Hướng dẫn đồ án môn học Kết cấu thép (Cửa van phẳng)

Hướng dẫn đồ án môn học Kết cấu thép (Thiết kế Cửa van phẳng) Thư mục bao gồm: 1. Bài giảng (file .ppt) 2. Hướng dẫn đồ án môn học (file .doc) 3. Giao nhiệm vụ đồ án môn học 4. Ví dụ tham khảo 5. Bản vẽ tham khảo

THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNGHƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP

Cửa van là một thiết bị cơ khí quan trọng trong công trình thủy lợi thủy điện

Chiếm khoảng 10% tổng giá thành công trình CỬA VAN

Điều tiết lưu lượng, khống chế mực nước thượng hạ lưu Như là “chìa khóa” vào khai thác sử dụng ngôi nhà

Sự cố đối với cửa van là hết sức nguy hiểm

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

Theo nhiệm vụ:

-Cửa van công tác -Cửa van sự cố -Cửa van kiểm tra

PHÂN LOẠI CỬA VAN

Đây là loại cửa được sử dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi, đặc biệt là trên tràn, đập dâng và cống vùng ảnh hưởng triều.

Bản mặt cửa có hình cung thường trùng với tâm quay của cửa

Sau bản mặt cửa là hệ kết cấu khung giàn

Cöa van cung trµn x¶ lò hå Nói Cèc – Th¸i Nguyªn

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

M« h×nh tÝnh to¸n cöa van cung hå Cöa §¹t - Thanh

Hãa

B=11 mH=17 m

R=21 m

Cửa van cung nhịp lớn là một trong những phương án lựa chọn thiết kế cống ngăn triều khu vực TP Hồ Chí Minh

Cửa van phẳng

Cửa van phẳng là hình thức cửa ra đời sớm nhất trong các loại cửa van sử dụng trong công trình thủy lợi và đến nay còn được áp dụng rộng rãi Bản mặt cửa phẳng Sau bản mặt là hệ kết cấu dầm giàn

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

H¹ lu cöa van ph¼ng cèng B¸o §¸p – Hng Yªn

TÝnh to¸n cöa van ph¼ng cèng Trµ Linh 1 – Th¸i B×nh

B= 8.0 mH= 5.16 m

Cửa van phẳng cống Đụi Ma – Long An

Cửa van tự động cống Luỳnh Huỳnh - Kiên Giang

Bài giảng kết cấu thép

Tính toán cửa van tự động cống kênh số 2 – Kiên Giang

B= 7.85 mH= 5.0 m

Phương ỏn chọn cửa van cống Thủ

Bộ, Mương Chuối (khẩu độ 40m)

Công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long – Thừa Thiên Huế

sử dụng cửa van clape trục dưới

Cöa van ng¨n s«ng T« Ch©u – TP Thîng H¶i, Trung Quèc

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

Cöa van cèng ph©n lò §Ëp §¸y – Hµ Néi

Mô hình tính toán cửa van Đập Đáy

Khảo sát phục vụ cho tính toán kiểm tra tình trạng làm việc

hiện tại của cửa van

Cửa van nồi - Thái Bình (1906)

Cửa van tự động tràn xả lũ hồ Cấm Sơn – Bắc Giang

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

Cöa van ch÷ nh©n ©u thuyÒn Tam HiÖp – Trung Quèc

Cöa van cæng Lower – Rhine – Hµ Lan (2 khoang

54m)

Cöa van Maeslandt kering – Hµ Lan

ChiÒu dµi cµng van: 237m ChiÒu cao lín nhÊt: 20m

§êng kÝnh èng lín nhÊt: 1,8m ChiÒu dµy thµnh èng: 60~90mm

Cöa van Hartel – Hµ Lan (1 khoang 49.3m + 1 khoang 98m)

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

Cöa van Sancha – TP Nam Kinh, Trung Quèc

Cöa van Xinzha – TP Thêng Ch©u, Trung Quèc

-Đủ khả năng chịu lực -Đóng mở theo yêu cầu -Không rò rỉ nước -Chống rỉ tốt -Dễ duy tu bảo dưỡng YÊU CẦU ĐỐI VỚI CỬA VAN

TÀI LIỆU CƠ BẢN CHO THIẾT KẾ CỬA VAN

-Bố trí tổng thể công trình -Điều kiện làm việc của 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

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỬA VAN

-Trọng lượng bản 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

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

-Đưa về các hệ phẳng -Hệ không gian

Sơ đồ kết cấu tổng thể cửa van Khung chính

Dầm phụ

(CỬA VAN PHẲNG LOẠI HAI DẦM CHÍNH)

1 Giáo trình Kết cấu thép – Vũ Thành Hải, Trương Quốc Bình,

Vũ Hoàng Hưng – NXBXD 2006

2 Hướng dẫn đồ án môn học Kết cấu thép: Thiết kế cửa van phẳng bằng thép công trình thủy lợi –

Bộ môn KCCT

3 SAP2000 – Phân tích kết cấu công trình thủy lợi thủy điện – Vũ Hoàng Hưng và nnk – NXBXD 2012

4 Tiêu chuẩn thiết kế Kết cấu thép hung.kcct@wru.edu.vn

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

SỐ LIỆU THIẾT KẾ (Mỗi nhóm sinh viên có một số liệu riêng)

1 Thiết kế cửa van phẳng trên mặt (thuộc nhóm 4)

2 Bề rộng lỗ cống L o (m)

3 Chiều cao mực nước thượng lưu H (m)

4 Thiết kế trong trường hợp cửa van đóng, hạ lưu không có nước

5 Vật liệu thép làm cửa van: thép CT3

6 Vật liệu làm bánh xe: thép đúc CT 35Đ

YÊU CẦU

1 Một bản thuyết minh tính toán các bộ phận kết cấu cửa van

2 Một bản vẽ kết cấu tổng thể cửa van và các chi tiết

CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CỬA VAN

7a

6 2

5

7b

7c 8

7a

L0

C

∆

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

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

q p

E

RLn h

tc tc





b

b b

M

8

2 max  



600

11



kt

h

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

DÀN NGANG Nguyên tắc bố trí:

-Khoảng cách giữa các dàn ngang (B) nên nhỏ hơn 4m -Chọn số lượng lẻ, bố trí một dàn ở chính giữa cửa van -Bố trí khoảng cách đều nhau và nằm trong phần mặt cắt

không đổi của dầm chính DẦM PHỤ

Nguyên tắc bố trí:

-Bố trí trên thưa, dưới dày -Chọn khoảng cách từ 0.7 ~ 0.9m -Chọn tiết diện chữ [ đặt úp

II TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CỬA VAN

1 BẢN MẶT

(I) (II) (III) (IV) (V)

Nguyên tắc tính toán chiều dày bản mặt:

-Dựa vào điều kiện thỏa mãn về cường độ -Coi ô bản mặt liên kết ngàm đàn hồi theo bốn cạnh -Tính toán với từng ô bản mặt, chọn chiều dày lớn nhất (bản

mặt cùng một độ dày)

Rm

pa

6

p – cường độ áp lực nước trung tâm ô bản mặt tính toán, kN/m2

a – cạnh ngắn ô bản mặt; b – cạnh dài ô bản mặt

α – hệ số phụ thuộc tỉ số cạnh dài/cạnh ngắn, bảng 7.1 trang 190 GT

mb– hệ số điều kiện làm việc, m b = 1.25

Ru– cường độ tính toán khi chịu uốn của vật liệu làm bản mặt

δ – chiều dày bản mặt tại ô tính toán (m), δ ≥ 10mm khi L ≥ 10m,

δ max Bảng xác định chiều dày các ô bản mặt

Chọn chiều dày bản mặt lớn nhất trong các ô bản mặt và thỏa mãn chiều dày tối thiểu

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

2 DẦM PHỤ

a/ Nguyên tắc tính toán dầm phụ ngang

-Dầm phải thỏa mãn điều kiện cường độ và độ võng -Tính theo sơ đồ dầm đơn chịu tải trọng hình thang hoặc dầm

liên tục chịu tải trọng phân bố đều

-Các dầm phụ ngang có cùng kích thước mặt cắt, tính toán

với dầm phụ chịu tải trọng lớn nhất

(1) (2) (3)

Bảng tính toán tải trọng tác dụng lên dầm phụ

Dầm Cường độ áp lực nước tại trục dầm p, kN/m 2

Khoảng cách giữa các dầm, m

123

2 a a p

q tr  d

 2

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

qB M

2 2 max 

4

aa



L

Tra bảng 7-3 GT KCT Phản lực gối tựa, mô men uốn lớn nhất tại giữa nhịp, mô men uốn lớn nhất trên gối

Dựa vào điều kiện thỏa mãn về cường độ:

R W

e/ Kiểm tra tiết diện chọn

3l

0 2

a a

c 2 b b

bc- bề rộng dầm phụ tiếp giáp với bản mặt;

c- kích thước có liên quan đến độ dày bản mặt và tính chất vật liệu, c = 25;

atr, ad - lần lượt là khoảng cách từ dầm phụngang đang xét đến dầm trên nó và dầm dưới nó;

lo– chiều dài tính toán của dầm đơn hay khoảng cách giữa các điểm 0 của biểu đồ

mô men uốn trong dầm liên tục

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

- Kiểm tra cường độ:

R W









Wth– mô men chống uốn của tiết diện thu hẹp;

S – mô men tĩnh của phần bị trượt đối với trục trung hòa;

J – mô men quán tính của tiết diện nguyên;

1 L

3 DÀN NGANG

a/ Nguyên tắc tính toán dàn ngang

-Dàn phẳng hình thang chịu tác dụng của tải trọng ALN đặt tại nút -Các thanh dàn chỉ chịu lực kéo hoặc nén

-Lựa chọn mặt cắt thanh dàn được ghép bằng hai thanh thép góc -Thanh dàn thỏa mãn điều kiện về cường độ và ổn định

B H P

P P

pi  n i

γn– trọng lượng riêng của nước, kN/m3

B – khoảng cách giữa 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 P i (kN)

12

1 1 1

l

Z W

23

2 2 12

1 12 1 2

l

Z W l

Z - l W

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

Bảng tính toán tải trọng tác dụng vào các mắt dàn

Ký

hiệu thanh

Ký hiệu thanh

Nội lực (daN)

Chiều dài thanh

Lox (cm)

Loy (cm)

Tiết diện thanh

(daN/cm 2 ) 12

Nếu không thỏa mãn có thể điều chỉnh a tr ≠ a d nhưng không chênh nhau quá lớn, biểu thị tải trọng tác dụng lên dầm chính trên và dầm chính dưới không chênh nhau quá 5%

Nếu tiếp tục không thỏa mãn phải khắc phục bằng cách đục

lỗ ở bản bụng dầm chính dưới

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

a tr

a d

d tr

d n tr

aa

aWq

tr n d

aa

aWq





Tải trọng tác dụng lên dầm chính dưới

Chọn tải trọng lớn hơn để tính toán kích thước dầm

q p

E

RLn h

tc tc

160

~ 120





b

b b



o

n

Dầm có sườn đứng gia cường

Dầm chính trong cửa van

* Kích thước bản bụng

95h 0

hb 

- Chiều cao bản bụng h b

- Chiều dày bản bụng b

c b

max b

R h

Q 5 1



Thỏa mãn điều kiện chống cắt:

Thỏa mãn điều kiện độ mảnh:

gt b

b b

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

* Kích thước bản cánh

025h 0

c 



- Chiều dày bản cánh c

- Chiều cao chính xác của dầm h

Lựa chọn chiều dày phù hợp với chiều dày thép bản tiêu chuẩn

c

b 2h

h  

- Chiều rộng bản cánh b c

2 c c

c c

h

2J b





12

h - 2

h W J

3 b b yc c



Thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ:

R

2100 30

Lựa chọn bề rộng theo quy cách thép bản

d/ Kiểm tra tiết diện chọn

Kể đến một phần bản mặt tham gia

b

50 b

b  c

X

y min

y max

85R 0 y

J

M

max X

Xo

max Xo max

J

S Q

1 EJ

L q 384

5 L

f

o X

3 tc tc

2 J

S Q

g Xo

c Xo max

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

d

100 95

0 25



b b

h

Q

cm daN

-Thanh cánh thượng và thanh cánh

hạ của dàn là bản cánh dưới của dầm chính, thanh đứng của dàn là thanh cánh hạ của dàn ngang

-Chỉ cần thêm thanh xiên sẽ tạo được dàn chịu trọng lượng-Tính toán như dàn phẳng song song

Bµi gi¶ng kÕt cÊu thÐp

a/ Sơ đồ tính toán

a tr + a d

B L

0.5P m

n

G B

L

G

F F

Trọng lượng bản thân cửa van G:

F – diện tích chịu áp lực nước của cửa van (m2)

n – số khoảng mắt dàn

Giàn chịu trọng lượng cửa van chịu ½ trọng lượng bản thân cửa van

và được đưa về các mắt dàn, gối tựa dàn tại vị trí cột biên

c/ Tính toán nội lực trong các thanh dàn Dùng phương pháp đồ giải (phương pháp Cremona) sau đó kiểm tra lại nội lực thanh bằng phương pháp giải tích (mặt cắt, tách mắt) hoặc sử dụng phần mềm SAP2000 xác định nội lực trong các thanh dàn

d/ Chọn tiết diện và kiểm tra tiết diện chọn Các thanh cánh trên và cánh dưới thực tế là bản cánh chịu kéo của dầm chính nên không cần phải tính toán

Các thanh bụng xiên lựa chọn cùng một loại tiết diện, lựa chọn thanh có nội lực lớn nhất để tính toán

Các thanh bụng xiên được làm từ các thép góc đơn có số hiệu mặt cắt ngang lớn hơn L60x6

Các thanh bụng đứng đồng thời là thanh cánh hạ của dàn ngang nên cần phải kiểm tra ứng suất tổng khi chịu áp lực nước và trọng lượng bản thân