2 ;

- Áp lực gió: cần tính ở nơi đặt ống lộ thiên có gió mạnh;

- Áp lực đất: khi ống chôn trong đất;

- Lực thi công: phải xét trong điều kiện lắp ráp ống tại hiện trường;

- Lực động đất: tuỳ cấp động đất, theo quy phạm thiết kế ở vùng có động đất;

- Các lực đặc biệt xảy ra khi đường ống bị sự cố.

Cần chú ý, các lực nêu ở trên không phải nhất thiết đồng thời xuất hiện. Vì vậy căn cứ vào cụ thể từng trường hợp tính toán, tình hình bố trí đường ống và kết cấu cụ thể mà có tổ hợp lực tính toán xác thực. Các công thức tính lực ở trên thành lập cho ống thép, tuy vậy cũng có thể vận dụng tính toán tương tự cho các loại ống khác với chỉ tiêu thích hợp của từng loại ống cụ thể.

3. Tính toán kết cấu đường ống thép đặt hở

Khi tính toán kết cấu ống thép, trước tiên phải chọn tổ hơp lực tác dụng nguy hiểm nhất lên ống, sau đó tiến hành tính toán kiểm tra những mặt cắt ống đặc trưng. Các mặt cắt này là những mặt cắt ống ở giữa hai mố đỡ, mặt cắt tại nơi lắp vành đai và nơi đặt ống lên mố đỡ. Tính toán kết cấu gồm tính toán kiểm tra độ bền và độ ổn định ống.

a. Tính toán, kiểm tra độ bền thành ống

* Đối với đường ống có đường kính nhỏ

Tính toán kiểm tra ứng suất theo công thức với hai trường hợp tăng và giảm nhiệt độ:

1 x u z

[] (13-25)

2 z ( x u ) [] (13-26) Trong các công thức:

- Ứng suất dọc trục do các lực dọc gây ra là: x

Ai ;

D

- Ứng suất uốn gây nên bởi các lực thẳng góc với trục ống

u , trường hợp ống

phân đoạn sơ đồ lực có thể coi như dầm liên tục một đầu ngàm (ở mố néo) và một đầu tự do (ở khớp nhiệt độ) dưới tác dụng của trọng lượng nước và ống phân bố đều. Mô

men uốn tại giữ nhịp và tại mố đỡ có thể lấy gần đúng là:

M N1 N 2 l ; mô men

10

D2

M 4M

chống uốn đối với ống ngắn, ít mố đỡ: W 

, vậy: ;

u

4 W D2

- Ứng suất kéo vòng do áp lực nước trong ống gây ra: z

HD ; 2

- là hệ số poát xông, lấy bằng 0,3; [] ứng suất cho phép của vật liệu làm ống, đối với ống thép lấy từ [] = (900 - 1050) kG/cm2.

b* - Đối với ống có đường kính lớn

( zy) 24 2

yz

Trường hợp ống thép có đường kính lớn, áp lực nước bên trong phân bố không đều lên thành ống, do vậy tính toán phức tạp hơn. Quy phạm quy định dùng lý thuyết ba mô men để tính toán kiểm tra độ bền thành ống, theo các công thức sau đây:

1 

[] (13-27)

( x z) 2 4 2

xz

2 

[] (13-28)

3 

[] (13-29)

( x y ) 2 4 2

xy

b - Tính toán kiẻm tra ổn định thành ống đặt hở

Việc kiểm tra ổn định thành ống khi đóng van đột ngột mà ống thông khí mất tác dụng bên trong ống sẽ bị chân không, mặt khác khi thi công lắp ráp do ống mỏng không đủ độ cứng làm móp méo ống mất ổn định. Kiểm tra ổn định theo hai trường hợp sau:

- Đối với ống trơ, không có vành đai cứng, muốn ống không móp méo thì độ chênh áp lực bên trong và ngoài ống (p) phải nhỏ hơn trị số áp lực dư giới hạn (pgh) theo công thức sau:

k p pgh

2 E/ D3

(13-30)

Trong đó: k là hệ số an toàn, lấy k = 2;

p - áp suất dư thực tế, nếu chỉ xét đến áp suất chân không p = 1kG/cm2 E - mô duyn đàn hồi của thép E = 2,1.106 kG/cm2 thì điều kiện ổn định

của ống thép trơn là: D

130

như đã trình bày ở công thức (13-6).

- Đối với ống có vành đai cứng:

Nếu điều kiện (13-6) không đảm bảo, để thành ống ổn định thì phải lắp vành đai cứng bên ngoài vỏ ống. Vành đai cứng có kích thước đủ ổn định ống khi thoả mãn điều kiện (13-30), trong đó áp lực dư giới hạn được tính theo công thức sau:

3 EJ

gh 3

p 

Rkl

(13-31)

Trong đó: J là mô men quán tính của vành cứng và đoạn thành ống chịu ảnh

hưởng của vành cứng, đoạn này có chiều dài lo 2( 0,78

l - là khoảng cách giữa các vành đai cứng (l = l0);

r ) a

(xem hình 13-20,c).

Rk - là bán kính vòng tròn đi qua trọng tâm vành cứng; r - là bán kính trung bình của thành ống.

4. Tính toán các mố néo và mố đỡ ống

Nhiệm vụ của mố néo là néo giữ ống không cho dịch chuyển, nhiệm vụ của mố đỡ là đỡ ống khỏi võng và tạo điều kiện cho ống dễ dịch chuyển dọc tuyến ống với ma sát nhỏ. Thiết kế ống thoả mãn những yêu cầu trên.

a - Thiết kế mố néo ống

Mố néo là loại kết cấu trọng lực, cường độ của nó dễ thoả mãn, vì vậy tính toán mố néo chủ yếu dựa vào điều kiện chống trượt và điều kiện ứng suất nền để xác định kích thước và thể tích của mố. Tuỳ thuộc vào loại nền đặt mố néo ta có hai loại hình thức mố. Mố néo đặt trên nền đất có đáy phẳng nằm ngang (hình 13-20,d) kích thước đáy B x L. Mố néo đặt trên nền đá để giảm nhỏ kích thước mố người ta làm mặt đáy dạng bậc nghiêng trực giao với hướng hợp lực (hình 13-20,e).

Tải trọng tính toán mố néo là các lực dọc trục (Ai) (đã trình bày ở trên) chiếu lên hai phương nằm ngang ox và thẳng đứng oy: X = Acos

Y = Asin

và áp lực đất (E), trọng lượng mố (G) .v.v.. Các lực dọc và hướng của chúng được tính với hai trường hợp nhiệt độ tăng và nhiệt độ giảm (hình 13-20,a,b).

Hình 13-20. Sơ đồ và lực tác dụng lên mố néo

a - các lực dọc trục khi nhiệt độ tăng; b - các lực dọc trục khi nhiệt độ giảm; c - sơ đò tính vành đai ống; d - mố néo trên nền đất; e - mố néo trên nền đá.

Từ điều kiện cân bằng về trượt ta xác định được trọng lượng của mố néo:

G k ct ( X E) Y ,và tính ra thể tích mố néo: W =G

f mo

Trong đó: k ct là hệ số an toàn chống trượt, thường lấy kct  1,5;

f - hệ số ma sát giữa mố néo và nền; mo - trọng lượng riêng vật liệu làm mố.

Từ thể tích mố ta định ra được kích thước ngoài cả mố. Đối với mố kín, yêu cầu mố phải bọc kín toàn đoạn ống chỗ cong, hai đoạn ống thẳng ở hai đầu doạn ống cong phải chôn vào bêtông mố không nhỏ hơn 0,4 m, bề dày lớp bêtông bao quanh ống không nhỏ hơn 0,8 đường kính ống.

Kích thước đáy mố được chọn đồng thời phải thoả mãn điều kịên không để phát

sinh ứng lực kéo (tức min0 ) ở nền và hợp lực tác dụng lên móng có độ lệch tâm

nhỏ và ứng suất nền phân bố đều đặn (nghĩa là tỷ số giữa

max

min

2 ).

Ứng suất nền dưới mố néo được tính theo công thức nén lệch tâm sau:

Y G (1 6 e ) [] (13-32)

BL B

Trong đó: e là độ lệch tâm của hợp lực; B, L - bề rộng và dài của đáy mố néo. Sau đó tién hành kiểm tra ổn định lật của mố, lấy với điểm S (hình 13-20,d). b - Thiết kế mố đỡ ống

Việc tính toán và xác định kích thước của mố đỡ về ổn định và ứng suất cũng tương tự như tính đối với mố néo. Mố đỡ gánh chiu phản lực hướng pháp tuyến cảu trọng lượng nước và trọng lượng ống, mố đỡ cho phép ống dịch chuyển theo hướng trục ống để thích nghi với sự do giản ống khi nhiệt độ thay đổi. Khoảng các giữa hai mố đỡ lK sơ bộ xác định théo công thức (13-1). Mố đỡ thường bằng bêtông max M 100# hoặc bằng đá xây vữa M100# (khi đường kính ống D < 0,8 m).

XIII. 3. ĐƯỜNG ỐNG BÊ TÔNG CỐT THÉP

XIII. 3. 1. Phân loại cấu tạo và lắp đặt đường ống bêtông cốt thép

1. Phân loại và lắp đặt đường ống bêtông cốt thép

Ở các TTĐ cột nước nhỏ và trung bình, đường ống bê tông cốt thép được sử dụng có khi có lợi hơn là đường ống thép, ở các TTĐ kiểu sau đập với đập làm bằng vật liệu địa phương (như đập đất, đập đá đổ) đường ống đặt dưới thân đập thì ống bêtông cốt thép càng được sử dụng rộng rãi. Ống bêtông cốt thép có thể chia hai loại:

Ống bêtông cốt thép thông thường: đổ tại hiện trường hoặc ống đúc sẵn. Ống đúc sẵn có mặt cắt tròn đường kính nhỏ (đường kính thường 2 m trở lại), đúc thành từng đoạn ống dài từ 3 đến 5 m, chất lượng cao và được chỡ đến hiện trường lắp ghép lại, tăng nhanh được tốc độ thi công. Ống đổ tại hiện trường thường có kích thước lớn hơn, thường có tiết diện thường hình chữ nhật (thường đặt dưới đập đất đá), đổ từng đoạn dài 70 - 80 m và đổ từ giữa về hai đầu ống và nối các đoạn lại bằng các khớp nối. Ống bêtông cốt thép thông thường, thường được sử dụng với cột nước nhỏ, đến 50 m. Tuy nhiên khi ống nhỏ thì cột nước có thể đạt tới 70 - 80 m, thậm chí có thể hơn. Nhược điểm chính của ống bêtông cốt thép là kết cấu dày nên ống nặng, khó lắp ghép, khả năng chống thấm và chống rò rỉ khó, biến dạng nhiệt dọc ống lớn.

Ống bêtông cốt thép ứng suất trước. Ống này được chế tạo trong nhà máy, có tính đàn hồi lớn, tính chống thấm cao, trọng lượng nhẹ, chịu áp lực cao. Loại này có tính

năng chịu lực cao, giảm chiều dày ống, tiết kiệm cốt thép làm ống. Cột nước có thể đạt tới 160 m, hiện nay có thể chế tạo được ống ứng suất trước có đường kính tới 2 m.

Để tránh nứt gãy đường ống bêtông cốt thép, do trọng lượng ống quá lớn, nên người ta không đặt ống lên các mố dỡ mà đặt ống lên trên các đệm đỡ liên tục (đệm bêtông hoặc nền đất đá) (hình 13-21). Các đệm đỡ có thể làm bằng đá xây vữa xi măng M100# hoặc bêtông đá hộc M150# với góc bao ống 2 là 900, 1350 hoặc 1800. Khi nền là đá cứng, ống có đường kính lớn hơn 0,6 m thì đệm ống có thể làm dạng yên ngựa (như hình 13-21,a) hoặc đặt trực tiếp trên nền đá qua lớp đệm hình cung (hình 13-12,b). Khi nền là đất thì đặt ống trên lớp đệm và dưới lớp đệm phải lót lớp gạch đá vụn gia cố. Khi nền rất tốt và đường kính ống nhỏ hơn 0,6 m, có thể đặt ống trực tiếp trên nền cứng.

Hình 13-21. Các kiểu đặt ống và các hình thức nối ống

1- vật liệu tẩm nhựa đường; 2- đầ ống trong; 3- gioăng cao su; 4- dầu ống ngoài; 5- dây thừng tẩm nhựađường; bảng chắn nước; 7- vữa xi măng; 8- thành ống; 9- vật chắn nước; 10- bao tải thô tẩm nhựa đường;11- tấm đồng hoặc kim loại không rỉ; 12- vữa nhựa đường; 13- thành trong ống; 14- bao tải mịn tẩm nhựa đường.

Ống bêtông cốt thép dễ nứt gãy khi nền bị lún không đều do vậy địa chất tuyến đặt ống phải tốt, phải có biện pháp ngăn chặn hiện tượng lún không đều. Cần xây mố néo ở những nơi tuyến ống thay đổi và nơi ống dài đặt trên sườn dốc. Khi địa hình bằng phẳng, tuyến ống thẳng thì cứ 150 - 200 m cũng đặt một mố néo.

Khi nhiệt độ môi trường thay đổi đột ngột, ống bêtông cốt thép dễ phát sinh lực hướng trục do nhiệt độ, để tránh lực này người ta đem chôn ống dưới đất (hình 13-21,c) hoặc đắp đất lên ống (hình 13-22). Độ sâu chôn đỉnh ống tối thiểu phải là 1 m, riêng vùng có động đất tối thiểu 1,5 m.

2. Cấu tạo của ống bêtông cốt thép

Thành ống bêtông cốt thép có độ dày  được tính toán trên cơ sở đủ chịu lực và

ổn định trong giai đoạn thi công lắp nối, phải chống được thấm, không cho phép nứt.

Theo kinh nghiệm thì chiều dày có thể chọn sơ bộ theo công thức:  = ( 11 ) D ,

8 10 o

hoặc theo điều kiện chống nứt khi chịu kéo trung tâm, tính sơ bộ theo công thức:

kn P ro a Fa

Rk

Trong đó: kn là hệ số an toàn về điều kiện chống nứt;

ro =

(13-33)

Do /2 bán kính trong

của ống; P - áp lực nước tại tâm mặt cát có kể nước va (kG/cm2);

a - ứng suất tính toán của cốt thép, thờng lấy a = 300 kG/cm2;

Fa - diện tích cốt thép vòng trên 1 m dài ống (cm2);

R k - ứng suất kéo cho phép của bêtông (kG/cm2);

Vì công thức trên chỉ mới kể áp lực nước nên hệ số kn phải lấy lớn hơn so với quy phạm từ 20 - 30% để kể đến những lực khác và bề dày  phải lớn hơn 10 - 20 cm.

Cốt thép đặt trong thành ống bê tông cốt thép thông thường, nói chung đặt hai lớp thép, chỉ trừ ống nhỏ ống quá mỏng mới đặt một lớp. Cột thép vòng chịu lực thường dụng 6 đến 16, khoảng cách a giữa hai vòng thép không lớn hơn 1,5., một mét dài bố trí tối thiểu 6 vòng, hàm lượng cốt thép không nhỏ hơn 0,4%. Thép dọc cấu tạo dùng

6 đến 10, mỗi lớp tối thiểu 6 thanh, khoảng cách a < 30 cm, hàm lượng thép không nhỏ hơn 0,2%. Lớp bảo vệ không nhỏ hơn 2 cm.

Cấu tạo chỗ nối ống (hình 13-21): đây là chỗ xung yếu nhất, vì vậy cần rất chú ý trong thiết kế lẫn thi công. Sau đây là một số hình thức nối:

- Hình thức kiểu lồng ống (hình d): dùng cho ống đúc sẵn, đường kính < 0,6m;

- Hình thức nối bằng (hình 13-21,e,g): dùng cho ống lớn đổ tại hiện trường ;

- Hình thức nối tiếp kiểu ống nối đầu có vòng bao ngoài (hình 13-21,đ): dùng cho ống đúc sẵn, đường kính tương đối lớn, cột nước cao. Hình thức này cấu tạo phức tạp nhưng hiệu quả chống rò rỉ nước tốt.

Chiều rộng khe hở giữa hai đầu ống nối lấy chừng 1,5 - 2 cm để đảm bảo co giản tự do giữa hai đầu đoạn ống nối.

XIII. 3.2. Tính toán kết cấu ống bêtông cốt thép

Tính toán kết cấu ống bêtông cốt thép đơn giản hơn tính vỏ đường hầm tunel vì các tải trọng tác dụng lên nó dễ xác định chính xác hơn đối với tunel. Phụ thuộc vào điều kiện xây dựng, điều kiện vận hành đường ống có thể tính với các tổ hợp tải trọng tác dụng lên ống. Thường có ba trường hợp tính toán sau:

a - Trường hợp vận hành: gồm các tải trọng khi đường ống làm việc bình thường;

b -Trường hợp thử nghiệm: gồm các tải trọng có thể phát sinh trong giai đoạn thử nghiệm ống, lúc này trong đường ống không có nước, ống chưa được lấp đất;

c - Trường hợp thi công - gồm những tải trọng có thể xảy ra trong giai đoạn thi công ống, ống đã bị đắp đất và trong ống chưa có nước.

Hình 13-22. Ống lấp đất và sơ đồ tải trọng tác dụng lên ống.

a- Cắt ngang;  - cắt dọc; b - chi tiết nối;  - mộng ghép cao su.

1- ống bêtông cốt thép; 2- nền bằng đất cát sỏi đầm chặt; 3- đất đắp đầm chặt; 4- đất đắp không đầm; 5- thiết bị tiêu nước dọc; 6- thoát nước ra khỏi phạm vi ống;

7- đất sét chống thấm; 8- đường tạm để lắp ống; 9- mộng ghép bằng cao su; 10- bi tum; 10- bi tum; 11- rãnh vòng để đặt mộng ghép; 12- cốt thép làm việc; 13- cột thép dọc.

Các tải trọng tác dụng lên đường ống gồm có:

Po - áp lực nước bên trong ống,

Gc - trọng lượng bản thân ống,

G B - áp lực đất thẳng đứng;

G- áp lực dất ở vòm;

G- áp lực hông của đất đắp, Go - trọng lượng nước trong ống (hình 13-22,e).

Việc xác định ứng lực (mômen uốn M, lực pháp N) phát sinh trong thành ống tròn , ống tựa trên nền định hình có góc tựa trung tâm 900 (hình 13-22,e) do từng loại tải trọng đã nêu trên tác dụng lên ống cho ở bảng (13-1).