TÍNH TỐN KẾT CẤU LƯỚI CHẮN RÁC I Căn pháp lý tài liệu tính tốn - TCVN 10356-2014 Thép khơng gỉ-Thành phần hố học - TCVN 7571-11-2019 Thép hình cán nóng - Phần 11: Thép chữ U - TCVN 5575-2012 Kết cấu thép-Tiêu chuẩn thiết kế - TCVN 9141-201 Cơng trình thuỷ lợi-Trạm bơm tưới, tiêu nước-u cầu thiết kế thiết bị động lực khí - Qui trình vận hành hệ thống cơng trình thuỷ lợi Bắc Nam Hà - Qui trình quản lý vận hành trạm bơm điện Kinh Thanh - Giáo trình Kết cấu thép - Đại Học Thuỷ Lợi, Nhà xuất Xây Dựng-2006 II Các thơng số tính tốn thép γvl - Hệ số an toàn (hệ số tin cậy) kết cấu thép = 1.05 (Mục 4.1.2 Sổ tay Kỹ thuật Thuỷ Lợi-Phần 1-Tập 2, Chương trang 203 Bảng trang TCVN 2737-1995) Khung lưới chắn rác có dầm khung dầm chịu lực chính, cho nên: Khung lưới chắn rác có dạng căng (thớ dưới) làm từ thép cán, cho nên: γC - Hệ số điều kiện làm việc khung = 0.90 (Mục 5, Bảng trang TCVN 5575-2012) Nan lưới kết cấu hệ sàn, nan chịu kéo kết cấu hàn, cho nên: γC nan = - Hệ số điều kiện làm việc nan 0.95 (Mục 6a, Bảng trang TCVN 5575-2012) [f]=1/no = 1/400 -[f]: độ võng tính tốn cho phép dầm, khung (Căn mục 4.4.3.1: Dầm lưới chắn rác, làm việc dòng chảy) [f]=1/no = 1/250 -[f]: độ võng tính tốn cho phép nan lưới (Bảng TCVN 5575-2012 bảng 4.1 trang 61 Kết cấu thép) 𝜎 - 𝜎 : ứng suất pháp cho phép = 1600 daN/cm2 𝜏 - 𝜏 : ứng suất tiếp cho phép = 1000 daN/cm2 - 𝜎 𝜏 ứng suất cho phép đồi với kết cấu thép làm thép cán ứng với tổ hợp tải trọng (Phụ lục bảng trang 259 giáo trình kết cấu thép) - Ru: Cường độ chịu uốn tính tốn thép Ru = 1127 daN/cm2 - Rc: Cường độ chịu cắt tính tốn thép Rc = 644 daN/cm2 (Tra Ru, Rc theo bảng 1.5 trang 10 Giáo trình kết cấu thép-ĐHTL) 21000000 - E: Mô đun đàn hồi vật liệu thép = T/m2 (Phụ lục bảng B.4 TCVN 8299-2009) III Trường hợp tính tốn Để tính tốn kết cấu lưới chắn rác ta cần xác định điều kiện làm việc trường hợp sau: - Lưới chắn rác tầng chịu lực bùn cát, gỗ-cảnh cây, áp lực thuỷ tĩnh, áp lực thuỷ động - Trong trình bơm nước, chênh lệch cột nước trước sau lưới 1m (Theo TCVN 9141-2012) IV Tính toán kết cấu lưới chắn rác Do lưới chắn rác có đặc điểm kỹ thuật tương tự cửa van nên q trình tính kết cấu lưới chắn rác ta vận dụng tương tự Theo mục 1.3 Sổ tay kỹ thuật thủy lợi-Tập lưới chắn rác thiết kế có đặc điểm sau đây: - Căn theo vị trí đặt lưới dạng lưới mặt (khơng nằm hồn tồn chìm nước) - Căn theo nhiệm vụ lưới làm nhiệm vụ phục vụ khai thác cơng trình (ngăn vật cản vào máy bơm) - Căn Quy trình vận hành trạm bơm Kinh Thanh 2, chọn trường hợp tính tốn sau: Thơng số tính tốn: ▼BH = - Mực nước bể hút 0.3 m - Mực nước phía trước LCR bơm = 1.3 m ▼ Bc - Chiều rộng thông thuỷ m 5.50 = H - Chiều cao đặt lưới (tính đến tường ngực) m 4.40 = v Bv - Chiều dài nhịp lưới (khoảng cách hèm) m 5.60 = TLLCR Tính tốn dầm Theo mục 7.2.4.1 để xác định số lượng dầm 𝐵𝑣 = 1.3 >1 𝐻𝑣 Ta có: Vậy bố trí hai dầm ngang 1.Tính tốn dầm a) Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên lưới 𝑃= 𝛾 𝐻𝑡 − 𝐻ℎ ℎ = 2.20 T/m (Công thức bảng A.2 TCVN 8299:2009-trường hợp lưới tì lên tường ngực) Trong đó: - Ht: Cột nước thượng lưu Ht = 4.80 m - Hh: Cột nước hạ lưu Hh = 3.80 m - h: Chiều cao lưới h = 4.40 m Điểm đặt lực P 𝐻𝑐 = 𝐻𝑡 − ℎ = 2.60 m Nhận xét - Vị trí Hc gần trùng với điểm khung (dầm) lưới (2,62m theo phương xiên) - Bề rộng thông thuỷ chiều cao hạ lưới lớn - Để đảm bảo thuận lợi trình vận chuyển lắp đặt => Chia đơi lưới, lưới dầm ngang b) Tính tốn chọn tiết diện dầm Áp lực nước (tải trọng phân bố đều) tác dụng lên dầm xác định sau: 𝑞=𝑝 𝑎+𝑏 2 p= 𝛾 𝐻 2 (cơng thức 7-31 trang 192 Giáo trình Kết cấu thép-Đại Học Thủy lợi) Trong đó: - q : áp lực phân bố 1m dầm (m) - H: cột nước tác dụng lên điểm dầm xét (m) - p : cường độ áp lực thủy tĩnh trục dầm (T/m2) - a : khoảng cách từ dầm xét đến dầm (m) - b : khoảng cách từ dầm xét đến dầm (m) - 𝛾𝑛 : dung trọng nước (T/m3),𝛾𝑛 = T/m3 Phía thượng lưu Dưới Trên Dầm Đỉnh Đáy Đỉnh Đáy H 0.5 1.56 2.62 2.6 3.69 4.75 a (m) 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 b 𝑎+𝑏 (m) 1.06 0.53 1.06 1.06 0.53 0.53 1.06 1.06 0.53 p 0.12 1.22 3.43 3.38 6.80 11.27 Max Phía hạ lưu Dưới Trên Dầm Đỉnh Đáy Đỉnh Đáy H 0.61 1.68 1.68 2.74 3.8 a (m) 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 b 𝑎+𝑏 (m) 1.06 0.53 1.06 1.06 0.53 0.53 1.06 1.06 0.53 p 0.00 0.31 0.84 0.84 1.37 1.90 Max q (T/m) 0.07 1.29 1.82 1.79 7.20 5.97 7.20 q (T/m) 0.00 0.33 0.44 0.44 1.45 1.01 1.45 Nhận xét: -Ta thấy dầm số lưới tầng chịu tải trọng lớn nhất, ta tính tốn cho dầm số chọn dầm khác tiết diện, qo = 7.20 T/m - Dầm số tính tốn kiểm tra trường hợp chịu lực bất lợi nhất, tính toán độ bền theo trạng thái giới hạn thứ kiểm tra theo trạng thái giới hạn thứ (Căn theo điều 4.6.10 TCVN 8299-2009) Các thông số tính tốn - L: nhịp tải trọng dầm L(= bề rộng khoang) L = 5.30 m - c: Khoảng cách từ mép hèm lưới tới mép dầm biên c = 0.07 m - Ltt: nhịp tải trọng tính toán dầm Ltt = 5.44 m - nc: hệ số vượt tải nc = 1.10 - qo: tải trọng lớn tính tốn tải phân bố qo = 7.20 T/m 2) Các tải trọng khác: * Áp lực vật chắn (cây, chăn giẻ…) Tính gần áp lực bùn cát 𝜑 0.024 T/m = 𝑃𝑏𝑐 = 0,5 𝛾𝑣𝑐 ℎ𝑣𝑐 𝑡𝑔2 45𝑜 − 𝐿 (Công thức 3-1 Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi Phần 2-tập 4) Trong đó: + hbc: chiều cao vật chắn hbc + φ: Góc nghiêng tự nhiên vật chắn nước φ + γbc: dung trọng vật chắn (tạm tính gỗ xẻ nhóm II, III) γvc + L: Chiều cao vật chắn tác dụng lên khung L * Áp lực thuỷ động (khi chạy máy bơm) = = = = 0.50 m 35.00 độ 1.00 T/m3 0.70 m Áp lực thuỷ động theo phương dòng chảy thúc vào vật cản xác định sơ theo công thức 𝑃𝑑 = 𝐾 𝑛 𝐵 𝑉2 𝛾= 2𝑔 0.10 T/m Trong đó: + B: Bề rộng lưới B = 5.60 m2 + V: Lưu tốc bình quân phần dịng chảy hướng vào mặt chắn (tạm tính) V = 0.50 m/s + γn: Dung trọng nước γn = 1.00 T/m3 + K: Hệ số động lực (1,2-1,3) K = 1.20 + n: Hệ số kinh nghiệm, phụ thuộc vào dạng vật chắnn = 1.20 Tổng tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm 𝑞𝑡𝑐 = 𝑞𝑜 + 𝑃𝑑 + 𝑃𝑏𝑐 = 7.33 T/m - qtt: tải trọng tính tốn (có kể đến hệ số vượt tải nc) Sơ đồ tính tốn qtt = 8.06 T/m * Tính toán độ bền dầm theo trạng thái giới hạn thứ - Mô men lớn Mmax xuất dầm có giá trị tính theo công thức sau: 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝑞𝑡𝑡 𝐿2𝑡𝑡 = 29.8 T.m (Công thức 7-điều 4.6.10) - Lực cắt lớn Qmax xuất dầm có tính theo cơng thức sau: 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑞 𝐿 𝑞𝑡𝑡 𝐿𝑡𝑡 = = 2 21.9 T - Mô men chống uốn yêu cầu xác định theo công thức sau: 𝑊𝑦𝑐 = 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 𝜎 - Diện tích tiết diện yêu cầu dầm 𝐹𝑦𝑐 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝜏 1864 cm3 (Công thức 8-điều 4.6.10) 22 cm2 Do bề rộng hèm 25cm, ta chọn kết cấu dầm đảm bảo thuận lợi hạ lưới phải đảm bảo mơ men chống uốn diện tích tiết diện thiên an tồn q trình hoạt động Chọn dầm thép U200x90 theo TCVN 7571-2019 Thông số kĩ thuật thép là: bc = 20 cm h = cm t = 0.8 cm Jx = 2490 cm4 Fx = 39 cm2 > Fyc OK Wx = 249 cm3 < Wyc KHƠNG ĐẠT Kết luận: Tính tốn lại kết cấu lưới Thiết kế lưới chắn rác Để đảm bảo mô men chống uốn theo yêu cầu ta phải tăng độ cứng khung lưới cách bố trí dầm đứng Mặt khác, để đảm bảo an tồn q trình hoạt động bơm nước để giảm thiểu sức lao động trình bảo dưỡng lưới dựa theo cơng trình lưới chắn rác bể hút trạm bơm Cổ Đam thực năm 2019 kết cấu lưới thiết kế sau: - Lưới làm thép khơng gỉ tổ hợp SUS201 - Có hai dầm ngang lưới tầng trên, - Chiều dày cánh 10mm, chiều dày bụng 8mm Lưới chắn rác có kết cấu sau: Lúc kết cấu lưới chắn rác xác định theo toán kiểm tra theo trường hợp giới hạn I II 3.1 Kiểm tra ổn định dầm Mơ hình tốn Sap, Dầm I dầm tổ hợp Sơ đồ lực Kết sau chạy SAP Sơ đồ lực SAP 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 1.8 T.m 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 6.63 T a) Kiểm tra theo trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra cường độ ổn định * Ứng suất pháp, ứng suất tiếp 𝜎= 𝑀 ≤𝑅 𝑊𝑡ℎ 𝜏= 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑆𝑦 ≤ 𝑅𝑐 𝐽𝑦 𝛿𝑏 Trong đó: + M, Q: Mơ men uốn tính tốn lực cắt tính tốn (Mmax, Qmax) + Wthmax: Mô đun chống uốn lớn tiết diện trục trung hồ + S: Mơ men tĩnh phần trượt tiết diện nguyên trục trung hồ + J: Mơ men qn tính tiết diện nguyên trục trung hoà + δb: Chiều dày bụng dầm + R, Rc: Cường độ tính tốn chịu uốn chịu cắt thép Số liệu tính toán - Chiều cao thiết diện dầm I - Chiều dày cánh - Chiều rộng cánh - Chiều dày cánh - Chiều rộng cánh - Chiều cao bụng - Chiều rộng bụng - Chiều dài đoạn dầm chia dài Ta có: H h1 b1 h3 b3 h2 b2 L 𝑆𝑦 = 𝑥1 𝐹1 + 𝑥2 𝐹2 + 𝑥3 𝐹3 = 0.0001 Trong đó: + x1: k.cách từ mép ngồi cánh đến trục y x1 + x2: k.cách từ mép cánh đến trục y x2 + x3: k.cách từ mép cánh đến trục y x3 = = = = = = = = 0.2 0.01 0.06 0.01 0.10 0.18 0.01 1.60 m m m m m m m m 0.03 0.004 0.05 m m m m3 = = = + F1: Diện tích tiết thiện cánh F1 = + F2: Diện tích tiết thiện cánh F2 = + F3: Diện tích tiết thiện cánh F3 = - Trọng tâm di chuyển khoảng so với trọng tâm dầm 𝑆𝑦 𝑦𝑐 = 𝐽𝑦 = 𝑏2 ℎ23 𝑏1 ℎ13 𝐻 + + 𝑏3 ℎ3 12 12 Khi đó: - Ứng suất pháp 𝐹 = 0.0006 0.0014 0.0010 m2 m2 m2 0.024 cm = 2E-05 2389.80 m4 cm4 𝜎= 𝑀𝑚𝑎𝑥 𝐻 = 𝐽𝑦 753.2 daN/m2 < R 𝜏= 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑆𝑦 = 𝐽𝑦 𝛿𝑏 255.79 - Ứng suất tiếp trung bình daN/m2 < Rc Vậy dầm đảm bảo cường độ b) Kiểm tra theo trạng thái giới hạn 2: Biến dạng chuyển vị (chỉ xét độ võng) Ta có cơng thức tổng qt (4-7) theo giáo trình kết cấu thép trang 62 ĐHTL tc tc 𝑓 𝑡𝑐 𝑞 𝑡𝑐 𝐿31 f tc ( p q )L = = 0.0007657 hay 𝐿 384 𝐸 𝐽𝑦 L 384 EJ x 1 = 1305 < 400 Vậy dầm đảm bảo độ võng 3.2 Kiểm tra ổn định nan lưới chắn rác Kiểm tra ổn định nan lưới chắn rác hoàn toàn tương tự kiểm tra dầm Sơ đồ tính tốn Sơ đồ lực SAP Mmax = 0.49 T.m Qmax = 3.84 T a) Kiểm tra theo trạng thái giới hạn 1: Kiểm tra cường độ ổn định * Ứng suất pháp, ứng suất tiếp 𝜎= 𝑀 ≤𝑅 𝑊𝑡ℎ 𝜏= 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑆𝑦 ≤ 𝑅𝑐 𝐽𝑦 𝛿𝑏 Trong đó: + M, Q: Mơ men uốn tính tốn lực cắt tính tốn (Mmax, Qmax) + Wthmin: Mô đun chống uống nhỏ tiết diện trục trung hồ + S: Mơ men tĩnh phần trượt tiết diện nguyên trục trung hồ + J: Mơ men qn tính tiết diện nguyên trục trung hoà + δb: Chiều dày bụng dầm + R, Rc: Cường độ tính tốn chịu uốn chịu cắt thép Số liệu tính tốn - Chiều cao thiết diện nan - Chiều rộng thiết diện nan - Chiều dài đoạn chia dài nan Do tiết diện đối xứng theo phương x, y nên Sx = Sy = S h b L S 𝐽𝑦 = 𝐽𝑥 = 𝐽 = Khi đó: - Ứng suất pháp 𝑏 ℎ3 = 12 0.07 m 0.01 m 0.50 m 0.00 cm3 0.0000 17.15 m4 cm4 daN/cm2 < R 𝜎= 𝑀𝑚𝑎𝑥 𝐻 = 𝐽 0.0001 𝜏= 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑆 = 𝐽 𝛿𝑏 0.00 daN/cm2 < Rc - Ứng suất tiếp trung bình = = = = Vậy dầm đảm bảo cường độ b) Kiểm tra theo trạng thái giới hạn 2: Biến dạng chuyển vị (chỉ xét độ võng) Ta có cơng thức tổng qt (4-7) theo giáo trình kết cấu thép trang 62 ĐHTL tc tc 𝑓 𝑡𝑐 𝑞 𝑡𝑐 𝐿3 f tc ( p q )L = = hay 𝐿 384 𝐸 𝐽 L 384 EJ x Vậy nan đảm bảo độ võng Kết luận: Lưới chắn rác thiết kế đảm bảo ổn định 0.00331 = 1 < 302 250 Tính tốn Bùi Việt Hùng 10 ... 8mm Lưới chắn rác có kết cấu sau: Lúc kết cấu lưới chắn rác xác định theo toán kiểm tra theo trường hợp giới hạn I II 3.1 Kiểm tra ổn định dầm Mơ hình tốn Sap, Dầm I dầm tổ hợp Sơ đồ lực Kết. .. trình bảo dưỡng lưới dựa theo cơng trình lưới chắn rác bể hút trạm bơm Cổ Đam thực năm 2019 kết cấu lưới thiết kế sau: - Lưới làm thép không gỉ tổ hợp SUS201 - Có hai dầm ngang lưới tầng trên,... OK Wx = 249 cm3 < Wyc KHƠNG ĐẠT Kết luận: Tính tốn lại kết cấu lưới Thiết kế lưới chắn rác Để đảm bảo mô men chống uốn theo yêu cầu ta phải tăng độ cứng khung lưới cách bố trí dầm đứng Mặt khác,