CHƯƠNG 7. THIẾT KẾ CỬA VAN CUNG
7.3. Phương pháp tính toán
Các phân tố kết cấu phần động của cửa van về cường độ,ổn định,biến dạng và mỏi được tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn,còn các phân tố cố định và các chi tiết cơ khí được tính toán theo phương pháp ứng suất cho phép.
Kết cấu cửa van là kết cấu không gian và chịu tải trọng phức tạp, khi phân tích nội lực để đơn giản ta đưa về các hệ phẳng.Nội lực các phân tố nằm trên giao tuyến giữa hai hệ phẳng lấy bằng tổng nội lực của hai hệ phẳng đó.
7.4 Tính toán kết cấu cửa van cung theo dạng bài toán phẳng 7.4.1 Thiết kế sơ bộ
7.4.1.1 Các bộ phận chính của cửa van cung
Hình 7-1. Các bộ phận cửa van cung
Bản mặt (a): Làm bằng thép, đây là phần chịu trực tiếp áp lực nước và truyền toàn bộ lực lên ô dầm.
Ô dầm (b): Được tạo bởi các dầm phụ đứng và ngang, để đỡ bản mặt và truyền tải trọng lên dầm (giàn) đứng.
Dầm (giàn) đứng (c): Đỡ tải trọng từ ô dầm và truyền lên đầm chính.
Khung chính (d): Bao gồm dầm chính và chân van. Đỡ toàn bộ áp lực nước tác dụng lên cửa van và truyền lên gối đỡ.
Giàn chịu trọng lượng (e): Đặt ở phía trước và sau dầm chính, chịu toàn bộ trọng lượng của cửa van và các thành phần lực tác dụng theo phương đứng và truyền các lực này lên trụ biên.
Trụ biên (g): Có thể là giàn hoặc dầm, nối đầm chính và khung chính.
i a
h
e g c
b
d i
Giàn gối (h): Dùng để liên kết các nhánh của chân khung tạo thành một kết cấu, và có tác dụng truyền toàn bộ áp lực nước, một phần trọng lượng bản thân van và lực ép do nâng hạ van lên bộ phận gối tựa.
Bộ phận gối đỡ (i): Truyền toàn bộ lực từ phần động lên gối bản lề và bảo đảm chuyển động quay cho bộ phận công tác.
Vật chắn nước: Được chế tạo bằng cao su, gỗ hoặc các loại vật liệu khác, tác dụng bịt kín khe hở giữa bản mặt và bộ phận cố định.
Ngoài ra còn hệ thống đóng mở cửa van kiểu xi lanh thủy lực.
7.4.1.2 Hình thức và cách bố trí cửa van cung a) Hình thức cửa van
Cửa van dùng bản mặt tròn có tâm trùng với tâm quay và có hai khung chính chịu tải trọng bằng nhau.
Hình 7-2. Hình thức cửa van b) Hình thức khung chính
Khung chính của cửa van thường dùng các dạng sau: chân thẳng và cứng (Hình 7-3a), chân thẳng và mảnh (Hình 7-3b), chân xiên và mảnh (Hình 7-3c).
Hình 7-3. Các dạng khung chính cửa van cung
Ta chọn hình thức khung chính là chân xiên và mảnh.
R
T©m quay van Tâm bản mặt
a) b) c)
c) Cách bố trí cửa van cung
Hình7-4. Hình thức bố trí cửa van cung Ta chọn hình thức bố trí ngoài khe van.
7.4.1.3 Chọn sơ bộ các bộ phận cửa van a) Bản mặt cửa van cung
Vật liệu: dùng loại thép tấm.
Lực tác dụng: áp lực nước tác dụng trực tiếp lên bản mặt, Hmax =10 (m).
Chọn chiều cao cửa van cao hơn chiều cao cột nước Hmax là 0,5 (m), vậy khẩu diện cửa van là 8x10,5 (m).
b) Khung chính
Khung chính là một bộ phận quan trọng của cửa van cung, có tác dụng truyền toàn bộ áp lực nước, trọng lượng bản thân lên gối bản lề.
Khung chính có hai bộ phận chính: dầm chính và chân khung.
Khẩu diện cửa van: BH = 810,5 (m). Tachọn sơ bộ khung chính như sau:
khung chính được đặt theo phương của bản mặt, gồm hai khung chính chịu tải trọng bằng nhau có :
Chiều cao khung: h = R (R là bán kính cong của bản mặt). Theo tiêu chuẩn 82992009:Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế cửa van khe van bằng thép, bán kính R=(1,01,5).H; với H=10 (m),ta chọn R=11 (m).
Cao trình tâm quay cửa van: +426,5 (m).
Khung chính dạng chân xiên, mảnh tiết diện đều, dầm chính rỗng.Nhịp tải trọng l=8 (m), khoảng cách giữa hai gối bản lề là l0=7 (m).
lo L
l
L = lo
l
a, Bố trí trong khe van b, Bố trí ngoài khe van
Kết cấu khung chính: Hình 7-5.
Hình 7-5. Kết cấu khung chính
7.4.1.4 Dầm đứng
Dầm đứng được tạo thành từ các tấm thép ghép lại với nhau thành dầm có mặt cắt dạng chữ I, gồm ba phần nối lại với nhau qua hai dầm chính.
Sơ đồ kết cấu được thể hiện trong hình 7-6.
Hình 7-6. Bố trí kết cấu dầm đứng 7.4.1.5 Bố trí ô dầm
Ô dầm được tạo bởi dầm phụ ngang và dầm đứng, là bộ phận trực tiếp đỡ bản mặt và truyền lực lên giàn ngang từ bản mặt.
Các dầm phụ được bố trí đặt liên tục trên cánh thượng của dầm đứng, dọc theo chiều dài van.
- Số lượng dầm đứng: 5 dầm;
- Số lượng dầm phụ ngang: 11 dầm;
426,5m
421m R=11m
Dầm đứng
DÇm chÝnh Dầm đứng
7.4.1.6 Trụ biên và giàn gối a) Trụ biên
Trụ biên được bố trí ở hai đầu cửa van dùng để gắn bánh xe bên, vật chắn nước, cũng như các chi tiết khác.
Trụ biên đặt theo chiều cao của tiết diện ngang cửa van. Trụ biên làm bằng thép ghép có tiết diện ngang giống dầm đứng.
b) Giàn gối
Giàn gối là một bộ phận quan trọng trong cửa van, là bộ phận chuyền tổng lực tác dụng lên gối tựa, chịu lực tác dụng tổng hợp. Giàn gối được tạo bởi các nhánh của chân khung chính, có tác dụng liên kết các nhánh của khung chính.
Trong trường hợp thiết kế cửa van ở đây với loại cửa van lớn cho nên bố trí giàn gối riêng biệt không liên kết với trụ biên tạo thành một kết cấu chung.
Để liên kết giữa hai thanh cánh lại thành một giàn thì sử dụng các thanh xiên để liên kết, tạo thành một sơ đồ hình học dạng hình thang tạo thành một kết cấu giàn bất biến hình, các thanh bụng chịu lực dọc. Liên kết giữa các thanh xiên và thanh cánh bằng hàn và phải bố trí có các mắt giàn.
Hình 7-7. Sơ đồ hình học giàn gối hình thang 7.4.1.7 Bộ phận làm kín nước
Vật liệu bằng cao su.
Các gioăng cao su đáy và bên cạnh được cố định vào cửa van bằng các bu lông. Các gioăng được bảo vệ chắn nước, có khả năng điều chỉnh và thay thế được.
Gioăng hai cạnh bên được chế tạo bằng cao su lá và được liên kết chắc chắn với gioăng đáy.