LỜI CẢM ƠN Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình, đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí gối bản lề tới lực kéo và trạng thái ứng suất – biến dạng của cửa van cung nhịp lớn” đã được hoàn thành. Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố. Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Vũ Thành Hải người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp. Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi. Hà Nội, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn NGUYỄN TẤT THỌ BẢN CAM KẾT Tên tôi là: Nguyễn Tất Thọ Học viên lớp: 19C12 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Hà Nội, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận văn NGUYỄN TẤT THỌ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN BẢN CAM KẾT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của Đề tài 1 2. Mục đích của Đề tài 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN HÌNH CUNG 2 1.1. Khái quát về cửa van hình cung 2 1.1.1. Khái niệm và phân loại 2 1.1.2. Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo 4 1.1.3. Hình thức cửa van thường dùng hiện nay 7 1.1.4. Phạm vi ứng dụng 9 1.2. Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van 10 1.2.1. Cấu tạo chung của kết cấu cửa van 10 1.2.2. Chọn sơ bộ hình thức, vị trí và kích thước các bộ phận chính của cửa van cung 11 1.3. Tính toán kết cấu cửa van cung 18 1.3.1. Tính toán cửa van cung theo hệ phẳng 18 1.3.2. Phân tích cửa van theo bài toán không gian 27 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 35 CHƯƠNG 2 – PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHẦN MỀM SAP2000 36 2.1. Khái quát về phương pháp phần tử hữu hạn 36 2.1.1. Các mô hình của phương pháp phần tử hữu hạn 36 2.1.2. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn 37 2.2. Phần mềm SAP2000 37 2.2.1. Khái quát về phần mềm SAP2000 37 2.2.2. Một số điểm cần chú ý khi sử dụng phần mềm SAP2000 phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng cửa van cung 38 2.2.3. Các bước tính toán kết cấu cửa van cung bằng SAP2000 44 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 45 CHƯƠNG 3 - PHÂN TÍCH KẾT CẤU VAN CUNG TRONG CÔNG TRÌNH CHỐNG NGẬP LỤT TP. HỒ CHÍ MÌNH 46 3.1. Giới thiệu công trình 46 3.1.1. Quy mô công trình 46 3.1.2. Các trường hợp nghiên cứu: 46 3.2. Trường hợp 1: ∆Z = 7.0m 47 3.2.1. Mô tả kết cấu cửa van 47 3.2.2. Mô hình hóa kết cấu cửa van cung bằng phần mềm SAP2000 51 3.2.3. Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian 54 3.3. Trường hợp 2: ∆Z = 7.5m 62 3.3.1. Mô hình hóa kết cấu cửa van 62 3.3.2. Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian 62 3.4. Trường hợp 3: ∆Z = 8.0m 71 3.4.1. Mô hình hóa kết cấu cửa van 71 3.4.2. Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian 71 3.5. Tổng hợp kết quả tính toán và vẽ đường quan hệ giữa vị trí gối bản lề và lực kéo van, cũng như nội lực và chuyển vị của một số bộ phận chính của cửa van tương ứng với mỗi vị trí gối bản lề. 77 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 - Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên 2 Hình 1.2 - Cửa van trên mặt 3 Hình 1.3 - Cửa van dưới sâu 3 Hình 1.4 - Sơ đồ cấu tạo cửa van hình cung 5 Hình 1.5 - Gối quay của cửa van cung; a) Gối nón cụt; b) Gối bản lề 5 Hình 1.6 - Gối đỡ bên kiểu bánh xe và kiểu trượt 6 Hình 1.7 - Cấu tạo kết cấu vật chắn nước bên và đáy van cung 7 Hình 1.8 - Sơ đồ một số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung 8 Hình 1.9 - Các loại hình thức khung chính 8 Hình 1.10 - Các hình thức khe van 10 Hình 1.11 - Sơ đồ vị trí khung chính 12 Hình 1.12 - Kết cấu cửa van hình cung dùng dầm đứng đặt sít 16 Hình 1.13 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính trên và dưới 20 Hình 1.14 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu 21 Hình 1.15 - Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chân khớp 23 Hình 1.16 - Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chính chân ngàm 24 Hình 1.17 - Sơ đồ tính toán nội lực càng van 26 Hình 1.18 - Sơ đồ xác định cánh tay đòn lực kéo van 26 Hình 1.19 - Điều kiện biên trường hợp cửa van nằm trên ngưỡng 28 Hình 1.20 - Điều kiện biên trường hợp 2 máy nâng bằng xi lanh thủy lực 29 Hình 1.21 - Điều kiện biên khi nâng bằng tời dây kéo tiếp tuyến với bản mặt 29 Hình 1.22 - Điều kiện biên khi nâng bằng tời phương dây kéo không tiếp tuyến với bản mặt 30 Hình 1.23 - Sơ đồ kết cấu van cung ứng với trường hợp cửa van mở 31 Hình 2.1 - Hệ tọa độ cục bộ của phần tử thanh 41 Hình 2.2 - Trục tọa độ cục bộ 2 và 3 của phần tử thanh 41 Hình 2.3 - Hệ toạ độ cục bộ của phần tử vỏ 42 Hình 2.4 - Quy ước dấu của lực dọc và mômen xoắn 43 Hình 2.5 - Quy ước dấu của lực cắt và mômen uốn 43 Hình 2.6 - Quy ước dấu nội lực của vỏ 44 Hình 3.1 – Bố trí tổng thể van cung 47 Hình 3.2 – Kết cấu giàn đứng van cung 48 Hình 3.3 - Vị trí dầm phụ dọc 49 Hình 3.4 - Định vị dầm phụ dọc 49 Hình 3.5 - Kết cấu bản mặt và dầm phụ dọc 51 Hình 3.6 - Kết cấu dầm đứng, giàn ngang và càng van 52 Hình 3.7 - Kết cấu dầm đứng, giàn ngang và càng van 53 Hình 3.8 - Mô hình hóa kết cấu van cung 54 Hình 3.9 - Gán lực ma sát vào mô hình kết cấu van cung 57 Hình 3.10. Mô hình cửa van trường hợp ∆Z = 7.5m 62 Hình 3.11 – Biểu đồ áp lực nước thượng lưu 63 Hình 3.12 – Phổ màu chuyển vị bản mặt van 63 Hình 3.13 – Biểu đồ lực dọc càng van 64 Hình 3.14 – Biểu đồ lực dọc giàn chính 65 Hình 3.15 – Cánh tay đòn trọng lượng bản thân van 66 Hình 3.16 – Sơ đồ xác định cánh tay đòn lực kéo van 69 Hình 3.17. Kết cấu van trường hợp ∆Z = 8.0m 71 Hình 3.18 – Đường quan hệ ∆Z và lực kéo van khi bắt đầu rời khỏi ngưỡng 78 Hình 3.19 – Đường quan hệ ∆Z và lực kéo van khi mở hoàn toàn 78 Hình 3.20 – Đường quan hệ ∆Z và chuyển vị ngang lớn nhất ở bản mặt 79 Hình 3.21 – Đường quan hệ ∆Z và lực dọc lớn nhất của càng van 79 Hình 3.22 – Đường quan hệ ∆Z và momen uốn lớn nhất của càng van 79 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 - Giá trị góc α và góc θ 50 Bảng 3.2 - Chuyển vị tại một số nút ở bản mặt van 54 Bảng 3.3 - Lực dọc và mô men uốn trong càng van 55 Bảng 3.4 - Nội lực trong một số phần tử giàn chính trên và dưới 55 Bảng 3.5 - Phản lực liên kết tại các gối tựa 56 Bảng 3.6 – Lực ma sát vật chắn nước bên F S 57 Bảng 3.7 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 1) 59 Bảng 3.8 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 2) 59 Bảng 3.9 - Phản lực liên kết tại nút C 60 Bảng 3.10 - Xác định hành trình của xy lanh thủy lực 60 Bảng 3.10 - Chuyển vị tại một số nút ở bản mặt van 64 Bảng 3.11 - Ứng suất của bản mặt cửa van 64 Bảng 3.12 - Lực dọc và mô men uốn trong càng van 65 Bảng 3.13 - Nội lực trong một số phần tử giàn chính trên và dưới 66 Bảng 3.14 - Phản lực liên kết tại các gối tựa 67 Bảng 3.8 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 1) 67 Bảng 3.9 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 2) 68 Bảng 3.10 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 3) 68 Bảng 3.11 - Phản lực liên kết tại nút C 68 Bảng 3.12 – Xác định hành trình của xy lanh thủy lực 69 Bảng 3.21 - Chuyển vị tại một số nút ở bản mặt van 72 Bảng 3.22 - Lực dọc và mô men uốn trong càng van 72 Bảng 3.23 - Nội lực trong một số phần tử giàn chính trên và dưới 73 Bảng 3.24 - Phản lực liên kết tại các gối tựa 73 Bảng 3.25 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 1) 74 Bảng 3.26 - Phản lực gối bản lề (bước lặp 2) 74 Bảng 3.27 - Phản lực liên kết tại nút C 75 Bảng 3.28 - Xác định hành trình của xy lanh thủy lực 75 Bảng 3.29 – Tổng hợp kết quả tính toán 77 [...]... phân tích trạng thái ứng suất- biến dạng cửa van cung nhịp lớn, xác định trọng lượng bản thân van và lực kéo của xy lanh thủy lực khi vị trí gối bản lề thay đổi, tìm vị trí hợp lý của gối bản lề để giảm lực kéo van cũng như ứng suất trong quá trình khai thác 2 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN HÌNH CUNG 1.1 Khái quát về cửa van hình cung [3] [4] 1.1.1 Khái niệm và phân loại Cửa van là một bộ phận của công... ứng suất- biến dạng của cửa van, nên việc chọn vị trí hợp lý của gối bản lề là một yêu cầu cần quan tâm nhằm giải quyết hài hòa giữa lực kéo và khả năng chịu lực của cửa van Xy lanh thủy lực cũng có tỷ trọng không nhỏ trong tổng số vốn đầu tư thiết bị cơ khí của công trình, nên việc nghiên cứu vị trí hợp lý của gối bản lề có ý nghĩa thực tế và cần thiết 2 Mục đích của Đề tài Xác định vị trí hợp lý của. .. thiết của Đề tài Đối với cống ngăn triều chống ngập lụt thành phố Hồ Chí Minh cần sử dụng cửa van nhịp lớn để ngăn triều, thoát lũ nhanh và giao thông thủy, một trong các phương án được chọn là sử dụng cửa van cung đóng mở bằng xy lanh thủy lực Khoang thông thuyền của van cung có bán kính bản mặt lớn hơn bảo đảm tĩnh không giao thông thủy Vị trí gối bản lề có ảnh hưởng tới lực kéo van, cũng như trạng thái. .. tràn Hình dạng không gian và các bộ phận chính của kết cấu cửa van cung càng xiên cho ở hình 1.1 Hình 1.1 - Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên Cửa van hình cung có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu, có cửa phụ hoặc không có cửa phụ trên đỉnh van Cửa van trên mặt 3 là cửa van có đỉnh cao hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 1.2), cửa van dưới sâu là cửa van có... của gối bản lề với ràng buộc và yêu cầu về mặt công trình thủy công, nhằm giảm lực kéo van, cũng như hành trình của xy lanh thủy lực, thỏa mãn điều kiện cường độ và biến dạng cửa van cung, nhằm giảm chi phí đầu tư cho công trình 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Một cửa van hình cung nhịp lớn trong công trình cống ngăn triều chống ngập lụt thành phố Hồ Chí Minh 4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. .. Trường hợp bán kính van cung R = (1,2÷1,5)H1; (trong đó H1 là chiều sâu nước thượng lưu) thì gối đặt thấp hơn mực nước thượng lưu Gối quay thường đặt cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu để tránh bị ngập nước dẫn tới hư hỏng và han rỉ Hình 1.5 - Gối quay của cửa van cung; a) Gối nón cụt; b) Gối bản lề 6 Gối quay của cửa van cung thường dùng là gối kiểu nón cụt (hình 1.5a) và gối bản lề có một trục quay... liên kết với kết cấu nhịp van bằng cách nối thanh cánh của giàn gối với bản mắt ở đầu giàn chính, bản mắt này phải có độ cứng lớn và nằm trong mặt phẳng của giàn chính Nếu giàn gối nghiêng, thì cuối thanh 18 cánh của giàn gối đặt một bản thép và hàn chặt vào cánh của dầm chính Chỉ trong trường hợp cửa van nhỏ mới liên kết giữa giàn gối và kết cấu nhịp van bằng bulông Một đầu của giàn gối được liên kết... cánh giàn gối được làm bằng thép chữ I hay hai thép chữ C khi cửa van có nhịp nhỏ và trung bình, dùng tiết diện chữ I hoặc chữ C ghép bằng thép góc và thép bản khi van có nhịp lớn, hoặc nhịp trung bình nhưng có cột nước cao Trong những cửa van nhỏ hệ thanh bụng của giàn gối có thể hàn trực tiếp vào cánh cửa của giàn gối, còn đối với cửa van trung bình và lớn thì nhất thiết phải đặt bản mắt Giàn gối được... theo kích thước của cửa van và hình dáng mặt cắt ngang mà chọn giàn ứng cho thích hợp Đối với cửa van chân xiên có nhịp Lo ≤ 12m, chiều cao cột nước H ≤ 4.5m và cửa van chân thẳng có Lo ≤ 7m, H ≤ 3.5m, dùng giàn ứng đặc là hợp lí hơn cả Kính thước hình học của giàn ứng phụ thuộc vào chiều cao của van, bán kính và vị trí của tâm bản mặt, phụ thuộc vào chiều cao của dầm chính Khi dầm của khung chính... quay của cửa van Khung chính được chia thành các loại sau: - Chân thẳng và cứng (hình 1.9a) - Chân thẳng và mảnh (hình 1.9b) - Chân xiên và mảnh (hình 1.9c) Hình 1.9 - Các loại hình thức khung chính Cửa van chân cứng có lực xô ngang lớn làm giảm được mômen uốn trong dầm, nhưng mômen uốn trong càng lại lớn, đồng thời khi cửa van chuyển động có lực ma sát ở mặt bên của gối bản lề Cửa van chân mảnh 9 được . thái ứng suất- biến dạng cửa van cung nhịp lớn, xác định trọng lượng bản thân van và lực kéo của xy lanh thủy lực khi vị trí gối bản lề thay đổi, tìm vị trí hợp lý của gối bản lề để giảm lực kéo. kính bản mặt lớn hơn bảo đảm tĩnh không giao thông thủy. Vị trí gối bản lề có ảnh hưởng tới lực kéo van, cũng như trạng thái ứng suất- biến dạng của cửa van, nên việc chọn vị trí hợp lý của gối. văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí gối bản lề tới lực kéo và trạng thái ứng suất – biến dạng của cửa van cung nhịp lớn đã được hoàn thành. Tác giả xin tỏ lòng