Tài liệu Nghiên cứu giải pháp gia cố trụ biên tràn xả lũ có cửa van cung bằng vật liệu nhựa cốt sợi các bon

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN DUY NHẤT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ TRỤ BIÊN TRÀN XẢ LŨ CÓ CỬA VAN CUNG BẰNG VẬT LIỆU NHỰA CỐT SỢI CÁC BON LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI NGUYỄN DUY NHẤT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CỐ TRỤ BIÊN TRÀN XẢ LŨ CÓ CỬA VAN CUNG BẰNG VẬT LIỆU NHỰA CỐT SỢI CÁC BON Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60580202 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS. VŨ HOÀNG HƢNG 2. TS. TRỊNH QUANG MINH HÀ NỘI, NĂM 2015 LỜI CẢM ƠN Sau mƣời một tháng nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng dƣới sự động viên, giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn TS. Vũ Hoàng Hƣng và TS. Trịnh Quang Minh, luận văn với đề tài "Nghiên cứu giải pháp gia cố trụ biên tràn xả lũ có cửa van cung bằng vật liệu nhựa cốt sợi các bon" đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hƣớng dẫn TS. Vũ Hoàng Hƣng và TS. Trịnh Quang Minh đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Phòng đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo thuộc bộ môn Kết cấu công trình - Khoa Công trình - Trƣờng đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn. Toàn thể gia đình, ngƣời thân, bạn bè và đồng nghiệp đã quan tâm, động viên giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn. Thanh Hóa, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Duy Nhất i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Duy Nhất Sinh ngày 24 tháng 12 năm 1990 Học viên lớp cao học 21C11 - Kỹ thuật công trình xây dựng - Trƣờng đại học Thủy lợi. Hiện đang công tác tại Thanh tra huyện Thiệu Hóa, tỉnh Thanh Hóa. Xin cam đoan: Đề tài "Nghiên cứu giải pháp gia cố trụ biên tràn xả lũ có cửa van cung bằng vật liệu nhựa cốt sợi các bon" do thầy giáo TS. Vũ Hoàng Hƣng và thầy giáo TS. Trịnh Quang Minh hƣớng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một ngucácồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả xin cam đoan tất cả nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu sai tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng khoa học và trƣớc pháp luật. Thanh Hóa, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Duy Nhất ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH..................................................................................... V DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ VIII MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ..................................................................................... 3 TRỤ BIÊN CỬA VAN CUNG VÀ VẬT LIỆU FRP ..................................................... 3 1.1 Mố trụ van cung.........................................................................................................3 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo ................................................................................................ 3 1.1.2 Bố trí thép cho trụ biên....................................................................................... 8 1.2 Tổng quan về vật liệu FRP ...................................................................................... 14 1.2.1 Khái niệm về vật liệu FRP ...............................................................................14 1.2.2 Các loại vật liệu FRP........................................................................................ 15 1.2.3 Thành phần cấu tạo vật liệu FRP .....................................................................18 1.2.4 Chất kết dính FRP ............................................................................................ 18 1.2.5 Công nghệ thi công vật liệu FRP .....................................................................19 1.3 Vấn đề nứt trụ biên cửa van cung ............................................................................20 1.3.1 Hiện tƣợng ........................................................................................................20 1.3.2 Nguyên nhân ....................................................................................................21 1.3.3 Đề xuất giải pháp gia cố trụ biên .....................................................................22 1.4 Đánh giá khả năng chịu lực của trụ biên .................................................................22 1.5 Kết luận Chƣơng 1...................................................................................................24 CHƢƠNG 2: KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA .............................................................. 25 CẤU KIỆN CHỊU UỐN KHI GIA CƢỜNG FRP ........................................................ 25 2.1 Cơ sở tính toán khả năng chịu lực của cấu kiện khi gia cƣờng FRP ....................... 25 2.2 Tính toán khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép thƣờng............................... 40 2.3 Phân tích trạng thái ứng suất biến dạng và kiểm tra nứt cho dầm BTCT khi gia cƣờng FRP ..................................................................................................................... 47 2.4 Đánh giá hiệu quả gia cố cấu kiện bằng vật liệu FRP .............................................52 2.5 Kết luận Chƣơng 2...................................................................................................53 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU FRP GIA CƢỜNG ........................................54 TRỤ BIÊN TRÀN XẢ LŨ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM ................... 54 3.1 Mở đầu ..................................................................................................................... 54 3.1.1 Quy mô công trình ........................................................................................... 54 iii 3.1.2 Trƣờng hợp tính toán........................................................................................ 54 3.1.3 Quy chuẩn kỹ thuật .......................................................................................... 55 3.1.4 Phƣơng pháp tính và phần mềm sử dụng ......................................................... 55 3.1.5 Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu kết cấu dùng trong tính toán ..................................55 3.2 Tính toán, kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu trụ biên ....................................56 3.3 Tính toán, kiểm tra kết cấu trụ biên sau khi gia cƣờng vật liệu CFRP ................... 62 3.4 Kết luận Chƣơng 3...................................................................................................85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 86 1. Kết luận...................................................................................................................... 86 2. Những vấn đề còn tồn tại........................................................................................... 87 3. Khả năng áp dụng của luận văn vào thực tiễn ........................................................... 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 89 PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 91 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1. 1 Cấu tạo cửa van hình cung. .............................................................................4 Hình 1. 2 Cửa van hình cung trên tràn xả lũ ...................................................................4 Hình 1. 3 Các hình thức trụ biên ..................................................................................... 5 Hình 1. 4 Tràn xả lũ hồ Cửa Đạt – Thanh Hóa ............................................................... 6 Hình 1. 5 Tràn xả lũ hồ Núi Cốc – Thái Nguyên ............................................................ 6 Hình 1. 6 Gối đỡ bản lề cửa van đặt ở hạ lƣu trụ biên tràn xả lũ ....................................7 Hình 1. 7 Tràn xả lũ thủy điện Đại Ninh .........................................................................7 Hình 1. 8 Tràn xả lũ thủy điện Sông Ba ..........................................................................8 Hình 1. 9 Các loại cốt thép điển hình cho trụ biên cửa van cung....................................8 Hình 1. 10 Sơ đồ bố trí thép đứng, thép ngang trong trụ biên.........................................9 Hình 1. 11 Bố trí thép cho tai van theo 2 phƣơng án .................................................... 10 Hình 1. 12 Hình ảnh bố trí thép tai van thép PA2 ......................................................... 10 Hình 1. 13 Bố trí cốt thép chịu kéo cục bộ của trụ biên tại vị trí tai van ...................... 11 Hình 1. 14 Phổ mầu đẳng trị của ứng suất max trong trụ ...........................................12 Hình 1. 15 Bố trí cốt thép tai van ở trụ bên tràn xả lũ Srepok3 ....................................14 Hình 1. 16 Hệ thống vải sợi cƣờng độ cao ....................................................................16 Hình 1. 17 FRP tẩm chất kết dính trƣớc ........................................................................16 Hình 1. 18 FRP đóng rắn trƣớc ..................................................................................... 17 Hình 1. 19 Vật liệu FRP dạng thanh..............................................................................17 Hình 1. 20 Cấu tạo vật liệu FRP .................................................................................... 18 Hình 1. 21 Thi công vật liệu FRP gia cố dầm nhà ........................................................ 20 Hình 1. 22 Thi công vật liệu FRP gia cố tƣờng ............................................................. 20 Hình 1. 23 Gia cố trụ biên tràn xả lũ bằng vật liệu FRP ...............................................24 Hình 2. 1 Tính toán khả năng chịu uốn mặt cắt chính bhình chữ nhật .......................... 28 Hình 2. 2 Thông số hình học dầm BTCT ......................................................................30 Hình 2. 3 Phần tử SOLID65 .......................................................................................... 34 Hình 2. 4 Phần tử SHELL63 ......................................................................................... 40 Hình 2. 5 Mô hình hình học tổng thể dầm bê tông cốt thép ..........................................42 Hình 2. 6 Mô hình hình học mặt cắt dọc dầm ............................................................... 42 Hình 2. 7 Mô hình hình học mặt cắt ngang dầm ........................................................... 43 Hình 2. 8 Mô hình phần tử hữu hạn tổng thể dầm ........................................................ 43 v Hình 2. 9 Phổ chuyển vị của dầm theo phƣơng đứng ................................................... 44 Hình 2. 10 Phổ ứng suất kéo lớn nhất ...........................................................................45 Hình 2. 11 Phổ ứng suất nén lớn nhất ...........................................................................45 Hình 2. 12 Vị trí xuất hiện vết nứt nhìn từ phƣơng ngang ............................................46 Hình 2. 13 Vị trí xuất hiện vết nứt trong không gian .................................................... 46 Hình 2. 14 Phạm vi gia cƣờng vật liệu FRP tại đáy dầm BTCT ...................................47 Hình 2. 15 Gia cƣờng vật liệu FRP tại đỉnh dầm BTCT ...............................................48 Hình 2. 16 Phổ chuyển vị thẳng đứng của dầm BTCT gia cƣờng FRP, TH1 ...............49 Hình 2. 17 Vị trí xuất hiện nứt sau khi gia cƣờng FRP tại đáy dầm, TH1 .................... 49 Hình 2. 18 Phổ chuyển vị thẳng đứng của dầm BTCT gia cƣờng FRP, TH2 ...............50 Hình 2. 19 Phổ ứng suất kéo lớn nhất, TH2 ..................................................................51 Hình 2. 20 Phổ ứng suất nén lớn nhất, TH2 ..................................................................51 Hình 2. 21 Vị trí xuất hiện nứt sau khi gia cƣờng FRP, TH2........................................52 Hình 3. 1 Mô hình hình học kết cấu trụ biên .................................................................57 Hình 3. 2 Mô hình phần tử hữu hạn kết cấu trụ biên..................................................... 57 Hình 3. 3 Phổ chuyển vị theo phƣơng X (phƣơng dòng chảy)......................................58 Hình 3. 4 Phổ chuyển vị theo phƣơng Y (phƣơng đứng) ..............................................58 Hình 3. 5 Phổ chuyển vị tổng thể ..................................................................................59 Hình 3. 6 Phổ ứng suất theo phƣơng X ........................................................................59 Hình 3. 7 Phổ ứng suất theo phƣơng Y ........................................................................60 Hình 3. 8 Phổ ứng suất max trong trụ biên ................................................................ 60 Hình 3. 9 Vị trí xuất hiện nứt tại phía trƣớc tai van ...................................................... 61 Hình 3. 10 Vị trí xuất hiện nứt tại phía trƣớc tai van phóng to .....................................61 Hình 3. 11 Dán tấm FRP tại các vị trí cục bộ có khả năng xảy ra nứt, phƣơng án 1 ....63 Hình 3. 12 Dán tấm FRP tại miền có ứng suất kéo lớn, phƣơng án 2 ........................... 63 Hình 3. 13 Mô hình phần tử hữu hạn, phƣơng án 1 ...................................................... 64 Hình 3. 14 Mô hình phần tử hữu hạn, phƣơng án 2 ...................................................... 64 Hình 3. 15 Chuyển vị tổng thể của trụ biên ...................................................................65 Hình 3. 16 Phổ ứng suất max trong trụ biên .............................................................. 66 Hình 3. 17 Phổ ứng suất min trong trụ biên ............................................................... 66 Hình 3. 18 Vị trí xuất hiện nứt....................................................................................... 67 Hình 3. 19 Vị trí mặt cắt so sánh ................................................................................... 67 Hình 3. 20 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 1-1 ..................................................... 68 vi Hình 3. 21 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 2-2 ..................................................... 69 Hình 3. 22 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 3-3 ..................................................... 70 Hình 3. 23 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 4-4 ..................................................... 71 Hình 3. 24 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 5-5 ..................................................... 72 Hình 3. 25 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 6-6 ..................................................... 73 Hình 3. 26 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 7-7 ..................................................... 74 Hình 3. 27 Chuyển vị tổng thể của trụ biên ...................................................................75 Hình 3. 28 Phổ ứng suất max trong trụ biên .............................................................. 76 Hình 3. 29 Phổ ứng suất min trong trụ biên ............................................................... 76 Hình 3. 30 Vị trí xuất hiện nứt....................................................................................... 77 Hình 3. 31 Vị trí mặt cắt so sánh ................................................................................... 77 Hình 3. 32 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 1-1 ..................................................... 78 Hình 3. 33 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 2-2 ..................................................... 79 Hình 3. 34 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 3-3 ..................................................... 80 Hình 3. 35 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 4-4 ..................................................... 81 Hình 3. 36 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 5-5 ..................................................... 82 Hình 3. 37 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 6-6 ..................................................... 83 Hình 3. 38 So sánh biểu đồ ứng suất tại mặt cắt 7-7 ..................................................... 84 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Kết quả tính và bố trí cốt thép khu vực gối đỡ trên một mặt của trụ tràn xả lũ Srepok3. ......................................................................................................................... 13 Bảng 2. 1 So sánh kết quả tính toán chuyển vị theo phƣơng Y ....................................52 Bảng 3. 1 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 1-1 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........68 Bảng 3. 2 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 2-2 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........69 Bảng 3. 3 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 3-3 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........70 Bảng 3. 4 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 4-4 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........71 Bảng 3. 5 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 5-5 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........72 Bảng 3. 6 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 6-6 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........73 Bảng 3. 7 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 7-7 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........74 Bảng 3. 8 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 1-1 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........78 Bảng 3. 9 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 2-2 trƣớc và sau khi gia cố CFRP ...........79 Bảng 3. 10 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 3-3 trƣớc và sau khi gia cố CFRP .........80 Bảng 3. 11 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 4-4 trƣớc và sau khi gia cố CFRP .........81 Bảng 3. 12 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 5-5 trƣớc và sau khi gia cố CFRP .........82 Bảng 3. 13 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 6-6 trƣớc và sau khi gia cố CFRP .........83 Bảng 3. 14 Ứng suất Smax theo mặt cắt MC 7-7 trƣớc và sau khi gia cố CFRP .........84 viii 1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay tính toán và bố trí cốt thép cho trụ biên đặc biệt là trụ biên tràn xả lũ có cửa van cung vẫn là một vấn đề khó vì trạng thái chịu lực khá phức tạp. Khi tính toán kết cấu trụ biên do chỉ chịu lực đẩy lệch tâm từ một phía nên coi làm việc nhƣ một cấu kiện chịu lực với nội lực màng và nội lực tấm, bề mặt trụ biên phía có cửa van chủ yếu chịu ứng suất kéo nhƣng thay đổi thƣờng xuyên cả về phƣơng và giá trị, việc khống chế nứt tƣơng đối khó khăn. Thực tế cho thấy nhiều công trình sau một thời gian làm việc thƣờng xảy ra hiện tƣợng nứt bề mặt trụ biên phía chịu kéo dẫn tới giảm khả năng chịu lực của kết cấu. Lựa chọn giải pháp gia cƣờng kết cấu nhƣng không làm thay đổi hình dạng và năng lực chịu tải là một vấn đề cần phải giải quyết. Giải pháp sử dụng vật liệu nhựa cốt sợi các bon (Cacbon-Fiber-Reinforced-Polymer) để gia cƣờng cấu kiện chịu ứng suất kéo đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công trình xây dựng nhƣ trong gia cố dầm cầu, khung dầm nhà dân dụng…đem lại nhiều hiệu quả về cả kỹ thuật và kinh tế. Vì vậy việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp và tính toán gia cố trụ biên tràn xả lũ trong công trình thủy bằng vật liệu CFRP có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. II. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu sử dụng tấm nhựa cốt sợi dán ngoài vùng bê tông chịu kéo để nâng cao khả năng chịu uốn của trụ biên tràn xả lũ có cửa van cung điều tiết. III. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết tính toán kết hợp sử dụng phần mềm chuyên dụng để phân tích đánh giá sự cần thiết phải gia cố kết cấu đã có và tính hiệu quả sau khi gia cố bằng vật liệu nhựa cốt sợi các bon. IV. Kết quả dự kiến đạt đƣợc: - Tính toán kiểm tra nứt cục bộ vùng chịu kéo trên mặt trụ biên khi chịu lực đẩy từ một phía cửa van. 2 - Đề xuất giải pháp sử dụng vật liệu CFRP gia cƣờng vùng chịu kéo để khống chế nứt cục bộ. - Căn cứ vào đặc điểm chịu lực của trụ biên, xác định phạm vi gia cố tấm CFRP. - Phân tích khả năng chịu lực của kết cấu sau khi gia cƣờng CFRP. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRỤ BIÊN CỬA VAN CUNG VÀ VẬT LIỆU FRP 1.1 Mố trụ van cung 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo Cửa van hình cung là loại cửa van có bản chắn nƣớc cong mặt trụ. Sau tấm chắn nƣớc là hệ thống dầm tựa vào càng, chân càng tựa vào trụ quay gắn vào trụ biên. Chuyển động khi nâng hoặc hạ cửa van là chuyển động quay. Cửa van cung là loại đƣợc áp dụng khá rộng rãi, nhất là khi cửa tháo có nhịp lớn hay những nơi cần tháo nƣớc nhanh. Vật liệu làm cửa van thƣờng bằng thép. Khi trục quay của cửa van trùng với tâm bản mặt chắn nƣớc, áp lực nƣớc sẽ truyền qua càng đến trục quay. Nếu tâm quay nằm thấp hơn tâm bản mặt thì áp lực nƣớc có tác dụng ép cửa van xuống ngƣỡng làm cho đáy khít hơn, ít rò rỉ. Song nhƣợc điểm của trƣờng hợp này là dễ gây hiện tƣợng rung động khi mở cửa van. Vì vậy thƣờng bố trí trục quay trùng với tâm cung của mặt chắn nƣớc. Ƣu điểm của cửa van cung là lực mở nhỏ, mở nhanh và dễ dàng, điều tiết lƣu lƣợng khá tốt. Trụ biên làm mỏng hơn so với cửa van phẳng vì khe van nông. Tuy nhiên trụ biên phải làm dài để đủ kích thƣớc đặt càng van. Áp lực nƣớc tác dụng tập trung lên trụ biên (qua càng van) làm cho ứng suất khi phát sinh trong trụ biên và việc bố trí cốt thép chịu lực trở nên phức tạp. 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 và phức tạp hơn cửa van phẳng.[3] 4 Hình 1. 1 Cấu tạo cửa van hình cung. Hình 1. 2 Cửa van hình cung trên tràn xả lũ 5 Trụ biên phân đập thành nhiều khoang để tiện bố trí cửa van và cầu công tác, cầu giao thông... Thân trụ biên dùng để đỡ lực của cửa van, cầu giao thông, tháp van, giàn van và truyền các ngoại lực xuống bệ cọc. Hình dáng và kích thƣớc trụ phải thoả mãn các yêu cầu về thuỷ lực, ổn định, độ bền và các yêu cầu về bố trí thiết bị (khe van, thiết bị đóng mở cửa van) và các kết cấu khác trên nó (xà mũ cầu, tháp van, giàn van). Chiều cao trụ biên đƣợc quyết định bởi hình thức cửa van và máy đóng mở. Ngoài ra chiều cao trụ biên còn phụ thuộc vào cao trình cầu công tác. Chiều dài trụ biên cần đảm bảo để bố trí cầu công tác, cầu giao thông, máy đóng mở... Hình dạng trụ biên nên thiết kế sao cho nƣớc chảy qua đập tràn đƣợc thuận dòng. Các trụ biên giáp đất có thể còn có tác dụng là đƣờng viền chống thấm vòng quanh bờ, liên kết với kết cấu nối tiếp bờ (tƣờng cánh).[3] Hình 1. 3 Các hình thức trụ biên Hình 1.3 là các hình thức trụ biên, thƣờng dùng nhất là loại trụ biên b và d. Trụ biên kéo dài về phía thƣợng lƣu có thể dùng loại a (dễ thi công), loại e ít ảnh hƣởng đến khả năng tràn nƣớc nhƣng thi công phức tạp. Hình 1.4 thể hiện tràn xả lũ hồ chứa nƣớc Cửa Đạt –Thanh Hóa sử dụng hình thức trụ biên loại e. Lực tác dụng lên trụ biên chủ yếu áp lực nƣớc tác dụng vào mặt van cung truyền qua càng van vào gối đặt trên trụ. Tùy thuộc hình thức và độ lớn cửa van hình cung mà lựa chọn bộ phận gối bản lề khác nhau. Hiện nay đối với cửa van hình cung thƣờng sử dụng gối bản lề có một trục quay hoặc hai trục quay vuông góc với nhau và gối đỡ kiểu nón cụt[2]. 6 Hình 1. 4 Tràn xả lũ hồ Cửa Đạt – Thanh Hóa Bộ phân cố định của gối đỡ bản lề có một trục quay hoặc hai trục quay thƣờng đƣợc tì lên bộ phận tai van của trụ biên. Các tràn xả lũ của các hồ chứa nƣớc thủy lợi và các cống vùng triều có cửa van hình cung thƣờng sử dụng hình thức này. Hình 1.5 thể hiện tràn xả lũ hồ Núi Cốc – Thái Nguyên sử dụng tai van đỡ cửa van hình cung. Hình 1. 5 Tràn xả lũ hồ Núi Cốc – Thái Nguyên Để tăng chịu lực của bộ phận tai van, đối với các cửa van cung lớn, tai van thƣờng đƣợc đẩy về phía hạ lƣu của trụ biên với mục đích sử dụng thêm thanh neo ứng suất trƣớc để tăng khả năng chịu lực của tai van (xem Hình 1.6). Tràn xả lũ công trình thủy điện Đại Ninh cũng sử dụng hình thức gối đỡ này (Hình 1.7). 7 Hình 1. 6 Gối đỡ bản lề cửa van đặt ở hạ lƣu trụ biên tràn xả lũ Hình 1. 7 Tràn xả lũ thủy điện Đại Ninh Ngoài ra đối với cửa van cung lớn trong các tràn xả lũ các hồ chứa nƣớc thủy điện ở Việt Nam hiện nay thƣờng sử dụng gối đỡ kiểu nón cụt đƣợc nối với nhau bằng trục xoay xuyên qua trụ biên, xem Hình 1.8. 8 Hình 1. 8 Tràn xả lũ thủy điện Sông Ba 1.1.2 Bố trí thép cho trụ biên Đối với trụ biên ta cần bố trí cốt thép: theo phƣơng ngang, phƣơng đứng và cho phần tai van. Với mỗi vị trí lấy nội lực tính toán tại vùng đó để bố trí cốt thép[4]. Hình 1. 9 Các loại cốt thép điển hình cho trụ biên cửa van cung 9 1.1.2.1 Bố trí thép theo phương ngang và phương thẳng đứng Cốt thép theo phƣơng ngang và phƣơng đứng trong trụ biên nằm phía ngoài cùng của trụ biên chủ yếu chịu uốn do tác dụng của mô men tại gối và áp lực nƣớc khi lực tác dụng lên hai bên trụ biên không cân bằng. Ngoài ra chịu lực nén từ cầu giao thông và trọng lƣợng cửa van khi mở. Hình 1. 10 Sơ đồ bố trí thép đứng, thép ngang trong trụ biên 1.1.2.2 Bố trí thép tai van Kết cấu tai van đóng vai trò rất quan trọng bởi tai van phải chịu gần nhƣ toàn bộ áp lực nƣớc truyền qua cửa van, đồng thời khi cửa van vận hành áp lực nƣớc tại mỗi thời điểm khác nhau tác dụng lên tai van lại diễn biến phức tạp. Hiện nay, có 2 cách bố trí cốt thép tai van: - Một là bố trí cốt thép hình rẻ quạt, cốt thép đƣợc bố trí dựa theo sự phân bố ứng suất chính trong trụ biên. Trƣờng phái này đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi các nƣớc Đông Âu. Du nhập vào Việt Nam do Liên Xô đã trợ giúp kỹ thuật ở các công trình lớn của nƣớc ta trƣớc đây. Hình thức bố trí thép theo hình rẻ quạt hƣớng tới điểm chụm là tâm của tai trụ và phù hợp với hình thức gối đỡ bản lề. - Hai là bố trí cốt thép song song theo hƣớng chịu lực chính của trụ biên, có ứng suất trƣớc hoặc không có ứng suất trƣớc. Phƣơng pháp bố trí này phổ biến ở các nƣớc Tây Âu, đặc biệt là Mỹ. Đặc điểm của phƣơng án bố trí này là các thanh thép đã chịu 10 một phần ứng suất trƣớc, do vậy khi trụ biên làm việc, phần ứng suất này đƣợc giải phóng và bù vào ứng suất trụ biên phải chịu do tải trọng. Điều này giúp tăng hiệu quả về kinh tế và đồng thời giúp cho kích thƣớc cấu kiện bê tông không quá lớn và nặng nề, tăng tính thẩm mỹ cho công trình. Hình thức bố trí thép song song phù hợp với gối đỡ kiểu nón cụt và gối đỡ bản lề đặt ở hạ lƣu kết hợp làm thanh neo ứng suất trƣớc. Hình 1. 11 Bố trí thép cho tai van theo 2 phƣơng án [1] Hình 1. 12 Hình ảnh bố trí thép tai van thép PA2 [20]