Tính cửa van cống hở

Tính toán cửa van cống hở B=5m, kiểm toán moment, lực cắt, moment kháng uốn, ứng suất cho phép của các cấu kiện cửa van: thép hình, thép tấm, bu lông

I CÁC CHỈ TIÊU TÍNH TOÁN

Trường hợp tính toán bất lợi nhất:

II CHỌN VẬT LIỆU GIA CÔNG

- Dầm chính, phụ, biên, tôn bưng : Thép CT3

- Yêu cầu kỹ thuật của vật liệu làm gioăng chắn nước

III TÍNH TOÁN LỰC NÂNG HẠ CỬA VAN

1 Lực hút đáy cửa

Ph= Pa x b x L

Trong đó:

+ Chiều rộng phần đáy cửa tiếp xúc với ngưỡng : b = 10 (cm)

+ Chiều dài phần đáy cửa tiếp xúc với ngưỡng : L = 330 (cm)

2 Tổng áp lực tác dụng vào cửa van

W= 1/2 x γ x ΔH² x B

Trong đó:

+ Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu (Cho phép kéo

cửa khi chênh lệch mực nước trước và sau cửa ≤1,0m):

+ Bề rộng cửa van: B = 3,3 (m)

3 Lực nâng cửa van

Tn= kG x G + kms x W x f + Ph

Trong đó:

→ Để kéo cửa này ta dùng Vitme điện V10 sức nâng 10T để nâng cửa van

Thông số kỹ thuật Vitme điện V10:

- Sức nâng: Q=10 tấn

- Trục vít thép C45, D70mm

- Tốc độ nâng bằng tay: 0,18m/phút

- Tốc độ nâng điện: 0,18m/phút

4 Lực hạ cửa van

TD= k'G x G - kms x W x f

Trong đó:

→ T D >0 nên cửa tự rơi trong nước xuống đáy

IV TÍNH TOÁN KẾT CẤU CỬA VAN

1 Sơ đồ tải tác dụng lên cửa:

2 Xác định độ chênh áp:

+ Trị số hệ số ma sát trượt giữa cửa van với

khe cửa :

- Cửa van có bản mặt bằng thép phẳng, được liên kết với các dầm phụ và dầm chính Các dầm

chính được bố trí song song với nhau, gối lên 2 dầm biên đứng, các dầm phụ vuông góc với dầm

chính

Sơ đồ tính toán

3 Xác định tổng áp lực thủy tỉnh tác dụng vào cửa:

- Áp lực nước phía sông và phía đồng:

P1=0,5xγxLxh1²

- Tổng áp lực nước tác dụng vào cửa:

ΔP= P1-P2

Tên dầm h (m) pi (T/m²) at (m) ad (m) bi (m) qi (T/m)

Tên dầm h (m) pi (T/m²) at (m) ad (m) bi (m) qi (T/m)

Tên dầm qs (T/m) qđ (T/m) qtt (T/m)

Dầm đỉnh 0,000 0,000 0,000

Áp lực phía sông

Áp lực phía đồng

Tổng áp lực tác dụng lên dầm

- Tính toán với trường hợp bất lợi nhất để tính kết cấu cửa van ΔH = Hsmax-Hdmin =3,81m

9 1,407 0,000 1,407

4 Tính toán dầm ngang:

4.1 Tính toán dầm đáy cửa van

- Moment chống uốn lớn nhất tác dụng lên dầm: Mmax = (q x Ltt²)/8

- Lực cắt lớn nhất tác dụng lên dầm: Qmax = (q x Ltt)/2

- Moment chống uốn yêu cầu của dầm: Wyc = Mmax/[σcp]

- Tính tiết diện theo yêu cầu: Fyc= (Qmax)/[τ]

Ta chọn dầm đáy là thép hình U150 có thông số sau:

* Kiểm tra sự phù hợp của tiết diện:

(Wx>Wyc, Thỏa điều kiện)

(Fx>Fyc, Thỏa điều kiện)

→ Cấu kiện thỏa điều kiện bền

4.2 Tính toán dầm ngang cửa (dầm chính)

a Tính toán dầm ngang cửa

- Moment chống uốn lớn nhất tác dụng lên dầm: Mmax = (q x Ltt²)/8

- Lực cắt lớn nhất tác dụng lên dầm: Qmax = (q x Ltt)/2

- Moment chống uốn yêu cầu của dầm: Wyc = Mmax/[σcp]

- Tính tiết diện theo yêu cầu: Fyc= (Qmax)/[τ]

Ta chọn dầm đáy là thép hình H150 có thông số sau:

+ Chiều cao tiết diện h = 15 (cm)

)

* Kiểm tra sự phù hợp của tiết diện:

(Wx>Wyc, Thỏa điều kiện)

(Fx>Fyc, Thỏa điều kiện)

→ Cấu kiện thỏa điều kiện bền

b Tính toán khả năng chịu lực của dầm chính

- Vì dầm chính hàn vào bản mặt nên phải xét tới bản mặt cùng tham gia chịu uốn với dầm chính

+ bbm= bc+50*δbm (cm)

Trong đó: bc là bề rộng cánh I của dầm chính

+ Diện tích chịu lực của hệ dầm bản: F=Fd+Fbm (cm²)

Trong đó:

Fd: diện tích tiết diện dầm chính đã chọn (cm²)

Fbm:diện tích phần bản mặt tham gia chịu lực, Fbm= bbm*δbm (cm2

)

+ Moment tĩnh của bản mặt đối với trục x-x: Sx= bbm *δbm*(h/2+δbm/2) (cm³)

Trong đó: h là chiều cao dầm chính chữ I (cm)

+ Moment quán tính của hệ dầm – bản thép: Jx=J(I)+J(II)+J(III)+J(IV)

J(IV)=dbm^3*bbm+ybm *dbm*bbm (cm4

)

- Tiết diện dầm chính có xét bản mặt tham gia chịu lực, gọi yc là khoảng cách từ trục x ( trục quán tính chính trung tâm của tiết diện dầm và bản mặt) đến trục x0 ( trục quán tính chính trung tâm của tiết diện H đối

xứng)

+ Trọng tâm của dầm -bản thép theo trục x0-x0 đến trục x-x của dầm: yc=Sx/F (cm)

+ Khoảng cách từ trọng tâm của hệ dầm - bản thép đến trọng tâm bản mặt:

ybm=(h/2+δbm/2)-yc (cm)

+ Khoảng cách từ trọng tâm của hệ dầm - bản thép đến trọng tâm của bản cánh dầm chính dưới:

ycd=hb/2+yc+δc /2 (cm)

+ Khoảng cách từ trọng tâm của hệ dầm - bản thép đến trọng tâm của bản cánh dầm chính trên:

yct=hb/2+δc/2-yc (cm)

J(I)=dc^3*bc+yct *dc*bc (cm4)

J(II)=db*hb^3+yc *db*bb (cm4)

J(III)=dc^3*bc+ycd *dc*bc (cm4

)

Ký hiệu Đơn vị

Moment chống uốn của hệ dầm –

Moment quán tính của hệ dầm –

bản thép

J(I)+J(II)+J(III)+J(IV) δc^3*bc/12+yct ^2 * δc*bc δb*hb^3/12+yc ^2 * δb*bb δc^3*bc/12+ycd ^2 * δc*bc δbm^3*bbm /12+ybm ^2* δbm*bbm

Khoảng cách từ trọng tâm của hệ

dầm - bản thép đến trọng tâm của

bản cánh dầm chính trên

hb/2+δc/2-yc

Khoảng cách từ trọng tâm hệ

Khoảng cách từ trọng tâm hệ

Trọng tâm của dầm -bản thép

theo trục x0-x0 đến trục x-x của

dầm

Sx/F

Khoảng cách từ trọng tâm của hệ

dầm - bản thép đến trọng tâm bản

mặt

(h/2+δbm/2)-yc

Khoảng cách từ trọng tâm của hệ

dầm - bản thép đến trọng tâm của

bản cánh dầm chính dưới

hb/2+yc+δc/2

Diện tích chịu lực của hệ dầm bản F=Fd+Fbm

Moment tĩnh của bản mặt đối với

+ Moment chống uốn của hệ dầm – bản thép : Wx=Jx/ ymax(cm²)

Khả năng chịu lực của dầm

Diễn giải Chiều dày bản mặt

σx 834,59 KG/cm²

* Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm chính:

1 Ứng suất pháp của dầm chính

(σx<[σ], Thỏa điều kiện

2 Ứng suất tiếp của dầm chính

(τx <[τ] ,Thỏa điều kiện

3 Độ võng của dầm chín: f/Ltt=(5/384)*q*L tt ³/(Ea*J x ) <=[f/L]=1/600

(f/L<[f/L],Thỏa điều kiện

→ Cấu kiện thỏa điều kiện khả năng chịu lực

5 Tính toán dầm phụ đứng:

- Ta tính cho ô dầm chịu tải lớn nhất

- Áp lực tác dụng vào dầm phụ đứng: qmax=n x (a+b)/2 x ΔH

- Tính moment lớn nhất: Mmax= (q*l²)/8

- Tính moment kháng uốn yêu cầu: Wyc= (Mmax)/[σ]

* Để đảm bảo phù hợp với kết cấu, chọn dầm dọc phụ là thép tấm 4690x150x10 có các thông số:

* Kiểm tra sự phù hợp của tiết diện:

(Wx>Wyc, Thỏa điều kiện)

→ Cấu kiện thỏa điều kiện bền

6 Tính toán bản mặt

- Công thức tính chiều dày bản mặt:

- Khi tính toán xem dầm phụ đứng được gối lên hai dầm chính, cột nước tác dụng lên dầm tính từ

giữa dầm.Tính toán moment cho từng nhịp sau đó lấy moment lớn nhất để tính

Kích thước

Đặc trưng tiết diện

Trong đó:

- δ : Chiều dày bản mặt tính sơ bộ

- a là chiều dài biên ngắn của ô dầm (m)

- b là biên dài của ô dầm (m)

- Tra α từ hệ số b/a

- p là cường độ áp lực nước ở trung tâm của ô dầm lớn nhất

σu : Ứng suất uốn cho phép của vật liệu

Khoảng

0,18

→ Chọn chiều dày bản mặt 6mmδmax

- ky là hệ số ứng suất trung điểm biên dài của bệ đỡ tấm mỏng đàn hồi tính theo điều A.6, Phụ lục

A TCVN 8299:2009 ( tra theo hệ số b/a)