nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp lớn

LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “ Nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp lớn ” đã được hoàn thành. Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố. Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Vũ Thành Hải người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi. Hà Nội, tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn TRẦN ĐỨC TRUNG BẢN CAM KẾT Tên tôi là: Trần Đức Trung Học viên lớp: 19C12 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Hà Nội, tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn TRẦN ĐỨC TRUNG MỤC LỤC 14TLỜI CẢM ƠN14T 14TBẢN CAM KẾT14T 14TMỤC LỤC14T 14TDANH MỤC HÌNH VẼ14T 14TDANH MỤC BẢNG BIỂU14T 14TCHƯƠNG 1 - MỞ ĐẦU14T 1 14T1.1. Đặt vấn đề14T 1 14T1.2. Nội dung nghiên cứu14T 4 14T1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu14T 4 14T1.4. Kết quả nghiên cứu cần đạt được14T 4 14TCHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN PHẲNG14T 5 14T2.1. Khái quát về cửa van phẳng14T 5 14T2.1.1. Định nghĩa và phân loại14T 5 14T2.1.2. Các bộ phận chính14T 5 14T2.1.2. Tải trọng tác dụng lên cửa van14T 7 14T2.2. Phân tích nội lực và biến dạng kết cấu van phẳng14T 9 14T2.2.1. Phương pháp tính toán cửa van phẳng14T 9 14T2.2.2. Tính toán dầm chính van theo hệ phẳng14T 9 14T2.2.2.1. Xác định vị trí dầm chính14T 9 14T2.2.2.2. Nhịp tính toán của dầm chính14T 12 14T2.2.2.3. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính14T 12 14T2.2.2.4. Kiểm tra cường độ và độ võng của dầm chính14T 14 14T2.2.3. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng14T 16 14T2.2.3.1. Kết cấu giàn chính14T 16 14T2.2.3.2. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng14T 17 14T2.2.3.3. Kiểm tra cường độ và độ võng của giàn chính14T 18 14T2.2.4. Tính toán dầm đứng theo hệ phẳng14T 19 14T2.2.4.1. Hình thức và vị trí dầm đứng14T 19 14T2.2.4.2. Tính toán dầm đứng14T 19 14T2.2.5. Tính toán lực đóng mở van14T 21 14T2.2.6. Tính toán dầm chính và dầm đứng bằng phần mềm SAP200014T 21 14T2.3. Cửa van phẳng nhịp lớn14T 23 14T2.3.1. Kết cấu van phẳng nhịp lớn14T 23 14T2.3.2. Phân tích nội lực kết cấu van phẳng theo bài toán không gian bằng phần mềm SAP2000 14T 25 14TCHƯƠNG 3 – GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SAP2000 – PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỬA VAN PHẲNG 14T 27 14T3.1. Khái quát về phần mềm SAP200014T 27 14T3.2. Một vài điểm cần lưu ý khi sử dụng phần mềm14T 28 14T3.2.1. Đối tượng, phần tử và nhóm14T 28 14T3.2.2. Hệ tọa độ14T 29 14T3.2.2.1. Hệ tọa độ tng thể14T 29 14T3.2.2.2. Hệ tọa độ cc bộ (địa phương)14T 29 14T3.2.3. Dấu của nội lực và ứng suất14T 32 14T3.2.3.1. Phần tử thanh:14T 32 14T3.2.3.2. Phần tử vỏ:14T 33 14T3.3. Phân tích kết cấu cửa van phẳng bằng phần mềm SAP200014T 34 14T3.3.1. Mô hình hóa kết cấu van phẳng14T 34 14T3.3.2. Phân tích nội lực kết cấu van phẳng14T 36 14T3.3.2.1. Cửa van nằm trên ngưỡng14T 37 14T3.3.2.2. Cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng14T 38 14TKẾT LUẬN CHƯƠNG 314T 38 14TCHƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CỬA VAN PHẲNG CỐNG MƯƠNG CHUỐI 14T 39 14T4.1. Nhiệm vụ và quy mô công trình14T 39 14T4.1.1. Nhiệm vụ công trình14T 39 14T4.1.2. Quy mô công trình đầu mối14T 39 14T4.2. Kết cấu cửa van ngăn triều và giảm ngập14T 42 14T4.2.1. Mô tả kết cấu cửa van14T 42 14T4.2.2. Số liệu tính toán14T 44 14T4.2.3. Trường hợp tính toán14T 44 14T4.3. Phân tích kết cấu van phẳng nhịp lớn bằng phần mềm SAP200014T 45 14T4.3.1. Mô hình hoá kết cấu van phẳng nhịp lớn có cánh hạ giàn chính dạng vòm 14T 45 14T4.3.1.1. Kết cấu van phẳng14T 45 14T4.3.1.2 . Mô hình hoá kết cấu van phẳng14T 46 14T4.3.2. Mô hình hoá kết cấu van phẳng nhịp lớn có cánh hạ giàn chính dạng phẳng 14T 49 14T4.3.2.1. Kết cấu van phẳng14T 49 14T4.3.2.2 . Mô hình hoá kết cấu van phẳng14T 51 14T4.3.3. Kết quả tính toán nội lực và chuyển vị cửa van phẳng trong trường hợp cửa van trên ngưỡng với “cánh hạ giàn chính dạng vòm” và “cánh hạ giàn chính dạng phẳng” 14T 54 14T4.3.3.1 . Bản mặt14T 54 14T4.3.3.2 . Dầm ph dọc14T 60 14T4.3.3.3. Dầm đứng14T 66 14T4.3.3.4. Cánh hạ giàn chính14T 71 14T4.3.3.5. Giàn đứng14T 79 14T4.3.3.6. Phản lực tại 2 gối đáy cửa van14T 84 14T4.3.4. Nhận xét và kết luận14T 85 14TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ14T 86 14TTÀI LIỆU THAM KHẢO14T 88 DANH MỤC HÌNH VẼ 14TUHình 1.1 - Cống Liên MạcU14T 2 14TUHình 1.2 - Cống ngăn mặn ở Sóc TrăngU14T 2 14TUHình 1.3- Công trình ngăn sôngU14T 3 14TUHình 1.4 – Đập chắn sóngU14T 3 14TUHình 1.5 - Cửa van nhịp lớn (50~64m) EMS- CHLB Đức ( 2002)U14T 3 14TUHình 2.1- Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâuU14T 5 14TUHình 2.2 - Kết cấu cửa van phẳngU14T 6 14TUHình 2.3 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâuU14T 7 14TUHình 2.4 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chínhU14T 11 14TUHình 2.5 - Tiết diện tính toán và biểu đồ ứng suất pháp của dầm chínhU14T 14 14TUHình 2.6 - Dầm chính có chiều cao thay đổiU14T 14 14TUHình 2.7 - Giàn chính có cánh hạ hình đa giácU14T 16 14TUHình 2.8 - Hình thức tiết diện thanh giàn chínhU14T 17 14TUHình 2.9 - Sơ đồ tính toán giàn chínhU14T 17 14TUHình 2.10 - Sơ đồ tính toán giàn đứngU14T 20 14TUHình 2.11 - Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiềuU14T 23 14TUHình 2.12 - Kết cấu giàn chính có thanh cánh cong một chiềuU14T 24 14TUHình 2.13 - Kết cấu giàn chính có thanh cánh hạ cong hai chiềuU14T 24 14TUHình 2.14 - Gối đỡ kiểu trượtU14T 25 14TUHình 3.1 - Hệ tọa độ cục bộ của phần tử thanhU14T 31 14TUHình 3.2 - Trục tọa độ cục bộ 2 và 3 của phần tử thanhU14T 31 14TUHình 3.3 - Hệ toạ độ cục bộ của phần tử vỏU14T 32 14TUHình 3.4 - Quy ước dấu của lực dọc và mômen xoắnU14T 33 14TUHình 3.5 - Quy ước dấu của lực cắt và mômen uốnU14T 33 14TUHình 3.6 - Quy ước dấu nội lực của vỏU14T 34 14TUHình 3.7 – Tiết diện dập hình thang Precast của dầm phụ dọcU14T 34 14TUHình 3.8 - Mô hình hóa bản mặt và dầm đứngU14T 35 14TUHình 3.9 - Quy ước về các điểm Insertion PointsU14T 35 14TUHình 3.10 - Trình tự mô hình hóa dầm phụ dọcU14T 36 14TUHình 3.11 - Mô hình hóa cửa van phẳng bằng phần mềm SAP2000U14T 36 14TUHình 3.12 - Sơ đồ liên kết cửa van khi đóng và khi mởU14T 37 14TUHình 4.1 – Bản đồ bố trí hệ thống thủy lợi chống ngập TP Hồ Chí MinhU14T 40 14TUHình 4.2 – Bản đồ vị trí cống Mương ChuốiU14T 41 14TUHình 4.3 – Mặt bằng cống Mương ChuốiU14T 42 14TUHình 4.4 – Cắt dọc cống Mương ChuốiU14T 14T 42 14TUHình 4.5 – Mặt bằng và cắt dọc cửa van có cánh hạ giàn chính dạng vòmU14T . 43 14TUHình 4.6 – Mặt bằng và cắt dọc cửa van có cánh hạ giàn chính dạng phẳngU14T 43 14TUHình 4.7 - Sơ đồ tính toánU14T 45 14TUHình 4.8 - Kết cấu van phẳng (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm)U14T 46 14TUHình 4.9 - Kết cấu giàn đứng có cánh hạ giàn chính dạng vòmU14T 47 14TUHình 4.10 – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) U14T 48 14TUHình 4.11 - Áp lực nước thượng lưu và hạ lưu bằng phổ mầuU14T 49 14TUHình 4.12 – Kết cấu van phẳng (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)U14T 50 14TUHình 4.13 - Kết cấu giàn đứng có cánh hạ giàn chính dạng phẳngU14T 52 14TUHình 4.14a – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng nhìn từ hạ lưu (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) U14T 52 14TUHình 4.14b – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng nhìn từ thượng lưu (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) U14T 53 14TUHình 4.15 - Mã nút nửa trái bản mặtU14T 54 14TUHình 4.16 - Biểu đồ chuyển vị bằng phổ mầu nửa trái bản mặtU14T 55 14TUHình 4.17 - Biểu đồ ứng suất SURU 11 UR U và SURU 22 UR Ubằng phổ mầu nửa trái bản mặt (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) U14T 57 14TUHình 4.18 - Biểu đồ ứng suất SURU 11 UR U và SURU 22 UR Ubằng phổ mầu nửa trái bản mặt(TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) U14T 58 14TUHình 4.19 – Sơ họa mã các phần tử của dầm phụ dọc ở nửa trái của cửa vanU14T 60 14TUHình 4.20 – Mã nút và mã phần tử nửa trái dầm phụ dọc số 3U14T 60 14TUHình 4.21 - Biểu đồ nội lực của nửa trái dầm phụ dọc số 3 (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) U14T 61 14TUHình 4.22 - Biểu đồ nội lực của nửa trái dầm phụ dọc số 3 (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) U14T 62 14TUHình 4.23 - Biểu đồ chuyển vị của nửa trái dầm phụ dọc số 3U14T 64 14TUHình 4.24 - Kết cấu dầm đứng và giàn chínhU14T 66 14TUHình 4.25 – Mã phần tử và mã nút của dầm đứng số 1 và 4U14T 66 14TUHình 4.26 - Biểu đồ phổ màu chuyển vị của dầm đứng số 4U14T 67 14TUHình 4.27a - Biểu đồ ứng suất S11 bằng phổ mầu của dầm đứng số 1U14T 68 14TUHình 4.27b - Biểu đồ ứng suất S22 bằng phổ mầu của dầm đứng số 1U14T 69 14TUHình 4.28 – Mã phần tử và mã nút cánh hạ giàn chínhU14T 71 14TUHình 4.29 - Biểu đồ lực dọc P của cánh hạ giàn chính do trọng lượng bản thân (DEAD) U14T 72 14TUHình 4.30 - Biểu đồ lực cắt V2 của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng (TH1) U14T 73 14TUHình 4.31 - Biểu đồ momen M3 của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng (TH1) U14T 74 14TUHình 4.32 - Biểu đồ chuyển vị của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng (TH1) U14T 77 14TUHình 4.33 - Biểu đồ chuyển vị của cánh hạ giàn chính do tổ hợp tải trọng (TH1) U14T 77 14TUHình 4.34 – Sơ họa vị trí các giàn đứngU14T 79 14TUHình 4.35 – Mã phần tử và mã nút của giàn đứng số 2U14T 79 14TUHình 4.36 – Biểu đồ nội lực giàn đứng số 2 do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm) U14T 80 14TUHình 4.37 – Biểu đồ nội lực giàn đứng số 2 do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng) U14T 81 14TUHình 4.38 – Chuyển vị của giàn đứng số 2U14T 83 [...]... dụng lên cửa van Tải trọng chủ yếu tác dụng lên cửa van phẳng là áp lực nước và trọng lượng bản thân cửa van - Áp lực thuỷ tĩnh: + Biểu đồ áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van phẳng trên mặt và cửa van dưới sâu được biểu thị ở hình 2.3 Hình 2.3 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu 8 + Hợp lực của áp lực nước tác dụng lên 1m dài cửa van ở trên mặt khi hạ lưu không có nước (hình. .. tích nội lực và biến dạng kết cấu van phẳng 2.2.1 Phương pháp tính toán cửa van phẳng - Kết cấu cửa van phẳng là một kết cấu không gian, khi phân tích nội lực van để đơn giản có thể đưa về các hệ phẳng Nội lực của các phân tố nằm trên giao tuyến của hai hệ phẳng lấy bằng tổng nội lực trong hai hệ phẳng đó Cách tính này tuy không phản ánh được hoàn toàn trạng thái chịu lực thực tế của cửa van, nhưng... chính là cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu, cửa van trên mặt là cửa van có đỉnh cao hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 2.1a), cửa van dưới sâu là cửa van có đỉnh thấp hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 2.1b) Hình 2.1- Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu 2.1.2 Các bộ phận chính - Cửa van hình phẳng có hai bộ phận chính là bộ phận động và bộ phận cố định - Bộ phận động của cửa van phẳng gồm... tựa của giàn đứng được giả thiết là đặt ở cánh thượng hoặc cánh hạ của giàn đứng tại vị trí dầm chính 2.3 Cửa van phẳng nhịp lớn 2.3.1 Kết cấu van phẳng nhịp lớn Kết cấu cửa van phẳng nhịp lớn thường dùng dầm chính kiểu giàn, giàn chính cửa van phẳng nhịp lớn thường dùng hiện nay có mấy loại sau đây: 1 Giàn chính có thanh cánh thượng lưu và hạ lưu có dạng cong và nằm trong cùng một mặt phẳng, nhưng kết. .. cửa van phẳng khẩu độ nhỏ hơn 10m; một số cống ngăn mặn trong miền Nam cũng có khẩu độ nhỏ hơn 10m, Chính vì vậy Nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp lớn đảm bảo yêu cầu về cường độ và ổn định cũng 2 như độ võng hoặc biến dạng của từng bộ phận cửa van và của toàn cửa van khi đưa vào vận hành khai thác là rất thiết thực, mang lại hiệu quả kinh tế và tăng tuổi thọ của. .. của cửa van cũng như công trình thủy lợi, thủy điện Hình ảnh một số cửa van phẳng ở Việt Nam và trên thế giới: Hình 1.1 - Cống Liên Mạc Hình 1.2 - Cống ngăn mặn ở Sóc Trăng 3 Hình 1.3- Công trình ngăn sông Hình 1.4 – Đập chắn sóng Hartel – Hà Lan Hollandse Ijsel Hình 1.5 - Cửa van nhịp lớn (50~64m) EMS- CHLB Đức ( 2002) 4 1.2 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của cửa. .. cửa van trong hai trường hợp cửa van phẳng có giàn chính cánh hạ cong hai chiều và cửa van phẳng có giàn chính cánh hạ cong một chiều Đưa ra nhận xét về kết quả tính toán 1.4 Kết quả nghiên cứu cần đạt được - So sánh kết quả tính toán trong hai trường hợp cửa van phẳng có giàn chính cánh hạ cong hai chiều và cửa van phẳng có giàn chính cánh hạ cong một chiều - Đưa ra kết luận về hình dạng hợp lý về... đặt thêm các yêu cầu phức tạp cho công trình thủy lợi Cửa van có nhiệm vụ điều tiết nước, giữ nước khi đóng và xả lũ khi mở trong các hồ chứa, ngăn mặn và thoát lũ trong các cống vùng triều Có nhiều loại cửa van như: cửa van trên mặt, cửa van dưới sâu, cửa van phẳng, cửa van cung, cửa van quạt, cửa van kiểu ống lăn, trong đó cửa van phẳng do có kết cấu đơn giản, dễ gia công chế tạo, vận hành thuận lợi... trong đó W là hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh tác dụng trên 1m dài cửa van, còn n là số lượng dầm chính 11 Hình 2.4 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính Trường hợp cửa van có hai dầm (giàn) chính: Đối với cửa van có hai dầm (giàn) chính, để hai dầm chính chịu áp lực nước bằng nhau thì vị trí của hai dầm chính phải đặt cách đều hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh (d 1 =d 2 ) như ở R R R R hình 2.4b, đồng... hợp lý về mặt chịu lực của cửa van phẳng nhịp lớn dầm chính và dầm đứng loại giàn, không có thanh cánh thượng, thanh cánh hạ có dạng cong hai chiều và dạng cong một chiều 5 CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN PHẲNG 2.1 Khái quát về cửa van phẳng 2.1.1 Định nghĩa và phân loại Cửa van có mặt chịu áp lực nước là mặt phẳng hoặc mặt cong, thường là cong một chiều (mặt trụ đứng), khi đóng mở cửa van chuyển động . Hình 1.5 - Cửa van nhịp lớn (50~64m) EMS- CHLB Đức ( 2002) 4 1.2. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp lớn chịu tác dụng của trọng. triều. Có nhiều loại cửa van như: cửa van trên mặt, cửa van dưới sâu, cửa van phẳng, cửa van cung, cửa van quạt, cửa van kiểu ống lăn, trong đó cửa van phẳng do có kết cấu đơn giản, dễ gia. hoá kết cấu van phẳng nhịp lớn có cánh hạ giàn chính dạng vòm 14T 45 14T4.3.1.1. Kết cấu van phẳng1 4T 45 14T4.3.1.2 . Mô hình hoá kết cấu van phẳng1 4T 46 14T4.3.2. Mô hình hoá kết cấu van phẳng