Đồ án KCT CỬA VAN Cửa van thiết bị khí quan trọng cơng trình thủy lợi thủy điện Chiếm khoảng 10% tổng giá thành cơng trình Điều tiết lưu lượng, khống chế mực nước thượng hạ lưu Như “chìa khóa” vào khai thác sử dụng nhà Sự cố cửa van nguy hiểm PHÂN LOẠI CỬA VAN Theo nhiệm vụ: -Cửa van công tác -Cửa van cố -Cửa van kiểm tra Theo vị trí làm việc: -Cửa van mặt -Cửa van sâu Theo hình thức kết cấu: -Cửa van phẳng -Cửa van cung - Đồ án KCT Cửa van hình cung Đây loại cửa sử dụng rộng rãi cơng trình thủy lợi, đặc biệt tràn, đập dâng cống vùng ảnh hưởng triều Bản mặt cửa có hình cung thường trùng với tâm quay cửa Sau mặt cửa hệ kết cấu khung giàn Cửa van cung nhịp lớn phương án lựa chọn thiết kế cống ngăn triều khu vực TP Hồ Chí Minh Đồ án KCT Cửa van phẳng Cửa van phẳng hình thức cửa đời sớm loại cửa van sử dụng cơng trình thủy lợi đến áp dụng rộng rãi Bản mặt cửa phẳng Sau mặt hệ kết cấu dầm giàn YÊU CẦU ĐỐI VỚI CỬA VAN -Đủ khả chịu lực -Đóng mở theo u cầu -Khơng rò rỉ nước -Chống rỉ tốt -Dễ tu bảo dưỡng Đồ án KCT TÀI LIỆU CƠ BẢN CHO THIẾT KẾ CỬA VAN -Bố trí tổng thể cơng trình -Điều kiện làm việc cửa van -Hình thức cửa van -Các lực tác dụng lên cửa van -Điều kiện chế tạo, lắp ráp -Loại máy đóng mở -Vật liệu chế tạo TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỬA VAN -Trọng lượng thân -Áp lực thủy tĩnh -Áp lực sóng -Áp lực thủy động -Áp lực nước va -Áp lực bùn cát -Áp lực gió -Lực đóng mở Đồ án KCT SƠ ĐỒ TÍNH TỐN -Đưa hệ phẳng -Hệ khơng gian Khung Sơ đồ kết cấu tổng thể cửa van Dầm phụ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP (CỬA VAN PHẲNG LOẠI HAI DẦM CHÍNH) Đồ án KCT Giáo trình Kết cấu thép – Vũ Thành Hải, Trương Quốc Bình, Vũ Hoàng Hưng – NXBXD 2006 Hướng dẫn đồ án môn học Kết cấu thép: Thiết kế cửa van phẳng thép cơng trình thủy lợi – Bộ mơn KCCT SAP2000 – Phân tích kết cấu cơng trình thủy lợi thủy điện – Vũ Hoàng Hưng nnk – NXBXD 2012 Tiêu chuẩn thiết kế Kết cấu thép Đồ án KCT SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Mỗi nhóm sinh viên có số liệu riêng) Thiết kế cửa van phẳng mặt (thuộc nhóm 4) Bề rộng lỗ cống Lo (m) Chiều cao mực nước thượng lưu H (m) Thiết kế trường hợp cửa van đóng, hạ lưu khơng có nước Vật liệu thép làm cửa van: thép CT3 Vật liệu làm bánh xe: thép đúc CT 35Đ YÊU CẦU Một thuyết minh tính tốn phận kết cấu cửa van Một vẽ kết cấu tổng thể cửa van chi tiết Đồ án KCT CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỬA VAN 7a ∆ 7c L0 7b C 7a Đồ án KCT NGUYÊN TẮC CHỊU LỰC ÁP LỰC NƯỚC  BẢN MẶT  HỆ DẦM PHỤ  HỆ GIÀN NGANG  HỆ DẦM CHÍNH  CỘT BIÊN  GỐI TỰA (BÁNH XE)  KHE VAN I VỊ TRÍ VÀ BỐ TRÍ CHI TIẾT CÁC KẾT CẤU DẦM CHÍNH a/ Vị trí dầm Ngun tắc bố trí: atr = ad Đảm bảo:  2H/3 30o a1  0.45Hv a1 ≤ 0,45hv ∆ Hv atr W ad H/3 ▼0.0 ≥300 a2 Đồ án KCT b/ Lựa chọn kích thước sơ dầm q = Wn/2 = nH2/4 L = Lo + 2c (c = 200 ~ 300mm) Chọn h = max (hkt, h min) b  hkt  1.5b Wyc tc hmin  RLno  p   q   24 E  p  q tc hb b Wyc   120 ~ 160 M max qL2   R R 1  no 600 DÀN NGANG Nguyên tắc bố trí: -Khoảng cách dàn ngang (B) nên nhỏ 4m -Chọn số lượng lẻ, bố trí dàn cửa van -Bố trí khoảng cách nằm phần mặt cắt không đổi dầm DẦM PHỤ Nguyên tắc bố trí: -Bố trí thưa, dày -Chọn khoảng cách từ 0.7 ~ 0.9m -Chọn tiết diện chữ [ đặt úp 10 Đồ án KCT Sơ đồ 1: Dầm đơn chịu tải trọng hình thang atr atr ad ad q qp a tr  a d p – cường độ áp lực nước trục dầm tính tốn, kN/m2 atr, ad - khoảng cách từ dầm phụ ngang xét đến dầm dầm B Sơ đồ 2: Dầm liên tục chịu tải trọng phân bố atr atr ad ad q qp a tr  a d p – cường độ áp lực nước trục dầm tính tốn, kN/m2 atr, ad - khoảng cách từ dầm phụ ngang xét đến dầm dầm L 13 Đồ án KCT b/ Tính tốn tải trọng Bảng tính tốn tải trọng tác dụng lên dầm phụ Dầm Cường độ áp lực nước trục dầm p, kN/m2 Khoảng cách dầm, m a tr  a d qp a tr  a d 2 … qmax Chọn dầm chịu tải trọng q lớn để tiến hành tính tốn lựa chọn mặt cắt c/ Tính tốn nội lực qmax Sơ đồ 1: Tra bảng 7-2 GT KCT M max a b B Sơ đồ 2: a qB2 qa  a a tr  a d qmax Tra bảng 7-3 GT KCT L Phản lực gối tựa, mô men uốn lớn nhịp, mô men uốn lớn gối Có thể dùng SAP2000 để tính tốn nội lực 14 Đồ án KCT d/ Lựa chọn mặt cắt dầm Dựa vào điều kiện thỏa mãn cường độ:  M max R Wx Wyc  M max R Từ Wyc tra bảng 11 trang 210 GT KCT lựa chọn số hiệu mặt cắt dầm chữ  Do dầm phụ hàn chặt với mặt, kiểm tra khả chịu lực dầm phụ cần xét đến phần mặt tham gia chịu uốn với dầm phụ 15 Đồ án KCT e/ Kiểm tra tiết diện chọn qmax a b a B bc - bề rộng dầm phụ tiếp giáp với mặt; c- kích thước có liên quan đến độ dày mặt tính chất vật liệu, c = 25; atr, ad - khoảng cách từ dầm phụ ngang xét đến dầm dầm nó; lo – chiều dài tính tốn dầm đơn hay khoảng cách điểm biểu đồ mô men uốn dầm liên tục  b c  2c a  ad b   tr   0.3l o - Kiểm tra cường độ:  M max R Wth  Q maxS  Rc J b Wth – mô men chống uốn tiết diện thu hẹp; S – mô men tĩnh phần bị trượt trục trung hòa; J – mơ men quán tính tiết diện nguyên; δb – bề rộng bụng dầm; R, Rc – cường độ chịu uốn chịu cắt tính tốn thép - Kiểm tra độ võng: f tc 1   L n o 250 Có thể sử dụng phần mềm SAP2000 xác định độ võng tuyệt đối lớn dầm 16 Đồ án KCT DÀN NGANG a/ Nguyên tắc tính tốn dàn ngang -Dàn phẳng hình thang chịu tác dụng tải trọng ALN đặt nút -Các dàn chịu lực kéo nén -Lựa chọn mặt cắt dàn ghép hai thép góc -Thanh dàn thỏa mãn điều kiện cường độ ổn định (C) (A) (B) b/ Xác định tải trọng tập trung tác dụng lên mắt dàn P  P1  P2  P3   H B 17 Đồ án KCT - Cường độ áp lực vị trí mắt dàn thứ i pi (kN/m) pi   n H i B γn – trọng lượng riêng nước, kN/m3 B – khoảng cách hai dàn ngang Hi – khoảng cách từ mực nước thượng lưu đến vị trí mắt giàn thứ i - Tải trọng tác dụng vào mắt dàn thứ i Pi (kN) P1  W1 Z1 l12 P2  W1 l12 - Z1   W l12 Z2 l 23 W1, W2 – hợp lực tải trọng phân bố tác dụng l12 l23, kN Z1, Z2 – tọa độ điểm đặt hợp lực Bảng tính tốn tải trọng tác dụng vào mắt dàn Ký hiệu B Hi pi Chiều dài l Wi Zi Pi 12 17 27 … 18 Đồ án KCT c/ Tính tốn nội lực dàn Dùng phương pháp đồ giải (phương pháp Cremona) sau kiểm tra lại nội lực phương pháp giải tích (mặt cắt, tách mắt) sử dụng phần mềm SAP2000 xác định nội lực dàn d/ Lựa chọn tiết diện dàn Ký hiệu Nội lực (daN) Chiều dài Lox (cm) Loy (cm) Tiết diện   (daN/cm2) 12 17 27 … 19 Đồ án KCT DẦM CHÍNH a/ Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Từ việc sơ lựa chọn vị trí, kích thước dầm (h), kiểm tra lại điều kiện ≥30o Nếu không thỏa mãn điều chỉnh atr ≠ ad khơng chênh lớn, biểu thị tải trọng tác dụng lên dầm dầm khơng chênh 5% Nếu tiếp tục không thỏa mãn phải khắc phục cách đục lỗ bụng dầm Tải trọng tác dụng lên dầm atr Wn q tr  Wn ad a tr  a d Tải trọng tác dụng lên dầm ad q d  Wn a tr a tr  a d Chọn tải trọng lớn để tính tốn kích thước dầm 20 Đồ án KCT b/ Sơ đồ tính toán qmax Dầm đơn chịu tải trọng phân bố Lo L Dựa vào điều kiện thỏa mãn cường độ: Mmax M   max  R Wx Wxyc M  max R Lựa chọn mặt cắt dầm chữ I thép ghép c/ Xác định kích thước tiết diện dầm bc * Kích thước mặt cắt ngang dầm h = max (hkt, h min) δc hkt  1.5b Wyc hmin  RLno   24 E δb  ptc   qtc  p  q x h Dầm có sườn đứng gia cường b  hb  120 ~ 160 b Dầm cửa van 1  no 600 δc y 21 Đồ án KCT * Kích thước bụng - Chiều cao bụng hb h b  0.95h Lựa chọn theo quy cách thép bản, chọn bội số 50mm - Chiều dày bụng b Thỏa mãn điều kiện chống cắt:  b  Q max h bR c Thỏa mãn điều kiện độ mảnh: b  hb gtb Chọn chiều dày lớn không nhỏ 6mm * Kích thước cánh - Chiều dày cánh c  c  0.025h Lựa chọn chiều dày phù hợp với chiều dày thép tiêu chuẩn - Chiều cao xác dầm h h  h b  2 c - Chiều rộng cánh bc bc  2J c  c h c2 J c  Wyc h  b h 3b 12 Thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ: c  bc -  b 30 2100 R Lựa chọn bề rộng theo quy cách thép 22 Đồ án KCT d/ Kiểm tra tiết diện chọn b bc δc Kể đến phần mặt tham gia chịu lực ymin δb X x h b  b c  50 ymax δc y - Kiểm tra cường độ:  max  M max y max  0.85R JX JX – mơ men qn tính tiết diện dầm có kể đến mặt tham gia chịu lực  max Q maxSmax Xo   Rc J Xo b SXo – mô men tĩnh nửa tiết diện trục trung hòa mặt cắt đầu dầm có chiều cao ho; JXo – mơ men qn tính tiết diện đầu dầm có chiều cao ho; ho – chiều cao dầm mặt cắt đầu dầm ho = (0.4 ~ 0.5)h 23 Đồ án KCT - Kiểm tra độ võng: f tc q tc L3 1    L 384 EJ X n o 600 α = 0.8 - hệ số kể đến thay đổi tiết diện dầm - Tính liên kết hàn góc cánh bụng: hh  Q maxScXo  6mm J Xo 2R gh SXoc – mô men tĩnh cánh tiết diện gối tựa trục trung hòa; JXo – mơ men qn tính tiết diện gối tựa trục trung hòa - Kiểm tra ổn định cục bộ: Do cánh dầm hàn chặt với mặt nên khơng cần phải kiểm tra ổn định tổng thể Sườn đứng ho (ô I) (ô II) h c B L 24 Đồ án KCT Ơ bụng dầm khơng bị ổn định cục khi: b    th   b       m    th   100 b   103  th  7.46  hb  daN/cm  2  0.95  100 b   th  1.25    10   d   b  M -  yb JX daN/cm  y b-   hbtb hbtb (I) b  hb Q daN/cm  daN/cm  h b b cm hb (II) hb MI M MII QI b  M -  yb JX QII b  Q Q h b b 25 Đồ án KCT DÀN CHỊU TRỌNG LƯỢNG -Thanh cánh thượng cánh hạ dàn cánh dầm chính, đứng dàn cánh hạ dàn ngang -Chỉ cần thêm xiên tạo dàn chịu trọng lượng -Tính tốn dàn phẳng song song a/ Sơ đồ tính tốn Giàn chịu trọng lượng cửa van chịu ½ trọng lượng thân cửa van đưa mắt dàn, gối tựa dàn vị trí cột biên Pm 0.5Pm Pm Pm 0.5Pm atr + ad B L Pm  0,5.G 0,5.G B L n Trọng lượng thân cửa van G: G  0,55 F F F – diện tích chịu áp lực nước cửa van (m2) n – số khoảng mắt dàn 26 Đồ án KCT c/ Tính tốn nội lực dàn Dùng phương pháp đồ giải (phương pháp Cremona) sau kiểm tra lại nội lực phương pháp giải tích (mặt cắt, tách mắt) sử dụng phần mềm SAP2000 xác định nội lực dàn d/ Chọn tiết diện kiểm tra tiết diện chọn Các cánh cánh thực tế cánh chịu kéo dầm nên khơng cần phải tính tốn Các bụng xiên lựa chọn loại tiết diện, lựa chọn có nội lực lớn để tính tốn Các bụng xiên làm từ thép góc đơn có số hiệu mặt cắt ngang lớn L60x6 Các bụng đứng đồng thời cánh hạ dàn ngang nên cần phải kiểm tra ứng suất tổng chịu áp lực nước trọng lượng thân 27 ... đóng mở Đồ án KCT SƠ ĐỒ TÍNH TỐN -Đưa hệ phẳng -Hệ khơng gian Khung Sơ đồ kết cấu tổng thể cửa van Dầm phụ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP (CỬA VAN PHẲNG LOẠI HAI DẦM CHÍNH) Đồ án KCT Giáo... daN/ cm  y b-   hbtb hbtb (I) b  hb Q daN/ cm  daN/ cm  h b b cm hb (II) hb MI M MII QI b  M -  yb JX QII b  Q Q h b b 25 Đồ án KCT DÀN CHỊU TRỌNG LƯỢNG -Thanh cánh thượng cánh... liệu làm bánh xe: thép đúc CT 35Đ YÊU CẦU Một thuyết minh tính tốn phận kết cấu cửa van Một vẽ kết cấu tổng thể cửa van chi tiết Đồ án KCT CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỬA VAN 7a ∆ 7c L0 7b C 7a Đồ án KCT