Download luận văn thạc sĩ ngành kĩ thuật với đề tài: Thiết kế tối ưu cửa van cung bằng phần mềm SAP2000, cho các bạn tham khảo

1. LỜI CẢM ƠN
Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình
trường Đại học thuỷ lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình,
đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Thiết kế tối ưu cửa van cung bằng
phần mềm SAP2000” đã được hoàn thành.
Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân
đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố.
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Vũ Thành Hải
người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện
luận văn này.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy
cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi.
Hà Nội, 12 tháng 03 năm 2015
Tác giả luận văn
VŨ HẢI AN

2. LỜI CAM ĐOAN
Tên tác giả: Vũ Hải An
Học viên cao học CH19C12
Người hướng dẫn: PGS.TS.Vũ Thành Hải
Tên đề tài Luận văn:“Thiết kế tối ưu cửa van cung bằng phần mềm SAP2000"
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Các thông tin
trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 12 tháng 03 năm 2015
TÁC GIẢ
VŨ HẢI AN

3. MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài:................................................................................... 1
2. Mục đích của đè tài:.......................................................................................... 1
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu....................................................... 1
4. Kết quả nghiên cứu dự kiến đạt được ............................................................... 1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN HÌNH CUNG.................................2
1.1. Khái quát về cửa van hình cung................................................................... 2
1.1.1. Khái niệm và phân loại............................................................................. 2
1.1.2. Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo ......................................................... 4
1.1.3. Hình thức cửa van thường dùng hiện nay ................................................ 7
1.1.4. Phạm vi ứng dụng..................................................................................... 8
1.2. Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van .................... 10
1.2.1. Cấu tạo chung của kết cấu cửa van........................................................ 10
1.2.2. Chọn sơ bộ hình thức, vị trí và kích thước các bộ phận chính của cửa van
cung................................................................................................................... 10
1.3. Tính toán kết cấu cửa van cung ................................................................. 16
1.3.1. Tính toán cửa van cung theo hệ phẳng................................................... 16
1.3.2. Phân tích cửa van theo bài toán không gian.......................................... 24
CHƯƠNG 2 – THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU THÉP HỆ THANH BẰNG
PHẦN MỀM SAP2000 ...........................................................................................32
2.1. Khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn ........................................... 31
2.1.1. Khái niệm về thiết kế tối ưu kết cấu........................................................ 32
2.1.2. Hàm mục tiêu và các ràng buộc ............................................................. 32
2.1.3. Phương pháp giải:.................................................................................. 35
2.1.4. Bài toán tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn đàn hồi...................... 35
2.1.5. Bài toán tối ưu kết cấu hệ thanh trong giai đoạn chảy dẻo.................... 38
2.2. Khái quát về phần mềm SAP2000
2.2.1. Khái quát về phần mềm SAP2000 .......................................................... 41
2.2.2. Một vài điểm cần chú ý khi sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích trạng
thái ứng suất và biến dạng cửa van.................................................................. 42
2.2.3. Các bước tính toán kết cấu cửa van bằng SAP2000 .............................. 47

4. 2.3. Thiết kế tối ưu kết cấu bằng SAP2000 ...................................................... 48
2.3.1. Phương pháp thiết kế tối ưu kết cấu trong SAP2000 ............................. 48
2.3.2. Các bước tính toán tối ưu các kết cấu cơ bản dầm khung. .................... 48
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỐI ƯU CỬA VAN CUNG TRONG CÔNG TRÌNH
HỒ CHỨA NƯỚC CỬA TIỂU TP.HỒ CHÍ MINH...........................................58
3.1. Giới thiệu công trình ................................................................................... 58
3.1.1. Quy mô công trình .................................................................................. 58
3.1.2. Cửa van cung.......................................................................................... 58
3.1.3. Số liệu tính toán và các trường hợp nghiên cứu: ................................... 59
3.2. Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian bằng phần mềm
SAP2000............................................................................................................... 59
3.2.1. Mô tả kết cấu cửa van............................................................................. 59
3.2.2. Mô hình hóa kết cấu cửa van cung bằng phần mềm SAP2000 .............. 62
3.2.3. Định nghĩa tiết diện tự động trong thiết kế tối ưu.................................. 66
3.2.4. Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian............................ 69
KẾT LUẬN..............................................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................86

5. DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1 – Giá trị góc α và góc θ............................................................................64
Bảng 3. 2 - Hệ số ứng suất của dầm phụ dọc............................................................70
Bảng 3. 3 -Hệ số ứng suất của giàn đứng thứ hai .....................................................71
Bảng 3. 4- Hệ số ứng suất của giàn biên và càng van...............................................72
Bảng 3. 5- Hệ số ứng suất của giàn chính trên .........................................................72
Bảng 3. 6- Hệ số ứng suất của giàn chính dưới ........................................................73
Bảng 3. 7– Chuyển vị giữa nhịp của giàn chính trên và dưới...................................73
Bảng 3. 8– Chuyển vị ở giữa nhịp giàn chính dưới và trên ......................................75
Bảng 3. 9– Chuyển vị ở giữa nhịp giàn chính trên và dưới (A)................................76
Bảng 3. 10- Hệ số ứng suất của dầm phụ dọc (A) ....................................................76
Bảng 3. 11- Hệ số ứng suất của giàn đứng thứ 2 (A)................................................76
Bảng 3. 12- Hệ số ứng suất của giàn biên và càng van (A)......................................77
Bảng 3. 13- Hệ số ứng suất của giàn chính dưới (A)................................................77
Bảng 3. 14– Chuyển vị ở giữa nhịp giàn chính trên và dưới (B)..............................77
Bảng 3. 15- Hệ số ứng suất của dầm phụ dọc (B) ....................................................77
Bảng 3. 16- Hệ số ứng suất của giàn đứng thứ 2 (B)................................................78
Bảng 3. 17- Hệ số ứng suất của giàn biên và càng van (B) ......................................78
Bảng 3. 18- Hệ số ứng suất của giàn chính dưới (B)................................................78
Bảng 3. 19– Trọng lượng bản thân van.....................................................................80
Bảng 3.20– Lực kéo van ...........................................................................................80
Bảng 3.21– Trọng lượng bản thân cửa van khi chưa thiết kế tối ưu.........................80
Bảng 3.22– Nội lực thanh cánh hạ giàn chính trên...................................................82
Bảng 3.23– Nội lực thanh cánh hạ giàn chính dưới..................................................83

6. DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 - Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên ...........................2
Hình 1. 2- Cửa van trên mặt........................................................................................3
Hình 1. 3- Cửa van dưới sâu .......................................................................................3
Hình 1. 4- Sơ đồ cấu tạo cửa van hình cung ...............................................................4
Hình 1. 5- Gối quay của cửa van cung; a) Gối nón cụt; b) Gối bản lề .......................5
Hình 1. 6- Gối đỡ bên kiểu bánh xe và kiểu trượt ......................................................6
Hình 1. 7- Cấu tạo kết cấu vật chắn nước bên và đáy van cung .................................7
Hình 1. 8- Sơ đồ một số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung ..............................7
Hình 1. 9- Các loại hình thức khung chính.................................................................8
Hình 1. 10- Các hình thức khe van ............................................................................9
Hình 1. 11- Sơ đồ vị trí khung chính ........................................................................11
Hình 1. 12- Kết cấu cửa van hình cung dùng dầm đứng đặt sít................................14
Hình 1. 13- Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính trên và dưới .......................17
Hình 1. 14- Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu ..............18
Hình 1. 15- Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chân khớp ...................20
Hình 1. 16- Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chính chân ngàm..........21
Hình 1. 17- Sơ đồ tính toán nội lực càng van ..........................................................23
Hình 1. 18- Sơ đồ xác định cánh tay đòn lực kéo van .............................................23
Hình 1. 19- Điều kiện biên trường hợp cửa van nằm trên ngưỡng...........................25
Hình 1. 20- Điều kiện biên trường hợp 2 máy nâng bằng xi lanh thủy lực ..............26
Hình 1. 21- Điều kiện biên khi nâng bằng tời dây kéo tiếp tuyến với bản mặt ........26
Hình 1. 22- Điều kiện biên khi nâng bằng tời phương dây kéo không tiếp tuyến với
bản mặt...............................................................................................................26
Hình 1. 23- Sơ đồ kết cấu van cung ứng với trường hợp cửa van mở......................27
Hình 2. 1:Biểu đồ quan hệ giữa diện tích tiết diện và mômen quán tính..................34
Hình 2. 2 Sơ đồ tính toán ..........................................................................................35
Hình 2. 3 Biểu đồ quan hệ xác định giá trị tối ưu của bài toán.................................38

7. Hình 2. 4 Biểu đồ quan hệ giữa trọng lượng một đơn vị chiều dài thanh và mômen
dẻo......................................................................................................................38
Hình 2. 5: Mô hình dầm............................................................................................39
Hình 2. 6 Biểu đồ xác định nghiệm tối ưu................................................................41
Hình 2. 7- Hệ tọa độ cục bộ của phần tử thanh.........................................................43
Hình 2. 8- Trục tọa độ cục bộ 2 và 3 của phần tử thanh...........................................43
Hình 2. 9- Hệ toạ độ cục bộ của phần tử vỏ..............................................................44
Hình 2. 10- Quy ước dấu của lực dọc và mômen xoắn.............................................44
Hình 2. 11- Quy ước dấu của lực cắt và mômen uốn................................................45
Hình 2. 12- Quy ước dấu nội lực của vỏ...................................................................45
Hình 2. 13 - Mô hình hóa bản mặt và dầm đứng ......................................................46
Hình 2. 14- Quy ước về các điểm Insertion Points...................................................46
Hình 2. 15- Trình tự mô hình hóa dầm phụ dọc .......................................................47
Hình 2. 16- Mô hình hóa cửa van cung bằng phần mềm SAP2000..........................47
Hình 3. 1– Mặt bằng và cắt dọc cống ngăn triều ......................................................58
Hình 3. 2- Bố trí tổng thể van cung và thiết bị đóng mở ..........................................60
Hình 3. 3- Kết cấu giàn đứng và càng van cung.......................................................60
Hình 3. 4- Kết cấu giàn chính ...................................................................................61
Hình 3. 5- Kết cấu giàn chịu trọng lượng bản thân van............................................61
Hình 3. 6 – Vị trí và mặt cắt ngang dầm phụ dọc .....................................................62
Hình 3. 7– Vị trí mặt cắt ngang dầm phụ dọc...........................................................63
Hình 3. 8– Giàn đứng và càng van............................................................................65
Hình 3. 9- Mô hình hóa kết cấu van cung.................................................................66
Hình 3. 10– Tiết diện chon tự động AUTO-FD của dầm phụ dọc ...........................68
Hình 3. 11– Tiết diện chon tự động AUTO1-CH và AUTO1-TB của giàn chính ...68
Hình 3. 12– Tiết diện chon tự động AUTO2-TB và AUTO2-CH của giàn đứng ....69
Hình 3. 13– Tiết diện chon tự động AUTO3-CV của càng van ...............................69
Hình 3. 14– Sơ đồ liên kết trong trường hợp cửa van nằm trên ngướng ..................70
Hình 3. 15- Hệ số sử dụng vật liệu của giàn biên và gian đứng thứ hai...................71
Hình 3. 16- Mã phần tử thanh của ½ giàn chính trên phía trái .................................72

8. Hình 3. 17- Mã phần tử thanh của ½ giàn chính dưới phía trái................................73
Hình 3. 18– Sơ đồ liên kết van rời khỏi ngưỡng và chuyển vị giữa nhịp van ..........74
Hình 3. 19– Auto Section Name của dầm phụ đứng và giàn chính..........................76
Hình 3. 20– Lực kéo van của một xylanh thủy lực..................................................80

9. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Cửa van là một bộ phận quan trọng của công trình thuỷ lợi - thủy điện, để
khống chế mực nước và điều tiết lưu lượng theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ
khai thác khác nhau. Các công trình thủy lợi thủy điện đều phải sử dụng kết cấu
này. Của van thường dùng nhất là cửa van phẳng và cửa van cung.
Cửa van thường được chế tạo bằng thép cường độ cao và phải sử dụng một
khối lượng thép lớn, để tiết kiệm thép và giảm chi phí đầu tư, cần chọn kích thước
các bộ phận của cửa van đảm bảo khả năng chịu lực đồng thời có khối lượng là nhỏ
nhất. Đây là bài toán tối ưu về mặt trọng lượng, đó là đối tượng và nội dung nghiên
cứu của luận văn này.
2. Mục đích của đè tài:
Chọn kích thước của các bộ phận chính của cửa van để trọng lượng cửa van
là nhỏ nhất, nhưng vẫn thỏa mãn điều kiện cường độ và độ cứng, nhằm giảm chi phí
cho công trình.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết và kết hợp sử dụng phần mềm phân tích tối ưu hóa kết
cấu bằng phần mềm SAP2000.
4. Kết quả nghiên cứu dự kiến đạt được
Sử dụng tốt phần mềm tính toán tôi ưu hóa kết cấu.
Áp dụng tính toán cho cửa van cung một công trình cụ thể.

10. 2
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN HÌNH CUNG
1.1. Khái quát về cửa van hình cung
1.1.1. Khái niệm và phân loại
Cửa van là một bộ phận của công trình thuỷ lợi, dùng để khống chế mực
nước và điều tiết lưu lượng theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ khai thác khác
nhau. Cửa van thường được đóng mở bằng tời hoặc xy lanh thủy lực.
Theo SAP2000 phân tích kết cấu công trình thủy lợi thủy điện, “Cửa van
hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng mặt cong, thường là một phần
của mặt trụ tròn và được nối với hai càng, khi đóng mở cửa van quay xung quanh
một trục quay cố định nằm ngang. Cửa van hình cung thường được dùng làm cửa xả
lũ ở đập tràn”. Hình dạng không gian và các bộ phận chính của kết cấu cửa van
cung càng xiên cho ở hình 1.1.
Hình 1. 1 - Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên
Cửa van hình cung có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu,
có cửa phụ hoặc không có cửa phụ trên đỉnh van. Cửa van trên mặt là cửa van có
đỉnh cao hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 1.2), cửa van dưới sâu là cửa van
có đỉnh thấp hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 1.3).

11. 3
Của van hình cung có ưu điểm là đóng mở nhanh và dễ dàng điều tiết lưu
lượng tháo, trụ pin có thể làm mỏng so với van phẳng vì khe van nông.
Hình 1. 2- Cửa van trên mặt
Hình 1. 3- Cửa van dưới sâu
Tuy nhiên trụ pin phải làm dài để có đủ kích thước đặt càng van. Áp lực
nước tác dụng tập trung lên trụ pin (qua càng van) làm cho ứng suất tập trung phát
sinh trong trụ pin và việc bố trí cốt thép chịu lực phức tạp hơn, nhất là những nơi
van làm việc trong điều kiện chịu lực hai chiều. Về cấu tạo và lắp ráp van cung
cũng khó khăn, phức tạp hơn van phẳng.
Cửa van cung là loại được áp dụng khá rộng rãi, nhất là khi cửa có nhịp lớn
hay những nơi cần tháo nước nhanh. Vật liệu làm cửa van thường bằng thép.
Cửa van cung được phân loại như sau: Theo mực nước thượng lưu, được
chia thành hai loại: Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu. Theo hình thức chảy qua
van, có thể chia thành 3 nhóm: Cửa van cho nước chảy ở dưới, cho nước tràn qua

12. 4
đỉnh van, cho nước chảy qua đỉnh van và chảy dưới đáy van. Theo kết cấu cửa van
được chia thành 3 loại: Cửa van đơn, cửa van có cửa phụ và cửa van kép.
Trong các đập tràn thường dùng của van cho nước chảy ở dưới hoặc vừa cho
chảy ở dưới vừa cho nước tràn qua van. Trong các âu tầu, thuyền chỉ dùng loại tràn
qua đỉnh van loại cửa van hạ xuống.
Cửa van có cửa phụ hoặc cửa van hai tầng, được dùng khi cần tháo vật nổi
hoặc tháo một lượng nước nhỏ, vì nếu dùng cửa van đơn thì sẽ mất một khối lượng
nước khá lớn.
1.1.2. Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo
- Kết cấu phần động cửa van cung - Cửa van hình cung bao gồm bản chắn
nước (bản mặt), hệ thống dầm (dầm phụ dọc, dầm đứng, dầm chính), càng đỡ và gối
quay (hình 1.4). Hệ thống dầm cũng bố trí theo nguyên tắc ở mọi chỗ bản mặt chịu
lực như nhau, các dầm chính chịu lực như nhau để tiện thi công và tận dụng khả
năng chịu lực của vật liệu.
Hình 1. 4- Sơ đồ cấu tạo cửa van hình cung
- Gối quay - Đối với kết cấu càng van, chịu áp lực nước từ dầm chính và dầm
đứng truyền tới, tính toán theo hệ giàn. Gối quay là nơi càng tựa lên và quay khi
đóng mở cửa. Hình 1.5 biểu thị một số hình thức gối quay. Trường hợp bán kính
van cung R = (1,2÷1,5)H1; (trong đó H1 là chiều sâu nước thượng lưu) thì gối đặt
thấp hơn mực nước thượng lưu. Gối quay thường đặt cao hơn mực nước lớn nhất ở
hạ lưu để tránh bị ngập nước dẫn tới hư hỏng và han rỉ.

13. 5
Hình 1. 5- Gối quay của cửa van cung; a) Gối nón cụt; b) Gối bản lề
Gối quay của cửa van cung thường dùng là gối kiểu nón cụt (hình 1.5a) và
gối bản lề có một trục quay hoặc hai trục quay vuông góc với nhau (hình 1.5b). Gối
có hai trục quay cấu tạo tương đối phức tạp nhưng có thể chuyển động được theo
hai phương khác nhau. Do đó khi các trụ lún không đều trong chừng mực nhất định
vẫn không ảnh hưởng tới việc đóng mở cửa. Gối bản lề một trục quay cấu tạo đơn
giản hơn, thường dùng trong các cửa van có nhịp không lớn.
- Gối đỡ bên - Để đảm bảo cho cửa van ở vị trí bình thường trong khe van
khi đóng và khi mở, để đảm bảo cho cửa van không bị xô lệch và không bị kẹt trong
khe van. Thiết bị định hướng bên có thể dùng kiểu bánh xe như ở hình 1.6a hoặc
kiểu trượt như ở hình 1.6b, được bố trí ở hai đầu van.

14. 6
Hình 1. 6- Gối đỡ bên kiểu bánh xe và kiểu trượt
- Vật chắn nước - Vật chắn nước có thể làm bằng gỗ, cao su, kim loại v.v.,
nhưng thường dùng nhất là bằng cao su. Các dạng mặt cắt ngang của vật chắn nước
bằng cao su thường dùng được biểu thị ở hình 1.7a. Cao su tấm dùng làm vật chắn
nước đáy, cao su chữ P thường dùng làm vật chắn nước bên và ở đỉnh, cao su chữ L
chủ yếu dùng làm vật chắn nước ở bên cửa van hình cung. Cấu tạo vật chắn nước
bên cho ở hình 1.7b và vật chắn nước đáy cho ở hình 1.7c.
b)

15. 7
Hình 1. 7- Cấu tạo kết cấu vật chắn nước bên và đáy van cung
1.1.3. Hình thức cửa van thường dùng hiện nay
Phần lớn cửa van cung dùng bản mặt hình cung tròn có tâm trùng với tâm
quay, trong các sông có lượng phù sa lớn lắng đọng ở trước cửa van, thì tâm quay
có thể đặt thấp hơn tâm bản mặt.
Hình 1. 8- Sơ đồ một số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung
Trong trường hợp này sẽ giảm được ảnh hưởng của lực ma sát do phù sa tác
dụng lên bản mặt, giảm được lực kéo của máy đóng mở khi nâng van. Cửa van
thường dùng nhất hiện nay là cửa van hai dầm chính chịu tải trọng bằng nhau, bản
mặt là một mặt cung tròn có tâm cong trùng với tâm quay của cửa van.
Khung chính được chia thành các loại sau:
c)

16. 8
- Chân thẳng và cứng (hình 1.9a).
- Chân thẳng và mảnh (hình 1.9b)
- Chân xiên và mảnh (hình 1.9c).
Hình 1. 9- Các loại hình thức khung chính
Cửa van chân cứng có lực xô ngang lớn. làm giảm được mômen uốn trong
dầm, nhưng mômen uốn trong càng lại lớn, đồng thời khi cửa van chuyển động có
lực ma sát ở mặt bên của gối bản lề. Cửa van chân mảnh được dùng phổ biến nhất,
trong trường hợp này độ cứng của chân nhỏ hơn độ cứng của dầm vì vậy ảnh hưởng
của lực xô ngang nhỏ, có thể bỏ qua.
Cửa van chân xiên có một số ưu điểm sau: Giảm được mômen uốn trong
dầm chính, do đó dầm chính sẽ nhỏ, khi nhịp van dưới 12m và cột nước dưới 5m có
thể dùng thép định hình làm dầm chính. Chiều cao dầm chính giảm, nên kết cấu
giàn đứng có thể nhỏ, trọng lượng van giảm, do đó lực kéo cần thiết của máy đóng
mở cũng giảm.
Cửa van chân xiên cũng có một số nhược điểm sau: Cấu tạo gối bản lề và
mối nối giữa dầm chính với chân van khá phức tạp. Tăng nội lực trong chân van và
tăng chiều dài của chân van. Khi có nước tràn qua đỉnh van không nên sử dụng.
1.1.4. Phạm vi ứng dụng
Van hình cung được dùng phổ biến trong các công trình tưới và tiêu, nhịp có
thể tới 40m với chiều cao dưới 14m. Khi nhịp van từ 10 đến 12m, thường dùng loại
van cung hai dầm chính, chân mảnh, thẳng hay xiên. Với nhịp từ 6 đến 12m, cột

17. 9
nước từ 2,5 đến 4m thường dùng loại chân xiên và ô dầm ngang. Ở những đầu âu
thuyền để tăng thêm chiều dài âu, giảm năng lượng dòng chảy dưới van khi đưa
nước vào buồng âu, dùng van hình cung tốt hơn van phẳng.
Không dùng cửa van hình cung làm cửa van sửa chữa, cửa van bảo hiểm và
cửa van thi công vì gối tựa của cửa van cung là cố định. Cửa van cung có thể bố trí
trong khe van hoặc ở mặt ngoài của trụ pin như ở hình 1.10a và hình 1.10b.
Cửa van hình cung được dùng rộng rãi trong công trình thủy lợi vì nó có
nhiều ưu điểm: Có thể dùng trên đập tràn với mặt cắt bất kỳ mà không cần mở rộng
đỉnh đập. Điều kiện thủy lực của dòng chảy ở mép dưới van cũng tốt hơn van
phẳng. Cửa van được liên kết với gối bản lề cố định nên chuyển động của cửa van
được xác định và hầu như tránh được khả năng bị mắc kẹt do vênh.
Trọng lượng van cung nhỏ hơn các loại khác. Lực kéo của máy đóng mở
nhỏ, có thể lợi dụng phương hợp lực của áp lực nước không đi qua trục quay để
giảm lực đóng mở.
Van cung cũng có một số nhược điểm sau: Phải có mố và đường biên dài.
Khi cống có chiều cao lớn và có ngưỡng ngang, nếu yêu cầu gối bản lề không ngâm
trong nước thì càng van phải rất dài.Thời gian đóng mở lâu hơn cửa van phẳng.
Hình 1. 10- Các hình thức khe van

18. 10
1.2. Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van
1.2.1. Cấu tạo chung của kết cấu cửa van
Cấu tạo cửa van cung phải bảo đảm các yêu cầu khai thác, giá thành hạ và
phải dễ chế tạo, lắp ghép, kiểm tra, sửa chữa.
Phần lớn cửa van cung dùng loại hai khung chính. Khi nhịp từ 12 đến 16m
dầm của khung chính dùng loại tiết diện đặc, còn khi nhịp lớn dùng loại giàn có
thanh bụng xiên hoặc tam giác.Chân khung thường dùng tiết diện đặc. Dầm đứng ở
giữa thường dùng loại rỗng, còn dầm đứng hai đầu dùng loại đặc.
Hình dạng mặt cắt ngang của cửa van phải bảo đảm dòng cháy dưới đáy van
không va vào dầm chính dưới. Nếu vì một nguyên nhân nào đó không thể đưa dầm
chính dưới lên phía trên, thì kết của dầm dầm chính tốt nhất là dùng loại rỗng
(giàn). Khi dùng dầm đặc thì bản bụng của dầm cần phải khoét lỗ, diện tích của lỗ
không được nhỏ hơn 20% tổng diện tích bản bụng dầm chính. Loại cửa van có dầm
chính bố trí thấp thường gặp trong cống có khẩu độ lớn và chịu cột nước nhỏ.
Khi thiết kế cửa van dùng càng ít phân tố ghép càng tốt, cố gắng dùng thép
định hình. Không nên dùng loại tiết diện có khe hẹp, vì khó kiểm tra, khó vệ sinh và
quét sơn. Tất cả các phân tố chính chịu uốn hoặc chịu nén dọc trục, phải chọn loại
có độ cứng lớn nhất với kích thước cần thiết của mặt cắt ngang theo tính toán.
1.2.2. Chọn sơ bộ hình thức, vị trí và kích thước các bộ phận chính của cửa van
cung
1.2.2.1. Chọn sơ bộ hình thức, vị trí và kích thước của khung chính.
Khung chính là bộ phận quan trọng trong cửa van hình cung, có tác dụng
chuyền toàn bộ áp lực nước, trọng lượng bản thân và trọng lượng lớp nước tran qua
van (nếu có) lên gối bản lề. Khung chính gồm có dầm chính và chân khung.
Khung chính được đặt theo phương bán kính của bản mặt, số lượng khung
chính thường chọn từ một đến ba chiếc (hình 1.11). Tuyệt đại đa số các cửa van
thường dùng hiện nay là loại có hai khung chính chịu tai trọng bằng nhau.

19. 11
Chiều cao của khung chính lấy bằng bán kính của bản mặt, bán kính R của
bản mặt phụ thuộc vào chiều cao ho và bề rộng Lo của cống, thường chọn R =
(1,2 ÷1,5)ho. Ngoài ra cần phải chọn tỷ số R/Lo càng lớn khi nhịp càng nhỏ.
Vị trí tâm quay của cửa van thường đặt ở trên mực nước hạ lưu lớn nhất và
mực nước tràn qua đỉnh đập không va vào trục quay..
Các khung chính thường được bố trí theo nguyên tắc chịu tải trọng bằng
nhau, nếu cửa van có hai khung chính thì chúng phải cách đều hợp lực của áp lực
thủy tĩnh như ở hình 1.11.
Hình 1. 11- Sơ đồ vị trí khung chính
Khi xác định vị trí của khung chính cần xét tới yêu cầu về thủy lực (dòng
chảy không va vào dầm chính dưới), về cấu tạo (bảo đảm cửa van có đủ độ cứng) và
về thi công (tiện cho việc phân đoạn).
Khung chính thường dùng chân thẳng và mảnh, có dầm chính đặc hoặc rỗng
(giàn). Dùng khung chân mảnh có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực xô ngang khi xác
định kích thước tường biên hay trụ pin của công trình, bỏ qua lực ma sát trong gối
bản lề do lực xô ngang sinh ra.
Cấu tạo dầm khung chính phụ thuộc vào kính thước của cửa van (chiều cao
và chiều rộng), loại van (trên mặt hoặc dưới sâu), chế độ khai thác, điều kiện lắp
ghép, chuyên chở và vật liệu dùng để chế tạo.
Đối với cửa van dưới sâu, khi tải trọng trên một mét dài lớn, mà nhịp lại nhỏ
thì dùng dầm bụng đặc vì lực cắt lớn hơn rất nhiều so với mômen uốn. Đối với cửa
van trên mặt, tải trọng tác dụng lên một mét dài không lớn, do đó lực cắt nhỏ. Khi
nhịp van lớn (20~30m) thường dùng dầm chính rỗng (giàn) kinh tế hơn, vì nếu dùng
dầm đặc thì không thể lợi dụng hết khả năng làm việc của bản bụng dầm.

20. 12
Hình dạng mặt cắt ngang của cửa van đôi khi có ảnh hưởng quyết định đến
việc chọn hình thức dầm chính. Khi cửa van có dầm chính dưới thấp, để tránh hiện
tượng chân không dưới dầm chính, dầm chính thường chọn loại giàn.
Nhịp tính toán của khung chính bằng khoảng cách giữa hai mặt phẳng đối
xứng của chân van, được xác định như sau :
- Khi van đặt trong rãnh van:
L = Lo +2d = Lo + 2 (0.3 ÷ 0.5) m
- Khi van đặt trên công xôn của trụ pin (hình 4.6b):
L = Lo - 2d’= Lo - 2(0.4 ÷ 0.6) m
trong đó:
L - nhịp tính toán của khung chính.
Lo - bề rộng của lỗ cống bằng khoảng cách trong giữa hai trụ pin.
d, d’ - khoảng cách từ mép lỗ cống tới tâm gối bản lề, chọn càng lớn khi tải
trọng tác dụng lên van càng lớn.
Chiều cao dầm của khung chính có thể chọn sơ bộ như sau:
- Đối với dầm chính đặc: h= L
15
1
~
10
1




- Đối với dầm chính rỗng h= L
9
1
~
7
1




khi thanh bụng xiên
h= L
8
1
~
6
1




khi thanh bụng tam giác
1.2.2.2. Sơ bộ chọn hình thức, vị trí của giàn đứng (giàn ngang)
Cũng tương tự như trong cửa van phẳng, giàn đứng hay còn gọi là giàn
ngang là một bộ phận rất quan trọng của kết cấu cửa van hình cung. Giàn đứng có
tác dụng đỡ áp lực nước từ ô dầm và chuyền lên dầm của khung chính, phân đều tải
trọng lên khung chính và chịu các lực ngẫu nhiên không nằm trong mặt phẳng của
khung chính.
Giàn đứng được tạo bởi thanh đứng của ô dầm, thanh đứng của giàn chính và
thanh đứng của giàn chịu trọng lượng.
Tuỳ theo kích thước của cửa van và hình dáng mặt cắt ngang mà chọn giàn
đứng cho thích hợp.

21. DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 50007
DOWNLOAD: + Link tải: Xem bình luận
Hoặc : + ZALO: 0932091562