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
2.2.2. Tính toán dầm chính van theo hệ phẳng 1. Xác định vị trí dầm chính
Vị trí dầm chính thường được bố trí theo nguyên tắc chịu tải trọng bằng nhau:
Trường hợp cửa van có nhiều dầm chính: Áp lực nước tác dụng lên dầm chính thứ k là qRkR có vị trí đượcRRxác định theo công thức sau đây, được
thiết lập từ điều kiện các dầm chính chịu các diện tích tải trọng bằng nhau, hình 2.4a:
Đối với cửa van trên mặt:
k t [k3/2 (k 1)3/2]
n 3
H
y = 2 − − (2.6) Đối với cửa van dưới sâu:
k t [(k B)3/2 (k 1 B)3/2]
B n 3
H
y 2 + − − +
= + (2.7)
trong đó:
yRkR - khoảng cách từ truc của dầm chính thứ k đến mực nước thượng lưu.
n - số lượng dầm chính.
k - số thứ tự của dầm chính tính từ đỉnh van.
HRtR - chiều cao cột nước thượng lưu.
HRnR - chiều cao cột nước tường ngực.
2 n 2 t
2 n
H H B nH
= −
Tải trọng tác dụng lên 1m dài dầm chính bằng:
n
q= W
trong đó W là hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh tác dụng trên 1m dài cửa van, còn n là số lượng dầm chính.
Hình 2.4 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính
Trường hợp cửa van có hai dầm (giàn) chính: Đối với cửa van có hai dầm (giàn) chính, để hai dầm chính chịu áp lực nước bằng nhau thì vị trí của hai dầm chính phải đặt cách đều hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh (dR1R=dR2R) như ở hình 2.4b, đồng thời phải thoả mãn các điều kiện sau:
- Khoảng cách từ dầm chính trên tới đỉnh van phải nhỏ hơn hoặc bằng 0.45H, trong đó H là chiều cao cửa van, để đảm bảo phần công xôn của cửa van có đủ độ cứng.
- Khoảng cách từ dầm chính dưới tới đáy van phải thỏa mãn điều kiện α ≥30PoP, để khi mở van dòng nước không va vào cánh dầm chính dưới.
Nếu không thoả mãn các điều kiện trên thì có thể điều chỉnh vị trí các dầm chính, hai dầm chính lúc này chịu tải trọng không bằng nhau, nhưng sau khi điều chỉnh các tải trọng tác dụng lên mỗi dầm chình không được chênh nhau quá lớn.
Áp lực nước tác dụng lên dầm chính trên qRtR và dầm chính dưới qRdR
được xác định theo công thức sau:
2 1
2
t d d
W d
q = + (2.8)
2 1
1
d d d
W d
q = + (2.9)
trong đó:
W - hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh trên 1 mét dài van.
dR1R - khoảng cách từ dầm chính trên tới phương của hợp lực W.
dR2R - khoảng cách từ dầm chính dưới tới phương của hợp lực W.
2.2.2.2. Nhịp tính toán của dầm chính
Nhịp tính toán của dầm chính được xác định theo công thức sau:
L = LRoR+ 2c (2.10) trong đó:
LRoR - bề rộng của cống (bề rộng thông thuỷ của cống).
c - khoảng cách từ mép cống tới trung tâm bánh xe (hình 2.1), thường lấy bằng c=0.05LRoR.
2.2.2.3. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính
Dầm chính tiết diện chữ I có hai trục đối xứng, chọn chiều cao tiết diện dầm dựa vào điều kiện độ cứng và điều kiện kinh tế, được xác định theo công thức sau:
h =max(hkt,hmin) (2.11) trong đó:
hkt =3 1.5λbWyc
q q E 24 RLn h 5
c o
min = ì
với:
h 120 160
b b
b = −
= δ
λ
R 8 qL R
W M
2 max
yc = =
E=2.1ì106daN/cm2 nRoR=600 -1000
- Chiều cao bản bụng dầm: hRbR= 0,95h.
- Chiều dày bản bụng dầm: δRbR = hRbR/δRbR. - Chiều dày bản cánh dầm: δRcR = 0.02h.
- Chiều rộng bản cánh dầm:
2
c c
c
c h
J b 2
= δ (2.12) trong đó
12 h 2
W h J
3 b b yc
c
−δ
=
hRcR = hRbR+δRcR.
- Tiết diện tính toán của dầm chính
Khi dầm chính đặt sát bản mặt và được hàn chặt vào bản mặt thì cần phải xét tới bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính. Bề rộng bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính phải thoả mãn các điều kiện sau đây:
b ≤ 0.5(aRtR+aRdR)
b ≤ bRcR+50δ (2.13) b ≤ 0.3L
trong đó:
aRtR. aRdR - khoảng cách từ dầm chính đang xét tới hai dầm phụ ở trên và dưới nó.
bRcR - bề rộng của bản cánh dầm chính.
δ - chiều dày của bản mặt cửa van.
L - nhịp tính toán của dầm chính.
Tiết diện tính toán của dầm chính được thể hiện trên hình 2.5
Hình 2.5 - Tiết diện tính toán và biểu đồ ứng suất pháp của dầm chính - Thay đổi tiết dầm chính
Để tiết kiệm thép và để giảm bề rộng rãnh van, nên trong cửa van lớn thường dùng dầm chính có chiều cao thay đổi, điểm đổi tiết diện cần bắt đầu từ vị trí giàn đứng ở hai đầu. Chiều cao dầm chính tai gối dầm thường lấy bằng (0.4-0.65)h, trong đó h là chiều cao dầm chính tại giữa nhịp, hình 2.6.
Hình 2.6 - Dầm chính có chiều cao thay đổi 2.2.2.4. Kiểm tra cường độ và độ vừng của dầm chớnh
- Kiểm tra về cường độ của dầm chính Ứng suất pháp tại mặt cắt giữa dầm:
y 0.85R J
M
max x
max
max = ≤
σ (2.14) Ứng suất tiếp tại mặt cắt gối dầm:
c
b o x
o x max
max R
J S Q <
= δ
τ (2.15) trong đó:
MRmaxR, QRmaxR - mômen uốn tại giữa dầm và lực cắt tại gối dầm.
Jx- mômen quán tính của tiết diện tính toán tại giữa dầm.
o x o x,S
J - mômen quán tính và mômen tĩnh của tiết diện tính toán tại gối dầm.
R, RRc R- cường độ tính toán khi chịu uốn và khi chịu cắt của vật liệu làm dầm chính.
Cánh hạ dầm chính dưới ngoài chịu kéo do áp lực nước còn chịu kéo do trọng lượng bản thân cửa van, nên cần có độ dự trữ về cường độ bằng 0.15R.
- Kiểm tra về độ vừng của dầm chớnh
Độ vừng tương đối tại mặt cắt giữa dầm chớnh là dầm đơn chịu tải trọng phân bố đều, tiết diện dầm có chiều cao biến đổi theo nhịp, được xác định theo công thức sau:
o x
c max
n k 1 25 1 3 EJ
L M 48
5 L
f ≤
+
ì
= (2.16) trong đó:
J J k J− o
=
J - mômen quán tính của tiết diện ở giữa nhịp dầm.
JRoR - mômen quán tính của tiết diện ở gối dầm
Công thức trên được dùng khi JRo R≥ J/6 hoặc hRo R≥ 0.4hRRvới dầm có tiết diện bản cánh không đổi và chỉ thay đổi chiều cao dầm, trong đó hRo Rlà chiều cao dầm tại gối tựa và h là chiều cao dầm tại giữa nhịp.
2.2.3. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng