Nghiên cứu ảnh hưởng của liên kết nửa cứng đến trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van hình cung

Phân tích khung chính theo bài toán ph ng .... Khái quát v bài toán không gian .... Tính toán ki m tra khung chính và càng van ...

L I C M N

V i s giúp đ c a phòng ào t o i h c và Sau i h c, Khoa Công trình tr ng i h c thu l i, cùng các th y cô giáo, b n bè, đ ng nghi p và gia

đình đ n nay Lu n v n Th c s k thu t v i đ tài: “ Nghiên c u nh h ng

c a liên k t n a c ng đ n tr ng thái ng su t và bi n d ng c a c a van hình cung” đã đ c hoàn thành

Tác gi xin t lòng bi t n chân thành đ n các c quan đ n v và các cá nhân đã truy n đ t ki n th c, cho phép s d ng tài li u đã công b

Lu n v n đ c hoàn thành t i Khoa Công trình, Tr ng i h c Th y

l i

Hà N i, tháng 11 n m 2013 Tác gi lu n v n

B N CAM K T

Tên tôi là: Tr ng c H nh

H c viên l p: 19C12

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi Nh ng

n i dung và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a đ c ai công b trong b t k công trình khoa h c nào

Hà N i, tháng 11 n m 2013

Tác gi lu n v n

M C L C

L I C M N………

B N CAN K T………

M C L C………

DANH M C CÁC HÌNH V ………

DANH M C CÁC B NG BI U………

CH NG 1 – M U 1

1.1 t v n đ 1

1.2 N i dung nghiên c u 3

1.3 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u 3

1.4 K t qu nghiên c u c n đ t đ c 3

CH NG 2 - T NG QUAN V C A VAN HÌNH CUNG 4

2.1 Khái quát và phân lo i c a van cung 4

2.1.1 Khái ni m 4

2.1.2 Phân lo i c a van cung 6

2.1.3 Các b ph n chính c a c a van cung 7

2.1.4 Hình th c c a van th ng dùng hi n nay 10

2.1.5 Ph m vi s d ng 12

2.2 Phân tích k t c u van cung theo h ph ng 13

2.2.1 Ph ng pháp tính toán c a van cung theo h ph ng 13

2.2.2 Phân tích khung chính theo bài toán ph ng 13

2.3 Phân tích k t c u c a van cung theo bài toán không gian 21

2.3.1 Khái quát v bài toán không gian 21

2.3.2 i u ki n biên c a bài toán 22

2.3.3 Xác đ nh n i l c và l c kéo c a van 24

2.3.4 Tính toán ki m tra khung chính và càng van 26

K T LU N CH NG 2 28

CH NG 3 – T NG QUAN V K T C U CÓ LIÊN K T N A C NG VÀ PH N M M SAP2000 29

3.1 Khái quát v liên k t n a c ng 29

3.2 Các nghiên c u v k t c u có nút c ng và liên k t n a c ng 30

3.2.1 T ng quan v k t c u có nút c ng 30

3.2.2 T ng quan v k t c u có liên k t n a c ng 32

3.2.3 Phân tích k t c u có liên k t n a c ng 36

3.3 Xác đ nh đ c ng xoay c a liên k t n a c ng [6] 49

3.3.1 Liên k t d m-c t trong k t c u khung thép 49

3.3.2 Ph ng pháp t h p áp d ng cho liên k t d m-c t 50

3.4 Phân tích k t c u h thanh có liên k t n a c ng b ng SAP2000 54

3.4.1 Mô hình hóa k t c u van cung 54

3.4.2 Phân tích n i l c k t c u van cung 57

K T LU N CH NG 3 61

CH NG 4 - PHÂN TÍCH TR NG THÁI NG SU T VÀ BI N D NG C A C A VAN CÓ LIÊN K T N A C NG 62

4.1 Nhi m v và quy mô công trình 62

4.1.1 Nhi m v công trình 62

4.1.2 Quy mô công trình đ u m i 62

4.2 K t c u c a van ng n tri u và gi m ng p 63

4.2.1 Mô t k t c u c a van 63

4.2.2 S li u tính toán 64

4.2.3 Tr ng h p tính toán 64

4.3 Phân tích k t c u van cung nh p l n liên k t c ng b ng ph n m m

SAP2000 66

4.3.1 Mô hình hoá k t c u van cung nh p l n 66

4.3.2 Ki m tra đ tin c y c a mô hình 71

4.3.3 K t qu tính toán n i l c và chuy n v c a van cung trong tr ng h p c a van trên ng ng 73

4.3.4 K t qu tính toán n i l c và chuy n v c a van cung trong tr ng h p c a van b t đ u d i ng ng 82

4.4 Phân tích k t c u van cung nh p l n liên k t n a c ng b ng ph n m m SAP2000 91

4.4.1 K t qu tính toán n i l c và chuy n v d m chính và càng van trong tr ng h p c a van trên ng ng 92

4.4.2 K t qu tính toán n i l c và chuy n v d m chính và càng van trong tr ng h p c a van d i ng ng 94

K T LU N CH NG 4 97

K T LU N VÀ KI N NGH 98

TÀI LI U THAM KH O 100

DANH M C CÁC HÌNH V

Hình 1.1 – H sông Quao t nh Bình Thu n 2

Hình 1.2 – C ng Lân 2, Ti n H i, Thái Bình 2

Hình 1.3 – C ng Haringvliet – Hà Lan 2

Hình 1.4 – C ng Maeslant – Hà Lan 2

Hình 2.1 - K t c u c a van hình cung hai khung chính, càng xiên 4

Hình 2.2 - C a van trên m t 5

Hình 2.3 - C a van d i sâu 5

Hình 2.4 - B trí t ng th van cung và thi t b đóng m 6

Hình 2.5 - K t c u giàn ngang và càng van cung 7

Hình 2.6 - S đ c u t o c a van hình cung 7

Hình 2.7 - G i quay c a c a van cung; a) G i nón c t; b) G i b n l 8

Hình 2.8 - G i đ bên ki u bánh xe và ki u tr t 9

Hình 2.9 - C u t o k t c u v t ch n n c bên và đáy van cung 10

Hình 2.10 - S đ m t s hình th c b trí tâm quay c a van cung 10

Hình 2.11 - Các lo i hình th c khung chính 11

Hình 2.12 - Các hình th c khe van 13

Hình 2.13 - S đ xác đ nh áp l c n c lên d m chính trên và d i 15

Hình 2.14 - S đ áp l c n c lên c a van trên m t và c a van d i sâu 15

Hình 2.15 - S đ tính toán và bi u đ mômen u n khung chân kh p 17

Hình 2.16 - S đ tính toán và bi u đ mômen u n khung chính chân ngàm 18

Hình 2.17 - S đ tính toán n i l c càng van 20

Hình 2.18 - S đ xác đ nh cánh tay đòn l c kéo van 20

Hình 2.19 - i u ki n biên tr ng h p c a van n m trên ng ng 22

Hình 2.20 - i u ki n biên tr ng h p 2 máy nâng b ng xi lanh th y l c 23

Hình 2.21 - i u ki n biên khi máy nâng b ng t i dây kéo ti p tuy n v i b n

m t 23

Hình 2.22 - i u ki n biên khi máy nâng b ng t i ph ng dây kéo không ti p tuy n v i b n m t 23

Hình 2.23 - S đ k t c u van cung ng v i tr ng h p c a van m 24

Hình 3.1 - M i n i d m c t b ng bu lông và s đ bi n d ng 29

Hình 3.2 - Mô hình liên k t d m c t 29

Hình 3.3 - Mô hình hóa khung có nút c ng 30

Hình 3.4 - Mô hình ph n t d m có hai đo n c ng hai đ u 31

Hình 3.5- Mô hình chuy n v góc c a liên k t n a c ng 33

Hình 3.6 - Mô hình lò xo cho chuy n v góc và chuy n v th ng 34

Hình 3.7 - Mô hình nút c ng và liên k t n a c ng 34

Hình 3.8 - ng cong đ c tính liên k t n a c ng c a Colson 35

Hình 3.9 - ng đ c tính liên k t c a Yee & Melchers 36

Hình 3.10 - Siêu ph n t d m 37

Hình 3.11 - Quan h gi a ∆e và ∆*e 38

Hình 3.12 - S đ bi n d ng d m hai đ u có liên k t đàn h i 40

Hình 3.13 - Siêu ph n t d m trong h t a đ t ng th 44

Hình 3.14 - D m hai đ u liên k t đàn h i ch u t i tr ng phân b 46

Hình 3.15 - Ki u liên k t d m - c t 50

Hình 3.16 - Các t h p c a liên k t d m - c t dùng b n bích và bu lông 51

Hình 3.17 - Mô hình c h c liên k t d m-c t có b n bích m r ng dùng bu lông 51

Hình 3.18 - Minh h a các ký hi u 53

Hình 3.19 - Mô hình hóa b n m t và d m đ ng 55

Hình 3.20 - Quy c v các đi m Insertion Points 55

Hình 3.21 - Trình t mô hình hóa d m ph d c 56

Hình 3.22 - Nh p đ c ng xoay vào đ u j c a thanh 56

Hình 3.23 - Mô hình hóa c a van cung b ng ph n m m SAP2000 57

Hình 3.24 - S đ liên k t khi van n m trên ng ng 57

Hình 3.25 - S đ liên k t và l c ma sát xu t hi n khi van r i kh i ng ng 58

Hình 4.1 – B n đ v trí c ng Th B 63

Hình 4.2 – M t b ng và c t d c c ng Th B 64

Hình 4.3 - S đ tính toán 65

Hình 4.4 - S đ tính toán 65

Hình 4.5 – Kích th c d m đ ng và d m chính 67

Hình 4.6 – M t c t ngang c a b n m t van cung 67

Hình 4.7 – Mô hình hóa d m chính và d m ph d c 69

Hình 4.8 - K t c u c a van cung càng xiên nhìn t th ng l u 70

Hình 4.9 - K t c u c a van cung càng xiên nhìn t h l u 70

Hình 4.10 - Áp l c n c th ng l u và h l u b ng ph m u 71

Hình 4.11 - Bi u đ chuy n v b ng ph m u n a trái b n m t 73

Hình 4.12 - Mã nút n a trái b n m t 74

Hình 4.13 - Bi u đ ng su t S11 và S22 b ng ph m u n a trái b n m t 74

Hình 4.14 - Bi u đ n i l c c a n a trái d m ph d c s 3 75

Hình 4.15 - Bi u đ chuy n v c a n a trái d m ph d c s 3 76

Hình 4.16 - K t c u d m đ ng và càng van 77

Hình 4.17 - Bi u đ ph màu chuy n v c a d m đ ng s 8 77

Hình 4.18 - Bi u đ ng su t S11 và S22 b ng c a d m đ ng s 8 78

Hình 4.19 – Bi u đ ph m u chuy n v c a d m chính 79

Hình 4.20 – Bi u đ ph m u chuy n v n a bên ph i c a d m chính gi a 80 Hình 4.21 – Bi u đ ng su t S11 và S22 c a n a bên ph i d m chính trên 80 Hình 4.22 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van 81

Hình 4.23 – S đ gán l c ma sát vào mô hình k t c u van cung 83

Hình 4.24 – S đ xác đ nh tr ng l ng b n thân c a van 84

Hình 4.25 – Bi u đ chuy n v b ng ph m u c a n a trái b n m t 85

Hình 4.26 – Bi u đ ng su t S11 và S22 c a n a trái b n m t 86

Hình 4.27 – Bi u đ n i l c c a n a trái d m d c ph s 8 87

Hình 4.28 – Bi u đ ng su t S11 và S22 c a d m đ ng s 8 88

Hình 4.29 – Bi u đ chuy n v c a d m chính 89

Hình 4.30 – Bi u đ ph m u ng su t S11 và S22 n a bên ph i d m chính 90

Hình 4.31 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van 91

Hình 4.32– Bi u đ ph m u ng su t S11 và S22 n a bên ph i c a d m chính trên 92

Hình 4.33 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van 93

Hình 4.34 – Bi u đ ph m u chuy n v n a bên ph i c a d m chính gi a 95 Hình 4.34– Bi u đ ng su t S11 và S22 n a bên ph i c a d m chính trên 95 Hình 4.35 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van 96

DANH M C CÁC B NG BI U

B ng 3.1 - Ph n l c g i t a c a d m đ u ngàm ch u t i tr ng t p trung 48

B ng 4-1 - Giá tr góc α và góc θ 68

B ng 4.2 – B ng k t qu ph n l c t i g i do ALN sinh ra 72

B ng 4.3 – B ng k t qu ph n l c t i g i do tr ng l ng b n thân sinh ra 73

B ng 4.4 - Chuy n v t i m t s nút trên b n m t 74

B ng 4.5 - ng su t S11 và S22 m t s ph n t trong b n m t c a van 75

B ng 4.5- K t qu n i l c c a m t s ph n t trên d m ph d c s 3 76

B ng 4.6 - K t qu chuy n v c a m t s ph n t trên d m ph d c s 3 76

B ng 4.7 - K t qu tính toán chuy n v c a m t s nút trên d m đ ng s 8 78 B ng 4.8 - K t qu ng su t t i m t s ph n t c a d m đ ng s 8 79

B ng 4.9 - K t qu tính toán chuy n v t i m t s nút c a d m chính gi a 80 B ng 4.10 - K t qu tính toán ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút c a d m chính trên 81

B ng 4.11 - K t qu tính toán n i l c m t s ph n t c a càng van trái 82

B ng 4.12 – B ng k t qu l c kéo van và ph n l c g i b n l (l n l p 3) 84

B ng 4.13 – Chuy n v m t s nút b n m t 85

B ng 4.14 – ng su t S11 và S22 m t s ph n t và nút c a b n m t 86

B ng 4.15 – K t qu n i l c c a m t s ph n t trên d m ph d c s 8 87

B ng 4.16 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m ph d c s 8 87

B ng 4.17 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m đ ng s 8 88

B ng 4.18 – K t qu ng su t S11 và S22 c a m t s ph n t và nút trên d m đ ng s 8 89

B ng 4.19 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m chính gi a 90

B ng 4.20 – K t qu ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút d m chính 90

B ng 4.21 – K t qu tính toán n i l c c a càng van trái 91

B ng 4.22 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m chính gi a 92

B ng 4.23 – K t qu ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút d m chính trên 93

B ng 4.24 – K t qu tính toán n i l c c a càng van trái 94

B ng 4.25 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m chính gi a 94

B ng 4.26 – K t qu ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút d m chính trên 95

B ng 4.27 – K t qu tính toán n i l c c a càng van trái 96

CH NG 1 – M U 1.1 t v n đ

Trong nh ng n m g n đây s bi n đ i khí h u có nh ng di n bi n

ph c t p, gây nh h ng l n đ n s n xu t nông nghi p và sinh ho t c a

ng i dân N c bi n dâng đã và đang đe d a nghiêm tr ng đ n các công trình th y l i, đ c bi t là tình hình ng p úng vùng ven bi n đ ng b ng sông

C u Long Tình hình ng p úng đây đã đ c ph n ánh nhi u trên các

ph ng ti n thông tin đ i chúng và nó mang tính th i s nóng b ng nh

tri u c ng t i n i đây ngày càng l p m c k l c, t n su t xu t hi n ngày càng nhi u S ng p úng do tri u c ng gây ra h u qu nghiêm tr ng, nh

h ng đ n đ i s ng và s phát tri n kinh t khu v c

Tr c tình hình ng p úng đang di n ra, bi n pháp gi i quy t là ph i xây d ng các tuy n đê bao và làm các công trình ng n các c a sông Vi c xây d ng ph n th y công các công trình này tuy khó kh n nh ng chúng ta đã

có kinh nghi m B ph n quan tr ng nh t quy t đ nh k t c u công trình và

kh n ng ng n tri u là c a van

Chính vì v y “Nghiên c u nh h ng c a liên k t n a c ng đ n tr ng thái ng su t và bi n d ng c a c a van hình cùng” đ đ m b o đ c c ng

Hình 1.1 – H sông Quao t nh Bình

Thu n Hình 1.2 – C ng Lân 2, Ti n H i, Thái Bình

Hình 1.3 – C ng Haringvliet – Hà Lan

Hình 1.4 – C ng Maeslant – Hà Lan

1.2 N i dung nghiên c u

Nghiên c u nh h ng c a liên k t n a c ng đ n tr ng thái ng su t

và bi n d ng c a c a van hình cung trên đ p tràn có kích th c l n ch u tác

d ng c a tr ng l ng b n thân và áp l c n c

1.3 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u

- C a van đ c mô hình hóa theo bài toán không gian, b n m t b ng

ph n t Shells, d m chính và d m đ ng đ c mô hình hóa b ng ph n t Shells, các b ph n khác b ng ph n t Frames V i liên k t gi a d m chính

và càng van dùng liên k t bu lông và đ c coi là liên k t n a c ng

- Tính toán tr ng thái ng su t và bi n d ng c a c a van trong hai

tr ng h p liên k t n a c ng và liên k t c ng a ra nh n xét v k t qu tính toán

1.4 K t qu nghiên c u c n đ t đ c

- Xác đ nh đ c c a van hình cung có liên k t c ng và liên k t n a

c ng và có nh n xét v nh h ng c a liên k t n a c ng t i đ b n c a công trình

- Phân tích s phân b l i n i l c khi dùng liên k t n a c ng so v i khi gi thi t là liên k t c ng

CH NG 2 - T NG QUAN V C A VAN HÌNH CUNG 2.1 Khái quát và phân lo i c a van cung

2.1.1 Khái ni m

C a van là m t b ph n c a công trình thu l i, dùng đ kh ng ch

m c n c và đi u ti t l u l ng theo yêu c u tháo n c các th i k khai thác khác nhau C a van th ng đ c đóng m b ng t i ho c xy lanh th y

l c

C a van hình cung là c a van có m t ti p xúc v i n c có d ng cung

tr tròn và đ c n i v i hai càng, khi đóng m c a van quay xung quanh

m t tr c quay c đ nh n m ngang C a van hình cung l n th ng đ c dùng làm c a x l đ p tràn, hình d ng không gian và các b ph n chính c a k t

c u c a van cung càng xiên cho hình 2.1

Hình 2.1 - K t c u c a van hình cung hai khung chính, càng xiên

C a van hình cung có hai lo i chính là c a van trên m t và c a van

d i sâu, có c a ph ho c không có c a ph trên đ nh van C a van trên m t

là c a van có đ nh cao h n cao trình m c n c th ng l u (hình 2.2), c a van d i sâu là c a van có đ nh th p h n cao trình m c n c th ng l u (hình 2.3)

C a van hình cung có u đi m là đóng m nhanh và d dàng đi u ti t

l u l ng tháo, tr pin có th làm m ng so v i van ph ng vì khe van nông

Hình 2.2 - C a van trên m t

Hình 2.3 - C a van d i sâu

Tuy nhiên tr pin ph i làm dài đ có đ kích th c đ t càng van Áp

l c n c tác d ng t p trung lên tr pin (qua càng van) làm cho ng su t t p trung phát sinh trong tr pin và vi c b trí c t thép ch u l c ph c t p h n,

nh t là nh ng n i van làm vi c trong đi u ki n ch u l c hai chi u V c u t o

và l p ráp van cung c ng khó kh n, ph c t p h n van ph ng

C a van cung là lo i đ c áp d ng khá r ng rãi, nh t là khi c a có

nh p l n hay nh ng n i c n tháo n c nhanh V t li u làm c a van th ng

b ng thép

2.1.2 Phân lo i c a van cung

C a van cung đ c phân lo i nh sau: Theo m c n c th ng l u,

đ c chia thành hai lo i: C a van trên m t và c a van d i sâu Theo hình

th c ch y qua van, có th chia thành 3 nhóm: C a van cho n c ch y d i, cho n c tràn qua đ nh van, cho n c ch y qua đ nh van và ch y d i đáy van Theo k t c u c a van đ c chia thành 3 lo i: C a van đ n, c a van có

c a ph và c a van kép

Trong các đ p tràn th ng dùng c a van cho n c ch y d i ho c

v a cho ch y d i v a cho n c tràn qua van Trong các âu t u, thuy n ch dùng lo i tràn qua đ nh van lo i c a van h xu ng

C a van có c a ph ho c c a van hai t ng, đ c dùng khi c n tháo v t

Hình 2.5 - K t c u giàn ngang và càng van cung

2 1.3 Các b ph n chính c a c a van cung

- K t c u ph n đ ng c a van cung - C a van hình cung bao g m b n

ch n n c (b n m t), h th ng d m (d m ph d c, d m đ ng, d m chính), càng đ và g i quay (hình 2.6) H th ng d m c ng b trí theo nguyên t c

m i ch b n m t ch u l c nh nhau, các d m chính ch u l c nh nhau đ ti n thi công và t n d ng kh n ng ch u l c c a v t li u

Hình 2.6 - S đ c u t o c a van hình cung

- G i quay - i v i k t c u càng van, ch u áp l c n c t d m chính

và d m đ ng truy n t i, tính toán theo h giàn G i quay là n i càng t a lên

và quay khi đóng m c a Hình 2.7 bi u th m t s hình th c g i quay

Tr ng h p bán kính van cung R = (1,2÷1,5)H1; (trong đó H1 là chi u sâu

n c th ng l u) thì g i đ t th p h n m c n c th ng l u G i quay

th ng đ t cao h n m c n c l n nh t h l u đ tránh b ng p n c d n

t i h h ng và han r

Hình 2.7 - G i quay c a c a van cung; a) G i nón c t; b) G i b n l

G i quay c a c a van cung th ng dùng là g i ki u nón c t (hình

2.7a) và g i b n l có m t tr c quay ho c hai tr c quay vuông góc v i nhau (hình 2.7b) G i có hai tr c quay c u t o t ng đ i ph c t p nh ng có th chuy n đ ng đ c theo hai ph ng khác nhau Do đó khi các tr lún không

đ u trong ch ng m c nh t đ nh v n không nh h ng t i vi c đóng m c a

G i b n l m t tr c quay c u t o đ n gi n h n, th ng dùng trong các c a van có nh p không l n

- G i đ bên - đ m b o cho c a van v trí bình th ng trong khe

van khi đóng và khi m , đ đ m b o cho c a van không b xô l ch và không

b k t trong khe van Thi t b đ nh h ng bên có th dùng ki u bánh xe nh hình 2.8a ho c ki u tr t nh hình 2.8b, đ c b trí hai đ u van

Hình 2.8 - G i đ bên ki u bánh xe và ki u tr t

- V t ch n n c - V t ch n n c có th làm b ng g , cao su, kim lo i

v.v., nh ng th ng dùng nh t là b ng cao su Các d ng m t c t ngang c a

v t ch n n c b ng cao su th ng dùng đ c bi u th hình 2.9a Cao su

t m dùng làm v t ch n n c đáy, cao su ch P th ng dùng làm v t ch n

n c bên và đ nh, cao su ch L ch y u dùng làm v t ch n n c bên c a van hình cung C u t o v t ch n n c bên cho hình 2.9b và v t ch n n c đáy cho hình 2.9c

b)

Hình 2.10 - S đ m t s hình th c b trí tâm quay c a van cung

Trong tr ng h p này s gi m đ c nh h ng c a l c ma sát do phù

sa tác d ng lên b n m t, gi m đ c l c kéo c a máy đóng m khi nâng van

C a van th ng dùng nh t hi n nay là c a van hai d m chính ch u t i tr ng

b ng nhau, b n m t là m t m t cung tròn có tâm cong trùng v i tâm quay

c a c a van

c)

Khung chính đ c chia thành các lo i sau:

đ c dùng ph bi n nh t, trong tr ng h p này đ c ng c a chân nh h n

đ c ng c a d m vì v y nh h ng c a l c xô ngang nh , có th b qua

C a van chân xiên có m t s u đi m sau: Gi m đ c mômen u n trong d m chính, do đó d m chính s nh , khi nh p van d i 12m và c t

n c d i 5m có th dùng thép đ nh hình làm d m chính Chi u cao d m chính gi m, nên k t c u giàn đ ng có th nh , tr ng l ng van gi m, do đó

l c kéo c n thi t c a máy đóng m c ng gi m

C a van chân xiên c ng có m t s nh c đi m sau: C u t o g i b n l

và m i n i gi a d m chính v i chân van khá ph c t p T ng n i l c trong chân van và t ng chi u dài c a chân van Khi có n c tràn qua đ nh van không nên s d ng

2.1.5 Ph m vi s d ng

Van hình cung đ c dùng ph bi n trong các công trình t i và tiêu,

nh p có th t i 40m v i chi u cao d i 14m Khi nh p van t 10 đ n 12m,

th ng dùng lo i van cung hai d m chính, chân m nh, th ng hay xiên V i

nh p t 6 đ n 12m, c t n c t 2,5 đ n 4m th ng dùng lo i chân xiên và ô

d m ngang nh ng đ u âu thuy n đ t ng thêm chi u dài âu, gi m n ng

l ng dòng ch y d i van khi đ a n c vào bu ng âu, dùng van hình cung

t t h n van ph ng

Không dùng c a van hình cung làm c a van s a ch a, c a van b o

hi m và c a van thi công vì g i t a c a c a van cung là c đ nh C a van cung có th b trí trong khe van ho c m t ngoài c a tr pin nh hình 2.12a và hình 2.12b

C a van hình cung đ c dùng r ng rãi trong công trình th y l i vì nó

có nhi u u đi m: Có th dùng trên đ p tràn v i m t c t b t k mà không c n

m r ng đ nh đ p i u ki n th y l c c a dòng ch y mép d i van c ng

t t h n van ph ng C a van đ c liên k t v i g i b n l c đ nh nên chuy n

đ ng c a c a van đ c xác đ nh và h u nh tránh đ c kh n ng b m c k t

do vênh

Tr ng l ng van cung nh h n các lo i khác L c kéo c a máy đóng

m nh , có th l i d ng ph ng h p l c c a áp l c n c không đi qua tr c quay đ gi m l c đóng m

Van cung c ng có m t s nh c đi m sau: Ph i có m và đ ng biên dài Khi c ng có chi u cao l n và có ng ng ngang, n u yêu c u g i b n l không ngâm trong n c thì càng van ph i r t dài.Th i gian đóng m lâu h n

c a van ph ng

Hình 2.12 - Các hình th c khe van

2.2 Phân tích k t c u van cung theo h ph ng

2.2.1 Ph ng pháp tính toán c a van cung theo h ph ng

K t c u c a van hình cung là m t k t c u không gian và ch u l c khá

ph c t p, khi phân tích n i l c đ đ n gi n có th đ a v các h ph ng N i

l c c a các phân t n m trên giao tuy n c a hai h ph ng l y b ng t ng n i

l c trong hai h ph ng đó Cách tính này tuy không ph n ánh đ c hoàn toàn

ch trình bày chi ti t tính toán ki m tra v c ng đ , v n đ nh và v đ

c ng c a khung chính và càng van theo h ph ng

2.2.2 Phân tích khung chính theo bài toán ph ng

Trình t tính toán khung chính theo h ph ng đ c ti n hành nh sau: Xác đ nh t ng áp l c n c tác d ng lên 1m dài c a van và ph ng c a

t ng áp l c này so v i đ ng n m ngang theo công th c gi i tích

Phân t ng áp l c này lên các d m chính theo ph ng pháp đ gi i,

tr ng h p c a van có hai khung chính, đ hai d m chính ch u áp l c n c

b ng nhau thì ph ng c a hai khung chính ph i cách đ u ph ng c a t ng

áp l c n c

S đ tính toán khung là đ ng tr c các thanh, s đ tính là khung

ch nh t d m ngang có công xôn khi càng van thu c lo i m nh và th ng

ho c là khung hình thang d m ngang có công xôn khi càng van thu c lo i

m nh và xiên Chân khung gán liên k t ngàm khi g i quay là g i b n l có

m t tr c quay ho c g i quay là g i nón c t Chân khung gán liên k t kh p khi g i quay là g i b n l có hai tr c quay Chi u cao tính toán h c a khung

l y b ng kho ng cách th ng đ ng t tâm g i quay t i đ ng tr ng tâm ti t

Xác đ nh tr ng l ng b n thân van theo các công th c kinh nghi m,

n i l c do tr ng l ng b n thân ch đ c xét t i khi tính toán càng van

Ki m tra c ng đ và đ c ng c a d m theo c u ki n ch u u n v i n i

l c ch do áp l c n c sinh ra và n đ nh c a chân khung theo c u ki n ch u nén l ch tâm v i n i l c b ng t ng n i l c do áp l c n c và trong l ng

b n thân van sinh ra

Xác đ nh l c tác d ng lên khung chính van cung theo h ph ng

Áp l c n c tác d ng lên khung chính trên qt và khung chính d i qd

-c a -c a van -cung -có hai khung -chính đ -c xá-c đ nh theo -công th -c (2.1),

đ c thi t l p t s đ tam giác l c cho hình 2.13

qd = ttrong đó:

=ψ

Hình 2.2 - S đ áp l c n c lên c a van trên m t và c a van d i sâu

Thành ph n ngang c a áp l c n c Pngc a c a van trên m t:

t

2 t

R 2

1

(2.5) Thành ph n ngang c a áp l c n c Pngc a c a van d i sâu

ng 2 (Ht Hn)htLt

1

(2.6) Thành ph n đ ng c a áp l c n c Pđ c a c a van d i sâu:

(sin 2

1 cos sin 2 L

R 2

1

2 1

2 1 t

2

(2.7) trong đó:

ϕ2 - góc h p b i đ ng n m ngang đi qua tâm b n m t và bán kính b n

m t đi qua mép đáy c a van

ϕ = ϕ2 − ϕ1 (radian)

Tr ng h p tâm b n m t n m d i m c n c th ng l u (Hình

2.14b), khi đó góc ϕ1n m trên đ ng n m ngang đi qua tâm b n m t, thì góc

ϕ1trong các công th c trên mang d u âm (-)

Tính toán n i l c c a khung chính theo h ph ng

Khung chính van cung kích th c l n th ng dùng là khung hình thang có công xôn ch u t i tr ng phân b đ u, khung ch nh t có ho c không

có công xôn ch u t i tr ng phân b đ u là tr ng h p đ c bi t c a khung hình thang này

Tr ng h p 1: Khung hình thang chân liên k t kh p

Khung chính hình thang cho hình 2.15 là khung đ i x ng ch u t i

tr ng đ i x ng, nên có th tính toán cho m t n a khung, trong tr ng h p này ph ng trình chính t c theo ph ng pháp chuy n v ch có m t n Z1 là góc xoay:

Hình 2.15 - S đ tính toán và bi u đ mômen u n khung chân kh p

N i l c trong khung chính đ c xác đ nh theo công th c sau:

6(3 k)

) c 6 b ( q M

M

2 2 CD

c

EJis

=

2

) c 2 b ( q

=

(2.9) trong đó: 2 2

s= h +a , a L b

2

−

= ,

Tr ng h p 2: Khung hình thang chân liên k t ngàm

Khung chính hình thang cho hình 2.16 là khung đ i x ng ch u t i

tr ng đ i x ng, nên có th tính toán cho m t n a khung, trong tr ng h p này ph ng trình chính t c theo ph ng pháp chuy n v ch có m t n Z1 là góc xoay:

Hình 2.16 - S đ tính toán và bi u đ mômen u n khung chính chân ngàm

N i l c trong khung đ c xác đ nh theo công th c:

12(2 k)

) c 6 b ( q M M

2 2 DC

M

2 2 CD

M

2 BA CB

b

c

EJis

= s= h2+a2

c

d c

d

J

s h

J i

=

(2.11)

trong đó:

L - kho ng cách gi a hai g i b n l

b - nh p d m

s - chi u dài chân khung

c - chi u dài công xôn c a d m

a - kho ng chênh theo ph ng ngang c a đ u c t và chân c t

Lt = b+2c - nh p t i tr ng

h - chi u cao c a khung b ng kho ng cách theo ph ng đ ng t chân c t

t i đ ng tr ng tâm ti t di n d m: h = R - y2

R - bán kính b n m t

y2 - kho ng cách t tr ng tâm ti t di n d m t i mép ngoài c a b n m t

Jd, Jc - mômen quán tính c a ti t di n d m, ti t di n chân khung đ i v i

tr c đi qua tr ng tâm ti t di n và th ng góc v i m t ph ng c a khung

Khung ch nh t là tr ng h p đ c bi t có: L=b (a=0; s=h)

Xác đ nh n i l c càng van cung theo h ph ng

Càng van đ c t o b i hai chân khung chính và đ c n i v i nhau đ cùng ch u l c nh d m (giàn) đ ng hai đ u van và đ a thêm vào m t s thanh b ng đ gi m chi u dài tính toán chân khung chính trong m t ph ng

c a càng van, v y càng van ngoài ch u áp l c n c khi nó là m t b ph n

c a khung chính, còn ch u tr ng l ng b n thân van do giàn ch u tr ng

tr ng l ng thì hai l c t p trung G/4 đ t trên hai thanh cánh càng van và cách g i b n l m t kho ng b ng 0.8R N i l c trong càng van đ c tính v i

th i đi m khi c a van b t đ u r i kh i ng ng, ng v i v trí c a van ch u áp

l c n c l n nh t S đ tính toán càng van chân th ng đ c trình bày hình 2.17 và hình 2.18

Hình 2.17 - S đ tính toán n i l c càng van

Hình 2.18 - S đ xác đ nh cánh tay đòn l c kéo van

Xác đ nh n i l c trong càng van theo ph ng pháp gi i tích

- L c kéo van T1:

) cos (cos

cos sin cos

sin

cos R sin R N

δ δ δ

δ

δ δ

−

−

=

2 1 1 2

1 y 1 x d

cos sin cos

sin

cos R sin R N

δ δ δ

δ

δ δ

G - tr ng l ng ph n đ ng c a c a van

a - kho ng cách t cánh h d m chính t i tâm quay O

T1 - l c kéo m t phía càng van

δ1 - góc h p b i thanh cánh trên c a càng và đ ng th ng n m ngang

δ2 - góc h p b i thanh cánh d i c a càng và đ ng th ng n m ngang

xA; zA - to đ đi m đ t l c kéo c a van

xB; zB - to đ đi m treo l c kéo tr pin

ρ - cánh tay đòn c a l c đ i v i tâm quay O

ρ = OA sin θ 3 2

A 2

x

OA = +

2 A B 2 A

B x ) ( z z ) x

2.3 Phân tích k t c u c a van cung theo bài toán không gian

2.3 1 Khái quát v bài toán không gian

K t c u c a van hình cung là m t k t c u không gian ch u áp l c

n c, tr ng l ng b n thân van và nhi u t i tr ng khác Khi phân tích n i l c

và bi n d ng c a van hình cung theo h ph ng không ph n nh đ c tác

d ng qua l i gi a các b ph n v i nhau, nên k t qu tính toán không ph n

ánh đúng tr ng thái làm vi c th c c a c a van M t khác khi phân tích van

theo bài toán ph ng không xét đ c tác d ng đ ng th i c a nhi u lo i t i

tr ng cùng m t lúc, ngay c khi c a van ch ch u áp l c n c và tr ng l ng

b n thân Nh trên đã trình bày khi phân tích n i l c càng van do tr ng

l ng b n thân van, c ng nh khi tính l c kéo c a van, c n tính tr ng l ng

b n thân c ng nh đi m đ t c a nó theo công th c kinh nghi m, nên k t qu tính toán có th khác v i giá tr th c N u phân tích van cung theo bài toán không gian nh ng v n đ nêu trên s đ c gi i quy t không có khó kh n gì

2.3 2 i u ki n biên c a bài toán

Tr ng h p c a van đóng (n m trên ng ng) - i v i c a van dùng

thi t b đóng m b ng t i c ng nh dùng xy lanh th y l c ta có đi u ki n biên c a bài toán cho hình 2.19

Hình 2.19 - i u ki n biên tr ng h p c a van n m trên ng ng

V i g i b n l có m t tr c quay, g i b n l ki u nón c t thì t i g i b n

l các chuy n v th ng và chuy n v góc b ràng bu c, ch cho chuy n v xoay t do đ i v i tr c quay n m ngang V i g i b n l có hai tr c quay vuông góc v i nhau c ng t ng t , g i b n l ch cho chuy n v xoay t do

đ i v i hai tr c quay T i các đi m t a đáy c a van vào ng ng ho c vào

đ tr pin c n gán liên k t đ n th ng đ ng, ngoài ra v i máy đóng m b ng

xi lanh th y l c còn có l c nén Q1ho c Q2 nh hình 2.19

Tr ng h p c a van r i kh i ng ng: Khi hai thi t b đóng m ho t

đ ng bình th ng V i g i b n l có m t tr c quay ho c hai tr c quay gán ràng bu c liên k t nh tr ng h p c a van n m trên ng ng i v i c a van đóng m b ng xy lanh th y l c thì gán 2 liên k t đ n theo ph ng c a

xy lanh th y l c t i đi m n i xi lanh v i c a van, đ ng th i gán l c ma sát

FTt i g i b n l và l c ma sát FSt i v t ch n n c bên nh hình 2.20

Hình 2.20 - i u ki n biên tr ng h p 2 máy nâng b ng xi lanh th y l c

i v i c a van đóng m b ng t i, ph n dây cáp ho c dây xích ti p xúc v i b n m t, sinh l c ép c c b vào b n m t v i gi thi t t i tr ng phân

b đ u h ng vào tâm b n m t và có c ng đ w=T/R, gán liên k t đ n theo

ph ng dây cáp kéo van, ngoài ra còn có l c ma sát FT và FS gi ng nh

tr ng h p dùng xi lanh th y l c, v y đi u ki n biên c a bài toán đ c th

hi n hình 2.21c đ i v i tr ng h p ph ng dây kéo ti p tuy n v i b n m t

và hình 2.22c khi dây kéo không ti p tuy n v i b n m t

Hình 2.21 - i u ki n biên khi máy nâng b ng t i dây kéo ti p tuy n v i b n

m t

Hình 2.22 - i u ki n biên khi máy nâng b ng t i ph ng dây kéo không

ti p tuy n v i b n m t

Áp l c dây w ph thu c vào l c kéo van T, l c kéo T ph thu c vào

ma sát g i b n l , l c ma sát g i b n l ph thu c vào ph n l c g i b n l ,

ph n l c g i b n l l i ph thu c vào áp l c dây w, nên trong tr ng h p này

c n ti n hành gi i l p cho đ n khi ph n l c g i b n l x p x b ng nhau sau hai l n l p liên ti p

2.3.3 Xác đ nh n i l c và l c kéo c a van

Xác đ nh n i l c và l c kéo van trong tr ng h p c a van v n hành

v i hai thi t b đóng m và đ c tính toán v i t h p t i tr ng sau:

1.4 H1 + 1.2D + 14FS+ 1.0 FT (theo EM 1110-2-2702-1997) Trình t tính toán nh sau: Mô hình hóa c a van theo bài toán không gian, gán các t i tr ng nói trên g m áp l c n c (H1), tr ng l ng b n thân van (D), l c ma sát do v t ch n n c bên FS, l c ma sát g i b n l FT vào mô hình và gán đi u ki n biên vào g i b n l kh ng ch chuy n v th ng và chuy n v góc c a g i đ , ch cho chuy n v quay quanh tr c n m ngang, còn theo ph ng c a xi lanh gán liên k t đ n, ta có s đ tính nh hình 2.23

Hình 2.23 - S đ k t c u van cung ng v i tr ng h p c a van m

Gi i bài toán trên ta có n i l c, ng su t c a các b ph n k t c u van,

c ng nh ph n l c liên k t t i g i b n l và l c kéo van T Sau khi có ph n

l c g i b n l tính l c ma sát FT (có th gán FT vào k t c u van thông qua

mômen u n do FT sinh ra đ i v i tâm O) và ti n hành gi i l i, do nh h ng

c a FT không l n, nên không c n thi t ph i gi i l p nhi u l n

Do hi n nay có nhi u ph n m m r t m nh tính toán k t c u, nên vi c xác đ nh tr ng l ng b n thân c a van c ng nh v trí tr ng tâm c a nó không g p khó kh n gì, do đó tính toán l c kéo van T*

theo công th c (2.14) không thích h p n a, vì trong công th c này mômen c n do tr ng l ng b n thân van đ i v i tâm quay O ph i dùng các công th c tính toán g n đúng đ tính tr ng l ng b n thân van, c ng nh v trí tr ng tâm van, nên hi n nay tính toán l c kéo van theo công th c (2.14) đ c coi là ph ng pháp tính toán truy n th ng, không s d ng đ tính toán l c kéo van trong các c a van

l n, mà ch đ c dùng đ xác đ nh s b l c kéo trong các c a van l n ho c trong các c a van nh đ c tính toán theo s đ ph ng

* Mc

ρ

∑ (2.14) trong đó:

ρ - cánh tay đòn c a l c kéo T*đ i v i tâm quay c a c a van

ΣMc - t ng mômen c a các l c c n đ i v i tâm quay c a c a van

∑Mc = 1,1G.g 1, 2(T R + c + T R ) P ag g + h (2.15)

G - tr ng l ng b n thân van

g - cánh tay đòn c a l c G đ i v i tâm quay

Tc - t ng l c ma sát do v t ch n n c đ nh và hai bên van sinh ra:

Tg , Mg - l c ma sát và mômen c n do ma sát tr ng g i b n l :

Tg = R*f Mg =Tg Rg (2.17) R* - l c tác d ng th ng góc v i tr c g i b n l

fg - h s ma sát gi a tr c và ng lót tr c (b c) c a g i b n l

Rg - bán kính tr c c a g i b n l

Ph - l c hút tác d ng lên v t ch n n c ngang khi van v a r i kh i

ng ng đ c xác đ nh theo công th c sau:

NRF

ϕ (2.22)

trong đó:

kc cv

N =N +N - t ng l c nén trong chân khung do áp l c n c khi nó

là chân c a khung chính và do tr ng l ng b n thân khi nó là thanh cánh c a càng van

F - di n tích ti t di n c a chân khung

)

; m

Lox = µxs - chi u dài tính toán c a chân khung đ i v i tr c x

µx = f(k) - h s chi u dài tính toán c a chân khung đ i v i tr c x

M - mômen u n c a chân khung đ i v i tr c x

Wx

(-)

- môđun ch ng u n đ i v i tr c x c a ti t di n chân c t th ch u nén l n nh t

- Ki m tra n đ nh ngoài m t ph ng u n(đ i v i tr c y):

* y

b n thân van, khi tính theo h ph ng th ng ph i xác đ nh tr ng l ng b n

và đi m đ t c a nó theo công th c kinh nghi m, nên k t qu tính toán n i

l c, chuy n v van, c ng nh l c kéo c n thi t c a m i xy lanh th y l c ch cho giá tr g n đúng, c n đ c tính toán theo bài toán không gian

3 Do yêu c u phân đo n đ thi công và l p ráp, càng van th ng đ c

n i v i d m chính b ng liên k t bu lông, trong tính toán c n xét t i tính d

bi n d ng c a liên k t này, đó là liên k t n a c ng

***

CH NG 3 – T NG QUAN V K T C U CÓ LIÊN K T N A

C NG VÀ PH N M M SAP20003.1 Khái quát v liên k t n a c ng

Trong k t c u thép truy n th ng, liên k t d m - c t b ng bu lông ho c hàn đ c coi là liên k t c ng, th c ra các liên k t này đ u có đ m m nh t

đ nh, do bi n d ng c a các ph n t c a liên k t (t m n i, bu lông,…), do bi n

d ng c c b (b n b ng, b n cánh c a d m và c t) c a các phân t đ c n i (d m, c t), xem hình 3.1 Do đó các k t c u này là k t c u có liên k t n a