Chuyên đề 13 : Cửa van, máy đóng mở và thiết bị cơ điện thuỷ công của đập bê tông đầm lăn định bình

Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


1
Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn
Trờng Đại học Thủy lợi






BáO CáO KếT QUả
TổNG KếT THIếT Kế - THI CÔNG ĐậP BÊ TÔNG ĐầM LĂN ĐịNH BìNH


Chuyên đề số 13
Cửa van, máy đóng mở và thiết bị cơ điện thủy công
của đập bê tông đầm lăn định bình


Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Phạm Văn Quốc
Chủ trì chuyên đề: PGS. TS. Đỗ Văn Hứa
KS. Trịnh Thanh Bình



Hà Nội, ngày tháng năm 2008

Văn phòng T vấn thẩm định thiết kế và giám định chất lợng công trình

7263-13
26/3/2009


Hà Nội, 2008

Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


2
Nội dung

I- T VN
II- CA VAN, MY ểNG M V THIT B C IN THU CễNG
2.1. c im v hỡnh thc ca van
2.1.1.Ca van trn x mt
2.1.2 Ca x ỏy
2.1.3. Cng ly nc vo nh mỏy thu in
2.1.4. Cng ly nc vo kờnh Vnh Thnh
2.1.5. Cng ly nc vo kờnh Vnh Hip
2.2. c im mỏy úng m
III. V THIT K CH TO CA VAN V MY ểNG M
3-1. Vật liệu và cờng độ tính toán
3-2. Cửa cung xả mặt
3-3. Cửa cung xả mặt (phơng án MNDGC)

3-4. Cửa van phẳng đầu cống
3.5. Van côn đuôi cống
3.6.Van côn đuôi cống sông Vĩnh Thạnh
3.7. cửa cung xả đáy
3.8. Cửa sửa chữa phía trớc
IV. MộT Số BàI HọC KINH NGHIệm Và KIếN NGHị
4.1. Bài học kinh nghiệm
4.2. Kiến nghị
Tài liệu tham KHảO








Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


3
I- T VN
H cha nc nh bỡnh
Cụng trỡnh nh Bỡnh vi nhim v :
-Chng l tiu món, l sm, l mun tn sut 10%, gim nh l chớnh v cho
dõn sinh.
- Cp nc ti cho nụng nghip, trc mt cho din tớch 15.515 ha, sau ny
nõng lờn 27.600, ha n 34.000, ha.
-Cp nc cho cụng nghip nụng thụn v dõn sinh

-X v h lu Q = 3m
3
/s bo v mụi trng, chng cn kit dũng chy v xõm
nhp mn ca sụng.
- Kt hp phỏt in, N = 6600, KW.
thc hin c nhim v trờn, cụng trỡnh u mi ó b trớ cỏc loi ca van:
Ca van trn, ca van x sõu, ca van vo nh mỏy thu in, ca van ly nc
ti.
õy l cụng trỡnh m ca x mt cú khu tng i ln, ca x
ỏy cú ct
nc vo loi cao nht do Vit Nam thit k, ch to.
i theo cỏc ca van cú cỏc thit b úng m tng ng cho mi loi ca. Thit
b úng m ca trn x l ca cụng trỡnh nh Bỡnh cú sc nõng ln, hnh trỡnh
di nờn ó dựng phng ỏn úng m ca trn v ca x sõu bng xi lanh thu
lc. m bo an ton khi vn hnh, cỏc thit b
úng m phi nhp ngoi.
II- CA VAN, MY ểNG M V THIT B C IN THU CễNG
2.1. c im v hỡnh thc ca van
2.1.1.Ca van trn x mt
Cao trỡnh ngng trn:
m
dd
93,80
=


Cao trỡnh mc nc dõng bỡnh thng:
m
MNBT
93,91

=


Cao trỡnh mc nc gia cng TK:
m
GCTK
27,93
=


S lng ca: 6 ca
Kớch thc mt ca: BxH=14x11m
Chiu rng x mt :
mxB
xm
84146 ==


Lu lng thit k
smQ /4637
3
%5,0
=
7
Lu lng kim tra
smQ /5530
3
%1,0
=

Loi ca : Van cung,
bỏn kinh cong bn mt R=1,455H=16m

86,266
91,93
92,57
80,176
Hinh 1
R=16m
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


4
Cao trỡnh ỏy ca:
m
dc
34,80
=

Thit b úng m: Xi lanh thu lc
Nhn xột: Trn x mt chn hỡnh thc ca cung l hp lý , i chiu vi kinh
nghim ca Nga vi kớch thc BxH=14x11m thỡ chn ca van cung l phự hp
vi th phm vi ỏp dng ca van cung(ng 1, hỡnh 2)
Bỏn kớnh cong bn mt thụng thng ly R= (1,2 - 1,5) H , dõy chn R=1,455H
l phự hp


Vic b trớ ỏy van
m

ng
34,80=
thp hn nh p (=80,93) l hp lý vỡ h
thp ỏy van so vi nh p cng l gii phỏp tng gúc nghiờng gia phng ca
dm chớnh di ca van gim kh nng sinh chõn khụng di ỏy van khi m
van.
Chiu dy bn mt thộp tớnh toỏn l 7,5mm , c chn l 12mm (K=1,6), ca van
lm vic trong mụi trng nc ngot ,nh vy l quỏ an ton khụng kinh t .
Dm chớnh ca van chn hỡnh thc dm chớnh consol 2
u, trong khi nhp n
14m, vỡ vy trong thit k cn so sỏnh vi phng ỏn dn chn c hỡnh thc
tit kim thộp.







Hỡnh 2. th kớch thc l, úng bng
ca van: 1- van cung
2-van tr ln
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


5
2.1.2 Ca x ỏy (Hỡnh 3)
Cao trỡnh ngng :
m

ng
50,59
=



S lng ca: 6 ca

Kớch thc mt ca: BxH=6x5m

Chiu rng x mt : mxB
xd
3666 ==



Lu lng thit k smQ /2700
3
%5,0
=

Lu lng kim tra smQ /2766
3
%1,0
=

Loi ca : Van cung, b trớ h lu ,
bỏn kớnh ca R =7,5m

Thit b úng m: Xi lanh thu lc

Tiờu nng: B, tng kt hp.





Hỡnh 4. Ca van va c lp t

Nhn xột
: ca x ỏy chn hỡnh thc ca cung l hp lý , i chiu vi kinh
nghim ca Nga vi kớch thc BxH = 6x5m thỡ chn ca van cung l phự hp vi
th phm vi ỏp dng ca van cung (Trong phm v ng bao 1, hỡnh 13.2)
Bỏn kớnh cong bn mt thụng thng ly R = (1,2 - 1,5) H .
õy chn R = 1,5H = 7,5m l phự hp.
õy l cụng trỡnh m ca trn cú khu khỏ ln, ca x ỏy cú ct nc cao nht
t trc ti nay do Vi
t Nam t thit k v ch to. Nõng h ca van bng xi lanh
65,50
59,50
Hỡnh 3
64,5
91,934
R=7,5m
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


6
thu lc l gii phỏp ó c s dng nc ta mt s nm gn õy. Nhng kinh

nghim thit k v thi cụng lp t c ch úng m bng xi lanh thu lc hy vng
s c khc phc nhng tn ti cụng trỡnh nh Bỡnh.
ỏy van c b trớ
m
ng
50,59=
, tõm quay b trớ cao trỡnh (=65,50m) to
ra gúc nghiờng gia phng ca dm chớnh di ca van (chiu cao dm chớnh 1m)
v ngng to thnh gúc 15
o
05 s cú kh nng sinh chõn khụng di ỏy van khi
m van, nờn cn khoột l bng dm chớnh di.
Dm ph di cựng s dng dm ch
[ 30 t nga d ng nc v bựn cỏt
to c ch n mũn nờn cn to l khoột dm ny.
B phn ca s c ca ca x ỏy c kt cu bi 2 ca (ca trờn v ca di)
gim lc úng m. Phn kt cu dm b trớ khỏ hp lý. Nhng chiu dy bn mt
h
lu chn bng chiu dy bn mt thng lu (10mm) l khụng cn thit, m nờn
chn 8mm vỡ bn mt ny ch tng cng cng cho cỏc dm , khụng chu ỏp lc
nc trc tip nh bn mt thng lu. Cn chỳ ý vn kớn nc gia ca trờn v
ca di. Vỡ vy vừng dm nh ca di phi< vừng ca dm dỏy c
a trờn
Dm chớnh ca ca x ỏy chn hỡnh thc tit din c l hp lý vỡ nhp dm ch cú
6 m, lc ct trong dm ln. Tuy vy trong tớnh toỏn kim tra bn khụng thy
cp n ng sut ct.Tụn bng chn khỏ an ton vi h s an ton t n K= 1,3.

2.1.3. Cng ly nc vo nh mỏy thu in
Cao trỡnh ngng :
m

ng
00,60
=

ng kớnh ng Do=2,8m

Khu din cng 2,8x2,8m

Lu lng thit k
smQ
TK
/78,37
3
=


Ch chy trong ng: cú ỏp, van cụn h lu D= 2,0 m

Ca van phng u cng BxH = 2,8x2,8m
Bỡnh lun:
Kt cu ca phng loi nhiu dm chớnh l phự hp.Kớch thc tit din dm
cha hp lý I400x200 thng
80130
5
1
3
1
== hb
c
mm Vỡ vy h s an ton

ca dm khỏ cao ng sut un ch t 58% cũn ng sut ct ch t 51%.





Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


7
2.1.4. Cng ly nc vo kờnh Vnh Thnh
Cao trỡnh ngng :
m
ng
63
=



ng kớnh ng
m00,1
=



Lu lng thit k
smQ
TK
/70,1

3
=


Ch chy trong ng: cú ỏp, van cụn h lu úng m bng xi lanh thu
lc
2.1.5. Cng ly nc vo kờnh Vnh Hip
Cao trỡnh ngng :
m
ng
00,63
=



ng kớnh ng
m00,1
=



Lu lng thit k
smQ
TK
/10,1
3
=


u cng b trớ ca van phng BxH=2,8x2,8m

Ch chy trong ng: cú ỏp, van cụn h lu

Nhn xột: Cng ly nc vo kờnh Vnh hip chn hỡnh thc ca van phng l
hp lý.
2.2/ c im mỏy úng m
Trn x l cụng trỡnh u mi nh Bỡnh cú sc nõng ln, hnh trỡnh di, an ton
ũi hi rt cao do vy cỏc thit b úng m phi nhp ngoi.
õy ca trn, ca x ỏy úng m bng xi lanh thu lc cú u im:
- Thit b nh, gn, cụng sut v ng nng nh vn cú th to c lc nõng
v hnh trỡnh ln. Trờn tr pin khụng cn b
trớ dn cu cụng tỏc. Nh vy gim
c khi lng kt cu thu cụng.
- Tc nõng ca nhanh hn nhiu ln so vi cỏc thit b úng m khỏc, ỏp
ng c yờu cu x l ca cụng trỡnh.
-úng m bng xi lanh thu lc cho kh nng va nõng va n m mỏy ti k
c ti xớch khụng cú c.
- Dựng xi lanh thu lc cú th trang b kốm cỏc thi
t b hin i khỏc lm tng
an ton cho cụng trỡnh trong quỏ trỡnh vn hnh.




Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


8
III. V THIT K CH TO CA VAN V MY ểNG M

3-1/ Vật liệu và cờng độ tính toán
3.1.1. Thép làm cửa van:
Các chi tiết c
a van nh: tôn bng, dầm chính, càng đợc thiết kế với loại thép hợp
kim thấp có ký hiệu 09Mn2 theo tiêu chuẩn của Việt nam TCVN 3104 1979, loại
thép 09Mn2 có ứng suất cho phép tính theo trạng thái giới hạn nh sau:
- ứng xuất cho phép khi tính uốn R
X
= 1992 kg/ cm
2

- ứng suất cho phép tính toán R
X
= 1992 kg/ cm
2
- ứng suất cho phép khi cắt R
C
= 1140 kg/cm
2

3.1 2. Thép làm trục : Trục bánh xe lăn, trục bản lề cối, trục bánh xe cữ đợc thiết
kế dùng thép kết cấu hợp kim có ký hiệu 40X theo
OCT 4543 71 của Nga
- ứng suất cho phép của trục khi tính uốn

u
= 2592 kg/cm
2

- ứng suất cho phép của trục khi chịu kéo, nén.

k
= 2469 kg/cm
2

- ứng suất cho phép khi chịu cắt

c
= 1481 kg/cm
2

3.1 3. Thép làm bánh xe lăn đợc thiết kế kiểm tra và yêu cầu chế tạo dùng loại
thép đúc CT40
của Nga hoặc chủng loại thép của nớc khác có tiêu chuẩn
về cơ lý tính tơng đơng.
Giới hạn bền kéo cho phép của thép làm bánh xe
[]
R
= 8030 kg/cm
2

3.1 4. Thép làm bản lề cối thép đúc CT35
có yêu cầu nhiệt luyện
R
U
= 1800 kg/cm
2

R
K

= 1713 kg/cm
2
R
C
= 1029 kg/cm
2
3.1 5. Đối với các loại bu lông đai ốc dùng trong chế tạo đợc thiết kế để chế tạo là
loại thép tơng đơng với thép có ký hiệu CT51 theo TCVN 1765 1975, có:
- giới hạn chảy

ch
= 2800kg/cm
2

- Khi tính kiểm tra đìều kiện về ép:
[]
R
= 2016 kg/cm
2

- Khi tính kiểm tra điều kiện về cắt
[]
C
= 1209 kg/cm
2

3.1 6. Bạc của các trục bánh xe lăn và bạc của trục cối quay: dùng đồng thanh có
giới hạn
[]
K

= 250kg/cm
2

3.1 7. Cao su kín nớc yêu cầu của thiết kế khi cung cấp phải đạt đợc tối thiểu các
cơ lý tính nh bảng tổng hợp sau:


Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ lý của cao su kín nớc
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


9
TT Tên gọi chỉ tiêu Tiêu
chuẩn
Phơng pháp thử
(tham khảo của Nga)
1 Giới hạn ổn định khi giật đứt (kg/cm
2
)
180

GOST 270 -75
2 Độ dãn dài tơng đối khi kéo đứt
500 %
Mẫu loại 1 dày 2mm
3 Độ dãn dài tơng đối còn d sau kéo đứt
50 %
Mẫu loại 1 dày 2mm
4 Sức kháng rạn nứt (kg/cm

2
)
70

GOST 263 - 75
5 Độ cứng theo Shor
70
GOST 263 - 75
6 Hệ số loã hoá theo Gh sau 114 giờ ở
70
0
C
0,7
7 Độ trơng trong nớc 70
0
C trong 24 giờ
2 %
GOST 9030 - 74
8 Độ chống mài mòn (kg/cm
3
)
815
GOST 426 - 77
9 Độ chống xé rách, làm nứt (kg/cm
2
)
60
GOST 262 - 79
10 Độ dẻo, tính theo độ bật, nẩy
40

GOST CT.CB 108 - 74
11 Trọng lợng riêng (g/cm
3
)
1,0
ữ1,13
GOST 207 - 73

3.1 7. Độ võng cho phép:
- Khi cửa van có tờng ngực
1000
1







L
f

3-2/ Cửa cung xả mặt B x H = 14 x 11 m
2
, R = 16 m (pA MNDBT)
(hình 13-5)
3 2.1. Chỉ tiêu thiết kế
- Khẩu diện cửa B x H = 14 x 11 m
2

- Bán kính tôn bng R = 16 m
- Cột nớc tính toán
H = 11,59 m
- Cao trình đáy cửa
80,34 m
- Cao trình mực nớc DBT 91,93 m
- Cao trình tâm quay
86,43 m
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


10


Thành phần áp lực ngang:
P
ng
=
TBH 2967,9401459,111
2
1

2
1
22
=ììì=


Thành phần áp lực đứng:

P
đ
=
()






+
2121
2
sinsin
2
1
cos.sin2
180
.

2
1



BH
= 140, 534 T
Tổng áp ực nớc:
P
tt

=
TPP
dng
74,950
22
=+

Góc tổng áp lực với phơng ngang
= 8
0
30
Góc của 2 dầm chính
= 16
0
(Theo Clemôra) Cos8
0
= 0,990268


3 2.2. Tính toán bản mặt
cm75,0
1992)09,01(2
9,075,0
60 =
ì+
ì
ì=

Chọn tôn bng = 12 mm

Khi bản mặt chịu uốn có:

u
= 843,75 kg/cm
2
<
[
]
u

= 1992kg/cm
2
.
Nhn xét:
Nếu xét tỷ lệ

ch
/
t
= 12 / 7,5 = 1,6 (lần) và [
u
] /
t
= 1992 / 843,7 = 2,3
(lần) nh vậy chọn bản mặt là quá an toàn và lãng phí vật liệu. Tuy nhiên với khẩu
độ lớn ( Cửa van cung có kích thớc lớn) BxH = 14m x 11m thì kinh nghiệm thiết kế
Hỡnh 5
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL

11
cửa van cung cũng nh kinh nghiệm chế tạo thiết bị trong nớc còn hạn chế nên
chọn bản mặt có chiều dày nh vậy cũng coi nh có thể chấp nhận đợc

3 2.3. Cối cửa cung đợc kiểm tra
* Kiểm tra trục cối quay: M = 38,85 Tm
Trục
380 ta có: W
X
= 0,1 x d
3
= 5487,2 cm
3
=
[]
u
X
cmkg
W
M

<=
2
/1114

* Kiểm tra phần cố định của bản lề cối ứng suất nén lên bê tông:
= 29,33kg/cm
* Kiểm tra tấm đế:
=

2
/8,100 mKg
W
M
X
=

* Kiểm tra tấm thành: P =
kg
S
155370
2
310740
2
==

ứng xuất trên tiết diện yếu nhất của tấm thành

a
= 776,85 Kg/cm
2

ứng xuất trên bề mặt tiếp xúc giữa tấm thành và trục

b
= 462,41 kg/cm
2

ứng xuất tại mép lỗ trong

m
=
a
.
22
22

+
+
R
rR
= 1786,6kg/cm
2

Bản lề cối đợc thiết kế an toàn.
Nhận xét:
Với thiết kế kiểu cửa van cung có kết cấu cối nh đơn vị thiết kế đã thể hiện
cũng là một dạng cối, nhng với kết cấu cối nh vậy rất cồng kềnh vì kích
thớcphần công son bê tông đỡ cối quay lớn nênvấn đề thẩm mỹ ( về mặt kiến truc)
cha đợc lu tâm.Nếu nghiên cứu thiết kế cối dang côn có trục thép liên kết trực
tiếp vớiphần trụ pin và nằm trong bê tông thì hợp lý hơn.
Tuy nhiên cũng nh trên đã nhận xét với khẩu độ lớn (Cửa van cung có kích
thớc lớn) BxH = 14mx11m, kinh nghiệm thiết kế cửa van cung cũng nh kinh
nghiệm chế tạo thì chọn kiểu cối có kết cấu thông dụng và cũng đã trải qua một vài
công trình có kết cấu tơng tự thì yên tâm cho công các quản lý, kiểm tra.

3 2.4. Hệ thống đóng mở cửa van cung
M = 1507,7052 Tm
+ Lực nâng cửa P
h

=
T
P
M
182,143=


+ Lực hạ cửa P
h
=
T
P
MMMMg
CKyu
62,75
)(2,109
=
+

Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


12
* Máy đóng mở đợc thiết kế và chọn có các thông số nh sau:
Xi lanh thuỷ lực (2 xi lanh cho cửa), mỗi xi lanh có P
x
>T
n
/2

áp suất đầu bơm P = 180 bar
Đờng kính xi lanh R
x
= 320 mm
Đờng kính cần D
C
= 180 mm
Hành trình max S
max
= 180 mm
Thời gian đóng mở t = 10 ph
Công suất động cơ điện N
max
= 26,96Kw
Dung tích thùng dầu W = 1000dm
3
Nhận xét: Với các thông số đã chọn nêu trên thì thiết bị đóng mở làm việc khá an
toàn.
3-3/ Cửa cung xả mặt (phơng án mndgc) hình 13-6
B x H = 14 x 11; R = 16 m;
H = 12,22 m

3.3.1. Các thông số cơ bản:
Khẩu diện cửa B x H = 14 x 11 m
2
Khẩu diện tôn bng R = 16 m
Cột nớc tính toán
H = 12,22 m
Cao trình đáy cửa
80,34 m

Cao trình MNGCTK
92, 56m
Cao trình tâm quay
86,43 m

Thành phần áp lực ngang
Hỡnh 6
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


13
P
ng
=
2988,10451422,121.
2
1

2
1
22
=ìì=BH

T
Thành phần áp lực đứng
P
d
=
()

+
2121
2
2sin2sin
2
1
cos.sin2
180
.

2
1



BH
= 134,456 T
Tổng áp lch nớc tác dụng đợc tính toán và có kết quả
P
tt
=
9245,1053
22
=+

dng
PP
T
Góc của tổng áp lực với phơng ngang
= 7
0
30

Góc của 2 dầm chính = 16
0
;
Nhận xét:
Với cửa cung có khẩu diện lớn thờng nhà thiết kế tính đến phơng án dùng
03 dầm chính. Trong thiết kế cũng có kiểm tra đầy đủ các thành phần lực, ứng suất,
độ võng. Các kích thớc dầm đợc chọn đều an toàn.Nhng nếu xét về mặt kinh tế
thì trong thiết kế nên có phơng án so sánh với trờng hợp dùng dàn chính. Vì dàn
chính chịu uốn rất tốt và tránh đợc hiện tợng chân không khi mở van. Tuy nhiên
với cửa tràn Định Bình chịu cột nuớc khá lớn( H=11m) thì chọn dầm chính cửa van
dạng dầm hoặc dạng dàn vấn đề kinh tế cũng không khác biệt nhiều.

3.3 2. Lực đóng mở cửa:
M = 1524,76 Tm
+ lực nâng cửa: P
n
=
T
M
85,143=

+ Lực giữ cửa: P
gi
= 109,47 T
Nhận xét:
Với lực đóng mở cũng tơng đối lớn nh thế này, thiết kế đã dùng phơng án
xilanh thuỷ lực là đúng.
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


14
3-4. Cửa van phẳng đầu cống (Hình 7)
3.4.1. Thông số kỹ thuật:
- Mực nớc gia cờng
92,56m
- Mực nớc dâng bình thờng 91,93 m
- Cao trình ngỡng
60,0m
- Khẩu diện cửa B x H = 2,8 x 2,8m
2

- Mực nớc tính kết cấu cửa
H = 32,56m
- Mực nớc tính lực đóng cửa
H = 31,93m
b

3.4.2. Tính toán:
+ áp lực thuỷ tĩnh P = 26 1,63 T

+ Tính dầm ngang:






=
84
max
L
L
xLqM
tt
xi
= 21,51139 Tm

T
xLq
Q
i
3075,25
2
max
==
[]
3
max
/
1080cm

M
W
cy
==


Hỡnh 7
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


15
Dầm thiết kế đã chọn: Dầm I400 x200 x15 (Bụng = 8)
Có G = 71,2 kg/m W
x
= 1280 cm
3

J
x
= 25620 cm
4
F
x
= 89,6 cm
2

* Ưng suất:
[]
32

max
/1992/57,1680 cmkgcmkg
W
M
x
=<==


* Độ võng:
x
tt
EJ
xLM
xf
2
max
48
5
=
= 0,427
1000
1
0013,0 >=
L
f


Khi có kể đến sự tham gia chịu lực của bản mặt thì dầm đợc chọn là an toàn
+ Bản mặt chọn khi đề phòng đến sự han gỉ
= 14mm.

* Bánh xe lăn và bạc trục đợc thiết kế chọn có:
* ứng suất của trục:
[]
2
max
/2592/6,2104
2
cmkgcmg
W
M
x
n
=<==


* ứng suất cắt:
[]

<===
2
2
/429
14,3
4
cmkg
xd
xP
F
P

n

* Khi bạc đồng chịu ép có:

ép
2
1
/3,181
.
cmkg
b
P
==

< [ ép ] = 200kg/cm
2

ứng suất ép cục bộ giữa bánh xe và đờng lăn:
[]
22
/8030/7103

418,0 cmkgcmkg
b
EP
kK
=<=

=

+ Tính lực đóng mở cửa:
Cửa đợc đóng mở ở cột nớc
H = 31,93 m. P = 256,4T
- Lực nâng cửa: P

=
G
(G
cửa
+ G
cán
) +
m
(T
x
+ T
y
) + P
ck
= 46,07 T
- Lực hạ cửa: P
h =
(G
cửa
+ G
c
) (T

c
+ T
y
) = 12,85T
+ Máy đóng mở đợc thiết kế chọn là loại xilanh có các thông số sau:
- áp suất đầu bản P = 180 bar
- Đờng kính piston D
p
= 250 mm.
- Đờng kính cần D
c
= 160 mm.
- Hành trình max L
max
= 2900 mm
- Lực ấn của piston P
an
= 85,8T.
- Lực nâng của piston P
p
= 52,14T > Pn = 46T.
- Công suất động cơ điện: N = 15 KW
- Dung tích thùng dầu: W
t
= 2501

Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL

16
Nhận xét:
Cửa van đầu cống dùng cửa van phẳng là hợp lý nhất, các kết quả tính toán
cho thấy tác giả thiết kế đã chọn dầm, bản mặt, bánh xe đầu rất hợp lý. Tuy nhiện
hệ số an toàn quá cao gây lãng phí vật liệu, cụ thể bản mặt chọn thép 14mm trong
khi tính toán đã kể hệ số an toàn cũng chỉ đến thép có chiều dày 9,6mm nh vậy với
tỷ lệ 14/9,6 = 1,458, theo tiêu chuẩn thiết kế thờng hệ số an toàn cũng chỉ tới 1,2.
Riêng máy đóng mở có thể dùng máy vít thay cho hệ thống đóng mở đã đề
xuất là dùng xilanh thuỷ lực thì đỡ tốn kém, tiết kiệm chi phí bảo dỡng, chi phí cho
công tác vận hành cũng đơn giản
3.5. Van côn đuôi cống
3.5.1. Thông số kỹ thuật
- Cột nớc thiết kế
H
tk
= 38,93m
- Cột nớc min
H
min
= 12m
- Cao trình tâm van côn
+ 53,0m
- Đờng kính van côn D
C
= 2,0m
- Lu lợng tới của van Q
T
= 20,38 m3/s
- Hành trình van côn S
max

= 0,7 m
- Lực đóng mở T = T + T2 + T3 + P = 2084,2 kg
3.5.1. Máy đóng mở đợc thiết kế chọn là loại xi lanh thuỷ lực:
+ áp suất đầu bơm P
b
= 150 bar
+ Đờng kính piston D
p
= 140 mm
+ Đờng kính cần D
c
= 90 mm
+ Hành trình L
max
= 700 mm
+ Thời gian đóng mở 2 phút
+ Công suất động cơ điện: N = 3KW
+ Dung tích thùng dầu: W
td
= 20 lít
Nhận xét:
Cửa van côn cũng đã đợc tính toán tờng đối là hoàn chỉnh cho 01 phơng
án góc côn, nhng nếu có thể tính thêm các phơng án góc nghiêng khác nhau của
độ côn thì sẽ cho đợc kết quả lựa chọn góc côn loe hợp lý , tiêu năng tốt hơn.
Máy đóng mở, nh thiết kế tính toán lực đóng mở và đề xuất dùng xilanh thuỷ
lực cũng là phơng án tơng đối tối u cho hệ thống van côn tiêu năng sau công,
nhng dể tiết kiệm cung có thể dùng máy đóng mở kiểu vít me có 02 trục dẫn động
đợc, vì giá thành của máy vít rất rẻ, rẻ hơn nhiều so vói hẹ thống thuỷ lực của
xilanh, ngoài ra khi bảo dỡng vận hành cũng đơn giản

Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


17
3.6.Van côn đuôi cống sông Vĩnh Thạnh
3.6.1. Thông số kỹ thuật
- Cột nớc thiết kế và cột ớc thấp nhất
H
tk
= 29,53m và H
min
= 2,6m
- Lu lợng yêu cầu 1,7m
3
/m
- Đờng kính van D
v
= 1000 m
- Hành trình đợc chọn S
max
= 0,4m
- Tính lực đóng mở: T
K
= T + T2 + T3 + P = 5940,5 kg
3.6.2. Máy đóng mở
đợc thiết kế chọn là loại xi lanh thủy lực có:
+ áp suất đầu bơm P
b
= 150 bar

+ Đờng kính piston D
p
= 80 mm
+ Đờng kính cần D
c
= 50 mm
+ Hành trình L
max
= 400 mm
+ Thời gian đóng mở 1 phút
+ Công suất động cơ điện: N = 1,5
+ Dung tích thùng dầu: W
td
= 20 lít.
Nhận xét:
Cũng tơng tự nh phần nhận xét về hệ thống van côn tiêu năng ở trên với
van côn dùng tiêu năng trên cống Vĩnh Thạnh: Cửa van côn cũng đã đợc tính toán
tờng đối là hoàn chỉnh cho 01 phơng án góc côn, nhng nếu có thể tính thêm các
phơng án góc nghiêng khác nhau của độ côn thì sẽ cho đợc kết quả lựa chọn góc
côn loe hợp lý , tiêu năng tốt hơn.
Máy đóng mở, nh thiết kế tính toán lực đóng mở và đề xuất dùng xilanh thuỷ
lực cũng là phơng án tơng đối tối u cho hệ thống van côn tiêu năng sau công,
nhng dể tiết kiệm cung có thể dùng máy đóng mở kiểu vít me có 02 trục dẫn động
đợc, vì giá thành của máy vít rất rẻ, rẻ hơn nhiều so vói hẹ thống thuỷ lực của
xilanh, ngoài ra khi bảo dỡng vận hành cũng đơn giản
3.7. cửa cung xả đáy (Hình 13-8) BXH = 6x5;
H = 32,43M
3.7.1. Các thông số kỹ thuật:
- Mực nớc cao nhất ở thợng lu:
92,79m

- Mực nớc dâng bình thờng(cửa bắt đầu mở để xả đáy):
91,93m
- Cao trình ngỡng cửa:
59.5m
- Cao trình đáy tờng ngực:
64.5m
- Bán kính mặt bng: R = 7,5m
- Chiều rộng lỗ thoát: B = 6,0m
- Chiều rộng tính toán của cửa: B = 6,2 m
- Cao trình tâm quay:
65,5m
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


18

3.7.2. Phần tính toán:

- áp lực phân bổ ngang:
q
n
= 0,5
(
)
22
bH
HH
= 0,5(32,43
2

27,33
2
) = 152,4 T/m
- áp lực phân bổ đứng:
()()






+++=
212121
2
coscos22sinsin5,0cossin2
180
5,0


R
H
Rq
n
d
=
90,7T/m
- Tổng áp lực phân bố:
mTqqq
nd
/40,1777,04,152

2222
=+=+=
- Góc tạo bởi phơng ngang của tổng áp lực nớc:
'4530
0
=


- áp lực tác dụng lên toàn bộ cửa:
+ Theo phơng ngang: Q
n
= 152,4 x 6,2 = 944,88 tấn
+ Theo phơng đứng: Q
n
= 90,7 x 6,2 = 562,34 tấn
+ Theo phơng nớc: Q
n
= 177,4 x 6,2 = 1099,88 tấn 1100 tấn
3.7.3. Bản mặt: đợc thiết kế chọn
= 20 mm
Nhận xét:
Với chiều dày bản mặt của tôn bng cửa van theo kết quả tính toán cho thấy
tác giả thiết kế đã chọn bản mặtquá thiên về an toàn nên sẽ đẩy giá thành cửa van
lên cao, cụ thể bản mặt chọn thép 20mm trong khi tính toán đã kể hệ số an toàn
cũng chỉ đến thép có chiều dày 15,4mm nh vậy hệ số an toàn của bản mặt: K=
14/9,6 = 1,298.

Hỡnh 8
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL

19
3.7.4. Dầm chính:
Dầm chính đợc thiết kế chọn là I ghép có tiết diện
B = 36cm H = 100cm
b = 43,8cm h = 95cm
Mô men quán tính của dầm chính khi có sự tham gia chịu lực của bản mặt.
J = 872580cm
4
W
max
=
3
31163
28
872580
cm=
W
min
=
3
11791
28102
872580
cm=


Nhận xét:
Với kết cấu dầm chính đã đợc kiểm tra tính toán là hợp lý.

3.7.5. Càng van: đợc thiết kế chọn càng là dầm tổ hợp ghép có kích thớc nh sau:
B = 30cm, b = 26cm
H = 42cm, h = 37cm
Nhận xét:
Tác giả thiết kế chọn kết caasu dầm càng là thép tổ hợp ghép theo tiêu chuẩn
nh vậy là hợp lý, thuận tiện cho công việc chế tạo, bảo dỡng sơn sửa.

3.7.6.Dầm phụ ngang đợc thiết kế bởi thép hình 300 x 100 x 6,5
Khi có kể đến bản mặt thì ứng suất tổng hợp:
2
/4,1017 cmkg=



3.7.7. Dầm phụ đứng : Dầm phụ đứng khi có sự tham gia chịu lực của bản mặt thì
ứng suất tổng hợp:
2
/75,604 cmKg=


3.7.8 Lực đóng mở: đợc thiết kế tính và chọn máy đóng mở:
- Lực nâng cửa: T
n
= 120tấn
- Lực hạ cửa: T
b
= -7,4tấn Cửa không tự hạ đợc mà phải ấn.

Hệ thống đóng mở đợc chọn là loạixi lanh thuỷ lực.

- Đờng kính piston: D = 280 mm.
- Đờng kính cần piston: d = 160 mm
- Hành trình cần thiết: S = 4400 mm
- Xi lanh làm việc hai chiều.
- áp lực dầu của xi lanh: P = 200 bar.
- Tốc độ nâng hạ của xi lanh: v = 0,6 m/ph.
- Lu lợng dầu khi nâng cửa: Q = 50,0 lít/phút
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


20
- Tốc độ hạ cửa: v
h
= 0,41
- Thời gian nâng cửa: T
o
= 7,5 phút.
- Thời gian hạ cửa: T
h
= 10,73 phút.
- Công suất động cơ: N = 26,0kW.

Nhận xét:
Với cửa cung đang dùng thì cần xem xét các phơng án kết cấu của cửa van:
để giảm đợc lực đóng mở, khi bảo dỡng vận hành cũng đơn giản, chi phí thấp.
đây tác giả thiết kế cha tính đến phơng án dùng chắn nớc lệch tâm, với chắn
nớc lệch tâm thì cửa van vận hành đảm bảo sẽ bền hơn, lực đóng mở nhỏ, tuy
nhiên yêu cầu về kín nớc cũng khắt khe hơn, chế tạo phức tạp, đồi hỏi trình độ của
nhà chế tạo phải kinh nghiệm và chuyên nghiệp.
Trong thiết kế cửa van cung xả đáy nh tác giả thiết kế đã đa ra về kết cấu, tất cả
đều đảm bảo an toàn, tuy nhiên trong thiết kế cũng cần đa ra các phơng án kết
cấu khác nhau nh đa ra các phơng án số lợng dầm chính khác nhau, kết cấu
dầm chính khác nhau(đầm hoặc dàn), càng cửa van cũng cần xem xét các phơng
án kết cấu khác nhau chẳng hạn ở đấy tác giả thiết kế càng cửa van có dạng dầm
ghép, cũng nên đề xuất phơng án dùng dầm kiểu hộp, với đầm hộp chắc chắn khoẻ
hơn, tuy nhiên yêu cầu chế tạo cung đòi hỏi khắt khe, kinh nghiệm chế tạo cao.Loại
kết cấu hộp ghép đang đợc các nớc ứng dụng nhiều( Hình 9)
3.8. Cửa sửa chữa phía trớc
3.8.1. Các thông số thiết kế
- Mực nớc sửa chữa:
65,0 m
- Cao trình đáy cửa:
59 m
- Kích thớc của cửa B x H = 6 x 3 m
2

- Bộ cửa sửa chữa đợc chia làm 2 nửa, cửa dới và cửa trên thiết kế tính cho
cửa dới là cửa chịu lực lớn hơn.


Hình 9.

Cửa van của Đức XD 1997

Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


21
3.8.2. Tổng áp lực nớc W = 74 tấn

3.8.3. Bản mặt:Chiều dày bản mặt chọn chiều dày tôn bng
= 10 m

3.8.4.Dầm chính: Dầm chính đợc thiết kế có
ứng suất:

max
=
[]

<=
2
/34,844 cmKg
W
M

Độ võng: F =
cm
E
J

LM
678,0
48
max5
2
=

y =
600
1
938
1
636
678,0
<==
L
f

Dầm chính đã đợc thiết kế tính chọnđảm bảo an toàn
Nhận xét:
Nói chung khi thiết kế cửa van trớc, chọn kết cấu, bố trí kết cấu nh cửa van
đã thiết kế là hợp lý, tuy nhiên cũng nh các kết quả tính toán của các phần trên thì
hệ số an toàn khát cao, dẫn đến lãng phí vật liệu, không kinh tế.

3.8.5. Lực đóng mở
:
* Lực nâng cửa: T
n
= 1,1G + 1,2 (T
y

+ T
0
) + P
CK.
17,0 T
* Lực hạ cửa: T
h
= 4,0 tấn
Máy đóng mở đợc thiết kế đề nghị dùng chùng với máy đóng mở của phai ở
tràn là cầu trục có sức nâng 20 tấn
4./ MộT Số BàI HọC KINH NGHIệm Và KIếN NGHị
4.1. Bài học kinh nghiệm
- Kỹ thuật thiết kế và chế tạo thiết bị cơ khí thuỷ công là loại khó khăn nhất trong
ngành cơ khí. Vì vậy hồ sơ thiết kế thiết bị cơ khí thuỷ công Định Bình đã đợc các
nhà t vấn thực hiện khá chi tiết và đầy đủ về kết cấu, khối lợng và đã xem xét đạt
đợc mức độ hợp lý giữa thiết kế và thi công lắp ráp.
- Đối với công trình có hệ thống liên hợp phai sửa chữa cửa van cung, cửa xả sâu ,
cả cửa lấy nớc và lới chắn rác , nên thiết kế kết cấu thả phai ( Cần trục chân dê) sử
dụng nâng hạ cho cả hệ thống thì sẽ kinh tế.
- Trong tính toán thiết kế nên đa ra một số phơng án kết cấu để có thể chọn đợc
phơng án kinh tế nh đã bình luận ở trên.
- Các nhà thiết kế thờng chọn kích thớc thiên về an toàn , điều đó làm cho các nhà
thiết sẽ yên tâm nhng cũng phải tuân theo quy định của nhà nớc để tránh lãng
phí.
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


22
- Xu hớng thiết kế cửa van hiện nay tránh dùng dạng tiết diện ghép mà chuyển

sang dùng tiết diện hộp. Loại tiết diện này vừa khoẻ vừa cứng giảm độ ăn mòn.
- Trong tính toán thiết kế nên đa thêm các phơng án khác để so sánh và chọn đợc
phơng án thiết kế hợp lý nhằm giảm giá thành,dẽ vạn hành,đơn giản trong quản lý
và nâng cao tuổi thọ công trình.
4.2. Kiến nghị
- Cần kiểm tra xem xét thêm vấn đề lắng đọng bùn cát ảnh hởng đến đóng mở và
hiện tợng ăn mòn trong quá trình khai thác sử dụng.
- Góc nghiêng giữa phơng của dầm chính dới cửa van xả sâu(chiều cao dầm chính
1m) và ngỡng tạo thành góc 15
o
05 sẽ có khả năng sinh chân không dới đáy van
khi mở van, nên cần khoét lỗ ở bụng dầm chính dới.
- Đối với cửa van xả sâu, cửa van trớc đờng ống áp lực nên kiểm tra bằng thí
nghiệm mô hình để xem xét hiện tợng khí thực hình thành dới đáy van gây rung
động cửa van. Nên sớm biên soạn quy phạm tính toán thiết kế kết cấu thép thuỷ
công để các cơ quan t vấn có cơ sở thiết kế và các cơ quan thẩm định có căn cứ để
đánh giá, kiểm tra, khi mở van hoặc hiện tợng lọt khí vào đờng ống .
- Đề nghị về việc chú ý thiết kế chiều đặt của roăng cửa và cả hình dạng roăng để
khi vận hành các cửa xả đáy vào mùa lũ, cột nớc cao thì roăng đáy bị phá hủy, tách
ra khỏi cửa và cửa không còn roăng đáy.
- Đề nghị về việc khắc phục phun nớc khi kéo cửa lên đến khi roăng qua khỏi
tờng ngực (ở đây cửa đặt sau đập tức là đặt hạ lu) khi ấy giữa cửa và tờng ngực
có khe hở nớc sẽ phun ngợc lên trên ở đây với sức mạnh khủng khiếp. Nớc làm
ớt nhà van, hỏng các thiết bị điện, nếu không cẩn thận có thể hại đến con ngời.
Thiết kế đã bố trí tấm bê tông cốt thép (có kích thớc 700x170x15 cm có 2 gờ chắn
theo chiều dài 15x15 cm) để chắn tia phun nói trên tuy nhiên tia nớc đã nâng cả
tấm bê tông lên và đập gẫy. Vì vậy phải thiết kế thêm lớp cao su chắn tia nớc.
- Khi dùng van bớm phi 2000 mm làm van sự cố cho cống lấy nớc phía bờ trái để
xả xuống suối, cần tính toán áp lực để chọn loại van có thông số chịu đợc áp lực
cao nh trong thực tế. Nếu thông số chịu áp lực của van bớm không đủ mức yêu

cầu sẽ gây ra gãy trục van bớm (ở công trình đầu mối Định Bình, van bớm đã bị
gãy trục khi mực nớc hồ còn thấp dới MNDBT).
- Đối với 2 cống lấy nớc tới phi 1000 mm (trong đó 1 cống lấy nớc tới cho phía
bờ phải Vĩnh Thạnh, 1 cống lấy nớc Vĩnh Hiệp để tới phía bờ trái cho khu Đông
Vĩnh Thịnh), nhà van đặt sau đập và bố trí van đĩa trớc van côn. Từ nhà van lên
mặt đập thợng lu, trong thiết kế không bố trí van hoặc phai đề phòng sự cố. Cần
bố trí cửa van và phai đóng mở cửa cống ở mặt đập thợng lu để đề phòng khi có
sự cố cửa van đĩa.
Tổng kết thiết kế, thi công đập bê tông đầm lăn Định Bình
Văn phòng T vấn Thẩm định thiết kế và Giám định chất lợng công trình - Trờng ĐHTL


23

Tài liệu tham KHảO
1. Giới thiệu công trình Định Bình Công ty cổ phần XD 47
2. Các báo cáo t vấn giám sát - Công ty t vấn & CGCN-ĐHTL chi nhánh miền Nam
3. Tập bản vẽ cơ khí N
0
444Đ-CK-T2; T07; T06A
4. Thuyết minh cơ khí N
0
444Đ-07-TM01
5. Phụ lục tính toán cơ khí N
0
444Đ-07-01-PL
6. 14TCN164-2006 Qui nh k thut thi cụng cm u mi cụng trỡnh thy li h
cha nc nh Bỡnh, tnh Bỡnh nh, 2006.
7. GrisinM.M Công trình thuỷ công tập 2 . Mạc t khoa 1979
8. Poloncki G.I. Thiết bị cơ khí công trình thuỷ lợi.Mạc t khoa 1974

9. Rozin L.A. Tính toán công trình thuỷ công trên máy tính. Phơng pháp PTHH.
M.1971
10. Rozanov N.C, Xkomorovcki AG. Nghiên cứu mô hình tĩnh công trình thuỷ
công.M1996
11. Kết cấu thép. Cẩm nang thiết kế
12. Đỗ văn Hứa Nguyễn đăng Cờng. Cửa van và thiết bị đóng mở. ĐHTL 2004
13. Vũ thành Hải,Trơng quốc Bình, Vũ hoàng Hng Giáo trình kết cấu thép.2006
14. Vơng Kiến Vĩ Kết cấu thép thủy công Nhà xuất bản thủy lợi Hoàng Hà
Trung Quốc 2006.
15. Lu Tế Long Cửa van và thiết bị đóng mở - Nhà xuất bản thủy lợi thủy điện
Trung Quốc 2003.