Sổ tay Kỹ Thuật Thuỷ Lợi -Phần 2-Tập 4 - Chương 3

Chương 3 - cửa van phẳng 55 55




Chương 3

cửa van phẳng

Biên soạn: GS. TS. Trương Đình Dụ


3.1. Cửa van phẳng

Cửa van phẳng là hình thức cửa ra đời sớm nhất trong các loại cửa van sử dụng
trong công trình Thủy lợi và đến nay còn áp dụng rộng ri do cửa van phẳng có kết cấu
đơn giản, dễ gia công chế tạo, vận hành thuận lợi. Cửa phẳng được sử dụng nhiều trong
các công trình lấy nước, tiêu nước, trên đập tràn cần điều tiết lưu lượng, trên các công
trình điều tiết trên kênh. Cửa đ áp dụng có chiều rộng từ 0,6 m đến 80 m, thông dụng
nhỏ hơn 20m. Cửa có thể là bằng gỗ, vật liệu tổng hợp, bê tông cốt thép và thép. Hiện
nay phần lớn làm bằng thép.

3.1.1. ưu nh-ợc điểm của cửa van phẳng
a) Ưu điểm
- Có thể làm cửa với kích thước lớn
- Kích thước không gian nó chiếm theo hướng dòng chảy tương đối nhỏ
- Tấm cửa có thể di dời khỏi miệng lỗ, tiện cho việc kiểm tra duy tu.
- Dễ sử dụng máy đóng mở kiểu di động.
b) Nhược điểm
- Yêu cầu đặt máy tương đối cao và trụ pin cống tương đối dày
- Rnh cửa có ảnh hưởng tới dòng chảy, đối với cửa cống có cột nước cao đặc biệt

bất lợi, dễ xảy ra hiện tượng khí thực.
- Số lượng cấu kiện chôn vào bê tông tương đối nhiều.
- Lực đóng mở tương đối lớn, chịu ảnh hưởng nhiều của lực ma sát, do đó cần
phải dùng thiết bị đóng mở có công suất lớn.
- Khi kéo lên cửa van treo trên cao, chịu tác dụng của gió bo.

3.1.2. Các bộ phận chính của cửa van phẳng
- Bản mặt thường làm bằng thép có chiều dày không nhỏ hơn 4mm đối với cửa có
chiều rộng bé hơn hoặc bằng 2m và cột nước bé hơn 2m; chiều dày không nhỏ hơn
6mm đối với cửa có chiều rộng và chiều cao cột nước lớn hơn 2m. Vùng chua mặn
chiều dày bản mặt lớn hơn 8 á 10 mm, có thể dày hơn đến 14mm.
56 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
- Dầm chính ngang dạng đặc đối với B Ê 6m và kiểu giàn với B > 6m.
- Dầm biên.
- Tấm trượt gắn vào dầm biên hoặc bánh xe lăn.
- Tai kéo.
- Bánh xe cữ hoặc cữ trượt.
- Gioăng chắn nước.

3.1.3. Cấu tạo của các bộ phận chính
a) Dầm chính
Kết cấu dầm chính thường bố trí theo hướng ngang 2 đầu tựa lên dầm biên (ngàm
đàn hồi). Với cửa nhỏ dầm chính nhận áp lực trực tiếp từ bản mặt và dầm phụ đứng
truyền vào, dầm phụ ngang không có.
Dầm chính kết cấu theo hai dạng: Dầm đặc và dầm kiểu giàn. Thông thường kết
cấu giàn theo hình (3-1a) chịu áp lực nước 1 chiều và theo hình (3-1b) chịu áp lực nước
2 chiều. a = 45
o

h11

()
L68
á

Hình 3-1
a

Hình 3-2

Trong thiết kế dầm chính được bố trí về số lượng và vị trí thế nào để chúng nhận
áp lực đều nhau hoặc gần đều nhau. Kết cấu dầm đặc, số lượng dầm 3. Kết cấu kiểu
giàn số dầm chính thường là 3.
Chú ý: Kết cấu dầm đặc cần khoét lỗ thoát nước để khi nâng cửa lên nước không
đọng lại trong các bụng dầm.
b) Dầm ngang đáy
Được cấu tạo đảm bảo liên kết với chắn nước đáy thuận tiện. Vị trí dầm đáy cần
tuân theo theo điều kiện là góc a > 30
o
(hình 3-2). Tuân thủ điều kiện này tránh được
hiện tượng dòng xoáy dưới bụng dầm giảm rung động và lực đóng mở. Nếu vì kết cấu
bó buộc a < 30
o
thì bụng dầm cần khoét lỗ đảm bảo tỉ lệ:
F lỗ rỗng
20% (F -diện tích)
F bụngdầm
.
Chương 3 - cửa van phẳng 57 57

Hình 3-3. Sơ đồ cấu tạo cửa van phẳng
1- bản chắn; 2- dầm ngang đỉnh; 3- dầm ngang đáy; 4- dầm chính ngang; 5- dầm phụ
ngang; 6- hệ dầm đứng; 7- thanh giằng chéo; 8- các bộ phận tựa phụ; 9- đệm kín nước;
10- bộ phận để treo; 11- trục tựa hai bên; 12- bộ phận tựa gối động.

c) Các dầm phụ dọc và ngang
Sau bản mặt là các dầm phụ dọc và ngang; kết cấu dầm phụ có dạng đặc thường
chọn thép chữ I, T. Khi thiết kế cần bố trí các dầm phụ dọc và ngang sao cho
a
n
b
= của
ô bản mặt nằm trong tỉ lệ 1 < n < 2. ở đây a là khoảng cách giữa các dầm phụ dọc, b là

khoảng cách các dầm phụ ngang.

d) Dầm biên
Dầm biên nhận áp lực từ dầm chính, dầm ngang ở đáy và ở đỉnh cộng với một
phần từ ô bản mặt truyền vào. Kết cấu dầm biên thường có hai dạng: Dạng đặc chữ C, I
và dạng hộp.
Kiểu dầm đặc thường dùng cho cửa trượt, cửa bánh xe lăn có trục kiểu công xôn.
Kiểu dầm hộp bố trí cho cửa có bánh xe nằm ngay trong hộp, trục bánh xe ngắn kết cấu
chắc chắn.
1
5
4
6
5
7
11
12
89
10
2
6
3
58 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4

Hình 3-4. Cửa van phẳng đơn

Hình 3-5. Cửa van phẳng 2 lớp
e) Tai kéo
Tai kéo của cửa là bộ phận nối cửa với đầu dưới cùng của thanh kéo hoặc móc
kéo của cơ cấu nâng. Khi cửa có chiều rộng bé hơn chiều cao nên bố trí một điểm kéo ở
giữa cửa (1 tai kéo). Khi cửa có chiều rộng lớn hơn chiều cao 1,5 lần nên bố trí hai điểm
kéo ở về phía hai dầm biên. Những cửa có sức nâng lớn, trục tai kéo có khối lượng lớn
(> 50 kg) cạnh chỗ tai cửa nên bố trí giá đỡ trục để thuận tiện khi lắp ráp và tháo dỡ.
Trong thực tế ngoài bộ phận tai kéo còn có bộ phận treo cửa sử dụng vào việc treo
cửa trong thời gian sửa chữa công trình, bản thân cửa hoặc cơ cấu máy.

g) Bộ phận cữ
Cữ có tác dụng loại trừ khả năng mặt đầu cửa (dầm biên hoặc đầu trục bánh xe,...)
chạm vào bê tông ở khe cửa do cửa bị nghiêng lệch.
Cữ cấu tạo theo hai hình thức: bánh xe và trượt. Trong một cửa van hoàn chỉnh
thường bố trí 4 cữ bên và 4 cữ theo hướng ngược dòng chảy.
Cữ bên có thể bố trí phía tôn bưng hoặc phía đối diện với tôn bưng nếu không có
tường ngực. ở một số trường hợp cữ bên còn bố trí trong lòng dầm biên. Cữ ngược theo
hướng dòng chảy bố trí ngay trên dầm biên phần nằm trong khe. Tác dụng của loại cữ
này là giảm rung động cửa khi nâng hạ từng phần.
162214002600300150
300
100
80
1412
136012501250650
3.13
12.87
6.2
Chương 3 - cửa van phẳng 59 59

3.1.4. Tải trọng và lực tác dụng lên cửa van phẳng
a) áp lực nước tĩnh

Biểu đồ áp lực
Công thức xác định
áp lực nước P
Công thức xác định
vị trí đặt áp lực (H
c
)

2
t
1
..H.L
2
g
t
2
.H
3


22
th
1
..(HH).L
2
g-
2

h
t
th
H
1
.(2.H)
3 HH
-
+


Trong đó: H
t
- chiều cao cột nước thượng lưu;
H
h
- chiều cao cột nước hạ lưu;
H
c
- khoảng cách đặt tổng áp lực P tính từ mặt nước;
L - chiều rộng khoang cống.

b) áp lực nước động (thành phần nằm ngang)
Xuất hiện khi mở cửa từng phần; trị số áp lực động bé hơn áp lực thủy tĩnh (do tổn
thất cột nước khi chảy qua cửa).
Trong tính toán cần nhớ: Khi cửa đóng trị số áp lực động của nước không có,
ngược lại khi mở từng phần trị số áp lực thủy tĩnh sẽ không có.
Khi tính sơ bộ trị số áp lực động lấy bằng trị số áp lực tĩnh ở vị trí tương đương.

c) áp lực bùn cát lắng

220
bcbcbc
P0,5..h.tg(45).L
2
j
=g-; (3-1)
Trong đó: h
bc
- chiều cao lớp bùn cát;
j - góc nghiêng tự nhiên của bùn cát ở trong nước;
g
bc
- trọng lượng riêng của bùn cát ở trong nước;
L - chiều rộng bùn cát tác dụng lên cửa.

d) Lực hút ở đáy cửa

da
PP.b.L= , (kg); (3-2)
60 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
Trong đó: P
a
= 0,6 kg/cm
2
;
b - chiều rộng phần đáy cửa tiếp xúc vơi ngưỡng;
L - chiều dài.

e) Trọng lượng bản thân của cửa (G)

Sơ bộ có thể xác định trọng lượng phần động cửa theo biểu đồ hình 3-6.
TC
400
300
200
100
80
60
50
40
30
20
10
8
6
5
4
3
2
1
10
20
30
40
50
60
80
100
200
300

400
500
600
800
1000
2000
3000
4000
5000
6000
8000
10000
20000
30000
40000
50000
60000
80000
100000
Q . L
07
G = f ( Q . L )
07
1
2
3
4

Hình 3-6. Biểu đồ sơ bộ tính trọng lượng cửa G
1- ứng với cửa bánh xe ở mặt; 2- ứng với cửa trượt ở mặt;

3- ứng với cửa bánh xe ở sâu; 4- ứng với cửa trượt ở sâu.

+ Hoặc có thể xác định theo công thức A.R. Beredinski:
G0,055.F. F= (3-3)
+ Hoặc có thể theo công thức P.A. Ephimôp:

4
G0,157.F. F= (3-4)
Trong đó:
F - diện tích cửa van.

g) Tải trọng do gió (tính phần cửa nằm trên mặt nước)

giógió
PF.q= , (kg); (3-5)
Chương 3 - cửa van phẳng 61 61

Tấm trượt
Trong đó:
F - diện tích bề mặt chịu tác dụng gió của cửa, (m
2
);
q
gió
- cường độ áp lực gió khu vực đặt công trình, (q
gió
= 25 á 100 kG/m
2
,
thường tính toán lấy q

gió
= 45 kG/m
2
).

3.1.5. Các kiểu cửa van phẳng
a) Cửa phẳng trượt
(1) Đặc điểm:
+ Cửa van phẳng loại này có tấm trượt cố định vào dầm biên. Tấm trượt nhận toàn
bộ áp lực ngang của nước tác dụng lên cửa để truyền vào khe cửa; vì vậy khi nâng hạ
cần khắc phục lực ma sát trượt.
Cấu tạo tấm trượt có thể là một tấm
liên tục hoặc nhiều đoạn tấm cố định trên
dầm biên. Để giảm nhẹ ma sát lăn người ta
có thể làm cơ cấu nhíp trượt (mặt trượt
cong).
+ Vật liệu tấm trượt: đối với cửa
nhỏ thường là đồng
p
A 9-4 hoặc thép
không gỉ 2X13, 1X18H9T; nhiều trường
hợp dùng thép thường bên ngoài bọc một
lớp mạ không gỉ. Đối với cửa chịu áp lực
nước lớn dùng gỗ ép ký hiệu C-
chịu tải trọng phân bố từ 500á3000
kG/cm
2
.
+ Trị số hệ số ma sát trượt của tấm
trượt và gioăng chắn nước cho ở bảng 3-1.

Hình 3-7. Sơ đồ bố trí tấm trượt
(2) Tính lực nâng hạ:
- Lực nâng:

12d
TK.GK.W.fP=++; (3-6)
Trong đó:
K
1
= 1,1; K
2
= 1,2;
W - tổng áp lực nước tác dụng vào cửa;
f - trị số hệ số ma sát trượt;
P
d
- lực hút, xem công thức (3-2);
G - trọng lượng bản thân của cửa.

- Lực hạ:

'
T0,9.G1,2.W.f=- (3-7)
62 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
Nếu T > 0 cửa tự hạ.
T < 0 cửa không tự hạ xuống được phải ấn xuống bằng cơ cấu máy.
(3) Phạm vi sử dụng:
Cửa trượt là hình thức cửa đơn giản nhất trong các loại cửa. Kết cấu gọn, khe cửa
nhỏ có lợi khi bố trí công trình vì vậy cửa trượt được áp dụng nhiều ở các công trình
trên kênh.
Bảng 3-1. Hệ số ma sát f
Trị số f
Loại Vật liệu ma sát và điều kiện công tác
Lớn nhất Bé nhất
1. Thép với thép (trạng thái khô ráo) 0,5~0,6 0,15
2. Thép với gang đúc (trạng thái khô ráo) 0,35 0,16
3. Gỗ với thép (trong nước trong) 0,65 0,3
4. Gỗ ép lớp dính keo đối với thép không gỉ (trong nước trong)
(1)

Theo cường độ nén dọc: q>2000 kG/cm 0,1~0,11 0,05
- q=2500~2000 kG/cm 0,11~0,12
Ma sát trượt
- q=2000~1500 kG/cm 0,12~0,13
1. Thép với đồng đen (trạng thái khô ráo) 0,3 0,16
2. Thép với đồng đen (có bôi trơn) 0,25 0,12
3. Thép với gỗ ép lớp keo (có bôi trơn) 0,16~0,20 0,08
Ma sát trục đỡ
trượt

4. Thép không gỉ đối với gỗ ép lớp keo (có bôi trơn) 0,12~0,16 0,05
1. Cao su với thép 0,65 0,3
Ma sát ngăn nước
2. Cao su với thép không gỉ 0,5 0,2
1.Thép với thép 0,1
Ma sát lăn
2. Thép với gang đúc 0,1

Ghi chú:
(1)
Độ trơn nhẵn bề mặt công tác của cấu kiện thí nghiệm: Tấm trượt
ẹ
6,
đường trượt
ẹ
7.

b) Cửa phẳng bánh xe
(1) Đặc điểm:
+ Khác với cửa trượt ở chỗ bánh xe nhận toàn bộ áp lực của cửa và truyền lên khe.
Khi thiết kế thường chọn số lượng bánh xe trong một cửa là 4 và bố trí để mỗi bánh xe
chịu lực đều nhau. Kết cấu cửa bánh xe có phức tạp hơn cửa trượt nhưng vẫn được sử
dụng rộng ri vì lực nâng hạ nhỏ (hệ số ma sát lăn nhỏ hơn hệ số ma sát trượt).
Chương 3 - cửa van phẳng 63 63


a) b)

Hình 3-8. Sơ họa bánh xe cửa van

+ Cụm bánh xe và trục cố định vào cửa theo 2 dạng nằm trong hộp của dầm biên
và kiểu công xôn. Khi bố trí bánh xe nằm trong hộp, trục bánh xe sẽ nhỏ hơn so với
kiểu bố trí công xôn.
+ Vật liệu chế tạo:
- Với áp lực lên bánh xe nhỏ P < 5T dùng gang xám c18.36 c21-40, GOCT1412-70.
- Với P > 5T dùng thép 25; 45.
+ Trục dùng thép 35, 45 GOCT 1050-60, hoặc thép không gỉ.
+ ổ trục có 2 dạng: Bạc đồng, gỗ ép hoặc ổ bi.
+ Hệ số ma sát lăn của bánh xe và con lăn của cửa có tính đến sự làm việc trong nước:
f
1
= 0,1.
(2) Tính lực nâng hạ:
+ Lực nâng:
- Với bánh xe ổ trục bằng bạc

12xya
TK.GK.(TT) P=+++ (3-8)

x12
W
T.(ff.r)
R
=+ (3-9)
- Với bánh xe ổ trục bằng ổ bi

12xya
TK.GK.(TT) P=+++

1

x1
1
R
W
T.f.(1)
Rr
=+ (3-10)
Trong đó: T
x
- lực sinh ra do ma sát ở cụm bánh xe với đường lăn;
T
y
- lực sinh ra do ma sát của vật chắn nước với đường trượt;

ycp
T2.H.b.a.f= (3-11)
R - bán kính bánh xe (cm);
r - bán kính trục (cm);
f
1
- hệ số ma sát lăn, f
1
= 0,1;
r
1
- bán kính của viên bi (cm);

64 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
R
1

- bán kính vòng ngoài của ổ lăn (cm);
f
2
- hệ số ma sát trượt giữa trục và bạc (xem bảng 3-1);
f - hệ số ma sát trượt giữa gioăng và đường trượt (xem bảng 3-1);
b - chiều dài của gioăng chắn nước chịu tác dụng của cột nước H (cm);
H
cp
- cột nước trung bình tác dụng vào gioăng (cm);
a - chiều rộng mặt gioăng ép vào đường trượt;
K
1
= 1,1; K
2
= 1,2.


Hình 3-9. Sơ đồ tính R
1
, R Hình 3-10. Sơ đồ bố trí khớp điều chỉnh

Các kí hiệu xem công thức (3-2) và (3-4).
+ Lực hạ:

'
xy
T0, 9.G1,2.(TT)=-+; (3-12)
(T
x
tính theo điều kiện ở công thức 3-9 và 3-10)

Nếu T > 0 cửa tự hạ;
T < 0 cửa không tự hạ được.

c) Cửa kiểu Wagon (hình 3-10)
Đối với cửa rộng, đầu nước lớn để giảm nhỏ đường kính bánh xe, khi thiết kế
thường áp dụng kiểu Wagon.
ưu điểm của loại cửa này là tuy số bánh xe nhiều (8, 12...) nhưng tiếp xúc đỉnh
bánh xe với đường lăn đều hơn do bộ phận khớp tự điều chỉnh và lực tác dụng lên mỗi
bánh xe có thể bố trí đều nhau.
Nhược điểm chính của loại cửa này là khe cửa rộng và sâu đòi hỏi trụ pin dày.
Lực nâng hạ tính như cửa bánh xe.

d) Cửa 2 lớp
Gọi cửa 2 lớp vì nó có hai lớp đặt so le nhau cùng chắn một khoang thoát nước.
Mỗi lớp cửa có thể là cửa trượt hoặc cửa bánh xe hoàn chỉnh (hình 3-5).
Cửa loại này thường sử dụng ở âu thuyền hoặc không thể sử dụng 1 lớp cửa vì cửa
có chiều cao quá lớn, lực đóng mở bị hạn chế đòi hỏi phải làm 2 lớp. Trong điều kiện
đó dùng cửa 2 lớp sẽ hạ thấp cầu công tác, giảm được lực đóng mở (trong nước ta điển
hình loại cửa này là cửa van cống cầu xe).
Chương 3 - cửa van phẳng 65 65

Khi thiết kế cửa 2 lớp cần chú ý: Đối với lớp dưới phải có bánh xe cữ nằm trên
đường hướng (thuộc khe cửa) chạy suốt từ ngưỡng cửa lên đỉnh trụ pin.
Chắn nước giữa 2 cửa theo hướng ngang (chỗ tiếp giáp của đỉnh cửa dưới và đáy
cửa trên) thực hiện theo dạng ở hình 3-11.


Cửa
trên
Cửa

dưới
150 - 180

100
60
đáy khe

cửa lớp trên
Thành khe
cửa lớp dưới


Hình 3-11. Kín nước giữa hai lớp cửa

3.1.6. Kết cấu phần ốp ở ng-ỡng khe van và gioăng kín n-ớc
a) Kết cấu phần ốp
Cùng với cửa (phần động), đây là phần tĩnh nằm ở dưới nước khó sửa chữa. Vì
vậy các bề mặt tiếp xúc với nước và không khí, được sơn, mạ không gỉ cẩn thận. Bề mặt
của đường trượt cho bánh xe lăn thường sử dụng thép không gỉ hoặc mạ một lớp thép
không gỉ bên ngoài.


Hình 3-12. Bố trí thép khe cửa
a), b), c) Các kết cấu thép trong rnh phai;
d), e), f) Các kết cấu thép chôn gắn trong bê tông.
66 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
10
40-60
60
5

10
a)
b)
c)
12
5
5
10
40-60
60
e)
5
12
d) f)
Khe cửa và các chi tiết thép ốp khác cần thi công chính xác, nếu không sẽ ảnh
hưởng lớn đến điều kiện vận hành quản lý công trình, có nhiều trường hợp phải đục đi
làm lại. Kết cấu phần ốp thường gặp xem hình 3-12.

b) Kết cấu chắn nước
Bố trí gioăng chắn nước xem hình 3-13.
Các hình từ a) á d) là chắn nước bên của cửa phẳng trượt;
e) á f) là chắn nước bên của cửa có bánh xe.
Chắn nước đáy xem hình 3-18a, b.

Hình 3-13. Các kiểu kết cấu chắn nước

c) Kết cấu chắn nước không có tường ngực
Đối với cửa phẳng vật chắn nước ngược với dòng chảy (không có tường ngực) thì
cần phải có biện pháp ép cưỡng bức bằng nêm thép, hoặc các biện pháp kỹ thuật khác
như bố trí bánh xe lệch tâm và khe van có độ côn vát tại vị trí đóng hết của cửa (thông
thường bánh nêm vát, dễ chế tạo, dễ lắp đặt và kín nước tuyệt đối), xem hình 3-14.
Chương 3 - cửa van phẳng 67 67


Hình 3-14. Kiểu kết cấu chắn nước cưỡng bức

3.2. Cửa van cung

Cũng như cửa phẳng, cửa cung được sử dụng rộng ri trong các công trình thủy
lợi đặc biệt là trên tràn, đập dâng và cống vùng ảnh hưởng thủy triều, nhất là ở những
nơi có cột nước cao thì ưu điểm của nó càng nổi bật.

3.2.1. Ưu nh-ợc điểm của cửa van cung
a) Ưu điểm
(1) Có thể bịt kín khoang cống có diện tích tương đối lớn.
(2) Độ cao của giá đỡ máy và độ dày của trụ pin cống tương đối nhỏ.
(3) Rnh cửa không ảnh hưởng tới trạng thái dòng chảy.
(4) Lực đóng mở tương đối nhỏ nhờ ảnh hưởng của lực cản ma sát đối với lực
đóng mở khá nhỏ và mô men sinh ra do áp lực nước tác dụng vào cửa đối với
tâm quay không lớn.
(5) Số lượng cấu kiện tương đối ít.

b) Nhược điểm
(1) Trụ pin cống đòi hỏi dài.
(2) Vị trí không gian cánh cống chiếm tương đối lớn.
(3) Không thể đưa ra ngoài khoang cống để kiểm tra sửa chữa.

3.2.2. Những kết cấu chính
Cửa cung được cấu tạo 2 phần: Phần động và phần tĩnh.
a) Kết cấu phần động
(1) Bản mặt
Bản mặt dạng hình cung có tâm thường trùng với tâm quay của cửa. Bản mặt nhận
toàn bộ áp lực nước và truyền vào các dầm phụ sau nó. Chiều dày bản mặt nhất thiết
phải lớn hơn 6 mm.
68 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4

a) b) c) d)

Hình 3-15. Cửa van cung
1- bản mặt; 2- các dầm phụ; 3- dầm đứng; 4- dầm chính;
5- càng van; 6- tôn gia cường càng; 7- cối bản lề.

(2) Khung đứng
Khung đứng được hình thành bởi dầm phụ cong đứng sau tôn bưng với các thanh
giằng nối dầm chính và thanh đứng của giàn đỡ phía sau.
(3) Dầm đỡ phía sau
Dầm đỡ phía sau có hình dạng giàn cùng với dầm chính tạo cho cửa có kết cấu
không gian chịu xoắn tốt. Dầm đỡ đứng hợp thành do bộ phận của dầm chính, khung
đứng và các thanh xiên.
(4) Càng






Hình 3-16. Các dạng kết cấu càng cửa van

Càng là bộ phận nhận áp lực từ dầm chính truyền vào cối quay (trục quay) cửa.
Kết cấu càng có dạng phẳng (hình 3-16b) và dạng không gian (hình 3-16a). Bố trí
càng có thể thẳng góc với dầm chính (thường sử dụng khi B Ê 10 m), hoặc bố trí xiên
góc với dầm chính (thường sử dụng khi B 10 m).
Chương 3 - cửa van phẳng 69 69

(5) Dầm chính
Cửa cung trên mặt thường cấu tạo 2 dầm chính chịu lực đều nhau. Kết cấu dầm
chính có dạng đặc và dạng giàn.
Dạng đặc thường là thép chữ I, T hoặc thép tấm ghép thành, kết cấu này thích hợp
với cửa có B < 8m và DH < 5m. Dạng giàn thích hợp với cửa có B 8m và DH 5m.
Xem hình 3-16.

b) Kết cấu phần tĩnh


1450
14.3649
4050
1000
250

Hình 3-17. Kết cấu cối bản lề cửa van cung

(1) Đế cối quay:
Chế tạo bởi thép đúc 25, 45 GOCT hoặc thép hàn.
(2) Trục quay:
Được cố định vào đế cối quay; chế tạo bằng thép CT5, thép 35 hoặc thép 45.
Trục và đế cối nhận toàn bộ áp lực nước và trọng lượng bản thân cửa truyền vào
trụ pin. Đế cối cửa van được cố định vào trụ pin nhờ các bu lông. Khi thiết kế cần chú ý
việc bố trí các bu lông này sao cho dễ thay thế khi sửa chữa.
(3) Gioăng chắn n-ớc
Cửa cung được chắn nước ở đáy và 2 bên, vật liệu gioăng thường bằng cao su vì
độ đàn hồi lớn dễ kín nước.
Kết cấu kín nước có dạng ở hình 3-18.
70 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4

110
10
14
10
a) b)
c) d)

20
5
20
5

Hình 3-18. Sơ đồ bố trí kín nước cửa van
a), b) Kín nước đáy; c), d) Kín nước bên.

3.2.3. Xác định vị trí của dầm chính


A
O
B
D

C
1
2
3
4

P

P

5
6
7
8

b
P

8
7

6
5

3
1
2
P
a
d
1
P

P
2
c
2
1

4
H


Hình 3-19. Sơ đồ xác định vị trí cửa dầm chính

Chia bản mặt ra n đoạn tùy ý gần đều nhau, trên mỗi đoạn tìm phương và độ lớn
của hợp lực trong đoạn đó. Đặt nối tiếp các vectơ lực từ số 1 đến n (giữ nguyên phương
và theo cùng tỷ lệ).
Chương 3 - cửa van phẳng 71 71

Nối điểm đầu của vectơ thứ nhất đến điểm cuối của vectơ thứ n ta có được phương
và độ lớn của tổng hợp lực ON . Từ A đến điểm giữa của ON kẻ đường thẳng góc gặp
đường cong tại B. BN và BO là phương bố trí dầm chính và giá trị của lực phân bố đều
trên dầm chính (hình 3-19).

3.2.4. Các kiểu cửa van cung
a) Cửa van cung thường (hình 3-20a, b)
b) Cửa van cung có lưỡi tràn trên (hình 3-20c)
Ngoài cửa cung thông dụng ta thường gặp còn có cửa cung có lưỡi tràn bên trên.
Đây là hình thức cửa kết hợp giữa cửa cung và cửa sập. Khi muốn tháo lưu lượng nhỏ,
hạ cửa sập (bên trên cửa cung), nước tràn qua cửa cung. Khi muốn xả lưu lượng lớn, kéo
cả cửa cung lên. Hình thức cửa này thường sử dụng ở công trình tràn có lưu lượng xả lũ
thay đổi lớn.
c) Cửa cung hai lớp
(1) Cửa cung hai lớp đồng tâm và cùng đ-ờng kính (hình 3-20d)

Hình 3-20. Sơ đồ cửa cung 2 lớp đồng tâm và cùng đường kính

(2) Cửa cung hai lớp đồng tâm bán kính khác nhau (hình 3-21)
Cửa cung 2 lớp đặt chồng lên nhau và quay cùng tâm quay. Trục quay có hai bậc,
bậc có đường kính lớn dành cho lớp dưới, bậc có đường kính nhỏ dành cho lớp trên.
Loại cửa cung 2 lớp có lợi ở chỗ khi cần tháo lưu lượng nhỏ thì mở lớp trên, vẫn giữ
nước trong hồ cao hơn ngưỡng cửa; khi xả lũ lớn mở cả hai lớp.
b)
c)
d)
a)
72 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
6.35
4.50
G
1
T
2
G
l = 8500
a
a
5.10
1
2

Hình 3-21. Sơ đồ cửa van cung 2 lớp đồng tâm khác bán kính

d) Cửa cung phao (hình 3-22)

Tác dụng của phao là giảm nhẹ lực nâng hạ. Loại cửa này thích hợp khi công trình
có tường ngực và có thể thiết kế thêm cơ cấu đối trọng để đóng mở tự động hoặc bán tự
động như cống La Khê Vân Đình (Hà Tây).


Đối trọng
Phao


Hình 3-22. Sơ đồ cửa cung phao


e) Vị trí đặt tâm quay cửa cung

Tâm quay cửa cung thường đặt trên trụ pin, vị trí đặt có khoảng cách tới ngưỡng
cửa thường xác định theo hình 3-23.
Chương 3 - cửa van phẳng 73 73

a)
R
H
> 0,5m
(0,67 - 1,10).H
b)

R
Đường mặt nước
H
(0,50 - 0,75).H

Hình 3-23. Sơ đồ xác định vị trí tâm quay cửa van
a) Cửa van trong khoang cống; b) Cửa van trong khoang tràn.


3.2.5. Xác định áp lực n-ớc tĩnh tác dụng lên cửa van cung

áp lực nước tĩnh tác dụng lên cửa cung trên mặt được trình bày trong bảng 3-2.
Tổng áp lực nước P

22
ngd
PPP=+
; (3-25)
a - góc tạo thành giữa P với mặt ngang

d
ng
P
arctg
P
a= ; (3-26)
Trong đó:
L - chiều rộng tính toán của cửa;
t
ng

P - thành phần áp lực theo hướng ngang phía thượng lưu;
h
ng
P - thành phần áp lực theo hướng ngang phía hạ lưu;
t
d
P - thành phần áp lực theo hướng đứng phía thượng lưu;
h
d
P - thành phần áp lực theo hướng đứng phía hạ lưu.

74 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
Bảng 3-2. áp lực nước tĩnh tác dụng lên cửa cung trên mặt
Chiếm 2 trang Bảng ngang
Ch­¬ng 3 - cöa van ph¼ng 75 75

76 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
3.2.6. Tính trọng l-ợng bản thân cửa cung
Trọng lượng cửa van cung phần chuyển động có thể xác định gần đúng theo biểu
đồ hình 3-6, các công thức (3-3), (3-4) và thêm các công thức sau:
20,8
n
G A.(h..H)= ;
Trong đó:
h - chiều cao cửa van;
H
n
- cột nước dưới tâm cửa van;
- nhịp của cửa van;
A - hệ số ứng dụng,

Đối với cửa van nhỏ lấy 0,09; đối với cửa van lớn lấy 0,052.

Trọng lượng cửa van cung có kết hợp cửa van Clape trên đỉnh thì trọng lượng là:
G
cl
= 1,25.G
Trọng lượng của phần tĩnh có thể lấy gần đúng:
G
t
= 0,15.G

3.2.7. Tính lực nâng hạ
a) Lực nâng

'
12xyd
n.G.gn.(T.rT.R) P .R
T
+++
=
r
; (3-27)
Trong đó: n
1
= 1,1; n
2
= 1,2;
G - trọng lượng bản thân cửa van;
g - tay đòn của G đối với tâm quay;
x2

T P.f= ;
P - tổng áp lực nước tác dụng vào cối;
r - bán kính trục quay;
f - hệ số ma sát giữa trụ và bạc;
ycp
T2.H.b.a.f= ;
R - bán kính mép ngoài bản mặt đến tâm quay;
r - tay đòn của lực kéo đến tâm quay;
P
d
- xem công thức (3-2);
R - tay đòn lực P
d
đối với tâm quay.

Chương 3 - cửa van phẳng 77 77

b) Lực hạ

'
xyd
'
0,09.G.g1,2(T.rT.R) P .R
T
-++
=
r
(3-28)
Nếu T > 0 thì cửa tự hạ.

c) Lực giữ

'
xyd
1,1.G.g(T.rT.R) P .R
T
-++
=
r
(3-29)
Khi tính toán sơ bộ lực nâng hạ cửa cánh tay đòn của trọng lượng lấy bằng 0,8R
và điểm đặt của G nằm trên phương của P.

3.3. Cửa sập (cửa Clape trục dưới)
3.3.1. Đặc tính cơ bản

Cửa sập hay còn gọi là cửa Clape trục dưới là cửa có trục phía dưới gắn với bản đế
công trình, có thể làm khoang rộng nhờ có nhiều gối tựa trung gian ở đáy, kết cấu đơn
giản, gọn, không chiếm không gian trên cống, khi mở cửa nằm trong dòng chảy không
bị ảnh hưởng gió bo, có khả năng điều chỉnh chính xác mực nước và cho phép xả vật
nổi, khả năng làm việc nhanh nhạy. Nhược điểm là cửa nằm trong nước khó sửa chữa.

3.3.2. Cửa sập điều khiển bằng cơ khí
a) Cấu tạo các kiểu cửa
(1) Kiểu bản sập:
Cửa có cấu tạo gồm một dầm chính ngang (1) nằm ở phần đầu và cuối hai đầu
dầm bố trí điểm kéo và neo cửa, các dầm đứng (2), đầu trên nối với dầm chính và đầu
dưới nối với cối bản lề (3), các dầm phụ liên kết các dầm đứng (4). Độ đồng tâm của
các cối quay chỉ cho phép sai số 1,5 mm trên suốt cả chiều dài cửa. Hiện nay để dễ

dàng thi công thì các cối quay được chế tạo sẵn trong nhà máy trên một dầm. Đây là
kiểu cửa được ứng dụng ngày càng nhiều nhờ tính ưu việt của nó nhất là khi sử dụng
xilanh thủy lực để đóng mở. Mô hình kết cấu loại cửa bản sập này được ứng dụng ở
công trình ngăn mặn giữ ngọt Thảo Long Huế chiều rộng 31,5 m (hình 3-24) và ở
cống Duy Thành (Quảng Nam) chiều rộng 20 m.

78 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4


Hình 3-24. Kiểu bản sập gắn trên dầm đáy của đập Thảo Long (Thừa Thiên Huế)
1- dầm chính ngang; 2- dầm đứng; 3- cụm cối quay; 4- dầm phụ ngang.

(2) Kiểu quả trám (hình 3-25): Kiểu dầm rỗng


Hình 3-25. Cửa sập kiểu quả trám

Chương 3 - cửa van phẳng 79 79

Loại này được ứng dụng trên đập tràn, bản thân là một dầm rỗng, kết cấu cứng,
chịu xoắn tốt, hiện tại ít được sử dụng.

b) Xác định lực nâng cửa

1,1.G.g P.a1,2.R.f.r
T
t
++
; (3-30)
Trong đó:

g, a, r, t - cánh tay đòn của các lực: G, P, R và T đối với tâm quay;
G - trọng lượng bản thân cửa;
P - tổng áp lực nước tác dụng lên cửa;
R - phản lực tại gối;
r - bán kính trục quay;
f - hệ số ma sát trượt.

c) Phạm vi ứng dụng
Kiểu cửa bản sập có kết cấu đơn giản, được ứng dụng ở các đập thấp có cột nước
4 á7 m, thích hợp các đập ở vùng trung du, các cống tiêu ở đồng bằng cần làm khoang
rộng và cần đóng mở nhanh để thoát lũ. Hiện nay áp dụng xilanh thủy lực để đóng mở
cửa càng làm cho việc điều khiển vận hành cửa này thuận lợi và đạt độ tin cậy cao, khi
cần thiết có thể tiến tới tự động hoá đóng mở.

3.3.3. Cửa sập tự động bằng đối trọng
Những cửa van này có đặc trưng là có sự tham gia của đối trọng, làm cân bằng với
trọng lượng cửa. Có thể phân ra 3 loại khác nhau: Loại cân bằng phía trên, loại cân
ngang và loại cân bằng phía dưới (hình 3-26, 3-27, 3-28).
- Loại cân bằng phía trên có thể có hai trường hợp: Một là (hình 3-26) đối trọng
nằm trên khô, được làm nổi bởi nước thượng lưu. Loại này phải chọn lựa cánh tay đòn
và đối trọng sao cho trong mọi vị trí bất kỳ của cửa vẫn đảm bảo được tính cân bằng để
giữ được mực nước dâng cần thiết. Hai là đối trọng được đặt ở trong 1 hầm của trụ pin,
việc đóng mở cửa van được thực hiện khi có sự hỗ trợ bởi lực đẩy nổi đối trọng của
nước đ chứa đầy trong hầm.
- Loại cân bằng ngang thì đối trọng nằm trong hầm riêng có cao trình ngang với
cửa van (hình 3-27).
- Loại cân bằng phía dưới (hình 3-28) việc gắn với đối trọng không phải ở đầu cửa
van mà hàng loạt điểm trung gian nhờ sự liên kết khớp quay của trục cửa van với nhiều
cánh tay đòn của đối trọng. Để hạ cửa van, phải cho nước vào buồng đối trọng làm đối
trọng nổi lên, cửa sẽ hạ xuống. Loại cửa này phức tạp nên ít sử dụng.