CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRÀN TỰ LẬT CHO HỒ CHỨA VỪA VÀ NHỎ
2.4 Nghiên cứu hình dạng khối tự lật bằng bê tông cốt thép
2.4.3 Nghiên cứu mối quan hệ giữa cột nước tràn và kích thước khối blog
Áp dụng bảng tính đã lập cho khối blog tổng quát đã xây dựng, việc xây dựng các khối. Trong luận văn này tôi đưa ra nghiên cứu tính toán cho bốn loại hình dạng các khối blog khác nhau sau đây, các khối này có khối lượng và kích thước bao ngoài tương tự nhau được sắp xếp liên tiếp.
2.4.3.1 Lựa chọn các dạng khối blog tính toán a. Dạng khối blog số 1
Hình 2.20: Chi tiết hình học dạng blog số 1
Hình 2.21: Mặt cắt A-A, B-B dạng blog số 1
- Đặc điểm cấu tạo: khối blog có cấu tạo là vật liệu bê tông cốt thép, là các hình khối bị vát mái thượng lưu và hạ lưu với m=1.
- Các thông số cơ bản:
+ H: chiều cao khối blog tràn.
+ B: chiều rộng theo phương dòng chảy khối blog tràn.
+ D: chiều rộng theo phương ngang tràn khối blog tràn.
+ m1: hệ số mái phần vát góc thượng lưu m1=1.
+ m2: hệ số mái phần vát góc hạ lưu m2=1.
+ m3: hệ số mái phần vát góc phía bên trong đáy thượng lưu m3=0,25.
+ m4: hệ số mái phần vát góc phía bên trong đáy hạ lưu m4=0,25.
+ h1: Chiều cao phần vát góc thượng lưu h1=0,5.H.
+ h2: Chiều cao phần vát góc hạ lưu h2=0,5.H.
+ a: chiều cao làm rỗng phần bên trong bản đáy.
+ b: chiều dày thành làm rỗng phần bên trong bản đáy b=15cm.
+ L: khoảng cách vị trí đặt doăng cao su tới điểm lật.
+ e: bề rộng mặt doăng cao su chịu tác động của áp lựcnước.
* Ưu điểm:
+ Nếu chiều cao vát góc hợp lý so với chiều cao và bề rộng thì chế độ chảy qua khối blog rất thuận dòng đảm bảo sai số nhỏ khi tính toán.
* Nhược điểm:
+ Hệ số mái góc vát lớn, khi dòng chảy về hạ lưu bám sát thành mái dễ gây dung động làm sai số khi tính toán, vì vật nên chọn chiều cao vát góc nhỏ khi thiết kế.
b. Dạng khối blog số 2
Hình 2.22: Chi tiết hình học dạng blog số 2
Hình 2.23: Mặt cắt A-A, B-B dạng blog số 2
- Đặc điểm cấu tạo: khối blog có cấu tạo là vật liệu bê tông cốt thép, là các hình khối bị vát mái hạ lưu với m=0,5, mái thượng lưu thẳng đứng.
- Các thông số cơ bản:
+ H: chiều cao khối blog tràn.
+ B: chiều rộng theo phương dòng chảy khối blog tràn.
+ D: chiều rộng theo phương ngang tràn khối blog tràn.
+ m2: hệ số mái phần vát góc hạ lưu m2=0,5.
+ m4: hệ số mái phần vát góc phía bên trong đáy hạ lưu m4=0,5.
+ h2: Chiều cao phần vát góc hạ lưu h2=H.
+ a: chiều cao làm rỗng phần bên trong bản đáy.
+ b: chiều dày thành làm rỗng phần bên trong bản đáy b=15cm.
+ L: khoảng cách vị trí đặt doăng cao su tới điểm lật.
+ e: bề rộng mặt doăng cao su chịu tác động của áp lực nước.
* Ưu điểm:
+ Khó bị hỏng hóc do va đập khi vận hành .
* Nhược điểm:
+ Trọng tâm bị dồn về hía thượng lưu nên cột nước tràn thời điểm lật khá lớn.
+ Khi lưu lượng dòng chảy không quá lớn, vận tốc nhỏ, dòng chảy sẽ bám theo mái chân hạ lưu gây chấn động dễ gây sai số khi tính toán.
c. Dạng khối blog số 3
Hình 2.24: Chi tiết hình học dạng blog số 3
Hình 2.25: Mặt cắt A-A, B-B dạng blog số 3
- Đặcđiểm cấu tạo: khối blog có cấu tạo là vật liệu bê tông cốt thép, là các hình khối bị vát mái thượng lưu với m=0,5, mái hạ lưu thẳng đứng.
- Các thông số cơ bản:
+ H: chiều cao khối blog tràn.
+ B: chiều rộng theo phương dòng chảy khối blog tràn.
+ D: chiều rộng theo phương ngang tràn khối blog tràn.
+ m1: hệ số mái phần vát góc thượng lưu m1=0,5.
+ m3: hệ số mái phần vát góc phía bên trong đáy thượng lưu m3=0,5.
+ h1: Chiều cao phần vát góc thượng lưu h1=H.
+ a: chiều cao làm rỗng phần bên trong bản đáy.
+ b: chiều dày thành làm rỗng phần bên trong bản đáy b=15cm.
+ L: khoảng cách vị trí đặt doăng cao su tới điểm lật.
+ e: bề rộng mặt doăng cao su chịu tác động của áp lực nước.
* Ưu điểm:
+ Trọng tậm dồn về hạ lưu làm cột nước trên tràn thời điểm lật nhỏ.
* Nhược điểm:
+ Mép hạ lưu dễ bị hỏng hóc do va đậ khi vận hành.
d. Dạng khối blog số 4
Hình 2.26: Chi tiết hình học dạng blog số 4
Hình 2.27: Mặt cắt A-A, B-B dạng blog số 4
- Đặc điểm cấu tạo: khối blog có cấu tạo là vật liệu bê tông cốt thép, là các hình khối bị vát mái thượng lưu và hạ lưu với m=0,25.
- Các thông số cơ bản:
+ H: chiều cao khối blog tràn.
+ B: chiều rộng theo phương dòng chảy khối blog tràn.
+ D: chiều rộng theo phương ngang tràn khối blog tràn.
+ m1: hệ số mái phần vát góc thượng lưu m1=0,25.
+ m2: hệ số mái phần vát góc hạ lưu m2=0,25.
+ m3: hệ số mái phần vát góc phía bên trong đáy thượng lưu m3=0,25.
+ m4: hệ số mái phần vát góc phía bên trong đáy hạ lưu m4=0,25.
+ h1: Chiều cao phần vát góc thượng lưu h1=H.
+ h2: Chiều cao phần vát góc hạ lưu h2=H.
+ a: chiều cao làm rỗng phần bên trong bản đáy.
+ b: chiều dày thành làm rỗng phần bên trong bản đáy b=15cm.
+ L: khoảng cách vị trí đặt doăng cao su tới điểm lật.
+ e: bề rộng mặt doăng cao su chịu tác động của áp lực nước.
* Ưu điểm:
+ Khó bị hỏng hóc do va đập khi vận hành .
* Nhược điểm:
+ Khi lưu lượng dòng chảy không quá lớn, vận tốc nhỏ, dòng chảy sẽ bám theo mái chân hạ lưu gây chấn động dễ gây sai số khi tính toán.
2.4.3.2 Các trường hợp tính toán
Các khối blog được xây dựng khi có cùng kích thước biên ngoài B,D,H thì các khối blog này có khối lượng bằng nhau.
Tính toán cho trường hợp kích thước biên ngoài là khối lăng trụ hình hộp với B=D=H, kích thước này biến đổi từ 0,5m đến 1,5m với mức độ biến đổi 0,1m.
Tính toán cho độ làm rỗng bên trong khối blog với 4 trường hợp: a=0; a=0,2.H;
a=0,4.h; a=0,6.H.
2.4.3.3 Mối quan hệ giữa a∼h∼H a. Mối quan hệ giữa a∼h∼H khối blog dạng 1
Hình 2.28: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và chiều cao khối blog với các trường hợp bề dày làm rỗng các khối khác nhau cho khối blog dạng 1 Từ kết quả tính toán hình 2.22 ta có các đánh giá như sau:
+ Khi a=0 tức khối blog không được làm rỗng, cột nước tràn và chiều cao khối blog quan hệ tuyến tính theo đường thẳng.
+ Khi độ rỗng tăng lên thì cột nước trên tràn thời điểm lật giảm khi cùng một chiều cao H.
+ Xét độ rỗng a=0,6H, khi H≈0,9m và trọng lượng G≈1,17 tấn thì cột nước tràn sấp sỉ bằng 0.
+ Đường quan hệ có độ làm rỗng a=0 và a=0,2.H có cột nước trên tràn tăng khi kích H tăng , đường a=0,4.h và đường a=0,6.H thì kích thước H tăng cộtnước trên tràn giảm. Với a≈0,3.H thì cột nước trên tràn thời điển lật gần như không thay đổi.
b. Mối quan hệ giữa a∼h∼H khối blog dạng 2
Hình 2.29: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và chiều cao khối blog với các trường hợp bề dày làm rỗng các khối khác nhau cho khối blog dạng 2 Từ kết quả tính toán hình 2.25 ta có các đánh giá như sau:
+ Khi a=0 tức khối blog không được làm rỗng, cột nước tràn và chiều cao khối blog quan hệ tuyến tính theo đường thẳng.
+ Khi độ rỗng tăng lên thì cột nước trên tràn thời điểm lật giảm khi cùng một chiều cao H. Cột nước tràn khá lớn so với các khối blog được nghên cứu.
+ Khi độ rỗng lớn thì quan hệ giữa cột nước tràn thời điểm lật và H theo phương trình bậc cao nhưng độ cong không quá lớn. Xét độ rỗng a=0,6H, khi H≈1,2m và trọng lượng G≈1,5 tấn thì cột nước tràn sấp sỉ bằng 0 lớn hơn khối dạng 1.
+ Đường quan hệ có độ làm rỗng a=0 và a=0,2.H có cộtnước trên tràn tăng khi kích H tăng , đường a=0,4.h và đường a=0,6.H thì kích thước H tăng cột nước trên tràn giảm. Với a≈0,35.H thì cột nước trên tràn thời điển lật gần như không thay đổi.
c. Mối quan hệ giữa a∼h∼H khối blog dạng 3
Hình 2.30: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và chiều cao khối blog với các trường hợp bề dày làm rỗng các khối khác nhau cho khối blog dạng 3 Từ kết quả tính toán hình 2.28 ta có các đánh giá như sau:
+ Khi a=0 tức khối blog không được làm rỗng, cột nước tràn và chiều cao khối blog quan hệ tuyến tính theo đường thẳng.
+ Khi độ rỗng tăng lên thì cột nước trên tràn thời điểm lật giảm khi cùng một chiều cao H, chênh lệch cột nước trên tràn thời điểm lật giữa các khối có cùng kích thước có chênh lệch lớn.
+ Khi độ rỗng lớn thì quan hệ giữa cột nước tràn thời điểm lật và H theo phương trình bậccao , khi độ khoét rỗng càng lớn thì cộtnước trên tràn giảm manh, thậm trí với độ khoét rỗng a=0,4*H với khi H≈0,9m và trọng lượng G≈1,02 tấn thì cột nước tràn sấp sỉ bằng 0.
+ Đường quan hệ có độ làm rỗng a=0 có cột nước trên tràn tăng khi kích H tăng, a=0,2.H thì khi kích thước H tăng cột nước h trên tràn thời điểm lật bắt đầu giảm nhưng không quá lớn, khi a=0,4.H và a=0,6.H thì cột nước h bắt đầu giảm mạnh.
d. Mối quan hệ giữa a∼h∼H khối blog dạng 4
Hình 2.31: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và chiều cao khối blog với các trường hợp bề dày làm rỗng các khối khác nhau cho khối blog dạng 4 Từ kết quả tính toán hình 2.28 ta có các đánh giá như sau:
+ Khi a=0 tức khối blog không được làm rỗng, cột nước tràn và chiều cao khối blog quan hệ tuyến tính theo đường thẳng.
+ Khi độ rỗng tăng lên thì cột nước trên tràn thời điểm lật giảm khi cùng một chiều cao H, chênh lệch cộtnước trên tràn thời điểm gần tương đương với dạng khối blog số 1.
+ Đường quan hệ có độ làm rỗng a=0 và a=0,2.H có cột nước trên tràn tăng khi kích H tăng , đường a=0,4.h và đường a=0,6.H thì kích thước H tăng cộtnước trên tràn giảm. Với a≈0,27.H thì cột nước trên tràn thời điển lật gần như không thay đổi.
2.4.3.4 Mối quan hệ giữa h∼V
Khi các khối blog có cùng kích thước B,D,H và độ khoét rỗng a sẽ có cùng khối lượng. Vì vậy khi so sánh cột nước tràn thời điểm lật giữa các khối blog nhau có cùng khối lượng, kích thước bao ngoài và độ khoét rỗng a ta xét mỗi quan hệ giữa cột nước tràn thời điểm lật và khối lượng của khối blog.
Hình 2.32: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và trọng lượng bản thân của các khối blog khi a=0
Hình 2.33: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và trọng lượng bản thân của các khối blog khi a=0,2*H
Hình 2.34: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và trọng lượng bản thân của các khối blog khi a=0,4*H
Hình 2.35: Các đường mối quan hệ giữa cột nước h khi lật và trọng lượng bản thân của các khối blog khi a=0,6*H
Từ kết quả tính toán hình 2.32 đến hình 2.35 ta có các đánh giá như sau:
+ Nhận xét 4 đường quan hệ h∼V của 4 dạng khối blog thì đường quan hệ khối blog dạng 2 luân nằm trên cùng, khối blog dạng 3 luân nằm dưới cùng, khối dạng 1 và 4 xấp xỉ nhau ở khoảng giữa của 2 khối blog dạng 2 và 3 khi xem xét các khối blog này có cùng khối lượng và kích thước.
+ Với độ khoét rỗng a=0 khi trọng lượng G tăng thì cột nước trên tràn thời điểm lật h tất cả các dạng khối đều tăng theo tỉ lệ thuận với nhau.
+ Với độ khoét rỗng a=0,2.H khi khối lượng tăng thì cột nước h các khối dạng 1,2,4 đều tăng còn khối dạng 3 cột nước h giảm nhưng độ giảm không quá lớn.
+ Với độ khoét rỗng a=0,4.H khi khối lượng tăng thì cột nước h tất cả các khối blog đều giảm. Khối blog dạng 2 giảm không quá lớn, khối blog dạng 3,4 khi G=4,2 tấn thì cột nước h tiến về 0, khối blog dạng 3 thì giảm mạnh.
+ Với độ khoét rỗng a=0,6.H khi khốilượng tăng thì cộtnước h tất cả các khối blog đều giảm giảm mạnh.
2.4.3.5 Kết luận
Việc tính toán với nhiều hình dạng các khối khác nhau cho thấy sự ảnh hưởng của hình dạng các khối lên cột nước tràn thời điểm lật. Phân tích và đánh giá được ưu nhược điểm của từng hình dạng khi áp dụng.
Khi áp dụng vào thực tế cần lựa chọn hình khối một cách hợp lý tùy thuộc vào cột nước của tràn có thể kết hợp giữa các khối blog với nhau để đủ điều kiện làm việc.