Nghiên cứu ảnh hưởng của liên kết nửa cứng đến trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van hình cung

L IC M
V i s giúp đ c a phòng
trình tr

ng

ào t o

N
i h c và Sau

i h c, Khoa Công

i h c thu l i, cùng các th y cô giáo, b n bè, đ ng nghi p và gia

đình đ n nay Lu n v n Th c s k thu t v i đ tài: “Nghiên c u nh h

ng

c a liên k t n a c ng đ n tr ng thái ng su t và bi n d ng c a c a van
hình cung” đã đ

c hoàn thành.

Tác gi xin t lòng bi t n chân thành đ n các c quan đ n v và các cá
nhân đã truy n đ t ki n th c, cho phép s d ng tài li u đã công b .
c bi t tác gi xin đ
H i ng

i đã tr c ti p h

c t lòng bi t n sâu s c đ n PGS.TS V Thành

ng d n, giúp đ t n tình cho tác gi trong quá trình

th c hi n lu n v n này.
V i th i gian và trình đ còn h n ch , lu n v n không th tránh kh i
nh ng thi u sót. Tác gi r t mong nh n đ

c s ch b o và đóng góp ý ki n c a

các th y cô giáo, c a các Quý v quan tâm và b n bè đ ng nghi p.
Lu n v n đ

c hoàn thành t i Khoa Công trình, Tr

ng

i h c Th y

l i.
Hà N i, tháng 11 n m 2013
Tác gi lu n v n

TR

NG

C H NH

B N CAM K T
Tên tôi là: Tr

ng

c H nh

H c viên l p: 19C12
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi. Nh ng
n i dung và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a đ

c ai

công b trong b t k công trình khoa h c nào.
Hà N i, tháng 11 n m 2013
Tác gi lu n v n

TR

NG

C H NH


M CL C
L I C M N………………………………………………………………..
B N CAN K T………………………………………………………………
M C L C……………………………………………………………………
DANH M C CÁC HÌNH V ……………………………………………….
DANH M C CÁC B NG BI U……………………………………………

CH

NG 1 – M

1.1.

U ...................................................................... 1

t v n đ ............................................................................................. 1

1.2. N i dung nghiên c u ............................................................................. 3
1.3. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u ........................................... 3

1.4. K t qu nghiên c u c n đ t đ

CH

c .......................................................... 3

NG 2 - T NG QUAN V C A VAN HÌNH CUNG ............. 4

2.1. Khái quát và phân lo i c a van cung .................................................... 4
2.1.1. Khái ni m........................................................................................ 4
2.1.2. Phân lo i c a van cung ................................................................... 6
2.1.3. Các b ph n chính c a c a van cung ............................................. 7
2.1.4. Hình th c c a van th

ng dùng hi n nay .................................... 10

2.1.5. Ph m vi s d ng ........................................................................... 12
2.2. Phân tích k t c u van cung theo h ph ng .......................................... 13
2.2.1. Ph

ng pháp tính toán c a van cung theo h ph ng .................... 13

2.2.2. Phân tích khung chính theo bài toán ph ng .................................. 13
2.3. Phân tích k t c u c a van cung theo bài toán không gian .................. 21
2.3.1. Khái quát v bài toán không gian ................................................. 21
2.3.2. i u ki n biên c a bài toán .......................................................... 22
2.3.3. Xác đ nh n i l c và l c kéo c a van ............................................ 24
2.3.4. Tính toán ki m tra khung chính và càng van ............................... 26


K T LU N CH

CH

NG 2 ............................................................................ 28

NG 3 – T NG QUAN V K T C U CÓ LIÊN K T N A

C NG VÀ PH N M M SAP2000 ................................................... 29
3.1. Khái quát v liên k t n a c ng ........................................................... 29
3.2. Các nghiên c u v k t c u có nút c ng và liên k t n a c ng ............. 30
3.2.1. T ng quan v k t c u có nút c ng ................................................ 30
3.2.2. T ng quan v k t c u có liên k t n a c ng .................................. 32
3.2.3. Phân tích k t c u có liên k t n a c ng ......................................... 36

3.3. Xác đ nh đ c ng xoay c a liên k t n a c ng [6] .............................. 49
3.3.1. Liên k t d m-c t trong k t c u khung thép .................................. 49
3.3.2. Ph

ng pháp t h p áp d ng cho liên k t d m-c t ...................... 50

3.4. Phân tích k t c u h thanh có liên k t n a c ng b ng SAP2000....... 54
3.4.1. Mô hình hóa k t c u van cung ...................................................... 54
3.4.2. Phân tích n i l c k t c u van cung ............................................... 57

K T LU N CH
CH

NG 3 ................................................................... 61

NG 4 - PHÂN TÍCH TR NG THÁI

NG SU T VÀ BI N

D NG C A C A VAN CÓ LIÊN K T N A C NG ................... 62
4.1. Nhi m v và quy mô công trình ......................................................... 62
4.1.1. Nhi m v công trình ..................................................................... 62
4.1.2. Quy mô công trình đ u m i .......................................................... 62
4.2. K t c u c a van ng n tri u và gi m ng p ........................................... 63
4.2.1. Mô t k t c u c a van ................................................................... 63
4.2.2. S li u tính toán ............................................................................ 64
4.2.3. Tr

ng h p tính toán .................................................................... 64

4.3. Phân tích k t c u van cung nh p l n liên k t c ng b ng ph n m m
SAP2000 .................................................................................................... 66
4.3.1. Mô hình hoá k t c u van cung nh p l n ....................................... 66
4.3.2. Ki m tra đ tin c y c a mô hình .................................................. 71
4.3.3. K t qu tính toán n i l c và chuy n v c a van cung trong tr
h p c a van trên ng

ng

ng. ....................................................................... 73

4.3.4. K t qu tính toán n i l c và chuy n v c a van cung trong tr
h p c a van b t đ u d i ng

ng

ng. ........................................................... 82

4.4. Phân tích k t c u van cung nh p l n liên k t n a c ng b ng ph n m m
SAP2000. ................................................................................................... 91
4.4.1. K t qu tính toán n i l c và chuy n v d m chính và càng van
trong tr

ng h p c a van trên ng

ng. .................................................. 92

4.4.2. K t qu tính toán n i l c và chuy n v d m chính và càng van
trong tr

ng h p c a van d i ng

K T LU N CH

ng. ................................................... 94

NG 4 ................................................................... 97

K T LU N VÀ KI N NGH ............................................................ 98
TÀI LI U THAM KH O ............................................................... 100


DANH M C CÁC HÌNH V
Hình 1.1 – H sông Quao t nh Bình Thu n ..................................................... 2
Hình 1.2 – C ng Lân 2, Ti n H i, Thái Bình .................................................. 2
Hình 1.3 – C ng Haringvliet – Hà Lan ........................................................... 2
Hình 1.4 – C ng Maeslant – Hà Lan ............................................................... 2
Hình 2.1 - K t c u c a van hình cung hai khung chính, càng xiên................. 4
Hình 2.2 - C a van trên m t ............................................................................ 5
Hình 2.3 - C a van d

i sâu ............................................................................ 5

Hình 2.4 - B trí t ng th van cung và thi t b đóng m ................................. 6
Hình 2.5 - K t c u giàn ngang và càng van cung ............................................ 7
Hình 2.6 - S đ c u t o c a van hình cung ................................................... 7
Hình 2.7 - G i quay c a c a van cung; a) G i nón c t; b) G i b n l ............ 8
Hình 2.8 - G i đ bên ki u bánh xe và ki u tr
Hình 2.9 - C u t o k t c u v t ch n n

t ........................................... 9

c bên và đáy van cung ................... 10

Hình 2.10 - S đ m t s hình th c b trí tâm quay c a van cung............... 10
Hình 2.11 - Các lo i hình th c khung chính ................................................. 11
Hình 2.12 - Các hình th c khe van ............................................................... 13
Hình 2.13 - S đ xác đ nh áp l c n
Hình 2.14 - S đ áp l c n

c lên d m chính trên và d

c lên c a van trên m t và c a van d

i............ 15
i sâu... 15

Hình 2.15 - S đ tính toán và bi u đ mômen u n khung chân kh p........ 17
Hình 2.16 - S đ tính toán và bi u đ mômen u n khung chính chân ngàm
....................................................................................................................... 18
Hình 2.17 - S đ tính toán n i l c càng van ............................................... 20
Hình 2.18 - S đ xác đ nh cánh tay đòn l c kéo van ................................. 20
Hình 2.19 - i u ki n biên tr

ng h p c a van n m trên ng

ng. .............. 22

Hình 2.20 - i u ki n biên tr

ng h p 2 máy nâng b ng xi lanh th y l c .. 23


Hình 2.21 - i u ki n biên khi máy nâng b ng t i dây kéo ti p tuy n v i b n
m t ................................................................................................................. 23
Hình 2.22 -

i u ki n biên khi máy nâng b ng t i ph

ng dây kéo không

ti p tuy n v i b n m t ................................................................................... 23
Hình 2.23 - S đ k t c u van cung ng v i tr

ng h p c a van m .......... 24

Hình 3.1 - M i n i d m c t b ng bu lông và s đ bi n d ng ...................... 29
Hình 3.2 - Mô hình liên k t d m c t ............................................................. 29
Hình 3.3 - Mô hình hóa khung có nút c ng .................................................. 30
Hình 3.4 - Mô hình ph n t d m có hai đo n c ng

hai đ u ....................... 31

Hình 3.5- Mô hình chuy n v góc c a liên k t n a c ng .............................. 33
Hình 3.6 - Mô hình lò xo cho chuy n v góc và chuy n v th ng ................. 34
Hình 3.7 - Mô hình nút c ng và liên k t n a c ng ....................................... 34
Hình 3.8 -

ng cong đ c tính liên k t n a c ng c a Colson .................... 35

Hình 3.9 -

ng đ c tính liên k t c a Yee & Melchers .............................. 36

Hình 3.10 - Siêu ph n t d m ........................................................................ 37
*

Hình 3.11 - Quan h gi a ∆ e và ∆ e .............................................................. 38
Hình 3.12 - S đ bi n d ng d m hai đ u có liên k t đàn h i ...................... 40
Hình 3.13 - Siêu ph n t d m trong h t a đ t ng th ................................ 44
Hình 3.14 - D m hai đ u liên k t đàn h i ch u t i tr ng phân b ................. 46
Hình 3.15 - Ki u liên k t d m - c t ............................................................... 50
Hình 3.16 - Các t h p c a liên k t d m - c t dùng b n bích và bu lông ..... 51
Hình 3.17 - Mô hình c h c liên k t d m-c t có b n bích m r ng dùng bu
lông ................................................................................................................ 51
Hình 3.18 - Minh h a các ký hi u ................................................................. 53
Hình 3.19 - Mô hình hóa b n m t và d m đ ng............................................ 55
Hình 3.20 - Quy

c v các đi m Insertion Points ....................................... 55

Hình 3.21 - Trình t mô hình hóa d m ph d c ............................................ 56


Hình 3.22 - Nh p đ c ng xoay vào đ u j c a thanh ................................... 56
Hình 3.23 - Mô hình hóa c a van cung b ng ph n m m SAP2000 .............. 57
Hình 3.24 - S đ liên k t khi van n m trên ng

ng ................................... 57

Hình 3.25 - S đ liên k t và l c ma sát xu t hi n khi van r i kh i ng

ng

....................................................................................................................... 58
Hình 4.1 – B n đ v trí c ng Th B ........................................................... 63
Hình 4.2 – M t b ng và c t d c c ng Th B ............................................... 64
Hình 4.3 - S đ tính toán ............................................................................. 65
Hình 4.4 - S đ tính toán ............................................................................. 65
Hình 4.5 – Kích th

c d m đ ng và d m chính ........................................... 67

Hình 4.6 – M t c t ngang c a b n m t van cung .......................................... 67
Hình 4.7 – Mô hình hóa d m chính và d m ph d c. ................................... 69
Hình 4.8 - K t c u c a van cung càng xiên nhìn t th

ng l u ................... 70

Hình 4.9 - K t c u c a van cung càng xiên nhìn t h l u ........................... 70
Hình 4.10 - Áp l c n

c th

ng l u và h l u b ng ph m u ..................... 71

Hình 4.11 - Bi u đ chuy n v b ng ph m u n a trái b n m t.................... 73
Hình 4.12 - Mã nút n a trái b n m t ............................................................. 74
Hình 4.13 - Bi u đ

ng su t S11 và S22 b ng ph m u n a trái b n m t...... 74

Hình 4.14 - Bi u đ n i l c c a n a trái d m ph d c s 3 .......................... 75
Hình 4.15 - Bi u đ chuy n v c a n a trái d m ph d c s 3 ..................... 76
Hình 4.16 - K t c u d m đ ng và càng van .................................................. 77
Hình 4.17 - Bi u đ ph màu chuy n v c a d m đ ng s 8 ........................ 77
Hình 4.18 - Bi u đ

ng su t S11 và S22 b ng c a d m đ ng s 8 ............. 78

Hình 4.19 – Bi u đ ph m u chuy n v c a d m chính .............................. 79
Hình 4.20 – Bi u đ ph m u chuy n v n a bên ph i c a d m chính gi a. 80
Hình 4.21 – Bi u đ

ng su t S11 và S22 c a n a bên ph i d m chính trên 80

Hình 4.22 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van ........................ 81


Hình 4.23 – S đ gán l c ma sát vào mô hình k t c u van cung ................ 83
Hình 4.24 – S đ xác đ nh tr ng l

ng b n thân c a van ........................... 84

Hình 4.25 – Bi u đ chuy n v b ng ph m u c a n a trái b n m t ............ 85
Hình 4.26 – Bi u đ

ng su t S11 và S22 c a n a trái b n m t ................... 86

Hình 4.27 – Bi u đ n i l c c a n a trái d m d c ph s 8 ......................... 87
Hình 4.28 – Bi u đ

ng su t S11 và S22 c a d m đ ng s 8 ..................... 88

Hình 4.29 – Bi u đ chuy n v c a d m chính ............................................. 89
Hình 4.30 – Bi u đ ph m u ng su t S11 và S22 n a bên ph i d m chính
....................................................................................................................... 90
Hình 4.31 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van ........................ 91
Hình 4.32– Bi u đ ph m u ng su t S11 và S22 n a bên ph i c a d m
chính trên ....................................................................................................... 92
Hình 4.33 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van ........................ 93
Hình 4.34 – Bi u đ ph m u chuy n v n a bên ph i c a d m chính gi a. 95
Hình 4.34– Bi u đ

ng su t S11 và S22 n a bên ph i c a d m chính trên 95

Hình 4.35 – Bi u đ l c d c P và mômen M3 c a càng van ........................ 96


DANH M C CÁC B NG BI U
B ng 3.1 - Ph n l c g i t a c a d m đ u ngàm ch u t i tr ng t p trung ...... 48
B ng 4-1 - Giá tr góc α và góc θ .................................................................. 68
B ng 4.2 – B ng k t qu ph n l c t i g i do ALN sinh ra ........................... 72
B ng 4.3 – B ng k t qu ph n l c t i g i do tr ng l

ng b n thân sinh ra .. 73

B ng 4.4 - Chuy n v t i m t s nút trên b n m t ......................................... 74
B ng 4.5 -

ng su t S11 và S22 m t s ph n t trong b n m t c a van ...... 75

B ng 4.5- K t qu n i l c c a m t s ph n t trên d m ph d c s 3 ......... 76
B ng 4.6 - K t qu chuy n v c a m t s ph n t trên d m ph d c s 3 .... 76
B ng 4.7 - K t qu tính toán chuy n v c a m t s nút trên d m đ ng s 8 78
B ng 4.8 - K t qu

ng su t t i m t s ph n t c a d m đ ng s 8 ............. 79

B ng 4.9 - K t qu tính toán chuy n v t i m t s nút c a d m chính gi a . 80
B ng 4.10 - K t qu tính toán ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút
c a d m chính trên ......................................................................................... 81
B ng 4.11 - K t qu tính toán n i l c m t s ph n t c a càng van trái ...... 82
B ng 4.12 – B ng k t qu l c kéo van và ph n l c g i b n l (l n l p 3) .... 84
B ng 4.13 – Chuy n v
B ng 4.14 –

m t s nút b n m t ............................................... 85

ng su t S11 và S22 m t s ph n t và nút c a b n m t ........ 86

B ng 4.15 – K t qu n i l c c a m t s ph n t trên d m ph d c s 8 ...... 87
B ng 4.16 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m ph d c s 8 ........ 87
B ng 4.17 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m đ ng s 8 ............. 88
B ng 4.18 – K t qu

ng su t S11 và S22 c a m t s ph n t và nút trên

d m đ ng s 8................................................................................................ 89

B ng 4.19 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m chính gi a............ 90
B ng 4.20 – K t qu

ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút d m

chính .............................................................................................................. 90
B ng 4.21 – K t qu tính toán n i l c c a càng van trái .............................. 91


B ng 4.22 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m chính gi a............ 92
B ng 4.23 – K t qu

ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút d m

chính trên ....................................................................................................... 93
B ng 4.24 – K t qu tính toán n i l c c a càng van trái .............................. 94
B ng 4.25 – K t qu chuy n v c a m t s nút trên d m chính gi a............ 94
B ng 4.26 – K t qu

ng su t S11 và S22 t i m t s ph n t và nút d m

chính trên ....................................................................................................... 95
B ng 4.27 – K t qu tính toán n i l c c a càng van trái .............................. 96


1

CH
1.1.

NG 1 – M

U

tv nđ
Trong nh ng n m g n đây s bi n đ i khí h u có nh ng di n bi n

ph c t p, gây nh h
ng

i dân. N

ng l n đ n s n xu t nông nghi p và sinh ho t c a

c bi n dâng đã và đang đe d a nghiêm tr ng đ n các công

trình th y l i, đ c bi t là tình hình ng p úng
C u Long. Tình hình ng p úng
ph

c ph n ánh nhi u trên các

ng ti n thông tin đ i chúng và nó mang tính th i s nóng b ng.

tri u c

nh

ng t i n i đây ngày càng l p m c k l c, t n su t xu t hi n ngày

càng nhi u. S ng p úng do tri u c
h

đây đã đ

vùng ven bi n đ ng b ng sông

ng gây ra h u qu nghiêm tr ng, nh

ng đ n đ i s ng và s phát tri n kinh t khu v c.
Tr

c tình hình ng p úng đang di n ra, bi n pháp gi i quy t là ph i

xây d ng các tuy n đê bao và làm các công trình ng n các c a sông. Vi c
xây d ng ph n th y công các công trình này tuy khó kh n nh ng chúng ta đã
có kinh nghi m. B ph n quan tr ng nh t quy t đ nh k t c u công trình và
kh n ng ng n tri u là c a van.
Chính vì v y “Nghiên c u nh h

ng c a liên k t n a c ng đ n tr ng

thái ng su t và bi n d ng c a c a van hình cùng” đ đ m b o đ

cc

ng

đ và n đ nh c ng nh bi n d ng c a các thành ph n k t c u và c a toàn
c a van khi đ a vào v n hành là r t thi t th c, mang l i hi u qu kinh t

đáng k nh gi m nh tr ng l

ng b n thân c a van, t ng c ng ch ng bi n

d ng ho c chuy n v cho c a van, t o đi u ki n thu n l i c ng nh gi m chi
phí cho công tác v n hành và t ng tu i th c a van.
Hình nh m t s c a van cung

Vi t Nam và trên th gi i:


2

Hình 1.1 – H sông Quao t nh Bình
Thu n

Hình 1.2 – C ng Lân 2, Ti n H i,
Thái Bình

Hình 1.3 – C ng Haringvliet – Hà Lan

Hình 1.4 – C ng Maeslant – Hà Lan


3

1.2. N i dung nghiên c u
Nghiên c u nh h

ng c a liên k t n a c ng đ n tr ng thái ng su t

và bi n d ng c a c a van hình cung trên đ p tràn có kích th
d ng c a tr ng l

ng b n thân và áp l c n

1.3. Cách ti p c n và ph
- C a van đ

c l n ch u tác

c.

ng pháp nghiên c u

c mô hình hóa theo bài toán không gian, b n m t b ng

ph n t Shells, d m chính và d m đ ng đ

c mô hình hóa b ng ph n t

Shells, các b ph n khác b ng ph n t Frames. V i liên k t gi a d m chính
và càng van dùng liên k t bu lông và đ

c coi là liên k t n a c ng.

- Tính toán tr ng thái ng su t và bi n d ng c a c a van trong hai
tr

ng h p liên k t n a c ng và liên k t c ng.

a ra nh n xét v k t qu

tính toán.
1.4. K t qu nghiên c u c n đ t đ
- Xác đ nh đ
c ng và có nh n xét v

c

c c a van hình cung có liên k t c ng và liên k t n a
nh h

ng c a liên k t n a c ng t i đ b n c a công

trình.
- Phân tích s phân b l i n i l c khi dùng liên k t n a c ng so v i
khi gi thi t là liên k t c ng.


4

CH

NG 2 - T NG QUAN V C A VAN HÌNH CUNG

2.1. Khái quát và phân lo i c a van cung
2.1.1. Khái ni m
C a van là m t b ph n c a công trình thu l i, dùng đ kh ng ch
m cn

c và đi u ti t l u l

thác khác nhau. C a van th

ng theo yêu c u tháo n
ng đ

c

các th i k khai

c đóng m b ng t i ho c xy lanh th y

l c.
C a van hình cung là c a van có m t ti p xúc v i n
tr tròn và đ

c n i v i hai càng, khi đóng m c a van quay xung quanh

m t tr c quay c đ nh n m ngang. C a van hình cung l n th
làm c a x l

c có d ng cung
ng đ

c dùng

đ p tràn, hình d ng không gian và các b ph n chính c a k t

c u c a van cung càng xiên cho

hình 2.1.

Hình 2.1 - K t c u c a van hình cung hai khung chính, càng xiên
C a van hình cung có hai lo i chính là c a van trên m t và c a van
d

i sâu, có c a ph ho c không có c a ph trên đ nh van. C a van trên m t


5

là c a van có đ nh cao h n cao trình m c n
van d

c th

ng l u (hình 2.2), c a

i sâu là c a van có đ nh th p h n cao trình m c n

c th

ng l u

(hình 2.3).
C a van hình cung có u đi m là đóng m nhanh và d dàng đi u ti t
l ul

ng tháo, tr pin có th làm m ng so v i van ph ng vì khe van nông.

Hình 2.2 - C a van trên m t

Hình 2.3 - C a van d

i sâu

Tuy nhiên tr pin ph i làm dài đ có đ kích th
l cn

c đ t càng van. Áp

c tác d ng t p trung lên tr pin (qua càng van) làm cho ng su t t p

trung phát sinh trong tr pin và vi c b trí c t thép ch u l c ph c t p h n,
nh t là nh ng n i van làm vi c trong đi u ki n ch u l c hai chi u. V c u t o
và l p ráp van cung c ng khó kh n, ph c t p h n van ph ng.


6

C a van cung là lo i đ

c áp d ng khá r ng rãi, nh t là khi c a có

nh p l n hay nh ng n i c n tháo n

c nhanh. V t li u làm c a van th

ng

b ng thép.
2.1.2. Phân lo i c a van cung
C a van cung đ
đ

c phân lo i nh sau: Theo m c n

c chia thành hai lo i: C a van trên m t và c a van d

th c ch y qua van, có th chia thành 3 nhóm: C a van cho n
cho n

c tràn qua đ nh van, cho n

van. Theo k t c u c a van đ

c th

ng l u,

i sâu. Theo hình
c ch y

c ch y qua đ nh van và ch y d

d

i,

i đáy

c chia thành 3 lo i: C a van đ n, c a van có

c a ph và c a van kép.
Trong các đ p tràn th
v a cho ch y

d

ng dùng c a van cho n

i v a cho n

c ch y

d

i ho c

c tràn qua van. Trong các âu t u, thuy n ch

dùng lo i tràn qua đ nh van lo i c a van h xu ng.
C a van có c a ph ho c c a van hai t ng, đ
n i ho c tháo m t l
kh i l

ng n

ng n

c dùng khi c n tháo v t

c nh , vì n u dùng c a van đ n thì s m t m t

c khá l n.

M t d ng c a van hình cung nh p l n trong c ng vùng tri u cho
hình 2.4 và hình 2.5.

+7.20

Hình 2.4 - B trí t ng th van cung và thi t b đóng m


7

Hình 2.5 - K t c u giàn ngang và càng van cung
2.1.3. Các b ph n chính c a c a van cung
- K t c u ph n đ ng c a van cung - C a van hình cung bao g m b n
ch n n

c (b n m t), h th ng d m (d m ph d c, d m đ ng, d m chính),

càng đ và g i quay (hình 2.6). H th ng d m c ng b trí theo nguyên t c
m i ch b n m t ch u l c nh nhau, các d m chính ch u l c nh nhau đ ti n
thi công và t n d ng kh n ng ch u l c c a v t li u.

Hình 2.6 - S đ c u t o c a van hình cung

8

- G i quay -

i v i k t c u càng van, ch u áp l c n

c t d m chính

và d m đ ng truy n t i, tính toán theo h giàn. G i quay là n i càng t a lên
và quay khi đóng m c a. Hình 2.7 bi u th m t s hình th c g i quay.
Tr

ng h p bán kính van cung R = (1,2÷1,5)H1; (trong đó H1 là chi u sâu

n

c th

ng l u) thì g i đ t th p h n m c n

th

ng đ t cao h n m c n

c l n nh t

c th

ng l u. G i quay

h l u đ tránh b ng p n

cd n

t i h h ng và han r .

Hình 2.7 - G i quay c a c a van cung; a) G i nón c t; b) G i b n l
G i quay c a c a van cung th

ng dùng là g i ki u nón c t (hình

2.7a) và g i b n l có m t tr c quay ho c hai tr c quay vuông góc v i nhau
(hình 2.7b). G i có hai tr c quay c u t o t
chuy n đ ng đ

c theo hai ph

ng đ i ph c t p nh ng có th

ng khác nhau. Do đó khi các tr lún không

đ u trong ch ng m c nh t đ nh v n không nh h

ng t i vi c đóng m c a.

G i b n l m t tr c quay c u t o đ n gi n h n, th

ng dùng trong các c a

van có nh p không l n.
- G i đ bên -

đ m b o cho c a van

v trí bình th

ng trong khe

van khi đóng và khi m , đ đ m b o cho c a van không b xô l ch và không


9

b k t trong khe van. Thi t b đ nh h
hình 2.8a ho c ki u tr

t nh

ng bên có th dùng ki u bánh xe nh

hình 2.8b, đ

c b trí

hai đ u van.

b)

Hình 2.8 - G i đ bên ki u bánh xe và ki u tr
- V t ch n n
v.v., nh ng th
v t ch n n

c - V t ch n n

c bên và

c b ng cao su th

ng dùng đ

c bi u th

c đáy, cao su ch P th

hình 2.9a. Cao su

ng dùng làm v t ch n

đ nh, cao su ch L ch y u dùng làm v t ch n n

van hình cung. C u t o v t ch n n
đáy cho

c có th làm b ng g , cao su, kim lo i

ng dùng nh t là b ng cao su. Các d ng m t c t ngang c a

t m dùng làm v t ch n n
n

t

hình 2.9c.

c bên cho

c

bên c a

hình 2.9b và v t ch n n

c


10

c)

Hình 2.9 - C u t o k t c u v t ch n n
2.1.4. Hình th c c a van th

c bên và đáy van cung

ng dùng hi n nay

Ph n l n c a van cung dùng b n m t hình cung tròn có tâm trùng v i

tâm quay, trong các sông có l

ng phù sa l n l ng đ ng

tr

c c a van, thì

tâm quay có th đ t th p h n tâm b n m t.

Hình 2.10 - S đ m t s hình th c b trí tâm quay c a van cung
Trong tr

ng h p này s gi m đ

sa tác d ng lên b n m t, gi m đ
C a van th

c nh h

ng c a l c ma sát do phù

c l c kéo c a máy đóng m khi nâng van.

ng dùng nh t hi n nay là c a van hai d m chính ch u t i tr ng

b ng nhau, b n m t là m t m t cung tròn có tâm cong trùng v i tâm quay
c a c a van.

11

Khung chính đ

c chia thành các lo i sau:

- Chân th ng và c ng (hình 2.11a).
- Chân th ng và m nh (hình 2.11b)
- Chân xiên và m nh (hình 2.11c).

Hình 2.11 - Các lo i hình th c khung chính
C a van chân c ng có l c xô ngang l n. làm gi m đ

c mômen u n

trong d m, nh ng mômen u n trong càng l i l n, đ ng th i khi c a van
chuy n đ ng có l c ma sát
đ

m t bên c a g i b n l . C a van chân m nh

c dùng ph bi n nh t, trong tr

đ c ng c a d m vì v y nh h

ng h p này đ c ng c a chân nh h n

ng c a l c xô ngang nh , có th b qua.

C a van chân xiên có m t s

u đi m sau: Gi m đ

trong d m chính, do đó d m chính s nh , khi nh p van d
n

cd

c mômen u n
i 12m và c t

i 5m có th dùng thép đ nh hình làm d m chính. Chi u cao d m

chính gi m, nên k t c u giàn đ ng có th nh , tr ng l

ng van gi m, do đó

l c kéo c n thi t c a máy đóng m c ng gi m.
C a van chân xiên c ng có m t s nh

c đi m sau: C u t o g i b n l

và m i n i gi a d m chính v i chân van khá ph c t p. T ng n i l c trong
chân van và t ng chi u dài c a chân van. Khi có n
không nên s d ng.

c tràn qua đ nh van


12

2.1.5. Ph m vi s d ng
Van hình cung đ

c dùng ph bi n trong các công trình t

nh p có th t i 40m v i chi u cao d
th

i 14m. Khi nh p van t 10 đ n 12m,

ng dùng lo i van cung hai d m chính, chân m nh, th ng hay xiên. V i

nh p t 6 đ n 12m, c t n
d m ngang.
l

i và tiêu,

c t 2,5 đ n 4m th

ng dùng lo i chân xiên và ô

nh ng đ u âu thuy n đ t ng thêm chi u dài âu, gi m n ng

ng dòng ch y d

i van khi đ a n

c vào bu ng âu, dùng van hình cung

t t h n van ph ng.
Không dùng c a van hình cung làm c a van s a ch a, c a van b o
hi m và c a van thi công vì g i t a c a c a van cung là c đ nh. C a van
cung có th b trí trong khe van ho c

m t ngoài c a tr pin nh

hình

2.12a và hình 2.12b.
C a van hình cung đ

c dùng r ng rãi trong công trình th y l i vì nó

có nhi u u đi m: Có th dùng trên đ p tràn v i m t c t b t k mà không c n
m r ng đ nh đ p.

i u ki n th y l c c a dòng ch y

t t h n van ph ng. C a van đ
đ ng c a c a van đ

mép d

i van c ng

c liên k t v i g i b n l c đ nh nên chuy n

c xác đ nh và h u nh tránh đ

c kh n ng b m c k t

do vênh.
Tr ng l

ng van cung nh h n các lo i khác. L c kéo c a máy đóng

m nh , có th l i d ng ph

ng h p l c c a áp l c n

c không đi qua tr c

quay đ gi m l c đóng m .
Van cung c ng có m t s nh

c đi m sau: Ph i có m và đ

dài. Khi c ng có chi u cao l n và có ng
không ngâm trong n
c a van ph ng.

ng biên

ng ngang, n u yêu c u g i b n l

c thì càng van ph i r t dài.Th i gian đóng m lâu h n

13

Hình 2.12 - Các hình th c khe van
2.2. Phân tích k t c u van cung theo h ph ng
2.2.1. Ph

ng pháp tính toán c a van cung theo h ph ng

K t c u c a van hình cung là m t k t c u không gian và ch u l c khá
ph c t p, khi phân tích n i l c đ đ n gi n có th đ a v các h ph ng. N i
l c c a các phân t n m trên giao tuy n c a hai h ph ng l y b ng t ng n i
l c trong hai h ph ng đó. Cách tính này tuy không ph n ánh đ
tr ng thái ch u l c th c t c a c a van, nh ng th
có th dùng đ tính toán c a van có kích th
van có kích th

c l n và ch u c t n

c hoàn toàn

ng dùng vì khá đ n gi n,

c trung bình và nh . Khi c a

c cao c n tính theo h không gian.

Khung chính và càng van là b ph n ch u l c ch y u c a c a van
hình cung, ch u toàn b áp l c n

c và tr ng l

ng b n thân c a van thông

qua g i b n l chuy n lên b ph n c đ nh c a công trình, nên trong m c này
ch trình bày chi ti t tính toán ki m tra v c

ng đ , v

n đ nh và v đ

c ng c a khung chính và càng van theo h ph ng.
2.2.2. Phân tích khung chính theo bài toán ph ng
Trình t tính toán khung chính theo h ph ng đ
Xác đ nh t ng áp l c n
t ng áp l c này so v i đ

c ti n hành nh sau:

c tác d ng lên 1m dài c a van và ph

ng n m ngang theo công th c gi i tích.

ng c a


14

Phân t ng áp l c này lên các d m chính theo ph ng pháp đ gi i,
tr

ng h p c a van có hai khung chính, đ hai d m chính ch u áp l c n

b ng nhau thì ph
áp l c n

ng c a hai khung chính ph i cách đ u ph

c

ng c a t ng

c.

S đ tính toán khung là đ

ng tr c các thanh, s đ tính là khung

ch nh t d m ngang có công xôn khi càng van thu c lo i m nh và th ng
ho c là khung hình thang d m ngang có công xôn khi càng van thu c lo i
m nh và xiên. Chân khung gán liên k t ngàm khi g i quay là g i b n l có
m t tr c quay ho c g i quay là g i nón c t. Chân khung gán liên k t kh p
khi g i quay là g i b n l có hai tr c quay . Chi u cao tính toán h c a khung
l y b ng kho ng cách th ng đ ng t tâm g i quay t i đ

ng tr ng tâm ti t

di n tính toán c a d m chính. Ti t di n tính toán c a d m chính có xét t i
m t ph n b n m t cùng tham gia ch u l c.
N i l c c a khung chính đ
l p t ph

c xác đ nh theo các công th c, đ

c thi t

ng pháp chy n v . Chuy n v th ng đ ng t i gi a nh p d m b ng

t ng chuy n v c a d m do mômen u n và chuy n v do l c d c trong chân
khung.
Xác đ nh tr ng l
n i l c do tr ng l
Ki m tra c

ng b n thân van theo các công th c kinh nghi m,

ng b n thân ch đ

c xét t i khi tính toán càng van.

ng đ và đ c ng c a d m theo c u ki n ch u u n v i n i

l c ch do áp l c n

c sinh ra và n đ nh c a chân khung theo c u ki n ch u

nén l ch tâm v i n i l c b ng t ng n i l c do áp l c n

c và trong l

ng

b n thân van sinh ra.
Xác đ nh l c tác d ng lên khung chính van cung theo h ph ng
Áp l c n c tác d ng lên khung chính trên qt và khung chính d
c a c a van cung có hai khung chính đ
đ

c thi t l p t s đ tam giác l c cho

i qd -

c xác đ nh theo công th c (2.1),
hình 2.13.