TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Bộ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH PGS TS VŨ HOÀNG HƯNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP THỦY CÔNG NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục trên xuất bản phẩm của Thư viện Quốc gia Việt Nam Vũ[.]
HƯỚNG DẪN THIẾT KỂ CỬA VAN PHẢNG
Cửa van phẳng kéo đúng
Cửa van có mặt phẳng trục tiếp chịu áp lực nước và được gọi là cửa van phẳng khi chuyển động trong mặt phẳng rãnh van để đóng mở Cửa van phẳng gồm ba bộ phận chính: cánh van (bộ phận động), bộ phận cố định lắp trên công trình và bộ phận đóng mở cánh van Hình 1.2 trình bày cấu tạo của cánh van trong cửa van phẳng, trong khi hình 1.3 giới thiệu các loại cửa van phẳng kéo đứng phổ biến trong thực tế, đảm bảo hiệu quả vận hành cao và tính bền vững.
Dầm Dầm phụ Dầm Bản mặt đình dọc ngang
Giàn chịu trọng lượng Dầm chính
Hình 1.2 Hình vẽ phối cảnh cánh van của cửa van phẳng
Hình 1.3 Cửa van phẳng được sử dụng trong thực tế
Kết cấu tổng thể cánh van của cửa van phẳng được cho ở hình 1.4.
Hình 1.4 Kết cấu tổng thể cánh van phẳng
(a) Dạng dầm ngang; (b) Dạng giàn ngang
Bản mặt (T) là tấm thép phẳng dùng để chắn nước và truyền áp lực của nước lên hệ dầm, thường được lắp đặt phía thượng lưu của cửa van nhằm giảm thiểu tải trọng kết cấu và hạn chế hiện tượng đọng rác Đồng thời, bản mặt còn giúp giảm rung động của cửa van khi mở hoặc đóng, đặc biệt trong điều kiện dòng chảy nhỏ hoặc nước tĩnh Trong một số trường hợp, để thuận tiện cho việc bố trí vật chắn nước tại đáy, bản mặt cũng có thể được lắp đặt ở phía hạ lưu của cửa van.
Hệ dầm trong cấu trúc giúp đỡ và giảm kích thước của bản mặt, qua đó giảm chiều dày của bản mặt Nó bao gồm các thành phần quan trọng như dầm chính (@), dầm phụ dọc (@a), dầm đỉnh (@b), dầm đáy (@c) và dầm phụ đứng (@d) Toàn bộ hệ dầm phối hợp chống đỡ bản mặt và truyền tải áp lực nước từ bề mặt tới các dầm biên của cửa van, đảm bảo sự ổn định và an toàn của cấu trúc.
Hệ liên kết cửa van đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ cứng vững của kết cấu cửa van Do kết cấu cửa van là dạng bản dầm trực giao, trong đó bản dầm chịu trọng lượng theo phương đứng và áp lực nước theo phương nằm ngang (phương dòng chảy) Chính vì vậy, việc sử dụng hệ liên kết là cần thiết để giữ cho kết cấu cửa van chắc chắn và ổn định trong quá trình hoạt động, như minh họa trong hình 1.5.
Hình 1.5 Hệ tọa độ cửa van phẳng
Hệ liên kết hướng ngang trong mặt đứng hướng ngang của cửa van có dạng bản hoặc giàn, như hình 1.4a và 1.4b, nhằm chống đỡ dầm đỉnh, dầm đáy và dầm phụ dọc, đồng thời tựa vào dầm chính Các hệ liên kết này còn đảm bảo tính cứng vững trong mặt phẳng đứng hướng ngang của kết cấu cánh van, cửa van không bị biến dạng quá lớn.
Hệ liên kết hướng dọc trong mặt đứng hướng dọc cửa van thường sử dụng dạng giàn chịu trọng lượng, gồm thanh cánh hạ của hệ liên kết ngang, bản cánh hạ của dầm chính và các thanh nối xiên Hệ giàn này tựa lên dầm biên ở hai đầu, có tác dụng chính là chịu trọng lượng bản thân của cánh van và các tải trọng đứng nếu có Ngoài ra, hệ giàn phối hợp với hệ liên kết hướng ngang để đảm bảo độ cứng tổng thể của kết cấu cánh van, góp phần tăng tính ổn định và khả năng chịu lực của cấu kiện.
Gối tựa động đóng vai trò chịu và truyền toàn bộ áp lực nước từ dầm biên lên công trình, gồm hai loại chính là bánh xe và tấm trượt Bánh xe trên dầm biên gồm ba loại: bánh xe chịu lực chính đặt phía hạ lưu của dầm biên, bánh xe ngược hướng đặt phía thượng lưu, và bánh xe cữ như hình 1.4 Ngoài ra, tấm trượt thường được sử dụng cho cửa van dưới sâu, chịu lực nén lớn để đảm bảo sự ổn định và an toàn của công trình thủy lợi.
Vật chắn nước là thiết bị dùng để ngăn nước rò rỉ qua mép cửa van, đảm bảo hệ thống vận hành kín khít Thường làm bằng cao su chắc chắn, vật chắn nước được gắn cố định lên cánh cửa nhằm ngăn chặn sự thoát nước không mong muốn Vật chắn nước bên được lắp dọc theo chiều dài của dầm biên ©a, trong khi vật chắn đáy được đặt dọc theo chiều dài của đáy cửa ®b để đảm bảo khả năng chống rò rỉ hiệu quả Đặc biệt, đối với cửa van nằm ở vị trí dưới sâu, còn có thêm vật chắn nước ở đỉnh nhằm bảo vệ tối đa chống rò rỉ nước trong mọi điều kiện vận hành.
(6) Móc treo (10): Dùng đế nối với thiết bị đóng mở.
Để tránh đọng nước trên dầm chính gây han rỉ, bản bụng dầm chính được thiết kế với các lỗ thoát nước dầm phụ ngang khoét sẵn Việc này không chỉ giúp thoát nước hiệu quả mà còn tiết kiệm vật liệu thép, đảm bảo độ bền và tuổi thọ của kết cấu công trình.
Bộ phận cố định chôn trong khe van gồm đường ray bánh xe và thép hình tựa gioăng cao su chắn nước giúp đảm bảo ổn định và chống thấm hiệu quả Để bảo vệ bê tông trong quá trình vận hành và thi công, thường xuyên gia cố thêm thép góc tại các góc khe van, tăng cường độ bền và độ an toàn của hệ thống.
Bộ phận đóng mở cánh van thường được lắp cố định trên cầu công tác hoặc cấu trúc di động để đảm bảo khả năng vận hành dễ dàng và chính xác Đối với các cửa van phẳng nhỏ, phương pháp đóng mở phổ biến là dùng vít me nhằm tăng độ chính xác và thuận tiện trong thao tác Đối với các cửa van trung bình và lớn, hệ thống tang cuốn hoặc xy lanh thủy lực thường được sử dụng để cung cấp lực điều khiển mạnh mẽ, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn trong quá trình vận hành.
Trong phạm vi đồ án, chỉ hướng dẫn tính toán kết cấu cánh van nhằm đảm bảo độ bền và an toàn Việc lựa chọn thiết bị đóng mở cánh van phù hợp vẫn cần tham khảo các tài liệu liên quan để tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
Bố trí tổng thể kết cấu cửa van phẳng
Trong thiết kế tổng thể kết cấu cánh van, việc xác định sơ bộ số lượng, kích thước và vị trí các bộ phận là bước quan trọng sau khi xem xét toàn diện kết cấu cánh van Bố trí kết cấu hợp lý không những ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực và điều kiện vận hành của van, mà còn giúp tiết kiệm vật liệu, giảm số lượng chi tiết cấu tạo và dễ dàng trong quá trình chế tạo Nguyên tắc và phương pháp bố trí kết cấu cánh van đóng vai trò then chốt để đảm bảo tính hiệu quả và độ bền của sản phẩm.
Dầm chính là thành phần chịu lực chính của cửa van, với số lượng phụ thuộc vào kích thước của cửa van Khi chiều dài của cửa van L nhỏ hơn chiều cao H (L < H), cần sử dụng nhiều hơn hai dầm chính gọi là cửa van nhiều dầm chính Ngược lại, khi chiều dài của cửa van lớn hơn chiều cao (L > 1,5 x H), nên chọn hai dầm chính, gọi là cửa van hai dầm chính Đối với các cửa van có mặt trên mặt nhịp lớn, thường áp dụng loại cửa van hai dầm chính để đảm bảo độ bền và ổn định.
1.3.1.2 Vị trí của dầm chính
Vị trí của dầm chính được xác định dựa trên chiều cao của cửa van, giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế hệ thống Các dầm chính thường được bố trí sao cho chịu tải trọng áp lực nước bằng nhau, từ đó tối ưu hóa khả năng chịu lực và giảm thiểu chi phí chế tạo Nguyên tắc này đảm bảo mặt cắt ngang của các dầm chính có kích thước đều nhau, góp phần nâng cao tính bền vững và hiệu quả của kết cấu.
Phương pháp xác định vị trí dầm chính cho cửa van nhiều dầm chính dựa trên nguyên tắc các dầm chính phải chịu tải trọng áp lực nước bằng nhau Điều này có nghĩa là, số lượng dầm chính tương ứng với số phần bằng nhau trong biểu đồ áp lực nước theo chiều cao của cửa van, giúp phân chia lực một cách đều đặn Vị trí trọng tâm của các hình biểu diễn là điểm cần đặt dầm chính, đảm bảo phân bổ tải trọng hợp lý và ổn định cấu trúc của cửa van.
Giả thiết khoảng cách từ mặt nước đến đáy cửa van là H (m), số dầm chính là n, khoảng cách từ dầm chính thứ k đến mặt nước là yk:
- Đối với cửa van trên mặt (hình 1.6a):
- Đối với cửa van dưới sâu (hình 1.6b): yk = a 2/lH X[(k + M,s -(k + /7-1)151 (m) (1.2)
„ nxa2 a - khoảng cách từ vật chắn nước đỉnh cửa van đến mặt nước, m.
Hình 1.6 Vị trí dầm chính trong cửa van nhiều dầm chính
Trong hệ thống cửa van, có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu Đặc biệt đối với cửa van dưới sâu có cột nước cao, kích thước cửa van thường không lớn và chênh lệch cường độ áp lực nước ở đỉnh và đáy cửa không đáng kể, giúp dễ dàng bố trí dầm chính theo chiều cao của cửa Trong quá trình thiết kế, để đảm bảo an toàn, nên chọn dầm chính dưới cùng – dầm chịu lực lớn nhất – để đưa vào tính toán, từ đó đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền của toàn bộ cấu trúc cửa van dưới sâu.
Trình tự bố trí dầm chính bắt đầu bằng việc lựa chọn số lượng dầm chính phù hợp dựa trên công thức (1.1) hoặc (1.2) Sau đó, xác định vị trí của từng dầm theo sơ đồ thiết kế, đảm bảo phù hợp với mật nước và không gian lắp đặt Cuối cùng, chọn vị trí dầm chính theo chiều cao của cửa van để đảm bảo kết cấu vững chắc và hiệu quả sử dụng.
Có thể điều chỉnh để khoảng cách giữa các dầm chính là chẵn nhưng không nên chênh nhau quá 5%.
Trong cấu tạo cửa van hai dầm chính, việc bố trí các dầm chính theo nguyên tắc hai dầm chính chịu tải trọng bàng nhau đảm bảo cân bằng lực và phân chia đều tải trọng trên toàn bộ cửa Vị trí của các dầm chính trên và dưới phải cách đều điểm họp lực áp lực thủy tĩnh w như mô tả trong hình 1.7, nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực và đảm bảo độ bền của kết cấu Ngoài ra, dầm chính cần phải thỏa mãn hai điều kiện quan trọng nhằm duy trì sự ổn định và hiệu quả làm việc của hệ thống, đảm bảo an toàn và tuổi thọ lâu dài cho cửa van.
Để đảm bảo độ cứng của phần đỉnh cửa van, khoảng cách từ dầm chính trên đến mực nước thượng lưu không nên quá lớn, thường không vượt quá 0,45 lần chiều cao H và không vượt quá 3,6 mét.
H (m) là cột nước trước cửa van.
(2) Đe dầm chính dưới không quá thấp ảnh hường đến dòng chảy dưới đáy, khoảng cách từ dầm chính dưới tới đáy cửa van a2 > 0,12 X H và a2 > 0,4 m.
Hình 1.7 Vị trí dầm chính trong cửa van hai dầm chính
Neu không thỏa mãn hai điều kiện trên, có thể điều chỉnh để đảm bảo tải trọng tác dụng lên mỗi dầm chính phù hợp Tuy nhiên, sau khi điều chỉnh, cần kiểm tra để tải trọng trên các dầm không chênh lệch quá lớn, đảm bảo sự cân bằng và an toàn cho kết cấu Việc điều chỉnh tải trọng nhằm duy trì sự phân phối đều, giảm nguy cơ quá tải và tăng tuổi thọ cho công trình.
Trình tự bố trí bắt đầu từ việc chọn khoảng cách a2 dựa trên điều kiện (2) để xác định khoảng cách giữa hai dầm chính, cụ thể là a = (Z - a2) x 2, nhằm đảm bảo họp lực áp lực nước diễn ra đều đặn Sau đó, xác định khoảng cách ai bằng công thức H - a - a2 để phù hợp với thiết kế Tiếp theo, kiểm tra điều kiện (1) để đảm bảo tính khả thi của bố trí, nếu không thỏa mãn, có thể điều chỉnh vị trí của hai dầm chính sao cho khoảng cách từ chúng đến vị trí họp lực không chênh lệch quá 5%. -Dễ dàng tối ưu bài viết kỹ thuật của bạn theo chuẩn SEO cùng công cụ hỗ trợ viết lại chuyên nghiệp [Learn more](https://pollinations.ai/redirect/draftalpha)
1.3.2 Bố trí hệ dầm phụ
Dầm phụ chịu trách nhiệm đỡ bản mặt của cửa van thép, trong đó lượng thép sử dụng cho bản mặt chiếm tỷ lệ lớn Để giảm chiều dày của bản mặt mà không làm tăng nhiều lượng thép dầm, cần lựa chọn số lượng và vị trí dầm phụ hợp lý Dựa trên chiều dài của cửa van, có thể bố trí hệ dầm theo ba cách khác nhau để tối ưu cấu trúc và đảm bảo độ bền.
Loại đơn giản (hình 1.8a) phù hợp cho cửa van có chiều dài nhỏ, nhưng chiều cao lớn, không cần bố trí dầm phụ, với bản mặt đặt trực tiếp lên hệ dầm chính để đảm bảo tính vững chắc và tiết kiệm chi phí.
(2) Loại phổ thông (hình 1.8b): Thích hợp với cửa van có nhịp trung bình, chỉ bố trí dầm phụ đứng.
(3) Loại phức tạp (hình 1.8c): Thích họp với cửa van trên mặt có nhịp lớn, bố trí cả dầm phụ đứng và dầm phụ dọc.
(a) Loại đơn giản (b) Loại phô thông (c) Loại phức tạp
Hình 1.8 Bố trí hệ dầm
Khi bố trí hệ dầm phụ, khoảng cách giữa các dầm phụ đứng thường từ 1,4-2 m và được bố trí đều để đảm bảo sự cân đối và vững chắc cho cấu trúc Đối với dầm chính dạng giàn, khoảng cách giữa các dầm phụ đứng theo các nút của giàn và phù hợp với hệ liên kết ngang, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực của toàn bộ hệ thống Dầm phụ dọc được bố trí song song với dầm chính và dần dày hơn khi xuống sâu do áp lực nước tăng, với khoảng cách giữa các dầm phụ dọc thường từ 0,4-1,5 m Tùy vào khoảng cách giữa các dầm chính và vị trí của chúng (trên, dưới hoặc đỉnh, đáy), có thể bố trí một hoặc nhiều dầm phụ dọc để đảm bảo khả năng chịu lực và ổn định của toàn bộ cấu trúc.
Dầm phụ thường dùng tiết diện chữ I, T, thép bẳn hay chữ c đặt úp xuống để tránh đọng nước và bùn cát.
1.3.3 Hình thức liên kết hệ dầm
Các hình thức liên kết hệ dầm cho ở hình 1.9 Có hai hình thức liên kết là liên kết đồng phang và liên kết chồng.
Hình thức liên kết đồng phẳng, như được trình bày trong hình 1.9a, liên quan đến dầm phụ dọc, dầm phụ đứng hoặc thanh cánh thượng của giàn ngang, và bản cánh dầm chính nằm trên cùng một mặt phẳng, hàn trực tiếp vào mặt bản Ưu điểm của phương pháp này là hệ dầm và bản mặt cùng hoạt động, giảm thiểu tiết diện dầm và đảm bảo điều kiện chịu lực tốt nhờ liên kết bốn cạnh của bản mặt Tuy nhiên, nhược điểm là khi dầm phụ dọc đi qua dầm phụ đứng, cần phải cắt và nối lại, gây ra nhiều mối hàn đối đầu, làm tăng công chế tạo Để khắc phục, có thể sử dụng dầm ngang thay thế dầm phụ đứng và hệ giàn ngang như trong hình 1.9c nhằm giảm thiểu công tác thi công và tăng hiệu quả liên kết.
Hình thức liên kết chồng được thể hiện rõ ở hình 1.9b, trong đó dầm chính và dầm phụ dọc được hàn trực tiếp vào bản mặt Dầm phụ đứng đặt sau dầm phụ dọc, tạo ra khe hở giữa dầm phụ đứng và bản mặt Bản mặt đóng vai trò là liên kết giữa hai cạnh của kết cấu, trong khi bản mặt và dầm phụ dọc cùng tham gia vào mặt cắt của dầm chính để chống uốn hiệu quả.
Hình 1.9 Hình thức liên kết hệ dầm
1.3.4 Hệ liên kết hướng ngang
Tính toán kết cấu cánh van
1.4.1 Nội dung và yêu cầu thiết kế
Thiết kế đi sâu về mặt kỹ thuật Yêu cầu thiết kế như sau:
Bản thuyết minh về phương án bố trí chung kết cấu cánh van tập trung vào các bộ phận chủ yếu như bản mật, dầm phụ (dọc, đứng) và liên kết hướng ngang (giàn ngang hoặc dầm ngang) Hệ thống cấu trúc còn gồm dầm chính, liên kết hướng dọc (giàn chịu trọng lượng), dầm biên, gối đỡ và vật chắn nước, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho toàn bộ công trình Phương án bố trí này tối ưu hóa khả năng chịu lực, phân phối tải trọng đều và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dự án.
Một bản vẽ thể hiện các bộ phận kết cấu chủ yếu và các chi tiết kết cấu.
Trong phương pháp phân tích kết cấu van, các bộ phận phẳng riêng biệt được xem xét để đảm bảo độ chính xác cao trong tính toán Các phân tố nằm ở giao tuyến giữa hai hệ phẳng có ứng suất bằng tổng ứng suất trong hai hệ phẳng đó, giúp xác định chính xác trạng thái ứng suất của kết cấu Phương pháp này giúp phân tích hiệu quả các bộ phận phẳng của van, đảm bảo tính ổn định và an toàn trong thiết kế kỹ thuật.
Các phân tố của phần động được tính theo phương pháp trạng thái giới hạn, đảm bảo độ an toàn trong thiết kế cấu kiện động Trong khi đó, bộ phận cố định và các chi tiết cơ khí lại được xác định dựa trên phương pháp ứng suất cho phép, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu Việc áp dụng linh hoạt các phương pháp này đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong phân tích kỹ thuật và thiết kế cơ khí.
Cường độ tính toán của thép dùng để chế tạo các kết cấu của bộ phận động cửa van được trình bày tại Phụ lục 2 Ứng suất cho phép của thép dùng để chế tạo các chi tiết cơ khí của cửa van được xác định trong Phụ lục 3 và Phụ lục 4 Ứng suất cho phép của gang xám dùng để chế tạo đường ray được trình bày tại Phụ lục 5 Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo bạc lót cho các bộ phận cửa van được cung cấp trong Phụ lục 6 Đồng thời, ứng suất cho phép của bê tông chịu nén được trình bày tại Phụ lục 7.
Cánh van được cấu thành từ nhiều cấu kiện liên kết chặt chẽ nhằm chịu áp lực nước một cách hiệu quả Áp lực nước (ALN) từ phía thượng lưu truyền qua cánh van và tác động lên khe van theo thứ tự chịu lực nhất định Hiểu rõ quá trình truyền lực này giúp đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn của hệ thống van Do đó, cấu trúc và khả năng chịu lực của cánh van đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả vận hành của hệ thống thủy lực.
ALN—► Bản mặt —>Dam phụ dọc —► Liên kết ngang —► Dầm chính Trụ biên—► Gối tựa
Thiết kế các bộ phận cánh van theo hệ phắng
Nếu bản mặt hàn vào dầm phụ dọc, dầm phụ đứng, dầm chính thì được tính như tấm tựa lên bốn cạnh (hình 1.15). Đình cửa
MNTL ị ỉ Dầm phụ dọc : ■ if I b (min) i+ 1
Hình 1.15 Ó bản mặt ngàm bốn cạnh chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều
Chiều dày cần thiết của ô bản mặt ngàm bốn cạnh chịu tác dụng của áp lực nước phân bố đều được xác định theo công thức:
R (mm) (1.3) trong đó: a - cạnh ngắn của ô bản mặt, mm; b - cạnh dài của ô bản mặt, mm; p - cường độ áp lực nước tại trung tâm của ô bản mặt tính toán p = n X /n X h, N/mm2;
Nước đóng vai trò quan trọng trong các tính toán kỹ thuật, với trọng lượng riêng của nước thường lấy là 1 x 10^-5 N/mm^3, còn đối với nước biển là 1,04 x 10^-5 N/mm^3 Đối với nước mang phù sa, cần xác định trọng lượng riêng dựa trên kết quả thí nghiệm để đảm bảo độ chính xác Chiều cao cột nước tính từ mặt nước đến trung tâm của ô đo bằng mm, là yếu tố quan trọng trong tính toán áp lực thủy tĩnh Hệ số tải trọng của áp lực thủy tĩnh, ký hiệu là n, phản ánh mức độ ảnh hưởng của áp lực này lên kết cấu hoặc công trình xây dựng.
R - cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt, N/mm2; a - hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa b/a của ô bản mặt.
Bảng 1.1 Giá trị hệ số a b/a 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 >2 a 0,0388 0,0460 0,0535 0,0587 0,0616 0,0622 0,0625
Khi ô có b/a > 2, ô được tính toán dựa trên tấm tựa nằm trên hai cạnh với giá trị a = 0,0625 Trong trường hợp này, theo công thức (1.3), chiều dày bản mặt được xác định bằng công thức (1.4), giúp đảm bảo tính chính xác trong thiết kế cấu kiện Điều này cho thấy sự quan trọng của việc chọn đúng tỷ lệ b/a nhằm tối ưu hóa khả năng chịu lực của cấu kiện.
Để phát huy tối đa cường độ của bản mặt, khi bố trí hệ dầm, cần tạo các ô bản mặt có tỷ số b/a > 2 và chiều dài cạnh của ô theo phương trục dầm chính Việc này giúp đảm bảo độ bền và ổn định của kết cấu Đồng thời, để thuận tiện cho công tác tính toán, có thể lập bảng tính xác định chiều dày cần thiết của các ô bản mặt, như đã trình bày trong bảng 1.2.
Chiều dày bản mặt được lựa chọn dựa trên chiều dày cần thiết của các ô bản mặt, đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực Để phòng chống ăn mòn, chiều dày bản mặt được chọn lớn hơn 8 mm và làm tròn theo milimet Nếu chiều dày các ô chênh lệch quá lớn, cần điều chỉnh vị trí các dầm phụ hoặc chọn hai loại chiều dày đế nhằm tiết kiệm vật liệu Chỗ nối tiếp giữa hai chiều dày bản mặt phải nằm ở vị trí dầm chính hoặc dầm phụ để đảm bảo liên kết chắc chắn và an toàn.
Bảng 1.2 Tính toán chiều dày bản mặt
SỐ hiệu ô bản mặt hi (mm)
Pi = n X ỵnx hi (N/mm2) ữi (mm) bi
1.5.2.1 Tải trọng và sơ đồ tính toán dầm phụ
* Tải trọng và sơ đô tính toán khỉ hệ dầm liên kết chổng
Hình 1.9b trình bày liên kết chồng và dầm phụ dọc là dầm liên tục đặt trên dầm phụ đứng, chịu tác động của lực truyền từ mặt bản do áp lực nước tác dùng Phạm vi tác dụng của lực phân chia theo trung tâm của bản mặt, như minh họa trong hình 1.16a và 1.16b Tải trọng phân bố tác dụng lên dầm phụ dọc được tính bằng công thức: q = p × at + ad (kN/m), trong đó at là khoảng cách từ dầm hiện tại đến dầm trên, ad là khoảng cách từ dầm hiện tại đến dầm dưới, và p là cường độ áp lực nước tại vị trí dầm phụ.
Sơ đồ tính toán dầm phụ dọc là dầm liên tục cho ở hình 1.16a.
Dầm phụ đứng là loại dầm đơn gối lên hai dầm chính chịu tải trọng tập trung R từ dầm phụ dọc Phản lực gối tựa bên trong của nhịp biên dầm phụ dọc đóng vai trò chính trong việc truyền tải lực Sơ đồ tính toán của dầm phụ đứng được minh họa rõ nét trong hình 1.16c, giúp hiểu rõ cấu tạo và khả năng chịu lực của dầm.
Hình 1.16 Sơ đồ tính toán và tải trọng lên dầm phụ khi hệ dầm liên kết chồng
* Tải trọng và sơ đồ tính toán khỉ hệ dầm liên kết đồngphắng
Dầm phụ dọc và dầm phụ đứng cùng chịu lực từ bản mặt và áp lực nước trên bản mặt, được phân chia đều lên các dầm xung quanh theo đường phân giác góc 45° như hình 1.17 Việc phân phối lực này đảm bảo tải trọng được truyền đều, tăng tính ổn định và an toàn cho kết cấu Hiểu rõ cách phân chia lực từ bản mặt và áp lực nước là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu bê tông cốt thép, góp phần tối ưu hóa hiệu quả chịu lực của hệ dầm phụ.
Dầm chính Dầm phụ dọc
Hình 1.17 Sơ đồ tính toán và tải trọng lên dầm phụ khi hệ dầm liên kết đồng phẳng
Khi nhịp của dầm phụ dọc lớn hơn nhịp của dầm phụ đứng, dầm phụ dọc (ví dụ như dầm AB) sẽ chịu diện tích tác dụng của áp lực nước hình lục giác Áp lực nước tác dụng trên diện tích này được quy đổi thành tải trọng phân bố hình thang lên dầm phụ dọc, giúp dễ dàng tính toán và thiết kế Trong đó, cường độ áp lực nước được xác định theo công thức q = px + Hd, với p là cường độ áp lực theo chiều ngang.
Trong bài viết, chúng tôi nhấn mạnh rằng hai nước nằm tại trung tâm của diện tích hình lục giác, gần vị trí của dầm phụ dọc Khi dầm phụ dọc được cắt và nối với dầm phụ đứng, dầm phụ dọc được tính toán như một dầm đơn theo sơ đồ minh họa trong hình 1.17b Điều này giúp đảm bảo tính chính xác trong quá trình thiết kế và phân tích kết cấu của công trình.
Dầm phụ đứng là loại dầm đơn giản được đặt lên dầm chính, dầm đỉnh và dầm đáy như hình 1.17c Dầm phụ đứng không chỉ chịu tải trọng tập trung truyền từ dầm phụ dọc mà còn chịu thêm áp lực phân bố trực tiếp từ bản mặt Diện tích tác dụng của lực nước lên dầm phụ đứng có hình thoi vuông với trục đối xứng là trục dầm, dẫn đến tải trọng tác dụng là tải trọng phân bố hình tam giác Giá trị của tải trọng phân bố tại đỉnh tam giác phía trên và phía dưới lần lượt là qr = at xp (kN/m).
ơ-6 ) qdxPd (kN/m) trong đó: at, ad - là khoảng cách trên và dưới của dầm phụ dọc, m;
Pt, Pd - là cường độ áp lực nước trung binh của hình thang trên và hình thang dưới, kN/m2.
Khi thay thế dầm phụ đứng bằng dầm ngang đế, dầm phụ dọc được xuyên qua dầm ngang theo hình 1.9c Do đó, dầm phụ dọc phải được tính toán như dầm liên tục theo sơ đồ như hình 1.17d This approach ensures the structural integrity and accurate load distribution in the construction design.
1.5.2.2 Thiết kế mặt cat dầm phụ
Sau khi chọn sơ đồ tính toán cho dầm phụ và tiến hành tính toán nội lực của dầm, cần dựa vào mômen uốn lớn nhất Mmax để xác định môđun chống uốn yêu cầu Giá trị môđun chống uốn được tính bằng công thức wv = -4^ (mm³) (1.7) yc R, đảm bảo khả năng chịu lực của dầm phụ phù hợp với thiết kế kỹ thuật.
Để chọn tiết diện dầm phụ phù hợp, cần dựa vào Wyc và chiều cao nhỏ nhất của dầm hmin theo điều kiện đảm bảo độ cứng Trong các bộ phận của cửa van, nên sử dụng cùng một loại tiết diện để thuận tiện trong gia công chế tạo, tránh nhiều loại khác nhau Khi lựa chọn tiết diện dầm phụ, ưu tiên chọn loại có mômen uốn lớn nhất để đảm bảo khả năng chịu lực Để thuận tiện trong tính toán, có thể lập bảng xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ dọc, như ví dụ trong bảng 1.3, giúp xác định chính xác tải trọng tác dụng lên dầm đỉnh, dầm phụ dọc và dầm đáy.
Dầm phụ Z, (m) hi (m) Pi = n X ỵnx hỉ ịkN/m2) at (m) ad (m) qi (kN/m)
Zi - khoảng cách từ đỉnh cửa đến vị trí dầm phụ dọc thứ i, m (hình 1.15); hi - cột nước tại vị trí dầm phụ dọc thứ i, m;
Pi - cường độ áp lực nước tại vị trí dầm phụ dọc thứ i, kN/m2.
Riêng tải trọng tác dụng lên dầm đỉnh được tính toán theo công thức (1.8); đối với dầm đáy có ad = 0. nx7n x(ad - V ,, (ad - A) q, = - 2 - 3 -(kN/m) (1.8) ad trong đó:
Khoảng cách từ mực nước trước cửa van đến đỉnh cửa (tính bằng mét) là yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống Đối với dầm phụ dọc, thường sử dụng tiết diện thép góc L hoặc chữ C đặt úp để tránh đọng nước hiệu quả Trong khi đó, dầm phụ đứng thường được chọn là tiết diện chữ I hoặc dạng bản để đảm bảo vững chắc và độ bền cao trong cấu trúc.
(a) Dầm phụ dọc (b) Dầm phụ đứng
Hình 1.18 Hình thức mặt cắt dầm phụ và bề rộng bản mặt tham gia chịu lực
Khi dầm phụ hàn trực tiếp vào bản mặt, một phần của bản mặt hai bên đường hàn sẽ tham gia chịu uốn cùng dầm phụ, góp phần nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu Bề rộng bản mặt tham gia chịu lực cùng, còn gọi là bề rộng hữu hiệu (B), có thể được tính toán theo hai công thức (1.9) và (1.10), sau đó chọn giá trị nhỏ hơn để xác định các yếu tố thiết kế phù hợp cho dầm phụ, đảm bảo tính an toàn và tối ưu trong kết cấu.
B
