ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNGI.Tài Lệu Thiết Kế1.Cửa van trên mặt thuộc nhóm 42.Chiều rộng cống : Lo = 13 (m)3.Chiều cao mực nước thượng lưu : H = 5,5 (m)4.Chiều cao cửa van : Ho = 5,5 (m)5.Cửa van đóng, hạ lưu không có nước6.Vật liệu làm van : Thép CT3,7.Vật liệu làm bánh xe : Thép đúc CT35Đ

chÝnh diÖn h¹ l u chÝnh diÖn th îng l u

chiÕu b»ng

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG

1 Cửa van trên mặt thuộc nhóm 4

2 Chiều rộng cống : Lo = 13 (m)

3 Chiều cao mực nước thượng lưu : H = 5,5 (m)

4 Chiều cao cửa van : Ho = 5,5 (m)

5 Cửa van đóng, hạ lưu không có nước

6 Vật liệu làm van : Thép CT3,

7 Vật liệu làm bánh xe : Thép đúc CT35Đ

Ấ

U

TẠO

CHUNG

Theo phương dòng chảy, cửa van sẽ chịu tác dụng của áp lực nước tĩnh lên bản mặt phía thượng lưu.áp lực này sẽ truyền từ bản mặt lên hệ dầm phụ gồm có :

- Dầm phụ đỉnh

- Dầm phụ đáy

- Dầm phụ ngang

Hệ dầm phụ sẽ truyền áp lực này lên hệ giàn ngang ( đặt vuông góc với hệ dầm phụ),

hệ giàn ngang này tựa lên dầm chính trên và dưới, truyền áp lực lên hai dầm chính, tải

1

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

a

2H/3

H/3

W

Ho

30O

trọng sẽ được hai dầm chính này truyền lên hai cột biên và truyền tiếp

qua các bánh xe có vai trò như các gối tựa di động tựa trên hai trụ pin

của công trình

Theo phương thẳng đứng, cửa van chịu trọng lượng bản than

Các bánh xe dẫn hướng, bánh xe bên giúp cho cửa van chuyển động

dễ dang thong khe van mà không bị rung động và lệch khỏi đương ray

III VỊ TRÍ VÀ BỐ TRÍ CHI TIẾT CÁC KẾT CẤU

Xác định sơ bộ kích thước dầm

• Áp lực nước tác dụng lên bản mặt là:

W = = = 151,25 (kN)

• Hai dầm có kích thước như nhau, tải trọng tác dụng lên bằng

nhau, chọn sơ bộ : at = ad => lực tác dung lên mỗi dầm chính là :

q = = 75,63 (kN)

• Nhịp tính toán của dầm chính :

L = Lo = 2c Trong đó : + Lo : là khẩu độ cống

+ c : khoảng cách

từ mép cống đến trung tâm bánh xe thường lấy c = 0,05Lo )

 L = Lo + 0,1Lo

 L = 1,1.13 = 14,3 (m)λ

• Chọn sơ bộ chiều cao dầm chính:

+ Theo điều kiện kinh tế ( hkt) :

hkt = trong đó :

- k : hệ số phụ thuộc vào liên kết ( k = 1,5)

- λb : độ mảnh bản bụng

λb = (đối với dầm có sườn λb = 120 ) chọn λb = 130

+ Wy/c = + Mmax = = = 1933,1 (kNm) Tra bảng 1 => R = 1565 (daN/cm2) = 1565.102 ( kN/m2)

Wy/c = = 0,0124 (m3)

hkt = = = 1,34 (m) + Theo điều kiện võng ( hmin )

hmin =

trong đó:

o R : cường độ khi uốn, R = 1565 (daN/cm2)

o L : chiều dài nhịp dầm, L = 14,3 ( m )

o E: mooddun biến dạng, E =2,1.106 ( daN/cm2 )

o ( Σp + Σq) : tổng tải trọng tính toán, ( n = 1)

 hmin = = 1,33 (m)

 hmin < hkt = 1,34 (m) chọn sơ bộ chiều cao dầm chính: h = max ( hmin ;hkt) = 1,34 (m) + Chiều cao bản bụng dầm lấy vào khoảng :

hb = 0,95h = 0,95.1,34 = 1,27 (m) => chọn hb = 1.3 (m) + Chiều dày bản bụng dầm chính :

- Từ độ mảnh giả thiết :

δb = = 1 (m)

- Từ điều kiện chống cắt:

δb = 1,5 = 1,5 = 1,5 = 0,73 ( cm) (Rc : tra bảng 1 thép CT3 )

 Chọn δb = 1 cm + Xác định kích thước bản cánh :

- Chiều dày bản cánh :

δc = 0,02h = 0,02.134 = 2,68 => chọn δc = 3 (cm)

 Chiều cao chính xác của dầm là: h = hb + 2.δc = 130 + 2.3 =136 (cm) + Chiều rông bản cánh : bc = =

Trong đó :

- δc = 3 (cm)

- hc = hb + δc = 130 +3 = 133 ( cm )

- Jc = Wy/c = 1,23.104 = 653316,67 (cm4)

 bc = = 24,6 ( cm) => bc = 25 ( cm ) + kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh :

δc ≥ ( thép CT3 : R = 1490 daN/ cm2 )

 3 ≥ = 0,95 => thỏa mãn

• Vậy kích thước sơ bộ của dầm chính là :

bc = 25 cm δb = 1cm

3

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

bi at

ad

δc = 3 cm

Xác định sơ bộ vị trí dầm chính :

• Vị trí dầm chính được bố trí sao cho thỏa mãn các điều kiện :

+ Khoảng cách từ dầm chính tới đỉnh van không lớn hơn 0,45Ho

+ Khoảng cách từ dầm chính dưới tới đấy van phải thỏa mãn điều kiện : α ≥

30o

+ Từ điều kiện (1) ta có :

α1 ≤ 0,45Ho = 0,45 5,5 =2,475 ( m )

 Chọn a1 = 2,47 (m )

• Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh là :

Z = = = 1,83 (m)

 Áp lực thủy tĩnh cách đáy van : 1,85 m

• Khoảng cách từ dầm chính trên đến phương của hợp lực W :

at = ( Ho - H) + - a1 = 0 + - 2,47 = 1,20 (m) Chọn ad = 1,15 (m) => tanα = = = 0,40 => α = 22,20 <300

Vậy ta có vị trí của hai dầm chính là :

Bố trí giàn ngang :

Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách cách giàn ngang không lớn hơn 4 m Bố trí giàn ngang cần tuân theo 3 điều kiện sau đây :

+ Các giàn ngang cách đều nhau và bằng khoảng cách thừ giàn ngang đến trụ biên :

b = = = 3,58 (m) < 4m + Giàn ngang nằm trong đoạn đầu dầm chính không được thay đổi tiết diện

+ Đặt một giàn ngang ở giữa van để giàn chịu tải trọng có dạng đối xứng,

Ta bố trí 3 giàn ngang Trong đó bố trí 1 giàn ngang ở chính giữa van, 2 gian ở 2 bên

Bố trí dầm phụ :

Dầm phụ được hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các giàn ngang có thể tính như các dầm đơn giản Dầm phụ được chọn loại tiết diện chũ C dặt úp

Trong khoản từ dầm chính trên đến dầm đỉnh ta bố tri 2 dầm phụ Khoảng cách từ dầm chính trên đến dầm chính dưới ta bố trí 2 dầm phụ cách đều

nhau :

+ Khoảng cách giữa hai dầm phụ, giữa dầm phụ

và dầm đỉnh, giữa dầm phụ với dầm chính trên,

ta bố trí trong khoảng từ dầm chính trên với

dầm đỉnh là

a = = = 0,823 m

4

+ Khoảng cách giữa hai dầm phụ, giữa dầm phụ với hai dầm chính trong khoảng hai dầm chính là :

d = = = 0,78 m

3.1 Tính toán bản mặt:

mặt, chiều dày bản mặt được xác định :

u b

2

R m

p A

6 α

Trong đó:

- δ – chiều dày ô bản mặt tính toán (m), δ ≥ 10mm khi L ≥ 10m, δ ≥ 6mm khi L < 10

- p – cường độ áp lực nước tại trung tâm ô bản mặt, kN/m2

- A – cạnh ngắn ô bản mặt; B – cạnh dài ô bản mặt

- α – hệ số phụ thuộc tỉ số cạnh ngắn và cạnh dài

- mb – hệ số điều kiện làm việc, m b = 1.25

- Ru – cường độ tính toán khi chịu uốn của vật liệu làm bản mặt

Bảng 1: xác định chiều dày các ô bản mặt

ô Y (m) Zi (m) A (m) B (m) B/A α Pi

(kN/m) δ (mm)

0,823

1,646

2,47

3,25

4,03

4,81

5,5

5

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

Vậy chọn δ = 10 mm

3.2 Tính toán dầm phụ dọc :

a a

a = tr + d

6

qa -8

qB M

2 2

max =

Khi tính toán, dầm phụ dọc được coi như dầm đơn, nhịp là khoảng cách giữa hai giàn ngang và chịu tải trọng phân bố đều có cường độ là :

2

a a p

q = tr + d

Trong đó :

- p – cường độ áp lực nước tại trục dầm tính toán, kN/m2

- atr, ad - lần lượt là khoảng cách từ dầm phụ ngang đang xét đến dầm trên nó và dầm dưới nó

- B là khoảng cách giữa 2 giàn ngang B = 3,58)

Bảng : tính toán tải trọng và nội lực

Tên

dầm

phụ

y (m) Pi

(kN/m2)

at (m) ad (m) qi

(kN/m )

a (m) M

(kNm)

Wi

10-4

(m3)

2 0,823 8,23 0,823 0,823 0,823 6,773 0,412 10,66 0,681

2

L

3 1,65 16,5 0,823 0,823 0,823 13,58 0,412 21,18 1,353

qmax = 31,44 kN/m

Mmax = 50,37 kNm

Từ bảng trên => Wyc = Wx max = 3,219.10-4 (m3) = 322,19 (cm3)

Để đảm bảo an toàn ta chọn Wyc trên để tính toán cho tất cả các dầm phụ còn lại

Từ Wyc đã tính, ta chọn dầm phụ là thép định hình chữ [ có số hiệu thép : [ No27, có các đặc trưng hình học như sau:

h = 27 cm Jx = 4160 cm4

bc = 9,5 cm Jy = 262 cm4

δb = 0,6 cm Wx = 308 cm3

δc = 1,05 cm Wy = 37,3 cm3

rx = 10,9 cm ry = 2,73 cm

Zo = 2,47 cm F = 35,2 cm2

• Kiểm tra lại α :

tg α = = = 0,508 => α = 270 < 300

như vậy ta phải đục lỗ trên bản bụng dầm chính để không gây ra áp suất chân không dưới dầm chính khi kéo cửa van lên và thoát nước ở bản bụng của dầm chính

• Vì dầm phụ được hàn với bản mặt nên bản mặt cũng tham gia chịu lực cùng với dầm phụ :

7

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP

y

xo x

b bc

h

- Bề rộng bản mặt tham gia chịu lực là :

b = bc + 50.δbm = 9,5 + 50 = 59,5 (cm)

b

- Kiểm tra dầm phụ đã chọn : Dầm phụ đã chọn phải thỏa mãn yêu cầu về độ võng : = ≤ =

Trong đó : = Pmax = 40,3 kN/m2

là mô đun biến dạng của vật liệu E = 2,1.108 kN/m2

: Tìm tọa độ trọng tâm :

yc = = - = - 8,64 ( cm )

=> y0 = 8,64 ( cm )

- Tính Jx :

Jx = ( ) + [ 2.F2]

Jx = ( 4160 + 8,642.35,2) +

Jx = 8502,04 cm4 = 8502,04.10-8 m4

S = (9,5.1,05.(8,64+ )+ ( 8,64+ - 1,05).0,6 10,55 ) = 224,92cm3

Wth = = = 285,78 cm3

• Kiểm ta cường độ

σ = R và τ = ≤ Rc

Wth là mô men chống uốn của tiết diện thu hẹp

S là mô men tĩnh của phần bị trượt đối với trục trung hòa

δb bề rộng bản bụng

R, Rc cường độ chịu uốn và chịu cắt tính toán của thép

 σ = = 176,25 daN/cm2 ≤ 2100 daN/cm2

 τ = = 24,81 ≤ Rc = 1300 daN/cm2

Vậy dầm phụ đảm bảo yêu cầu về chịu lực

• Kiểm tra độ võng :

= = <

Vậy dầm phụ đã chọn thỏa mãn điều kiện về độ võng

9

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP