SÁNG KIẾN CẢI TIẾN vật LIỆU PHAI THÉP VÀ DÀN ĐÓNG MỞ CÁC ĐẬP DÂNG TRÊN SÔNG HỆ THỐNG THỦY LỢI

CƠNG TY TNHH KHAI THÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BÌNH ĐỊNH
PHÒNG KỸ THUẬT
 

SÁNG KIẾN CẢI TIẾN VẬT LIỆU PHAI
VÀ DÀN ĐÓNG MỞ PHAI ĐẬP DÂNG

 
 
 
Tháng 9 năm 2015


Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến
Công ty TNHH Khai thác cơng trình thủy lợi Bình Định
Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Cơng trình thủy lợi
 
Tác giả sáng kiến: Huỳnh Văn Trung
Ngày sáng kiến được thử nghiệm: 15/8/2013
Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu: 17/12/2014


1. Phai thép đập dâng
• Hiện nay, Cơng ty TNHH Khai thác cơng trình thủy lợi Bình Định
đang quản một hệ thống cơng trình thủy lợi lớn và nhỏ trên địa
bàn tồn tỉnh, trong đó bao gồm 24 đập dâng lớn trên hệ thống
sông Kone, sông Lại Giang và sông La Tinh. Với số đập dâng
đó, hàng năm Cơng ty có nhu cầu sử dụng một lượng gỗ tương
đối lớn làm ván phai vận hành. Trong khi đó, thực trạng rừng đầu
nguồn ở nước ta đang bị khai thác bừa bãi, tài nguyên rừng cạn
kiệt, vật liệu gỗ đã trở nên q khan hiếm.

• Trước tình hình đó, lãnh đạo Cơng ty u cầu Phịng Kỹ thuật
nghiên cứu phương án đưa ra một loại vật liệu khác thay cho gỗ
để làm ván phai các đập dâng, sao cho kích thước, trọng lượng
không thay đổi so với gỗ, độ bền cao, giá thành tương đối thấp…


Đập Thạnh Hòa 1 cao 2.5m, gồm 35 cửa, mỗi cửa rộng 2m;
sử dụng 875 tấm phai.


Phai gỗ sau thời gian sử dụng bị hư hỏng


• Sau khi nhận được yêu cầu, với cương vị là một lãnh đạo Phịng, tơi đã
có nhiều trăn trở, ra sức nghiên cứu, tính tốn và cuối cùng đi đến
thống nhất phương án sử dụng vật liệu thép thay cho gỗ. Với hệ thống
đập dâng trên sông tương đối lớn, bước đầu chỉ tính tốn thử nghiệm
đại diện cho đập Thạnh Hịa 1 vì đập có quy mơ lớn, số lượng ván phai
sử dụng nhiều (875 t), đồng thời vi trí đập thuận tiện cho việc đi lại
khảo sát, kiểm tra, thử nghiệm …; sau thành cơng sẽ có hướng nhân
rộng ra các đập dâng khác.
• Đập Thạnh Hịa 1 vốn có 35 cửa đóng mở bằng phai gỗ. Kích thước
mỗi cữa B=2m. Chiều cao đập H=2,5m. Kích thước khe phai
(BxL)=(12x14)cm. Để đảm bảo điều kiện đặt ra, phai thép sơ bộ được
chọn như sau: Chiều cao phai thép H=0.2m. Chiều dài phai thép
L=2,24m. Kết cấu phai thép gồm 2 sắt hình chữ U5 KT( 50x26x3,5)mm
chịu lực, dài mỗi thanh L=2,24m. Thanh thép phụ đứng cao H=0,193m
cũng bằng thép U5 KT( 50x26x3,5)mm gồm 6 thanh. Thép bản mặt dày
3mm. Sau phần gia công thô, phai thép sẽ được quét phủ hắc ín bảo
vệ cả mặt trong và ngồi.

Phai thép thực tế sau khi gia công chế tạo


Sơ họa kết cấu và kích thước phai thép.


Các tính tốn cụ thể về khả năng chịu lực của phai thép:
• Thứ nhất: Tính tốn khả năng chịu uốn của dầm chính:
a/Chọn trường hợp tính tốn: Tính tốn cho phai thép sát
đáy đập. Chiều cao cột nước H=2,5m ( Bằng đỉnh đập).
Đập đóng hồn tồn để tưới.
b/ Sơ đồ tính tốn:


Ta có Lo = 2m
Xem như lực phân bố đều trên toàn bộ chiều rộng cửa đập:
Xác định lực phân bố đều qi
qi= α . H. a
Với: - α: Trọng lượng riêng của nước, α=10 KN/m3
H= (H1+H2)/2=(2,3+2,5)/2=2,4m
Chiều cao phai thép a=0,2m
qi= 10. 2,4. 0,2=4,8KN/m
Mô men lớn nhất tại giữa dầm chính
Mmax=qi Lo2/8= 4,8x22/8=2,40 KNm
Lực cắt lớn nhất tại 2 đầu dầm:
Qmax= qi Lo/2=2,4. 2 /2=2,4 KN
c/ Kiểm tra điều kiện chịu uốn:
Để đảm bảo phai thép không bị uốn cong phải thỏa mãn biểu thức sau

α= Mmax/Wx <= [ Ru]
Với - Mmax: Mô men lớn nhất tại giữa dầm
Wx: Mô men chống uốn của mặt cắt tiết diện thép chịu lực.


* Trường hợp chỉ dầm chính chịu lực:
MẶT CẮT NGANG TIẾT
DIỆN THÉP TÍNH TỐN

• Xác định Mơ men qn tính chính trung tâm
Jy
Jx=( BH3-bh3)/12= (5,2.53–4,5.4,33)12 =
24,35 cm4
• Xác định Wx= Jx/ yc= 24,35/2,5=9,74 cm3
α= Mmax/Wx = 2,4.104 / 9,74 = 2464
Dan/cm2 > [ Ru]= 2.100 Dan/cm2
• Vậy dầm chính chịu lực không đảm bảo.


* Trường hợp Bản mặt kết hợp với
dầm chính tham gia chịu lực:
• MẶT CẮT NGANG TIẾT DIỆN THÉP TÍNH TOÁN


• Xác định Yc:
Yc: Khoảng cách từ trục X đến trục trung hòa Xc
Yc=
Yc = ((0,15*0,3*20)+(0,475*0,35*2,6.2)+(2,8*0,35*4,3*2)+(5,47
*0,35*2,6*2))/ (0,3*20 )+(0,35*2,6.2)+(0,35*4,3.2) + (0,35*2,6*2)=1,59 cm
• Xác định Mơ men qn tính Jx

Jx =Jx + Y2 F
Với: Y: Khoảng cách từ trọng tâm mặt cắt tính tốn đến tâm trục trung hịa
F: Diện tích mặt cắt tính tốn
• Ta chia mặt cắt tính tốn thành 3 hình: Gồm 1 hình chữ nhật lớn có kích
thước (BxH)=(20x5,3)cm, 01 hình chữ nhật nhỏ: có cạnh ( bxh)=
(14,8x5)cm, 01 hình chữ nhật có cạnh ( bxh)= (2,25x4,3)cm.


Ta có: Jx= Jx’ – ( Jx”+ 2Jx’’’)
Jx’ = (20.5,33/12) + (1,062. 20. 5,3)= 367,22 cm4
Jx” = (14,8.53/12) + (1,212 .14,8.5)= 261,51 cm4
Jx’’’ = ((2,25.4,33/12) + (1,212 .2,25.4,3)).2= 58,14 cm4
Vậy Jx= 46,57 cm4
Wx= Jx/ Yc’
Với Yc’ = H - Yc= 5,3-1,59=3,71 cm
Wx= Jx/ Yc’ = 46,57/ 3,71= 12,55 cm3
[ Ru]: Cường độ chịu uốn của Thép cho phép, Với thép CT3, [ Ru]=2.100
DaN/cm2
α= Mmax/Wx = 2,4.104/12,55 =1.912 Dan/cm2 < [ Ru] =2.100 Dan/cm2
•
Vậy với điều kiện bản mặt tham gia chịu lực cùng với dầm chính thì đảm
bảo điều kiện chịu uốn.


Thứ hai: Kiểm tra điều kiện chịu cắt tại 2 đầu dầm:
• Để đảm bảo phai thép khơng Qbị cắt
tại 2 đầu dầm phải thỏa mãn biểu
.
S
 max  max 0 [ Rc]

thức sau:
Jx.b
Ta có cơng thức sau:
• Trong đó: - Jx: mơmen qn tính của tiết diện đầu dầm.
- S0 : mômen tĩnh của tiết diện đầu dầm.
- Qmax: Lực cắt lớn nhất tại 2 đầu dầm
- δb: Chiều dày
Với So =
= (2,5* 5*5,2) – (2,15* 4,5*4,3)= 23,40 cm2
Jx= 24,35 cm4
δb =0,35cm
Ta có: max = (2,4*100*23,4)/(24,35*0,35)=658,96Dan/cm2 <[ Rc]=1.300
Dan/cm2
Vậy dầm đảm bảo điều kiện chịu cắt.


Tính tốn bản mặt chịu lực:
• Dựa vào trong một hàng ngang giữa 2 dầm phụ dọc, chỉ cần tính cho một ơ,
các ơ cịn lại cùng kích thước, chịu lực như nhau, nên tương tư,
Tính tốn khả năng chịu lực của bản mặt:
Tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn a/b>=2 nên ta tính như bản tựa lên 2
cạnh
Bản mặt được tính như sau( Xét một dải có bề rộng 1m)
Ta có δ = M/Wbm <= mRu
Với Wbm= δbm2/6, M= b2. Pi/16
Nên δbm>= 0,61. b. Pi/mRu (*)
Trong đó:
m: Hệ số điều kiện làm việc, m=1
Pi: Cường độ áp lực tác dụng lên tâm mỗi ô
b: cạnh ngắn của ô bản, b=20 cm

a: Cạnh dài của Ô bản, a=40 cm
Ru: Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt; Ru=2.100 DaN/cm2


Ta có Pi = qi/S
qi = 4,8 . 100 DaN
S=a.b=40 . 20= 800 Cm2
S: Diện tích một ơ chịu lực có cạnh a,b
Nên Pi= 4,8.100/ 800=0,6 Dan/ cm2
Thế các giá trị vào biểu thức (*) ta có
δbm>= 0,61* 20* 0,6/2100 = 0,206 cm
Vậy ta chọn thép bản mặt dày δbm=3mm đảm bảo chịu lực
Kết luận: Với kết cấu thép như đã chọn đảm bảo về điều kiện chịu lực.


• Kiểm tra đẩy nổi:
Tấm phai thép chìm khi lực đẩy Archimedes nhỏ hơn trọng lượng tấm
phai FATrọng lượng tấm phai tính được: P=28,7kg
Độ lớn của lực đẩy Archimedes bằng tích của trọng lượng riêng của
nước và thể tích vật:
FA= γ.V
= 1000*2,24*0,2*0,053
= 23,744 (kg)
FA =23,744 kg < P=28,7 kg
Kết luận: tấm phai không bị đẩy nổi.


2. Dàn đóng mở phai
Từ lâu nay, cơng tác vận hành đập dâng khi kéo, thả ván phai

bằng thủ công truyền thống vừa khó khăn, vừa hao tốn nhiều sức lực,
lại rất nguy hiểm đến tính mạng của người cơng nhân vận hành, đặc
biệt nhất mỗi khi mùa mưa lũ xảy ra.
Sau thành công của phai thép, lãnh đạo Công ty tiếp tục yêu cầu
nghiên cứu cải tiến phương tiện kéo thả phai nhằm khắc phục những
bất cập nêu trên.
Qua tìm tịi, nghiên cứu, tơi đã định hướng thiết kế dàn đóng mở
phai có kết cấu bằng thép CT3, thép chữ U hàn liên kết với thép tấm;
vận hành đóng mở bằng 2 Pa lăng 500kg kết hợp với 2 thanh sắt mạ
kẽm kéo, thả tấm phai.


Ghi chú:


Về khả năng áp dụng của sáng kiến:
Sau khi thiết kế, đặt hàng cho đơn vị cơ khí gia cơng sản xuất và
thử nghiệm thành công, phai thép và dàn đóng mở đã được sử dụng thí
điểm tại đập dâng Thanh Hòa 1, về lâu dài sẽ được nhân rộng đồng bộ
cho tồn bộ hệ thống đập dâng do Cơng ty quản lý.


- Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến:
Phai thép có kích thước, kết cấu tương đồng với kết cấu gỗ phai
nên khi sử dụng không cần điều kiện gì khác biệt. Dàn đóng mở
phai có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, di chuyển thuận tiện, nên chỉ
qua hướng dẫn, người cơng nhân vận hành có thể dễ dàng sử
dụng.
- Đánh giá lợi ích thu được:
Phai gỗ có trọng lượng khô khoảng 44kg/1 tấm phai, khi ngấm no

nước, trọng lượng gấp 1,5 lần, tương đương 66kg. Trong khi đó,
phai thép theo thiết kế có trọng lượng khơ hay ướt đều bằng
28,7kg. Như vậy, trong quá trình mang vác, thao tác vận hành,
phai thép sẽ đem lại sự thuận tiện, giảm hao tổn sức lực khá lớn
cho người công nhân.


Phai thép thiết kế có khả năng chịu lực tốt, tuổi thọ cao hơn nhiều lần
so với ván phai gỗ (tuổi thọ phai gỗ trung bình khoảng 4 năm, trong khi tuổi
thọ phai thép ước tính khoảng 13 năm); Cịn giá thành ván phai gỗ khoảng
(2,2 x 0,2 x 0,1)m3 x 7.630.000đồng =335.000 đồng/4năm => giá thành phai
gỗ trên đơn vị thời gian sử dụng = 83.930đồng/năm; Trong khi giá thành phai
thép được tính tốn cùng thời điểm = 980.000 đồng/13 năm => giá thành trên
đơn vị thời gian sử dụng của phai thép = 75.385 đồng/năm.
So sánh giữa hai kết quả, chúng ta nhận thấy, giá thành phai thép thấp
hơn so với ván phai gỗ tính trên một đơn vị thời gian sử dụng.
Không những vậy, bề mặt phai thép có độ phẳng tốt, đảm bảo độ khít
để giữ nước nên mỗi khi đóng đập chỉ sử dụng một hàng phai; ưu thế hơn hẳn
ván phai gỗ với bề mặt dễ bị gồ ghề, cong vênh, lồi lõm, khi đóng đập phải sử
dụng đồng thời hai hàng phai, ở giữa long một lớp đất mới đảm khảo độ khít,
gây tốn kém không nhỏ về công sức và tiền bạc hàng năm.


Hiệu quả:
+ Đối với phai thép:
Giảm sử dụng gỗ làm phai góp phần bảo vệ rừng,
bảo vệ mơi trường sinh thái.
Giá cả tính theo năm rẻ hơn gỗ phai.
Độ bền sử dụng cao hơn rất nhiều so với phai gỗ.
Bảo quản trong kho đơn giản hơn phai gỗ vì

khơng cần biện pháp diệt mối và chống cháy.
Vận chuyển nhẹ nhàng, dễ hơn phai gỗ

+ Đối với Dàn đóng mở:
Mở phai bằng pa lăng nhẹ nhàng hơn mở bằng
con người với móc, xà beng…
Rất an tồn so với mở thủ cơng như lâu nay, có
lúc bật đầu ván phai kéo theo cơng nhân văng
xuống đập rất nguy hiểm.
Dàn đóng mở di chuyển nhẹ nhàng bằng bánh
xe, tháo lắp dễ dàng.


Việc ứng dụng phai thép vào thực tiễn sản xuất không những
mang lại hiệu quả cao về kỹ thuật, kinh tế mà cịn góp phần giảm thiểu
việc sử dụng gỗ tự nhiên, nạn khai thác, tàn phá rừng bừa bãi, đóng góp
tích cực trong việc bảo vệ tài ngun, mơi trường, giảm sức tàn phá của
thiên tai.
Dàn đóng mở có kết cấu đơn giản, vận hành thuận tiện, di chuyển
nhẹ nhàng bằng các bánh xe nhỏ.
Việc đóng thả phai bằng dàn đóng mở đã giải phóng đáng kể sức
lao động, đem lại sự an tồn cho người cơng nhân vận hành, rất được sự
đồng tình, hoan nghênh của anh em quản lý đập.
Tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực, đúng
sự thật và hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật./.