Nghiên cứu các giải pháp nâng cao tuổi thọ của cửa van trong công trình thuỷ lợi vùng nước mặn

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội
oOo





BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QỦA NGHIÊN CỨU






Đề tài:

"NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI
THỌ CỦA CỬA VAN TRONG CÔNG TRÌNH THUỶ
LỢI VÙNG NƯỚC MẶN"




Chủ nhiệm: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH TÂN

8914



Năm 2011

1
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội
oOo



BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QỦA NGHIÊN CỨU




Đề tài:

"NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI
THỌ CỦA CỬA VAN TRONG CÔNG TRÌNH THUỶ
LỢI VÙNG NƯỚC MẶN"

Số đăng ký:


Hà Nội, ngày tháng năm 2011
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI








PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH TÂN

Hà Nội, ngày tháng năm 2011
CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI






Hà Nội, ngày tháng năm 2011
HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS.TS TRƯƠNG ĐÌNH DỤ

Hà Nội, ngày tháng năm 2011
CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI


2


DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN
TT Họ và Tên Vai trò thực hiện Cơ quan công tác
1 PGS.TS Nguyễn Đình Tân Chủ nhiệm đề tài Trường ĐH Thuỷ lợi
2 PGS.TS Đỗ Văn Hứa
Phó CN đề tài
(2007)
Trường ĐH Thuỷ lợi
3 Th.S Trương Quốc Bình
Phó CN đề tài
(từ 2008)
Trường ĐH Thuỷ lợi
4 PGS.TS Trần Đình Hòa Chủ nhiệm nhánh Viện KH Thuỷ lợi VN
5 GS.TS Nguyễn Văn Khôi Chủ nhiệm nhánh Viện KH&CN Viêt Nam
6 Th.S Nguyễn Hữu Tuấn Thư ký đề tài Trường ĐH Thuỷ lợi
7 Th.S Trần Văn Khanh Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
8 Th.S Đoàn Yên Thế Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
9 KS Phan Bình Nguyên Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi

10 KS Ngô Xuân Quang Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
11 Th.S Hồ Sỹ Sơn Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
12 KS Nguyễn Ngọc Minh Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
13 Th.S Vũ Hoàng Hưng Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
14 KS Khúc Hồng Vân Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
15 Th.S Lê Đình Phát Tham gia thực hiệnTrường ĐH Thuỷ lợi
16 KS Lê Đình Hưng Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
17 KS Đỗ Thanh Minh Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
18 KS Nguyễn Thị Ngọc Minh Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
19 KS Bùi thị Thu Hà Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
20 KS Hoàng Đình Khiêm Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
21 KS Tống Anh Tuấn Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
22 KS Đỗ Xuân Cường Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
23 KS Vũ Văn Xiêm Tham gia thực hiệnViện KH Thuỷ lợi VN
24 Th.S Trịnh Đức Công Tham gia thực hiệnViện KH&CN Viêt Nam
25 Th.S Nguyễn Quang Huy Tham gia thực hiệnViện KH&CN Viêt Nam
26 Th.S Phạm Thị Thu Hà Tham gia thực hiệnViện KH&CN Viêt Nam


3
DANH MỤC CÁC SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI
STT Nội dung Sản phẩm Ghi chú
I Nội dung I: Tổng quan về hệ thống cửa van
vùng mặn trên các công trình thuỷ lợi ven biển
Việt nam

1.1 Tổng quan về kết cấu cửa van vùng triều
Tổng quan về kết cấu thép và cửa van vùng
triều
Báo cáo chuyên đề

Đánh giá tồn tại trong kết cấu truyền thống
ảnh hưởng đến ăn mòn.
Báo cáo chuyên đề
1.2 Tổng quan về vật liệu thép kết cấu
Vật liệu chế tạo kết cấu thép Báo cáo chuyên đề

Hiện trạng sử dụng vật liệu thép trên công
trình thuỷ lợi
Báo cáo chuyên đề
1.3 Tổng quan về ăn mòn và các phương pháp bảo
vệ

Ăn mòn kim loại và các yếu tố ảnh hưởng Báo cáo chuyên đề

Các phương pháp bảo vệ và phương pháp bảo
vệ kết hợp
Báo cáo chuyên đề
1.4 Tổng quan về cửa van bằng vật liệu composit
Tổng quan về vật liêu composit Báo cáo chuyên đề

Cửa van composit và các dạng hỏng thường
gặp
Báo cáo chuyên đề
II Nội dung II: Nghiên cứu các giải pháp về kết
cấu nâng cao tuổi thọ của cửa van thép

2.1 Nghiên cứu các giải pháp về kết cấu để không
còn đọng nước

Nghiên cứu các giải pháp về kết cấu để không
còn hiện tượng đọng nước
Báo cáo chuyên đề
Đề xuất biện pháp công nghệ gia công chế tạo Báo cáo chuyên đề
Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn I Báo cáo chuyên đề
Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn II Báo cáo chuyên đề





Lựa chọn các thông số hình học để kết cấu
làm việc an toàn
Báo cáo chuyên đề
2.2 Nghiên cứu các dạng kết cấu không có khe
hẹp

Đề xuất các dạng mặt cắt thanh không có khe
hẹp chế tạo các bộ phận cửa van
Báo cáo chuyên đề
Các dạng dàn thép làm bằng thép góc đơn Báo cáo chuyên đề
Các dàn thép có cánh bằng thép chữ T Báo cáo chuyên đề
Các dàn thép có cánh bằng thép hộp kín Báo cáo chuyên đề
Cấu tạo và tính toán liên kết, mối nối lắp ráp Báo cáo chuyên đề

Chọn dạng tiết diện hợp lý cho các cấu kiện
của cửa

Báo cáo chuyên đề

4
2.3 Nghiên cứu cửa van kết cấu ứng suất trước
Đề xuất, các sơ đồ ứng suất trước cho cửa van Báo cáo chuyên đề
Thiết lập sơ đồ tính toán cho cửa van có dàn
ứng suất trước
Báo cáo chuyên đề
Tính toán dầm chính ứng suất ở cửa van theo
trạng thái giới hạn I
Báo cáo chuyên đề
Tính toán dầm chính ứng suất ở cửa van theo
trạng thái giới hạn II
Báo cáo chuyên đề
Cấu tạo gối căng ứng suất trước Báo cáo chuyên đề
NC phương pháp chế tạo, lắp đặt kết cấu ứng
suất trước cho cửa van mới
Báo cáo chuyên đề







NC phương pháp chế tạo, lắp đặt kết cấu ứng
suất trước để nâng cấp cửa van

Báo cáo chuyên đề
2.4 Nghiên cứu dạng kết cấu mới cửa van
Đề xuất áp dụng loại cửa van với bản mặt có
độ cong nhỏ
Báo cáo chuyên đề
Phương pháp tính toán thiết kế gần đúng Báo cáo chuyên đề
Phương pháp tính toán theo kết cấu không
gian
Báo cáo chuyên đề




Giải pháp cấu tạo cho một số kết cấu chính Báo cáo chuyên đề
2.5 Nghiên cứu áp dụng các kết cấu mới vào cửa
van cung và tự động trục đứng

Điều kiện áp dụng dầm có lỗ đối với cửa van
cung
Báo cáo chuyên đề
Điều kiện áp dụng dầm có lỗ đối với cửa van
tự động vùng triều
Báo cáo chuyên đề



Điều kiện áp dụng các kết cấu không có khe
hẹp cho cửa van
Báo cáo chuyên đề
2.6 Báo cáo tổng hợp nội dung II Báo cáo tổng hợp

III Nội dung III: Nghiên cứu giải pháp nâng cao
tuổi thọ cửa van thép vùng mặn trên cơ sở sử
dụng các vật liệu chế tạo thích hợp
Thuyết minh và tập
bản vẽ thiết kế

3.1 Nghiên cứu thành phần và tính chất cơ học
của thép

Nghiên cứu đánh giá thành phần hóa học của
thép kết cấu
Báo cáo chuyên đề

Nghiên cứu đánh giá tính chất cơ học của thép
kết cấu
Báo cáo chuyên đề
3.2 Nghiên cứu tính chất điện hoá của thép két cấu

NC ảnh hưởng nồng độ môi trường tính chất
điện hoá của thép kết cấu
Báo cáo chuyên đề
3.3 Nghiên cứu độ bền ăn mòn thép kết cấu bằng
bằng phương pháp gia tốc

Nghiên cứu thử nghiệm bằng phương pháp gia
tốc mù muối
Báo cáo chuyên đề

Nghiên cứu thử nghiệm trong nước biển nhân
tạo bão hoà ôxy

Báo cáo chuyên đề

5
3.4 Chuẩn bị nghiên cứu thử nghiệm taị hiện
trường

Nghiên cứu lựa chọn hiện trường thử nghiệm
vùng độ mặn cao
Báo cáo chuyên đề

Nghiên cứu lựa chọn hiện trường thử nghiệm
vùng độ mặn thấp
Báo cáo chuyên đề
3.5 Đánh giá kết quả thủ nghiệm tại hiện trường
Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không
sơn phủ từ tháng đầu đến tháng thứ 6
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không
sơn phủ tháng thứ 6-18 (độ măn thấp)
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không
sơn phủ tháng thứ 6-18 (độ mặn cao)
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép không
sơn phủ từ tháng 18 đến tháng thứ 24
Báo cáo chuyên đề

Nghiên cứu ảnh hưởng của ăn mòn tiếp xúc
của vật liệu khác nhau
Báo cáo chuyên đề
3.6 NC đề xuất một số kết cấu phù hợp với vật
liệu mới

Nghiên cứu cải tiến hệ thống đóng mở cửa van
tự động 2 chiều
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu cải tiến kết cấu kín nước cửa van
tự động 2 chiều
Báo cáo chuyên đề



Nghiên cứu cải tiến kết cấu kín nước cửa van
tự động 1 chiều
Báo cáo chuyên đề
3.7 Nghiên cứu đề xuất loại vật liệu cho từng chi
tiết kết cấu

Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho các kết cấu
chính cửa van cung thép kết cấu
Báo cáo chuyên đề
N/C đề xuất vật liệu cho thiết bị điều khiển và
kết cấu phụ van cung thép kết cấu
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho các kết cấu
chính cửa van phẳng thép kết cấu

Báo cáo chuyên đề
N/C đề xuất vật liệu cho thiết bị điều khiển và
kết cấu phụ van phẳng thép kết cấu
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho các kết cấu
chính cửa van tự động trục đứng khung thép
không gỉ, bản mặt là thép kết cấu
Báo cáo chuyên đề






N/C đề xuất vật liệu cho thiết bị điều khiển và
kết cấu phụ cửa van tự động trục đứng khung
thép không gỉ, bản mặt là thép kết cấu
Báo cáo chuyên đề
IV Nội dung IV: Nghiên cứu giải pháp nâng cao
tuổi thọ cửa van thép vùng mặn trên cơ sở bảo
vệ kim loại bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm -
epoxy có tăng bền thời tiết.

4.1 Nghiên cứu lớp phủ kết hợp trong phòng thí
nghiệm.


6
Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ phun phủ
đến tính chất lớp phủ kẽm

Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu lưa chọn lớp phủ Epoxy thích hợp Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu nâng cao độ bền thời tiết của lớp
phủ epoxy
Báo cáo chuyên đề
Thử nghiệm gia tốc mù muối cho hệ lớp phủ
kẽm epoxy có bền thời tiết
Báo cáo chuyên đề





Thử nghiêm gia tốc thời tiết cho hệ lớp phủ
kẽm epoxy có bền thời tiết
Báo cáo chuyên đề
4.2 Nghiên cứu thử nghiệm lớp phủ kết hợp tại
hiện trường

N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ từ
tháng đầu đến tháng thứ 6
Báo cáo chuyên đề
N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ tại
vùng ngập nước từ tháng thứ 6 -18
Báo cáo chuyên đề
N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ tại
vùng thủy triều từ tháng thứ 6 -18
Báo cáo chuyên đề
N/C thử nghiệm hiện trường các hệ lớp phủ tại
vùng khí quyển từ tháng thứ 6 - 18

Báo cáo chuyên đề





N/C thử nghiệm hiện trường các lớp phủ từ
tháng thứ 18 đén tháng 24
Báo cáo chuyên đề
4.3 Xây dựng quy trình công nghệ sơn phủ bảo vệ
Xây dựng quy trình làm sạch bề mặt và phủ
kẽm
Báo cáo chuyên đề

Xây dựng quy trình phủ epoxy và epoxy bền
thời tiết trên nền kẽm
Báo cáo chuyên đề
V Nội dung V: Nghiên cứu giải pháp kết cấu
nâng cao tuổi thọ cửa van bằng vật liệu kết
hợp: thép kết cấu và vật liệu composit

5.1 Nghiên cứu cải tiến các kết cấu cửa van sử
dụng vật liệu kết hợp thép kết cấu và composit

Nghiên cứu sơ đồ bố trí kết cấu cho của van
tự động trục đứng
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu kết cấu liên kết cấu kiện thép -
composit
Báo cáo chuyên đề

Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ kết cấu
của van tự động trục đứng
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu ứng dụng vật liệu composit cho
kết cấu chi tiết
Báo cáo chuyên đề
Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ kết cấu
chi tiết
Báo cáo chuyên đề
Công nghệ chế tạo lắp đặt cửa van tự động
trục đứng
Báo cáo chuyên đề
Nghiên cứu sơ đồ bố trí kết cấu cho của van
Clape
Báo cáo chuyên đề








Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ kết cấu
của van Clape
Báo cáo chuyên đề

7
5.2 Nghiên cứu kết cấu mới và đề xuất loại vật
liệu cho chi tiết kết cấu

Nghiên cứu đề xuất sơ đồ nguyên lý kết cấu
mới cho cửa van trục đứng
Báo cáo chuyên đề
Các bước tính toán kết cấu theo sơ đồ đề xuất Báo cáo chuyên đề



Nghiên cứu đề xuất vật liệu cho kết cấu chính
cửa van tự động khung thép không gỉ, bản mặt
là thép kết cấu và composit
Báo cáo chuyên đề
5.3 Báo cáo tổng hợp nội dung V Báo cáo tổng hợp
VI Nội dung VI: Áp dụng kết quả nghiên cứu
thiết kế, công nghệ chế tạo và lắp đặt thử
nghiệm 2 cửa van tự động trục đứng cho vùng
ven biển đồng bằng sông Hồng và sông Cửu
long

6.1 Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo
lắp đặt cho 01 cửa van tự động đóng mở một
hoặc hai chiều: Khung thép không gỉ, cánh
van bằng thép kết cấu, chống ăn mòn bằng lớp
phủ kết hợp phun kẽm và sơn epoxy bền thời
tiết vùng ven biển Thái Bình (12-16m
2
)
Chế tạo, vận chuyển,
lắp đặt cửa van tự
động 1 chiều cống

Diêm Điền I – Thái
Bình

Thiết kế cửa van tự động 1 chiều Thuyết minh và tập
bản vẽ thiết kế

Khảo sát lựa chọn công trình thử nghiệm Báo cáo chuyên đề
6.2
Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo
lắp đặt cho 01 cửa van tự động đóng mở hai
chiều: Khung thép không gỉ, cánh van bằng
vật liệu kết hợp: Thép kết cấu và vật liệu
composit ở Cà Mau (10-12m
2
)
Chế tạo, vận chuyển,
lắp đặt cửa van tự
động 2 chiều cống
Phụng Thị – Cà Mau

Thiết kế cửa van tự động 2 chiều Thuyết minh và tập
bản vẽ thiết kế

VII Nội dung VII: Báo cáo tổng kết
7.1 Báo cáo giai đoạn năm 2007
Báo cáo chung năm 2007 Báo cáo khoa học
Báo cáo tóm tắt năm 2007 Báo cáo tóm tắt
7.2 Báo cáo giai đoạn năm 2008
Báo cáo chung năm 2008 Báo cáo khoa học
Báo cáo tóm tắt năm 2008 Báo cáo tóm tắt

7.3 Báo cáo giai đoạn năm 2009
Báo cáo chung năm 2009 Báo cáo khoa học
Báo cáo tóm tắt năm 2009 Báo cáo tóm tắt
7.4 Báo cáo tổng kết 2007 - 2009
Báo cáo tổng kết năm 2007 - 2009 Báo cáo tổng kết
Báo cáo tóm tắt năm 2007 - 2009 Báo cáo tóm tắt




8
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1. Các chữ viết tắt
Thép Pháp Thép lấy từ công trình thuỷ lợi thời Pháp.
C/A Tỷ lệ diện tích bề mặt Catốt/Anốt
e
-
Electron

2. Các ký hiệu
m
1
Khối lượng mẫu trước khi thử nghiệm
m
2
Khối lượng mẫu sau khi thử nghiệm
∆m
Hao hụt khối lượng
P
khl

Tốc độ ăn mòn khối lượng
P
tn
Tốc độ thâm nhập
T Nhiệt độ
t Thời gian
b
Chiều rộng cửa
h
Chiều cao mực nước cần tiêu
∆H

Độ chênh mực nước thượng hạ lưu
ρ
KL

Tỷ trọng kim loại
σ
ch

Giới hạn chảy
σ
b

Giới hạn bền
δ
Độ giãn dài tương đối
ψ
Độ co thắt tương đối
∝

f

Là hệ số dãn nở của sợi
∝
r

Hệ số dãn nở nhiệt của nhựa
E
f
Hệ số dãn nở nhiệt của Composite
E
t
Mô đun kéo
E
c
Mô đun nén theo hướng các sợi
E
f
Mô đun uốn
M Trọng lượng sợi thủy tinh dạng mat có trong composite
S Trọng lượng sợi thủy tinh dệt (Roving) có trong composite
ρ
m

Khối lượng riêng của chất nhựa
ρ
f

Khối lượng riêng của nhựa gia cường

9
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng Tiêu đề bảng Trang
Bảng 1.1 Thành phần hoá học và cơ tính của một số loại thép không rỉ 32
Bảng 1.2 Một số thông số kỹ thuật lớp phủ phun kẽm-sơn bảo vệ cửa
van 38
Bảng 1.3 Thông số cơ lý tính của vật liệu composite Polyme 41
Bảng 1.4 Một số cửa van composite điển hình được lắp đặt trong thời
gian 1998-2002 43
Bảng 2.1 Giá trị ứng suất tại các điểm đặc trưng 54
Bảng 2.2 Kết quả tính chuyển vị của dầm lỗ 57
Bảng 2.3 Chiều dài dầm hợp lý ứng với các chiều cao dầm khác nhau 60
Bảng 2.4 Đặc trưng hình học của mặt cắt truyền thống và mặt cắt thay
thế
64
Bảng 2.5 Nội lực và khối lượng các thanh của dàn ngang và dàn chịu
trọng lượng cấu tạo bằng các thanh thép góc ghép có khe hẹp 65
Bảng 2.6 Nội lực và khối lượng các thanh của dàn ngang và dàn chịu
trọng lượng cấu tạo bằng các thép góc đơn 66
Bảng 2.7 Bảng so sánh ứng suất nội lực thép góc đơn chữ L 67
Bảng 2.8 Bảng so sánh ứng suất nội lực thép góc đơn chữ T 67
Bảng 2.9 Bảng so sánh ứng suất nội lưc của thép hộp 68
Bảng 2.10 Bảng so sánh chuyển vị của một số điểm tương đồng trên
thanh đơn L và thanh gép có khe hẹp 68
Bảng 2.11 Bảng so sánh ứng suất tại các điểm ở mép miền kéo của dầm
trong các trường hợp tạo ứng suất trước 79
Bảng 2.12 So sánh giá trị chuyển vị trong dầm 80
Bảng 2.13 Ứng suất pháp tại một số điểm chủ yếu 88

Bảng 2.14 Chuyển vị tại một số điểm chủ yếu 88
Bảng 2.15 Bảng so sánh nội lực một số thanh dàn chính 92
Bảng 2.16 Bảng khối lượng trước khi điều chỉnh 93
Bảng 2.17 Bảng khối lượng sau khi điều chỉnh 94
Bảng 3.1 Thành phần hoá học của các mẫu thép 106
Bảng 3.2 Kết quả thử cơ tính của các vật liệu chế tạo cửa van 108
Bảng 3.3 Vật liệu chi tiết cho bề mặt 135
Bảng 3.4 Vật liệu chi tiết cho kết cấu càng 138
Bảng 3.5 Vật liệu chi tiết cho cụm cối quay 140
Bảng 3.6 Vật liệu cho các chi tiết chính của cánh cửa van tự đông trục
đứng 142
Bảng 3.7 Vật liệu chi tiết cụm cối quay 145

10
Bảng 3.8 Vật liệu chi tiết khung cửa 146
Bảng 4.1 Ảnh hưởng của chiều dày lớp phủ kẽm đến tuổi thọ của kết
cấu thép 149
Bảng 4.2 Chiều dày, độ dính bám, độ xốp của lớp phủ kẽm 153
Bảng 4.3 Quy trình phun sơn cho mẫu thí nghiệm gia tốc mù muối và
thời tiết
161
Bảng 4.4 Tính chất cơ lý của màng sơn epoxy có phụ gia UV 163
Bảng 4.5 Quy trình thi công sơn cho mẫu thí nghiệm hiện trường 166
Bảng 4.6 Quy trình thi công sơn epoxy trên nền lớp phun phủ kẽm 177
Bảng 4.7 Bảng so sánh các chỉ tiêu cơ lý của sơn epoxy có phụ gia UV 178
Bảng 5.1
Giá trị ρ tương ứng với các hằng số a, b theo thời gian 201
Bảng 5.2
Giá trị ρ
2

tương ứng với hằng số A theo thời gian 202
Bảng 5.3 Độ bền của vật liệu composite trong môi trường ăn mòn 204
Bảng 5.4 Độ bền va đập của vật liệu composite 205
Bảng 5.5 Độ bền uốn mẫu Composite: Nhựa nền là UP – 268 BQT
(Singapore)
206
Bảng 5.6 Mẫu composite: Nhựa nền là Epoxy (Nga) 206
Bảng 5.7 Độ cứng bề mặt 207
Bảng 5.8 Một số chỉ tiêu cơ lý 207
Bảng 5.9 Kết quả đo kéo đứt 209
Bảng 5.10 Giá trị trong 5 lần đo 210
Bảng 5.11 Giá trị trung bình đo E sau từng lần đo 211
Bảng 5.12 Giá trị đo E và m sau từng lần đo 211
Bảng 5.13 Giá trị đo o sau từng lần đo 211
Bảng 5.14 Giá trị trung bình sau 5 lần đo 211
Bảng 5.15 Kết quả thí nghiệm uốn 212
Bảng 5.16 Kết quả thí nghiệm thử kéo 213
Bảng 5.17 Một số quy trình công nghệ chế tạo composite 216
Bảng 6.1 Một số thông số kỹ thuật cống Diêm Điền 227
Bảng 6.2 Ứng suất cho phép của kết cấu thép 230
Bảng 6.3 Ứng suất cho phép đối với liên kết hàn 230
Bảng 6.4 Diện tích bề mặt kết cấu cánh cửa van 231
Bảng 6.5 Diện tích bề mặt kết cấu khung cửa van 232






11

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hình Tên hình vẽ và đồ thị Trang
Hình 1.1 Một số công trình vùng mặn tiêu biểu ở các nước công
nghiệp phát triển 27
Hình 1.2 Một số loại cửa van vùng triều thường gặp 28
Hình 1.3 Hình thức kết cấu cửa van dễ bị mòn 29
Hình 1.4 Giản đồ Schaefler: tổ chức của thép không rỉ 32
Hình 1.5 a) Cửa van cống Nhâm Lang (1936); b) Cửa van Thuỷ
Điện Sơn La (thép 09Mn2Si); c) Cửa van thép không rỉ
(SUS 304); d) Cửa van cống Kỳ Sơn (khung thép, bản mặt
Composite)
34
Hình 1.6 Cửa van cống Vàm Tháp được bảo vệ bằng lớp phủ kết
hợp phun kẽm - sơn epoxy dày 180µm sau 10 năm làm
việc 37
Hình 1.7 Hiện tượng phồng rộp, tróc bong lớp sơn phủ epoxy vùng
không ngập nước 38
Hình 1.8 Kết cấu cửa van phẳng (2200x2400mm) bằng phương
pháp cổ truyền 41
Hình 1.9 Kết cấu cửa van phẳng bằng composite dạng dầm liên tục 43
Hình 2.1 Dầm han rỉ do đọng nước 48
Hình 2.2 Hiện tượng đọng nước trong dầm đáy 49
Hình 2.3 Bố trí lỗ thoát nước không hợp lý 49
Hình 2.4 Nước không thoát do bị tắc lỗ thoát nước 49
Hình 2.5 Bố trí hợp lý kết cấu cửa van tránh đọng nước 50
Hình 2.6 Kết cấu dầm lỗ 50
Hình 2.7 Các thanh thép ống nối trực tiếp với nhau bằng liên kết
hàn
51
Hình 2.8 Mô hình cửa van phẳng dầm chính kiểu hộp kín 51

Hình 2.9 Côp pha thép đập bê tông sử dụng kết cấu dầm lỗ 52
Hình 2.10 Biện pháp gia công dầm lỗ từ dầm chữ H 52
Hình 2.11 Dầm lỗ có tiết diện thay đổi 53
Hình 2.12 Tạo lỗ ô van giảm ứng suất 53
Hình 2.13 Mô hình dầm sau khi đã chia phần tử và sơ đồ tải trọng 53
Hình 2.14 Vị trí các điểm đặc trưng: a
0
- chiều cao dích dắc; h
0
-
chiều cao dầm ban đầu; H - chiều cao dầm sau khi khoét
lỗ 54
Hình 2.15 Trạng thái ứng suất trong toàn dầm với a
0
= 0,2h 55
Hình 2.16 Quan hệ ứng suất và chiều cao phần cắt dích dắc a
0
55
Hình 2.17 Chuyển vị của bản bụng dầm với a
0
= 0,2h
0
56
Hình 2.18 Quan hệ chuyển vị f và chiều cao phần cắt dích dắc a
0
57

12
Hình 2.19 Định kích thước mặt cắt 58
Hình 2.20 Mô hình phần tử hữu hạn dầm lỗ 59

Hình 2.21 Ứng suất tập trung tại góc lỗ đầu dầm 59
Hình 2.22 Đồ thị ứng với trường hợp 1: H = 450mm 60
Hình 2.23 Quan hệ giữa chiều dài dầm hợp lý tương ứng và chiều
cao dầm
60
Hình 2.24 Sườn viền mép lỗ 61
Hình 2.25 Cửa van phẳng 2 dầm chính 62
Hình 2.26 Mô phỏng không gian của van bằng phần mềm SAP 2000 63
Hình 2.27 Các mặt cắt không có khe hẹp 63
Hình 2.28 Biểu đồ lực dọc trong các thanh của dàn ngang và dàn
chịu trọng lượng
65
Hình 2.29 Lực dọc trong các thanh 66
Hình 2.30 Cửa van dạng hộp kín 69
Hình 2.31 Mô hình cửa van phẳng dầm chính kiểu hộp kín 70
Hình 2.32 Hệ dàn thép mặt cắt dạng ống, hộp 70
Hình 2.33 Dầm chính ứng suất trước: 1- Gối căng ứng suất trước 73
Hình 2.34 Bố trí dây căng trong dầm ứng suất trước 73
Hình 2.35 Dàn ngang ứng suất trước 73
Hình 2.36 Dàn chịu trọng lượng ứng suất trước 74
Hình 2.37 Sơ đồ tính ứng suất trước 75
Hình 2.38 Mô phỏng không gian của van bằng phần mềm SAP 2000 77
Hình 2.39 Hình dạng và vị trí dầm chính 77
Hình 2.40 Trạng thái ứng suất trong dầm khi làm việc thông thường
không tạo ứng suất trước
78
Hình 2.41 Trạng thái ứng suất trong dầm khi chưa làm việc được tạo
ứng suất trước bởi F=20 tấn
78
Hình 2.42 Trạng thái ứng suất trong dầm khi làm việc có ứng suất

trước bởi F=20T 78
Hình 2.43 Một số điểm chủ yếu để xác định ứng suất và chuyển vị
của dầm 78
Hình 2.44 Chuyển vị của dầm khi làm việc không tạo ứng suất trước
(F=0T)
79
Hình 2.45 Chuyển vị trong dầm khi không làm việc có ứng suất
trước (F=20T) 79
Hình 2.46 Chuyển vị của dầm khi làm việc có tạo ứng suất trước
(F=20T) 79
Hình 2.47 Sơ đồ cấu tạo căng cáp dùng tăng đơ 80
Hình 2.48 Gối căng tải dạng tam giác (a) và hình thang (b) 81
Hình 2.49 Các loại neo đơn có đường kính khác nhau và nêm neo
hai lá
81

13
Hình 2.50 Tạo ứng suất trước dầm chữ I tiết diện thay đổi (a) và
không đổi (b) 82
Hình 2.51 Ứng suất trước dầm chữ I có tiết diên thay đổi (a)1 Gối
căng; (b)1 Gối căng; 2 Puly đổi hướng và tiết diện không
đổi (c) 83
Hình 2.52 Ứng suất trước cho dàn ngang 84
Hình 2.53 Dầm chính (a) và mô hình tính toán cửa van có bản mặt
cong (b) 86
Hình 2.54 Biểu đồ lực dọc trong thanh dàn ngang và dàn trọng lượng 87
Hình 2.55 Biểu đồ momen trong các thanh dàn ngang và dàn trọng
lượng
87
Hình 2.56 Biểu đồ phân bố ứng suất pháp trong dầm chính cửa van

bản mặt cong
87
Hình 2.57 Biểu đồ chuyển vị trong dầm chính của cửa van bảm mặt
cong 88
Hình 2.58 Cửa van dưới sâu 89
Hình 2.59 Sơ đồ mô tả các thông số cơ bản của cửa van 90
Hình 2.60 Sơ đồ tính toán không gian của cửa van 91
Hình 2.61 Mặt cắt dầm hình thang và chữ C đặt úp 95
Hình 2.62 Các dạng dầm tiết diện thay đổi 95
Hình 2.63 Một số sơ đồ dàn dùng trong cửa van 96
Hình 2.64 Một số cửa van dùng dầm hộp 100
Hình 3.1 Mẫu thử cơ tính vật liệu 103
Hình 3.2 Cách xác định điện trở phân cực 105
Hình 3.3 Tổ chức tế vi của các mẫu thép, độ phóng đại 500 lần 107
Hình 3.4 Sự biến thiên điện thế ăn mòn của các loại thép kết cấu
trong nước lợ Trà Linh theo thời gian
109
Hình 3.5 Sự biến thiên tốc độ ăn mòn của các loại thép kết cấu
trong nước lợ Trà Linh theo thời gian (1mil/năm =
25,4µm/năm)
110
Hình 3.6 Sự biến thiên điện thế ăn mòn của các loại thép kết cấu
trong nước lợ Diêm Điền theo thời gian
110
Hình 3.7 Sự biến thiên tốc độ ăn mòn của các loại thép kết cấu
trong nước lợ Diêm Điền theo thời gian (1mil/năm =
25,4µm/năm)
111
Hình 3.8 Mẫu nghiên cứu ăn mòn thép kết cấu bằng phương pháp
mù muối 113

Hình 3.9 Mẫu nghiên cứu thử nghiệm tại hiện trường 116
Hình 3.10 Lắp mẫu trên cửa van Trà Linh II 117
Hình 3.11 Lắp mẫu trên cửa van Diêm Điền 117
Hình 3.12 Mẫu sau 4 giờ thử nghiệm: (a) CT3; (b) A32; (c) thép
Pháp; (d) 09Mn2Si; (e)SUS 304
118

14
Hình 3.13 Mẫu sau 40 giờ thử nghiệm:(a) CT3; (b) A32; (c) thép
Pháp; (d) 09Mn2Si; (e)SUS 304 118
Hình 3.14 Đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ ăn mòn thép theo thời gian
khi nghiên cứu bằng phương pháp gia tốc
119
Hình 3.15 Mẫu thép CT3 (vùng thuỷ triều – Trà Linh) 120
Hình 3.16 Mẫu thép A32 ở vùng thuỷ triều cống Trà Linh 121
Hình 3.17 Các mẫu thép sau 9 tháng thử nghiệm ở vùng ngập nước-
Trà Linh II) 121
Hình 3.18 Các mẫu thép sau 12 tháng thử nghiệm (vùng ngập nước-
Trà Linh II) 122
Hình 3.19 Các mẫu thép sau 18 tháng thử nghiệm (vùng ngập nước-
Trà LinhII)
122
Hình 3.20 Các mẫu thép đã làm sạch sau 18 tháng thử nghiệm ở
vùng ngập nước cống Trà Linh 122
Hình 3.21 Thử nghiệm mẫu thép A32 tại vùng thuỷ triều - Diêm
Điền 123
Hình 3.22 Mẫu thép A32 sau 9 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước
cống Diêm Điền
124
Hình 3.23 Ảnh hưởng của thời gian đến tốc độ ăn mòn tại cống Trà

Linh II
124
Hình 3.24 Ảnh hưởng của vùng ngập nước và thuỷ triều đến tốc độ
ăn mòn thép A32 cống Trà Linh 125
Hình 3.25 Ảnh hưởng của môi trường thử nghiệm đến tốc độ ăn
mòm thép A32 vùng ngập nước 125
Hình 3.26 Mẫu sau 1 tháng thử nghiệm tại Trà Linh II 126
Hình 3.27 Mẫu sau 1 tháng thử nghiệm tại Diêm Điền 126
Hình 3.28 Mẫu sau 6 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước Trà Linh
II 127
Hình 3.29 Mẫu sau 12 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước Trà
Linh II 127
Hình 3.30 Mẫu sau 18 tháng thử nghiệm tại vùng ngập nước Trà
Linh II
127
Hình 3.31 Bề mặt các mẫu 18 tháng sau khi làm sạch (vùng ngập
nước cống Trà Linh II)
128
Hình 3.32 Ảnh hưởng của tỷ lệ kết cấu đến tốc độ ăn mòn khi nghiên
cứu tại hiện trường cống Trà Linh II 128
Hình 3.33 Ảnh hưởng của vùng ngập nước và thuỷ triều đến tốc độ
ăn mòn tiếp xúc tại cống Trà Linh II 129
Hình 3.34 Ảnh hưởng của môi trường thử nghiệm đến tốc độ ăn mòn
tiếp xúc ở vùng ngập nước
129
Hình 3.35 Kết cấu khóa cửa van tự động 1 chiều 131
Hình 3.36 Kết cấu khóa quả đào cũ (a) và khoá hộp cam (b) 132

15
Hình 3.37 Ăn mòn do ma sát giữa kín nước và dầm gáy, dầm đáy 133

Hình 3.38 Đề xuất bố trí kết cấu kín nước lắp trên dầm gáy: Cánh
van (1); Kín nước (2); Khung cửa (3) 133
Hình 3.39 Đề xuất bố trí kết cấu kín nước lắp trên dầm đáy: Cánh
van (3); Kín nước (2); Khung cửa (1)
134
Hình 3.40 Đề xuất kín nước dầm đáy và dầm biên 134
Hình 3.41 Đề xuất kín nước đỉnh và đáy 134
Hình 3.42 Kết cấu bản mặt cửa van cung 135
Hình 3.43 Kết cấu càng và các chi tiết chính 138
Hình 3.44 Kết cấu cụm cối quay 140
Hình 3.45 Kết cấu và các chi tiết của cánh cửa 142
Hình 3.46 Kết cấu cụm cối quay 144
Hình 3.47 Kết cấu khung cửa 145
Hình 4.1 Phun cát làm sạch bề mặt mẫu thép 151
Hình 4.2 Phun kẽm cho mẫu nghiên cứu tại nhà máy cơ khí thuỷ lợi 152
Hình 4.3 Ảnh tổ chức tế vi của lớp phun phủ kẽm trên nền thép
CT3 (x200) 154
Hình 4.4 Ảnh hình thái bề mặt lớp phủ kẽm độ phóng đại 10 lần 154
Hình 4.5 Máy nghiền bi KARL KOLB Scientific Technical
Supplies D 6072 Dreieich West Germany Seri N0 06618
159
Hình 4.6 Phun sơn trong phòng thí nghiệm Polyme 160
Hình 4.7 Máy nén khí 1.0 HP 160
Hình 4.8 Bề mặt mẫu phủ kẽm sơn epoxy không có phụ gia (a, c)
và có phụ gia UV (b, d) sau khi sơn phủ thử gia tốc mù
muối (g, h) và bền thời tiết (e, f) 164
Hình 4.9 Ảnh hưởng của độ bóng lớp sơn theo thời gian thử
nghiệm : a) Gia tốc mù muối; b) Bền thời tiết
164
Hình 4.10 Mẫu sơn thử nghiệm hiện trường: Không chứa phụ gia

UV EP-1 với lớp sơn dày 100µm(a) và dày 300µm(b); Có
phụ gia UV EPO_Tinu-2 có lớp sơn dày 100µm(c) và
300µm(d) ; Mẫu có sơn chống hà có lớp sơn dày
100µm(e) và 300µm(f)
167
Hình 4.11 Lắp mẫu lên giá tại hiện trường: vùng thuỷ triều và ngập
nứơc(a); Vùng không ngập nước(b)
168
Hình 4.12 Mẫu sơn sau thời gian thử nghiệm khác nhau tại vùng
không ngập nước 169
Hình 4.13 Mẫu sơn sau thời gian thử nghiệm khác nhau tại vùng
thuỷ triều 170
Hình 4.14 Ảnh hưởng của độ bóng mẫu sơn theo thời gian thử
nghiệm
171
Hình 4.15 Mẫu sơn vùng ngập nước sau khoảng thời gian thử
nghiệm 12 và 24 tháng 172

16
Hình 4.16 Quy trình làm sạch bề mặt và phun phủ kẽm 173
Hình 5.1 Kết cấu cửa van cánh cửa tự động thủy lực 182
Hình 5.2 Khung cửa van cửa tự động 183
Hình 5.3 Vị trí khoá với các chế độ làm việc của cửa van cánh cửa
tự động
184
Hình 5.4 Sơ đồ kết cấu ô bản composite 185
Hình 5.5 Sơ đồ kết cấu khung cánh cửa 185
Hình 5.6 Kết cấu ô khuông trên khung cánh cửa 189
Hình 5.7 Kết cấu ô bản composite 189
Hình 5.8 Kết cấu liên kết thép - composite 190

Hình 5.9 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên cửa van công trình 191
Hình 5.10 Sơ đồ tính toán dầm ngang 192
Hình 5.11 Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm gáy cửa 193
Hình 5.12 Sơ đồ tính toán dầm đứng 193
Hình 5.13 Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên trục quay cửa 194
Hình 5.14 Biểu diễn quan hệ giữa ứng suất và biến dạng 200
Hình 5.15 Kích thước của mẫu thí nghiệm 208
Hình 5.16 Sơ đồ mẫu thí nghiệm 209
Hình 5.17 Sơ đồ mẫu thí nghiệm 212
Hình 5.18 Sơ đồ đặt mẫu thí nghiệm 212
Hình 5.19 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
trong thử uốn 213
Hình 5.20 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
trong thử kéo 214
Hình 5.21 Sơ đồ tính toán kết cấu dầm 221
Hình 5.22
Dạng mặt cắt ngang Ω 221
Hình 5.23 Cụm kết cấu tai kéo cửa 223
Hình 6.1 Mặt bằng bố trí cửa van cống Diêm Điền I 226
Hình 6.2 Phun kẽm cửa van tự động tại nhà máy Cơ khí Thuỷ lợi 233
Hình 6.3 Cửa van sau khi chế tạo và lắp ráp xong tại nhà xưởng 234
Hình 6.4 Một số hình ảnh thi công lắp đặt cửa van thử nghiệm tại
công Diêm Điềm
235
Hình 6.5 Kết cấu cửa van cống Phụng Thị 238
Hình 6.6 Ráp khung cửa tại xưởng kết cấu thép 239
Hình 6.7 Bản mặt composite sau khi chế tạo chờ lắp ráp vận hành
thử 239
Hình 6.8 Cửa van khung thép không rỉ, bản mặt composite sau khi
lắp đặt (a) và vận hành (b) tại cống Rạch Bùm, Cà Mau

240




17


PHỤ LỤC BÁO CÁO TỔNG KẾT


- Một số văn bản về công trình thử nghiêm ở Thái Bình và Cà Mau
- Một số bài báo đã công bố, báo cáo hội thảo quốc tế và 2 luận văn cao học.
- Tính toán kết cấu theo trạng thái giới hạn.
- Một số kểt quả xác định thành phần và tính chất của thép kết cấu.
- Thuyết minh, tính toán kết cấu cửa van tự động 1 chiều cống Diêm Điền, Thái
Bình.và quy trình vận hành
- Thuyết minh, tính toán kết cấu c
ửa van tự động 2 chiều cống Phụng Thi, Cà
Mau.và quy trình vận hành.

18
MỤC LỤC
Trang
Danh sách cán bộ tham gia thực hiện
2
Danh mục các sán phẩm của đề tài
3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
8
Danh mục các bảng
9
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
11
Phụ lục báo cáo
17
LỜI NÓI ĐẦU
22
Chương I - TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG CỬA VAN VÙNG
MẶN VÀ MỤC TIÊU NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
CỦA ĐỀ TÀI

26
I. ĐẶT VẤN
ĐỀ 26
II. KẾT CẤU THÉP CỬA VAN VÙNG TRIỀU 26
2.1. Vài nét về cửa van vùng triều ở nước ngoài 26
2.2. Cửa van vùng triều trong nước 27
2.3. Những tồn tại về hình thức kết cấu cửa van 29
2.4. Đánh giá và đề xuất hướng nghiên cứu 30
III. VẬT LIỆU KẾT CẤU THÉP CỬA VAN 31
3.1. Các loại vật liệu kết cấu thép 31
3.2. Hiện trạng sử dụng vật liệu thép trong công trình thuỷ lợi 33
3.3. Đánh giá và hướng nghiên c
ứu 34
IV. ĂN MÒN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ 35
4.1. Hiện trạng ăn mòn kết cấu thép và cửa van trên công trình
thuỷ lợi 35
4.2. Các phương pháp bảo vệ kết cấu thép và cửa van 36
4.3. Đánh giá và hướng nghiên cứu 38
V. CỬA VAN VẬT LIỆU COMPOSITE 39
5.1. Tình hình nghiên cứu vật liệu composite 39
5.2. Cửa van composite và dạng hỏng thường gặp 40
VI. MỤC TIÊU NHIỆM VỤ CỤ THỂ CỦA ĐỀ TÀI
45


Chương II - NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU NÂNG
CAO TUỔI THỌ CỬA VAN THÉP 46
I. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 46
II. NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU ĐỂ KHÔNG
ĐỌNG NƯỚC 47

2.1. Mục đích nghiên cứu 48
2.2. Phương pháp nghiên cứu 48
2.3. Kết quả nghiên cứu 48
2.4. Nhận xét về việc nghiên cứu các giải pháp về kết cấu để
không còn đọng nước 61
III. NGHIÊN CỨU DẠNG KẾT CẤU KHÔNG CÓ KHE HẸP 61
3.1. Mục đích, nhiệ
m vụ nghiên cứu 61
3.2. Phương pháp nghiên cứu 62
3.3. Kết quả nghiên cứu 65

19
3.4. Nhận xét về việc nghiên cứu dạng kết cấu không có khe hẹp 70
IV. NGHIÊN CỨU CỬA VAN KẾT CẤU ỨNG SUẤT TRƯỚC 71
4.1. Mục đích nghiên cứu 71
4.2. Phương pháp nghiên cứu 72
4.3. Các kết quả nghiên cứu 72
4.4. Nhận xét về nghiên cứu cửa van ứng suất trước 84
V. NGHIÊN CỨU DẠNG KẾT CẤU MỚI CỬA VAN 84
5.1. Mục đích nghiên cứu 84
5.2. Phương pháp nghiên cứu 85
5.3. Các kết quả tính toán nghiên cứu dạng kế
t cấu mới 86
5.4. Nhận xét về dạng kết cấu mới 96
VI. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC KẾT CẤU MỚI VÀO CỬA
VAN CUNG VÀ CỬA VAN TỰ ĐỘNG VÙNG TRIỀU 96
6.1. Mục đích nghiên cứu 96
6.2. Phương pháp nghiên cứu 97
6.3. Kết quả nghiên cứu 97
VII. KẾT LUẬN 99

Chương III - NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ
TRÊN CƠ SỞ SỬ DỤNG VẬT LIỆU THÍCH HỢP 102
I. NHIỆM VỤ CỤ THỂ 102
II. NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN, TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT
ĐIỆN HOÁ CỦA THÉP KẾT CẤU 102
2.1. Phương pháp thực nghiệm và thiết bị nghiên cứu 102
2.2. Kết quả nghiên cứu thành phần hoá học, tổ chức tế vi 106
2.3. Kết quả nghiên cứu tính chất điện hoá củ
a thép kết cấu 109
2.4. Đánh giá 112
III. NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN ĂN MÒN VÀ ĂN MÒN TIẾP XÚC
CỦA THÉP KẾT CẤU 113
3.1. Phương pháp thực nghiệm và thiết bị nghiên cứu 113
3.2. Kết quả nghiên cứu độ bền ăn mòn thép kết cấu 118
3.3. Nghiên cứu độ bền ăn mòn tiếp xúc 125
3.4. Đánh giá 129
IV. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ KẾT CẤU THÍCH HỢP 130
4.1. Nhiệm vụ cụ thể 130
4.2. Đề xu
ất cải tiến kết cấu đóng mở cửa cho van tự động 131
4.3. Đề xuất cải tiến kết cấu kín nước cho cửa van tự động 132
V. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VẬT LIỆU THÉP CHO KẾT CẤU CỤ
THỂ 135
5.1. Mục đích yêu cầu 135
5.2. Đề xuất vật liệu cho các kết cấu chính cửa van cung 135
5.3. Đề xuất vật liệu cho các kết cấu cửa van tự độ
ng trục đứng 141
VI. KẾT LUẬN 146

Chương IV - NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP BẢO
VỆ KẾT HỢP PHUN KẼM - SƠN EPOXY CHỐNG
ĂN MÒN 148

20
I. NHIỆM VỤ CỤ THỂ 148
II. NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT LỚP PHỦ KẾT
HỢP KẼM VÀ SƠN EPOXY CÓ PHỤ GIA UV 148
2.1. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất lớp phủ kẽm 148
2.2. Nghiên cứu tính chất lớp phủ kẽm-epoxy có phụ gia UV 155
III. NGHIÊN CỨU LỚP PHỦ KẼM SƠN EPOXY Ở HIỆN
TRƯỜNG 165
3.1. Mục đích yêu cầu 165
3.2. Phương pháp thực nghiệm 165
3.3. Kết quả nghiên cứu hiện trường 168
IV. XÂY D
ỰNG QUY TRÌNH PHUN KẼM SƠN EPOXY 172
4.1. Mục đích nhiệm vụ 172
4.2. Quy trình chung 173
4.3. Quy trình làm sạch bề mặt 174
4.4. Quy trình phun kẽm 174
4.5. Quy trình phun phủ sơn epoxy 175
4.6. Công nhân và trang bị bảo hộ 176
V. KẾT LUẬN
177


Chương V - NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TUỔI THỌ CỬA VAN

BẰNG VẬT LIỆU MỚI - COMPOSITE 179
I. NHIỆM VỤ CỤ THỂ 179
II. NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ BỐ TRÍ KẾT CẤU CHO CỬA VAN TỰ
ĐỘNG TRỤC ĐỨNG
182
2.1. Tổng quan về nguyên lý, kết cấu cửa van tự động thuỷ lực 182
2.2. Phân tích sơ đồ kết cấu cửa 185
III. NGHIÊN CỨU KẾT CẤU LIÊN KẾT CẤU KIỆN THÉP -
COMPOSITE 186
3.1. Vật li
ệu chế tạo và các kiểu liên kết kết cấu 186
3.2. Phân tích lựa chọn kết cấu liên kết thép - Composite 188
IV. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN KẾT CẤU THEO SƠ ĐỒ KẾT CẤU
CỬA VAN TỰ ĐỘNG TRỤC ĐỨNG 190
4.1. Kết cấu cửa và quá trình truyền lực lên cửa 190
4.2. Lực tác dụng lên cửa van và tổ hợp tính toán 191
4.3. Các bước tính toán kết cấu cửa van 191
V. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU COMPOSITE CHO
KẾT CẤU CHI TIẾ
T 196
5.1. Một số kết quả thử nghiệm vật liệu Composite 196
5.2. Công nghệ chế tạo kết cấu chi tiết từ Composite 207
5.3. Ứng dụng Composite chế tạo kết cấu chi tiết 219
VI. CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN KẾT CẤU THEO SƠ ĐỒ KẾT CẤU
CHI TIẾT 220
6.1. Chỉ tiêu cơ lý của vật liệu composite 220
6.2. Các bước tính toán kết cấu chi tiết 220
VII. KẾT LUẬN
225

21
Chương VI - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN THỬ NGHIỆM 226
I. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN CỐNG DIÊM ĐIỀN I 226
1.1. Giới thiệu chung 226
1.2. Những căn cứ và cơ sở tính toán 227
1.3. Lựa chọn vật liệu, thiết bị cơ khí 228
1.4. Tính toán kết cấu cửa van tự động cống Diêm Điền 230
1.5. Chế tạo và lắp đặt 233
II. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT CỬA VAN THÉP KHÔNG RỈ
- BẢN MẶT COMPOSITE CỐNG PHỤNG THỊ 236
2.1. Giới thiệu chung 236
2.2. Cơ sở thiết kế 236
2.3. Các chỉ tiêu thiết kế 236
2.4. Tính toán kết cấu cửa van 238
2.5. Chế tạo lắp đặt 238
III. MỘT SỐ ĐÁNH GIÁ VỀ CỬA VAN THỬ NGHIỆM
240
3.1. Vật liệu chế tạo 240
3.2. Công nghệ chế tạo, vận chuyển, lắp đặt 241
3.3. Quản lý vận hành 241
3.4. Về hiệu quả kinh tế
241

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 242
I. KẾT LUẬN 242
II. KIẾN NGHỊ
244

TÀI LIỆU THAM KHẢO 245
ơ

22
LỜI NÓI ĐẦU
Dọc theo gần 3600 km bờ biển nước ta với hàng trăm con sông lớn nhỏ đổ ra
biển, có hàng ngàn công trình Thuỷ lợi đã và đang được xây dựng với nhiệm vụ quan
trọng: ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu úng, thoát lũ, kết hợp giao thông thuỷ. Hệ thống cửa
van vùng mặn rất phong phú, từ những cửa van truyền thống như: cửa van phẳng, cửa
van cung… đến cửa van rèm, cửa van tự độ
ng một chiều hoặc hai chiều. Vật liệu chế
tạo cửa van chủ yếu là thép kết cấu rất đa dạng, thay đổi qua nhiều thời kỳ. Trong thời
gian khoảng 10 năm trở lại đây một số cửa van được chế tạo bằng vật liệu composite.
Rất nhiều giải pháp chống ăn mòn cửa van đã được sử dụng như: sơn, phủ kẽ
m, bọc
composite, gắn anốt hy sinh…
Hệ thống cửa van là hạng mục rất quan trọng trên công trình thủy lợi, vừa làm
việc trong điều kiện chịu tải trọng nặng nề, vừa phải chịu tác dụng xâm thực mạnh của
môi trường nước, đặc biệt là nước lợ và nước mặn. Trong điều kiện làm việc khắc
nghiệt đó, các kết cấu thép của cử
a van bị ăn mòn nghiêm trọng. Nếu bảo vệ không tốt
thì chỉ 3-4 năm đã phải sửa chữa, thay thế. Hiện nay, hàng năm trên toàn quốc có hàng
trăm cửa van phải sửa chữa thay thế làm ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả khai thác
công trình. Trong những năm qua, nhiều đề tài nghiên cứu đã được tiến hành nhằm
tìm kiếm các giải pháp nâng cao tuổi thọ cửa van. Song vấn đề này còn chưa được gi
ải
quyết đồng bộ.
Trong thời gian gần đây, công tác điều tra khảo sát sự ăn mòn thép cửa van đã
được tiến hành ở cả ba miền, giúp cho chúng ta có những đánh giá đầy đủ và toàn diện

hơn về hiện trạng làm việc của hệ thống công trình. Tuổi thọ của cửa van thép phụ
thuộc vào một loạt các yếu tố ảnh hưởng như kết cấu, vật li
ệu chế tạo, sơn phủ bảo vệ.
Cửa van composite vẫn còn nhiều bất cập như tróc bong, thoái hóa
Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp nâng cao tuổi thọ cửa van vùng mặn một
cách đồng bộ trên cơ sở lựa chọn kết cấu hợp lý, vật liệu thép kết cấu thích hợp và bảo
vệ bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm - sơn epoxy cho các cửa van thép là hết sức cầ
n
thiết. Bên cạnh đó việc nghiên cứu nhằm nâng cao tuổi thọ các cửa van khẩu độ nhỏ,
cột áp thấp như cửa van composite cho vùng mặn cũng rất cần được đồng thời quan
tâm. Được sự ủng hộ và tạo điều kiện của vụ khoa học công nghệ và chất lượng sản
phẩm - Bộ NN&PTNT, Trường Đại học Thuỷ lợi đã đề xuấ
t và tiến hành nghiên cứu
đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao tuổi thọ của cửa van trong công
trình thuỷ lợi vùng nước mặn”.
Nội dung yêu cầu thực hiện đề tài theo đề cương được duyệt tập trung giải
quyết các vấn đề sau:
1. Tổng quan về hệ thống cửa van vùng mặn trên các công trình thuỷ lợi ven biển
Việt nam

23
- Tổng quan về kết cấu thép và cửa van vùng triều.
- Tổng quan về vật liệu thép kết cấu.
- Tổng quan về ăn mòn và các phương pháp bảo vệ.
- Tổng quan về cửa van bằng vật liệu composite.
2. Nghiên cứu các giải pháp về kết cấu nâng cao tuổi thọ của cửa van thép
- Nghiên cứu các giải pháp về kết cấu để không còn đọng nước.
- Nghiên cứu các dạng kết cấu không có khe hẹp.
- Nghiên cứ
u cửa van kết cấu ứng suất trước.

- Nghiên cứu dạng kết cấu mới cửa van.
- Nghiên cứu áp dụng các kết cấu mới vào cửa van vùng triều.
3. Nghiên cứu giải pháp nâng cao tuổi thọ cửa van thép vùng mặn trên cơ sở sử
dụng các vật liệu chế tạo thích hợp
- Nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học của thép.
- Nghiên cứu tính chất điện hoá của thép kết cấu.
- Nghiên cứu độ bền ăn mòn thép kết cấu bằng phương pháp gia tốc.
- Chuẩn bị nghiên cứu thử nghiệm tại hiện trường.
- Đánh giá kết quả thử nghiệm tại hiện trường.
- Nghiên cứu đề xuất một số kết cấu phù hợp với vật liệu mới.
- Nghiên cứu đề xuất loại vật liệu cho từng chi tiết kết cấu.
4. Nghiên cứ
u giải pháp nâng cao tuổi thọ cửa van thép vùng mặn trên cơ sở bảo
vệ kim loại bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm và sơn epoxy có tăng bền thời tiết
- Nghiên cứu lớp phủ kết hợp trong phòng thí nghiệm.
- Nghiên cứu thử nghiệm lớp phủ kết hợp tại hiện trường.
- Xây dựng quy trình công nghệ sơn phủ bảo vệ.
5. Nghiên cứu giải pháp kết cấu nâng cao tuổ
i thọ cửa van bằng vật liệu kết hợp
thép kết cấu và composite
- Nghiên cứu cải tiến các kết cấu cửa van sử dụng vật liệu kết hợp thép kết cấu
và composite.
- Nghiên cứu kết cấu mới và đề xuất loại vật liệu cho chi tiết kết cấu.
6. Áp dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế, công nghệ chế tạo và lắp đặt thử

nghiệm 2 cửa van tự động trục đứng cho vùng ven biển đồng bằng sông Hồng và sông
Cửu long

24
- Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp đặt cho 01 cửa van tự động

đóng mở một hoặc hai chiều: Khung thép không rỉ, cánh van bằng thép kết cấu, chống
ăn mòn bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm và sơn epoxy vùng ven biển Thái Bình.
- Áp dụng kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo lắp đặt cho 01 cửa van tự động
đóng mở hai chiều: Khung thép không rỉ
, cánh van bằng vật liệu kết hợp thép kết cấu
và composite ở Cà Mau.
Báo cáo đề tài gồm phần mở đầu, 6 chương, phần phụ lục và các chuyên đề.
Phần mở đầu: Giới thiệu những thông tin và mục tiêu cơ bản của đề tài.
Chương I: Tổng quan về kết cấu cửa van vùng triều, vật liệu chế tạo, các
phương pháp bảo vệ và cửa van composite.
Chương II: Trình bày các kết quả nghiên c
ứu các giải pháp về kết cấu nâng cao
tuổi thọ của cửa van thép tập trung vào 5 vấn đề chính: Nghiên cứu các giải pháp để
kết cấu không còn đọng nước, không có khe hẹp; Ứng dụng ứng suất trước cho cửa
van; Nghiên cứu các dạng kết cấu mới và áp dụng vào cửa van vùng triều.
Chương III: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao tuổi thọ cửa van vùng mặn trên
cơ sở sử dụng vật liệu thích hợp g
ồm: Đi sâu nghiên cứu thành phần, tính chất cơ học
và điện hoá của thép kết cấu, nghiên cứu độ bền ăn mòn, ăn mòn tiếp xúc của thép ở
trong phòng thí nghiệm và hiện trường; Đề xuất một số giải pháp cải tiến kết cấu đóng
mở, kín nước cho cửa van và vật liệu cho các chi tiết của cửa van thép vùng triều.
Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng giải pháp nâng cao tuổi thọ
bằng lớp phủ kết
hợp phun kẽm-sơn epoxy chứa phụ gia UV: Lựa chọn sơn epoxy, ảnh hưởng của chất
UV đến tính chất của sơn epoxy; Nghiên cứu tính chất lớp phủ kẽm; Thử nghiệm lớp
phủ kết hợp và sơn chứa UV tại hiện trường; Xây dựng quy trình phun kẽm và sơn
phủ kết hợp.
Chương V: Nghiên cứu giải pháp nâng cao tuổi thọ bằ
ng cách sử dụng vật liệu
kết hợp thép kết cấu và composite với nội dung thiết thực như nghiên cứu cải tiến các

kết cấu cửa van sử dụng vật liệu kết hợp thép kết cấu và composite, nghiên cứu kết
cấu mới và đề xuất loại vật liệu cho chi tiết kết cấu.
Chương VI: Trình bày các kết quả ứng dụng thiết kế chế tạo l
ắp đặt cho 01 cửa
van tự động đóng mở một hoặc hai chiều: Khung thép không rỉ, cánh van bằng thép
kết cấu, chống ăn mòn bằng lớp phủ kết hợp phun kẽm và sơn epoxy vùng ven biển
Thái Bình và thiết kế chế tạo lắp đặt cho 01 cửa van tự động đóng mở hai chiều:
Khung thép không gỉ, cánh van bằng vật liệu kết hợp thép kết cấu và composite ở Cà
Mau.
Phần kết luậ
n và kiến nghị: Tổng kết lại một số kết quả nổi bật đã đạt được của
đề tài đồng thời đưa ra một số phương hướng nghiên cứu cho thời gian tới.