Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Xây dựng Công trình thủy: Nghiên cứu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phái trên ứng dụng cho các cửa sông ven biển

LOI CAM ON

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết on sâu sắc đến PGS.TS Vũ Hoang Hưng, người đã hướng dẫn, giúp đỡ,vạch ra những định hướng khoa học để tác giả

hoàn thành luận văn này.

Xin cảm ơn Nhà trường, các thầy cô giáo trong Trường Đại học Thủy Lợi,Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và

BAN CAM KET.

“Tên dé tai luận văn: *Aghiên cứu cứu van phao chữ nhân có cửu đều tiết ở phía trên ứng dung cho các cửa sông ven biển "

‘Toi xin cam đoan dé tải luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả

nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bit kỳ nguồn thông tin nào khác, Nếu vi

phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bắt kỳ các hình thúc kỷ luật nào của

Nhà trường.

“Tác giả

Bùi Văn Hậu

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 9

CHUONG | : TONG QUAN VE CUA VAN, i

1.1 Tổng quan về các môvà tại Việt Nam.

đập ding dang cửa van đã được xây dựng trên thé

1.1.1 Cửa van phẳng tự động trục dứng "1.1.2 Cửa văn phẳng tự động trụ ngang 131.1.3, Cửa van phẳng trực dưới 151.1.4, Cửa van chữ nhân 201.1.5 Cửa van cổng 21.1.6 Cửa văn trụ xoay: 251.1.7 Cửa van thing nỗi m1.1.8 Cửa van phẳng nhịp lớn 312 Tổng quan về cửa van phao nhịp lớn 311.2.1 Hình thức kết cấu cửa van phao 31

1.2.2 Điều kiện tinh toán 3

1.2.3 Phương pháp tinh toán a41.3 Khả năng ứng dụng cửa van phao chữ nhân cho các công tình cửa sông ven biển

1.4 Đề xuất cai tiền kết ấu cửa van để ứng dụng cho vùng triều 35 'CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẢI TIÊN KẾT CAU CUA VAN PHAO CHỮ NHÂN ĐÁP UNG YÊU CÂU LAM VIỆC HAI CHI $6

2.1, Kết cau cửa van phao chữ nhân có cửa phụ điều 36

2.3 Nghiên cứu cải tiến vật chin nước đấy cửa dị

2.4, Nghiên cứu giải pháp chống ăn mòn cho cửa van, at

2.4 Bản chất của qua tình ăn mòn 43.42 Hình thức ăn môn 422.4.3 Biện pháp chống ăn môn cửa van “

'CHƯƠNG 3: UNG DUNG CỬA VAN PHAO CHỮ NHÂN CHO CÔNG TRÌNH DAP DANG NƯỚC HONG QUỲNH - THÁI BÌNH 45 3.1 Mục iêu, nhiệm vụ công trình đập dâng nước Hang Quỳnh, 46

3.2 Bia điểm xây dụng 47

3.3 Các giải pháp kiến trúc, xây dung 49 3.4, Bố trí tổng thể công trình 49

34.1, BS trí chi tết ác hạng mục công trình 493.42 Các thông số cơ bản sọ3.5 Lựa chọn phương ấn kỹ thuật, công nghệ si3.5.1, Hang mục công tình thủy công si3.52 Hạng mục khu quản lý 32

3.5.3, Hạng mục cơ khí cửa van và thiết bj điều khiển 33

3.5.5 Hệ thống thiết bị quan tric 54

3.6 Tải tong và tổ hợp tai trong tác dụng lên cửa văn SA3.7 Phương pháp phân ích két edu cửa van 563.8 Mô hình hóa kết edu cửa van 56

38.1, Sơ đồ tính toán 56

38.2, Cơ sở của việc xây dung mô hình tinh toán 373.8.3, Mô hình tinh toán «23.9 Kết quả tính toán 6

3.10, Kết luận Chương 3 T0

DANH MỤC BANG BIEU Bảng LI Ứn

Bảng 3.1 Đánh giá cường độ các cu kiện chính

suất cho phép của vật liệu cửa van (daN/em”)3368

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cửa van phẳng tự động trục đứng in

Hình 1.2 Cita van cổng Long Hải ~ Tiền Giang có một phần bản mat lưa 12

Hình 1.3 Cia van tự động trục đứng cổng Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang) 2Hình 1.4 Kích thước các bộ phận chính cửa van cổng Luyoh Huỳnh (Kiên Giang) Hình 1.5 Cửa van phẳng tự động trục ngang 14Hình 1.6 Một loại cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh l4Hình 1.7 Cia van phẳng trực dưới 16Hình 1.8 Vị trí cửa van trên bản đáy 16

Hình 1.9 Cửa van cổng khi đóng được nhìn từ phía thượng lưn 16

Hình 1.10, Cửa van được nhìn từ bờ phải sông Tô Châu "7

1.11, Bố trí tổng thé công trình đập cửa sông sông Tô Châu (đơn vị: mm) 18

1.12, Mặt cắt ngang kết cầu bản đấy cổng 19Hình 1.13 Kết edu trục day cia 20Hình 1.14, Cửa van chữ nhân hình cung 21Hình 1.15, Cửa van chữ nhân hình cung 21

Hình 1.16 Cửa van chữ nhân hình cung công trình chồng lũ Chung Lâu (Trung Quốc)

Hình 1.17 Cấu tạo cảnh van 23 Hình 1.18, Cửa van cổng Hình 1.19 Cầu tạo cảnh cửa %

Hình 1.20, Cửa van ở trạng thải đồng Hình 1.21 Cửa van ở trạng thấi mở 24Hình 1.22 Phương thức đóng mở cửa van 26Hình 1.23, Cửa van ở trang thải mỡ và đồng 26Hình 1.24, Cia van tru xoay công trinh ngăn sông Thames ở Anh 26Hình 1.25 Cửa van thing nổi mError! Bookmark not defined.Hình 1.26, Cửa van công trình phòng lũ Tan Sap 21.27 Kết edu giàn chính có thanh cánh cong một chiều 29Hình 1.28, Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều 29

1.29, Két edu giàn chính có thanh cánh ha cong hai chiều 30

Hình 1.30 Cửa van công trình sông Ems 30

1.31, Cánh cửa độc lập 31Hình 1.32 Cánh cia dang eta van chữ nhân 32Hình 1.33 Mat cắt ngang cửa 3

Hình 2.1 Các loại cửa van đã được ứng dung trong thực tiễn $6 ih 2.2 BO tổng thé công trình 37

ngang kết cfu cửa van 38 ếp giữa hai cánh cửa 40

25 Vật chin nước đầy cửa 41

Hình 2.6 Bản mặt cửa van cổng Lân II - Thái Binh bị ăn mòn do hà bám dày đặc 44 ‘Hinh 2.7 Cửa van công Nghi Quang ~ Nghệ An bị hà bám dày đặc “4 Hình 2.8, Bao vệ cửa van cổng Việt Yên và Cổ Tiểu bằng a nốt hy sinh 4s Hình 3.1 Vi trí xây dựng dip Hồng Quỳnh 48 3.2 Vi i tuyển xây dựng đập Hồng Quỳnh 48 Hình 3.3 Bồ trí tổng thể côi s0 inh 3.4 Bồ tí tổng thể công trình 32 Hình 35 Cấu tạo một cánh cửa van 37 Hình 36, Phin từ SHELL6S 6 Hình 37 Xây dựng mô hình hình học kết cfu phao 63

Hình 38 Xây dựng mô hình hình hoe khung đỡ cánh van 63

Hình 3.9 Kết hợp mô hình phao và khung đỡ cánh van 63

Hình 3.10, Xây dựng mô hình cánh van clape trên phao 63

Hình 3.11, Chi iết bộ phận cánh van clape 63

Hình 3.12, Mô hình cửa van phao chữ nhân 63Hình 3.13 Mô hình phần từ hữu hạn một cánh van 6Hình 3.14, Mô hình phần tử hữu hạn tổng thể kết cầu cửa văn 64Hình 3.15, Chuyển vi tng thể cửa van 64Hình 3.16, Chuyển vi tng thé cánh van nhìn tử hạ lưu 64Hình 3.17 Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ thượng lưu 65Hình 3.18 Chuyển vi tng thé hé thing phao và trụ pin 65

Hình 3.19, Chuyển vị tổng thể hệ thống phao 63 Hình 3.20 Ứng suất chính S1 của phao 65

Ứng suất chính $1 của phao và trụng suất chính S3 của phao và trụng suất chính S1 của ting thể cửa van

Ứng suất chính S3 của tổng thể của văn

Ứng suất chính S1 những điểm đặc biệt trên phaoỨng suất chính S3 những điểm đặc biệt trên phaoỨng suất chính S3 những điểm đặc biệt trên trụ

ing suất chính S1 những điểm đặc biệt rên trụChuyển vị tổng thé cửa van

Chuyển vị tổng thể 1 cánh van nhìn từ hạ lưu.Chuyển vị tổng thé 1 cánh van nhìn từ thượng lưu

ng suất chính $1 một cánh cửa van nhìn từ thượng lưu

Ứng suất chính S3 một cánh cửa van nhìn từ thượng lưu

Ứng suất chính S1 một tại vị trí có gắn tời kéo

Ung suất chính S3 một tạ vị ứ tời kéo.

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của Để tài

"Những năm gần đây mực nước trên các hệ thống sông thuộc đồng bằng Bắc Bộ bị hạ thấp một cách rõ rộ Sự thiểu hut trim trọng của nguồn nước ảnh hưởng không nhỏ đến các ngành kinh tế xã hội Thực trạng này không chỉ xây ra ở các sông vùng đồng bing Bắc Bộ mà côn đối với cả các hệ thông sông ngồi ở mién Trung Điễu này được

phản ánh trên các phương tiện thông tin đại chúng mẫy năm trở lại đây.

Gidi pháp khoa học công nghệ "sôy dg các công trình điều tất nước trên sông” là

một trong những giải pháp mang tinh lợi dụng tổng hợp nguồn nước theo hướng đa

mục tiêu nhằm khắc phục ác hệ thống sông hiện nay.tình trạng cạn kiệt nước trên

“Thông qua phân tích tu nhược điểm của các giải pháp đã có, đề tải “Nehiém cứu het cấu đập dâng nước sông mùa kiệt dạng cửa van phục vụ tưới chủ động ở vùng đẳng bằng Bắc B dy dựng Việt Nam cha tri, PGS.TS Vũ Hoàng Hưng thực

hiện lần đầu tiên đề xuất một dạng đậplo Tổng hội

1g dạng cửa van có thể đáp ứng dược các

yêu cầu khi ding nước trên sông Giải pháp này phù hợp cho những vị trí ông có y

cầu bể rộng thông thủy từ 60m ~ 120m Tuy nhiên do vị trí xây dựng công trình gincửa sông ven biển nên ngoài nhiệm vụ đâng nước còn phải thực hiện nhiệm vụ ngăn.

triều Vì vậy vige cải tiến kết cấu và nghiên cứu tính toán khả năng chịu lực để đảm

bảo cácvêu cầu là việc làm có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục đích của Đề tài

"Nghiên cứu cải tiễn kếtvà tính toán kết cấu đập dâng nước dạng cửa van phao chữ

nhân có cửa phụ điều tiết nước ở trên trong trường hợp cửa van làm việc hai chiều.

3 Cách tgp cận và phương pháp nghiên cứu#`— Cáchếpcận

“Tổng kết các dang đập dâng dạng cửa van vùng triều, phân tích ma nhược điểm từ đỏ

Lim cơ sở cho việc cải ti cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phía trên

‘ing dung cho ngăn cửa sông ven biển.

+* Phương pháp nghiên cứu

~ Thu thập thông tin, kế thừa các nghiên cứu đã có,

~ Phân tích lý luận các lực tác dụng lên đập dâng và tính toán kết cấu của cửa

~ Sử dụng mô hình toán, ứng dụng trong phin mém ANSYS.

4, Kết quả đạt được

~ Cải tiễn kết cấu cửa van phao chữ nhân có cửa điều tiết phía trên.

~ Tinh toán được các lực tác dụng lên đập dâng nước dạng cửa van phao chữ.nhân.

~ Kết quả tính cho đập Hỗng Quỳnh 2 trên sông Hóa.

'CHƯƠNG 1: TONG QUAN VỀ DAP DANG DẠNG CUA VAN

1.1 Tổng quan vé các mô hình đập dâng dạng cửa van đã được xây dựng trên thé

giới và lại Việt Nam

Gita van là bộ phận cơ khí quan trọng trong công tình thủy lợi ding để đồng mở các lỗ hoặc digu tết lưu lượng nước chày qua, Nhiễu cửa van côn đồng vai trò như một đập dâng nước để dap ứng các yêu cầu lợi dụng tổng hợp nguồn nước đa mục iêu

1LI-1 Cia van phẳng tự động trục đứng

Gita van phẳng tr động trục đứng là chỉ loại cửa van được tạo thành từ một cảnh

phẳng chuyển động quay quanh một trục thang đứng, khi mực nước chênh lệch di lớn như hình 1.1 Cia van này thường gặp trong các cống ving ven biển đồng bing sông Cửu Long như Go Công, Long Hải (Tiền Giang), Đôi Ma, Rạch Chanh (Long An),

Luỳnh Huỳnh Số 2 (Kiên Giang) Sáu Qué (Sóc Trăng) Khi mực nước png cao

hơn mực nước phía biển, cửa van tự động mở để thoát nước ra biển; khi mực nước.phía biển cao hơn mực nước phía đồng cửa van tự động đồng để ngăn nước bién xâmnhập vào nội đồng, do đó còn có tên gọi khác là cửa van phẳng tự độithủy lực trục

đứng Về mặt hình thức làm việc gần giống như cánh van cửa van chữ nhân, về mặt sấu tạo thường có thêm bản mặt phía đồng dé tạo hộp rỗng lợi dụng lực dy nổi làm

Hinh 1.2 Của van cổng Long Hải ~ Tiền Giang có một phiin bản mặt hạ hi

Hình 1.3 là hình ảnh cống Luỳnh Huỳnh trên sông Vim Co thuộc xã Tân Phước,huyện Gò Công đông, tinh Kiên Giang, cách biển 18km, được xây dựng từ năm 1998.

Công trình gồm 3 cánh cửa van phẳng tự động trục đúng có kích thước 7,845m x 5.3m, Phần động kết cấu cửa van làm bằng thép CT3 Mỗi cánh cửa được gia công.

thành hai mảnh từ nhà máy vàrp hoàn chỉnh tại công trường,

phủ kẽm sau đồ phun phủ thêm một lớp sơn epoxy dé chéng ăn môn.

Hình 1.3 Cita van tự động trục đứng cổng Luỳnh Huỳnh (Kiên Giang)

Két cấu cửa van phẳng loại nhiều dầm chính tiết diện chữ [N°400, bản mặt và dam phụ <img lâm bằng thép bản diy Smm, trụ biên tết diện ngang cũng có dang chữ [N"400 để bố tr tục quay, bản mặt đều có ở phía trước và sau Vật chắn nước đây bằng cao su

+ các bộ phận kết cấu cửa van cho &

tắm, vật chắn nước bên bằng cao su chữ P Chỉ

hình 1.4 (1), Cửa van cổng Luỳnh Huỳnh được đóng hoàn toàn từ tháng 2 ~ 6 hangnăm, thời gian còn lại đồng mở thường xuyên để điều chính mực nước trong kênh.

Hình 1, Kích thước các bộ phận chink cửa van cổng Lah Huỳnh (Kiên Giang)điểm:

Lợi dung áp lực nước để giảm một phn lực đồng mởCita van dang phao, lực đồng mở nhẹ

"Nhược điễn

“Khẩu độ của van không lớn, ngăn củn dog chảy vé mùa I1.1.2 Cửa van phẳng tự động trục ngang.

Cita van phẳng tự động trục ngang là chỉ loại cửa van có bản mặt phẳng chuyển độngquay quanh một trục nằm ngang khỉ mye nước rước cửa van cao đủ lớn như hình LS,Khi mực nước trước cửa van dẫn dần tăng lên đến một vị ti nào đó làm cho mômen.đo áp lực nước lớn hơn mômen do trọng lượng bản thân cửa van và lực ma sát đổi với

điểm gối tựa, cửa van tự động mở đến một góc 48 nhất định, tạ vi trí góc mở nảy

mômen do áp lực nước bing momen do trong lượng bản thân đối với điểm gối tựa, cửa

van ở trạng thải cân bằng mới Khi lưu lượng không thay đổi, góc mở cũng không thay

đổi Khi mực nước thượng lưu giảm nhỏ khiến mémen do trọng lượng bản thân cửa van lớn hơn mô men do áp lực nước, cửa van tự động đóng lại Để cửa van không bị đồng mở đột ngột và én định trong trong quá trinh lâm việc, phía sau cửa van bố trí

thêm xy lanh,

oH? 2

“Hình 1.5 Của van phẳng tự động trục ngang

(1) Cánh van; (2) Chân chống: (3) Goi tea; (4) Xy lanh; (5) Mo đỡ "Hiện nay loại cửa van này được ứng dụng tương đối rộng rãi trong các công trình thủy loi thủy điện vừa và nhỏ Nó có khả năng tự động điều tit hỗ chứa, điều tết mực nước "mà không cần thiết bị cơ điện với thao tác đóng mỡ thủ công nên tiết kiệm nhân công ‘vi vật tư, Hình 1.6 là hình ảnh hệ thông cửa van phẳng tự động trục ngang trên kênh,

Về mặt tổng thể kílu cửa van phẳng tự động trục ngang ginng với cửa van hình

cung, chỉ khác bàn mặt là phẳng Kết cấu phần động cửa van bao gồm các bộ phân ánh van (1), chân chống (2), thanh chẳng hai đầu khớp (3) và trục bản lề (4)

u cita van phẳng gồm có bản mặt, dim kết hàn Mỗi Kết cấu phần cánh van (1) giống như kết

chính ngang, dầm phụ và dim biên (try biên) được nối với nhau bằng lí

sánh van được tựa lên hai chân chỗ tải tong lên mổ đỡ thông qua gối bản

Kết cấu chân chống (2) có dang như cảng van cửa van hình cong được tạo thin từ hệ thanh chống chịu nén

Xy lanh (3) được nỗi bản lễ từ chân chẳng đến mé đỡ có nhiệm vụ giữ n định cửa van

trong quá trình làm việc,

'VỀ nguyên tắc cửa van có thé làm việc tự động theo chế độ thủy lực, để bảo đảm cửa. van vận hành an toàn, tự động hồn quản lý, năng cao mức độ an toàn sin xuẾt, ci thiện điều kiện lim vie, thường lắp thêm máy đồng mở xy anh thủy lụcđược tạo thành từ một cánh phẳng chuyển động quay quanh một trục

ngang sit dưới đáy công trình như hình 1.7 và 1.8 Khi cần ngăn nước, cửa van đượcdựng lên ở vị trí đứng; khi cần tháo nước, cửa van được quay ngang nằm song song

với day lòng dẫn Đề vận hành cửa van thường sử dụng xylanh thủy lực gắn tại hai đầu.

cửa Cũng giống như cửa van phẳng tự động trục ngang, cửa van phẳng trục đưới cũng

được chế tạo dạng hộp rỗng để giảm lực mở cửa van trong nước Hiện nay loại cửa

van này được sử dụng tương đối rộng ri do nó đáp ứng được với mọi loại khẩu độ

khác nhau từ một vài mét đến hàng tram mết Một số công tình ở Việt Nam như Phú

Cam, Thảo Long (Thừa Thiên ~ Hud), một số cổng lớn khu vực đồng bằng sông Cứu Long đều sử dụng loại cửa van nảy.

“Trục quay

Hình 1.7 Của van phẳng trục dưới Hình 1.8 Vị tí cửa van trên bản đáy

Mét ví dụ về cổng đập ngăn sông Tô Châu nằm ti vị tr cửa a sông Tô Châu nhập vào sông Hoàng Phổ, TP Thượng Hải, Trung Quốc ứng dụng cửa van loại này Công

trình hoản thành năm 2005,

(1) B trí tổng thé công trình

Can cứ vào chúc năng va yêu edu thi công cùng với quy mô công trình và hiện trang

công trình xung quanh, đơn vị thiết kế đã xác định phương án tổng thể công trình

như sau

BE rộng lòng cổng: 100 m bằng bề rộng cửa sông Tô Châu;

Cao trình ngưỡng cổng: _ — 1,5 m;Cao trình đình cửa van: 626m;

"Ngăn nước bằng cửa van thép phẳng đóng mở xoay quanh trục ở đáy (cửa vanclapê);

Kich thước cửa van: 100 m x 9,76 m;Đường kính trục day: 2000 mm;

Đông mở cửa van bằng pit tông thấy lục 2 2 x 6300/4000 KN — 5100 mm “Công tinh bao gồm các bộ phận chủ yéu: mỗ cổng, cọc thép ông bản đáy cổng, gian

máy đóng mở, cọc thép bản chống thắm, thảm bảo vệ đáy thượng hạ lưu Ngoài gian.máy đóng mở, mé đỡ bản diy cổng với thảm bảo vệ đấy thượng hạ lưu được thi công

tại hiện trường còn lại đều sử dụng cấu kiện chế tạo sẵn Sau khi hoàn thành chế tạo ngoài hiện trường, cửa van sẽ được lai đất đến vị trí công trình và đánh chìm Giải

pháp này khi thi công không cần phải xây dựng đề quai, bảo đảm trong th ñ gian thi

công không lim gián đoạn dòng chảy sông Tô Châu, ảnh hưởng không nhiều đến môi

trường xung quanh,

“Cánh cửa van được quay quanh trục ở đáy với phạm vi góc xoay từ 0 đến 90 độ, khicánh cửa đồng hoàn toàn nó ở vị trí thẳng đứng, khi cánh cửa mở hoàn toàn nó nằm

song song với day sông Trong phạm vi 100 m chiều dải đầy cửa van bổ trí tổng cộng 10 gối đồ, hit bị đồng mở được đặt rong phòng máy ở hai bờ.

“Toàn bộ thiết bị được bổ trí ở dưới mặt nước hoặc đưới mặt đắt nên không làm mắt đi n có Bộ phận dưới nước của cửa van theo thiết kế 30 năm mới phải duy

cảnh quan

tu, giảm nhẹ công tác quản lý vận hành Khi cửa van mở hoàn toàn, nó nằm ngang bằng với mặt đấy sông nên không ảnh hưởng đến vận tải thủy.

(2) Công trình thủy công

Bồ trí tổng thé công trình đập cửa sông sông Tô Châu được cho ở hình 1.11

Kết cấu nền mỗ cổng kiểu dai cọc hình thie giếng chim vỏ thép, phía dưới bổ trí hệ coe Sử dung cọc thếp Ống đường kính 60 mm chiều dồi 60 m và chiều dày thép là

Ế tạo trước, vận chuyển nỗi đến

18mm Dai cọc bằng v6 t ring được ct

và được lắp đầy bằng bê tông Kích thước gi ếng chìm mồ biênm được chia thành 8 khoang, kích thước.ng chìm mồ giđược chia thành 4 khoang

Bản diy cổng

Bản day cổng có hình thức thùng chìm bê tông cốt thép đơn khối chế tạo trước; Kích

thước thùng chim bản đáy cổng 99 m x 14 m x 6,35 m (đài x rộng x cao) Mặt hai bên.thượng hạ lưu bản đáy cổng được bọc vỏ thép, bốn góc thùng chìm theo chiều đài

được gắn thép góc Sau khi lắp đặt bản đầy cổng vào vị tí, đấy bản đáy cổng ở cao

trình ~ 8,15 m, cao trinh định bản đầy -1,80 m (cạnh thượng lưu rộng 262 m) và ~3.15 (can hạ lưu rộng 11.38 m) Trong thủng chim được bổ tr các vách đọc và ngang

m trở lên có 35 khối rỗng, tạo thành 245 khối rỗng độc lập, trong đó từ cao trình

tir cao tình — 375 m trở xuống có 210 khối ng, Độ diy vich ngăn đọ từ 180 mm đến 200 mm; độ dây vách ngăn ngang trừ vị tí dưới trục bản lễ cửa văn là 250 mm

còn lại đều là 160 mm, xem hình 1.12.

Thiết bị kết cấu kim loại cổng chủ yêu bao gồm cánh cửa van với trục bản l, hệ thống đồng mở pit tông thủy lực, hệ thống xói bùn đáy cửa, hệ thông khóa, hệ thống thoát nước gian máy đông mớ Cánh cửa van được đặt giữa hai mé cổng máy đóng mỡ pit tông thủy lục được đặ ở hai đầu trong phòng máy

CCính cửa van và trục đáy được liền kết với nhau bằng bu lông Kết cấu trụ đầy như hình 13, đây là một trong những kết cấu quan trọng nhất của cổng Vật liệu trục đáy là.

Q345C và được thiết kế theo điều ki

thông qua 4 pt tông thủy lục, mỗi bên hi chiếc

chịu lực xoắn và uốn Cửa van được đồng mở

Ễ thao tác vận hành;

Không ngăn cản dong chảy trong mùa lũ.

“Nhược điễm.

Không tạo dong chảy môi trường khi công trình dang dâng nước.1-1-4 Cửa van chữ nhân.

Cia van chữ nhân là chí loại cửa van được tạo thành từ hai cánh có mặt chắn nước là phẳng hoặc hình cung chuyển động trên mặt bằng quay quanh trục bản lề đặt thẳng đứng như hình 1.14 Khi cần ngăn nước, cửa van được đưa ra đặt tiếp giáp nhau; khi sẵn thông thuyền, cửa van được kéo vio buồng van Di với cửa van chữ nhân bản phẳng được ứng dung rộng ri rong các âu thuyền Đối với cửa van chữ nhân bình cung được ứng dụng không nhiều do nó chỉ thích hợp với

khẩu độ đặc biệt lớn, mặt bằng bổ trí cửa rộng (hình 1.15) Khối mặt cửa van cổ kết

ông trình ngăn nước có

cấu hộp rồng có thé bơm nước từ ngoài vào hoặc rút nước từ rong ra nhằm mục dich tăng tải ong khi đóng của hoặc giảm nhỏ lục khi mở cửa Công trình ngăn tiểu ‘Maeslant (Hà Lan, bẻ rộng thông thủy 360m), công trình ngăn sóng thành phố Saint tông thông thủy 200m), công trinh chống là Chung Lâu (Trung

Petersburg (Nga,

'Quốc, bề rộng thông thuyền là 90m) đều sử dụng loại hình cửa van này.

Mép cửa

Hinh 1.15 Của van chữ nhân hình cung

Hình 1.16 là hình ảnh cửa van công trình chống lũ Chung Lâu (TP Thường Châu, tỉnh.

Giang Tô, Trung Quốc) Công trình cơ bản hoàn thành năm 2008 và là cửa van lớn

nhất Châu Á hiện nay

“Công trình gém hai của đối img các thông số của một cánh cửa van như sau

Bán kính mặt cong: 60m

"Độ đầy khối mặt cong của: 35 m

Cao tình định cửa: 65mCao trình đây cứu “10m

Cao tình tâm gối doe 5027 m

Phạm vi vận hành cửa van: 58,35"

“Tổng chigu dai bản mat phín ngoài cửa van cung là $8,357 m, góc bao ngoài cửa van

59.82", độ đài cung chịu áp lực nước là 52,3 m

"Trọng lượng một cánh cửa van khoảng 850 tn,

Hinh 1.16 Của van chữ nhân hình cung công trình chống lĩ Chung Lâu (TO)“Trong khối bản mặt cửa van theo chiều đứng bổ tí bốn dim chính trên, giữa, dưới và đầy, Dim chính đi

chính đáy 1,89m, dim chính giữa cách dim chính dư

Do tổng áp lực nước tác dụng lên bản mặt cửa van là đối xứng nên hai nhánh càng vanđược thi xứng, Càng nhánh được tạ thành từ 3 éng thép 6520x18, trung tâm 2 ống thép đưới cách nhau 3,12m, trung tâm éng thép trên và đưới cách nhau 3.2m tại

Sin tại phía gối đỡ 3 ống thép $520%18 được

nổi với nhau bằng các thanh giảng, đoạn đầu nơi nối v

«dau nồi với khối bản mặt và cách nhau.

khối bản mặt sử dụng

940220, đoạn phía trong sử dụng @245x15 Ông thép nhánh được nối hàn với bảnmặt, ông thép chính được kéo dai đến trung tâm khối bản mặt cửa hình cung.

Gối đỡ được lắp đặt rên giếng chim, đường kính trục gối đỡ là 600mm Khi cửa van

ngăn lũ, lực tác dung lớn nhất vào gối đỡ theo phương ngang hướng tâm là 6l48kN,lực thẳng đớng hướng trụ lớn nhất khoảng 1430KN, Khi cửa van ở trạng thải ngăn

ước, đường trục gối đỡ và đường trung tim càng van thẳng gốc với nhau

Cita van sử đụng mây đóng mở 6ØT hình thức tồi cổ định, mỗi cảnh cửa bổ trí một máy, hành trình Kim nhất khoảng 66m, tốc độ đồng mở là I.013m/s, đường kính cấp là

1.15 Cửa van cing

Cita van cổng là chỉ loại cửa van có bình dang nữa trụ tròn xoay quanh gối bản lễ đạt tại chân vòm như hình 1.18 Khi cin ngăn nước, cửa van được hạ xuống sit dy công trình; khi cần tháo nước, cửa van được kéo lên bằng hệ thing dây cấp ni với tai của

gắn trên cửa van (xem hình 1.19), Loại căn van này thích hop công tình có Khu độ thông thay vừa và lớn, mỗi nhịp có th tết kế từ 10m ~ 60m và chiễu cao cửa từ 2m

~ 6m Một số công trìnhbiểu trên thể giới sử dụng loại cửa van nảy như công

trình ngăn sông Low Rhine (Hà Lan, 2 cửa rộng Sdm), cổng kiểm soát triều trên sông

Kizu-gawa (TP Osaka - Nhật Ban, | cửa rộng 57m), công trình công cửa sông Tam.

XXoa nhập vào sông Trường Giang (TP Nam Kinh - Trung Quốc, 2 cửa rộng 40m) ⁄⁄⁄⁄

Gối bản lề

Hình 1.18, Của van cổng Hình 1.19 Cấu tạo cảnh của.

Hình 1.20 và hình 1.21 là hình ảnh cửa van công công trình cống cửa sông Tam Xoa

khi ở trạng thái đóng và mỡ Công trình được khởi công tháng 08/2004 và hoàn thànhtrong vòng 18 thắng

Hình 1.20 Của van ở trang thai đồng Hình 1.21 Cira van ở trọng thái mor

Kết cấu cánh van kid hộp được tạo bởi liên kết hin tử ba dim chính và hai bản mặt trong và ngoài sông Hình thức đồng mở bing tời điện, mỗi cửa bổ trí hai may

đồng mở Khi ở trang thái nằm ngang cửa van chấn nước hoặc cho nước trần qua, trên

đình tran bé trí cầu công tác để đi lại kiểm tra Khi cửa van mở hoàn toàn, cửa van bị

Khóa ở vị tí so với mặt phẳng nằm ngang một góc 60" Một số thông số khác của công

trình như sau:

Số lượng cửa: 2 cảnh; BS rộng cửa van 40m:

Chiều cao cửa van 5.15 ~ 656m;Ban kính trong của bản mặt 2Lôm;

Kết cdu phức tap, yêu cầu kỹ thuật cao.

1.1.6 Cia van trụ xoay

Cia van trụ xoay là cia van cổ kết cấu bản chin nước là một phin của trụ tròn được gắn lên hai đĩa tron, tâm trục đặt ở hai đầu trụ pin Dia tồn được gắn với cơ cấu chuyển động song phẳng như hình 1.22 Khi cửa van mở hoàn toàn, phần chắn nước nằm song song với đấy công tình; khi cửa van chin nước, phần chắn nước được đưa cđến vị trí thẳng đứng như hình 1.23 Một số công trình điển hình trên thể giới sử dụng

loại hình cửa van này như công trình ngăn sông Thames (Anh), công trình ngăn sôngEMS (Đức)

Hình L24 là hình ảnh cửa van công tri ngăn sông Thames ở Anh được hoàn (hành

năm 1984, Công trinh này có chiều rộng 523m được phân thành 10 khoang trong đó 4 "khoang rộng 61m, 2 khoang rộng 31,5m cho phép thuyền bè qua lại và 4 khoang rộng 3I ấm không cho phép thuyén bé qua lại (1 ở bờ Nam và 3 ở bờ Bắc), Các khoang cho

phép thuyén bé qua lại sử dụng cửa van kiểu trụ xoay với bản kính cong trên bằng27m, cao lầm.

Hình 1.22 Phương thức đồng mở của van

Hình 1.23 Của van ở trạng thái mở và đồng

“Hình 1.24 Của van trụ xoay công trình ngain sông Thames ở Anh:

Uu điểm.

Tao được kết cẫu nhịp lớn;

Ất ngăn cản dòng chảy trong mùa lũ; Dé dàng điều tiết mực nước trước cửa van "Nhược diém

Kết ed phúc tạp, yéu cầu về công trình phụ trợ tính lắng đọng bản cất dưới

đây cửa van.

‘LL, Cita van thing ndi

Cia van thing ni là chi loại cửa van cape trục đấy được đặt trên thing nổi có thể

xoay quanh trục thẳng đứng như hình 1.25 Khi cần ngăn nước, thùng nỗi được xoay. vào vị tí vuông góc với đồng chảy, dũng các cảnh van sắn trên thủng nỗi để digu tiết

nước; Khi cần thông thủy xoay thùng nỗi vào sắt bờ Cửa van loại này được sử dụng

thành công trong công trình phòng lồ Tân Sap nằm trên kênh đào Tô Nam thuộc địa phận thành phố Thường Châu tinh Giang Tô, Trung Quốc (hình 1.26)

“Cánh van

“Công trình phòng lũ Tân Sap được khởi công 04/2001, dén 05/2002 thông qua nghiệm thu vận hành thứ, 12/2002 hoàn thành xây dựng công trình và đến 04/2004 thông qua

nghiệm thu hoàn thành công trình Đây là công trình có cửa van thép hình thức thùng

nỗi nặng 800 ấn lớn nhất Châu A hiện nay Các thông số chính của cửa van

Kích thước thùng nổi: 64x 10x 3m:

Số lượng cánh van: 10; Bề rộng cánh van 4.5m;

"Độ day cánh van 0.5m;

“Tổng độ cao cửa van: 8mTạo được kết cấu nhịp lớn

Lợi dụng áp lực nước để giảm lực đĩng ma;“Khơng ngăn cản dịng chảy trong mùa

C6 thế did it được mục nước và đồng chảy mỗi ring

ANược điềm

Kết cấu tương đối phúc tạp, yêu câu kỹ thuật co Rất Khĩ dip tng với ká cấtnhịp lớn hơn 60m.

1-1-8 Cửa van phẳng nhịp lớn

Cửa van phẳng nhịp lớn cĩ mặt chịu áp lực nước dạng mặt phẳng hộc mặt cong,

thường là mặt cong một chiễn dang trụ dimg, khỉ đồng mổ cửa van chuyển động thing

trong mặt phẳng khe van, nên được gọi là cửa van phẳng, nĩ cịn cĩ tên gọi khc làcửa van kéo thẳng (liftgate) Ca van phẳng nhịp lớn thường được dùng làm cửa van

trong các cơng trình ngăn sơng hoặc cổng ngăn triều cĩ khẩu độ lớn

Kết cầu của van phẳng nhịp lớn thường dùng hiện nay cĩ mấy loại sau đây:

~ Gin chính cĩ thanh cảnh thượng lưu và bạ lưu cố dạng cong và nằm wong

cùng một mặt phẳng, nhưng kết cấu bản mặt lại phẳng như ở hình 1.27 Cơng trình ngăn tiểu Táo Nga nằm tại vị trí cửa ra sơng Táo Nga nhập vào sơng Tién Bung thuộc thành phố Thiệu Hưng tinh Chiết Giang, Trung Quốc sử dụng hình thức cửa van

28 của 20x5m, hồn thành năm 2008này Cơng trình

Gin chính cổ thanh cánh thượng lưu, hạ lưu cĩ dang corA nằm tong cùng

một mặt phẳng, kết cấu bản mặt cĩ dạng cong và được dỡ trục ip bởi thanh cánh

thượng giản chính như ở hình 1.28, Đây là dạng của van được sử dụng cho cơng trình

Hartel của Hà Lan Cơng trình gồm 2 cửa: | cửa rộng 49,3m và 1 cửa rộng 98m Cơng.

trình được đưa vào vận hành năm 1997,

Thanh vom phụ

=f than oe

Bản mặt

Kết cấu một ung dẫm ngang

Thanh vim pu Thanh vom chính

Thanh độc Thanh ngang

Kế cấu củn van

Hình 1.27 Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều

Bản mặt “Thanh cánh thượng

“Thanh bung “Thành cánh hạ

Hinh 1.28 KÁt cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiều

= Giàn chính có kết cầu bản mặt dạng phẳng kết hợp làm thanh cánh thượng lưu, con thanh cánh hạ lưu có dang cong một chiễu hoặc hai chiều Kết cầu có thanh cánh

hạ gin chính dưới cong lên phía rên như ở hình 1.29, do hiệu ứng vòm nên thanhcánh hạ giàn chịu nén do trong lượng bản thin van, do đó giảm được lực đọc trong

thanh cánh hạ giàn chính dưới khi chị đồng thi áp lực nước và trong lượng bin thân

cửa van, Công tình sông Ems của Đức sử dụng hình thức cửa van này (đình 1.30),'Công trình gồm 4 cửa van phẳng nhịp 63,5m, hoàn thành năm 2002.

Thanh cảnh hạ cong hai chu

Hình 1.29 Kết edu giàn chính có thanh cánh hạ cong hai chiều

tụ điền,

Tạo được kết cầu nhịp tương đãi lớn ft ngăn cản dong chảy trong mia lũ Kết cấu đơn giản, vin hành đễ đồng

“Nhược diễn

[Ngan cin giao thông thủy; khó điều dt hu lượng, mực nước

1.2 Ting quan về cửa van phao nhị

1.2.1 Hình thức kết edu của van phao

VỀ hình thức cánh cửa có dạng hộp rỗng bên trong được bổ tr hệ dim giản để đảm bảo độ ben và độ cứng của kết cầu Tay thuộc vào yêu cầu sử đụng có th lựa chọn bai

sơ đồ kết cấu công trình:

Sơ đồ 1 (sơ đồ ngang): Các cánh cửa hộp làm việc độc lập (hình 1.31): cánh cửa được.

4n định nhờ tựa vào trụ bên, trụ pin và ngưỡng đáy cửa.

Sơ đồ 2 (sơ đồ chữ V): Các cánh cửa hộp làm ge giống như cửa chữ nhân (hình1.32): cánh cửa được én định nhờ tựa vào trụ bên, ngưỡng đáy cửa và tựa vào nhau.

Đối với sơ đồ 1 vận hành tương đối dễ dàng, có thé mở độc lập một cánh hoặc hai cánh Tuy nhiên cần có trụ pin ở giữa lòng sông nên ảnh hưởng đến dòng chảy vào

mùa lũ và giao thông thủy.

Đối với sơ đồ 2 vận hành tương đối phức tạp vì phải vận hành đồng thời cả hai cánh.

‘Tuy nhiên ít ảnh hưởng đến giao thông thủy và ding chảy vào mùa lũ.

Hình thức kết cấu của cánh cửa hộp trong hai trường bop trên không khác nhau bao

cao cánh cửa H và e

gm ba kích thước chính: bé rộng cánh cửa B, cl

của L như hình 1.33,

Hinh 1.31 Cánh cửa độc lập

TS HH

Hình 1.32 Cánh của dang cửa van chữ nhân,

“Trong lòng cánh cửa được bổ hệ dim hộp tai các góc để tăng độ cứng của góc cửa.

hệ dim đứng và ngang đỡ bản mặt tết điện chữ 1, hệ thanh giảng tết diện thép sóc

dom và kép

Kích thước chiều dày bản mặt, hệ dim và hệ giảng được lựa chọn thy thuộc vào yêu.

cầu chịu lực và kích thước cánh cửa.

1.2.2 Điều kiện tinh toán (1) Ủng suit cho pháp

“Theo quy phạm kết cấu thép, ứng suất cho phép và chiều diy của vật lig thép có liên quan với nhau, chiều dày mỗi cấu kiện của cửa van không giống nhau nhưng nói chung đều nhỏ hơn 20mm, thuộc cùng một nhóm vật iệu thép chiễu dày nhỏ Chiều dầy vật liệu thép không những ảnh hưởng đến ứng sult cho phép mà còn có liên quan rất lớn đến dic kiện vận hành và độ an toàn công tinh, Đổi với cửa van công tác và sửa van sự cổ trong công tình lớn, hệ số điều chinh ứng suất cho phép dao động từ 0,90 ~ 0,95, Khi tiến hành tính toán cường độ kết cấu cửa van, ứng suất cho phép của vật liệu nên điều chỉnh theo thôi gian sử dụng, hệ số điều chỉnh ứng suất cho phép dao

động từ 0,90 ~ 0,95 Căn cứ yêu cầu trên, xét trên góc độ an toàn lấy hệ số điều chính“của ứng suất cho phép k=0,90*0,90=0,81 Ứng suất cho phép của vật liệu trước và sauKhi điều chỉnh được cho ở bing 1.1 dưới đây.

[Bang 1.1 Ứng suất cho phép của vật liệu cửa van (đaN/emP) Vậtliện | Kháng kéo, kháng nén fo} | Kháng uốn fo] | Kining edt {=}

cr3 2140/1733 2250/1822 1290/1045

“Trong bing trên số đứng trước là giá tị ứng suất cho phép trước khi điều chinh, số

<img sau là gi trị ứng suất cho phép sau khi điều chỉnh, Cấu kiện chủ yếu của cửa van

phao nhu bản mat, dim ngang, dim dọc, hệ thanh giẳng đều làm bằng vật liệu thép

(2) Điễu kiện cường độ

Đổi với + cấu chịu trọng lượng và cấu kiện liên kết của cửa van, cin kiểm trì ứng

suất chính o, ứng suất tiếp e theo công thức:esto}: t<[x]

trong dé: [l, z] đều là ứng suất cho phép sau khỉ điều chỉnh

Đối với tổ hợp đầm chịu tác dụng đồng thai ứng suất chính lớn và ứng suắt tiếp lớn, ngoài kiểm tra riêng ứng suất tiếp và ứng suất chính vẫn nên kiểm tra ứng suất tương

đương Gras, công thức kiếm tra

Đối với bản mặt cần xét đến tác dụng1g thời của uốn cục bộ bản thân bản mặt và

chịu uốn tổng thể của dằm chính (ph), cin tiễn hành lúễm tra đối với ứng suất tương

đương của bản mặt ơusy theo công thức:

trong đó: œ là hệ số điều chỉnh din hồi, ở đây ø lẫy bằng 1.31.2.3, Phương pháp tính toán

(1) Phương pháp giải tích

Coi khối cửa làm việc như dim đơn với mặt cắt ngang dạng chữ nhật rỗng đẻ xác định.

cchuyén vị tổng thể của cửa van.

‘Tach riêng các bộ phận thành các hệ phẳng để xác định kích thước.(2) Phương pháp số

Khối cửa là kết cấu rỗng không gian với bản mặt hệ dim và giàn làm việc đồng thời. Sit dụng phương pháp phần tử hữu han và phin mềm ANSYS để mô phỏng kết cầu

1.3 Khả năng ứng dụng cửa van phao chữ nhân cho các công trình cửa sông ven

“Trong những năm trở lại đây hạn hán và xâm nhập mặn đang là 1 vẫn dé rat nóng ở

ce vùng cửa sông ven biễn Vì vậy cin phải có I giải pháp để vữa giữ được mực nước

trong sông để phục vụ nu sản xuất vừa ngăn chặn được nước biỂn xâm nhập sâu vào

tiễn Việc tận dụng I công trinh 48 thực hiện cả 2 nhiệm vụ trên sẽ it kiệm được

rit nhiều chi phí Tuy nhiên cin phải có 1 số cải tiến về kết edu để nó phù hợp với thực.

tiễn Trước đây do chỉ làm nhiệm vụ giữ nước từ thượng lưu về: hạ lưu nên cửa van có1 số nhược điểm như sau

cu của bộ phận khóa tiếp giáp giữa 2 cánh van nên cửa van chỉ làm việc được 1 chiều là ngăn nước phía thượng lưu, còn nếu khi mực nước hạ lưu dâng

cáo thi do áp lực nước phía hạ ưu lớn hơn nến sẽ làm cho 2 cánh van bị diy về phíathượng lưu,

- Mặt khác phẩn đáy của 2 cánh van do trước đây do chỉ có nhiệm vụ chắn nước.

phía thượng lưu nên phía hạ lưu không được thiết ké kín hoàn toàn do đồ khỉ mựcnước hạ lưu lớn hơn thượng lưu thì do chênh lệch áp lực nước nên nước mặn có thể.

chi qua dưới 2 cánh van để xâm nhập vào đất liên

Như vậy thì để có thể thực hiện được cả 2 nhiệm vụ giữ dâng nước phía thượng lưu vàngăn nước mặn xâm nhập sâu vào di in phải có số ải tến v

dé khắc phục được 2 nhược điểm đã nêu ở trên.

1,4, Đề xuất kết cầu fa van để ứng dụng cho ving t

Để khắc phục các nhược điểm ở trên cửa van phao cần phải có một số cải tiền về lết sấu

Nghiên cứu cái tiến bộ phận nổi iếp giữa hai cánh cia để đảm bảo của van làm việc được hai chiều.

Nghiên cứu chắn nước đây cửa

Nghiên cứu biện pháp chống ăn môn cho cửa van

CHUONG 2: NGHIÊN CỨU CẢI TIỀN KET CÁU CUA VAN PHAO CHU NHÂN ĐÁP UNG YÊU CAU LAM VIỆC HAI CHIEU

iết 2.1 Kết cầu cửa van phao chữ nhân có cửa phụ điề

“Tận dụng những tu điểm của các hình thức kết sấu cửa van đã ứng dung nhiễu trong thực tiễn

= Cita van clapé đồng mở bằng xylanh thủy lục kéo hoặc đẩy (Hình 2.la), dễding điều tiết mực nước thượng lưu;

= Cửa van phao tự động thủy lực trục đứng lợi dụng lực diy của áp lực nước khiến của van vận hành nhẹ nhàng (Hình 2.Ib);

~ Cita van chữ nhân lợi dụng ưu điểm của vòm ba khóp tạo được khẩu độ thôngthủy lớn, xylanh hoặc tai kéo được đặt trên đình cửa van không bi ngập nước Khi cửavan mở, cánh cửa van nằm trong bờ không ngăn cản dong chảy vào mùa lũ (Hình.246)

(a) Cửa van clape (b) Của van phao

Hình 2.1, Các loại cũu van đã được ứng dung trong thực tiễn