ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN MẶT

 Bộ phận động của cửa van gồm có: bản mặt, ô dầm, dầm chính, dàn ngang, dàn chịu trọng... Bố trí theo điều kiện các dầm chịu tải trọng bằng nhau, như vậy kích thước mặt cắt ngang của cá

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN MẶT

- Bề rộng lỗ cống : Lo = 11m

- Cao trình ngưỡng :  = 0

- Cột nước thượng lưu : Ht = 5,5m

- Cột nước hạ : Hh = 0

- Vật chắn nước đáy bằng gỗ hoặc cao su; vật chắn nước bên bằng cao su hình chữ P

- Vật liệu chế tạo van:

 Phần kết cấu cửa: thép hợp kim thấp 102C, TCVN 3104-1979.C, TCVN 3104-1979

 Trục bánh xe: Thép CT5

 Bánh xe chịu lực :Thép đúc CT35

 Ống bọc trục bằng đồng

 Liên kết hàn: Que hàn E43A, 9467-60

- Hệ số vượt tải của áp lực thuỷ tĩnh và trọng lượng bản thân là n = 1,1

- Độ võng giới hạn của dầm chính là = ;và dầm phụ là =

- Cường độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo nhóm 4 bảng 1-5 trang 10 Giáo trình Kết cấu thép như sau:

 Ứng suất pháp khi kéo,nén dọc trục : R = 2C, TCVN 3104-1979.140 daN/cm2C, TCVN 3104-1979.

 Ứng suất pháp khi uốn : Ru = 2C, TCVN 3104-1979.2C, TCVN 3104-1979.50 daN/cm2C, TCVN 3104-1979.

 Ứng suất cắt : Rc = 12C, TCVN 3104-1979.90 daN/cm2C, TCVN 3104-1979.

 Ứng suất ép mắt đầu : Repmđ = 32C, TCVN 3104-1979.2C, TCVN 3104-1979.0 daN/cm2C, TCVN 3104-1979.

*Thời gian thực hiện: 18/09/2C, TCVN 3104-1979.008 đến 08/10/2C, TCVN 3104-1979.008.

 Cửa van phẳng gồm 2C, TCVN 3104-1979 bô phận cơ bản: bộ phận động (kết cấu chịu tải trọng) và bộ phận cố định Ngoài ra còn có máy nâng để đóng mở cửa van

 Bộ phận động của cửa van gồm có: bản mặt, ô dầm, dầm chính, dàn ngang, dàn chịu trọng

 Bộ phận cố định gồm có: đường ray chính, đường ray ngược hướng và đường ray bên,các

bộ phận cố định vật chắn nước thẳng đứng và nằm ngang,các thép góc gia cố khe van và dầm tường ngực

 Bộ phận động của cửa van phẳng được thiết kế sơ bộ như sau:

2 6

8

7a 7b

5

7a

hv

a1

at

ad

a2

W

7a

 > 30

Hình 1

 Các kich thước cơ bản:

-Nhịp tính toán của cửa van:

Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe là c=0,3m Vậy nhịp tính toán của cửa van là L=Lo+2C, TCVN 3104-1979 c=11+2C, TCVN 3104-1979 0,3=11,6m

-Chiều cao của toàn bộ cửa van:

Chọn độ cao an toàn ∆=0,5m.Vậy chiều cao của toàn bộ cửa van là

hv=Ht+∆=5,5+0,5=6m

II- TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỬA VAN

 Biểu đồ áp lực thủy tĩnh tác dụng lên cửa van trên mặt được biểu thị ở hình 2C, TCVN 3104-1979

 Hợp lực và vị trí hợp lực áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van được tính theo công thức sau:

W = γHHt2C, TCVN 3104-1979.= 10.5,52C, TCVN 3104-1979.=151,2C, TCVN 3104-1979.5 (KN)

Z= = = 1,8 (m).

 Cửa van được chế tạo bằng loại vật liệu Thép 102C, TCVN 3104-1979.C có cường độ tính toán vượt ra ngoài giới hạn 1400~1600 daN/cm2C, TCVN 3104-1979.,dầm chính đặc,kiên kết hàn,vì vậy trọng lượng phần động của cửa van được tính theo công thức

G=K 10

Với K= = 0,82C, TCVN 3104-1979.; Vậy G= 2C, TCVN 3104-1979.10,3 (KN)

 Cơ chế truyền lực:

Theo phương ngang, cửa van chịu áp lực nước,truyền lên bản mặt 1,từ bản mặt truyền lên hệ dầm phụ 3,lên dàn ngang 4, áp lực từ hệ dàn ngang tác dụng lên dầm chính 2C, TCVN 3104-1979.,truyền lên dần biên 6,lên trụ biên,rồi lên bánh xe 7a

III- BỐ TRÍ KẾT CẤU VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA CỬA VAN

Hình 2

= = 1,93 >1 nên bố trí hai dầm chính (có ưu điểm Kết cấu đơn giản,dễ tháo lắp)

Bố trí theo điều kiện các dầm chịu tải trọng bằng nhau, như vậy kích thước mặt cắt ngang của các dầm chính là giống nhau, sẽ dễ dàng cho việc chế tạo Vị trí của dầm chính phải cách đều hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh Theo hình vẽ 2C, TCVN 3104-1979 ta có: at=ad

a 2C, TCVN 3104-1979

a t

a 1

2C, TCVN 3104-1979.H/3

H/3

W

h

Để đảm bảo độ cứng trong cửa van trên mặt côngxôn, đoạn côngxôn phía trên a1 thường chọn

<0,45hv=0,45.6=2C, TCVN 3104-1979.,7m Chọn a1=2C, TCVN 3104-1979.,6m

*Vị trí hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh cách đáy 1 đoạn Z=1,8m

at=ad= hv-a1-Z= 6-2C, TCVN 3104-1979.,6-1,8=1,6 m

*Khoảng cách giữa 2C, TCVN 3104-1979 dầm chính là a=at+ad=1,6.2C, TCVN 3104-1979.=3,2C, TCVN 3104-1979 m

*Đoạn côngxôn phía dưới: a2C, TCVN 3104-1979.=hv-a1-a=6-2C, TCVN 3104-1979.,6-3,2C, TCVN 3104-1979.=0,2C, TCVN 3104-1979 m

Để tránh xảy ra chân không dưới dầm chính khi kéo van,cần chọn góc tạo bởi đường nằm ngang

và đường thẳng đi qua điểm thấp nhất của phần động α >30o Nhưng theo tính toán ở trên thì điều kiện này không thoả mãn,nên khoét lỗ dọc theo đường trục của dầm chính dưới, tổng diện tích của các lỗ này > 0,2C, TCVN 3104-1979 tổng diện tích bản bụng

Van có nhịp không lớn lắm,chiều cao cột nước khá lớn nên dùng dầm ghép

 Dầm phụ dọc: -Khoảng cách giữa các dầm khoảng 60-70δbm

-Càng xuống sâu càng dày

-Chiều cao giống nhau

Dầm dọc phụ bố trí tương tự như hình vẽ1: Giữa 2C, TCVN 3104-1979 dầm chính đặt 3 dầm phụ dọc, khoảng cách giữa các trục của dầm là 800mm (thoả mãn điều kiện thuộc khoang 60-70 δbm, dự kiến δbm = 1cm) Đoạn côngxôn phía trên đặt 3 dầm phụ,khoảng cách từ mép trên cửa van tới dầm phụ gần nhất là 900mm,và khoảng cách giữa các dầm còn lại là 850mm

0,9m 0,85m 0,85m 0,8m 0,8m 0,8m 0,8m 0,2C, TCVN 3104-1979.m

II III IV V VI VII VIII

Hình 3

 Dàn ngang: là bộ phận chủ yếu truyền áp lực lên dầm chính phân đều áp lực W, chịu xoắn vặn và các lực phát sinh Khoảng cách giữa các dàn dự kiến là lf=L/4=11,6/4=2C, TCVN 3104-1979.,9 m

Dầm phụ đứng: là thanh cánh của dàn ngang

Chịu trọng lực của cửa van và nước tràn qua van Bố trí giàn ở mặt phẳng cánh hạ của dầm chính,chiều cao bằng khoảng cách 2C, TCVN 3104-1979 dầm chính

IV- TÍNH TOÁN KẾT CẤU

Dựa trên cơ sở một hang ngang giữa hai dầm dọc phụ chỉ cần tính cho một ô,các ô khác có cùng kích thước, chịu lực giống nhau nên tính toán tương tự

Vì tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn là b/a > 2C, TCVN 3104-1979 nên tính toán như 1 bản tựa trên hai cạnh.Xét 1 dải có bề rộng bằng 1,bản mặt được tính toán như sau:

M= αPia2C, TCVN 3104-1979.

.

Theo điều kiện về cường độ: σ = < mb Ru

Trong đó Pi là áp lực thuỷ tĩnh tại trọng tâm ô bản mặt, Ru là cường độ tính toán khi chịu uốn của vật liệu làm bản mặt,Ru=2C, TCVN 3104-1979.2C, TCVN 3104-1979.50 daN/cm2C, TCVN 3104-1979.

Để tiện tính toán, lập bảng tính sau:

TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY BẢN MẶT

Số hiệu

ô bản mặt Pi (daN/cm2C, TCVN 3104-1979.) bi (m) ai (m)  (mm)

II 0.081 2C, TCVN 3104-1979 9 0.85 3.4 0.0060 3.1 III 0.166 2C, TCVN 3104-1979 9 0.85 3.4 0.0086 4.5

IV 0.2C, TCVN 3104-1979.50 2C, TCVN 3104-1979 9 0.8 3.6 0.0105 5.1

V 0.330 2C, TCVN 3104-1979 9 0.8 3.6 0.012C, TCVN 3104-1979.1 5.9

VI 0.410 2C, TCVN 3104-1979 9 0.8 3.6 0.0135 6.6 VII 0.490 2C, TCVN 3104-1979 9 0.8 3.6 0.0148 7.2C, TCVN 3104-1979

VIII 0.540 2C, TCVN 3104-1979 9 0.2C, TCVN 3104-1979 14.5 0.0155 1.9

Từ kết quả từ bảng tính trên, chọn chiều dày bản mặt là δbm= 8mm

at

ad

bi

q

2C, TCVN 3104-1979.

3 4 5

Coi dầm phụ dọc làm việc như dầm đơn, nhịp là khoảng cách giữa hai giàn ngang, và chịu tải trọng phân bố đều có cường độ:

qi=pi.bi =pi (daN/cm)

Trong đó: at là khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm trên

ad là khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm dưới

pi là áp lực thuỷ tĩnh tại dầm đang xét

Ta lập được bảng tính sau:

TẢI TRỌNG XÁC ĐỊNH LÊN DẦM PHỤ

Dầm phụ pi

(daN/cm 2C, TCVN 3104-1979 )

a t (m)

a d (m)

b i (m)

q i (KN/cm)

2C, TCVN 3104-1979 0.12C, TCVN 3104-1979.5 0.85 0.85 0.85 0.1063

3 0.2C, TCVN 3104-1979.90 0.8 0.8 0.80 0.2C, TCVN 3104-1979.32C, TCVN 3104-1979.0

Chiều dài tính toán của dầm phụ là lf = 2C, TCVN 3104-1979 9 (m)

Theo bảng tính trên ta thấy dầm phụ dọc số 5 là dầm chịu lực lớn nhất nên ta chỉ cần tính cho dầm này

Mômen uốn lớn nhất trong dầm phụ dọc:

Mmax= k.qmax.lf2C, TCVN 3104-1979. = =32C, TCVN 3104-1979.09(kNcm)

Môđun chống uốn yêu cầu của dầm phụ dọc:

Từ Wyc tra bảng thép chữ C (có xét tới phần bản mặt tham gia chịu lực nên chọn nhỏ hơn một cấp) chọn thép chữ C có số hiệu N02C, TCVN 3104-1979.0 có các đặc trưng như sau:

h = 2C, TCVN 3104-1979.0cm; bc = 7,6cm; zo = 2C, TCVN 3104-1979.,07cm;

F = 2C, TCVN 3104-1979.3,4cm2C, TCVN 3104-1979.; Jx = 152C, TCVN 3104-1979.0cm2C, TCVN 3104-1979.; Wx = 152C, TCVN 3104-1979.cm3

*Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm phụ dọc khi xét tới sự tham gia chiu lực của bản mặt

Phần bản mặt trong tiết diện tính toán của dầm phụ được chọn giá trị nhỏ nhất trong 3 điều kiện sau:

1.b = = 80cm

2C, TCVN 3104-1979 b=bc+2C, TCVN 3104-1979.c=bc+2C, TCVN 3104-1979 2C, TCVN 3104-1979.0δbm=8+2C, TCVN 3104-1979 2C, TCVN 3104-1979.0.0,8=40cm

3.b=0,3lf =0,3.2C, TCVN 3104-1979.90= 87cm

Vậy sơ bộ chọn b= 40cm

Tính các đặc trưng hình học của mặt cắt ghép:

F= Fc + Fbm=2C, TCVN 3104-1979.3,4+40.0,8=55,4cm2C, TCVN 3104-1979.

yc

y

b c



h

yc = = = 6,01cm.

Jxo= 152C, TCVN 3104-1979.0+2C, TCVN 3104-1979.3,4.6,012C, TCVN 3104-1979. + 40.0,8.4,392C, TCVN 3104-1979. + =2C, TCVN 3104-1979.966 cm4

Wmin= = =185cm3

Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm phụ đã chọn:

бmax = = = 1778 daN/cm2C, TCVN 3104-1979. < m.Ru = 2C, TCVN 3104-1979.2C, TCVN 3104-1979.50 daN/cm2C, TCVN 3104-1979.

= <

Vậy dầm phụ đã chọn thoả mãn về điều kiện về cường độ và biến dạng

a) Tải trọng tác dụng lên dầm chính:

Tổng áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên 1đơn vị chiều dài cửa van:

W= γH.H2C, TCVN 3104-1979.=151,2C, TCVN 3104-1979.5(KN/m)

Tải trọng tác dụng lên mỗi mét dài của dầm chính trên và dầm chính dưới:

qt = W = 75,62C, TCVN 3104-1979.5 (KN/m)

qd = W = 75,62C, TCVN 3104-1979.5 (KN/m)

Lo L

b) Chọn kích thước tiết diện:

+Xác định chiều cao dầm chính theo điều kiện độ cứng:

Trong đó: n = 1,1 – Hệ số vượt tải

K1=1,1 – Hệ số có tính đến ảnh hưởng của tải trọng bản thân

K2C, TCVN 3104-1979.=1,08-Hệ số tính đến sự tăng độ võng do việc thay đổi chiều cao của dầm chình

ở gối giữa +Xác định chiều cao kinh tế của dầm chính:

hkt =

Trong đó: Mmax= (L - )=12C, TCVN 3104-1979.69(KNm)Wyc= = .10 2C, TCVN 3104-1979 = 62C, TCVN 3104-1979.04(cm3)

K =1,4 Chọn λb=135

Vậy hkt = = 105,45 (cm)

Nhận xét: hkt < hmin  chọn chiều cao của dầm chính h= 132 (cm).

+Chiều cao bản bụng dầm thường lấy hb =0,95h; lấy h b =127 (cm).

+Chiều cao đầu dầm chính: ho =0,6h =79,2C, TCVN 3104-1979 (cm) Chọn h o =80 (cm).

+Xác định chiều dày bản bụng

-Theo điều kiện chịu cắt: δb= . = = = 0,42C, TCVN 3104-1979 (cm)

-Theo điêu kiện ổn định cục bộ: δb= = = 0,94 (cm)

-Theo công thức kinh nghiệm: δb= 7+0,003.h=10,96 (mm).

Vậy chọn δ b = 12 (mm)= 1,2 (cm).

+Xác định kích thước bản cánh bc và δc

-Ta có h=hb+2C, TCVN 3104-1979.δc δc = (h – h b )/2=25 (mm).

-Thông thường bc= hb

-Kích thước bc và δc còn phải thoả mãn điều

kiện cục bộ của bản cánh: bc=δb+2C, TCVN 3104-1979.a1

với a1<15δc =371,5 (mm)

Vậy chọn b c =380 (mm).

+Góc thoát nước α = arctg =8o30’ < 300 Vậy bản bụng của dầm dưới phải

khoét lỗ

+Vì dầm chính hàn trực tiếp với bản mặt nên phải xét tới bản mặt cùng tham gia chịu lực với diện tích bxδbm như hình vẽ trên Với điều kiện sau:

-b < bc + 2C, TCVN 3104-1979 2C, TCVN 3104-1979.0δbm =700 (mm)

Vậy lấy b =700 (mm)

-b < 0,3L = 3480 (mm)

c)Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện đã chọn

+Tính các đặc trưng hình học của mặt cắt như hình vẽ trên:

F=2C, TCVN 3104-1979 (2C, TCVN 3104-1979.,5.38)+12C, TCVN 3104-1979.7.1,2C, TCVN 3104-1979.+0,8.70=398,4 (cm2C, TCVN 3104-1979.)

Jx = +398,4.9,332C, TCVN 3104-1979. + +70.0,8.57,47 2C, TCVN 3104-1979.=12C, TCVN 3104-1979.2C, TCVN 3104-1979.1164(cm4)

yc

y

xo x

c



h

Wxn= = = 162C, TCVN 3104-1979.10,86 (cm3).

+Đối với tiết diện đầu dầm có ho=80cm có đặc trưng hình học:

Jo = =32C, TCVN 3104-1979.7583(cm4)

So = (2C, TCVN 3104-1979.,5.38.38,75).2C, TCVN 3104-1979 + 75.1,2C, TCVN 3104-1979 18,75 = 11750 (cm3)

+Kiểm tra về cường độ:

-Ứng suất pháp lớn nhất ở giữa dầm chính:

бmax= = = 0,086 (KN/m2C, TCVN 3104-1979.) = 861(daN/cm2C, TCVN 3104-1979.) <mR=0,9.2C, TCVN 3104-1979.140daN/cm2C, TCVN 3104-1979.

- Ứng suất tiếp lớn nhất ở đầu dầm chính:

τmax = = = 13,68 (KN/cm2C, TCVN 3104-1979.) = 1368 (daN/cm2C, TCVN 3104-1979.)

< mRc = 0,9.2C, TCVN 3104-1979.2C, TCVN 3104-1979.50 = 2C, TCVN 3104-1979.02C, TCVN 3104-1979.5 (daN/cm2C, TCVN 3104-1979.)

Vậy mặt cắt đã chọn thoả mãn điều kiện về cường độ

380 700

12C, TCVN 3104-1979.

2C, TCVN 3104-1979.900 2C, TCVN 3104-1979.900 2C, TCVN 3104-1979.900

+Kiểm tra độ cứng (nếu bỏ qua sự ảnh hưởng của việc thay đổi tiết diện)

+Kiểm tra ổn định cục bộ dầm:

- Ổn định cục bộ bản cánh:

a1 = (bc – δb)/2C, TCVN 3104-1979 = (380-12C, TCVN 3104-1979.)/2C, TCVN 3104-1979 = 184 (mm) < 15δc =371(mm)

Vậy dầm ổn định cục bộ bản cánh

-Ổn định cục bộ bản bụng:

λb = = 106 >70  Dầm mất ổn định cục bộ do ứng suất tiếp τ  phải gia cố

bằng các sườn chống đứng 1 để tăng độ cứng của dầm

Để phát huy tác dụng của sườn chống đứng 1,khoảng cách lớn nhất giữa các dầm được chọn như sau: amax=2C, TCVN 3104-1979 hb = 2C, TCVN 3104-1979 1,2C, TCVN 3104-1979.7 = 2C, TCVN 3104-1979.,54 (m) Vậy bố trí sườn chống đứng như hình vẽ sau:

1 1,45 m

I

II

III

IV

Ổn định của bản bụng dầm có bản cánh chịu nén hàn chặt vào bản mặt được kiểm tra theo công thức:

> m =1 (*) Trong đó :

+ σth = Ko 10 3 Với Ko = f(γH) , γH = C ; Ở đây cánh nén được hàn

cứng vào mặt nên C=∞  γH >30 Ko = 74,6.Vậy σth = 74,6 10 3 = 66,6 106

(daN/cm2C, TCVN 3104-1979.)

+ τth = (1,2C, TCVN 3104-1979.5 + ).( )2C, TCVN 3104-1979..103 = (1,2C, TCVN 3104-1979.5 + 0,95/(1,45/2C, TCVN 3104-1979.)2C, TCVN 3104-1979.).(100.1,2C, TCVN 3104-1979./145)2C, TCVN 3104-1979..103 = 1,36.103(daN/cm2C, TCVN 3104-1979.)

+Kiểm tra với ô bản số II và III, σb và τb được tính theo công thức: σb = và

τb=

Ta lập bảng sau để tiện tính toán:

Ô bản

5

12C, TCVN 3104-1979.14

4

631.4 8

2C, TCVN 3104-1979.34.5

8 0.172C, TCVN 3104-1979.75

455.3 1

2C, TCVN 3104-1979.01.3

8 0.1482C, TCVN 3104-1979.3

M

Q

2C, TCVN 3104-1979 2C, TCVN 3104-1979.65m

3.751m

2C, TCVN 3104-1979 715m

3.62C, TCVN 3104-1979.5m

Nhận xét : cả 2C, TCVN 3104-1979 ô bản đều thỏa mãn điều kiện (*) Vậy dầm ổn định cục bộ bản bụng

d)Tính liên kết bản cánh và bản bụng

Sử dụng bảng 2C, TCVN 3104-1979 sau đây để chọn chiều cao đường hàn:

hàn 4 - 6 7 - 10 11 - 16 17 - 2C, TCVN 3104-1979.2C, TCVN 3104-1979 2C, TCVN 3104-1979.3 - 32C, TCVN 3104-1979 Hàn tay, nửa

tự động và tự

động

-Chọn chiều cao đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng là hh = 8 (cm)

Cửa van thiết kế có chiều cao không lớn lắm Htl = 5,5 m và L= 11m nên chọn sơ đồ giàn ngang như hình vẽ sau