phân tích trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng p delta

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM VŨ LÂM

PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CỬA
VAN HÌNH CUNG CÓ XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG P-DELTA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM VŨ LÂM

PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA CỬA
VAN HÌNH CUNG CÓ XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG P-DELTA
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60580202

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Hoàng Hưng

TP. Hồ Chí Minh – 2014


Lêi c¶m ¬n
Kết cấu cửa van hình cung là một kết cấu không gian được tạo bởi các
thanh, khi độ mảnh các thanh lớn lực dọc làm tăng thêm nội lực trong thanh,
hiện tượng này được gọi là hiệu ứng P- Delta, để chính xác thêm khả năng
chịu lực của cửa van, cần xét tới hiệu ứng này trong tính toán nội lực van là
xu hướng hiện nay trong tính toán các kết cấu thép. Phân tích trạng thái ứng
suất và biến dạng của cửa van hình cung có xét đến hiệu ứng P-DELTA là kết
quả nghiên cứu một cách nghiêm túc trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Vũ Hoàng Hưng
Trưởng bộ môn kết cấu công trình, người đã trực tiếp hướng dẫn khoa học,
giúp đỡ tận tình tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại Học Thủy lợi,
Khoa Công trình, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học, CS2 – Trường ĐH
Thủy lợi đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức quý báu trong những năm
học tập tại trường.
Xin chân thành cảm ơn Công ty Tư vấn và Chuyển Giao công nghệ
trường Đại Học Thủy lợi – Chi nhánh Miền Nam, Ban Quản lý dự án đầu tư
xây dựng các công trình thủy lợi thuộc Sở Nông nghiệp và Phát triển nông
thôn tỉnh Đắk Nông – Nơi tác giả đang công tác, các bạn đồng nghiệp và Gia
đình đã động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014
Tác giả

Phạm Vũ Lâm

B¶n cam kÕt
Tôi tên là Phạm Vũ Lâm, sinh ngày 20/02/1983, học viên cao học Lớp cao
học 20C-CS2-Trường Đại học Thủy lợi, chuyên ngành Xây dựng Công trình
thủy Khóa 2012-2014. Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật “Phân
tích trạng thái ứng suất và biến dạng của cửa van hình cung có xét đến
hiệu ứng P-Delta” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu được tổng hợp, phân tích và không sao chép.
Học viên

Phạm Vũ Lâm


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1.Tính cấp thiết của Đề tài ................................................................................ 1
2. Mục đích của Đề tài:. .................................................................................... 2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:. ................................................. 2
4. Kết quả dự kiến đạt được: ............................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................. 3
1.1. Khái quát về cửa van hình cung ................................................................. 3
1.1.1. Khái niệm ............................................................................................ 3
1.1.2. Phân loại .............................................................................................. 3
1.1.3. Nguyên tắc và bố trí cấu tạo cửa van hình cung ................................. 5
1.1.4. Hình thức cửa van thường dùng hiện nay ........................................... 6
1.1.5. Phạm vi ứng dụng ................................................................................ 7
1.2. Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van....................... 8
1.2.1. Cấu tạo chung của kết cấu cửa van ..................................................... 8
1.2.2. Chọn sơ bộ hình thức, vị trí của khung chính ..................................... 9
1.2.3. Sơ bộ chọn hình thức, vị trí của giàn ngang ...................................... 10

1.2.4. Bố trí ô dầm ....................................................................................... 10
1.2.5. Chọn hình thức và cấu tạo giàn chịu trọng lượng ............................. 11
1.2.6. Hình thức, cấu tạo của trụ biên và giàn nối ....................................... 12
1.3. Tính toán kết cấu cửa van cung ............................................................... 13
1.3.1. Tính toán kết cấu theo hệ phẳng........................................................ 13
1.3.2. Tính toán kết cấu theo bài toán không gian ...................................... 14
1.4. Vấn đề nghiên cứu của Luận văn ............................................................. 15
CHƯƠNG 2: HIỆU ỨNG P-DELTA ............................................................. 17
2.1. Hiệu ứng P-Delta...................................................................................... 17
2.1.1. Khái niệm chung về hiệu ứng P-Delta .............................................. 17
2.1.2. Tình hình nghiên cứu kết cấu thép có xét đến hiệu ứng P-Delta ...... 18
2.2. Khái quát về phần mềm SAP2000 phân tích kết cấu hệ thanh có xét đến
hiệu ứng P - Delta............................................................................................ 19
2.2.1. Giới thiệu phần mềm SAP2000......................................................... 19
2.2.2. Trình tự giải bài toán kết cấu bằng SAP2000 ................................... 20
2.2.3. Các bước tính toán kết cấu hệ thanh có xét đến hiệu ứng P-Delta ... 20
2.2.4. Phân tích kết cấu hệ thanh có xét đến hiệu ứng P-Delta ................... 24
2.3. Kết luận Chương 2 ................................................................................... 30
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆU ỨNG P-DELTA
ĐẾN NỘI LỰC VÀ CHUYỂN VỊ CÁC BỘ PHẬN KẾT CẤU CỬA VAN 31
3.1. Mở đầu ..................................................................................................... 31
3.2. Xác định nội lực khung chính van cung theo hệ phẳng ........................... 31
3.2.1. Tải trọng tác dụng lên khung chính ................................................... 32


3.2.2. Tính toán nội lực khung chính theo hệ phẳng ................................... 34
3.3. Ví dụ bằng số ........................................................................................... 39
3.3.1. Số liệu tính toán ................................................................................. 39
3.3.2. Tính nội lực khung chính van cung theo hệ phẳng bằng phương pháp
chuyển vị...................................................................................................... 40

3.3.3. Kiểm tra nội lực khung chính van cung theo phương pháp phần tử
hữu hạn ........................................................................................................ 45
3.3.4. Kiểm tra về cường độ và độ cứng của dầm chính ............................. 46
3.3.5. Kiểm tra ổn định của chân khung chính ............................................ 46
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta tới từng loại khung chính 47
3.4.1. Ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta đối với khung có chiều cao dầm
chính thay đổi .............................................................................................. 47
3.4.2. Ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta đối với khung có nhịp dầm chính
thay đổi ........................................................................................................ 48
3.4.3. Ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta đối với khung có chiều dài chân
khung chính thay đổi ................................................................................... 50
3.4.4. Ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta đối với khung có tải trọng áp lực
nước thay đổi ............................................................................................... 51
3.5. Kết luận chương 3 .................................................................................... 53
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG
CỬA VAN HÌNH CUNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI ĐẮK RỒ ................. 54
4.1. Giới thiệu công trình ................................................................................ 54
4.1.1. Quy mô công trình ............................................................................. 54
4.1.2. Cửa van cung ..................................................................................... 55
4.1.3. Số liệu tính toán ................................................................................. 56
4.1.4. Trường hợp tính toán kiểm tra .......................................................... 57
4.1.5. Tải trọng tính toán ............................................................................. 58
4.2. Phân tích kết cấu van cung theo bài toán không gian bằng phần mềm
SAP2000.......................................................................................................... 58
4.2.1. Mô tả kết cấu cửa van cung .............................................................. 58
4.2.2. Mô hình hóa kết cấu cửa van cung .................................................... 60
4.2.3. Các trường hợp tính toán ................................................................... 61
4.2.4. Tổng hợp kết quả so sánh ứng suất, nội lực không/có xét hiệu ứng PDelta ......................................................................................................... 85
4.3. Kết luận chương 4 .................................................................................... 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 94


HÌNH VẼ
Hình 1. Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên ....................1
Hình 2. Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng thẳng ..................2
Hình 1.1. Cửa van hình cung trên đập tràn .....................................................3
Hình 1.2. Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu ............................................4
Hình 1.3. Cấu tạo cửa van cung ......................................................................5
Hình 1.4. Sơ đồ một số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung....................6
Hình 1.5. Các hình thức khung chính .............................................................6
Hình 1.6. Các hình thức khe van .....................................................................7
Hình 1.7. Hiệu ứng P-Delta.............................................................................15
Hình 1.8. Mối nối dầm – càng van bằng bu lông và sơ đồ biến dạng ............16
Hình 2.1. Biểu đồ mô men của dầm công xôn ................................................17
Hình 2.2. Kết cấu giàn trong cửa van phẳng nhịp lớn ....................................18
Hình 2.3. Kết cấu giàn trong cửa van cung nhịp lớn ......................................19
Hình 2.4. Định nghĩa tên tải trọng ..................................................................21
Hình 2.5. Hộp hội thoại Define Load Case .....................................................21
Hình 2.6. Hộp hội thoại Analysis Case Data-Nonlinear Static .......................22
Hình 2.7. Hộp hội thoại Load Case Data-Nonlinear Static ............................22
Hình 2.8. Hộp hội thoại Define Load Case .....................................................23
Hình 2.9. Hộp hội thoại Load Case Data –Linear Static ................................23
Hình 2.10. Sơ đồ tính toán khung ...................................................................24
Hình 2.11. Định nghĩa tải trọng ......................................................................26
Hình 2.12. Biểu đồ chuyển vị không/có xét hiệu ứng P-Delta .......................28
Hình 2.13. Biểu đồ mômen uốn M3 không/có xét hiệu ứng P-Delta .............29
Hình 3.1. Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính trên và dưới ................32
Hình 3.2. Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên khung chính.................................32
Hình 3.3. Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu.........33

Hình 3.4. Sơ đồ tính toán và biểu đồ lực dọc ..................................................34
Hình 3.5. Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khung chân khớp..............35


Hình 3.6. Sơ đồ tính toán, biểu đồ mômen uốn khung hình thang chân ngàm
......................................................................................................................... 36
Hình 3.7. Sơ đồ kết cấu van ............................................................................40
Hình 3.8. Sơ đồ lực tác dụng lên khung chính ................................................41
Hình 3.9. Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn M ......................................43
Hình 3.10. Sơ đồ tính toán và biểu đồ mômen uốn khi có chuyển vị ngang ..
.........................................................................................................................44
Hình 3.11. Kết quả tính toán nội lực khung chính bằng phần mềm SAP2000
.................................................................................................................................. 45

Hình 4.1. Kết cấu van cung .............................................................................57
Hình 4.2. Vị trí dầm chính và dầm phụ dọc ...................................................59
Hình 4.3. Định vị dầm chính và dầm phụ dọc ................................................60
Hình 4.4. Mô hình kết cấu van cung trong SAP2000 .....................................61
Hình 4.5. Hình chiếu cạnh van cung trong SAP2000 .....................................61
Hình 4.6. Chuyển vị tổng thể cửa van ứng với TH1 .......................................64
Hình 4.7. Chuyển vị khung chính dưới của cửa van ứng với TH1 .................64
Hình 4.8. Chuyển vị khung chính trên của cửa van ứng với TH1 ..................65
Hình 4.9. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH2 ............65
Hình 4.10. Biểu đồ mômen uốn M33 chân khung chính dưới ứng với TH2..66
Hình 4.11. Biểu đồ lực dọc trong khung chính ứng với TH2 .........................66
Hình 4.12. Phổ màu ứng suất SmaxTop của bản mặt trong TH2 ...................67
Hình 4.13. Phổ màu ứng suất SmaxBot của bản mặt trong TH2 ....................67
Hình 4.14. Gán lực ma sát vào mô hình kết cấu van cung .............................68
Hình 4.15. Phổ màu ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH3......................70
Hình 4.16. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3 ..........70

Hình 4.17. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính dưới ứng với TH3 ..........71
Hình 4.18. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính trên ứng với TH3 ...........71
Hình 4.19. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính trên ứng với TH3 ...........72
Hình 4.20. Biểu đồ lực dọc trong khung ứng với TH3 ...................................72


Hình 4.21. Chuyển vị tổng thể cửa van ứng với TH1 .....................................73
Hình 4.22. Chuyển vị khung chính dưới của cửa van ứng với TH1 ...............73
Hình 4.23. Chuyển vị khung chính trên của cửa van ứng với TH1 ................74
Hình 4.24. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính dưới ứng với TH2 ..........74
Hình 4.25. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH2 ..........75
Hình 4.26. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính trên ứng với TH2 ...........75
Hình 4.27. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính trên ứng với TH2 ...........76
Hình 4.28. Biểu đồ lực dọc trong khung ứng với TH2 ...................................76
Hình 4.29. Phổ màu ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH2......................77
Hình 4.30. Phổ màu ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH3......................78
Hình 4.31. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính dưới ứng với TH3 ..........78
Hình 4.32. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3 ..........79
Hình 4.33. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính trên ứng với TH3 ...........79
Hình 4.34. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính trên ứng với TH3 ...........80
Hình 4.35. Biểu đồ lực dọc trong khung ứng với TH3 ...................................80
Hình 4.36. Phổ màu ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH3......................81
Hình 4.37. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính dưới ứng với TH3 ..........81
Hình 4.38. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3 ..........82
Hình 4.39. Biểu đồ lực dọc khung chính ứng với TH3...................................82
Hình 4.40. Phổ màu ứng suất Smax của bản mặt ứng với TH3......................83
Hình 4.41. Biểu đồ mômen uốn M33 khung chính dưới ứng với TH3 ..........83
Hình 4.42. Biểu đồ mômen uốn M22 khung chính dưới ứng với TH3 ..........84
Hình 4.43. Biểu đồ lực dọc khung chính ứng với TH3...................................84

BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Kích thước tiết diện dầm và cột ......................................................24
Bảng 2.2. Tổng hợp kết quả so sánh nội lực không/có xét hiệu ứng P-Delta
.........................................................................................................................29
Bảng 3.1. Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điển hình khi không/có
xét hiệu ứng P-Delta khi chiều cao dầm thay đổi ...........................................48
Bảng 3.2. Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điển hình khi không/có
xét hiệu ứng P-Delta khi nhịp dầm thay đổi ...................................................49
Bảng 3.3. Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điển hình khi không/có
xét hiệu ứng P-Delta khi chiều dài chân khung thay đổi ................................50
Bảng 3.4. Kết quả tính toán nội lực M3 tại các mặt cắt điển hình khi không/có
xét hiệu ứng P-Delta khi tải trọng thay đổi .....................................................52
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật của hồ chứa Đăk Rồ .........................................54
Bảng 4.2. Giá trị góc α và góc θ......................................................................60
Bảng 4.3. Phản lực gối bản lề .........................................................................62
Bảng 4.4. Phản lực gối tựa ..............................................................................63
Bảng 4.5. Tính lực ma sát vật chắn nước bên .................................................68
Bảng 4.6. Tính toán lực ma sát F T và lực kéo van ..........................................69
Bảng 4.7. Kết quả so sánh về độ lớn nội lực dầm chính dưới ứng với TH2
không/có xét hiệu ứng P-Delta........................................................................85
Bảng 4.8. Kết quả so sánh về độ lớn nội lực dầm chính dưới ứng với TH3
không/có xét hiệu ứng P-Delta........................................................................87
Bảng 4.9. Kết quả so sánh về độ lớn nội lực dầm chính dưới ứng với TH3
không/có xét hiệu ứng P-Delta........................................................................89


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của Đề tài
Cửa van là một bộ phận quan trọng của công trình thuỷ lợi, bố trí tại các
lỗ tháo nước của đập, cống, ... để khống chế mực nước và điều tiết lưu lượng
theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ khai thác khác nhau. Cửa van có thể di
động được nhờ sức kéo từ các thiết bị đóng mở hoặc nhờ sức nước. Khi cửa
van chuyển động, nó tựa lên các bộ phận cố định gắn chặt vào mố trụ hoặc
ngưỡng của công trình tháo.
Cửa van hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng cung trụ tròn
và được nối với hai càng, khi đóng mở cửa van quay xung quanh một trục
quay cố định nằm ngang. Cửa van hình cung lớn thường được dùng làm cửa
xả lũ ở đập tràn, hình dạng không gian của kết cấu cửa van cung càng xiên và
càng thẳng cho ở hình 1 và hình 2.

Hình 1. Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên
Cửa van hình cung có ưu điểm là khai thác ổn định, đóng mở nhanh và dễ
dàng, điều tiết lưu lượng khá tốt, trụ pin có thể làm mỏng so với van phẳng vì
khe van nông. Tuy nhiên trụ pin phải làm dài để có đủ kích thước đặt càng
van. Áp lực nước tác dụng tập trung lên trụ pin (qua càng van) làm cho ứng
suất phát sinh trong trụ pin và việc bố trí cốt thép chịu lực phức tạp hơn, nhất


2

là những nơi van làm việc trong điều kiện chịu lực hai chiều. Về cấu tạo và
lắp ráp van cung cũng khó khăn, phức tạp hơn van phẳng.

Dàn chịu trọng lượng

Hình 2. Kết cấu cửa van hình cung hai khung chính, càng thẳng
Kết cấu cửa van hình cung là một kết cấu không gian được tạo bởi các

thanh chủ yếu chịu nén, khi độ mảnh các thanh lớn lực dọc làm tăng thêm nội
lực trong thanh, hiện tượng này được gọi là hiệu ứng P- Delta. Để chính xác
thêm khả năng chịu lực của cửa van, cần xét tới hiệu ứng này trong tính toán
nội lực van là xu hướng hiện nay trong tính toán các kết cấu thép.
2. Mục đích của Đề tài: Xem xét thêm ảnh hưởng của hiệu ứng P-Delta đến
sự làm việc của các bộ phận cửa van.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và kết
hợp sử dụng phần mềm phân tích kết cấu SAP2000.
4. Kết quả dự kiến đạt được:
- Chỉ ra sự ảnh hưởng của việc xem xét hiệu ứng P-Delta đến cường độ
và ổn định của các bộ phận kết cấu cửa van.
- Đưa ra khuyến cáo về phạm vi ảnh hưởng đối với từng loại khung
chính khác nhau.
- Áp dụng tính toán cho cửa van cung công trình thủy lợi Đắk Rồ, xã
Đắk Đrô, huyện Krông Nô, tỉnh Đăk Nông.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Khái quát về cửa van hình cung
1.1.1. Khái niệm
Cửa van hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng mặt cong,
thường là một phần của mặt trụ tròn và được nối với hai càng, khi đóng mở
cửa van quay xung quanh một trục quay cố định nằm ngang. Cửa van hình
cung thường được dùng làm cửa xả lũ ở đập tràn.

Hình 1.1. Cửa van hình cung trên đập tràn
1.1.2. Phân loại
1.1.2.1. Theo vị trí ngập nước

Cửa van hình cung có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van dưới
sâu, cửa van trên mặt là cửa van có đỉnh cao hơn mực nước thượng lưu (hình
1.2a), khi đóng đỉnh van nhô hẳn lên khỏi mặt nước. Loại cửa van này thường
thấy ở đập tràn, cống lộ thiên; cửa van dưới sâu là cửa van có đỉnh thấp hơn
cao trình mực nước thượng lưu, khi đóng cửa ngập sâu trong nước và chịu áp
lực nước lớn. Theo cách truyền lực phân ra cửa van truyền lực cho mố trụ và
cửa van truyền lực cho ngưỡng đáy (hình 1.2b).


4

Hình 1.2. Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu
1.1.2.2. Theo sử dụng khai thác
Cửa van được phân thành cửa van công tác, cửa van sửa chữa, cửa van sự
cố, cửa van sửa chữa – sự cố và cửa van thi công.
a. Cửa van công tác là tất cả các loại cửa van đóng trên đập tràn, cửa van
tháo nước qua lỗ đập, cửa lấy nước vào nhà máy thủy điện, âu thuyền. Đó là
loại cửa van thường xuyên làm việc khi khai thác sử dụng công trình và dùng
để giữ mực nước thượng lưu.
b. Cửa van sửa chữa là cửa van được sử dụng để đóng có thời hạn các lỗ
tháo nước của công trình để sửa chữa cửa van công tác hoặc một bộ phận nào
đó của công trình. Vận hành cửa van sửa chữa được thực hiện trong nước
tĩnh. Số cửa van sửa chữa trên đập và nhà máy thủy điện thường ít hơn số
lượng cửa van công tác. Các cửa van này thông thường chứa trong hầm van
riêng và khi cần thì vận chuyển đến địa điểm lắp đặt bằng cần trục.
c. Cửa van sự cố là cửa van được sử dụng để đóng tạm thời các lỗ của
công trình thủy công và cả trong trường hợp sự cố cửa van công tác hoặc
đường ống. Cửa van sự cố phải đóng được trong dòng chảy; trong đa số các
trường hợp thực hiện nâng cửa van sau khi mực nước ở cả hai phía của cửa
van được cân bằng.

d. Cửa van sự cố - sửa chữa thực hiện chức năng xử lý sự cố và sửa chữa,
được đặt trước cửa van công tác của các công trình tràn nước và tháo nước (số
lượng các bộ cửa van sự cố - sửa chữa di chuyển được ít hơn nhiều so với số
cửa van công tác). Lỗ tháo nước dưới sâu cần phải được trang bị bằng các cửa
van sự cố - sửa chữa đặc biệt. Cửa van sự cố và cửa van sửa chữa dùng cho


5

đường ống dẫn nước đặt hở phải đặt trước lối vào hoặc ở đoạn đầu của chúng.
Các cửa van này phải đảm bảo đóng nhanh và đóng tự động đường dẫn nước.
e. Cửa van thi công: Được sử dụng để đóng lỗ tháo nước trong giai đoạn
thi công. Ở các nhà máy thủy điện có số lượng lớn tổ máy lần lượt khởi động,
khi đó sự xây dựng được tiến hành sau khi đưa vào khai thác một phần trạm
tổ hợp, các cửa van công tác cũng như là cửa van sửa chữa được sử dụng như
cửa van thi công.
f. Cửa van vùng triều: Có nhiệm vụ ngăn triều (ngăn nước mặn), giữ ngọt
(có lúc lại phải tháo lũ khi nước trong đồng lớn) và giao thông thủy. Hình
dạng cửa van rất đa dạng, thường có nhịp lớn, chịu chênh lệch áp lực nước
không quá lớn. Yêu cầu đối với cửa van là độ tin cậy phải cao, có mỹ thuật,
hài hòa với cảnh quan vùng xây dựng, thời gian đóng mở cửa van phải đủ
nhanh. Kết cấu cửa van không gây bất lợi cho việc xây dựng kết cấu thủy
công cũng như đảm bảo giao thông thủy và công tác bảo dưỡng, sửa chữa cửa
van dễ dàng.
1.1.3. Nguyên tắc và bố trí cấu tạo cửa van hình cung
Cửa van hình cung bao gồm: Bản chắn nước trên hệ thống dầm, càng đỡ
và khớp quay. Hệ thống dầm sau bản mặt được bố trí theo nguyên tắc ở mọi
chỗ bản mặt chịu lực như nhau để tận dụng khả năng chịu lực của vật liệu.
CHÚ THÍCH:
1. Chắn nước đỉnh

2. Tôn bưng
3. Dầm phụ ngang
4. Dầm chính
5. Tai treo
6. Chắn nước đáy
7. Càng van
8. Chắn nước bên
9. Bánh xe cữ
10. Gối di động
11. Trục gối quay
12. Gối cố định

Hình 1.3. Cấu tạo cửa van cung


6

1.1.4. Hình thức cửa van thường dùng hiện nay
Phần lớn cửa van cung dùng bản mặt hình cung tròn có tâm trùng với tâm
quay như ở hình 1.4a, trong các sông có lượng phù sa lớn lắng đọng ở trước
cửa van, thì tâm quay có thể đặt thấp hơn tâm bản mặt như hình 1.4b. Trong
trường hợp này sẽ giảm được ảnh hưởng của lực ma sát do phù sa tác dụng
lên bản mặt, giảm được lực kéo của máy đóng mở khi nâng van.

Hình 1.4. Sơ đồ một số hình thức bố trí tâm quay cửa van cung
Cửa van cung thường dùng nhất hiện nay là cửa van hai dầm chính chịu
tải trọng bằng nhau, bản mặt là một mặt cung tròn có tâm cong trùng với tâm
quay của cửa van.
Khung chính được chia thành các loại sau:
- Chân thẳng và cứng (hình 1.5a).

- Chân thẳng và mảnh (hình 1.5b).
- Chân xiên và mảnh (hình 1.5c).

Hình 1.5. Các hình thức khung chính
Cửa van chân cứng có lực xô ngang lớn, làm giảm được mômen uốn
trong dầm, nhưng mômen uốn trong càng lại lớn, đồng thời khi cửa van


7

chuyển động có lực ma sát ở mặt bên của gối bản lề. Cửa van chân mảnh
được dùng phổ biến nhất, trong trường hợp này độ cứng của chân nhỏ hơn độ
cứng của dầm, vì vậy ảnh hưởng của lực đẩy ngang nhỏ có thể bỏ qua.
1.1.5. Phạm vi ứng dụng
Van cung được dùng phổ biến trong các công trình tưới và tiêu, nhịp có
thể tới 40m với chiều cao dưới 14m.
Khi nhịp van từ 10m đến 12m, thường dùng loại van cung hai dầm chính,
chân mảnh, thẳng hay xiên. Với nhịp từ 6m đến 12m, cột nước từ 2,5m đến
4m thường dùng loại chân xiên và ô dầm ngang ở những đầu âu thuyền để
tăng thêm chiều dài âu, giảm năng lượng dòng chảy dưới van khi đưa nước
vào buồng âu, dùng van hình cung tốt hơn van phẳng.
Không dùng cửa van hình cung làm cửa van sửa chữa, cửa van sự cố và
cửa van thi công vì gối tựa của cửa van cung là cố định. Cửa van cung có thể
bố trí trong khe van hoặc ở mặt ngoài của trụ pin như hình 1.6a và hình 1.6b.

Hình 1.6. Các hình thức khe van
Cửa van hình cung được dùng rộng rãi trong công trình thủy lợi vì nó có
nhiều ưu điểm:
- Có thể dùng trên đập tràn với mặt cắt bất kỳ mà không cần mở rộng
đỉnh đập.

- Điều kiện thủy lực của dòng chảy ở mép dưới van cũng tốt hơn van
phẳng.
- Cửa van được liên kết với gối bản lề cố định nên chuyển động của cửa
van được xác định và hầu như tránh được khả năng bị mắc kẹt do vênh.


8

- Trọng lượng van cung nhỏ hơn các loại khác.
- Lực kéo của máy đóng mở nhỏ khi dùng tời có dây kéo đặt trước bản
mặt, có thể lợi dụng phương hợp lực của áp lực nước không đi qua trục quay
để giảm lực đóng mở.
- Có thể nhấc van ở một bên, do đó kích thước kết cấu của thiết bị đóng
mở có thể nhỏ.
Van cung cũng có một số nhược điểm sau:
- Phải có mố và đường biên dài.
- Khi cống có chiều cao lớn và có ngưỡng ngang, nếu yêu cầu gối bản lề
không ngâm trong nước thì càng van phải rất dài.
- Thời gian đóng mở lâu hơn cửa van phẳng.
1.2. Bố trí kết cấu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van
1.2.1. Cấu tạo chung của kết cấu cửa van
Cấu tạo cửa van cung phải bảo đảm các yêu cầu khai thác, giá thành hạ
và phải dễ chế tạo, lắp ghép, kiểm tra, sửa chữa.
Phần lớn cửa van cung dùng loại hai khung chính. Khi nhịp từ 12m đến
16m dầm của khung chính dùng loại tiết diện đặc, còn khi nhịp lớn dùng loại
giàn có thanh bụng xiên hoặc tam giác. Chân khung thường dùng tiết diện
đặc. Dầm đứng ở giữa thường dùng loại rỗng, còn dầm đứng hai đầu dùng
loại đặc.
Hình dạng mặt cắt ngang của cửa van phải bảo đảm dòng chảy dưới đáy
van không va vào dầm chính dưới. Nếu vì một nguyên nhân nào đó không thể

đưa dầm chính dưới lên phía trên, thì kết cấu của dầm chính tốt nhất là dùng
loại rỗng (giàn). Khi dùng dầm đặc thì bản bụng của dầm cần phải khoét lỗ,
diện tích của lỗ không được nhỏ hơn 20% tổng diện tích bản bụng dầm chính.
Loại cửa van có dầm chính bố trí thấp thường gặp trong cống có khẩu độ lớn
và chịu cột nước nhỏ.
Khi thiết kế cửa van dùng càng ít phân tố ghép càng tốt, cố gắng dùng
thép định hình. Không nên dùng loại tiết diện có khe hẹp, vì khó kiểm tra, khó
vệ sinh và quét sơn. Tất cả các phân tố chính chịu uốn hoặc chịu nén dọc trục,
phải chọn loại có độ cứng lớn nhất với kích thước cần thiết của mặt cắt ngang
theo tính toán.


9

1.2.2. Chọn sơ bộ hình thức, vị trí của khung chính
Khung chính là bộ phận quan trọng trong cửa van hình cung, có tác dụng
chuyền toàn bộ áp lực nước, trọng lượng bản thân và trọng lượng lớp nước
tràn qua van (nếu có) lên gối bản lề. Khung chính gồm có dầm chính và chân
khung.
Khung chính được đặt theo phương bán kính của bản mặt, số lượng
khung chính thường chọn từ một đến ba chiếc. Tuyệt đại đa số các cửa van
thường dùng hiện nay là loại có hai khung chính chịu tải trọng bằng nhau.
Chiều cao của khung chính lấy bằng bán kính của bản mặt, bán kính R
của bản mặt phụ thuộc vào chiều cao h o và bề rộng L o của cống, thường chọn
R = (1,2 ÷ 1,5)h o. Ngoài ra cần phải chọn tỷ số R/L o càng lớn khi nhịp càng
nhỏ.
Vị trí tâm quay của cửa van thường đặt ở trên mực nước hạ lưu lớn nhất
và mực nước tràn qua đỉnh đập không va vào trục quay.
Các khung chính thường được bố trí theo nguyên tắc chịu tải trọng bằng
nhau, nếu cửa van có hai khung chính thì chúng phải cách đều hợp lực của áp

lực thủy tĩnh.
Khi xác định vị trí của khung chính cần xét tới yêu cầu về thủy lực (dòng
chảy không va vào dầm chính dưới), về cấu tạo (bảo đảm cửa van có đủ độ
cứng) và về thi công (tiện cho việc phân đoạn).
Khung chính thường dùng chân thẳng và mảnh, có dầm chính đặc hoặc
rỗng (giàn). Dùng khung chân mảnh có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực xô
ngang khi xác định kích thước tường biên hay trụ pin của công trình, bỏ qua
lực ma sát trong gối bản lề do lực xô ngang sinh ra.
Cấu tạo dầm khung chính phụ thuộc vào kích thước của cửa van (chiều
cao và chiều rộng), loại van (trên mặt hoặc dưới sâu), chế độ khai thác, điều
kiện lắp ghép, chuyên chở và vật liệu dùng để chế tạo.
Đối với cửa van dưới sâu, khi tải trọng trên một mét dài lớn, mà nhịp lại
nhỏ thì dùng dầm bụng đặc vì lực cắt lớn hơn rất nhiều so với mômen uốn.
Đối với cửa van trên mặt, tải trọng tác dụng lên một mét dài không lớn, do đó
lực cắt nhỏ. Khi nhịp van lớn (20 ÷ 30m) thường dùng dầm chính rỗng (giàn)


10

kinh tế hơn, vì nếu dùng dầm đặc thì không thể lợi dụng hết khả năng làm
việc của bản bụng dầm.
Hình dạng mặt cắt ngang của cửa van đôi khi có ảnh hưởng quyết định
đến việc chọn hình thức dầm chính. Khi cửa van có dầm chính dưới thấp, để
tránh hiện tượng chân không dưới dầm chính, dầm chính thường chọn loại
giàn.
1.2.3. Sơ bộ chọn hình thức, vị trí của giàn ngang
Cũng tương tự như trong cửa van phẳng, giàn đứng hay còn gọi là giàn
ngang là một bộ phận rất quan trọng của kết cấu cửa van hình cung. Giàn
đứng có tác dụng đỡ áp lực nước từ ô dầm và chuyền lên dầm của khung
chính, phân đều tải trọng lên khung chính và chịu các lực ngẫu nhiên không

nằm trong mặt phẳng của khung chính.
Giàn đứng được tạo bởi thanh đứng của ô dầm, thanh đứng của giàn
chính và thanh đứng của giàn chịu trọng lượng.
Tùy theo kích thước của cửa van và hình dáng mặt cắt ngang mà chọn
giàn đứng cho thích hợp.
Đối với cửa van chân xiên có nhịp L o ≤ 12m, chiều cao cột nước H ≤
4,5m và cửa van chân thẳng có L o ≤ 7m, H ≤ 3,5m, dùng giàn đứng đặc là
hợp lý hơn cả.
Kích thước hình học của giàn đứng phụ thuộc vào chiều cao cửa van, bán
kính và vị trí của tâm bản mặt, phụ thuộc vào chiều cao của dầm chính.
Khi dầm của khung chính là loại rỗng (giàn) thì vị trí của giàn đứng phụ
thuộc vào hệ thanh bụng (thanh bụng xiên hoặc tam giác). Giàn đứng có thể
bố trí trong mặt phẳng của các thanh đứng của giàn chính có thanh bụng xiên
hay nằm trong mặt phẳng đi qua các mắt giàn của giàn chính có thanh bụng
hình tam giác. Trong cửa van có chân xiên nhất thiết phải bố trí giàn đứng
trong mặt phẳng liên kết của chân van. Giàn đứng thường bố trí một giàn ở
giữa, hai giàn ở vị trí liên kết của càng van và hai giàn nữa ở hai đầu van.
1.2.4. Bố trí ô dầm
Ô dầm có thể bố trí trước dầm chính hoặc đặt bằng mặt với dầm chính
hoặc bố trí thấp hơn dầm chính. Tùy theo khoảng cách giữa các dầm chính mà
ô dầm được bố trí dọc, ngang hay hỗn hợp.


11

Khi khoảng cách giữa hai dầm chính lớn, bố trí dọc là hợp lý nhất. Dầm
phụ được đặt liên tục trên cánh thượng của giàn đứng dọc theo toàn chiều dài
van và làm giảm chiều cao giàn đứng. Cho phép dùng hàn tự động và bán tự
động. Nếu dầm phụ được đặt bằng mặt với giàn đứng, tức là dầm phụ bị cắt
đứt bởi giàn đứng, thì đầu các thanh cần được nối chắc với giàn đứng.

Khi van có cột nước nhỏ, thì ô dầm bố trí đứng là hợp lý vì khoảng cách
giữa các dầm chính nhỏ. Cách bố trí hỗn hợp do cấu tạo phức tạp nên ít dùng.
Dầm phụ đứng và dầm phụ ngang cần chọn cùng chiều cao để có thể đặt bản
nối ở phía dưới.
Các phân tố ô dầm thường dùng thép định hình.
Để tiện cho chế tạo và bảo dưỡng, hiện nay nhiều cửa van cung có xu
hướng không dùng dầm phụ dọc, chỉ dùng dầm phụ đứng đặt dầy và hàn vào
bản mặt tạo thành mảng ô bản mặt. Sau đó liên kết cánh hạ dầm phụ đứng của
mảng ô bản mặt này với cánh thượng dầm chính (dùng nhiều dầm chính và
không bố trí cùng chiều cao với bản mặt).
1.2.5. Chọn hình thức và cấu tạo giàn chịu trọng lượng
Giàn chịu trọng lượng được bố trí ở thượng lưu và hạ lưu của dầm chính.
Nếu dầm chính được hàn chặt vào bản mặt thì không cần đặt giàn chịu trọng
lượng ở thượng lưu vì chính bản mặt và cánh của dầm chính trên và dưới tạo
thành một dầm có tác dụng như giàn chịu trọng lượng.
Với cửa van có dầm chính không lớn thì không cần đặt giàn chịu trọng
lượng, lúc này trọng lượng cửa van do bản mặt chịu và truyền tải trọng lên
giàn gối (càng) hay trụ biên. Khi chiều cao của dầm chính lớn (khoảng ≥ 1m)
thì cần thiết phải đặt giàn chịu trọng lượng.
Tùy theo kích thước của cửa van mà dùng loại có thanh bụng hoặc loại
không có thanh bụng. Với cửa van có nhịp lớn hay cột nước lớn phải dùng
loại có thanh bụng. Tùy theo chiều dài của các khoảng mắt của dầm chính mà
dùng thanh bụng xiên hoặc nửa xiên. Trong những cửa van nhịp nhỏ, chịu cột
nước lớn, dầm chính chịu tải trọng khá lớn, nên làm dầm có bản cánh rộng,
trong trường hợp này có thể dùng giàn chịu trọng lượng không thanh xiên, ở
vị trí giao giữa các thanh đứng và thanh cánh của giàn này cần đặt bản mắt
rộng.


12

1.2.6. Hình thức, cấu tạo của trụ biên và giàn nối
Trụ biên được bố trí ở hai đầu cửa van, dùng để gắn bánh xe bên, vật
chắn nước, cũng như các chi tiết khác. Trụ biên được đặt theo toàn bộ chiều
cao của tiết diện ngang của cửa van. Mặt cắt ngang của trụ biên thường dùng
tiết diện chữ I hoặc hình hộp.
Giàn gối (càng van) được tạo bởi các nhánh của chân khung chính, nó có
tác dụng liên kết các chân khung chính, chuyển áp lực nước tác dụng lên cửa
van vào bộ phận cố định.
Nếu dùng khung chính kiểu công xôn, thì trụ biên và giàn gối là hai bộ
phận đặt tách rời nhau. Đối với cửa van có giàn gối đặt sát đầu van, trụ biên
và giàn gối cùng nằm trong một mặt phẳng thì có thể kết hợp thành một cấu
kiện.
Với cửa van nhỏ, giàn gối có thể dùng loại không thanh xiên, còn đối với
cửa van có nhịp trung bình và lớn thì cần phải có thanh xiên.
Thanh cánh giàn gối được làm bằng thép chữ I hay thép chữ C khi cửa
van có nhịp nhỏ và trung bình, dùng tiết diện chữ I hoặc chữ C ghép bằng
thép góc và thép bản khi van có nhịp lớn, hoặc nhịp trung bình nhưng có cột
nước cao. Trong những cửa van nhỏ hệ thanh bụng của giàn gối có thể hàn
trực tiếp vào cánh cửa của giàn gối, còn đối với cửa van trung bình và lớn thì
nhất thiết phải đặt bản mắt.
Giàn nối được liên kết với kết cấu nhịp van bằng cách nối thanh cánh của
giàn gối với bản mắt ở đầu giàn chính, bản mắt này phải có độ cứng lớn và
nằm trong mặt phẳng của giàn chính. Nếu giàn gối nghiêng, thì cuối thanh
cánh của giàn gối đặt một bản thép và hàn chặt vào cánh của dầm chính. Chỉ
trong trường hợp cửa van nhỏ mới liên kết giữa giàn gối và kết cấu nhịp van
bằng bulông.
Một đầu của giàn gối được liên kết với bộ phận động của gối bản lề bằng
bulông, thông qua bản đế. Để tăng độ cứng của bản đế và tăng chiều dài
đường hàn liên kết giữa giàn nối vào bản đế, cần đặt thêm các sườn gia cố.

Chiều dày bản đế chọn từ 12 đến 40mm.
Sơ đồ hình học của giàn gối có dạng tam giác (giao điểm của đường trục
thanh cánh giàn trùng với tâm cung của bản mặt) hoặc hình thang (giao điểm
của đường trục thanh cánh không trùng với tâm bản mặt). Trong sơ đồ thứ


13

nhất, toàn giàn là một tam giác bất biến hình, các thanh bụng chỉ có tác dụng
làm giảm chiều dài tự do và làm tăng ổn định của thanh cánh, nên cố gắng sử
dụng sơ đồ này. Nhưng trong cửa van lớn và chịu tải trọng lớn, kích thước
của gối bản lề lớn, đường trục của thanh cánh giàn giàn gối không thể hướng
vào tâm bản mặt được, do đó phải dùng giàn hình thang, trong trường hợp này
các thanh bụng chịu lực dọc.
1.3. Tính toán kết cấu cửa van cung
1.3.1. Tính toán kết cấu theo hệ phẳng
Kết cấu cửa van hình cung là một kết cấu không gian và chịu lực khá
phức tạp, khi phân tích nội lực để đơn giản có thể đưa về các hệ phẳng riêng
biệt. Nội lực của các phân tố nằm trên giao tuyến của hai hệ phẳng lấy bằng
tổng nội lực trong hai hệ phẳng đó. Cách tính này tuy không phản ánh được
hoàn toàn trạng thái chịu lực thực tế của cửa van, nhưng thường dùng vì khá
đơn giản, có thể dùng để tính toán cửa van có kích thước trung bình và nhỏ.
Khi cửa van có kích thước lớn và chịu cột nước cao cần tính theo hệ không
gian.
Khung chính (bao gồm dầm chính và chân khung) là bộ phận chịu lực
chủ yếu của cửa van hình cung, chịu toàn bộ áp lực nước và trọng lượng bản
thân cửa van thông qua gối bản lề chuyền lên bộ phận cố định của công trình.
Việc tính toán kiểm tra về cường độ, về ổn định và về độ cứng của khung
chính thường được tính toán theo hệ phẳng.
Nội dung của phương pháp tính toán theo hệ phẳng: Phương pháp tính

toán theo hệ phẳng, kết cấu van được phân chia thành các hệ phẳng riêng biệt
để tính dưới tác dụng của áp lực nước và trọng lượng bản thân van. Nội lực
trong các hệ phẳng được xác định bằng các công thức giải tích, nội lực trong
các thanh tại vị trí giao nhau giữa hai hệ phẳng bằng tổng nội lực của hai hệ
phẳng đó.
Trình tự tính toán khung chính theo phương pháp tính toán truyền thống
này được tiến hành như sau:
- Xác định tổng áp lực nước tác dụng lên 1m dài cửa van và phương của
tổng áp lực này so với đường nằm ngang theo công thức giải tích.


14

- Phân tổng áp lực này lên các dầm chính theo phương pháp đồ giải,
trường hợp cửa van có hai khung chính, để hai dầm chính chịu áp lực nước
bằng nhau thì phương của hai khung chính phải cách đều phương của tổng áp
lực nước.
- Sơ đồ tính toán khung là đường trục các thanh, sơ đồ tính là khung chữ
nhật dầm ngang có công xôn khi càng van thuộc loại mảnh và thẳng hoặc là
khung hình thang dầm ngang có công xôn khi càng van thuộc loại mảnh và
xiên. Chân khung gán liên kết ngàm khi gối quay là gối bản lề có một trục
quay hoặc gối quay là gối nón cụt. Chân khung gán liên kết khớp khi gối quay
là gối bản lề có hai trục quay. Chiều cao tính toán h của khung lấy bằng
khoảng cách thẳng đứng từ tâm gối quay từ đường trọng tâm tiết diện tính
toán của dầm chính. Tiết diện tính toán của dầm chính có xét tới một phần
bản mặt cùng tham gia chịu lực.
- Nội lực của khung chính được xác định theo các công thức, được thiết
lập từ phương pháp chuyển vị. Chuyển vị thẳng đứng tại giữa nhịp dầm bằng
tổng chuyển vị của dầm do lực ngang và mô men uốn hai đầu dầm.
- Xác định trọng lượng bản thân van theo các công thức kinh nghiệm, nội

lực do trọng lượng bản thân chỉ được xét tới khi tính toán càng van.
Kiểm tra cường độ và độ cứng của dầm theo cấu kiện chịu uốn với nội
lực chỉ do áp lực nước sinh ra và ổn định của chân khung theo cấu kiện chịu
nén lệch tâm với nội lực bằng tổng nội lực do áp lực nước và trọng lượng bản
thân van sinh ra.
1.3.2. Tính toán kết cấu theo bài toán không gian
Khi phân tích nội lực và biến dạng cửa van hình cung theo hệ phẳng
không phản ánh được tác dụng qua lại giữa các bộ phận với nhau, nên kết quả
tính toán không phản ánh đúng trạng thái làm việc thực của cửa van. Mặt
khác khi phân tích van theo bài toán phẳng không xét được tác dụng đồng
thời của nhiều loại tải trọng một lúc, ngay cả khi cửa van chỉ chịu áp lực nước
và trọng lượng bản thân. Như trên đã trình bày khi phân tích nội lực khung
chính do trọng lượng bản thân van, cũng như khi tính lực kéo cửa van, cần
tính trọng lượng bản thân cũng như điểm đặt của nó theo công thức kinh
nghiệm, nên kết quả tính toán có thể khác với giá trị thực. Nếu phân tích van


15

cung theo bài toán không gian những vấn đề nêu trên sẽ được giải quyết
không có khó khăn gì.
1.4. Vấn đề nghiên cứu của Luận văn
Như phần trên đã trình bày, kết cấu cửa van hình cung loại dầm chính
rỗng dạng giàn được tạo thành từ nhiều thanh thép hình có độ mảnh lớn đặc
biệt là càng van khi chịu nén hoặc nén uốn sẽ xuất hiện hiệu ứng uốn dọc làm
tăng nội lực trong thanh dẫn đến khả năng phá hoại kết cấu. Đây được gọi là
hiệu ứng P-Delta (xem hình 1.7). Từ trước đến nay khi tính toán kết cấu cửa
van hình cung theo hệ phẳng và hệ không gian đều chưa xem xét đến hiệu
ứng P-Delta, trong khi đó lý thuyết tính toán và phần mềm phân tích kết cấu
SAP2000 đều có khả năng giải quyết một cách dễ dàng.

P

P
∆

+
M=P∆
∑H

∑HP-∆

Hình 1.7. Hiệu ứng P-Delta
Mặt khác trong kết cấu thép truyền thống liên kết giữa các thanh bằng bu
lông hoặc hàn được coi là liên kết cứng, thực ra các liên kết này đều có độ
mềm nhất định, do biến dạng của các phần tử của liên kết (tấm nối, bu
lông,…), do biến dạng cục bộ (bản bụng, bản cánh của dầm và càng) của các
phân tố được nối (dầm, càng), xem hình 1.8. Do đó các kết cấu này là kết cấu
có liên kết nửa cứng hay còn gọi là kết cấu có liên kết mềm. Độ mềm của liên
kết có ảnh hưởng rất lớn tới độ bền, độ ổn định và độ cứng của kết cấu. Để
xét tới độ mềm của liên kết ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của cửa van, mô
hình liên kết nửa cứng bằng hệ lò xo chuyển vị thẳng và chuyển vị xoay. Tùy
theo liên kết thực tế giữa càng van và dầm chính (hoặc thanh cánh hạ giàn
chính) mà có thể chỉ xét một, hai hoặc cả ba thành phần biến dạng của liên kết
(đối với bài toán khung phẳng). Nếu đã biết độ cứng của liên kết mềm theo