Nghiên cứu tính toán kết cấu và thiết bị đóng mở cửa van cổng khẩu độ lớn

L IC M

N

Lu n v n th c s : “NGHIÊN C U TÍNH TOÁN K T C U VÀ THI T B
ịNG M

C A VAN C NG KH U

Khoa C Khí tr

ng

L N” đư đ

c tác gi hoàn thành t i

i h c Thu L i tháng 8 n m 2015. Trong quá trình h c t p,

nghiên c u và hoàn thành lu n v n, tác gi đư nh n đ

c r t nhi u s giúp đ c a

th y cô, b n bè và gia đình.
Tr
Nguy n

c h t, tác gi xin g i l i c m n chân thành và sâu s c đ n PGS.TS
ng C

ng là ng

i đư tr c ti p h

ng d n và giúp đ tác gi trong quá

trình nghiên c u và hoàn thành lu n v n.
Xin g i l i c m n đ n phòng đào t o đ i h c và sau đ i h c, các th y cô
tr

ng

i h c Thu L i Hà N i, các th y c trong khoa K thu t C Khí đư t n

t y gi ng d y tác gi trong su t quá trình h c đ i h c và cao h c t i tr

ng.

Trong khuôn kh m t lu n v n, do th i gian và đi u ki n h n ch nên không
th tránh kh i nh ng thi u sót, tác gi mong nh n đ

c nh ng ý ki n đóng góp quý

báu c a các th y cô, và các đ ng nghi p.
Xin trân tr ng c m n!
Hà N i, ngày 19 tháng 08 n m 2015.
Tác gi

Hoàng Th Thanh Tâm

B N CAM K T

T i xin cam đoan: lu n v n này là c ng trình nghiên c u th c s c a cá nhân
t i, đ

c th c hi n d

is h

ng d n c a PGS.TS Nguy n

ng C

ng .

K t qu nghiên c u trong lu n v n là hoàn toàn trung th c và ch a t ng
đ

c công b trong b t k công trình nào khác.
Tôi xin ch u trách nhi m v nghiên c u c a mình.
Tác gi

Hoàng Th Thanh Tâm


M CL C

CH

NG I. T NG QUAN V C A VAN VÀTHI T B

ịNG M ...........1

1.1 T ng quan v các lo i c a van áp d ng cho c ng trình ng n s ng ................1
1.1.1

c đi m, ch c n ng c a c a van kh u đ l n ......................................1

1.1.2. Phân lo i c a van...................................................................................2
1.2. Các nghiên c u và s d ng c a van có kh u đ l n trên th gi i .................4
1.3. C a van trong các c ng trình ng n s ng

Vi t Nam..................................16

1.4. Thi t b đóng m c a van [1] ......................................................................18
1.4.1. Thi t b đóng m c a vít me .................................................................19
1.4.2. Thi t b đóng m ki u thanh r ng bánh r ng.......................................20
1.4.3. Thi t b đóng m c a van ki u dây m m (cáp, xích)............................20
1.4.4. Thi t b đóng m ki u xi lanh thu l c ................................................22
CH

NG II. L A CH N GI I PHÁP K T C U VÀ PH

NG PHÁP

TÍNH TOÁN C A VAN C NG ...........................................................................24
2.1. L

ch n gi i pháp k t c u c a van ............................................................24

2.1.1. K t c u c a van ....................................................................................24
2.1.2. S đ c a van .......................................................................................26
2.1.3.T i tr ng và t h p t i tr ng tác d ng lên c a .....................................30
2.2. Xây d ng ph

CH

ng pháp tính. .......................................................................30

2.2.1. Ph

ng pháp phân tích k t c u h ph ng ...........................................31

2.2.2. Ph

ng pháp phân tích h k t c u không gian [3] ..............................43

NG III. GI I PHÁP ịNG M

C A VAN C NG ...........................56

3.1. L a ch n gi i pháp thi t b đóng m c a van .............................................56
3.2. Yêu c u chung đ i v i c c u đóng m c a van.........................................60
3.3. B trí c c u đóng m c a van c ng ...........................................................60
3.4. Gi i pháp tính toán các thông s thi t b đóng m c a van. .............61


CH

NG IV. NGHIểN C U VÀ THI T K C A VAN C NG

NG

D NG CHO CÔNG TRÌNH C TH .................................................................66
4.1.

c đi m công trình và l a ch n k t c u c a van h p lý............................66

4.1.1.Gi i thi u chung v công trình ng n sông Trà Lý ................................66
4.1.2. Nhi m v c a công trình ......................................................................66
4.1.3. Các thông s v công trình liên quan đ n l a ch n c a van ...............67
4.1.4. L a ch n thông s thi t k ...................................................................68
4.1.5. L a ch n k t c u c a van công trình thi t k ......................................69
4.2. Tính toán c a van c ng theo ph

ng pháp phân tích h ph ng ..................69

4.2.1. V t li u ch t o .....................................................................................69
4.2.2. Tính toán k t c u c a van ....................................................................70
4.3. Ph

ng pháp phân tích h k t c u không gian ............................................77

K T LU N VÀ KI N NGH ..............................................................................86
TÀI LI U THAM KH O ....................................................................................88


DANH M C HỊNH V
Hình 1.1.C a van cung đ p tràn ......................................................................3
Hình 1.2. C a van ng n s ng ...........................................................................4

Hình 1.3. Công trình Maeslandt kering khi m và khi đóng hoàn toàn ..........5
Hình 1.4. Công trình Lower- Hà Lan ...............................................................6
Hình 1.5. Công trình Hartel Canal – Hà Lan. .................................................7
Hình 1.6. C a van ph ng trên công trình EMS-

c .......................................8

Hình 1.7. C ng Haringvliet – Hà Lan ..............................................................9
Hình 1.8.

p Upper Meuse – B ..................................................................10

Hình 1.9.

p sông Thames – Anh ................................................................11

Hình 1.10. Công trình EMS –

c ................................................................12

Hình 1.12. M t c t ngang khoang c a thông thuy n chính ...........................13
Hình 1.11. Khoang c a ph ng

tr ng thái đóng và m ................................13

Hình 1.13. D án ng n các c a sông

Venice – Italia ..................................14

Hình 1.14. D án trên sông Olm, M ............................................................15

Hình 1.15.

p Th o Long đ

Hình 1.16. C ng đ p Ph

c xây d ng theo công ngh đ p tr đ .......16

c Long ki u xà lan lúc đóng và m c a c ng .....17

Hình 1.17. Thi t b đóng m vít ch y đi n- quay tay ....................................19
Hình 1.18. Thi t b đóng m ki u thanh r ng bánh r ng ...............................20
Hình 1.19. Thi t b ki u dây m m di đ ng- c đ nh ......................................21
Hình 1.20. Máy đóng m ki u xilanh thu l c. .............................................22
Hình 2.1. C a van c ng khi m (hình trên); khi đóng (hình d

i)................24

Hình 2.2. S đ k t c u c a ...........................................................................26
Hình 2.3. C a van có th p b ng 1 phía (ph i) và c a p c 2 phía (trái) ......27
Hình 2.4. G i quay c a van c ng...................................................................28
Hình 2.5. C c u nâng c a van c ng .............................................................29
Hình 2.6. S đ áp l c th y t nh tác d ng lên c a van .................................31
Hình 2.7. Phân tích áp l c lên c a van ..........................................................33
Hình 2.8. Áp d ng n

c t nh tác d ng lên c a van theo đ

ng tr ng tâm....35

Hình 2.9. Ph n l c t i các g i t a ..................................................................36
Hình 2.10. S đ xác đ nh các l c N,Q .........................................................37
Hình 2.11. Xác đ nh m men t nh c a n a đ

ng tròn..................................40

Hình 2.12. L c tác d ng lên g i khi c a van đóng. .......................................41
Hình 2.13. L c tác d ng lên g i khi c a van m . ..........................................42
Hình 2.14. V trí đ t g i quay c a van c ng ..................................................42
Hình 2.15. K t c u t h p b n v i d m .........................................................46
Hình 2.16. H to đ c c b c a ph n t thanh ............................................52
Hình 2.17. Tr c to đ c c b 2 và 3 c a ph n t thanh ...............................52
Hình 2.18. H to đ c c b 123 c a ph n t thanh .....................................53
Hình 2.19. H to đ c c b c a ph n t v ..................................................53
Hình 2.20. Quy

c d u c a l c d c và mômen xo n ...................................54

Hình 2.21. Quy

c d u c a l c c t và mômen u n ......................................54

Hình 2.22. Quy

c d u n i l c c a v .........................................................54

Hình 3.1. Thi t b nâng c a van c ng b ng xi lanh thu l c .........................56
Hình 3.2. Thi t b nâng c a van c ng b ng t i cáp .......................................57
Hình 3.3. So sánh góc nâng l c kéo cáp và xi lanh .......................................57

Hình 3.4. Dây cáp luôn ti p tuy n v i đ

ng tròn chuy n đ ng c a c a .....58

Hình 3.5. H th ng cáp và ròng r c đóng m c a- v trí đóng ......................59
Hình 3.6. H th ng đóng m cáp- v trí m h t đ thong ..............................59
Hình 3.7. T i kéo c a van ..............................................................................61
Hình 3.8. Xác đ nh l c k o m i nhánh dây cáp .............................................62
Hình 4.1. Bi u đ áp l c n

c tác d ng lên c a van ....................................71

Hình 4.2. B trí khung d m c a van ..............................................................72
Hình 4.3. M t c t đ ng k t c u c a van c ng................................................74
Hình 4.4. M t c t ngang d m c a van ...........................................................74
Hình 4.5. L c đóng m c a van.....................................................................76
Hình 4.6.

nh ngh a ti t di n d m ................................................................78

Hình 4.7. Xây d ng s đ l

i c a van c ng ................................................79


Hình 4.8. M hình c a van c ng trong SAP ..................................................80
Hình 4.9. Mô hình thép b n m t c a van .......................................................80
Hình 4.10. Ph màu áp l c n

c th

ng l u lên b m t ...............................80

Hình 4.11. Ph màu áp l c n

c h l u lên b m t .......................................81

Hình 4.12. T h p t i tr ng ............................................................................81
Hình 4.13. Chuy n v gi a d m .....................................................................82
Hình 4.14. Ph màu l c d c d m chính ........................................................83
Hình 4.15. L c tác d ng vào g i quay c a van .............................................83


DANH M C B NG BI U
B ng 4.1.Thông s c a c a van tính toán:.................................................69
B ng 4.2.

ng su t cho phép c a k t c u thép .........................................70

B ng 4.3. Áp l c n
B ng 4.4.

c tác d ng lên c a van .............................................71

ng su t các ô d m th p b ng ..................................................73

B ng 4.5. B ng thông s d m c a van ......................................................74
B ng 4.6. L c tác d ng lên 1 g i quay c a van c ng ...............................75
B ng 4.7. Tính toán đ

ng kính tr c g i quay ..........................................76

B ng 4.8. L c tác d ng vào g i quay. .......................................................84
B ng 4.9. B ng so sánh v i k t qu phân tích theo h ph ng ...................84


M

U

1. Tính c p thi t c a đ tƠi
Bi n đ i khí h u, c m t không nh ng đ
thông, mà th c t

nh h

c nh c đ n nhi u trong truy n

ng tiêu c c c a nó trên toàn c u đang di n ra nhanh h n

so v i d báo c a các nhà khoa h c. Thiên tai nh h n hán b t th

ng, m a l n, l

l t, bão v i t c đ gió c c l n, l c xoáy có s c tàn phá m nh và kh c li t đư x y ra
th

ng xuyên h n tr

c. Nhi t đ trái đ t ngày m t t ng cao, làm tan b ng c b c

c c và nam c c, d n đ n n

c bi n dâng cao, làm úng ng p nhi u vùng ven bi n

r ng l n, làm xâm nh p m n phá ho i mùa màng, nh h
ng

i dân. Trong khi đó, Vi t Nam có đ

ng l n đ n đ i s ng c a

ng b bi n dài h n 3200km, dân c t p

trung đ ng t i các vùng đ ng b ng ven bi n, các ho t đ ng kinh t ph thu c nhi u
vào nông nghi p, tài nguyên thiên nhiên.
Theo khuy n cáo c a Liên h p Qu c, Vi t Nam là m t trong n m n
h

ng l n nh t do n

c bi n dâng. N u nhi t đ trái đ t nóng lên thêm 20C thì đ ng

b ng sông C u Long s m t đ n 45% đ t canh tác và có đ n 20 tri u ng
c a.
h

c nh

i m t nhà

c bi t thành ph H Chí Minh, C n Th ầlà các thành ph b đe d a nh

ng tri u c

ng nh t trên th gi i. Trong nh ng n m g n đây, tri u c

úng ng p thành ph ngày càng nhi u, n m sau cao h n n m tr

ng gây

c, th i gian úng

ng p kéo dài nhi u ngày h n trong n m. Kéo theo h l y gây khó kh n cho phát
tri n kinh t xã h i.
Nh ng n l c đ

ng phó v i bi n đ i khí h u và n

c bi n dâng trong th i

gian qua c a th gi i đư d n t i m t thông đi p mang tính chi n l

c: đó là chúng ta

u tiên cho nh ng gi i pháp thích ng thích h p m t cách khoa h c, nh m gi m
thi u các tác đ ng nh xây d ng các công trình c ng nh đê kè ven bi n, đ p ng n
sông và các gi i pháp công trình khác. Khi nghiên c u bi n pháp ng n sông đ
ch ng tri u c

ng, m t b ph n ph i ngh t i đó là c a van. Do đ c đi m c a dòng

ch y liên t c trên sông, yêu c u v giao thông th y, v b o v môi tr

ng sinh thái,

c nh quan mà các c a van trên sông ph i s d ng v i kh u đ l n (th

ng có chi u


r ng trên 30 m). C a van kh u đ l n đ

c nghiên c u

n

c ta trong kho ng 10

n m tr l i đây.
Nh v y, vi c xây d ng các c ng trình trên s ng r ch đ ki m soát tri u là
còn m i m

Vi t Nam. N

c ta m i nghiên c u và xây d ng m t vài c ng trình

ng n s ng nh c ng trình Th o Long v i d ng c a van clape tr c d
31,5m, chi u cao c t n
chi u cao c t n

i, có kh u đ

c ch đ n 4,2m. V i các lo i c a van có kh u đ trên 40m,

c trên 10m đang đ

nghi m thi t k thi c ng.

đáp ng đ

c nghiên c u và h u nh

ch a có kinh

c yêu c u v quy m c ng trình trên s ng

l n, đáp ng yêu c u th y l c c ng trình và c p đ giao th ng th y, chúng ta ph i
nghiên c u các lo i c a van có kh u đ trên 50m, chi u cao c t n

c cao h n 15m,

v i các gi i pháp đóng m khác nhau. Do đó s l a ch n hình th c c ng v i c a
van truy n th ng kh ng còn phù h p v i đi u ki n th c t . Chính vì v y em ch n đ
tài nghiên c u c a lu n v n: “ Nghiên c u tính toán k t c u và thi t b đóng m
c a van c ng kh u đ l n” là r t c p bách và c n thi t, góp ph n vào nghiên c u
c a van kh u đ l n hi n nay c a Vi t Nam.
2. M c đích nghiên c u c a đ tƠi
Lu n v n đ

c th c hi n nh m đ t đ

c các m c đính sau:

- ánh giá t ng quan hi n tr ng các lo i c a van kh u đ l n đư s d ng trên
th gi i và

Vi t Nam;

- Phân tích c u t o, nguyên lý làm vi c, l a ch n k t c u c a van c ng;
- Nghiên c u tính toán thi t b đóng m c a van c ng;
- Xây d ng ph

ng pháp tính c a van c ng và áp d ng vào công trình.

3.

it

ng vƠ ph m vi nghiên c u c a đ tƠi

a.

it

ng nghiên c u:

it

ng nghiên c u c a đ tài là c a van c ng có kh u đ l n đ ng b v i

thi t b đóng m l p đ t cho công trình trên sông.
b. Ph m vi nghiên c u:


Ph m vi nghiên c u c a đ tài là nghiên c u c a van c ng v c u t o, k t
c u, ph

ng pháp tính nguyên lý ho t đ ng đ ng b cùng thi t b đóng m và ng

d ng vào công trình c th .
4. Ph

ng pháp nghiên c u

- T ng k t và nghiên c u k t c u các lo i c a van đư đ
ngoài n

c s d ng trong và

c;

- Ti p c n các thành t u KHCN trên th gi i: C p nh t các tài li u k thu t,
các thông tin v công ngh xây d ng c ng trình ng n s ng và c a van trên th gi i
đ nghiên c u áp d ng phù h p v i đi u ki n th c ti n kinh t - xã h i

Vi t Nam;

- So sánh, đ xu t k t c u c a van và thi t b đóng m phù h p v i công
trình;

- Phân tích, xây d ng công th c tính và s d ng ph n m m tính toán k t c u
c th và rút ra k t lu n.


1

CH

NG I. T NG QUAN V C A VAN VÀ
THI T B

ịNG M

1.1 T ng quan v các lo i c a van áp d ng cho công trình ng n sông
1.1.1

c đi m, ch c n ng c a c a van kh u đ l n

Vi t Nam là qu c gia có khí h u nhi t đ i gió mùa, l i có đ a hình đa d ng,
v i hàng tr m con s ng ch y ra bi n d c su t chi u dài h n 3.200 km b bi n t
B c vào Nam. Các con s ng đư mang đ n ngu n n
nghi p, công nghi p, th y đi n và sinh ho t

n

c ta.

Tuy nhiên, m t khó kh n r t l n là s ng th
c n ki t, thi u n
h

c vào mùa khô, c ng v i n

c d i dào ph c v cho nông

ng nhi u n

c bi n ngày càng dâng cao do nh

ng c a bi n đ i khí h u. i u này không nh ng gây thi u n

ph c v nông nghi p, th y đi n mà còn khi n cho n
trong đ t li n, nh h
đ i s ng ng

c cho các sông, h

c m n xâm nh p vào sâu

ng r t l n đ n s n xu t nông nghi p, nuôi tr ng th y s n và

i dân.

Trong đi u ki n đó, ng
nh , kênh r ch đ ch ng n
trình đư đ

c vào mùa m a, và

i ta c ng đư xây d ng các c ng trình ng n s ng

c bi n dâng, ng n m n, gi ngu n n

c s d ng nhi u

c ng t. Các công

đ ng b ng sông C u Long, ch y u là các c a van t

đ ng th y l c vùng tri u, quy mô công trình không l n. Nh ng do bi n đ i khí h u,
tri u c

ng ngày càng l n, vì v y đòi h i ph i có gi i pháp công trình l n h n, nh t

là các sông l n đ ng n tri u.
Công trình trên sông ch y u dùng c a van làm thành t
barie trên sông. Các c a van đ
b đóng m đ

c đ t vào khe van

ng ch n hay g i là

các tr pin xây s n. Các thi t

c đ t trên đ nh tr pin đ v n hành. Vi c khai thác công trình có đ t

hi u qu nh thi t k hay không là ph thu c r t l n vào đ tin c y c a quá trình
v n hành các c a van trên công trình. N u v n hành các c a van có s c thì d n
đ n không nh ng t n h i l n cho công trình mà còn gây tác h i cho s n xu t, đ i

s ng c a c vùng.
b o đ m t c đ dòng ch y qua c ng trình và đáp ng đ

c yêu c u v

c p đ giao thông th y, chúng ta ph i xây d ng các công trình trên sông có kh u đ


2

l n có n i lên trên 75m, đ t nh kh ng trên 9m tùy theo c p đ giao thông th y c a
t ng công trình, t i tr ng lên t i hàng tr m t n, thi t b đóng m v i hành trình l n.
Chúng ta ph i nghiên c u sâu h n v c a van, thi t b đóng m và c i ti n công
ngh , nâng cao kh n ng nghiên c u thi t k đ đáp ng yêu c u m i.
Các l ai c a van có kh u đ l n h n 45m và có chi u cao trên 10m tuy ch a
t ng đ

c ch t o và l p đ t t i Vi t Nam nh ng đư đ

trình trên sông c a nhi u n
các c ng trình ng n tri u

c áp d ng

nhi u công

c trên th gi i, vì v y vi c nghiên c u, ng d ng vào
n

c ta là hoàn toàn kh thi. S

ng d ng thành công

lo i c a van có kh u đ l n cho các công trình s m ra th i k m i ng d ng công
ngh tiên ti n cho các công trình ki m sóat tri u quy mô l n, gi m nh
c a tình tr ng n

c bi n dâng trong t

nh h

ng

ng lai.

1.1.2. Phân lo i c a van
a. Nhi m v , ch c n ng c a c a van.
C a van là m t b ph n c khí th y công r t quan tr ng trong công trình
th y l i, th y đi n nói chung và công trình ki m soát tri u, ng n m n gi ng t nói
riêng. C a van đ

c l p đ t vào các khoang c a công trình th y l i, th y đi n, có

th là c ng l thiên, hay c ng ng m. Nhi m v c a c a van là đi u ti t dòng ch y
và b o v an toàn cho công trình trong quá trình s d ng: đóng đ tr n
c ng trình đ u m i, h ch a và m đ c p n
đi u ti t m c n

ct

i, c p n

c b o v công trình. M t khác c a van đ

c trong

c phát đi n, thoát l
cl p

các công trình

trên s ng khi đóng đ ng n tri u, gi ng t; khi m đ tiêu úng, đi u ti t m c n
ph c v giao th ng...
đóng m dùng n ng l

v n hành đóng m c a van th

c,

ng s d ng các thi t b

ng đi n, th y l c. Khi c a van chuy n đ ng, nó t a lên các

b ph n c đ nh g n ch t vào m c a công trình.
b. Phân lo i c a van
C a van đ

c s d ng r t r ng rãi trong công trình th y l i. Hình th c c a

chúng r t đa d ng, phong phú. Có th phân lo i c a van theo nhi u cách khác nhau.

Nh ng

đây ch phân lo i theo lo i công trình:


3

1. C a van trên c ng trình đ u m i
C ng trình đ u m i là các c ng trình đ p c đ nh b ng bê tông ho c đ p đ t,
m c đích là đ tr n

c vào mùa m a c a m t l u v c đ s d ng vào mùa khô.

Nh v y c a van l p đ t vào c ng trình khi đóng kín thì nó tr thành m t ph n c a
thân đ p đ gi
khi m
n

n

c,

là cung c p

c cho vùng h du,

ho c theo đ

ng

ng

vào bu ng tua bin phát
đi n.

p càng cao thì

c t n

c tác d ng lên

c a van càng l n, có
n i trên 50m c t n
th ng th
n

c,

ng áp l c

c tác d ng lên c a

van t m t phía, nên l c
đóng m c n công su t

Hình 1.1.C a van cung đ p tràn

l n.
Vì v y các c a van trên c ng trình đ u m i th
dòng ch y d

i van l n, l u l

ch y, đi u ti t m c n

ng có kh u đ nh , t c đ

ng l n. C a van đ u m i có nhi m v đi u ti t dòng

c trong h và b o đ m an toàn cho công trình, c a van đ u

m i v n hành ít.
C a van đ u m i đư có l ch s phát tri n hàng tr m n m, có hàng ch c lo i
k t c u khác nhau nh : c a van ph ng tr

t, c a van ph ng bánh xe k o đ ng, c a

van cung, c a van r qu t, c a van mái nhà, c a s p, c a clape tr c d

i, c a van

ch nhân, c a van tr đ ng, tr ngang, c a van tr ng, c a van c ng...,
M i c a van đáp ng cho các đi u ki n, đ c đi m c a t ng công trình c
th .


4

2. C a van trên sông
So v i c ng trình đ u

m i, c a van trên sông có
nh ng đ c tính k

thu t ph c

t p h n r t nhi u, nh t là sông
ven bi n. Sông có dòng ch y
liên t c t đ t li n ra bi n, khi
có th y tri u thì đ i dòng ng
l i.

c

đ m b o dòng ch y t

nhiên qua công trình không b
c n quá l n, không gây xói l ầ

Hình 1.2. C a van ng n sông

thì c a van ph i có kh u đ l n.
M t khác ph i b o đ m yêu c u giao thông th y qua công trình. Tuy kh u đ l n
nh ng áp l c n

c tác d ng lên c a ch y u là s chênh l ch c t áp c a hai phía

c a c a van. Có ngh a là hai phía c a c a van bao gi c ng có m c n

c nh t đ nh.

Do đó, áp su t lên c a van không l n, nh ng do kh u đ l n nên b t l i v đ
đ nh, tr ng l
n

ng c a van l n. Tuy nhiên khi m c a th

c đ ng, nên l c đóng m ch là tr ng l

có công su t đáp ng đ

n

ng l i d ng lúc đ i dòng,

ng b n thân c a. Các thi t b đóng m

c l c đóng m này.

Do m c đích s d ng c ng trình trên s ng đa d ng h n nên ch có th s
d ng đ

c m t s lo i c a van có d ng gi ng c a van đ u m i;

ó là c a van

ph ng k o đ ng, c a van cung, c a van c ng, c a van viên phân quay, c a ch
nhân, c a van clape tr c d
s d ng

i và clape tr c trên. Các lo i c a van này c ng đư đ

c ng trình đ u m i, nh ng đư c i ti n nh m gi m thi u các nh

c

c đi m

c a chúng đ s d ng vào công trình trên sông
1.2. Các nghiên c u vƠ s d ng c a van có kh u đ l n trên th gi i
Nhi u n

c trên th gi i, đ c bi t là các n

c có sông ti p giáp v i bi n, có

tác đ ng t tri u dâng, đư nghiên c u thi t k nhi u lo i c a van đ ng n s ng
ch ng úng ng p, bão l n. M t s lo i c a van đi n hình nh :


5

1.C a van cung tr c đ ng m ngang (Vertical axis sector gates):
C a van cung tr c đ ng có k t c u ph n đ ng v i m t c t ngang d ng hình
cung. Khi ho t đ ng, c a quay quanh tr c th ng đ ng đi qua tâm c i quay, l c t p
trung v c i tr c do v y c a van có kh n ng ch u l c l n.
C a van lo i này đư đ

c áp d ng

c ng trình nh c ng Maeslant thu c d

án Delta – Hà Lan (2 c a van cung tr c đ ng có bán kính c a van 240m)
Có th nói r ng đây là s k di u c a trí tu con ng

i trong l nh v c xây

d ng công trình th y. Theo WIKIPEDIA, đây là k t c u đ ng l n nh t hành tinh.
Công trình có tên g i Maeslant Barrier đ
v vùng ven bi n tr

c bão m nh

c xây d ng nh m t lá ch n b o

c ng Rotterdam, Hà Lan. Hai cánh c a hình

qu t, ch n tr n tuy n lu ng tàu có chi u dài g n 300m, r ng 210m và chi u cao
22m; tr ng l

ng g n 5500 t n. Tuy n lu ng tàu, t i v trí công trình, r ng 360m và

sâu 17m. T 1997 đ n nay t i
đây ch a b n

c ng p đe

d a. C a van làm vi c theo
nguyên lý tàu ng m. Trong
đi u ki n yên bình, chúng
n m trong khoang h m khô

ráo.
Tr

c khi c n ng n

sông kho ng 8 gi , khoang
h m đ
n

c m

ra n p đ y

c. Sau 15 phút c a van đư
tình tr ng ng p n

tr

c, 4 gi

c khi ng n s ng, Trung

tâm đi u hành c ng s ra l nh
d ng l u th ng tàu thuy n, 2
gi

tr

c khi đóng c a tín

hi u giao thông th y s b t
Hình 1.3. Công trình Maeslandt kering khi m
và khi đóng hoàn toàn


6

sáng màu đ và c a van b t đ u di chuy n đ n v trí gi a sông. Th i gian đ a c a
van t khoang h m ra đ n gi a sông m t kho ng 15 phút. Sau khi hai c a van giáp
nhau kín khít, các khoang c a chúng đ
d

i tác d ng c a tr ng l
M c a van đ

bưo đư qua, n
đ

c và đ

c h xu ng đáy s ng

ng b n thân.

c th c hi n theo quy trình ng
các khoang đ

c

cn pđ yn

c l i. Sau khi m i đe d a t

c đ y ra, c a van n i lên và di chuy n theo

ng cong v v trí ban đ u c a mình. Toàn b quá trình này đ

c giám sát và

đi u khi n b i h th ng B.O.S (h th ng tr giúp và ra quy t đ nh). H th ng này t
đ ng thu th p d li u, ti n hành mô ph ng tình hu ng trên máy tính và đ a ra quy t
đ nh.
Tuy c a van có nhi u u đi m, nh ng trong đi u ki n Vi t Nam v k thu t,
kinh t , quy mô khó có th áp d ng đ
2.C a van c ng hay l

c.

i trai (Visor gate)

ây là lo i c a van có hình d ng bán tr , cánh c a liên k t g i b n l lên hai
tr

pin c a công trình.

Quá trình ho t đ ng, c a
van quay quanh g i b n
l , khi m
gi n

kh ng ng n

c, b o đ m giao

thông th y, c a quay lên,
khi ng n gi
van
ng

quay

n
h

c c a
xu ng

ng.
Lo i c a van này

Hình 1.4. Công trình Lower- Hà Lan

ng d ng trong công
trình tiêu bi u nh ng n s ng Rhine – Hà Lan (2 khoang c a r ng 54m), hay
Aji – Nh t B n (c ng trình đ
OSAKA, c a van đ

đ p

c xây d ng đ phòng ch ng l cho thành ph

c thi t k v i kh u đ r ng 57m).


7

Lo i k t c u c a có kh n ng ch u l c l n, n đ nh, khi c a m có th cho
tàu thuy n di chuy n qua công trình, l c nâng h c a van c ng t

ng đ i nh , do

quá trình c a van đóng m quay quanh c i b n l cho nên m t ph n tr ng l

ng

c a truy n lên g i quay, khi c a kéo h t hành trình thì tr ng l

ng c a van gây nh

h

c th c hi n d dàng

ng lên l c kéo càng gi m, quá trình b o d

ng c a van đ

và thu n ti n khi c a van quay lên trên kh i m t n

c. Khi c a m có đ t nh

không l n, thích h p cho giao thông th y. Ngoài ra, m t u đi m c a lo i c a này
là có th đi u ch nh v trí đ t c i quay khi c n đi u ch nh đ t nh kh ng c a c a.
Tuy nhiên lo i c a này có h n ch là c n kho ng không gian tr pin l n đ b trí
khung đ . Ph n ng

ng ti p xúc

đáy c a c a van c ng v i công trình theo m t

cung tròn cho nên vi c b trí k t c u b n đáy c ng trình ph c t p.
3. C a van d ng th u kính kéo th ng đ ng
Lo i c a van này có d ng nh c a van ph ng kéo th ng đ ng, ch khác là
m t ch n n

c hình cong theo m t ngang g n gi ng c a van c ng. Lo i c a này đư

ng d ng vào công trình ng n s ng Hartel, Hà Lan (m t khoang c a r ng 49,3m và
m t khoang c a r ng 98m, chi u cao c a là 9,3m), đóng m b ng xi lanh th y l c,
hình 1.5.
Lo i c a van có d ng th u kính n m ngang, cân b ng, có đ

Hình 1.5. Công trình Hartel Canal – Hà Lan.

n đ nh cao


8

trong quá trình v n hành, k t c u c a là m t t h p k t c u giàn cho nên gi m đ

tr ng l

ng c a van, ch c ch n nên kh u đ đ t đ n 98m. Thi t b đóng m đ n

gi n, quá trình b o d
đ

c

ng c a van đ

c kéo lên kh i m t n

c th c hi n d dàng và thu n ti n khi c a van

c.

Khi k o đ ng đòi h i hành trình thi t b đóng m l n, ch u gió l n khi neo
gi trên cao.
4. C a van ph ng kỨo đ ng
Các lo i c a này có m t ch n n

c d ng ph ng nh các c a van trên công

trình đ u m i. C a van ph ng kh u đ l n k o đ ng đ

c s d ng khá r ng rãi trên

nhi u công trình nh c ng trình Shinanogawa – Nh t B n, đóng m b ng t i cáp.
Công trình trên sông EMS c ng hòa liên bang

c đư s d ng 5 c a van ph ng kéo

th ng đ ng có kh u đ đ n 63,5m, cao 10,5m, v n hành b ng xi lanh th y l c.
C a van lo i này có k t c u m t ch n n

c là ph ng. Do v y k t c u t

đ i đ n gi n, thi t k và ch t o d dàng, k t c u công trình th y c ng t

ng

ng đ i

đ n gi n, kh ng đòi h i
đ

chính xác cao.

h n ch nh

c đi m c a

c a van ph ng tr
đ ng, ng

t kéo

i ta đư c i

ti n k t c u nh s d ng
các d m r ng, b

trí

d m ph đ ng và ngang
v

m t phía, phía th

hai b

Hình 1.6. C a van ph ng trên công trình EMS-

trí d m chính

ki u dàn v i ng thép r ng. Nh v y v a gi m tr ng l

c

ng, t ng kh n ng ch u t i

và t ng n đ nh, ch ng l ng đ ng rác, t ng l c đ y n i, ch ng n
Do u đi m c a nó mà c a van lo i này đ

c bi n n mòn.

c s d ng nhi u trên các công

trình ng n s ng, nh t là s d ng cho các khoang c a không c n giao thông th y.

Thi t b đóng m cho c a van này có th là b ng xi lanh th y l c ho c t i cáp.


9

H n ch c a lo i c a này là khi s d ng cho khoang ph c v giao thông thì
ph i kéo lên cao, nh h

ng t i không gian c a công trình, tr pin th

ng r t cao

theo c p c ng trình giao th ng. Nh v y khi s d ng máy đóng m b ng xi lanh
th y l c có hành trình l n s r t khó kh n, r t ít nhà máy có th s n xu t và đáp ng
đ

c đi u ki n v n hành. Khi kéo lên cao thì di n tích ch n gió l n, mômen do gió

gây ra s tác d ng lên công trình th y c ng và đ c bi t khi có gió bão. Nh v y hình
th c toàn b c ng trình kh ng đ

c hài hòa khi đ t nh kh ng đòi h i l n.

5.C a van cung (Radial gates)
M t c t ngang c a c a van cung có d ng hình cung tròn, tâm cung là tâm
quay c a c a, ph n ch n n

c là t h p b n m t l p ghép lên các k t c u d m,

thông qua k t c u

giàn càng truy n l c
lên tr bin thông qua
c i quay, v i c a
van có kh u đ l n
thì đ đ m b o đi u
ki n

n đ nh và an

toàn trong quá trình
làm vi c c a c a
van, ng

i ta đư b

trí

d m

các

Hình 1.7. C ng Haringvliet – Hà Lan

ph

ngang r ng và đ ng ra m t tr

c. M t trong càng van là d m chính ki u dàn v i các

ng thép r ng, các thanh gi ng b trí chéo nhau b o đ m đ

n đ nh khi nâng c a

không b xo n v n.
Lo i c a van này đ

c ng d ng cho m t s công trình, tiêu bi u là c ng

Haringvliet – Hà Lan (17 khoang b trí 2 l p c a r ng 56m),

p Upper Meuse B ,

đ p Braddock – M (4 c a r ng 33,53m), đ p Iron – Romania (7 c a r ng 21m).


10

C a này có kh n ng ch u l c l n, c t n

c cao, l c nâng h c a van cung có

l i v l c vì quá trình c a van đóng m quay quanh c i b n l cho nên m t ph n

Hình 1.8.
tr ng l

p Upper Meuse – B

ng c a try n lên g i quay, h n n a nh b n m t hình cung cho nên có th

l i d ng s c n

c đ gi m l c nâng c a van, k t c u c a van không quá ph c t p

cho nên kh n ng ch t o và l p đ t có th th c hi n đ

c d dàng, quá trình b o

d

ng c a van đ

n

c. Tuy nhiên h n ch c a c a van lo i này là m quay lên trên chi m m t

c th c hi n d dàng và thu n ti n khi c a van quay lên kh i m t

kho ng không gian c a công trình và t o thành m t t m ch n gió gây ra l c tác
d ng lên c ng trình. Khi đ t nh kh ng l n, cánh van s r t dài, hành trình đóng m
l n, khó kh n cho vi c l a ch n xi lanh đóng m và gi

n đ nh đ đ t đ t nh

không khi tàu thuy n qua l i.
6. C a van viên phân quay ( rotary segment gate)
K t c u c a van b ng thép g m ph n ch n n

c có m t c t ngang là hình

viên phân kín g n vào hai đ a hình tr tròn quanh tr c n m ngang g n trên hai tr
pin.


11

C a có th quay quanh tr c n m ngang trong ph m vi 1800 và làm vi c t i 5
v trí khác nhau: (a) thân c a n m ngang s d ng khi c n thông thuy n, (b) b n m t
c a nghiêng 450 s d ng khi ch n sóng và ng n tri u th p, (c) b n m t nghiêng 900
s d ng khi ng n tri u và ch n sóng ng n tri u trung bình, (d) b n m t c a nghiêng

p sông Thames – Anh

Hình 1.9.

1350 s d ng khi ng n sóng cao và s d ng b o d
1800 dùng khi s a ch a, b o d

ng c a, (e) b n m t nghiêng

ng mà v n đ m b o cho các tàu c nh đi qua.

C a van viên phân quay đ

c ng d ng trong các c ng trình nh :

C ng trình ng n s ng Thames – Anh r ng 520m. G m 10 khoang c a trong
đó 4 khoang r ng 61m, 2 khoang c a r ng 31,5m và 4 khoang c a cung r ng
31,5m. Khoang c a có chi u r ng 61m, cao 20m, t ng tr ng l
kh n ng ch u đ

ng 3300 t n. Có

c t i tr ng tác d ng trên 9.000 t n. C a v n hành nh vào c c u

hai xilanh th y l c n i v i m t khâu b n kh p và m t thanh n i dài.
Thao tác đóng m c a van đ

c ti n hành khá th

ng xuyên và m i l n nh

v y tr thành màn xem th c s h p d n đ i v i khách du l ch. Trong 21 n m, t h p
này đư th c hi n đóng m t ng c ng 92 l n


12

C ng trình ng n s ng EMS –
tri u

c t ng chi u dài 476m có nhi m v ng n

h l u và b o đ m giao thông th y phía th

ng l u vào mùa ki t.

ây là

công trình m i hoàn thành n m 2002 trên c s rút kinh nghi m c a các công trình

c a Hà lan và Anh, do đó s d ng t h p c a van r t h p lý. Công trình bao g m 7

Hình 1.10. Công trình EMS –

c

c a, 2 c a ph c v cho m c đích giao th ng th y: m t c a van viên phân quay r ng
60m cho phép tàu thuy n chính qua l i, m t c a cung r ng 50m ph c v cho giao
thông th y n i đ a, 5 c a còn l i đ u là c a van ph ng k o đ ng r ng t 50 –
62,5m. T t c các c a van đ u chuy n đ ng nh vào h th ng xi lanh th y l c đ

c

đi u khi n t phòng trung tâm.
C a van viên phân quay có kh u đ l n, có góc quay làm vi c l n nên c a
đáp ng đ
làm đ

c h u h t các yêu c u c a công trình mà các lo i c a khác không th

c, đ c bi t là giao thông th y, k t c u c a c ng và n đ nh, không gi i h n

chi u cao thông thuy n. Có th m r ng kh u đ c ng lên đ n 60m ho c h n n a.
K t c u tr đ th p, t o v đ p và hài hòa cho công trình. C a van có l c đ y n i
l n. Có th l i d ng l c đ y n i đ đóng m c a nh nhàng và gi m áp l c lên g i
quay c a c a.


13

Hình 1.11. Khoang c a ph ng

tr ng thái đóng và m

Hình 1.12. M t c t ngang khoang c a thông thuy n chính
H n ch c a c a van viên phân quay có kh u đ l n là tr ng l
Vì kích th

c m t c t ngang đ u nhau su t c chi u dài c a, do đó đ

ng c a l n.
ch ng l i

mômen u n và b o đ m đ võng trong ph m vi cho ph p thì đ đ c c a k t c u ph i
l n. Nh ng n u t ng kích th
h

ng do chi u sâu c t n

v n hành, tr
đi m đ

c bao đ làm t ng đ r ng k t c u l n thì b

c và m t đáy c a sát v i n n. Nh

ng h p ch s d ng xi lanh th y l c, thì khó v

nh

c đi m n a là khi
t qua đi m ch t, là

ng tâm xi lanh th y l c đi qua tâm quay c a van. Lúc đó kh ng còn cánh

tay đòn t o ra mô men quay. Do v y ph i s d ng n
đi m ch t. K t c u ph n th y c ng đòi h i t

cd nđ đ ac av

t qua

ng đ i chính xác đ b o v đ kín

khít trong quá trình v n hành.
7. C a van clape tr c d

i:

K t c u c a van có d ng k t c u b n d m, phía d

i cánh c a b trí các c i

quay, các c i quay có th g n tr c ti p lên b n đáy c ng trình ho c l p trên k t c u
d m đ nh v , tr

ng h p kh u đ l n, c a van đ

c ch t o d ng h p phao. Quá

14

trình v n hành, c a van quay quanh c i quay, khi ng n gi n
và khi tháo n

c c a quay lên trên

c c a van quay xu ng n m sát đáy c ng trình.

Tiêu bi u ng d ng c a van này là d án xây d ng các công trình gi m nh
l t l i do tri u c

ng cho thành ph Venice – Italia , h th ng g m 78 c a van b ng

thép trên h th ng xà lan, m i c a cao t 18 ÷ 28m, r ng 20m, dày 5m. C a van là
lo i d ng Clape phao tr c d

i khi c n tháo l thì b m n

c a h xu ng, khi c n ng n tri u thì b m n

c vào b ng c a van đ

c ra kh i b ng đ c a t n i lên. D

Hình 1.13. D án ng n các c a sông

Venice – Italia

án này d ki n làm trong 10 n m và tiêu t n t i 4,8 t USD.
C a van này có k t c u đ n gi n, l c nâng h c a van có l i v l c vì quá
trình c a van đóng m quay quanh c i b n l cho nên m t ph n tr ng l
try n lên c i quay, n u c a phao thì s d ng đ

c s c đ y n i trong n

ng c a
c nên có

th thi t k đóng m t đ ng. Khi m c a van n m sát đáy c ng trình cho nên
không chi m m t không gian c a công trình.