Nghiên cứu cửa van cung chìm phục vụ chống ngập úng khu vực thành phố hồ chí minh

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Trương Đình Dụ người đầu nghiên cứuý tưởng cửa van cung chìm người hướng dẫn, vạch định hướng khoa học để tác giả hoàn thành luận văn Xin cảm ơn Nhà trường, thầy cô giáo Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng đào tạo Đại học sau Đại học giúp đỡ thời gian tác giả học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Trung tâm công trình đồng ven biển & đê điều – Viện Thủy Công - Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam người sát cánh tác giả thời gian công tác thời gian thực luận văn Cuối tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Bố; Mẹ; Vợ anh chị em gia đình động viên, tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập viết luận văn Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2012 Tác giả Đoàn Văn Đồng BẢN CAM KẾT Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu cửa van cung chìm phục vụ chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” Tơi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu, thí nghiệm khơng chép từ nguồn thông tin khác Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Học viên Đoàn Văn Đồng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i T T BẢN CAM KẾT i T T MỤC LỤC i T T DANH MỤC BẢNG BIỂU iv T T DANH MỤC HÌNH VẼ v T T MỞ ĐẦU T T CHƯƠNG I- TỔNG QUAN T T 1.1 Tổng quan tính hình ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh T T 1.1.1 Nguyên nhân gây ngập úng T T 1.1.2 Giải pháp chống ngập úng cho thành phố Hồ Chí Minh T T 1.1.3 Hiện trạng ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh T T 1.2 Tổng quan loại cửa van nước giới T T 1.2.1 Tổng quan loại cửa van nước nghiên cứu ứng dụng T T 1.2.2 Tổng quan loại cửa van giới T T 1.2.3 Đánh giá chung cửa van nước giới 15 T T 1.2.4 Phân tích đặc điểm, nhiệm vụ yêu cầu ứng dụng cửa van cơng trình T chống ngập thành phố Hồ Chí Minh 16 T 1.3 Lựa chọn loại cửa van cho cơng trình cơng trình chống ngậpúng khu vực T thành phố Hồ Chí Minh 19 T 1.3.1 Ưu nhược điểm loại cửa van kéo đứng 20 T T 1.3.2 Ưu nhược điểm loại cửa van cung chìm 21 T T 1.4 Kết luận 21 T T CHƯƠNG II- NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỬA VAN CUNG T CHÌM 23 T 2.1 Giới thiệu chung cửa van cung chìm 23 T T 2.1.1 Khái niệm cửa van cung chìm 23 T T 2.1.2 Phạm vi ứng dụng phân loại: 23 T T 2.1.3 Các phận 24 T T 2.1.4 Nguyên lý hoạt động: 26 T T 2.1.5 Ưu nhược điểm 27 T T 2.1.6 Tính cơng nghệ 28 T T 2.2 Tính tốn thiết kế cửa van cung chìm 29 T T 2.2.1 Xác định thông số cửa van cung chìm 29 T T 2.2.2 Các lực tác dụng vào cửa van cung chìm 30 T T 2.2.3 Tổ hợp tải trọng 35 T T 2.2.4 Phương pháp tính tốn thiết kế cửa van cung chìm 36 T T 2.2.5 Bố trí kết cấu 38 T T 2.2.6 Tính tốn cấu kiện phận cửa van 40 T T 2.2.7 Bố trí cối cửa van cơng trình 44 T T 2.2.8 Vị trí xilanh vận hành cửa 44 T T 2.2.9 Kết luận rút từ tính tốn thiết kế cửa van cung chìm 46 T T 2.2.10 Nghiên cứu điều khiển, kín nước, cối quay, khóa cửa van cung chìm 47 T T 2.3 Lắp đặt cửa van cửa cung chìm 47 T T 2.3.1 Quy trình lắp cửa van cung chìm 47 T T 2.3.2 Phương án lắp đặt xà lan cần cẩu siêu trọng 48 T T 2.3.3 Phương án lắp đặt giá 50 T T CHƯƠNG III- NGHIÊN CỨU BỐ TRÍ TỔNG THỂ, TÍNH TỐN VÀ THIẾT T KẾ CỬA VAN CUNG CHÌM ỨNG DỤNG CHO CƠNG TRÌNH CỐNG TÂN THUẬN 51 T 3.1 Giới thiệu loại kết cấu cửa van cung chìm 51 T T 3.1.1 Những ưu điểm cửa van cung chìm 51 T T 3.1.2 Kiến nghị ứng dụng cho cửa van kiểu cung chìm 52 T T 3.2 Giới thiệu chung cơng trình cống Tân Thuận 52 T T 3.2.1 Vị trí địa lý, điều kiện địa hình, địa mạo 52 T T 3.2.2 Địa chất cơng trình, địa động học, địa chất thủy văn: 53 T T 3.2.3 Điều kiện sơng ngịi, điều kiện khí tượng, thủy văn: 53 T T 3.3 Tính tốn thiết kế cửa van cung chìm cho cơng trình cống Tân Thuận 55 T T 3.3.1 Sơ đồ kết cấu cửa van cung dạng giàn 55 T T 3.3.2 Bố trí cửa van cung cơng trình 55 T T 3.3.3 Các thơng số tính tốn 57 T T 3.3.4 Mơ tả tóm tắt cửa van 57 T T 3.3.5 Xác định thông số kết cấu cửa van cung 59 T T 3.3.6 Tính tốn xác định kiểm tra chi tiết cửa van cung chìm 65 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 T T PHỤ LỤC BẢN VẼ 82 T T DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Danh mục cống lớn tuyến đê bao dự kiến đầu tư xây dựng T T T T Bảng 1-2 Cửa van kéo đứng số cơng trình giới T T T T Bảng 3-1 Bảng nội lực giàn cửa van kéo đứng 69 T T T T DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 T Hình 1-2 T Hình 1-3 T Hình 1-4 T Hình 1-5 T Hình 1-6 T Hình 1-7 T Hình 1-8 T Hình 1-9 T Cống đập Thảo Long-Huế T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Cống bình triệu – thành phố Hồ Chí Minh T Cống Tân Đệ-Thái Bình T Cống Đồng Quan-Hà Nội T Cống Liên Mạc có khoang B= 10 m T Cống Đa Độ-Hải Phòng T Cống Đò Điểm ngăn mặn T Cửa van trụ quay đập đáy T Đập ba Đô Lương T Hình 1-10 (Spijkenisse, Netherlands, 1996) 10 T T T T Hình 1-11 Cửa van 80m Cơng trình ngăn triều Ravenswaay 11 T T T T Hình 1-12 Cơng trình ngăn triều Krimpen Bố trí cửa van 80m 11 T T T T Hình 1-13 (Hellevoetsluis, The Netherlands, 1970) 12 T T T T Hình 1-14 Ems river, Germany 13 T T T T Hình 1-15 Cống trình sơng Thame 13 T T T T Hình 1-16 London, United Kingdom 13 T T T T Hình 1-17 Hoek van Holland, Netherlands, 1997 14 T T T T Hình 1-18 Cửa van hình quạt có khoang cơng trình ngăn triều St Peterburg 14 T T T T Hình 1-19 Mơ hình cửa van hình quạt xây dựng cơng trình Harvey 15 T T T 0T Hình 1-20 Phối cảnh cửa van kéo đứng khoang 20 T T T T Hình 1-21 Phối cảnh cửa van cung chìm khoang 21 T Hình 2-1 T Hình 2-2 T Hình 2-3 T Hình 2-4 T Hình 2-5 T Hình 2-6 T T T T Cửa van cung chìm 23 T T T T T T T T T T T T T Các dạng kết cấu van 24 T Kết cấu cối lề cửa van cung chìm 26 T Mơ hình cửa van cung chìm hai khoang 27 T Mơ hình cửa van cung chìm khoang 27 T Cắt ngang kết cấu cống bố trí cửa van cung chìm 27 T Hình 2-7 T Hình 2-8 T Hình 2-9 T Cách tìm chiều rộng cống tối ưu 30 T T T T T T T Biểu đồ áp lực thuỷ tĩnh 32 T Sơ đồ xác định vị trí dầm ngang theo áp lực nước 39 T Hình 2-10 Nhịp tính tốn dầm 40 T T T T Hình 2-11 Sơ đồ tính tốn kiểm tra giàn 43 T T T T Hình 2-12 Bố trí vị trí cối quay 44 T T T 0T Hình 2-13 Vị trí điểm gắn silanh 46 T T T T Hình 2-14 Di chuyển cửa van xà lan tới vị trí lắp đặt 49 T T T T Hình 2-15 Lắp cửa vào vị trí thiết kế 50 T T T T Hình 2-16 Lắp đặt giá long môn 50 T Hình 3-1 T Hình 3-2 T Hình 3-3 T Hình 3-4 T Hình 3-5 T Hình 3-6 T Hình 3-7 T Hình 3-8 T Hình 3-9 T T T T Vùng tuyến dự kiến xây dựng cơng trình (Google Earth) 52 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T Bản đồ kênh rạch vùng dự án (Google earth) 54 T Mô tả kết cấu cửa van cung chìm dạng giàn 55 T Cắt ngang cống bố trí cửa van cung chìm 56 T Mặt cống bố trí cửa van cung chìm 56 T Mô hình 3D cửa bố trí cửa van cung chìm 57 T Áp lực nước tác dụng lên cửa van 60 T Mơ hình tính tốn cửa van 60 T Sơ đồ xác định lực tác dụng lên cửa van cung 63 T Hình 3-10 Áp lực nước thượng lưu hạ lưu lên cửa van 63 T T T T Hình 3-11 Vị trí dầm 64 T T T T Hình 3-12 Bố trí dầm ngang 65 T T T T Hình 3-13 Nội lực M11 M22 mặt cửa van 65 T T T T Hình 3-14 Sơ đồ tính toán kiểm tra giàn 68 T T T T Hình 3-15 Sơ đồ tính tốn kiểm tra giàn cửa cung 75 T T T T Hình 3-16 Sơ đồ tính tốn kiểm tra giàn đứng 78 T T T T MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Tình hình ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minhđã vàđang phản ánh nhiều phương tiện thông tin báo chí, nómang tính thời nóng bỏng Đỉnh triều cường nơi ngày lập mức kỷ lục, tần suất xuất ngày nhiều Sự ngập úng triều cường gây hậu nghiêm trọng đến đời sống khu vực dân cư sống ởđây đặc biệt vùng địa hình thấp đồng thờiảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế xã hội khu vực Thành Phố Trước tình hình ngập úng diễn ởkhu vực thánh phố Hồ Chí Minh, vừa qua Thủ tướng Chính phủ có Quyếtđinh số: 1547/QĐ-TTg ngày 28/10/2008 việc phê duyệt Quy hoạch thủy lợi chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh Việc ngập úng khu vực thành phốHồ Chí Minh ảnh hưởng lớn đến phát triển toàn diện khu vực kinh tế bậc nước ta Muốn giải chồng ngập cho thành phốHồ Chí Minh phải xây dựng tuyếnđê bao làm cơng trình ngăn cáccửa sơng Việc xây dựng phần thủy cơng cáccơng trình khó khăn có kinh nghiệm Giờ cịn phụ thuộc vào loại cửa vanứng dụng cho cơng trình ngăn sơng Bởi cửa van phận định kết cấu cơng trình định khả đảm nhận nhiệm vụ ngăn triều Tình hình nghiên cứu cửa van cho loại cơng trình nước ta chưa tiến hành nghiên cứu, cập nhật tổng quan nước ngồi Vì để phục vụ dự án chống ngập cho khu vực thành phốHồ Chí Minh vấn đề hàng đầu phải nghiên cứu cửa van cho cơng trình chống ngập Các cửa van Cưa van Phẳng; cửa van Cung có nhược điểm mở phải kéo lên cao, chịu tải trọng gió lớn, ảnh hưởng giao thơng thủy… nên phải có cải tiến hoặctìm loại cửa van khắc phục nhược điểm loại cửa van Xuất phát từ đòi hỏi cửa van phục vụ chống ngập cho thành phố Hồ Chí Minh trên, cho cần phải có cải tiến loại cửa van có nghiên cứu loại cửa van để đáp ứng yêu cầu bách Đó tính cấp thiết đề tài Trong phạm vi đề tài học viên xin trình bày nghiên cứu cửa van cung chìm phục vụ chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI Nghiên cứu cửa van cung chìm phù hợp vớiđiều kiện xây dựng cơng trình ngăn sơng phục vụ chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Tìm loại cửa van đáp ứng yêu cầu công trình phục vụ chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh CÁCH TIẾP CẬP VÀ PHƯƠNG THỨC NGHIÊN CỨU - Cách tiếp cận: Tiếp cận cách trực tiếp gián tiếp thông qua tổ chức, cá nhân, nhàkhoa học hay phương tiện thông tin đại chúng; qua kết nghiên cứu công trình ngăn sơng giới nước có, kết hợp tìm hiểu, thu thập phân tích đánh giá tài liệu có liên quan, đo đạc khảo sát thực tế trạng vị trí đề xuất xây dựng cơng trình, từ đề phương án cụ thể phù hợp với tình hình điều kiện cụ thể nước ta - Phương pháp nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết; + Phân tích đánh giá; + Sử dụng phần mềm phân tích kết cấu 70 26 Ed 3.5 O350x5 31.3 0.8 0.29 + 27 Dc 3.5 O350x5 16.45 0.99 0.5 + 28 Cb 3.5 O350x5 11.17 1.21 0.62 + 29 Ba 3.5 O350x5 5.48 1.45 0.66 + Tên Chiều Loại tiết Lực dọc Mômen Mômen dầm, dài diện trục P uốn uốn max(M2) max(M3) (m) chọn (T) (T.m) (T.m) TT Dấu AB O420x10 5.44 0.54 0.3 - 31 gF 3.5 O420x10 18 0.83 0.25 - 32 fE 3.5 O350x5 26.3 0.68 0.28 - 33 eD 3.5 O350x5 16.8 1.39 0.15 - 34 dC 3.5 O350x5 8.67 1.25 0.2 - 35 cB 3.5 O350x5 2.16 1.28 0.25 - 36 bA 3.5 O350x5 5.15 1.44 0.65 - 37 gk 3.5 O520x15 84.8 4.2 3.1 - 38 kl 3.5 O520x15 104.6 7.79 - 39 lO 3.5 O520x15 109.8 8.5 1.78 - 40 hK 3.5 O420x10 15.8 3.4 1.5 + 41 KL 3.5 O420x10 35.2 7.33 1.9 + 42 LO 3.5 O420x10 41.9 8.19 2.72 - 43 Kk 2.6 O420x10 1.45 0.76 0.88 - 44 Ll 1.3 O420x10 1.42 0.33 2.1 - Dựa theo bảng nội lực tính Bảng 3-1 trên, ta tính tốn bền, ổn định dầm chính, đứng, xiên Tính tốn dầm ngang * Dầm ngang phía biển Đặc trưng hình học dầm ống O420x10 sau: F = 129,0 cm2; P P r x = 14,5 cm; r y = 14,5 cm; R R R R 71 W x = 1290 cm3; R R P P + Theo bảng ta thấy đoạn dầm cong AB, BC, CD, DE, EF, FG, GH có chiều dài tính toán mặt phẳng uốn l x = 2,5-:-4,0 cm; ta chọn đoạn dầm R R FG có nội lực lớn để tính tốn kiểm tra + Đoạn CD có nội lực lớn nhất, chọn CD để kiểm tra: M CD3 = 1,78 R R Tm, M CD2 = 0,69Tm, N CD = 6,13T R R R R Độ mảnh λx = l x 250 = = 17,24 ; rx 14,5 λy = ly R R R 250 = 17,24 ; 14,5 = R ry Kiểm tra ổn định mặt phẳng uốn; e x = M = 1,78.100 = 29 cm; R R N ex mx = R ρx R 6,13 = 29 = 0,29 cm; 10,0 η = 1,3 − 0,002λ x = 1,27 ; m = η.m x =1,27.0,29 = 0,37; R R R R Từ λ x = 17,24, m = 0,37, tra ϕ x lt = 0,623 Vậy ta có: R σ1 = R R R R R R RP P N 6,13 T = = 0,07 < [σ] k,n = 2,9(T/cm ); cm ϕ F 0,623.129 R lt x R P P Kiểm tra ổn định mặt phẳng uốn: σ2 = R R N 6,13 T = = 0,092 < [σ] k,n = 2,90(T/cm2); C.ϕ y F 0,623.0,83.129 cm R Trong đó: C = R P β = =0,83, với λ y = 17,24 ϕ y = 0,623; + α m x + 0,7.0,29 R R R Kiểm tra cường độ chịu lực: σ2 = R R P N CD M CD3 M CD2 2 + + = 0,05 T/cm < [σ] u = 2,90T/cm ; F W W P P R R P P R 72 + Nội lực dầm CD, DE, EF nhỏ đoạn dầm AB, để tiện cho việc gia cơng chế tạo ta chọn mặt cắt đoạn dầm giống nhau, không cần kiểm tra Như dầm ngang phía thượng lưu với tiết diện chọn đảm bảo điều kiện ổn định, điều kiện chịu lực với tổ hợp tải đặt * Dầm ngang phía sơng Đặc trưng hình học dầm ống O420x10 sau: F = 129,0 cm2; P P r x = 14,5 cm; r y = 14,5 cm; R R R R W x = 1290 cm3; R R P P Dầm ngang phía sơng chịu kéo, chịu mơ men uốn, chịu lực cắt mặt truyền qua dầm ngang phía thượng lưu sau truyền qua chống đứng, chống xiên chuyển qua dầm ngang phía sơng Do tính đối xứng kết cấu nên tính tốn nửa dầm ngang phía sơnglà ag Các đoạn dầm phía sơng ab, bc, cd, de, ef, fg, gh Chỉ có đoạn fg cól x =250cm cịn lại đoạn khác l x =400cm Theo bảng nội lực ta R R R R cần kiểm tra fg chịu nén lớn ab chịu kéo lớn Vì phải kiểm tra ổn định, kiểm tra bền cho hai trường hợp + Đoạn ab có nội lực lớn nhất, chọn ab để kiểm tra: M ab2 = 0,43T.m, R R M ab3 = 0,78T.m, N ab = 41,84T R R R R Kiểm tra cường độ chịu lực: σ2 = R R N cd M cd2 M cd3 41,84 0,43 0,78 2 + + = + + = 0,325 T/cm