Câu 23: Bố trí cửa cống: các hình thức câú tạo của cống và điều kiện áp dụng thích hợp:

Có tác dụng nối tiếp nền đường và miệng cống, điều tiết trạng thái dòng chảy bảo đảm dòng chảy thông suốt, tránh xói mòn lòng sông suối hạ lưu , tránh xói móng cửa cống, bảo đảm cho cống làm việc an toàn.

*Các hình thức cấu tạo của cống:

+Tường cánh kiểu chữ bát: Tại cửa cống bố trí tường cánh chéo và dốc nhìn trên mặt bằng có hình chiếc bát. Để rút ngắn chiều dài và dễ thi công, đầu mút của tường cánh thường xây thẳng đứng

Do khối lượng công trình ít, dễ thi công nên đây là kiểu cống thường dùng nhất. Góc chéo thường lấy bằng 13o đối với cửa vào va 10o đối với cửa ra.( hợp lí nhất về mặt thuỷ lực. Tuy nhiên trong thực tế thường lấy góc chéo 300. Nếu góc chéo lớn quá thường phát sinh xoáy nước gần tường nên cánh dễ gây xói.

+Cửa cống tường cánh kiểu thẳng góc: Khi khẩu độ ống và chiều rộng khe suối bằng nhau thì không cần tập trung hoặc phân tán dòng chảy, nên ta làm cửa cống có tường thẳng góc.

Loại này kinh tế vì tường cánh ngắn, khối lượng xây ít , với các cửa vào cống nông ( vùng núi) cần bố trí dốc nước cũng nên sử dụng loại cửa cống này.

+ Cửa cống có tường đầu: Thích hợp với các mương máng nhân tạo hoặc cac khe suối mà lòng suối là đá không bị xói mòn. Trên các mương máng nhân tạo nối tường đầu với đoạn dốc khi cần thiết lát đá.

+Cửa cống có tường đầu kết hợp với góc ¼ nón: Thích hợp với sông rộng và nông , khẩu độ cống thu hẹp nhiều. tuy nhiên khối lượng xây lát góc ¼ nón nên thường không kinh tế bằng cửa cống xây chữ bát.

+ Cửa cống kiểu vát đầu:

Thường dùng với cống tròn BTCT , do phải dùng các đốt cống đặc biệt của cống nên chỉ thích hợp

khi sử dụng nhiều cửa cống loại này để có thể sử dụng các đoạn ống

đúc sẵn. Loại này tiết kiệm từ 45-85% VL so với kiểu chữ bát nhưng khả năng thoát nước kém hơn 8-10%

+Cửa cống có tường cong: Có tường cánh 2 bên song song, chiều cao không đổi, đầu cuối của tường cánh hơi uốn cong về hai bên. Loại này có tác dụng kéo lùi mực nước dâng từ móng cống đến vị trí bắt đầu đoạn cong của tường cánh nên có thể giảm thấp chiều cao tính toán của cống chảy không áp hoặc tăng mực nước tính toán trong cống dẫn đến tăng khả năng thoát nước của cống. Có nhược điểm là thi công phức tạp.

+Cửa cống kiểu đường nước chảy: Loại cửa cống này có miệng cống nâng cao hình thành máng đường nước chảy trong cống. Khi dùng trạng thái chảy đều không áp dẫn đến tăng chiều sâu MNTC của ống  có thể nâng cao khả năng thoát nước có hiệu quả. Khi chính cửa vào của cống làm hướng nước chảy 1 góc nhọn hoặc toàn bộ cống ngập nước tạo thành khoảng trống chân không ở đỉnh cống không những sinh ra lực hút khá lớn ảnh hưởng đến độ bền làm giảm lưu lượng thoát nước.

+Cửa cống chéo: Làm theo các hình thức khác, đảm bảo mĩ quan, thích hợp đk dòng chảy. Cửa cống này được sử dụng nhiều nhất tuy hơi tốn công XD.

Câu 24. Nguyên lí thiết kế cống: quá trình thiết kế cống.

Cống của đường ôtô là CT nhân tạo có đất đắp bên trên, cống không chỉ chịu tác dụng của tải xe chạy mà còn chịu tải trọng đất đắp trên đó. Khi chiều cao đất đắp ≥0,5m thì lớp đất làm giảm đi ảnh hưởng của tải trọng xe chạy với cống . Như vậy không xét lực xung kích. Việc tính toán cống nối tiến hành như cầu:

Xét trường hợp tính toán cống chôn ngầm:

*Quy trình thiết kế cống: -Tất cả công trình cầu cống đều được tính toán theo TTGH và các tiêu chuẩn 22TCVN18-79

-Tính theo 2 nhóm TTGH như sau:

+Theo TTGH nhóm 1: Đảm bảo CT không bị phá hoại theo chế độ và độ ổn định trong đk khai thác tiêu chuẩn.

+Theo TTGH nhóm 2: Đảm bảo CT không xuất hiện biến dạng qua lớn trong đk khai thác tiêu chuẩn, đảm bảo CT không biến dạng cục bộ quá mức cho phép trong đk khai thác tiêu chuẩn.

-Đối với tất cả các kết cấu theo TTGH thứ I, được tiến hành theo các tham số tính toán: +Hệ số vượt tải n; +Hệ số đồng suất vật liệu k; +Hệ số đk làm việc m; +Hệ số động 1+µ = kđ (chỉ dựa vào đối với tải trong ôtô mà không xét đến ổn định chống lật chống trượt của kết cấu)

-Khi tính toán theo TTGH thứ II thì không xét đến hệ số vượt tải và hệ số động của ôtô.

a) Tính theo TTGH thứ I:

N≤ φ.(8K.Rtt.m) Trong đó: φ là hệ số phù hợp với dạng ứng suất kéo, nén, uốn ; S là đặc trưng hình học của tiết diện; Rtt là cường độ tiêu chuẩn của VL ; m là hệ số đk làm việc.

Để đơn giản cho việc tính toán kết cấu BTCT , kệ số đồng nhất K xét đến sai số ngẫu nhiên về phía bất lợi của t/c VL so với trị số tiêu chuẩn và hệ số đk làm việc

b) Tính toán theo trạng thái giới hạn thứ II:

∆ ≤ fgh và aT ≤agh (Tải trọng tiêu chuẩn) ; Trong đó : ∆- là chuyển vị hay biến dạng do tải trọng tiêu chuẩn gây ra và là hàm số nhiều dạng kết cấu và t/c cơ học của VL ; fgh- là trị số chuyển vị hoặc biến dạng cho phép giới hạn , trị số đàn hồi độ võng thẳng đứng của kết cấu cống là fgh ≤1/400 lnhip ; aT - là trị số mở rộng vết nứt lớn nhất có thể xảy ra; agh - là trị số mở rộng giới hạn của các vết nứt riêng rẽ. Trong đó : +Đối với thép trơn : +Đối với cốt thép có gờ: Trong đó : σa- là ứng suất trong cốt thép ; Ea- là môđun đàn hồi của thép ; ψ1, ψ2 - là hệ số xét đến ảnh hưởng của BT trong vùng chịu kéo

là bán kính bố trí cốt thép; Fr - là diện tích vùng tác dụng tương hỗ giới hạn ; n1,n2... - là số lượng thép tương ứng; β - là hệ số xđ cốt thép

Chọn tính toán cống theo TTGH thì cho phép tiết kiệm được vật liệu, tuy nhiên trong thực tế do đk đảm bảo chất lượng người ta sử dụng pp ứng suất cho phép.

Câu 25. Nguyên lí thiết kế cống : đặc điểm chịu lực, sự phân bố của áp lực đất và của tải trọng.

a)Đặc điểm chịu lực của cống: -Tải trọng tác dụng lên cống có liên quan nhiều đến biện pháp thi công, cụ thể là : + Khi dùng cách đào hố để đặt cống thì không xét đến áp lực đất đặt trên đỉnh cống mà chỉ xét đến áp lực đất do trọng lượng đất trong hình vòm nửa elip gây ra. +Khi đặt cống rồi đắp đất lên thì áp lực thẳng đứng và nằm ngang tác dụng lên cống sẽ tăng dần. Sau khi đắp nền đường, đất trên đỉnh cống và xung quanh cống lún khác nhau, cột đất trên đỉnh cống lún ít hơn ở xung quanh do đó sinh ra lực ma sát f giữa cột đất trên cống và đất đắp xung quanh lực ma sát này làm tăng áp lực trên cống. Đó là lí do giải thích tại sao sau khi XD nền đường thường thấy hiện tượng đất trên cống vồng lên. Từ đó có thể rút ra kết luận là áp lực của nền đường mới đắp tác dụng lên trên cống cứng không thể nhỏ hơn trọng lượng cột đất trên cống, còn trên cống mềm thì ngược lại.

Căn cứ vào tình hình chịu lực của cống ngầm có thể chia thành cống mềm và cống cứng được kiểm định theo các công thức: -Cống mềm: ; -Cống cứng: Trong đó : E- là môđun đàn hồi của VL làm cống; E3- là môđun đàn hồi của đất đắp; t-Chiều dày cống; r- là bán kính chịu lực của cống.- Đối với cống mềm đất đáy cống càng chặt thì áp lực thẳng đứng càng nhỏ ngược lại đất càng xốp mềm thì áp lực thẳng đứng càng lớn.

b)Sự phân bố của áp lực đất và tải trọng:

*Áp lực đất thẳng đứng trên đỉnh cống+CT1: Giả thiết đất ẩm ướt, áp lực đất tăng liên tục từ mặt đất xuống dưới nhưng tăng không tuyến tính mà tăng như hình vẽ trên.+CT2: Giả sử khi chỉnh cống chịu tải trọng thì 1 bộ phận trọng lượng do cống thu nhận 1 bộ phận do lực ma sát với mép hố đảm nhận trừ cát sỏi.Bộ phận khá lớn có thể giảm 1 phần áp lực mà cống thu nhận  tải trọng lớn nhất cống thu nhận. q = C.γo.B2 Trong đó : c- hệ số tải trọng; B- Chiều rộng hố đỉnh cống(m); γo- Dung trọng đất(T/m3)

+CT3: -Giả sử đất hoàn toàn: q = γo.H Trong đó H- là chiều cao tiết diện tính toán đến đỉnh mặt đường;

+CT4: -Áp lực đất tiêu chuẩn áp dụng lên đất cống do trọng lượng bản thân đất đắp được tính theo CT: q = C.γo.H Trong đó C- là hệ số không thứ nguyên, c = 1+A.µ.tgφ & Khi thì lấy A=H / D ; Trong đó : H- là chiều cao đất đắp từ đỉnh cống đến mặt đường. µ=tg2(45o-φ/2) - hệ số thành phần nằm ngang của cống; φi & γo - góc ma sát trong và dung trọng

tiêu chuẩn của đất đắp. h- là khoảng cách từ đáy móng đến đỉnh cống; D- đường kính ngoài của cống; S- H/số phụ thuộc vào đặc trưng của đất đắp.Trong TH đất hoàn toàn không có lực ma sát thì sử dụng CT3 là hoàn toàn chính xác. AL đất thẳng đứng tác dụng lên cống cứng và cống mềm căn bản giống nhau nhưng khi tồn tại ma sát thì áp lực tác dụng lên cống cứng và cống mềm khác nhau rất nhiều vì vậy phải chọn CT. Trong thực tế tính toán : Với đất mềm (CT3) và cống cứng là CT4. Cống bản do khẩu độ lớn nên tỉ lệ chiều cao đât đắp và khổ cống tương đối nhỏthường sử dụng CT3 để tính toán.

*Áp lực thẳng đứng TT xe tác dụng lên cống:- Hiện có nhiều cách tính trong đó tính từ mép vệt bánh xe phân bố 1 góc rộng ra 30oxuống dưới khi chiều sâu đất đắp σmax =0,478P/H2. ; -Khi chịu tải trọng tác dụng của xe bánh xích và các tải trọng hình băng khác:σ = α.P Trong đó P- là tải trọng phân bố đều trên mặt đất; α - hệ số tra bảng.

*Áp lực ngang của đất: eq =µ.γo.H Trong đó: eq- là áp lực ngang; µ = tg2(45-φ/2) ; H- là chiều cao tiết diện tính toán đỉnh mặt đường; φ- góc m/s trong của đất; γo- dung trọng của đất.

Áp lực ngang do tải trọng xe chạy: ep = µ.P với µ là h/s áp lực ngang của đất; P- là h/s áp lực tải trọng xe.