Tài liệu Nghiên cứu các giải pháp nâng cao tuổi thọ của cửa van trong công trình thuỷ lợi vùng nước mặn

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội -------------- oOo -------------- BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QỦA NGHIÊN CỨU Đề tài: "NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ CỦA CỬA VAN TRONG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG NƯỚC MẶN" Chủ nhiệm: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH TÂN 8914 Năm 2011 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội -------------- oOo -------------- BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QỦA NGHIÊN CỨU Đề tài: "NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ CỦA CỬA VAN TRONG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG NƯỚC MẶN" Số đăng ký: ................................. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Hà Nội, ngày tháng năm 2011 CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH TÂN Hà Nội, ngày tháng năm 2011 HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Hà Nội, ngày tháng năm 2011 CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI GS.TS TRƯƠNG ĐÌNH DỤ 1 DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN TT Họ và Tên Vai trò thực hiện Cơ quan công tác 1 PGS.TS Nguyễn Đình Tân Chủ nhiệm đề tài Trường ĐH Thuỷ lợi 2 PGS.TS Đỗ Văn Hứa 3 Th.S Trương Quốc Bình 4 PGS.TS Trần Đình Hòa Chủ nhiệm nhánh Viện KH Thuỷ lợi VN 5 GS.TS Nguyễn Văn Khôi Chủ nhiệm nhánh Viện KH&CN Viêt Nam 6 Th.S Nguyễn Hữu Tuấn Thư ký đề tài Trường ĐH Thuỷ lợi 7 Th.S Trần Văn Khanh Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 8 Th.S Đoàn Yên Thế Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 9 KS Phan Bình Nguyên Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 10 KS Ngô Xuân Quang Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 11 Th.S Hồ Sỹ Sơn Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 12 KS Nguyễn Ngọc Minh Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 13 Th.S Vũ Hoàng Hưng Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 14 KS Khúc Hồng Vân Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 15 Th.S Lê Đình Phát Tham gia thực hiện Trường ĐH Thuỷ lợi 16 KS Lê Đình Hưng Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 17 KS Đỗ Thanh Minh Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 18 KS Nguyễn Thị Ngọc Minh Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 19 KS Bùi thị Thu Hà Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 20 KS Hoàng Đình Khiêm Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 21 KS Tống Anh Tuấn Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 22 KS Đỗ Xuân Cường Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 23 KS Vũ Văn Xiêm Tham gia thực hiện Viện KH Thuỷ lợi VN 24 Th.S Trịnh Đức Công Tham gia thực hiện Viện KH&CN Viêt Nam 25 Th.S Nguyễn Quang Huy Tham gia thực hiện Viện KH&CN Viêt Nam 26 Th.S Phạm Thị Thu Hà Tham gia thực hiện Viện KH&CN Viêt Nam Phó CN đề tài (2007) Phó CN đề tài (từ 2008) Trường ĐH Thuỷ lợi Trường ĐH Thuỷ lợi 2 DANH MỤC CÁC SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI STT Nội dung I Nội dung I: Tổng quan về hệ thống cửa van vùng mặn trên các công trình thuỷ lợi ven biển Việt nam 1.1 Tổng quan về kết cấu cửa van vùng triều Tổng quan về kết cấu thép và cửa van vùng triều Đánh giá tồn tại trong kết cấu truyền thống ảnh hưởng đến ăn mòn. 1.2 Tổng quan về vật liệu thép kết cấu Vật liệu chế tạo kết cấu thép Hiện trạng sử dụng vật liệu thép trên công trình thuỷ lợi 1.3 Tổng quan về ăn mòn và các phương pháp bảo vệ Ăn mòn kim loại và các yếu tố ảnh hưởng Các phương pháp bảo vệ và phương pháp bảo vệ kết hợp 1.4 Tổng quan về cửa van bằng vật liệu composit Tổng quan về vật liêu composit Cửa van composit và các dạng hỏng thường gặp II Nội dung II: Nghiên cứu các giải pháp về kết cấu nâng cao tuổi thọ của cửa van thép 2.1 Nghiên cứu các giải pháp về kết cấu để không còn đọng nước Nghiên cứu các giải pháp về kết cấu để không còn hiện tượng đọng nước Đề xuất biện pháp công nghệ gia công chế tạo Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn I Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn II Lựa chọn các thông số hình học để kết cấu làm việc an toàn 2.2 Nghiên cứu các dạng kết cấu không có khe hẹp Đề xuất các dạng mặt cắt thanh không có khe hẹp chế tạo các bộ phận cửa van Các dạng dàn thép làm bằng thép góc đơn Các dàn thép có cánh bằng thép chữ T Các dàn thép có cánh bằng thép hộp kín Cấu tạo và tính toán liên kết, mối nối lắp ráp Chọn dạng tiết diện hợp lý cho các cấu kiện của cửa Sản phẩm Ghi chú Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề 3 2.3 Nghiên cứu cửa van kết cấu ứng suất trước Đề xuất, các sơ đồ ứng suất trước cho cửa van Thiết lập sơ đồ tính toán cho cửa van có dàn ứng suất trước Tính toán dầm chính ứng suất ở cửa van theo trạng thái giới hạn I Tính toán dầm chính ứng suất ở cửa van theo trạng thái giới hạn II Cấu tạo gối căng ứng suất trước NC phương pháp chế tạo, lắp đặt kết cấu ứng suất trước cho cửa van mới NC phương pháp chế tạo, lắp đặt kết cấu ứng suất trước để nâng cấp cửa van 2.4 Nghiên cứu dạng kết cấu mới cửa van Đề xuất áp dụng loại cửa van với bản mặt có độ cong nhỏ Phương pháp tính toán thiết kế gần đúng Phương pháp tính toán theo kết cấu không gian Giải pháp cấu tạo cho một số kết cấu chính 2.5 Nghiên cứu áp dụng các kết cấu mới vào cửa van cung và tự động trục đứng Điều kiện áp dụng dầm có lỗ đối với cửa van cung Điều kiện áp dụng dầm có lỗ đối với cửa van tự động vùng triều Điều kiện áp dụng các kết cấu không có khe hẹp cho cửa van 2.6 Báo cáo tổng hợp nội dung II III Nội dung III: Nghiên cứu giải pháp nâng cao tuổi thọ cửa van thép vùng mặn trên cơ sở sử dụng các vật liệu chế tạo thích hợp 3.1 Nghiên cứu thành phần và tính chất cơ học của thép Nghiên cứu đánh giá thành phần hóa học của thép kết cấu Nghiên cứu đánh giá tính chất cơ học của thép kết cấu 3.2 Nghiên cứu tính chất điện hoá của thép két cấu NC ảnh hưởng nồng độ môi trường tính chất điện hoá của thép kết cấu 3.3 Nghiên cứu độ bền ăn mòn thép kết cấu bằng bằng phương pháp gia tốc Nghiên cứu thử nghiệm bằng phương pháp gia tốc mù muối Nghiên cứu thử nghiệm trong nước biển nhân tạo bão hoà ôxy Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo tổng hợp Thuyết minh và tập bản vẽ thiết kế Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề 4 3.4 Chuẩn bị nghiên cứu thử nghiệm taị hiện trường Nghiên cứu lựa chọn hiện trường thử nghiệm vùng độ mặn cao Nghiên cứu lựa chọn hiện trường thử nghiệm vùng độ mặn thấp 3.5 Đánh giá kết quả thủ nghiệm tại hiện trường Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không sơn phủ từ tháng đầu đến tháng thứ 6 Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không sơn phủ tháng thứ 6-18 (độ măn thấp) Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không sơn phủ tháng thứ 6-18 (độ mặn cao) Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không sơn phủ từ tháng 18 đến tháng thứ 24 Nghiên cứu ảnh hưởng của ăn mòn tiếp xúc của vật liệu khác nhau 3.6 NC đề xuất một số kết cấu phù hợp với vật liệu mới Nghiên cứu cải tiến hệ thống đóng mở cửa van tự động 2 chiều Nghiên cứu cải tiến kết cấu kín nước cửa van tự động 2 chiều Nghiên cứu cải tiến kết cấu kín nước cửa van tự động 1 chiều 3.7 Nghiên cứu đề xuất loại vật liệu cho từng chi tiết kết cấu Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho các kết cấu chính cửa van cung thép kết cấu N/C đề xuất vật liệu cho thiết bị điều khiển và kết cấu phụ van cung thép kết cấu Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho các kết cấu chính cửa van phẳng thép kết cấu N/C đề xuất vật liệu cho thiết bị điều khiển và kết cấu phụ van phẳng thép kết cấu Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho các kết cấu chính cửa van tự động trục đứng khung thép không gỉ, bản mặt là thép kết cấu N/C đề xuất vật liệu cho thiết bị điều khiển và kết cấu phụ cửa van tự động trục đứng khung thép không gỉ, bản mặt là thép kết cấu IV Nội dung IV: Nghiên cứu giải pháp nâng cao tuổi thọ cửa van thép vùng mặn trên cơ sở bảo vệ kim loại bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm epoxy có tăng bền thời tiết. 4.1 Nghiên cứu lớp phủ kết hợp trong phòng thí nghiệm. Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề 5 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ phun phủ đến tính chất lớp phủ kẽm Nghiên cứu lưa chọn lớp phủ Epoxy thích hợp Nghiên cứu nâng cao độ bền thời tiết của lớp phủ epoxy Thử nghiệm gia tốc mù muối cho hệ lớp phủ kẽm epoxy có bền thời tiết Thử nghiêm gia tốc thời tiết cho hệ lớp phủ kẽm epoxy có bền thời tiết 4.2 Nghiên cứu thử nghiệm lớp phủ kết hợp tại hiện trường N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ từ tháng đầu đến tháng thứ 6 N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ tại vùng ngập nước từ tháng thứ 6 -18 N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ tại vùng thủy triều từ tháng thứ 6 -18 N/C thử nghiệm hiện trường các hệ lớp phủ tại vùng khí quyển từ tháng thứ 6 - 18 N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ từ tháng thứ 18 đén tháng 24 4.3 Xây dựng quy trình công nghệ sơn phủ bảo vệ Xây dựng quy trình làm sạch bề mặt và phủ kẽm Xây dựng quy trình phủ epoxy và epoxy bền thời tiết trên nền kẽm V Nội dung V: Nghiên cứu giải pháp kết cấu nâng cao tuổi thọ cửa van bằng vật liệu kết hợp: thép kết cấu và vật liệu composit 5.1 Nghiên cứu cải tiến các kết cấu cửa van sử dụng vật liệu kết hợp thép kết cấu và composit Nghiên cứu sơ đồ bố trí kết cấu cho của van tự động trục đứng Nghiên cứu kết cấu liên kết cấu kiện thép composit Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ kết cấu của van tự động trục đứng Nghiên cứu ứng dụng vật liệu composit cho kết cấu chi tiết Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ kết cấu chi tiết Công nghệ chế tạo lắp đặt cửa van tự động trục đứng Nghiên cứu sơ đồ bố trí kết cấu cho của van Clape Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ kết cấu của van Clape Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề 6 5.2 Nghiên cứu kết cấu mới và đề xuất loại vật liệu cho chi tiết kết cấu Nghiên cứu đề xuất sơ đồ nguyên lý kết cấu mới cho cửa van trục đứng Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ đề xuất Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho kết cấu chính cửa van tự động khung thép không gỉ, bản mặt là thép kết cấu và composit 5.3 Báo cáo tổng hợp nội dung V VI Nội dung VI: Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế, công nghệ chế tạo và lắp đặt thử nghiệm 2 cửa van tự động trục đứng cho vùng ven biển đồng bằng sông Hồng và sông Cửu long 6.1 Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp đặt cho 01 cửa van tự động đóng mở một hoặc hai chiều: Khung thép không gỉ, cánh van bằng thép kết cấu, chống ăn mòn bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm và sơn epoxy bền thời tiết vùng ven biển Thái Bình (12-16m2) Thiết kế cửa van tự động 1 chiều Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo chuyên đề Báo cáo tổng hợp Chế tạo, vận chuyển, lắp đặt cửa van tự động 1 chiều cống Diêm Điền I – Thái Bình Thuyết minh và tập bản vẽ thiết kế Báo cáo chuyên đề Chế tạo, vận chuyển, lắp đặt cửa van tự động 2 chiều cống Phụng Thị – Cà Mau Khảo sát lựa chọn công trình thử nghiệm Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp đặt cho 01 cửa van tự động đóng mở hai 6.2 chiều: Khung thép không gỉ, cánh van bằng vật liệu kết hợp: Thép kết cấu và vật liệu composit ở Cà Mau (10-12m2) Thiết kế cửa van tự động 2 chiều Thuyết minh và tập bản vẽ thiết kế VII Nội dung VII: Báo cáo tổng kết 7.1 Báo cáo giai đoạn năm 2007 Báo cáo chung năm 2007 Báo cáo khoa học Báo cáo tóm tắt năm 2007 Báo cáo tóm tắt 7.2 Báo cáo giai đoạn năm 2008 Báo cáo chung năm 2008 Báo cáo khoa học Báo cáo tóm tắt năm 2008 Báo cáo tóm tắt 7.3 Báo cáo giai đoạn năm 2009 Báo cáo chung năm 2009 Báo cáo khoa học Báo cáo tóm tắt năm 2009 Báo cáo tóm tắt 7.4 Báo cáo tổng kết 2007 - 2009 Báo cáo tổng kết năm 2007 - 2009 Báo cáo tổng kết Báo cáo tóm tắt năm 2007 - 2009 Báo cáo tóm tắt 7 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Các chữ viết tắt Thép Pháp Thép lấy từ công trình thuỷ lợi thời Pháp. C/A Tỷ lệ diện tích bề mặt Catốt/Anốt e- Electron 2. Các ký hiệu m1 Khối lượng mẫu trước khi thử nghiệm m2 Khối lượng mẫu sau khi thử nghiệm ∆m Hao hụt khối lượng Pkhl Tốc độ ăn mòn khối lượng Ptn Tốc độ thâm nhập T Nhiệt độ t Thời gian b Chiều rộng cửa h Chiều cao mực nước cần tiêu ∆H Độ chênh mực nước thượng hạ lưu ρKL Tỷ trọng kim loại σch Giới hạn chảy σb Giới hạn bền δ Độ giãn dài tương đối ψ Độ co thắt tương đối ∝f Là hệ số dãn nở của sợi ∝r Hệ số dãn nở nhiệt của nhựa Ef Hệ số dãn nở nhiệt của Composite Et Mô đun kéo Ec Mô đun nén theo hướng các sợi Ef Mô đun uốn M Trọng lượng sợi thủy tinh dạng mat có trong composite S Trọng lượng sợi thủy tinh dệt (Roving) có trong composite ρm Khối lượng riêng của chất nhựa ρf Khối lượng riêng của nhựa gia cường 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Bảng 2.8 Bảng 2.9 Bảng 2.10 Bảng 2.11 Bảng 2.12 Bảng 2.13 Bảng 2.14 Bảng 2.15 Bảng 2.16 Bảng 2.17 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Tiêu đề bảng Trang Thành phần hoá học và cơ tính của một số loại thép không rỉ 32 Một số thông số kỹ thuật lớp phủ phun kẽm-sơn bảo vệ cửa van 38 Thông số cơ lý tính của vật liệu composite Polyme 41 Một số cửa van composite điển hình được lắp đặt trong thời gian 1998-2002 43 Giá trị ứng suất tại các điểm đặc trưng 54 Kết quả tính chuyển vị của dầm lỗ 57 Chiều dài dầm hợp lý ứng với các chiều cao dầm khác nhau 60 Đặc trưng hình học của mặt cắt truyền thống và mặt cắt thay 64 thế Nội lực và khối lượng các thanh của dàn ngang và dàn chịu trọng lượng cấu tạo bằng các thanh thép góc ghép có khe hẹp 65 Nội lực và khối lượng các thanh của dàn ngang và dàn chịu trọng lượng cấu tạo bằng các thép góc đơn 66 Bảng so sánh ứng suất nội lực thép góc đơn chữ L 67 Bảng so sánh ứng suất nội lực thép góc đơn chữ T 67 Bảng so sánh ứng suất nội lưc của thép hộp 68 Bảng so sánh chuyển vị của một số điểm tương đồng trên thanh đơn L và thanh gép có khe hẹp 68 Bảng so sánh ứng suất tại các điểm ở mép miền kéo của dầm trong các trường hợp tạo ứng suất trước 79 So sánh giá trị chuyển vị trong dầm 80 Ứng suất pháp tại một số điểm chủ yếu 88 Chuyển vị tại một số điểm chủ yếu 88 Bảng so sánh nội lực một số thanh dàn chính 92 Bảng khối lượng trước khi điều chỉnh 93 Bảng khối lượng sau khi điều chỉnh 94 Thành phần hoá học của các mẫu thép 106 Kết quả thử cơ tính của các vật liệu chế tạo cửa van 108 Vật liệu chi tiết cho bề mặt 135 Vật liệu chi tiết cho kết cấu càng 138 Vật liệu chi tiết cho cụm cối quay 140 Vật liệu cho các chi tiết chính của cánh cửa van tự đông trục đứng 142 Vật liệu chi tiết cụm cối quay 145 9 Bảng 3.8 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Bảng 4.4 Bảng 4.5 Bảng 4.6 Bảng 4.7 Bảng 5.1 Bảng 5.2 Bảng 5.3 Bảng 5.4 Bảng 5.5 Bảng 5.6 Bảng 5.7 Bảng 5.8 Bảng 5.9 Bảng 5.10 Bảng 5.11 Bảng 5.12 Bảng 5.13 Bảng 5.14 Bảng 5.15 Bảng 5.16 Bảng 5.17 Bảng 6.1 Bảng 6.2 Bảng 6.3 Bảng 6.4 Bảng 6.5 Vật liệu chi tiết khung cửa Ảnh hưởng của chiều dày lớp phủ kẽm đến tuổi thọ của kết cấu thép Chiều dày, độ dính bám, độ xốp của lớp phủ kẽm Quy trình phun sơn cho mẫu thí nghiệm gia tốc mù muối và thời tiết Tính chất cơ lý của màng sơn epoxy có phụ gia UV Quy trình thi công sơn cho mẫu thí nghiệm hiện trường Quy trình thi công sơn epoxy trên nền lớp phun phủ kẽm Bảng so sánh các chỉ tiêu cơ lý của sơn epoxy có phụ gia UV 146 161 163 166 177 178 Giá trị ρ tương ứng với các hằng số a, b theo thời gian 201 Giá trị ρ2 tương ứng với hằng số A theo thời gian Độ bền của vật liệu composite trong môi trường ăn mòn Độ bền va đập của vật liệu composite Độ bền uốn mẫu Composite: Nhựa nền là UP – 268 BQT (Singapore) Mẫu composite: Nhựa nền là Epoxy (Nga) Độ cứng bề mặt Một số chỉ tiêu cơ lý Kết quả đo kéo đứt Giá trị trong 5 lần đo Giá trị trung bình đo E sau từng lần đo Giá trị đo E và m sau từng lần đo Giá trị đo o sau từng lần đo Giá trị trung bình sau 5 lần đo Kết quả thí nghiệm uốn Kết quả thí nghiệm thử kéo Một số quy trình công nghệ chế tạo composite Một số thông số kỹ thuật cống Diêm Điền Ứng suất cho phép của kết cấu thép Ứng suất cho phép đối với liên kết hàn Diện tích bề mặt kết cấu cánh cửa van Diện tích bề mặt kết cấu khung cửa van 202 204 205 149 153 206 206 207 207 209 210 211 211 211 211 212 213 216 227 230 230 231 232 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Tên hình vẽ và đồ thị Một số công trình vùng mặn tiêu biểu ở các nước công nghiệp phát triển Một số loại cửa van vùng triều thường gặp Hình thức kết cấu cửa van dễ bị mòn Giản đồ Schaefler: tổ chức của thép không rỉ a) Cửa van cống Nhâm Lang (1936); b) Cửa van Thuỷ Điện Sơn La (thép 09Mn2Si); c) Cửa van thép không rỉ (SUS 304); d) Cửa van cống Kỳ Sơn (khung thép, bản mặt Composite) Cửa van cống Vàm Tháp được bảo vệ bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm - sơn epoxy dày 180µm sau 10 năm làm việc Hiện tượng phồng rộp, tróc bong lớp sơn phủ epoxy vùng không ngập nước Kết cấu cửa van phẳng (2200x2400mm) bằng phương pháp cổ truyền Kết cấu cửa van phẳng bằng composite dạng dầm liên tục Dầm han rỉ do đọng nước Hiện tượng đọng nước trong dầm đáy Bố trí lỗ thoát nước không hợp lý Nước không thoát do bị tắc lỗ thoát nước Bố trí hợp lý kết cấu cửa van tránh đọng nước Kết cấu dầm lỗ Các thanh thép ống nối trực tiếp với nhau bằng liên kết hàn Mô hình cửa van phẳng dầm chính kiểu hộp kín Côp pha thép đập bê tông sử dụng kết cấu dầm lỗ Biện pháp gia công dầm lỗ từ dầm chữ H Dầm lỗ có tiết diện thay đổi Tạo lỗ ô van giảm ứng suất Mô hình dầm sau khi đã chia phần tử và sơ đồ tải trọng Vị trí các điểm đặc trưng: a0 - chiều cao dích dắc; h0 chiều cao dầm ban đầu; H - chiều cao dầm sau khi khoét lỗ Trạng thái ứng suất trong toàn dầm với a0 = 0,2h Quan hệ ứng suất và chiều cao phần cắt dích dắc a0 Chuyển vị của bản bụng dầm với a0 = 0,2h0 Quan hệ chuyển vị f và chiều cao phần cắt dích dắc a0 Trang 27 28 29 32 34 37 38 41 43 48 49 49 49 50 50 51 51 52 52 53 53 53 54 55 55 56 57 11 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Hình 2.25 Hình 2.26 Hình 2.27 Hình 2.28 Hình 2.29 Hình 2.30 Hình 2.31 Hình 2.32 Hình 2.33 Hình 2.34 Hình 2.35 Hình 2.36 Hình 2.37 Hình 2.38 Hình 2.39 Hình 2.40 Hình 2.41 Hình 2.42 Hình 2.43 Hình 2.44 Hình 2.45 Hình 2.46 Hình 2.47 Hình 2.48 Hình 2.49 Định kích thước mặt cắt Mô hình phần tử hữu hạn dầm lỗ Ứng suất tập trung tại góc lỗ đầu dầm Đồ thị ứng với trường hợp 1: H = 450mm Quan hệ giữa chiều dài dầm hợp lý tương ứng và chiều cao dầm Sườn viền mép lỗ Cửa van phẳng 2 dầm chính Mô phỏng không gian của van bằng phần mềm SAP 2000 Các mặt cắt không có khe hẹp Biểu đồ lực dọc trong các thanh của dàn ngang và dàn chịu trọng lượng Lực dọc trong các thanh Cửa van dạng hộp kín Mô hình cửa van phẳng dầm chính kiểu hộp kín Hệ dàn thép mặt cắt dạng ống, hộp Dầm chính ứng suất trước: 1- Gối căng ứng suất trước Bố trí dây căng trong dầm ứng suất trước Dàn ngang ứng suất trước Dàn chịu trọng lượng ứng suất trước Sơ đồ tính ứng suất trước Mô phỏng không gian của van bằng phần mềm SAP 2000 Hình dạng và vị trí dầm chính Trạng thái ứng suất trong dầm khi làm việc thông thường không tạo ứng suất trước Trạng thái ứng suất trong dầm khi chưa làm việc được tạo ứng suất trước bởi F=20 tấn Trạng thái ứng suất trong dầm khi làm việc có ứng suất trước bởi F=20T Một số điểm chủ yếu để xác định ứng suất và chuyển vị của dầm Chuyển vị của dầm khi làm việc không tạo ứng suất trước (F=0T) Chuyển vị trong dầm khi không làm việc có ứng suất trước (F=20T) Chuyển vị của dầm khi làm việc có tạo ứng suất trước (F=20T) Sơ đồ cấu tạo căng cáp dùng tăng đơ Gối căng tải dạng tam giác (a) và hình thang (b) Các loại neo đơn có đường kính khác nhau và nêm neo hai lá 58 59 59 60 60 61 62 63 63 65 66 69 70 70 73 73 73 74 75 77 77 78 78 78 78 79 79 79 80 81 81 12 Hình 2.50 Hình 2.51 Hình 2.52 Hình 2.53 Hình 2.54 Hình 2.55 Hình 2.56 Hình 2.57 Hình 2.58 Hình 2.59 Hình 2.60 Hình 2.61 Hình 2.62 Hình 2.63 Hình 2.64 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Tạo ứng suất trước dầm chữ I tiết diện thay đổi (a) và không đổi (b) Ứng suất trước dầm chữ I có tiết diên thay đổi (a)1 Gối căng; (b)1 Gối căng; 2 Puly đổi hướng và tiết diện không đổi (c) Ứng suất trước cho dàn ngang Dầm chính (a) và mô hình tính toán cửa van có bản mặt cong (b) Biểu đồ lực dọc trong thanh dàn ngang và dàn trọng lượng Biểu đồ momen trong các thanh dàn ngang và dàn trọng lượng Biểu đồ phân bố ứng suất pháp trong dầm chính cửa van bản mặt cong Biểu đồ chuyển vị trong dầm chính của cửa van bảm mặt cong Cửa van dưới sâu Sơ đồ mô tả các thông số cơ bản của cửa van Sơ đồ tính toán không gian của cửa van Mặt cắt dầm hình thang và chữ C đặt úp Các dạng dầm tiết diện thay đổi Một số sơ đồ dàn dùng trong cửa van Một số cửa van dùng dầm hộp Mẫu thử cơ tính vật liệu Cách xác định điện trở phân cực Tổ chức tế vi của các mẫu thép, độ phóng đại 500 lần Sự biến thiên điện thế ăn mòn của các loại thép kết cấu trong nước lợ Trà Linh theo thời gian Sự biến thiên tốc độ ăn mòn của các loại thép kết cấu trong nước lợ Trà Linh theo thời gian (1mil/năm = 25,4µm/năm) Sự biến thiên điện thế ăn mòn của các loại thép kết cấu trong nước lợ Diêm Điền theo thời gian Sự biến thiên tốc độ ăn mòn của các loại thép kết cấu trong nước lợ Diêm Điền theo thời gian (1mil/năm = 25,4µm/năm) Mẫu nghiên cứu ăn mòn thép kết cấu bằng phương pháp mù muối Mẫu nghiên cứu thử nghiệm tại hiện trường Lắp mẫu trên cửa van Trà Linh II Lắp mẫu trên cửa van Diêm Điền Mẫu sau 4 giờ thử nghiệm: (a) CT3; (b) A32; (c) thép Pháp; (d) 09Mn2Si; (e)SUS 304 82 83 84 86 87 87 87 88 89 90 91 95 95 96 100 103 105 107 109 110 110 111 113 116 117 117 118 13 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Hình 3.31 Hình 3.32 Hình 3.33 Hình 3.34 Hình 3.35 Hình 3.36 Mẫu sau 40 giờ thử nghiệm:(a) CT3; (b) A32; (c) thép Pháp; (d) 09Mn2Si; (e)SUS 304 Đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn thép theo thời gian khi nghiên cứu bằng phương pháp gia tốc Mẫu thép CT3 (vùng thuỷ triều – Trà Linh) Mẫu thép A32 ở vùng thuỷ triều cống Trà Linh Các mẫu thép sau 9 tháng thử nghiệm ở vùng ngập nướcTrà Linh II) Các mẫu thép sau 12 tháng thử nghiệm (vùng ngập nướcTrà Linh II) Các mẫu thép sau 18 tháng thử nghiệm (vùng ngập nướcTrà LinhII) Các mẫu thép đã làm sạch sau 18 tháng thử nghiệm ở vùng ngập nước cống Trà Linh Thử nghiệm mẫu thép A32 tại vùng thuỷ triều - Diêm Điền Mẫu thép A32 sau 9 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước cống Diêm Điền Ảnh hưởng của thời gian đến tốc độ ăn mòn tại cống Trà Linh II Ảnh hưởng của vùng ngập nước và thuỷ triều đến tốc độ ăn mòn thép A32 cống Trà Linh Ảnh hưởng của môi trường thử nghiệm đến tốc độ ăn mòm thép A32 vùng ngập nước Mẫu sau 1 tháng thử nghiệm tại Trà Linh II Mẫu sau 1 tháng thử nghiệm tại Diêm Điền Mẫu sau 6 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước Trà Linh II Mẫu sau 12 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước Trà Linh II Mẫu sau 18 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước Trà Linh II Bề mặt các mẫu 18 tháng sau khi làm sạch (vùng ngập nước cống Trà Linh II) Ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu đến tốc độ ăn mòn khi nghiên cứu tại hiện trường cống Trà Linh II Ảnh hưởng của vùng ngập nước và thuỷ triều đến tốc độ ăn mòn tiếp xúc tại cống Trà Linh II Ảnh hưởng của môi trường thử nghiệm đến tốc độ ăn mòn tiếp xúc ở vùng ngập nước Kết cấu khóa cửa van tự động 1 chiều Kết cấu khóa quả đào cũ (a) và khoá hộp cam (b) 118 119 120 121 121 122 122 122 123 124 124 125 125 126 126 127 127 127 128 128 129 129 131 132 14 Hình 3.37 Hình 3.38 Hình 3.39 Hình 3.40 Hình 3.41 Hình 3.42 Hình 3.43 Hình 3.44 Hình 3.45 Hình 3.46 Hình 3.47 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Hình 4.7 Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.10 Hình 4.11 Hình 4.12 Hình 4.13 Hình 4.14 Hình 4.15 Ăn mòn do ma sát giữa kín nước và dầm gáy, dầm đáy Đề xuất bố trí kết cấu kín nước lắp trên dầm gáy: Cánh van (1); Kín nước (2); Khung cửa (3) Đề xuất bố trí kết cấu kín nước lắp trên dầm đáy: Cánh van (3); Kín nước (2); Khung cửa (1) Đề xuất kín nước dầm đáy và dầm biên Đề xuất kín nước đỉnh và đáy Kết cấu bản mặt cửa van cung Kết cấu càng và các chi tiết chính Kết cấu cụm cối quay Kết cấu và các chi tiết của cánh cửa Kết cấu cụm cối quay Kết cấu khung cửa Phun cát làm sạch bề mặt mẫu thép Phun kẽm cho mẫu nghiên cứu tại nhà máy cơ khí thuỷ lợi Ảnh tổ chức tế vi của lớp phun phủ kẽm trên nền thép CT3 (x200) Ảnh hình thái bề mặt lớp phủ kẽm độ phóng đại 10 lần Máy nghiền bi KARL KOLB Scientific Technical Supplies D 6072 Dreieich West Germany Seri N0 06618 Phun sơn trong phòng thí nghiệm Polyme Máy nén khí 1.0 HP Bề mặt mẫu phủ kẽm sơn epoxy không có phụ gia (a, c) và có phụ gia UV (b, d) sau khi sơn phủ thử gia tốc mù muối (g, h) và bền thời tiết (e, f) Ảnh hưởng của độ bóng lớp sơn theo thời gian thử nghiệm : a) Gia tốc mù muối; b) Bền thời tiết Mẫu sơn thử nghiệm hiện trường: Không chứa phụ gia UV EP-1 với lớp sơn dày 100µm(a) và dày 300µm(b); Có phụ gia UV EPO_Tinu-2 có lớp sơn dày 100µm(c) và 300µm(d) ; Mẫu có sơn chống hà có lớp sơn dày 100µm(e) và 300µm(f) Lắp mẫu lên giá tại hiện trường: vùng thuỷ triều và ngập nứơc(a); Vùng không ngập nước(b) Mẫu sơn sau thời gian thử nghiệm khác nhau tại vùng không ngập nước Mẫu sơn sau thời gian thử nghiệm khác nhau tại vùng thuỷ triều Ảnh hưởng của độ bóng mẫu sơn theo thời gian thử nghiệm Mẫu sơn vùng ngập nước sau khoảng thời gian thử nghiệm 12 và 24 tháng 133 133 134 134 134 135 138 140 142 144 145 151 152 154 154 159 160 160 164 164 167 168 169 170 171 172 15 Hình 4.16 Hình 5.1 Hình 5.2 Hình 5.3 Hình 5.4 Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Hình 5.8 Hình 5.9 Hình 5.10 Hình 5.11 Hình 5.12 Hình 5.13 Hình 5.14 Hình 5.15 Hình 5.16 Hình 5.17 Hình 5.18 Hình 5.19 Hình 5.20 Hình 5.21 Hình 5.22 Hình 5.23 Hình 6.1 Hình 6.2 Hình 6.3 Hình 6.4 Hình 6.5 Hình 6.6 Hình 6.7 Hình 6.8 Quy trình làm sạch bề mặt và phun phủ kẽm Kết cấu cửa van cánh cửa tự động thủy lực Khung cửa van cửa tự động Vị trí khoá với các chế độ làm việc của cửa van cánh cửa tự động Sơ đồ kết cấu ô bản composite Sơ đồ kết cấu khung cánh cửa Kết cấu ô khuông trên khung cánh cửa Kết cấu ô bản composite Kết cấu liên kết thép - composite Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cửa van công trình Sơ đồ tính toán dầm ngang Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm gáy cửa Sơ đồ tính toán dầm đứng Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên trục quay cửa Biểu diễn quan hệ giữa ứng suất và biến dạng Kích thước của mẫu thí nghiệm Sơ đồ mẫu thí nghiệm Sơ đồ mẫu thí nghiệm Sơ đồ đặt mẫu thí nghiệm Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong thử uốn Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trong thử kéo Sơ đồ tính toán kết cấu dầm Dạng mặt cắt ngang Ω Cụm kết cấu tai kéo cửa Mặt bằng bố trí cửa van cống Diêm Điền I Phun kẽm cửa van tự động tại nhà máy Cơ khí Thuỷ lợi Cửa van sau khi chế tạo và lắp ráp xong tại nhà xưởng Một số hình ảnh thi công lắp đặt cửa van thử nghiệm tại công Diêm Điềm Kết cấu cửa van cống Phụng Thị Ráp khung cửa tại xưởng kết cấu thép Bản mặt composite sau khi chế tạo chờ lắp ráp vận hành thử Cửa van khung thép không rỉ, bản mặt composite sau khi lắp đặt (a) và vận hành (b) tại cống Rạch Bùm, Cà Mau 173 182 183 184 185 185 189 189 190 191 192 193 193 194 200 208 209 212 212 213 214 221 221 223 226 233 234 235 238 239 239 240 16 PHỤ LỤC BÁO CÁO TỔNG KẾT - Một số văn bản về công trình thử nghiêm ở Thái Bình và Cà Mau - Một số bài báo đã công bố, báo cáo hội thảo quốc tế và 2 luận văn cao học. - Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn. - Một số kểt quả xác định thành phần và tính chất của thép kết cấu. - Thuyết minh, tính toán kết cấu cửa van tự động 1 chiều cống Diêm Điền, Thái Bình.và quy trình vận hành.. - Thuyết minh, tính toán kết cấu cửa van tự động 2 chiều cống Phụng Thi, Cà Mau.và quy trình vận hành. 17 MỤC LỤC Danh sách cán bộ tham gia thực hiện Danh mục các sán phẩm của đề tài Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Phụ lục báo cáo Trang 2 3 8 9 11 17 LỜI NÓI ĐẦU 22 Chương I - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG CỬA VAN VÙNG MẶN VÀ MỤC TIÊU NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 26 I. ĐẶT VẤN ĐỀ II. KẾT CẤU THÉP CỬA VAN VÙNG TRIỀU 2.1. Vài nét về cửa van vùng triều ở nước ngoài 2.2. Cửa van vùng triều trong nước 2.3. Những tồn tại về hình thức kết cấu cửa van 2.4. Đánh giá và đề xuất hướng nghiên cứu III. VẬT LIỆU KẾT CẤU THÉP CỬA VAN 3.1. Các loại vật liệu kết cấu thép 3.2. Hiện trạng sử dụng vật liệu thép trong công trình thuỷ lợi 3.3. Đánh giá và hướng nghiên cứu IV. ĂN MÒN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ 4.1. Hiện trạng ăn mòn kết cấu thép và cửa van trên công trình thuỷ lợi 4.2. Các phương pháp bảo vệ kết cấu thép và cửa van 4.3. Đánh giá và hướng nghiên cứu V. CỬA VAN VẬT LIỆU COMPOSITE 5.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu composite 5.2. Cửa van composite và dạng hỏng thường gặp VI. MỤC TIÊU NHIỆM VỤ CỤ THỂ CỦA ĐỀ TÀI Chương II - NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU NÂNG CAO TUỔI THỌ CỬA VAN THÉP I. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU II. NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU ĐỂ KHÔNG ĐỌNG NƯỚC 2.1. Mục đích nghiên cứu 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.3. Kết quả nghiên cứu 2.4. Nhận xét về việc nghiên cứu các giải pháp về kết cấu để không còn đọng nước III. NGHIÊN CỨU DẠNG KẾT CẤU KHÔNG CÓ KHE HẸP 3.1. Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu 3.2. Phương pháp nghiên cứu 3.3. Kết quả nghiên cứu 26 26 26 27 29 30 31 31 33 34 35 35 36 38 39 39 40 45 46 46 47 48 48 48 61 61 61 62 65 18 3.4. Nhận xét về việc nghiên cứu dạng kết cấu không có khe hẹp IV. NGHIÊN CỨU CỬA VAN KẾT CẤU ỨNG SUẤT TRƯỚC 4.1. Mục đích nghiên cứu 4.2. Phương pháp nghiên cứu 4.3. Các kết quả nghiên cứu 4.4. Nhận xét về nghiên cứu cửa van ứng suất trước V. NGHIÊN CỨU DẠNG KẾT CẤU MỚI CỬA VAN 5.1. Mục đích nghiên cứu 5.2. Phương pháp nghiên cứu 5.3. Các kết quả tính toán nghiên cứu dạng kết cấu mới 5.4. Nhận xét về dạng kết cấu mới VI. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC KẾT CẤU MỚI VÀO CỬA VAN CUNG VÀ CỬA VAN TỰ ĐỘNG VÙNG TRIỀU 6.1. Mục đích nghiên cứu 6.2. Phương pháp nghiên cứu 6.3. Kết quả nghiên cứu VII. KẾT LUẬN Chương III - NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG VẬT LIỆU THÍCH HỢP I. NHIỆM VỤ CỤ THỂ II. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT ĐIỆN HOÁ CỦA THÉP KẾT CẤU 2.1. Phương pháp thực nghiệm và thiết bị nghiên cứu 2.2. Kết quả nghiên cứu thành phần hoá học, tổ chức tế vi 2.3. Kết quả nghiên cứu tính chất điện hoá của thép kết cấu 2.4. Đánh giá III. NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN ĂN MÒN VÀ ĂN MÒN TIẾP XÚC CỦA THÉP KẾT CẤU 3.1. Phương pháp thực nghiệm và thiết bị nghiên cứu 3.2. Kết quả nghiên cứu độ bền ăn mòn thép kết cấu 3.3. Nghiên cứu độ bền ăn mòn tiếp xúc 3.4. Đánh giá IV. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU THÍCH HỢP 4.1. Nhiệm vụ cụ thể 4.2. Đề xuất cải tiến kết cấu đóng mở cửa cho van tự động 4.3. Đề xuất cải tiến kết cấu kín nước cho cửa van tự động V. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VẬT LIỆU THÉP CHO KẾT CẤU CỤ THỂ 5.1. Mục đích yêu cầu 5.2. Đề xuất vật liệu cho các kết cấu chính cửa van cung 5.3. Đề xuất vật liệu cho các kết cấu cửa van tự động trục đứng VI. KẾT LUẬN Chương IV - NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ KẾT HỢP PHUN KẼM - SƠN EPOXY CHỐNG ĂN MÒN 70 71 71 72 72 84 84 84 85 86 96 96 96 97 97 99 102 102 102 102 106 109 112 113 113 118 125 129 130 130 131 132 135 135 135 141 146 148 19