Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí gối bản lề tới lực kéo và trạng thái ứng suất – biến dạng của cửa van cung nhịp lớn

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích trạng thái ứng suất-biến dạng cửa van cung nhịp lớn, xác định trọng lượng bản thân van và lực kéo của xy lanh

Trang 1

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 ảnh hưởng của vị trí gối bản lề tới lực kéo và trạng thái ứng suất – biến dạng của cửa van cung 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 8 năm 2014 Tác giả luận văn

NGUYỄN TẤT THỌ

Trang 2

Hà Nội, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn

NGUYỄN TẤT THỌ

Trang 3

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

B ẢN CAM KẾT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của Đề tài 1

2 Mục đích của Đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN HÌNH CUNG 2

1.1 Khái quát về cửa van hình cung 2

1.1.1 Khái niệm và phân loại 2

1.1.2 Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo 4

1.1.3 Hình thức cửa van thường dùng hiện nay 7

1.1.4 Phạm vi ứng dụng 9

1.2 Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van 10

1.2.1 Cấu tạo chung của kết cấu cửa van 10

1.2.2 Chọn sơ bộ hình thức, vị trí và kích thước các bộ phận chính của cửa van cung 11

1.3 Tính toán kết cấu cửa van cung 18

1.3.1 Tính toán cửa van cung theo hệ phẳng 18

1.3.2 Phân tích cửa van theo bài toán không gian 27

Trang 4

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 35

CHƯƠNG 2 – PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHẦN MỀM SAP2000 36

2.1 Khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn 36

2.1.1 Các mô hình của phương pháp phần tử hữu hạn 36

2.1.2 Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 37

2.2 Phần mềm SAP2000 37

2.2.1 Khái quát về phần mềm SAP2000 37

2.2.2 Một số điểm cần chú ý khi sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng cửa van cung 38

2.2.3 Các bước tính toán kết cấu cửa van cung bằng SAP2000 44

CHƯƠNG 3 - PHÂN TÍCH KẾT CẤU VAN CUNG TRONG CÔNG TRÌNH CHỐNG NGẬP LỤT TP HỒ CHÍ MÌNH 46

3.1 Giới thiệu công trình 46

3.1.1 Quy mô công trình 46

3.1.2 Các trường hợp nghiên cứu: 46

3.2 Trường hợp 1: ∆Z = 7.0m 47

3.2.1 Mô tả kết cấu cửa van 47

3.2.2 Mô hình hóa kết cấu cửa van cung bằng phần mềm SAP2000 51

3.2.3 Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian 54

3.3 Trường hợp 2: ∆Z = 7.5m 62

3.3.1 Mô hình hóa kết cấu cửa van 62

Trang 5

3.4 Trường hợp 3: ∆Z = 8.0m 71

3.4.1 Mô hình hóa kết cấu cửa van 71

3.5 Tổng hợp kết quả tính toán và vẽ đường quan hệ giữa vị trí gối bản lề và lực kéo van, cũng như nội lực và chuyển vị của một số bộ phận chính của cửa van tương ứng với mỗi vị trí gối bản lề 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Trang 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 - Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên 2

Hình 1.2 - Cửa van trên mặt 3

Hình 1.3 - Cửa van dưới sâu 3

Hình 1.4 - Sơ đồ cấu tạo cửa van hình cung 5

Hình 1.5 - Gối quay của cửa van cung; a) Gối nón cụt; b) Gối bản lề 5

Hình 1.6 - Gối đỡ bên kiểu bánh xe và kiểu trượt 6

Hình 1.7 - Cấu tạo kết cấu vật chắn nước bên và đáy van cung 7

Hình 1.8 - Sơ đồ một số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung 8

Hình 1.9 - Các loại hình thức khung chính 8

Hình 1.10 - Các hình thức khe van 10

Hình 1.11 - Sơ đồ vị trí khung chính 12

Hình 1.12 - Kết cấu cửa van hình cung dùng dầm đứng đặt sít 16

Hình 1.13 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính trên và dưới 20

Hình 1.14 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu 21

Hình 1.15 - Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chân khớp 23

Hình 1.16 - Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chính chân ngàm 24

Hình 1.17 - Sơ đồ tính toán nội lực càng van 26

Hình 1.18 - Sơ đồ xác định cánh tay đòn lực kéo van 26

Hình 1.19 - Điều kiện biên trường hợp cửa van nằm trên ngưỡng 28

Hình 1.20 - Điều kiện biên trường hợp 2 máy nâng bằng xi lanh thủy lực 29 Hình 1.21 - Điều kiện biên khi nâng bằng tời dây kéo tiếp tuyến với bản mặt

Trang 7

Hình 1.22 - Điều kiện biên khi nâng bằng tời phương dây kéo không tiếp

tuyến với bản mặt 30

Hình 1.23 - Sơ đồ kết cấu van cung ứng với trường hợp cửa van mở 31

Hình 2.1 - Hệ tọa độ cục bộ của phần tử thanh 41

Hình 2.2 - Trục tọa độ cục bộ 2 và 3 của phần tử thanh 41

Hình 2.3 - Hệ toạ độ cục bộ của phần tử vỏ 42

Hình 2.4 - Quy ước dấu của lực dọc và mômen xoắn 43

Hình 2.5 - Quy ước dấu của lực cắt và mômen uốn 43

Hình 2.6 - Quy ước dấu nội lực của vỏ 44

Hình 3.1 – Bố trí tổng thể van cung 47

Hình 3.2 – Kết cấu giàn đứng van cung 48

Hình 3.3 - Vị trí dầm phụ dọc 49

Hình 3.4 - Định vị dầm phụ dọc 49

Hình 3.5 - Kết cấu bản mặt và dầm phụ dọc 51

Hình 3.6 - Kết cấu dầm đứng, giàn ngang và càng van 52

Hình 3.7 - Kết cấu dầm đứng, giàn ngang và càng van 53

Hình 3.8 - Mô hình hóa kết cấu van cung 54

Hình 3.9 - Gán lực ma sát vào mô hình kết cấu van cung 57

Hình 3.10 Mô hình cửa van trường hợp ∆Z = 7.5m 62

Hình 3.11 – Biểu đồ áp lực nước thượng lưu 63

Hình 3.12 – Phổ màu chuyển vị bản mặt van 63

Hình 3.13 – Biểu đồ lực dọc càng van 64

Hình 3.14 – Biểu đồ lực dọc giàn chính 65

Trang 8

Hình 3.15 – Cánh tay đòn trọng lượng bản thân van 66

Hình 3.16 – Sơ đồ xác định cánh tay đòn lực kéo van 69

Hình 3.17 Kết cấu van trường hợp ∆Z = 8.0m 71

Hình 3.18 – Đường quan hệ ∆Z và lực kéo van khi bắt đầu rời khỏi ngưỡng 78

Hình 3.19 – Đường quan hệ ∆Z và lực kéo van khi mở hoàn toàn 78

Hình 3.20 – Đường quan hệ ∆Z và chuyển vị ngang lớn nhất ở bản mặt 79

Hình 3.21 – Đường quan hệ ∆Z và lực dọc lớn nhất của càng van 79

Hình 3.22 – Đường quan hệ ∆Z và momen uốn lớn nhất của càng van 79

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 - Giá trị góc α và góc θ 50

Bảng 3.2 - Chuyển vị tại một số nút ở bản mặt van 54

Bảng 3.3 - Lực dọc và mô men uốn trong càng van 55

Bảng 3.4 - Nội lực trong một số phần tử giàn chính trên và dưới 55

Bảng 3.5 - Phản lực liên kết tại các gối tựa 56

Bảng 3.6 – Lực ma sát vật chắn nước bên FS 57

Bảng 3.7 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 1) 59

Bảng 3.9 - Phản lực liên kết tại nút C 60

Bảng 3.10 - Xác định hành trình của xy lanh thủy lực 60

Bảng 3.11 - Ứng suất của bản mặt cửa van 64

Bảng 3.12 – Xác định hành trình của xy lanh thủy lực 69

Trang 10

Bảng 3.28 - Xác định hành trình của xy lanh thủy lực 75

Bảng 3.29 – Tổng hợp kết quả tính toán 77

Trang 11

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Đối với cống ngăn triều chống ngập lụt thành phố Hồ Chí Minh cần sử dụng cửa van nhịp lớn để ngăn triều, thoát lũ nhanh và giao thông thủy, một trong các phương án được chọn là sử dụng cửa van cung đóng mở bằng xy lanh thủy lực Khoang thông thuyền của van cung có bán kính bản mặt lớn hơn bảo đảm tĩnh không giao thông thủy Vị trí gối bản lề có ảnh hưởng tới lực kéo van, cũng như trạng thái ứng suất-biến dạng của cửa van, nên việc chọn vị trí hợp lý của gối bản lề là một yêu cầu cần quan tâm nhằm giải quyết hài hòa giữa lực kéo và khả năng chịu lực của cửa van Xy lanh thủy lực cũng có tỷ trọng không nhỏ trong tổng số vốn đầu tư thiết bị cơ khí của công trình, nên việc nghiên cứu vị trí hợp lý của gối bản lề có ý nghĩa thực tế

và cần thiết

2 Mục đích của Đề tài

Xác định vị trí hợp lý của gối bản lề với ràng buộc và yêu cầu về mặt công trình thủy công, nhằm giảm lực kéo van, cũng như hành trình của xy lanh thủy lực, thỏa mãn điều kiện cường độ và biến dạng cửa van cung, nhằm giảm chi phí đầu tư cho công trình

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Một cửa van hình cung nhịp lớn trong công trình cống ngăn triều chống ngập lụt thành phố Hồ Chí Minh

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích trạng thái ứng suất-biến dạng cửa van cung nhịp lớn, xác định trọng lượng bản thân van và lực kéo của xy lanh thủy lực khi vị trí gối bản lề thay đổi, tìm vị trí hợp lý của gối bản lề để giảm lực kéo van cũng như ứng suất trong quá trình khai thác

Trang 12

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN HÌNH CUNG

1.1 Khái quát về cửa van hình cung [3] [4]

1 1.1 Khái niệm và phân loại

Cửa van là một bộ phận của công trình thuỷ lợi, dùng để khống chế mực nước và điều tiết lưu lượng theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ khai thác khác nhau Cửa van thường được đóng mở bằng tời hoặc xy lanh thủy lực

Cửa van hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng mặt cong, thường là một phần của mặt trụ tròn và được nối với hai càng, khi đóng mở cửa van quay xung quanh một trục quay cố định nằm ngang Cửa van hình cung thường được dùng làm cửa xả lũ ở đập tràn Hình dạng không gian và các bộ phận chính của kết cấu cửa van cung càng xiên cho ở hình 1.1

Hình 1.1 - Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên Cửa van hình cung có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu, có cửa phụ hoặc không có cửa phụ trên đỉnh van Cửa van trên mặt

Trang 13

là cửa van có đỉnh cao hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 1.2), cửa van dưới sâu là cửa van có đỉnh thấp hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 1.3)

Của van hình cung có ưu điểm là đóng mở nhanh và dễ dàng điều tiết lưu lượng tháo, trụ pin có thể làm mỏng so với van phẳng vì khe van nông

Hình 1.2 - Cửa van trên mặt

Hình 1.3 - Cửa van dưới sâu Tuy nhiên trụ pin phải làm dài để có đủ kích thước đặt càng van Áp lực nước tác dụng tập trung lên trụ pin (qua càng van) làm cho ứng suất tập trung phát sinh trong trụ pin và việc bố trí cốt thép chịu lực phức tạp hơn, 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, phức tạp hơn van phẳng

Trang 14

Cửa van cung là loại được áp dụng khá rộng rãi, nhất là khi cửa có nhịp lớn hay những nơi cần tháo nước nhanh Vật liệu làm cửa van thường bằng thép

Cửa van cung được phân loại như sau: Theo mực nước thượng lưu, được chia thành hai loại: Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu Theo hình thức chảy qua van, có thể chia thành 3 nhóm: Cửa van cho nước chảy ở dưới, cho nước tràn qua đỉnh van, cho nước chảy qua đỉnh van và chảy dưới đáy van Theo kết cấu cửa van được chia thành 3 loại: Cửa van đơn, cửa van có cửa phụ và cửa van kép

Trong các đập tràn thường dùng của van cho nước chảy ở dưới hoặc vừa cho chảy ở dưới vừa cho nước tràn qua van Trong các âu tầu, thuyền chỉ dùng loại tràn qua đỉnh van loại cửa van hạ xuống

Cửa van có cửa phụ hoặc cửa van hai tầng, được dùng khi cần tháo vật nổi hoặc tháo một lượng nước nhỏ, vì nếu dùng cửa van đơn thì sẽ mất một khối lượng nước khá lớn

1.1.2 Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo

- Kết cấu phần động cửa van cung - Cửa van hình cung bao gồm bản

chắn nước (bản mặt), hệ thống dầm (dầm phụ dọc, dầm đứng, dầm chính), càng đỡ và gối quay (hình 1.4) Hệ thống dầm cũng bố trí theo nguyên tắc ở mọi chỗ bản mặt chịu lực như nhau, các dầm chính chịu lực như nhau để tiện thi công và tận dụng khả năng chịu lực của vật liệu

Trang 15

Hình 1.4 - Sơ đồ cấu tạo cửa van hình cung

- Gối quay - Đối với kết cấu càng van, chịu áp lực nước từ dầm chính

và dầm đứng truyền tới, tính toán theo hệ giàn Gối quay là nơi càng tựa lên

và quay khi đóng mở cửa Hình 1.5 biểu thị một số hình thức gối quay Trường hợp bán kính van cung R = (1,2÷1,5)H1; (trong đó H1 là chiều sâu nước thượng lưu) thì gối đặt thấp hơn mực nước thượng lưu Gối quay thường đặt cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu để tránh bị ngập nước dẫn tới hư hỏng và han rỉ

Hình 1.5 - Gối quay của cửa van cung; a) Gối nón cụt; b) Gối bản lề

Trang 16

Gối quay của cửa van cung thường dùng là gối kiểu nón cụt (hình 1.5a) và gối bản lề có một trục quay hoặc hai trục quay vuông góc với nhau (hình 1.5b) Gối có hai trục quay cấu tạo tương đối phức tạp nhưng có thể chuyển động được theo hai phương khác nhau Do đó khi các trụ lún không đều trong chừng mực nhất định vẫn không ảnh hưởng tới việc đóng mở cửa Gối bản lề một trục quay cấu tạo đơn giản hơn, thường dùng trong các cửa van có nhịp không lớn

- Gối đỡ bên - Để đảm bảo cho cửa van ở vị trí bình thường trong khe

van khi đóng và khi mở, để đảm bảo cho cửa van không bị xô lệch và không

bị kẹt trong khe van Thiết bị định hướng bên có thể dùng kiểu bánh xe như

ở hình 1.6a hoặc kiểu trượt như ở hình 1.6b, được bố trí ở hai đầu van

Hình 1.6 - Gối đỡ bên kiểu bánh xe và kiểu trượt b)

Trang 17

- Vật chắn nước - Vật chắn nước có thể làm bằng gỗ, cao su, kim loại

v.v., nhưng thường dùng nhất là bằng cao su Các dạng mặt cắt ngang của vật chắn nước bằng cao su thường dùng được biểu thị ở hình 1.7a Cao su tấm dùng làm vật chắn nước đáy, cao su chữ P thường dùng làm vật chắn nước bên và ở đỉnh, cao su chữ L chủ yếu dùng làm vật chắn nước ở bên cửa van hình cung Cấu tạo vật chắn nước bên cho ở hình 1.7b và vật chắn nước đáy cho ở hình 1.7c

Hình 1.7 - Cấu tạo kết cấu vật chắn nước bên và đáy van cung

1.1.3 Hình thức cửa van thường dùng hiện nay

Phần lớn cửa van cung dùng bản mặt hình cung tròn có tâm trùng với tâm quay, trong các sông có lượng phù sa lớn lắng đọng ở trước cửa van, thì tâm quay có thể đặt thấp hơn tâm bản mặt

c)

Trang 18

Hình 1.8 - Sơ đồ một số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung

Trong trường hợp này sẽ giảm được ảnh hưởng của lực ma sát do phù

sa tác dụng lên bản mặt, giảm được lực kéo của máy đóng mở khi nâng van Cửa van thường dùng nhất hiện nay là cửa van hai dầm chính chịu tải trọng bằng nhau, bản mặt là một mặt cung tròn có tâm cong trùng với tâm quay của cửa van

Khung chính được chia thành các loại sau:

- Chân thẳng và cứng (hình 1.9a)

- Chân thẳng và mảnh (hình 1.9b)

- Chân xiên và mảnh (hình 1.9c)

Hình 1.9 - Các loại hình thức khung chính Cửa van chân cứng có lực xô ngang lớn làm giảm được mômen uốn trong dầm, nhưng mômen uốn trong càng lại lớn, đồng thời khi cửa van chuyển động có lực ma sát ở mặt bên của gối bản lề Cửa van chân mảnh

Trang 19

được dùng phổ biến nhất, trong trường hợp này độ cứng của chân nhỏ hơn

độ cứng của dầm vì vậy ảnh hưởng của lực xô ngang nhỏ, có thể bỏ qua

Cửa van chân xiên có một số ưu điểm sau: Giảm được mômen uốn trong dầm chính, do đó dầm chính sẽ nhỏ, khi nhịp van dưới 12m và cột nước dưới 5m có thể dùng thép định hình làm dầm chính Chiều cao dầm chính giảm, nên kết cấu giàn đứng có thể nhỏ, trọng lượng van giảm, do đó lực kéo cần thiết của máy đóng mở cũng giảm

Cửa van chân xiên cũng có một số nhược điểm sau: Cấu tạo gối bản lề

và mối nối giữa dầm chính với chân van khá phức tạp Tăng nội lực trong chân van và tăng chiều dài của chân van Khi có nước tràn qua đỉnh van không nên sử dụng

1.1 4 Phạm vi ứng dụng

Van hình cung được dùng phổ biến trong các công trình tưới và tiêu, nhịp có thể tới 40m với chiều cao dưới 14m Khi nhịp van từ 10 đến 12m, thường dùng loại van cung hai dầm chính, chân mảnh, thẳng hay xiên Với nhịp từ 6 đến 12m, cột nước từ 2,5 đến 4m thường dùng loại chân xiên và ô dầm ngang Ở những đầu âu thuyền để tăng thêm chiều dài âu, giảm năng lượng dòng chảy dưới van khi đưa nước vào buồng âu, dùng van hình cung tốt hơn van phẳng

Không dùng cửa van hình cung làm cửa van sửa chữa, cửa van bảo hiểm và cửa van thi công vì gối tựa của cửa van cung là cố định Cửa van cung có thể bố trí trong khe van hoặc ở mặt ngoài của trụ pin như ở hình 1.10a và hình 1.10b

Cửa van hình cung được dùng rộng rãi trong công trình thủy lợi vì nó

có nhiều ưu điểm: Có thể dùng trên đập tràn với mặt cắt bất kỳ mà không cần

mở rộng đỉnh đập Điều kiện thủy lực của dòng chảy ở mép dưới van cũng

Trang 20

tốt hơn van phẳng Cửa van được liên kết với gối bản lề cố định nên chuyển động của cửa van được xác định và hầu như tránh được khả năng bị mắc kẹt

do vênh

Trọng lượng van cung nhỏ hơn các loại khác Lực kéo của máy đóng

mở nhỏ, có thể lợi dụng phương hợp lực của áp lực nước không đi qua trục quay để giảm lực đóng mở

Van cung cũng có một số nhược điểm sau: Phải có mố và đường biên dài Khi cống có chiều cao lớn và có ngưỡng ngang, nếu yêu cầu gối bản lề không ngâm trong nước thì càng van phải rất dài.Thời gian đóng mở lâu hơn cửa van phẳng

Hình 1.10 - Các hình thức khe van

1.2 Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van [2]

1.2.1 Cấu tạo chung của kết cấu cửa van

Cấu tạo cửa van cung phải bảo đảm các yêu cầu khai thác, giá thành

hạ và phải dễ chế tạo, lắp ghép, kiểm tra, sửa chữa

Phần lớn cửa van cung dùng loại hai khung chính Khi nhịp từ 12 đến 16m dầm của khung chính dùng loại tiết diện đặc, còn khi nhịp lớn dùng loại giàn có thanh bụng xiên hoặc tam giác.Chân khung thường dùng tiết diện

Trang 21

đặc Dầm đứng ở giữa thường dùng loại rỗng, còn dầm đứng hai đầu dùng loại đặc

Hình dạng mặt cắt ngang của cửa van phải bảo đảm dòng cháy dưới đáy van không va vào dầm chính dưới Nếu vì một nguyên nhân nào đó không thể đưa dầm chính dưới lên phía trên, thì kết của dầm dầm chính tốt nhất là dùng loại rỗng (giàn) Khi dùng dầm đặc thì bản bụng của dầm cần phải khoét lỗ, diện tích của lỗ không được nhỏ hơn 20% tổng diện tích bản bụng dầm chính Loại cửa van có dầm chính bố trí thấp thường gặp trong cống có khẩu độ lớn và chịu cột nước nhỏ

Khi thiết kế cửa van dùng càng ít phân tố ghép càng tốt, cố gắng dùng thép định hình Không nên dùng loại tiết diện có khe hẹp, vì khó kiểm tra, khó vệ sinh và quét sơn Tất cả các phân tố chính chịu uốn hoặc chịu nén dọc trục, phải chọn loại có độ cứng lớn nhất với kích thước cần thiết của mặt cắt ngang theo tính toán

1.2.2 Chọn sơ bộ hình thức, vị trí và kích thước các bộ phận chính của cửa van cung

1.2.2.1 Chọn sơ bộ hình thức, vị trí và kích thước của khung chính

Khung chính là bộ phận quan trọng trong cửa van hình cung, có tác dụng chuyền toàn bộ áp lực nước, trọng lượng bản thân và trọng lượng lớp nước tran qua van (nếu có) lên gối bản lề Khung chính gồm có dầm chính và chân khung

Khung chính được đặt theo phương bán kính của bản mặt, số lượng khung chính thường chọn từ một đến ba chiếc (hình 1.11) Tuyệt đại đa số các cửa van thường dùng hiện nay là loại có hai khung chính chịu tai trọng bằng nhau

Trang 22

Chiều cao của khung chính lấy bằng bán kính của bản mặt, bán kính R của bản mặt phụ thuộc vào chiều cao ho và bề rộng Lo của cống, thường chọn R = (1,2÷1,5)ho Ngoài ra cần phải chọn tỷ số R/Lo càng lớn khi nhịp càng nhỏ

Vị trí tâm quay của cửa van thường đặt ở trên mực nước hạ lưu lớn nhất và mực nước tràn qua đỉnh đập không va vào trục quay

Các khung chính thường được bố trí theo nguyên tắc chịu tải trọng bằng nhau, nếu cửa van có hai khung chính thì chúng phải cách đều hợp lực

của áp lực thủy tĩnh như ở hình 1.11

Hình 1.11 - Sơ đồ vị trí khung chính Khi xác định vị trí của khung chính cần xét tới yêu cầu về thủy lực (dòng chảy không va vào dầm chính dưới), về cấu tạo (bảo đảm cửa van có

đủ độ cứng) và về thi công (tiện cho việc phân đoạn)

Khung chính thường dùng chân thẳng và mảnh, có dầm chính đặc hoặc rỗng (giàn) Dùng khung chân mảnh có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực

xô ngang khi xác định kích thước tường biên hay trụ pin của công trình, bỏ qua lực ma sát trong gối bản lề do lực xô ngang sinh ra

Cấu tạo dầm khung chính phụ thuộc vào kính thước của cửa van (chiều cao và chiều rộng), loại van (trên mặt hoặc dưới sâu), chế độ khai thác, điều kiện lắp ghép, chuyên chở và vật liệu dùng để chế tạo

Trang 23

Đối với cửa van dưới sâu, khi tải trọng trên một mét dài lớn, mà nhịp lại nhỏ thì dùng dầm bụng đặc vì lực cắt lớn hơn rất nhiều so với mômen uốn Đối với cửa van trên mặt, tải trọng tác dụng lên một mét dài không lớn,

do đó lực cắt nhỏ Khi nhịp van lớn (20~30m) thường dùng dầm chính rỗng (giàn) kinh tế hơn, vì nếu dùng dầm đặc thì không thể lợi dụng hết khả năng làm việc của bản bụng dầm

Hình dạng mặt cắt ngang của cửa van đôi khi có ảnh hưởng quyết định đến việc chọn hình thức dầm chính Khi cửa van có dầm chính dưới thấp, để tránh hiện tượng chân không dưới dầm chính, dầm chính thường chọn loại giàn

Nhịp tính toán của khung chính bằng khoảng cách giữa hai mặt phẳng đối xứng của chân van, được xác định như sau :

- Khi van đặt trong rãnh van:

L = Lo +2d = Lo + 2 (0.3 ÷ 0.5) m

- Khi van đặt trên công xôn của trụ pin (hình 4.6b):

L = Lo - 2d’= Lo - 2(0.4 ÷ 0.6) m trong đó:

L - nhịp tính toán của khung chính

Lo - bề rộng của lỗ cống bằng khoảng cách trong giữa hai trụ pin

d, d’ - khoảng cách từ mép lỗ cống tới tâm gối bản lề, chọn càng lớn khi tải trọng tác dụng lên van càng lớn

Chiều cao dầm của khung chính có thể chọn sơ bộ như sau:

- Đối với dầm chính đặc: h= L

15

1

~ 10

Trang 24

h= L

8

1

~ 6

Giàn đứng được tạo bởi thanh đứng của ô dầm, thanh đứng của giàn chính và thanh đứng của giàn chịu trọng lượng

Tuỳ theo kích thước của cửa van và hình dáng mặt cắt ngang mà chọn giàn đứng cho thích hợp

Đối với cửa van chân xiên có nhịp Lo ≤ 12m, chiều cao cột nước H ≤4.5m và cửa van chân thẳng có Lo ≤ 7m, H≤ 3.5m, dùng giàn đứng đặc là hợp lí hơn cả

Kính thước hình học của giàn đứng phụ thuộc vào chiều cao của van, bán kính và vị trí của tâm bản mặt, phụ thuộc vào chiều cao của dầm chính

Khi dầm của khung chính là loại rỗng (giàn) thì vị trí của giàn đứng phụ thuộc vào hệ thanh bụng (thanh bụng xiên hoặc tam giác) Giàn đứng có thể bố trí trong mặt phẳng của các thanh đứng của giàn chính có thanh bụng xiên hay nằm trong mặt phẳng đi qua các mắt giàn của giàn chính có thanh bụng hình tam giác Trong cửa van có chân xiên nhất thiết phải bố trí giàn đứng trong mặt phẳng liên kết của chân van Giàn đứng thường bố trí một giàn ở giữa, hai giàn ở vị trí liên kết của càng van và hai giàn nữa ở hai đầu van

1.2.2.3 Bố trí ô dầm

Trang 25

Ô dầm có thể bố trí trước dầm chính hoặc đặt bằng mặt với dầm chính hoặc bố trí thấp hơn dầm chính Tuỳ theo khoảng cách giữa các dầm chính

mà ô dầm được bố trí dọc, ngang hay hỗn hợp

Khi khoảng cách giữa hai dầm chính lớn, bố trí dọc là hợp lí nhất Dầm phụ được đặt liên tục trên cánh thượng của giàn đứng dọc theo toàn chiều dài van và làm giảm chiều cao giàn đứng Cho phép dùng hàn tự động

và bán tự động Nếu dầm phụ được đặt bằng mặt với giàn đứng, tức là dầm phụ bị cắt đứt bởi giàn đứng, thì đầu các thanh cần được nối chắc với giàn đứng

Khi van có cột nước nhỏ, thì ô dầm bố trí đứng là hợp lí vì khoảng cách giữa các dầm chính nhỏ Cách bố trí hỗn hợp do cấu tạo phức tạp nên ít dùng Dầm phụ đứng và dầm phụ ngang cần chọn cùng chiều cao để có thể đặt bản nối ở phía dưới

Các phân tố ô dầm thường dùng thép định hình

Để tiện cho chế tạo và bảo dưỡng hiện nay nhiều cửa van cung có xu hướng không dùng dầm phụ dọc, chỉ dùng dầm phụ đứng đặt dầy và hàn vào bản mặt tạo thành mảng ô bản mặt Sau đó liên kết cánh hạ dầm phụ đứng của mảng ô bản mặt này với cánh thượng dầm chính (dùng nhiều dầm chính

và không bố trí cùng chiều cao với bản mặt) Kết cấu cửa van cung theo phương án này được thể hiện ở hình 1.12

Trang 26

Hình 1.12 - Kết cấu cửa van hình cung dùng dầm đứng đặt sít

1.2.2.4 Chọn hình thức và cấu tạo giàn chịu trọng lượng

Giàn chịu trọng lượng được bố trí ở thượng lưu và hạ lưu của dầm chính Nếu dầm chính được hàn chặt vào bản mặt thì không cần đặt giàn chịu trọng lượng ở thượng lưu vì chính bản mặt và cánh của dầm chính trên và dưới tạo thành một dầm có tác dụng như giàn chịu trọng lượng

Với cửa van có dầm chính không lớn thì không cần đặt giàn chịu trọng lượng, lúc này trọng lượng cửa van do bản mặt chịu và truyền tải trọng lên giàn gối (càng) hay trụ biên Khi chiều cao của dầm chính lớn (khoảng ≥1m) thì cần thiết phải đặt giàn chịu trọng lượng

Tuỳ theo kích thước của cửa van mà dùng loại có thanh bụng hoặc loại không có thanh bụng Với cửa van có nhịp lớn hay cột nước lớn phải dùng loại có thanh bụng Tuỳ theo chiều dài của các khoảng mắt của giàn chính

mà dụng thanh bụng xiên hoặc nửa xiên Trong những cửa van nhịp nhỏ, chịu cột nước lớn, dầm chính chịu tải trọng khá lớn, nên làm dầm có bản

CÀNG VAN

MẢNG Ô BẢN MẶT

Trang 27

cánh rộng, trong trường hợp này có thể dùng giàn chịu trọng lượng không thanh xiên, ở vị trí giao giữa các thanh đứng và thanh cánh của giàn này cần đặt bản mắt rộng

1.2.2.5 Hình thức, cấu tạo của trụ biên và giàn gối

Trụ biên được bố trí ở hai đầu cửa van, dùng để gắn bánh xe bên, vật chán nước, cũng như các chi tiết khác Trụ biên được đặt theo toàn bộ chiều cao của tiết diện ngang của cửa van Mặt cắt ngang của trụ biên thường dùng tiết diện chữ I hoặc hình hộp

Giàn gối (càng van) được tạo bởi các nhánh của chân khung chính, nó

có tác dụng liên kết các chân khung chính, chuyển áp lực nước tác dụng lên cửa van vào bộ phận cố định

Nếu dùng khung chính kiểu công xôn, thì trụ biên và giàn gối là hai bộ phận đặt tách rời nhau Đối với cửa van có giàn gối đặt sát đầu van, trụ biên

và giàn gối cùng nằm trong một mặt phẳng thì có thế kết hợp thành một cấu kiện

Với cửa van nhỏ, giàn gối có thể dùng loại không thanh xiên, còn đối với cửa van có nhịp trung bình và lớn thì cần phải có thanh xiên

Thanh cánh giàn gối được làm bằng thép chữ I hay hai thép chữ C khi cửa van có nhịp nhỏ và trung bình, dùng tiết diện chữ I hoặc chữ C ghép bằng thép góc và thép bản khi van có nhịp lớn, hoặc nhịp trung bình nhưng

có cột nước cao Trong những cửa van nhỏ hệ thanh bụng của giàn gối có thể hàn trực tiếp vào cánh cửa của giàn gối, còn đối với cửa van trung bình và lớn thì nhất thiết phải đặt bản mắt

Giàn gối được liên kết với kết cấu nhịp van bằng cách nối thanh cánh của giàn gối với bản mắt ở đầu giàn chính, bản mắt này phải có độ cứng lớn

và nằm trong mặt phẳng của giàn chính Nếu giàn gối nghiêng, thì cuối thanh

Trang 28

cánh của giàn gối đặt một bản thép và hàn chặt vào cánh của dầm chính Chỉ trong trường hợp cửa van nhỏ mới liên kết giữa giàn gối và kết cấu nhịp van bằng bulông

Một đầu của giàn gối được liên kết với bộ phần động của gối bản lề bằng bulông, thông qua bản đế Để tăng độ cứng của bản đế và tăng chiều dài đường hàn kiên kết giữa giàn gối vào bản đế, cần đặt thêm các sườn gia

cố Chiều dày bản đế chọn từ 12 đến 40 mm

Sơ đồ hình học của giàn gối có dạng tam giác (giao điểm của đường trục thanh cánh giàn trùng với tâm cung của bản mặt) hoặc hình thang, (giao điểm của đường trục thanh cánh không trùng với tâm bản mặt) Trong sơ đồ thứ nhất, toàn giàn là một tam giác bất biến hình, các thanh bụng chỉ có tác dụng làm giảm chiều dài tự do và làm tăng ổn định của thanh cánh, nên cố gắng sử dụng sơ đồ này Nhưng trong cửa van lớn và chịu tải trọng lớn, kích thước của gối bản lề lớn, đường trục của thanh cánh giàn gối không thể hướng vào tâm bản mặt được, do đó phải dùng giàn hình thang, trong trường hợp này các thanh bụng chịu lực dọc

1.3 Tính toán kết cấu cửa van cung

1.3.1 T ính toán cửa van cung theo hệ phẳng

1.3.1.1 Phương pháp tính toán theo hệ phẳng

Kết cấu cửa van hình cung là một kết cấu không gian và chịu lực khá phức tạp, khi phân tích nội lực 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 thường dùng vì khá đơn giản,

có thể dùng để tính toán cửa van có kích thước trung bình và nhỏ Khi cửa van có kích thước lớn và chịu cột nước cao cần tính theo hệ không gian

Trang 29

Khung chính và càng van là bộ phận chịu lực chủ yếu của cửa van hình cung, chịu toàn bộ áp lực nước và trọng lượng bản thân cửa van thông qua gối bản lề chuyền lên bộ phận cố định của công trình, nên trong mục này chỉ trình bày chi tiết tính toán kiểm tra về cường độ, về ổn định và về độ cứng của khung chính và càng van theo hệ phẳng

1.3.1.2 Phân tích khung chính theo bài toán phẳng

- Trình tự tính toán khung chính theo hệ phẳng được tiến hành như sau:

Xác định tổng áp lực nước tác dụng lên 1m dài cửa van và phương của tổng áp lực này so với đường nằm ngang theo công thức giải tích

Phân tổng áp lực này lên các dầm chính theo phưng pháp đồ giải, trường hợp cửa van có hai khung chính, để hai dầm chính chịu áp lực nước bằng nhau thì phương của hai khung chính phải cách đều phương của tổng

áp lực nước

Sơ đồ tính toán khung là đường trục các thanh, sơ đồ tính là khung chữ nhật dầm ngang có công xôn khi càng van thuộc loại mảnh và thẳng hoặc là khung hình thang dầm ngang có công xôn khi càng van thuộc loại mảnh và xiên Chân khung gán liên kết ngàm khi gối quay là gối bản lề có một trục quay hoặc gối quay là gối nón cụt Chân khung gán liên kết khớp khi gối quay là gối bản lề có hai trục quay Chiều cao tính toán h của khung lấy bằng khoảng cách thẳng đứng từ tâm gối quay tới đường trọng tâm tiết diện tính toán của dầm chính Tiết diện tính toán của dầm chính có xét tới một phần bản mặt cùng tham gia chịu lực

Nội lực của khung chính được xác định theo các công thức, được thiết lập từ phương pháp chyển vị Chuyển vị thẳng đứng tại giữa nhịp dầm bằng

Trang 30

tổng chuyển vị của dầm do mômen uốn và chuyển vị do lực dọc trong chân khung

Xác định trọng lượng bản thân van theo các công thức kinh nghiệm, nội lực do trọng lượng bản thân chỉ được xét tới khi tính toán càng van

Kiểm tra cường độ và độ cứng của dầm theo cấu kiện chịu uốn với nội lực chỉ do áp lực nước sinh ra và ổn định của chân khung theo cấu kiện chịu nén lệch tâm với nội lực bằng tổng nội lực do áp lực nước và trong lượng bản thân van sinh ra

- Xác định lực tác dụng lên khung chính van cung theo hệ phẳng

Áp lực nước tác dụng lên khung chính trên qt và khung chính dưới qd của cửa van cung có hai khung chính được xác định theo công thức (1.1), được thiết lập từ sơ đồ tam giác lực cho ở hình 1.13

-Hình 1.13 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính trên và dưới

cos α sin α cot g β

sin q

qd = t

trong đó:

P - hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh

α - góc hợp bởi phương của hợp lực P và phương của khung chính trên

β - góc hợp bởi phương của hợp lực P và phương của khung chính dưới

Trang 31

Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van cung:

2 d 2

= ψ

Hình 1.14 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu

Thành phần ngang của áp lực nước Png của cửa van trên mặt:

t

2 t

R 2

1

(1.5) Thành phần ngang của áp lực nước Png của cửa van dưới sâu

ng 2 (Ht Hn)htLt

1

(1.6) Thành phần đứng của áp lực nước Pđ của cửa van dưới sâu:

(sin 2

1 cos sin 2 L

R 2

1

(1.7)

Trang 32

trong đó:

γ - trọng lượng riêng của nước

Hn - chiều cao cột nước tường ngực

Lt - nhịp tải trọng của cửa van

ht - chiều cao tải trọng của cửa van dưới sâu

- Tính toán nội lực của khung chính theo hệ phẳng

Khung chính van cung kích thước lớn thường dùng là khung hình thang có công xôn chịu tải trọng phân bố đều, khung chữ nhật có hoặc không

có công xôn chịu tải trọng phân bố đều là trường hợp đặc biệt của khung hình thang này

Trường hợp 1: Khung hình thang chân liên kết khớp

Khung chính hình thang cho ở hình 1.15 là khung đối xứng chịu tải trọng đối xứng, nên có thể tính toán cho một nửa khung, trong trường hợp này phương trình chính tắc theo phương pháp chuyển vị chỉ có một ẩn Z1 là góc xoay:

Trang 33

Hình 1.15 - Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chân khớp Nội lực trong khung chính được xác định theo công thức sau:

6(3 k)

) c 6 b ( q M

M

2 2 CD

b

c

EJ i s

H − BA +

=

2

) c 2 b ( q

=

(1.9) trong đó: 2 2

s = h + a , a L b

2

−

= ,

Trường hợp 2: Khung hình thang chân liên kết ngàm

Khung chính hình thang cho ở hình 1.16 là khung đối xứng chịu tải trọng đối xứng, nên có thể tính toán cho một nửa khung, trong trường hợp này phương trình chính tắc theo phương pháp chuyển vị chỉ có một ẩn Z1 là góc xoay:

Trang 34

Hình 1.16 - Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chính chân ngàm Nội lực trong khung được xác định theo công thức:

12(2 k)

) c 6 b ( q M M

2 2 DC

M

2 2 CD

M

2 BA CB

b

c

EJ i s

s = h + a

c

d c

d

J

s h

J i

i

k = = × Phản lực liên kết được tính theo công thức:

h

Na M

=

(1.11) trong đó:

L - khoảng cách giữa hai gối bản lề

b - nhịp dầm

Trang 35

c - chiều dài công xôn của dầm

a - khoảng chênh theo phương ngang của đầu cột và chân cột

Lt = b+2c - nhịp tải trọng

h - chiều cao của khung bằng khoảng cách theo phương đứng từ chân cột tới đường trọng tâm tiết diện dầm: h = R - y2

R - bán kính bản mặt

y2 - khoảng cách từ trọng tâm tiết diện dầm tới mép ngoài của bản mặt

Jd, Jc - mômen quán tính của tiết diện dầm, tiết diện chân khung đối với trục đi qua trọng tâm tiết diện và thẳng góc với mặt phẳng của khung

Khung chữ nhật là trường hợp đặc biệt có: L=b (a=0; s=h)

- Xác định nội lực càng van cung theo hệ phẳng

Càng van được tạo bởi hai chân khung chính và được nối với nhau để cùng chịu lực nhờ dầm (giàn) đứng hai đầu van và đưa thêm vào một số thanh bụng để giảm chiều dài tính toán chân khung chính trong mặt phẳng của càng van, vậy càng van ngoài chịu áp lực nước khi nó là một bộ phận của khung chính, còn chịu trọng lượng bản thân van do giàn chịu trọng lượng chuyền tới

Nội lực trong các phân tố của càng van do áp lực nước đã tính toán ở trên, để tính nội lực trong càng van do trọng lượng bản thân van G sinh ra, ta đưa vào giả thiết đơn giản hoá là trọng lượng bản thân van tác dụng lên một càng van do giàn chịu trọng lượng chuyền tới dưới dạng hai lực tập trung G/4 có điểm đặt tại cánh dưới của hai dầm chính Khi không có dàn chịu trọng lượng thì hai lực tập trung G/4 đặt trên hai thanh cánh càng van và cách gối bản lề một khoảng bằng 0.8R Nội lực trong càng van được tính với thời điểm khi cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng, ứng với vị trí cửa van chịu áp

Trang 36

lực nước lớn nhất Sơ đồ tính toán càng van chân thẳng được trình bày ở hình 1.17 và hình 1.18

Hình 1.17 - Sơ đồ tính toán nội lực càng van

Hình 1.18 - Sơ đồ xác định cánh tay đòn lực kéo van Xác định nội lực trong càng van theo phương pháp giải tích

- Lực kéo van T1:

) cos (cos

Trang 37

2 1 1 2

2 y 2 x t

cos sin cos

sin

cos R sin R N

δ δ δ

δ

δ δ

cos sin cos

sin

cos R sin R N

δ δ δ

δ

δ δ

G - trọng lượng phần động của cửa van

a - khoảng cách từ cánh hạ dầm chính tới tâm quay O

T1 - lực kéo một phía càng van

δ1 - góc hợp bởi thanh cánh trên của càng và đường thẳng nằm ngang

δ2 - góc hợp bởi thanh cánh dưới của càng và đường thẳng nằm ngang

xA; zA - toạ độ điểm đặt lực kéo ở cửa van

xB; zB - toạ độ điểm treo lực kéo ở trụ pin

ρ - cánh tay đòn của lực đối với tâm quay O

ρ = OA sin θ 3 2

A 2

A z x

OA = +

2 A B 2 A

B x ) ( z z ) x

(

AB = − + −

θ - góc giữa phương T1và đường thằng đứng

θ1- góc kẹp giữa AB và đường thẳng nằm ngang

θ2 - góc kẹp giữa AO và đường thẳng nằm ngang

θ3 = θ1 - θ2 - góc BAO

1.3.2 Phân tích cửa van theo bài toán không gian

1.3.2.1 Khái quát về bài toán không gian

Kết cấu cửa van hình cung là một kết cấu không gian chịu áp lực

nước, trọng lượng bản thân van và nhiều tải trọng khác Khi phân tích nội lực

và biến dạng cửa van hình cung theo hệ phẳng không phản ảnh được tác

Trang 38

dụng qua lại giữa các bộ phận với nhau, nên kết quả tính toán không phản ánh đúng trạng thái làm việc thực của cửa van Mặt khác khi phân tích van theo bài toán phẳng không xét được tác dụng đồng thời của nhiều loại tải trọng cùng một lúc, ngay cả khi cửa van chỉ chịu áp lực nước và trọng lượng bản thân Như trên đã trình bày khi phân tích nội lực càng van do trọng lượng bản thân van, cũng như khi tính lực kéo của van, cần tính trọng lượng bản thân cũng như điểm đặt của nó theo công thức kinh nghiệm, nên kết quả tính toán có thể khác với giá trị thực Nếu phân tích van cung theo bài toán không gian những vấn đề nêu trên sẽ được giải quyết không có khó khăn gì 1.3.2.2 Điều kiện biên của bài toán

Trường hợp cửa van đóng (nằm trên ngưỡng) - Đối với cửa van dùng

thiết bị đóng mở bằng tời cũng như dùng xy lanh thủy lực ta có điều kiện biên của bài toán cho ở hình 1.19

Hình 1.19 - Điều kiện biên trường hợp cửa van nằm trên ngưỡng

Với gối bản lề có một trục quay, gối bản lề kiểu nón cụt thì tại gối bản

lề các chuyển vị thẳng và chuyển vị góc bị ràng buộc, chỉ cho chuyển vị xoay tự do đối với trục quay nằm ngang Với gối bản lề có hai trục quay vuông góc với nhau cũng tương tự, gối bản lề chỉ cho chuyển vị xoay tự do đối với hai trục quay Tại các điểm tựa ở đáy cửa van vào ngưỡng hoặc vào

đế trụ pin cần gán liên kết đơn thẳng đứng, ngoài ra với máy đóng mở bằng

Trang 39

Trường hợp cửa van rời khỏi ngưỡng: Khi hai thiết bị đóng mở hoạt

động bình thường Với gối bản lề có một trục quay hoặc hai trục quay gán ràng buộc liên kết như trường hợp cửa van nằm trên ngưỡng Đối với cửa van đóng mở bằng xy lanh thủy lực thì gán 2 liên kết đơn theo phương của

xy lanh thủy lực tại điểm nối xi lanh với cửa van, đồng thời gán lực ma sát

FT tại gối bản lề và lực ma sát FS tại vật chắn nước bên như ở hình 1.20

Hình 1.20 - Điều kiện biên trường hợp 2 máy nâng bằng xi lanh thủy lực Đối với cửa van đóng mở bằng tời, phần dây cáp hoặc dây xích tiếp xúc với bản mặt, sinh lực ép cục bộ vào bản mặt với giả thiết tải trọng phân

bố đều hướng vào tâm bản mặt và có cường độ w=T/R, gán liên kết đơn theo phương dây cáp kéo van, ngoài ra còn có lực ma sát FT và FS giống như trường hợp dùng xi lanh thủy lực, vậy điều kiện biên của bài toán được thể hiện ở hình 1.21c đối với trường hợp phương dây kéo tiếp tuyến với bản mặt

và ở hình 1.22c khi dây kéo không tiếp tuyến với bản mặt

Hình 1.21 - Điều kiện biên khi nâng bằng tời dây kéo tiếp tuyến với bản mặt

Trang 40

Hình 1.22 - Điều kiện biên khi nâng bằng tời phương dây kéo không tiếp

tuyến với bản mặt

Áp lực dây w phụ thuộc vào lực kéo van T, lực kéo T phụ thuộc vào

ma sát gối bản lề, lực ma sát gối bản lề phụ thuộc vào phản lực gối bản lề, phản lực gối bản lề lại phụ thuộc vào áp lực dây w, nên trong trường hợp này cần tiến hành giải lặp cho đến khi phản lực gối bản lề xấp xỉ bằng nhau sau hai lần lặp liên tiếp

1.3.2.3 Xác định nội lực và lực kéo cửa van

Xác định nội lực và lực kéo van trong trường hợp cửa van vận hành với hai thiết bị đóng mở.và được tính toán với tổ hợp tải trọng sau:

1.4 H1 + 1.2D + 14FS+ 1.0 FT (theo EM 1110-2-2702-1997) Trình tự tính toán như sau: Mô hình hóa cửa van theo bài toán không gian, gán các tải trọng nói trên gồm áp lực nước (H1), trọng lượng bản thân van (D), lực ma sát do vật chắn nước bên FS, lực ma sát gối bản lề FT vào mô hình và gán điều kiện biên vào gối bản lề khống chế chuyển vị thẳng và chuyển vị góc của gối đỡ, chỉ cho chuyển vị quay quanh trục nằm ngang, còn theo phương của xi lanh gán liên kết đơn, ta có sơ đồ tính như ở hình 1.23

Định dạng
Số trang	93
Dung lượng	2,01 MB