CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN PHẲNG 2.1. Khái quát về cửa van phẳng
2.2. Phân tích nội lực và biến dạng kết cấu van phẳng 1. Phương pháp tính toán cửa van phẳng
2.2.3. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng 1. Kết cấu giàn chính
- Cửa van phẳng có nhịp trung bình và lớn, để tiết kiệm vật liệu, giảm trọng lượng bản thân van và tránh hiên tượng chân không khi mở van thường dùng dầm chính kiểu giàn, gọi tắt là giàn chính. Giàn chính thường dùng có thanh cánh hạ hình đa giác, thanh bụng xiên hay tam giác như ở hình 2.7.
Hình 2.7 - Giàn chính có cánh hạ hình đa giác
- Số khoảng mắt giàn cần chọn số chẵn để có thể bố trí thanh bụng đối xứng và có hình dạng đơn giản nhất, có chiều dài là ngắn nhất, số thanh bụng và số mắt giàn ít nhất, đồng thời có nhiều thanh và nhiều bản mắt giống nhau để tiết kiệm vật liệu và công chế tạo. Góc nghiêng của các thanh xiên có ảnh hưởng rất nhiều đến nội lực các thanh, thường chọn từ 30PoPđến 60PoP.
- Chiều cao của giàn chính thường chọn từ 1/7 đến 1/8 chiều dài nhịp tính toán của cửa vạn.
- Tiết diện các thanh giàn thường dùng là tiết diện chữ T, chữ I đơn hoặc được ghép bằng hai thép góc hay hai chữ C, khi thanh cánh thượng được hàn vào bản mặt, cần xét tới một phần bản mặt tham gia chịu lực như được thể hiện ở hình 2.8.
Hình 2.8 - Hình thức tiết diện thanh giàn chính
2.2.3.2. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng - Sơ đồ tính toán:
Giàn chính là một giàn đơn chịu tải trọng phân bố đều từ ồ dầm và giàn đứng truyền tới, với cửa van có hai giàn chình thì tải trọng phân bố tác dụng lên mỗi giàn chính được xác định theo công thức (2.8) và (2.9). Sơ đồ tính toán giàn chính được thể hiện trên hình 2.9.
Hình 2.9 - Sơ đồ tính toán giàn chính
Nội lực trong các thanh giàn có thể được xác định theo phương pháp đồ giải hoặc giải tích, trong trường hợp này cần đưa tải trọng phân bố đều q về tải trọng tập trung tại mắt giàn:
i ai a1 1
P q(kN)
2 + +
= (2.17) trong đó aRi Rvà aRi+1Rlà chiều dài thanh giàn ở bên trái và bên phải mắt giàn i.
Khi phân tích nội lực các thanh giàn bằng phận mềm tính toán kết cấu SAP2000 hay ANSYS thì không cần đưa tải trọng phân bố về tải trọng tập trung tại các mắt giàn và cũng không cần phải đưa vào giả thiết đơn giản hóa là các thanh giàn được nối với nhau bằng các khớp lý tưởng.
2.2.3.3. Kiểm tra cường độ và độ vừng của giàn chớnh - Kiểm tra về cường độ của các thanh giàn
Thanh cánh thượng chịu nén đồng thời chịu uốn được tính như thanh chịu nén lệch tâm, khi thanh cánh thượng được hàn vào bản mặt, cần xét tới một phần bản mặt cùng tham gia chịu lực và không cần xét tới uốn dọc của thanh:
N M F W R
σ = + ≤ (2.18)
Thanh cánh hạ chủ yếu chịu kéo được tính như thanh chịu kéo trung tâm:
N F R
σ = ≤ (2.19)
Thanh bụng giàn chủ yếu chịu lực dọc được tính toán theo thanh chịu kéo hoặc chịu nén trung tâm với hệ số uốn dọc được tính toán trong mặt phẳng của giàn và ngoài mặt phẳng của giàn::
min
N R
σ = F≤
ϕ (2.20) - Kiểm tra về độ vừng của giàn chớnh
Độ vừng tương đối tại mặt cắt giữa nhịp giàn chớnh cú thể xỏc đỡnh gần đúng theo công thức (2.16) của dầm với mômen quán tính tương đương:
1 2
t h 2 2
td x x t t h h
J =0.85(J +J +F a +F a ) (2.21) trong đó:
t h
t h
x x
J , J - mômen quán tính của thanh cánh thượng đối với trục xRtR và của thanh cánh hạ đối với trục xRhR qua trọng tâm của nó và thẳng góc với mặt giàn.
FRtR , FRhR - diện tích tiết diện thanh cánh thượng và thanh cánh hạ.
aRtR , aRh R- khoảng cách từ trọng tâm tiết diện thanh cánh thượng và thanh cánh hạ tới trục trung tâm x của hai tiết diện ghép này.
Nếu tớnh độ vừng của giàn chớnh bằng phần mềm chuyờn dụng tớnh toán kết cấu SAP2000 hay ANSYS sẽ không gặp khó khăn gì.
2.2.4. Tính toán dầm đứng theo hệ phẳng 2.2.4.1. Hình thức và vị trí dầm đứng
Dầm đứng cũng là một bộ phận chủ yếu của cửa van phẳng, nó có tác dụng truyền tải trọng từ ô dầm lên dầm chính. Dầm đứng được bố trí trong đoạn dầm chính không thay đổi tiết diện và đặt cách đều nhau. Dầm đứng có hai loại là loại dầm và loại giàn, loại dầm thường dùng trong cửa van có nhịp nhỏ và trung bình, còn loại giàn thường dùng trong cửa van có nhịp lớn.
2.2.4.2. Tính toán dầm đứng
- Sơ đồ tính toán: Dầm đứng chịu áp lực nước do các dầm phụ ngang và bản mặt truyền tới và truyền lên dầm chính. Vậy dầm chính là gối tựa của dầm đứng, bề rộng tải trọng mà mỗi dầm phải chịu là khoảng cách B giữa hai dầm đứng.
Sơ đồ tính toán giàn đứng cho ở hình 2.10.
Hình 2.10 - Sơ đồ tính toán giàn đứng
- Xác định nội lực giàn đứng: Nội lực trong các thanh của giàn đứng có thể xác định theo phương pháp đồ giải hoặc giải tích với sơ đồ tính toán được đưa vào giả thiết đơn giản hóa là các thanh giàn được nối với nhau bằng các khớp lý tưởng và tải trọng phân bố được chuyển thành các lực tập trung tác dụng tại các nút giàn theo công thức (2.22), có sơ đồ tính toán cho ở hình 2.10c.
i i 1 i i i i 1 i 1hi 1 6 ) p h h 3 ( h p 6
W = p− + + + + + + (kN) (2.22) trong đó:
pRiR, pRi-1 R, pRi+1R - cường độ của tải trọng phân bố tại nút i, trên nút i và dưới nút i.
hRiR , hRi+1 R- chiều dài thanh giàn ở trên nút i và dưới nút i.
Khi xác định nội lực trong các thanh giàn đứng bằng phần mềm SAP2000 hoặc ANSYS thì có thể tình trức tiêp theo sơ đồ 2.10b.
- Kiểm tra cường độ của dầm đứng: Dầm đứng loại dầm thường có kích lớn hơn yêu cầu về khả năng chịu lực, nên thường chọn theo yêu cầu cấu tạo. Còn dầm đứng kiểu giàn có chiều cao bằng chiều cao dầm chính, thanh cánh thượng tiếp giáp với bản mặt thường dùng tiết diện chữ I hoặc
tiết diện I được ghép bằng hai chữ C, các thanh còn lại thường dùng tiết diện chữ T được ghép bằng hai thép góc. Các thanh cánh thượng được hàn vào bản mặt ngoài chịu lực dọc còn chịu uốn được tính như một thanh chịu nén hoặc chịu kéo lệch tâm, tiết diện tính toán của các thanh này có xét tới bản mặt cùng tham gia chịu lực. Các thanh còn lại chủ yếu chịu lực dọc nên được tính như thanh chịu kéo hoặc chịu nén trung tâm theo các công thức (2.18), (2.19) và (2.20).
Các thanh giàn nằm trên giao tuyến giữa giàn chính và giàn đứng thì ứng suất bằng tổng ứng suất khi nó là giàn chính và là giàn đứng.