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: “Nghiên cứu hình dạng,
kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp lớn” 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, tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn
TRẦN ĐỨC TRUNG
BẢN CAM KẾT
Tên tôi là: Trần Đức Trung
Học viên lớp: 19C12
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những
nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai
công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào.
Hà Nội, tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn
TRẦN ĐỨC TRUNG
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................
T
4
1
T
4
1
BẢN CAM KẾT ...............................................................................................
T
4
1
T
4
1
MỤC LỤC ........................................................................................................
T
4
1
T
4
1
DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................
T
4
1
T
4
1
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................
T
4
1
T
4
1
CHƯƠNG 1 - MỞ ĐẦU ................................................................................ 1
T
4
1
T
4
1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................. 1
T
4
1
T
4
1
1.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 4
T
4
1
T
4
1
1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................... 4
T
4
1
T
4
1
1.4. Kết quả nghiên cứu cần đạt được .......................................................... 4
T
4
1
T
4
1
CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN PHẲNG .............................. 5
T
4
1
T
4
1
2.1. Khái quát về cửa van phẳng .................................................................. 5
T
4
1
T
4
1
2.1.1. Định nghĩa và phân loại .................................................................. 5
T
4
1
T
4
1
2.1.2. Các bộ phận chính .......................................................................... 5
T
4
1
T
4
1
2.1.2. Tải trọng tác dụng lên cửa van ....................................................... 7
T
4
1
T
4
1
2.2. Phân tích nội lực và biến dạng kết cấu van phẳng ................................ 9
T
4
1
T
4
1
2.2.1. Phương pháp tính toán cửa van phẳng ........................................... 9
T
4
1
T
4
1
2.2.2. Tính toán dầm chính van theo hệ phẳng ......................................... 9
T
4
1
T
4
1
2.2.2.1. Xác định vị trí dầm chính ......................................................... 9
T
4
1
T
4
1
2.2.2.2. Nhịp tính toán của dầm chính ................................................ 12
T
4
1
T
4
1
2.2.2.3. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính.......................................... 12
T
4
1
T
4
1
2.2.2.4. Kiểm tra cường độ và độ võng của dầm chính ...................... 14
T
4
1
T
4
1
2.2.3. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng ............................................. 16
T
4
1
T
4
1
2.2.3.1. Kết cấu giàn chính ................................................................. 16
T
4
1
T
4
1
2.2.3.2. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng....................................... 17
T
4
1
T
4
1
2.2.3.3. Kiểm tra cường độ và độ võng của giàn chính ...................... 18
T
4
1
T
4
1
2.2.4. Tính toán dầm đứng theo hệ phẳng .............................................. 19
T
4
1
T
4
1
2.2.4.1. Hình thức và vị trí dầm đứng ................................................ 19
T
4
1
T
4
1
2.2.4.2. Tính toán dầm đứng ............................................................... 19
T
4
1
T
4
1
2.2.5. Tính toán lực đóng mở van ........................................................... 21
T
4
1
T
4
1
2.2.6. Tính toán dầm chính và dầm đứng bằng phần mềm SAP2000 .... 21
T
4
1
T
4
1
2.3. Cửa van phẳng nhịp lớn ...................................................................... 23
T
4
1
T
4
1
2.3.1. Kết cấu van phẳng nhịp lớn .......................................................... 23
T
4
1
T
4
1
2.3.2. Phân tích nội lực kết cấu van phẳng theo bài toán không gian bằng
T
4
1
phần mềm SAP2000 ............................................................................... 25
T
4
1
CHƯƠNG 3 – GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SAP2000 – PHÂN TÍCH
T
4
1
KẾT CẤU CỬA VAN PHẲNG .................................................................. 27
T
4
1
3.1. Khái quát về phần mềm SAP2000 ...................................................... 27
T
4
1
T
4
1
3.2. Một vài điểm cần lưu ý khi sử dụng phần mềm ................................. 28
T
4
1
T
4
1
3.2.1. Đối tượng, phần tử và nhóm......................................................... 28
T
4
1
T
4
1
3.2.2. Hệ tọa độ ....................................................................................... 29
T
4
1
T
4
1
3.2.2.1. Hệ tọa độ tổng thể .................................................................. 29
T
4
1
T
4
1
3.2.2.2. Hệ tọa độ cục bộ (địa phương) .............................................. 29
T
4
1
T
4
1
3.2.3. Dấu của nội lực và ứng suất ......................................................... 32
T
4
1
T
4
1
3.2.3.1. Phần tử thanh:........................................................................ 32
T
4
1
T
4
1
3.2.3.2. Phần tử vỏ: ............................................................................. 33
T
4
1
T
4
1
3.3. Phân tích kết cấu cửa van phẳng bằng phần mềm SAP2000 ............. 34
T
4
1
T
4
1
3.3.1. Mô hình hóa kết cấu van phẳng .................................................... 34
T
4
1
T
4
1
3.3.2. Phân tích nội lực kết cấu van phẳng ............................................. 36
T
4
1
T
4
1
3.3.2.1. Cửa van nằm trên ngưỡng ..................................................... 37
T
4
1
T
4
1
3.3.2.2. Cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng .......................................... 38
T
4
1
T
4
1
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .......................................................................... 38
T
4
1
T
4
1
CHƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN
T
4
1
DẠNG CỦA CỬA VAN PHẲNG CỐNG MƯƠNG CHUỐI.................. 39
T
4
1
4.1. Nhiệm vụ và quy mô công trình ......................................................... 39
T
4
1
T
4
1
4.1.1. Nhiệm vụ công trình ..................................................................... 39
T
4
1
T
4
1
4.1.2. Quy mô công trình đầu mối .......................................................... 39
T
4
1
T
4
1
4.2. Kết cấu cửa van ngăn triều và giảm ngập ........................................... 42
T
4
1
T
4
1
4.2.1. Mô tả kết cấu cửa van ................................................................... 42
T
4
1
T
4
1
4.2.2. Số liệu tính toán ............................................................................ 44
T
4
1
T
4
1
4.2.3. Trường hợp tính toán .................................................................... 44
T
4
1
T
4
1
4.3. Phân tích kết cấu van phẳng nhịp lớn bằng phần mềm SAP2000 ...... 45
T
4
1
T
4
1
4.3.1. Mô hình hoá kết cấu van phẳng nhịp lớn có cánh hạ giàn chính
T
4
1
dạng vòm................................................................................................. 45
T
4
1
4.3.1.1. Kết cấu van phẳng .................................................................. 45
T
4
1
T
4
1
4.3.1.2 . Mô hình hoá kết cấu van phẳng ............................................ 46
T
4
1
T
4
1
4.3.2. Mô hình hoá kết cấu van phẳng nhịp lớn có cánh hạ giàn chính
T
4
1
dạng phẳng .............................................................................................. 49
T
4
1
4.3.2.1. Kết cấu van phẳng .................................................................. 49
T
4
1
T
4
1
4.3.2.2 . Mô hình hoá kết cấu van phẳng ............................................ 51
T
4
1
T
4
1
4.3.3. Kết quả tính toán nội lực và chuyển vị cửa van phẳng trong trường
T
4
1
hợp cửa van trên ngưỡng với “cánh hạ giàn chính dạng vòm” và “cánh
hạ giàn chính dạng phẳng” ..................................................................... 54
T
4
1
4.3.3.1 . Bản mặt ................................................................................. 54
T
4
1
T
4
1
4.3.3.2 . Dầm phụ dọc ......................................................................... 60
T
4
1
T
4
1
4.3.3.3. Dầm đứng ............................................................................... 66
T
4
1
T
4
1
4.3.3.4. Cánh hạ giàn chính ................................................................ 71
T
4
1
T
4
1
4.3.3.5. Giàn đứng ............................................................................... 79
T
4
1
T
4
1
4.3.3.6. Phản lực tại 2 gối đáy cửa van .............................................. 84
T
4
1
T
4
1
4.3.4. Nhận xét và kết luận ..................................................................... 85
T
4
1
T
4
1
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................... 86
T
4
1
T
4
1
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 88
T
4
1
T
4
1
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 - Cống Liên Mạc .............................................................................. 2
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 1.2 - Cống ngăn mặn ở Sóc Trăng ......................................................... 2
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 1.3- Công trình ngăn sông...................................................................... 3
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 1.4 – Đập chắn sóng ............................................................................... 3
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 1.5 - Cửa van nhịp lớn (50~64m) EMS- CHLB Đức ( 2002) ............... 3
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.1- Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu ........................................... 5
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.2 - Kết cấu cửa van phẳng .................................................................. 6
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.3 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu ....... 7
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.4 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính ................................. 11
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.5 - Tiết diện tính toán và biểu đồ ứng suất pháp của dầm chính ...... 14
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.6 - Dầm chính có chiều cao thay đổi ................................................ 14
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.7 - Giàn chính có cánh hạ hình đa giác............................................. 16
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.8 - Hình thức tiết diện thanh giàn chính ........................................... 17
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.9 - Sơ đồ tính toán giàn chính ........................................................... 17
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.10 - Sơ đồ tính toán giàn đứng.......................................................... 20
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.11 - Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều .................... 23
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.12 - Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều .................... 24
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.13 - Kết cấu giàn chính có thanh cánh hạ cong hai chiều ................ 24
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 2.14 - Gối đỡ kiểu trượt ....................................................................... 25
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.1 - Hệ tọa độ cục bộ của phần tử thanh ........................................... 31
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.2 - Trục tọa độ cục bộ 2 và 3 của phần tử thanh............................... 31
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.3 - Hệ toạ độ cục bộ của phần tử vỏ ................................................. 32
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.4 - Quy ước dấu của lực dọc và mômen xoắn .................................. 33
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.5 - Quy ước dấu của lực cắt và mômen uốn ..................................... 33
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.6 - Quy ước dấu nội lực của vỏ......................................................... 34
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.7 – Tiết diện dập hình thang Precast của dầm phụ dọc .................... 34
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.8 - Mô hình hóa bản mặt và dầm đứng ............................................. 35
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.9 - Quy ước về các điểm Insertion Points......................................... 35
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.10 - Trình tự mô hình hóa dầm phụ dọc ........................................... 36
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.11 - Mô hình hóa cửa van phẳng bằng phần mềm SAP2000 ........... 36
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 3.12 - Sơ đồ liên kết cửa van khi đóng và khi mở .............................. 37
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.1 – Bản đồ bố trí hệ thống thủy lợi chống ngập TP Hồ Chí Minh ... 40
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.2 – Bản đồ vị trí cống Mương Chuối ................................................ 41
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.3 – Mặt bằng cống Mương Chuối ..................................................... 42
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.4 – Cắt dọc cống Mương Chuối........................................................ 42
TU
4
1
T
4
1
U
T
4
1
Hình 4.5 – Mặt bằng và cắt dọc cửa van có cánh hạ giàn chính dạng vòm . 43
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.6 – Mặt bằng và cắt dọc cửa van có cánh hạ giàn chính dạng phẳng
TU
4
1
T
4
1
U
....................................................................................................................... 43
Hình 4.7 - Sơ đồ tính toán ............................................................................. 45
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.8 - Kết cấu van phẳng (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) .............. 46
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.9 - Kết cấu giàn đứng có cánh hạ giàn chính dạng vòm................... 47
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.10 – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng (TH cánh hạ giàn chính
TU
4
1
dạng vòm) ...................................................................................................... 48
T
4
1
U
Hình 4.11 - Áp lực nước thượng lưu và hạ lưu bằng phổ mầu ..................... 49
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.12 – Kết cấu van phẳng (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)......... 50
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.13 - Kết cấu giàn đứng có cánh hạ giàn chính dạng phẳng .............. 52
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.14a – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng nhìn từ hạ lưu (TH cánh
TU
4
1
hạ giàn chính dạng phẳng) ............................................................................. 52
T
4
1
U
Hình 4.14b – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng nhìn từ thượng lưu (TH
TU
4
1
cánh hạ giàn chính dạng phẳng) .................................................................... 53
T
4
1
U
Hình 4.15 - Mã nút nửa trái bản mặt............................................................. 54
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.16 - Biểu đồ chuyển vị bằng phổ mầu nửa trái bản mặt ................... 55
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.17 - Biểu đồ ứng suất S 11 và S 22 bằng phổ mầu nửa trái bản mặt (TH
TU
4
1
RU
U
RU
U
RU
U
RU
U
cánh hạ giàn chính dạng vòm) ....................................................................... 57
T
4
1
U
Hình 4.18 - Biểu đồ ứng suất S 11 và S 22 bằng phổ mầu nửa trái bản mặt(TH
TU
4
1
RU
U
RU
U
RU
U
RU
U
cánh hạ giàn chính dạng phẳng) .................................................................... 58
T
4
1
U
Hình 4.19 – Sơ họa mã các phần tử của dầm phụ dọc ở nửa trái của cửa van
TU
4
1
T
4
1
U
....................................................................................................................... 60
Hình 4.20 – Mã nút và mã phần tử nửa trái dầm phụ dọc số 3 .................... 60
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.21 - Biểu đồ nội lực của nửa trái dầm phụ dọc số 3 (TH cánh hạ giàn
TU
4
1
chính dạng vòm) ............................................................................................ 61
T
4
1
U
Hình 4.22 - Biểu đồ nội lực của nửa trái dầm phụ dọc số 3 (TH cánh hạ giàn
TU
4
1
chính dạng phẳng) ......................................................................................... 62
T
4
1
U
Hình 4.23 - Biểu đồ chuyển vị của nửa trái dầm phụ dọc số 3..................... 64
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.24 - Kết cấu dầm đứng và giàn chính ............................................... 66
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.25 – Mã phần tử và mã nút của dầm đứng số 1 và 4 ........................ 66
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.26 - Biểu đồ phổ màu chuyển vị của dầm đứng số 4........................ 67
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.27a - Biểu đồ ứng suất S11 bằng phổ mầu của dầm đứng số 1........ 68
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.27b - Biểu đồ ứng suất S22 bằng phổ mầu của dầm đứng số 1 ....... 69
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.28 – Mã phần tử và mã nút cánh hạ giàn chính ................................ 71
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.29 - Biểu đồ lực dọc P của cánh hạ giàn chính do trọng lượng bản
TU
4
1
thân (DEAD).................................................................................................. 72
T
4
1
U
Hình 4.30 - Biểu đồ lực cắt V2 của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng
TU
4
1
(TH1) ............................................................................................................. 73
T
4
1
U
Hình 4.31 - Biểu đồ momen M3 của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng
TU
4
1
(TH1) ............................................................................................................. 74
T
4
1
U
Hình 4.32 - Biểu đồ chuyển vị của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng
TU
4
1
(TH1) ............................................................................................................. 77
T
4
1
U
Hình 4.33 - Biểu đồ chuyển vị của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng
TU
4
1
(TH1) ............................................................................................................. 77
T
4
1
U
Hình 4.34 – Sơ họa vị trí các giàn đứng ....................................................... 79
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.35 – Mã phần tử và mã nút của giàn đứng số 2 ................................ 79
TU
4
1
T
4
1
U
Hình 4.36 – Biểu đồ nội lực giàn đứng số 2 do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH
TU
4
1
cánh hạ giàn chính dạng vòm) ....................................................................... 80
T
4
1
U
Hình 4.37 – Biểu đồ nội lực giàn đứng số 2 do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH
TU
4
1
cánh hạ giàn chính dạng phẳng) .................................................................... 81
T
4
1
U
Hình 4.38 – Chuyển vị của giàn đứng số 2................................................... 83
TU
4
1
T
4
1
U
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1 - Chuyển vị tại một số nút trên bản mặt (TH cánh hạ giàn chính
TU
4
1
dạng vòm) ...................................................................................................... 56
T
4
1
U
Bảng 4.2 - Chuyển vị tại một số nút trên bản mặt (TH cánh hạ giàn chính
TU
4
1
dạng phẳng) ................................................................................................... 56
T
4
1
U
Bảng 4.3 - Ứng suất S11 và S22 một số phần tử trong bản mặt cửa van (TH
TU
4
1
cánh hạ giàn chính dạng vòm) ....................................................................... 59
T
4
1
U
Bảng 4.4 - Ứng suất S11 và S22 một số phần tử trong bản mặt cửa van (TH
TU
4
1
cánh hạ giàn chính dạng phẳng) .................................................................... 59
T
4
1
U
Bảng 4.5- Kết quả tính toán nội lực của một số phần tử trên dầm phụ dọc số
TU
4
1
3 (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) ............................................................ 63
T
4
1
U
Bảng 4.6 - Kết quả tính toán nội lực của một số phần tử trên dầm phụ dọc số
TU
4
1
3 (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) ......................................................... 63
T
4
1
U
Bảng 4.7 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số phần tử trên dầm phụ dọc
TU
4
1
số 3 (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) ....................................................... 65
T
4
1
U
Bảng 4.8 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số phần tử trên dầm phụ dọc
TU
4
1
số 3 (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) ..................................................... 65
T
4
1
U
Bảng 4.9 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số nút trên dầm đứng số 4
TU
4
1
(TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) ............................................................... 67
T
4
1
U
Bảng 4.10 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số nút trên dầm đứng số 4
TU
4
1
(TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) ............................................................ 67
T
4
1
U
Bảng 4.11 - Kết quả tính toán ứng suất tại một số phần tử của dầm đứng số 1
TU
4
1
(TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) ............................................................... 69
T
4
1
U
Bảng 4.12 - Kết quả tính toán ứng suất tại một số phần tử của dầm đứng số 1
TU
4
1
(TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) ............................................................ 70
T
4
1
U
Bảng 4.13a - Kết quả tính toán nội lực một số phần tử của cánh hạ giàn
TU
4
1
chính do trọng lượng bản thân (DEAD) (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm)
T
4
1
U
....................................................................................................................... 75
Bảng 4.13b - Kết quả tính toán nội lực một số phần tử của cánh hạ giàn
TU
4
1
chính do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) ........... 75
T
4
1
U
Bảng 4.14a - Kết quả tính toán nội lực một số phần tử của cánh hạ giàn
TU
4
1
chính do trọng lượng bản thân (DEAD) (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
T
4
1
U
....................................................................................................................... 76
Bảng 4.14b - Kết quả tính toán nội lực một số phần tử của cánh hạ giàn
TU
4
1
chính do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)......... 76
T
4
1
U
Bảng 4.15 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số nút trên cánh hạ giàn
TU
4
1
chính (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) ..................................................... 78
T
4
1
U
Bảng 4.16 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số nút trên cánh hạ giàn
TU
4
1
chính (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) .................................................. 78
T
4
1
U
Bảng 4.17 - Kết quả tính toán nội lực một số thanh của giàn đứng số 2 (TH
TU
4
1
cánh hạ giàn chính dạng vòm) ....................................................................... 82
T
4
1
U
Bảng 4.18 - Kết quả tính toán nội lực một số thanh của giàn đứng số 2 (TH
TU
4
1
cánh hạ giàn chính dạng phẳng) .................................................................... 82
T
4
1
U
Bảng 4.19 - Kết quả tính toán chuyển vị tại một số nút của giàn đứng số 2
TU
4
1
(TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) ............................................................... 83
T
4
1
U
Bảng 4.20 - Kết quả tính toán chuyển vị tại một số nút của giàn đứng số 2
TU
4
1
(TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) ........................................................... 83
T
4
1
U
Bảng 4.21 - Kết quả tính toán phản lực tại 2 gối bản lề (TH cánh hạ giàn
TU
4
1
chính dạng vòm) ............................................................................................ 84
T
4
1
U
Bảng 4.22 - Kết quả tính toán phản lực tại 2 gối bản lề (TH cánh hạ giàn
TU
4
1
chính dạng phẳng) ......................................................................................... 84
T
4
1
U
1
CHƯƠNG 1 - MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng, hiện nay sự biến đổi
khí hậu và nước biển dâng đang đe dọa nghiêm trọng đến các công trình thủy
lợi đã và đang xây dựng, chúng làm thay đổi các yêu cầu thiết kế và tính
toán, thậm chí còn làm thay đổi nhiệm vụ của công trình thủy lợi hoặc đặt
thêm các yêu cầu phức tạp cho công trình thủy lợi.
Cửa van có nhiệm vụ điều tiết nước, giữ nước khi đóng và xả lũ khi
mở trong các hồ chứa, ngăn mặn và thoát lũ trong các cống vùng triều. Có
nhiều loại cửa van như: cửa van trên mặt, cửa van dưới sâu, cửa van phẳng,
cửa van cung, cửa van quạt, cửa van kiểu ống lăn,... trong đó cửa van phẳng
do có kết cấu đơn giản, dễ gia công chế tạo, vận hành thuận lợi có độ tin cậy
cao nên được áp dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi, thủy điện ở
nước ta cũng như các nước trên thế giới.
Cửa van là một bộ phận quan trọng trong công trình thủy lợi, thủy
điện. Công trình được khai thác tốt hay xấu, có đạt được mục tiêu thiết kế
hay không phụ thuộc vào sự vận hành của cửa van. Khi cửa van bị sự cố sẽ
không những gây tổn hại lớn cho công trình thủy lợi, thủy điện mà còn gây
tác hại cho sản xuất và đời sống ở vùng hạ du.
Ở nước ta cửa van phẳng chủ yếu được dùng với khẩu độ nhỏ hơn
20m như Cống Đồng Quan – Sông Nhuệ khẩu độ BxH = 10x6m gồm hai
thớt; Cống Tân Đệ ở Thái Bình có khẩu độ 5m; Cống Liên Mạc gồm 3
khoang cửa van phẳng khẩu độ nhỏ hơn 10m; một số cống ngăn mặn trong
miền Nam cũng có khẩu độ nhỏ hơn 10m,...
Chính vì vậy “Nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của
cửa van phẳng nhịp lớn” đảm bảo yêu cầu về cường độ và ổn định cũng
2
như độ võng hoặc biến dạng của từng bộ phận cửa van và của toàn cửa van
khi đưa vào vận hành khai thác là rất thiết thực, mang lại hiệu quả kinh tế và
tăng tuổi thọ của cửa van cũng như công trình thủy lợi, thủy điện.
Hình ảnh một số cửa van phẳng ở Việt Nam và trên thế giới:
Hình 1.1 - Cống Liên Mạc
Hình 1.2 - Cống ngăn mặn ở Sóc Trăng
3
Hình 1.3- Công trình ngăn sông
Hình 1.4 – Đập chắn sóng
Hartel – Hà Lan
Hollandse Ijsel
Hình 1.5 - Cửa van nhịp lớn (50~64m) EMS- CHLB Đức ( 2002)
4
1.2. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp
lớn chịu tác dụng của trọng lượng bản thân và áp lực nước.
1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Cửa van được mô hình hóa theo bài toán không gian, bản mặt bằng
phần tử Shells, các phần tử giàn chính và giàn đứng được mô hình hóa bằng
phần tử Frames, dầm phụ ngang có tiết diện hình thang đặt úp vào bản mặt ở
phía thượng lưu.
- Tính toán trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van trong hai
trường hợp cửa van phẳng có giàn chính cánh hạ cong hai chiều và cửa van
phẳng có giàn chính cánh hạ cong một chiều. Đưa ra nhận xét về kết quả tính
toán.
1.4. Kết quả nghiên cứu cần đạt được
- So sánh kết quả tính toán trong hai trường hợp cửa van phẳng có
giàn chính cánh hạ cong hai chiều và cửa van phẳng có giàn chính cánh hạ
cong một chiều.
- Đưa ra kết luận về hình dạng hợp lý về mặt chịu lực của cửa van
phẳng nhịp lớn dầm chính và dầm đứng loại giàn, không có thanh cánh
thượng, thanh cánh hạ có dạng cong hai chiều và dạng cong một chiều.
5
CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN PHẲNG
2.1. Khái quát về cửa van phẳng
2.1.1. Định nghĩa và phân loại
Cửa van có mặt chịu áp lực nước là mặt phẳng hoặc mặt cong, thường
là cong một chiều (mặt trụ đứng), khi đóng mở cửa van chuyển động thẳng
trong rãnh van, cửa van này được gọi là cửa van kéo thẳng (Lift gates), ở đây
ta vẫn dùng cái tên quen thuộc của nó là “cửa van phẳng”. Cửa van chuyển
động thẳng có mặt chịu áp lực nước thông thường là mặt phẳng được sử
dụng rộng rãi trong công trình thuỷ lợi, có thể dùng làm cửa xả lũ ở đập tràn,
có thể dùng làm cửa của các cống lấy nước trong công trình thuỷ lợi, thuỷ
điện.
Cửa van phẳng có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van dưới
sâu, cửa van trên mặt là cửa van có đỉnh cao hơn cao trình mực nước thượng
lưu (hình 2.1a), cửa van dưới sâu là cửa van có đỉnh thấp hơn cao trình mực
nước thượng lưu (hình 2.1b).
Hình 2.1- Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu
2.1.2. Các bộ phận chính
- Cửa van hình phẳng có hai bộ phận chính là bộ phận động và bộ
phận cố định.
- Bộ phận động của cửa van phẳng gồm có các cấu kiện chủ yếu sau:
+ Bản mặt trực tiếp đỡ áp lực nước và truyền tải trọng lên ô dầm.
6
+ Ô dầm được tạo bởi các dầm phụ đứng và dầm phụ ngang, có tác
dụng đỡ bản mặt và truyền tải trọng lên dầm (giàn) đứng.
+ Dầm (giàn) đứng đỡ tải trọng từ ô dầm và truyền tải trọng lên dầm
(giàn) chính.
+ Dầm (giàn) chính chịu toàn bộ áp lực nước tác dụng vào cửa van
và truyền áp lực này lên trụ biên.
+ Giàn chịu trọng lượng được bố trí ở ở phía sau dầm (giàn) chính,
nó được cấu tạo bởi cánh hạ của dầm (giàn) chính, cánh hạ của dầm (giàn)
đứng và các thanh xiên. Giàn chịu trọng lượng chịu trọng lượng bản thân van
và các tải trọng thẳng đứng khác, truyền các tải trọng này lên trụ đứng ở hai
biên (trụ biên) của cửa van.
Hình 2.2 - Kết cấu cửa van phẳng
+ Trụ biên chịu tải trọng từ dầm (giàn) chính và giàn chịu trọng
lượng truyền tới và truyền các tải trọng này lên gối đỡ động của cửa van.
7
+ Bộ phận gối tựa động dùng để truyền toàn bộ tải trọng tác dụng
vào cửa van lên công trình và để dễ dàng di chuyển cửa van trong quá trình
khai thác. Để hạn chế xê dịch ngang và lệch, cũng như để tránh xảy ra hiện
tượng rung động khi cửa van đóng mở không hoàn toàn, cần phải đặt bánh
xe ngược hướng và bánh xe bên.
+ Vật chắn nước ngăn cản không cho nước chảy qua chu vi bản mặt,
đối với cửa van đơn ở trên mặt vật chắn nước được đặt ở ba cạnh (dọc theo
ngưỡng và hai bên), đối với cửa van dưới sâu đặt dọc theo cả bốn cạnh của
bản mặt.
- Bộ phận cố định của cửa van phẳng gồm có các thành phần sau:
đường ray chính (mặt lăn hoặc đường trượt), đường ray ngược hướng và
đường ray bên, các bộ phận cố định của vật chắn nước thẳng đứng và nằm
ngang, các thép góc gia cố khe van và dầm tường ngực.
2.1.2. Tải trọng tác dụng lên cửa van
Tải trọng chủ yếu tác dụng lên cửa van phẳng là áp lực nước và trọng
lượng bản thân cửa van.
- Áp lực thuỷ tĩnh:
+ Biểu đồ áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van phẳng trên mặt và
cửa van dưới sâu được biểu thị ở hình 2.3.
Hình 2.3 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu
8
+ Hợp lực của áp lực nước tác dụng lên 1m dài cửa van ở trên mặt
khi hạ lưu không có nước (hình 2.3a) được xác định theo công thức sau:
W=
1 2
γH t
2
1
z = Ht
3
(2.1)
còn đối với cửa van dưới sâu (hình 2.3b) được xác định theo công thức sau:
1
W = γ ( 2H t − h t ) h t
2
z=
h t 3H t − 2h t
×
3 2H t − h t
(2.2)
(2.3)
trong đó:
γ - trọng lượng riêng của nước.
H t - chiều cao cột nước thượng lưu.
R
R
H n - chiều cao cột nước tường ngực.
R
R
h t - chiều cao tải trọng của cửa van dưới sâu.
R
R
- Trọng lượng bản thân van:
+ Trọng lượng phần động của cửa van phẳng có bánh xe có thể xác
định theo công thức gần đúng sau đây:
Đối với cửa phẳng trên mặt:
PL
G = 10 o
200
0.71
(kN)
(2.4)
(kN)
(2.5)
Đối với cửa phẳng dưới sâu:
PL
G = 10 o
390
0.73
trong đó:
G - trọng lượng phần động của cửa van phẳng (kN)
- Xem thêm -
.PDF 
100 
179 
100 
