MỤC LỤC
1. Danh mục quy chuẩn, tiêu chuẩn sử dụng.............................................................................1
2.Giới thiệu về phần mềm Sap2000..........................................................................................1
3. Cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu cống .................................................................................1
3.1. Hệ số nền của đất................................................................................................................1
3.1.1. Độ cứng của lò xo gắn vào bản đáy.............................................................................2
3.1.2. Độ số cứng của lò xo gắn vào cọc................................................................................2
3.2 Tải trọng tác dụng................................................................................................................2
3.2.1. Trọng lượng bản thân :.................................................................................................2
3.2.2. Áp lực đất:....................................................................................................................2
3.2.3. Áp lực nước tác dụng lên bản đáy và bản tường:........................................................3
3.2.4. Áp lực thấm:.................................................................................................................4
3.2.5. Áp lực đẩy nổi:.............................................................................................................5
3.2.6. Tải trọng theo giao thông , trọng lượng giàn van:.......................................................5
3.2.7. Tải trọng cửa van..........................................................................................................5
3.2.8. Tải trọng xe + máy thi công.........................................................................................6
4. Bài toán cống hở....................................................................................................................6
4.1. Tài liệu thiết kế................................................................................................................6
4.2. Tổ hợp mực nước...........................................................................................................11
4.3. Trường hợp tính toán.....................................................................................................11
4.4. Tổ hợp và tải trọng tính toán ........................................................................................12
4.2. Tải trọng tác dụng ( chỉ tính toán cho trường hợp 4, các trường hợp còn lại tương tự). 12
4.2.1. Áp lực cát ...................................................................................................................13
4.2.2. Áp lực nước:...............................................................................................................14
4.2.3. Áp lực thấm và áp lực đẩy nổi...................................................................................15
4.2.4 . Lực tác dụng lên tai van: ..........................................................................................16
4.2.5. Trọng lượng cửa van..................................................................................................16
4.3.Trình tự thực hiện...........................................................................................................16
4.4. Xuất kết quả tính toán....................................................................................................37
4.4.3. Xử lý kết quả và tính toán bố trí cốt thép......................................................................40
5. Bài toán cống ngầm:............................................................................................................44

- QPTL C1-78: Quy phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình thủy lợi
2.Giới thiệu về phần mềm Sap2000
- Sap2000 là phần mềm phân tích, tính toán kết cấu tổng hợp nổi tiếng của hãng CSI
( Computers and Structures, Inc) của Mỹ, có khả năng hỗ trợ tính toán nhiều loại kết cấu
làm việc ở nhiều trạng thái khác nhau chịu tác động của nhiều loại tải trọng. Vì thế có thể áp
dụng Sap2000 để giải các kết cấu với cấu tạo khác nhau như: hệ thanh, hệ tấm vỏ, kết cấu
đặc.
- Phần mềm Sap2000 có nhiều phiên bản khác nhau, hiện nay mới nhất là phiên bản
Sap2000 V14.
3. Cơ sở lý thuyết tính toán kết cấu cống .
3.1. Hệ số nền của đất.
Để phản ánh sự làm việc thực của kết cấu, tiến hành tính toán trên sơ đồ không gian
tổng thể bao gồm cả tường bên, bản đáy và cọc cùng làm việc đồng thời. Việc tiến hành
theo phương pháp phần tử hữu hạn với chương trình tính kết cấu chuyên dụng Sap2000.
Liên kết giữa bản cống có nền theo mô hình Winkler xem nền đất như một dãy các lò xo có
độ cứng Klxn, các lò xo này độc lập với nhau.
Hệ số nền của đất được qui đổi thành hệ số cứng của lò xo như sau:
K lxn = K .S

Trong đó:
S: Diện tích mỗi phần tử Shell đã được chia nhỏ trong Sap2000.
K: Hệ số nền của đất, xác định theo công thức Bowles:
K = 40.(c.N c + 0.5γBN γ ) + 40γN q Z

Với:
c: Lực dính của đất (T/m2)
γ: Dung trọng của đất (T/m3)
( trên mực nước ngầm lấy γtn dưới mực nước ngầm γdn)
B: Bề rộng tính toán (m)


L : Khoảng cách 2 lò xo theo phương dọc của cọc (m).
3.2 Tải trọng tác dụng
3.2.1. Trọng lượng bản thân :
Được chương trình tự động tính.
3.2.2. Áp lực đất:
Tùy thuộc vào mức độ chuyển vị của tường mà áp lực đất tác dụng lên tường có thể là
áp lực chủ động , bị động hoặc áp lực đất tĩnh. Trường hợp tường liên kết ngàm với bản
đáy, chuyển vị của đỉnh tường cống là không đáng kể, có thể sử dụng áp lực đất tĩnh để tính
toán.

Trang 2


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

r fu

γ

- Bản tường chịu tác dụng của áp lực đất được xác định theo công thức:
Pt = ( ∑ γ i hi ) K 0 + qK 0

-Trong đó:
γ i (T / m 3 ) : Dung trọng của đất đắp ứng với các lớp đất, tùy thuộc mực nước ngầm
hi (m): Chiều sâu cột đất đắp tại vị trí i.


Trong đó:
γ n = 1.0( T / m³) : Dung trọng của nước.
h(m) : Chiều cao cột nước trên bản đáy.

3.2.3.2. Tường cống:
Phần tường chịu tác dụng của áp lực nước có dạng tam giác, được xác định theo công
thức:
Pn = γ n × h

Trong đó:
γ n = 1.0( T / m³) : Dung trọng của nước.
h(m) : Chiều cao cột nước tác dụng lên tường.

3.2.4. Áp lực thấm:
Áp lực thấm tác dụng lên bản đáy lấy từ kết quả tính toán ổn định thấm. Trường hợp
đặc biệt tấm đáy phẳng, rời biểu đồ có dạng tam giác.

∆

∆

pth = ∆h

Trong đó:
pth : Giá trị áp lực thấm.
∆h : Chênh lệch cột nước thượng hạ lưu.

Trang 4



Trang 5


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng
r fu

∆

3.2.8. Tải trọng xe + máy thi công
Phụ thuộc vào loại xe thi công và chỉ dẫn thi công.
4. Bài toán cống hở

∆

4.1. Tài liệu thiết kế
4.1.1. Kích thước kết cấu công trình

Mặt cắt dọc cống

Trang 6


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ


: Z đáy = -7,60m.

b.Trụ biên:
- Cao độ đỉnh

: Zđỉnh = + 2,80 m.

- Chiều dày trụ biên

: δb= (1,1÷1,78)m.

- Chiều dài trụ biên

: L = 22,00m.

c.Hệ thống cọc

Trang 7


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

r fu

Mặt cắt dọc hệ thống cọc

- Hệ số poisson
4.1.2. Tài liệu về địa chất

Bảng chỉ tiêu trị tính toán các lớp đất độ tin cậy α= 0,95
Lớp đất
Chỉ tiêu

2a

2b

3a

4a

4b

Khối lượng riêng tự nhiên γw (g/cm3)

1,45

1,59

2,01

1,98

1,95

Khối lượng riêng khô γk ( g/cm3)


0,362

0,199

Trong đó lớp 2a dày 27m , 2b dày 3m , 3a dày 5m , 4a dày 3m.
Áp dụng công thức của Bowles ta tính được các hệ số Klxn tương ứng.
+ Tính cho cọc:
Z (m)

c (T/m2)

ϕ

Nc

B(m)

γđn (Τ/m3)

Nγ

Nq

0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00

2,53
2,53
2,53
2,53
2,53

5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82
5,82

0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35

0,05

1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30

263,36
287,04
310,71
334,39
358,06
381,73
405,41
429,08
452,75
476,43
500,10
523,77
547,45


2,53

5,82
5,82
5,82
5,82
5,82

0,35
0,35
0,35
0,35
0,35

0,454
0,454
0,454
0,454
0,454

0,05
0,05
0,05
0,05
0,05

1,30
1,30
1,30
1,30

21,00
22,00
23,00
24,00
25,00
26,00
27,00
28,00
29,00
30,00
31,00
32,00
33,00
34,00
35,00

1,13
1,13
1,13
1,13
1,13
1,13
1,13
1,13
1,13
1,23
1,23
1,23
0,85
0,85

5,82
5,82
5,82
5,82
6,49
6,49
6,49
38,87
38,87
38,87
38,87
38,87
38,87

0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35

0,05
0,05
0,10
0,10
0,10
24,83
24,83
24,83
24,83
24,83
24,83

1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,30
1,60
1,60
1,60
26,36
26,36
26,36
26,36
26,36
26,36

348,28
357,87
8616,45
8891,14
9165,83
9440,52
9715,21
9989,91

+ Bản tính toán kệ số klxd theo công thức (σ tan ϕ + C ) × S
Z (m)

c (T/m2)

ϕ

B(m)

γ (Τ/m3)

K (T/m2)

0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00

1.13
1.13
1.13

2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53

0.35
0.35
0.35
0.35
0.35

1.454
1.454
1.454
1.454
1.454
1.454

0.138
0.146
0.154
0.162
0.170
0.178
0.186
0.194
0.201
0.209
0.217
0.225
0.233
0.241
0.249
0.256
0.264
0.272
0.280
0.288

Trang 10


1.13
1.13
1.13
1.13
1.23
1.23
1.23
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85

2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
2.53
5.00
5.00
5.00

0.35
0.35
0.35
0.35
0.35

0.296
0.304
0.312
0.319
0.327
0.335
0.343
0.351
0.589
0.606
0.623
3.774
3.937
4.099
4.262
4.424

2.042
2.042
2.042
2.042
2.042

+ Tính toán cho bản đáy: xem gần đúng mỗi phần tử diện tích bản đáy là 0,5x0,5m
Z (m)

c
(T/m2)

ϕ

5,82

0,50

0,454

0,05

1,30

263,43

65,86

32,93

16,46

4.2. Tổ hợp mực nước.
- Trường hợp 1 : Tính toán kết cấu trong trường ngăn triều.
Mực nước phía sông

: Zsông = +1,92m.

Mực nước phía đồng

: Zđồng = -1,32m.

Chênh lệch mực nước


Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng
r fu

- Trường hợp 4: Thượng và hạ lưu cống có mực nước lớn nhất ứng với trường hợp
ngăn triều.
- Trường hợp 5: Thượng và hạ lưu cống có mực nước lớn nhất ứng với trường hợp
giữ nước vào mùa khô.
- Trường hợp TH: Tổ hợp của 5 trường hợp trên.
4.4. Tổ hợp và tải trọng tính toán
Tổ hợp lực tính toán:
Tải trọng

Tổ hợp tải trọng
TH1

TH2

TH3

TH4

TH5

x*

x

x

x


x

x

Lực ngang tác dụng bản đáy (LN)

x

x

Lực tác dụng lên tai van (TV)

x

x

x

x

Trọng lượng bản thân (TLBT)
Áp lực cát (ALC)
Áp lực máy thi công

Trọng lượng cửa van (TLCV)

TH

x

QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng
r fu

Cắt ngang

∆

∆

Cắt dọc sơ đồ lực
4.2.1. Áp lực cát .
Vì cống nằm ở giữa 2 trụ pin có cát đắp.

Sơ đồ áp lực cát tác dụng vào tường

Sơ đồ tính toán ( tâm bản đáy)

- Bản tường chịu tác dụng của áp lực cát được xác định theo công thức:

Trang 13


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG

Pn = (1,92 + 5,9)1 = 7,82 (T/m2)

b. Tường cống:

Trang 14


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng
r fu

- Phần tường chịu tác dụng của áp lực nước có dạng tam giác, được xác định theo công
thức:
Pn = γ n × h

Trong đó:
γ n = 1,0( T / m ³) : Dung trọng của nước.
h(m) : Chiều cao cột nước tác dụng lên tường.

Pn = (1,92 + 5,9)1 = 7.82 (T/m2)

4.2.2.2. Phía đồng ( mực nước phía đồng -1,32m)
Sơ đồ lực:

Tương tự phía sông p = ( 5,9 − 1,32)1 = 4,58 (T/m2)
4.2.3. Áp lực thấm và áp lực đẩy nổi


0,00

22,00

3,24

0,00

3,24

Áp lực đẩy nổi tác dụng lên bản đáy có dạng phân bố đều:
- Trường hợp ngăn triều: qđn = 5,78T/m.
4.2.4 . Lực tác dụng lên tai van:
Là lực tập trung và đươc phân thành 2 thành.
Xác định lực này bằng cách: Mô hình hóa cửa van sap2000, tùy theo kết cấu cửa van
mà có mô hình khác nhau.
- Thành phần lực thẳng đứng: Đtaivan = 150,30T.
- Thành phần lực nằm ngang: Ntaivan =57,20T.
4.2.5. Trọng lượng cửa van
Trọng lượng cửa van tác dụng lên bản đáy cống dưới dạng tải tập trung, T cửa van =
139,23T. Trọng lượng cửa van trên tổng chiều dài cửa van 4,2T/m, Điểm đặt tại những vị
trí mà cửa van tiếp xúc với bản đáy cống.
4.3.Trình tự thực hiện
Bước 1: Chọn hệ thống đơn vị Ton,m,C hoặc KN,m,C.
Click vào biểu tượng mũi tên ở góc phải phía dưới màn hình.
Bước 2: Tạo lưới
File→ New Model→Grid Only→Ok

Ở hình Quick Grid Lines:


TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

r fu

Khai báo các đặc trưng vật liệu, sau đó chọn biểu tượng OK , nếu có nhiều loại vật liệu
thì làm tương tự hoặc có thể chọn Add copy material … (nếu vật liệu khai báo sau gần
giống với vật liệu trước).
Bước 4: Khai báo tiết diện:
- Khai báo tiết diện tấm
+ Define→ Section Properties→Area Section

+ Đặt tên cho tiết diện ( Section name)
+ Type: Chọn Shell – Thin
+ Material Name : Lựa chọn vật liệu tương ứng với cấu kiện

Trang 18


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

r fu

+ Thickness : Nhập bề dày của phần tử tấm.

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

r fu

Bước 6: Xoay hệ trục tọa độ địa phương: Để tiện nhập lực, được giá trị mômen đúng
theo các phương M11 và M22.
Để hiển thị hệ trục tọa độ :
View → Set Display Option…(Ctrl + E) tích vào biểu tượng Local Axes phần Area

Click vào các tấm cần thay đổi

Trang 21


QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

Hướng dẫn tính toán kết cấu cống đồng bằng

TẬP 4: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THỦY CÔNG
Số hiệu: HD – 17 – 04 – 06

r fu

Xoay 2 trục còn lại của trục tọa độ địa phương sao cho hướng của 1 trục luôn trùng
nhau.

Kết quả sau khi xoay trục:

Trang 22