Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI DƯƠNG ANH QUÂN ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ CỐI QUAY CỬA VAN CUNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC THỰC TẾ CỦA CỬA VAN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI DƯƠNG ANH QUÂN ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ CỐI QUAY CỬA VAN CUNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC THỰC TẾ CỦA CỬA VAN Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 60-58-40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐỖ VĂN HỨA Hà Nội – 2012 LờI CảM ƠN Tác giả Luận văn xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới PGS.TS Đỗ Văn Hứa Trờng Đại học Thủy Lợi, ngời đã dành nhiều thời gian hớng dẫn và đóng góp những ý kiến trong suốt quá trình thực hiện Luận văn thạc sĩ. Tác giả xin cảm ơn Đảng ủy, Ban giám hiệu, phòng đào tạo Đại học và Sau đại học, các phòng ban chức năng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trờng. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới cơ quan, bạn bè, đồng nghiệp nơi tác giả đang công tác đã tạo mọi điều kiện về tinh thần giúp tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới những ngời thân trong gia đình đã động viên, khích lệ và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Tuy nhiên trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ, do điều kiện thời gian và trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, khiếm khuyết, rất mong nhận đợc sự đóng góp chỉ bảo chân tình của các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để đề tài của tác giả hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2012 Tác giả Dơng Anh Quân Luận văn thạc sĩ Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Chương 1: Tổng quan về cửa van cung 5 1.1. Khái niệm và phân loại cửa van cung 5 1.1.1. Khái niệm 5 1.1.2. Phân loại cửa van cung 6 1.1.3. Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo 7 1.1.4. Các bộ phận chính 9 1.2. Tính toán kết cấu van cung theo hệ phẳng 12 1.2.1. Phương pháp tính toán cửa van cung theo hệ phẳng 12 1.2.2. Phân tích khung chính theo phương pháp tính toán truyền thống 13 1.3. Một số hình ảnh về cửa van cung 24 Chương 2: Phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm SAP2000 27 2.1. Khái niệm về phân tử hữu hạn 27 2.1.1. Khái niệm 27 2.1.2. Các nguyên lý về công và năng lượng 28 2.1.3. Nội dung cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn 31 2.1.4. Tính hệ thanh phẳng bằng phương pháp phần tử hữu hạn 33 2.1.5. Tính tấm mỏng chịu uốn bằng phương pháp phần tử hữu hạn 38 2.2. Khái quát về phần mềm SAP2000 44 2.2.1. Các hệ tọa độ 44 2.2.2. Dấu và nội lực của ứng suất 46 2.2.3. Đường trục của phần tử 47 Chương 3: Tính toán cửa van cung công trình hồ Bản Đà, thị trấn Trùng Khánh, tỉnh Cao Bằng 49 3.1. Mục tiêu, nhiệm vụ và quy mô của dự án 49 3.1.1. Mục tiêu của dự án 49 3.1.2. Nhiệm vụ của dự án 49 3.1.3. Quy mô công trình đầu mối 50 3.1.4. Mô tả kết cấu cửa van 50 3.1.5. Số liệu tính toán 53 Luận văn thạc sĩ Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. 3.1.6. Trường hợp tính toán kiểm tra 53 3.1.7. Tải trọng tính toán 57 3.1.8. Kết quả tính toán 57 3.2. Phân tích kết cấu cửa van cung theo bài toán phẳng bằng phương pháp truyền thống 62 3.2.1. Sơ đồ tính toán 62 3.2.2. Tải trọng tính toán 62 3.2.3. Kết quả tính toán 63 3.3. Phân tích kết cấu cửa van cung theo bài toán không gian bằng phần mềm SAP2000 64 3.3.1. Mô hình hóa kết cấu cửa van cung 64 3.3.2. Các trường hợp tính toán 66 3.4. Kết quả tính toán phân tích kết cấu cửa van cung theo bài toán không gian bằng phần mềm SAP2000 68 3.4.1. Trường hợp A: Khi cửa van nằm trên ngưỡng 68 3.4.2. Trường hợp B: Khi cửa van bắt đầu rời khỏi ngưỡng 75 3.5. Tổng hợp kết quả tính toán 82 3.5.1. Chuyển vị bản mặt 82 3.5.2. Ứng suất bản mặt 83 3.5.3. Nội lực, ứng suất khung chính càng van 85 3.5.4. Nội lực, ứng suất dầm chính cửa van 88 3.5.5. Nội lực, ứng suất dầm phụ ngang cửa van 92 3.5.6. Nội lực, ứng suất dầm phụ đứng cửa van 94 3.5.7. Phản lực cối quay 96 3.5.8. Lực kéo cửa van 98 3.5.9. So sánh kết quả tính toán mômen uốn khung chính càng van trong 2 TH phân tích kết cấu cửa van theo bài toán phẳng và bài toán không gian 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 Luận văn thạc sĩ 1 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện cửa van là một hạng mục công trình lớn cả về quy mô và tầm quan trọng. Cửa van được xây dựng, chế tạo nhằm mục đích giữ, điều tiết nước và hướng dòng chảy từ thượng lưu xuống hạ lưu, đảm bảo cho công trình đầu mối như đập, cống làm việc bình thường và ổn định. Cửa van thường dùng trong các công trình thủy lợi, thủy điện là cửa van phẳng và cửa van hình cung. Cửa van hình cung có độ cứng lớn và lực đóng mở nhỏ hơn cửa van phẳng nên thường được dùng làm cửa van có nhịp lớn và cột nước cao ở đập tràn xả lũ của các hồ chứa nước lớn. Quang cảnh đập tràn hồ chứa nước dùng cửa van cung ở một công trình thủy điện xem hình 1. Hình 1 - Toàn cảnh đập tràn Luận văn thạc sĩ 2 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. Cửa van cung là một dạng khá phổ biến, tại các công trình thủy lợi, thủy điện lớn ở nước ta như: Hòa Bình, Đại Ninh, Na Hang, Ba Hạ, Định Bình, Cửa Đạt, Sông Hinh, Hương Điền, Bình Điền, Sơn La, … đều dùng cửa van hình cung trên các đập tràn, có nhịp van B = 9 ÷ 15m, có chiều cao cửa van H = 10 ÷ 18m, bán kính bản mặt R = 10 ÷ 21m. Công trình thủy điện An Khê, Bản Vẽ, các cửa van cung có vai trò để vận hành xả nước, điều chỉnh mực nước trong hồ chứa của nhà máy thủy điện. Kết cấu cửa van cung được chế tạo bằng thép có mặt chắn nước hình cong, chuyển động xung quanh trục để nâng hạ theo yêu cầu. Việc nâng, hạ cửa van cung được thực hiện bằng máy nâng đặt ở trụ pin hay trên cầu công tác có hệ thống dây cáp hoặc thanh truyền lực, Piston thủy lực gắn với cửa. Ngày nay hầu hết các cửa van cung được đóng mở bằng các Piston thủy lực, vận hành các Piston này được điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm nhà máy. Hình 2 - Toàn cảnh hạ lưu đập tràn hồ Núi Cốc Luận văn thạc sĩ 3 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. Trong quá trình làm việc thực tế, cửa van cung thường được nâng lên, hạ xuống quanh trục đi qua tâm quay. Một vấn đề đặt ra khi thiết kế và thi công lắp đặt cửa van là vị trí tâm quay hay vị trí tâm cối quay ở đâu là hợp lý nhất. Khi vị trí bản lề (tâm quay cửa van) trùng với trục đi qua tâm bản mặt thì tổng hợp áp lực nước vuông góc với bản mặt tác dụng lên cửa van sẽ đi qua tâm quay. Khi bản lề (tâm quay cửa van) dịch chuyển lên hoặc xuống tâm bản mặt cửa van sẽ làm cho lực nâng hạ cửa van có sự thay đổi vì thế có thể ảnh hưởng đến chọn quy mô của thiết bị nâng hạ . Tuy nhiên khi chuyển dịch vị trí bản lề của cửa van cung rất có thể sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất và chuyển vị trong các cấu kiện của kết cấu cửa van, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và sự vận hành của cửa van. Chính vì vậy việc đầu tư nghiên cứu một cách cụ thể vấn đề “Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van” là rất cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn. II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí cối quay đến sự làm việc của cửa van cung. - Diễn biến trạng thái ứng suất, chuyển vị và lực đóng mở của kết cấu cửa van cung trong quá trình làm việc ứng với các vị trí bản lề. - Đưa ra khuyến nghị vị trí hợp lý của cối quay của cửa van cung. III. PHẠM VỊ NGHIÊN CỨU Do thời gian có hạn nên trong luận văn chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí cối quay đến sự làm việc, trạng thái ứng suất, chuyển vị đối với loại cửa van cung trên mặt (đặt trên đập tràn) và chỉ chịu áp lực nước. IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp điều tra khảo sát thu thập tổng hợp tài liệu. - Phương pháp mô hình mô phỏng. - Phương pháp phân tích tổng hợp. Luận văn thạc sĩ 4 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Ảnh hưởng của vị trí cối quay đến kết cấu của cửa van cung. - Diễn biến trạng thái ứng suất, chuyển vị và lực đóng mở của kết cấu cửa van cung trong quá trình làm việc ứng với các vị trí cối quay. - Lựa chọn mô hình thích hợp cho mô hình bài toán vị trí cối quay cửa van cung. - Rút ra kết luận và kiến nghị. Luận văn thạc sĩ 5 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN CUNG 1.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CỬA VAN CUNG 1.1.1. Khái niệm Cửa van hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng cung 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 lớn hơn thường được dùng làm cửa xả lũ ở đập tràn. Hình dạng không gian của kết cấu cửa van cung càng xiên và càng thẳng xem hình 1.1 và hình 1.2. Hình 1.1 – Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên. Hình 1.2 – Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng thẳng. [...]... HÌNH ẢNH VỀ CỬA VAN CUNG Hình 1.19 – Cửa van cung nhìn từ thượng lưu và hạ lưu Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 25 Hình 1.20 – Vận hành ba cửa tràn xả lũ hồ chứa Hình 1.21 – Vận hành toàn bộ cửa tràn xả lũ hồ chứa Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 26 Hình 1.22 – Toàn cảnh tràn... lưu, cửa van cung được chia thành hai loại là cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu - Theo hình thức chảy qua van, có thể chia thành 3 nhóm là cửa van cho nước chảy dưới, cửa van cho nước chảy tràn qua đỉnh van, cửa van vừa cho nước chảy Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 7 qua đỉnh van vừa cho nước chảy dưới van - Theo kết cấu cửa van được... trong cửa van trên mặt, nhịp van lớn và cột nước không cao hình 1.10 Cửa van hình cung càng xiên: dầm đứng và dầm chính đặc, ba khung chính, thường được dùng trong cửa van trên mặt, nhịp trung bình và chiều cao lớn, xem hình 1.11 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 11 Hình 1.9 – Cửa van hình cung càng thẳng có hai khung chính Hình 1.10 – Cửa van. .. có hai khung chính Hình 1.10 – Cửa van hình cung càng xiên có hai khung chính Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 12 Hình 1.11 – Cửa van hình cung càng xiên có ba khung chính 1.2 TÍNH TOÁN KẾT CẤU VAN CUNG THEO HỆ PHẲNG 1.2.1 Phương pháp tính toán cửa van cung theo hệ phẳng Kết cấu cửa van hình cung là một kết cấu không gian và chịu lực khá... chịu lực của vật liệu Hình 1.6 – Sơ đồ cấu tạo cửa van hình cung 1 Bản chắn nước; 2 Dầm chính; 3 Dầm phụ ngang; 4 Dầm đứng; 5 Bánh xe cữ; 6 Càng đỡ; 7 Khớp quay; 8 Giàn gối Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 9 1.1.4 Các bộ phận chính Cửa van hình cung có hai bộ phận chính là bộ phận động và bộ phận cố định Bộ phận động của cửa van hình cung. .. bộ phận chịu lực chủ yếu của cửa van hình cung, chịu toàn bộ áp lực và trọng lượng bản thân của cửa van thông qua gối bản lề truyền lên bộ phận cố định của công trình, nên trong mục này chỉ trình bày chi tiết tính toán kiểm tra về cường độ, ổn định và độ cứng của khung chính và càng van theo hệ phẳng Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 13... thanh giằng của càng L 0 = d R R 1.2.2.2 Áp lực nước tác dụng lên 1m dài van - Tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van cung: 2 P = Png + Pd2 (1.2) - Phương của hợp lực P đi qua tâm BM và hợp với đường nằm ngang một góc: ψ = a rctg a) Pd Png (1.3) b) Hình 1.12 Sơ đồ tính áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận... là trong cửa van có ba khung chính + Các bộ phận của khung tính toán theo các hệ phẳng độc lập, chưa xét được Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 24 sự làm việc đồng thời giữa các bộ phận - Để khắc phục các tồn tại nêu trên của phương pháp tính toán truyền thống, tác giả của luận văn đã sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích kết cấu van cung theo... là cửa van có đỉnh thấp hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 1.5) Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 8 Hình 1.4 – Cửa van trên mặt Hình 1.5 – Cửa van dưới sâu Cửa van hình cung bao gồm bản chắn nước, hệ thống dầm, càng đỡ và cối quay (hình 1.6) Hệ thống dầm cũng bố trí sao cho các ô bản mặt các dầm chịu lực tương đối đều nhau, các dầm... xiên Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van Luận văn thạc sĩ 10 - Dàn chịu trọng lượng đặt ở phía sau dầm chính (hình 1.2), chịu trọng lượng bản thân van và các tải trọng thẳng đứng khác, truyền lên dàn ngang và càng van rồi chuyển lên cối quay - Kết cấu cối quay gồm 2 bộ phận, bộ phận động được nối với càng van, còn bộ phận cố định được gắn với trụ pin của công . thạc sĩ 4 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Ảnh hưởng của vị trí cối quay đến kết cấu của cửa van cung. - Diễn. 3 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. Trong quá trình làm việc thực tế, cửa van cung thường được nâng lên, hạ xuống quanh trục đi qua tâm quay. . 5 Ảnh hưởng của vị trí cối quay cửa van cung đến sự làm việc thực tế của cửa van. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN CUNG 1.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CỬA VAN CUNG 1.1.1. Khái niệm Cửa van