(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu cửa van thép phẳng nhịp lớn

L I CAM OAN
Tôi cam đoan đây là đ tài nghiên c u c a riêng tôi. Các thông tin tài li u trích d n
trong lu n v n đã đ
ch a đ

c ghi rõ ngu n g c. K t qu nêu trong lu n v n là trung th c và

c ai công b trong b t k đ tài nào tr

c đây.
Hà N i, tháng 7 n m 2016
Tác gi Lu n v n

àm Duy H ng

i


L IC M

N

V i s giúp đ nhi t tình, hi u qu c a Khoa cơng trình tr

ng

i h c Thu l i, Chi

c c th y l i Thái Nguyên, cùng các th y cô giáo, b n bè, đ ng nghi p, đ n nay Lu n
v n Th c s k thu t chuyên ngành Xây d ng cơng trình th y v i đ tài: " Thi t k t i
u c a van thép ph ng nh p l n” đã đ

c hoàn thành.

Tác gi xin chân thành c m n s truy n đ t ki n th c và ch b o ân c n c a các th y
cô giáo, c ng nh s giúp đ , t o đi u ki n c a lãnh đ o Chi c c th y l i Thái Nguyên
cho tác gi trong quá trình h c t p, nghiên c u v a qua.
c bi t tác gi xin đ
tr c ti p h

c t lòng bi t n sâu s c đ n TS. V Hoàng H ng, ng

i đã

ng d n, giúp đ t n tình cho tác gi trong quá trình th c hi n lu n v n

này.
Tác gi c ng xin chân thành c m n nh ng s giúp đ đ ng viên c v c a c quan,
gia đình, b n bè và đ ng nghi p trong quá trình h c t p và th c hi n lu n v n.
V i th i gian và trình đ cịn 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 Cơng trình, Tr

ng

i h c Th y l i.

Hà N i, tháng 7 n m 2016
Tác gi Lu n v n

àm Duy H ng

ii


M CL C
M

U

CH

............................................................................................................... 1

NG 1. T NG QUAN V C A VAN NH P L N .............................................. 2

1.1 Khái ni m ............................................................................................................... 2
1.1.1 Khái quát v c a van ph ng ........................................................................... 2
1.1.2

Ph m vi áp d ng .......................................................................................... 3

1.2 Phân lo i ................................................................................................................. 4
1.2.1 Giàn chính có thanh cánh th

ng l u, h l u có d ng cong và n m trong

cùng m t m t ph ng ................................................................................................. 4
1.2.2 Giàn chính có k t c u b n m t d ng ph ng k t h p làm thanh cánh th

ng

l u, còn thanh cánh h l u có d ng cong m t chi u ho c hai chi u ........................ 5
1.3 M t s nguyên t c và b trí c u t o ....................................................................... 5
1.3.1 D m chính ....................................................................................................... 5
1.3.2 B trí dàn ngang .............................................................................................. 6
1.3.3 B trí d m d c ph .......................................................................................... 7
1.3.4 Tr biên ........................................................................................................... 7
1.3.5 Giàn ch u tr ng l

ng ..................................................................................... 7

1.3.6 Bánh xe ch u l c.............................................................................................. 7
1.3.7 Bánh xe bên ..................................................................................................... 8
1.3.8 V t ch n n

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

1.3.9 Các l u ý khi thi t k c a van ph ng nh p l n ............................................... 8
1.4 Ph

ng pháp tính tốn n i l c ............................................................................... 9

1.4.1 T i tr ng tác d ng lên c a van ....................................................................... 9
1.4.2 Phân tích n i l c k t c u van ph ng ............................................................... 9

1.5 Nh ng v n đ c n nghiên c u ............................................................................. 11
1.5.1 N i dung nghiên c u ..................................................................................... 11
1.5.2 Ph

ng pháp nghiên c u............................................................................... 11

1.6 K t lu n ch
CH

NG 2. T I

ng 1 ................................................................................................ 11
U HÓA K T C U THÉP ............................................................ 12

2.1 Khái quát t i u hóa v k t c u ........................................................................... 12
2.1.1 Bài tốn t i u v tr ng l

ng và ph

ng pháp gi i .................................... 12

2.1.2. Bài toán t i u k t c u h thanh trong giai đo n đàn h i ............................ 14

iii


2.1.3. Bài toán t i u k t c u h thanh trong giai đo n ch y d o .......................... 15
2.2 Thi t k t i u k t c u thép b ng ph n m n SAP2000........................................ 18
2.2.1 Các bài toán trong thi t k k t c u thép ........................................................ 18
2.2.2 Bài toán thi t k t i u .................................................................................. 20

2.2.3 Các ví d tính tốn ........................................................................................ 21
2.3. K t lu n ch
CH

ng 2 ............................................................................................... 44

NG 3. THI T K T I

U C A VAN THÉP NH P L N CƠNG TRÌNH

C NG KÊNH HÀNG – TP. H CHÍ MINH ............................................................... 45
3.1 Gi i thi u cơng trình ............................................................................................ 45
3.1.1 V trí đ a lý cơng trình c ng Kênh Hàng....................................................... 45
3.1.2

a hình, đ a m o v trí cơng trình c ng Kênh Hàng .................................... 45

3.2 Quy mơ cơng trình ............................................................................................... 45
3.2.1 M c tiêu c a d án ........................................................................................ 45
3.2.2 Nhi m v công trình ..................................................................................... 45
3.3 K t c u c a van .................................................................................................... 46
3.3.1

c đi m ....................................................................................................... 46

3.3.2 L a ch n hình th c k t c u c a van ............................................................. 46
3.3.3 K t c u c a van ............................................................................................. 47
3.4. T i tr ng tính tốn và tr

ng h p tính tốn ........................................................ 49

3.4.1 T i tr ng tác d ng lên c a van ...................................................................... 49
3.4.2 Các tr

ng h p tính tốn .............................................................................. 49

3.5. Phân tích n i l c k t c u van ph ng theo bài tốn khơng gian........................... 49
3.5.1. Mơ t k t c u ................................................................................................ 49
3.5.2 Mơ hình hóa k t c u ..................................................................................... 51
3.5.3 Ki m tra kh n ng ch u l c c a c a van ng v i ti t di n ch n s b ......... 51
3.5.4. Thi t k t i u c a van................................................................................. 58
3.5.5. Ch n ph
3.6. K t lu n ch

ng án cu i cùng .......................................................................... 65
ng 3 ............................................................................................... 71

KÉT LU N VÀ KI N NGH ....................................................................................... 73
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................................. 74

iv


DANH M C B NG BI U
B ng 2.1 – H s

ng su t ng v i ti t di n phân tích................................................ 27

B ng 2.2 – H s s d ng v t li u ng v i các ti t di n thi t k ................................ 33
B ng 2.3 – Tr ng l

ng c a khung ng v i 2 ph

ng án ch n ti t di n khung ........ 34

B ng 2.4 - H s s d ng v t li u ng v i ti t di n ch n s b ................................. 37
B ng 2.5 – H s

ng su t ng v i ti t di n thi t k .................................................. 40

B ng 2.6 - H s

ng su t ng v i ti t di n thi t k ................................................... 42

B ng 2.7 - H s

ng su t ng v i ti t di n thi t k ................................................... 43

B ng 3.1 – H s

ng su t d m ph d c ..................................................................... 53

B ng 3.2 – H s

ng su t các thanh giàn đ ng D1.................................................... 54

B ng 3.3 – H s

ng su t các thanh giàn đ ng D2.................................................... 55

B ng 3.4 – H s

ng su t giàn chính trên ................................................................. 56

B ng 3.5 – H s

ng su t giàn chính d

i................................................................. 56

B ng 3.6 – Chuy n v gi a nh p vam ......................................................................... 57
B ng 3.7 - H s

ng su t c a d m ph d c ............................................................... 61

B ng 3.8 – H s

ng su t c a giàn đ ng gi a D1 ..................................................... 62

B ng 3.9 – H s

ng su t c a giàn đ ng gi a D2 ..................................................... 62

B ng 3.10 – H s

ng su t c a giàn chính trên ......................................................... 63

B ng 3.11 – H s

ng su t giàn chính d

i............................................................... 63

B ng 3.12. Chuy n v c a c a van do t h p t i tr ng TH1 ....................................... 64
B ng 3.13 Tr ng l

ng b n thân c a c a van ............................................................. 64

B ng 3.14 - Chuy n v c a c a van do t h p t i tr ng TH1...................................... 64
B ng 3.15 - H s

ng su t c a giàn chính d

B ng 3.16 – Chuy n v

i ......................................................... 65

gi a nh p giàn chính d

i................................................... 67

B ng 3.17 – H s

ng su t c a d m ph d c............................................................. 68

B ng 3.18 – H s

ng su t c a giàn chính trên ......................................................... 68

B ng 3.19 – H s

ng su t c a giàn chính d

B ng 3.20 – H s

ng su t c a giàn đ ng D1 ........................................................... 69

B ng 3.21 – H s

ng su t c a giàn đ ng D2 ........................................................... 70

B ng 3.22 – Chuy n v

i ........................................................ 69

gi a nh p van ...................................................................... 70

B ng 3.23 – H s

ng su t c a d m ph d c............................................................. 71

B ng 3.24 – H s

ng su t c a giàn chính d

v

i ........................................................ 71

DANH M C HÌNH NH
Hình 1.1 - C a van ph ng.............................................................................................. 2
Hình 1.2 – C a van ph ng sơng Ems –

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

Hình 1.3 – K t c u giàn chính có thanh cánh cong m t chi u ...................................... 5
Hình 1.4 – K t c u giàn chính có thanh cánh h cong hai chi u................................... 5
Hình 1.5 – V trí d m chính ........................................................................................... 6
Hình 1.6 – V trí bánh xe ............................................................................................... 7
Hình 1.7 – V t ch n n

c b ng cao su .......................................................................... 8

Hình 1.8 – S đ áp l c n

c lên c a van .................................................................... 9

Hình 2.1 – Tuy n tính hóa hàm A(I) ........................................................................... 14
Hình 2.2 – S đ tính tốn giàn ph ng ........................................................................ 15
Hình 2.3 –

ng quan h gi a tr ng l

ng và mơmen d o ...................................... 16

Hình 2.4 – S đ c c u phá h y d o .......................................................................... 17
Hình 2.5 – Xác đ nh nghi m t i u b ng đ th .......................................................... 17
Hình 2.6 – S đ tính tốn d m ................................................................................... 22
Hình 2.7 – Mơ hình hóa d m ....................................................................................... 22

Hình 2.8 – AUTO1 là nhóm các s hi u ti t di n đ t đ ng ch n cho d m.............. 23
Hình 2.9 – Gán các ti t di n ch n t đ ng cho d m ................................................... 23
Hình 2.10 – L nh hi n th k t qu thi t k d m .......................................................... 24
Hình 2.11 – Hi n th ti t di n thi t k cho d m .......................................................... 24
Hình 2.12 – H s

ng su t c a d m ng v i ti t di n phân tích ............................... 24

Hình 2.13 – Gán ti t di n thi t k vào d m ................................................................. 25
Hình 2.14 – H s

ng su t c a d m ng v i ti t di n thi t k .................................. 25

Hình 2.15 – S đ tính tốn khung .............................................................................. 25
Hình 2.16 – S đ tính tốn khung v i các ti t di n d m, c t ch n s b .................. 26
Hình 2.17 – L nh hi n th h s
Hình 2.18 – H s

ng su t .................................................................... 26

ng su t ng v i các ti t di n ch n s b ..................................... 27

Hình 2.19 – Hi n th các ph n t có h s s d ng v t li u k >1................................ 28
Hình 2.20 – AUTO1-D là nhóm các ti t di n đ ch n t đ ng cho d m .................... 29
Hình 2.21 – Ch n nhóm các ti t di n t đ ng ch n cho c t AUTO1-C và AUTO2-C........................ 30
Hình 2.22 – H s

ng su t ng v i ti t di n phân tích .............................................. 31

Hình 2.23 – L nh hi n thi ti t di n thi t k ................................................................. 31

Hình 2.24 – Hi n thi ti t di n phân tích và ti t di n thi t k ....................................... 31

vi


Hình 2.25 – Gán ti t di n thi t k vào khung .............................................................. 32
Hình 2.26 – H s

ng su t ng v i ti t di n thi t k ................................................. 33

Hình 2.27 – Hi n thi ti t di n ch n cu i cùng............................................................. 33
Hình 2.28 – H s

ng su t ng v i các ti t di n thi t k ........................................... 34

Hình 2.29 – Ph n l c khung ng v i ph

ng án thi t k t i u ................................. 34

Hình 2.30 – Ph n l c khung ng v i ph

ng án ti t di n ch n .................................. 34

Hình 2.31 - S đ tính tốn giàn ph ng ....................................................................... 35
Hình 2.32 - Mơ hình tính tốn giàn ............................................................................. 36
Hình 2.33 - H s s d ng v t li u c a các thanh giàn ............................................... 37
Hình 2.34 - Danh sách thép ng vuông AUTO-CT ch n t đ ng cho cánh th

ng và

thép ng tròn AUTO-CH ch n t đ ng cho cánh h ................................................... 38
Hình 2.35 - Danh sách thép ng ch n t đ ng cho thanh b ng gi a AUTO-BG và
thanh b ng

đ u AUTO-BD ...................................................................................... 39

Hình 2.36 - S đ ti t di n phân tích c a các thanh giàn ............................................ 39
Hình 2.37 - H s s d ng v t li u trên c s ti t di n phân tích ............................... 39
Hình 2.38 - S đ ti t di n thi t k c a các thanh giàn ............................................... 40
Hình 2.39 - H s s d ng v t li u ng v i ti t di n thi t k ..................................... 40
Hình 2.40 – Gán liên k t kh p vào hai đ u các ph n t thanh.................................... 41
Hình 2.41 – Mơ hình giàn có các ph n t thanh n i kh p .......................................... 41
Hình 2.42 - H s

ng su t ng v i ti t di n phân tích ............................................... 41

Hình 2.43 - H s

ng su t ng v i ti t di n thi t k .................................................. 42

Hình 2.44 – Các ph n t có h s

ng su t k > 0,95 ................................................... 42

Hình 2.45 - Danh sách thép ng vuông AUTO-CT ch n t đ ng cho cánh th
Hình 2.46 - H s

ng... 43

ng su t ng v i ti t di n thi t k ................................................. 43

Hình 3.1 – K t c u c a van ......................................................................................... 47
Hình 3.2 – M t c t ngang c a van ............................................................................... 48
Hình 3.3 – Giàn thép ng trịn ..................................................................................... 50
Hình 3.4 – Giàn đ ng D1, D2 ..................................................................................... 50
Hình 3.5 – C a van đã đ

c mơ hình hóa ................................................................... 50

Hình 3.6 – Ti t di n Precast U và ng trịn ................................................................. 51
Hình 3.7 – H s

ng su t c a s ph n t d m ph d c ............................................ 53

Hình 3.8 – H s

ng su t các thanh giàn đ ng ng b i ti t di n thi t k D1............ 54

Hình 3.9 – H s

ng su t các thanh giàn đ ng ng b i ti t di n thi t k D2............ 55

vii


Hình 3.10 – S đ giàn chính trên, các mã thanh giàn và h s

ng su t các thanh giàn

..................................................................................................................................... 56

Hình 3.11 – S đ giàn chính d

i, các mã thanh giàn và h s

ng su t các thanh giàn

..................................................................................................................................... 56
Hình 3.12 – Chuy n v c a c a van khi b đóng ........................................................ 57
Hình 3.13 – Ph m u ng su t S22 do TH1 ............................................................... 58
Hình 3.14 – Ph m u ng su t S22 c a ph n t 20 .................................................... 58
Hình 3.15 Danh sách các d m ph d c AUTO 6 đ ch n t đ ng ............................ 60
Hình 3.16 – Danh sách thép ng AUTO2C, AUTO4C, AUTO1D, AUTO2D,
AUTO3D ..................................................................................................................... 61
Hình 3.17 – Mã ph n t và mã ti t di n d m ph d c ............................................... 62
Hình 3. 18 – Auto Section c a d m ph đ ng ............................................................ 66
Hình 3.19 – Auto Section c a giàn chính .................................................................... 66
Hình 3.20– Auto Section c a giàn đ ng ..................................................................... 66
Hình 3.21 – Chuy n v gi a nh p van.......................................................................... 67

viii


M

U

I. Tính c p thi t c a đ tài:
C a van nh p l n (c a van ph ng nh p l n ho c c a van cung nh p l n) th

ng đ

c

dùng làm c a van trong các cơng trình ng n sơng ho c c ng ng n tri u có kh u đ l n,
ch u chênh l ch c t n

c không l n.

C a van nh p l n có chi u dài nh p B g p nhi u l n chi u cao H nên th

ng dùng lo i

van hai giàn chính.
Khi thi t k h giàn c a van chúng ta c n xác đ nh kích th

c c n thi t c a ti t di n

các phân t k t c u đã cho ng v i m t h t i tr ng đã bi t, sao cho th a mãn đi u ki n
c

ng đ , đi u ki n đ c ng và s d ng v t li u ít nh t, đây là bài toán thi t k t i u

k t c u v m t tr ng l

ng.

i v i c a van nh p l n vi c gi m tr ng l

ng k t c u có ý ngh a khoa h c và th c

ti n cao.
II. M c đích c a đ tài:
Thi t k t i u h giàn trong c a van ph ng nh p l n th a mãn đi u ki n c

ng đ ,

đi u ki n đ c ng và s d ng v t li u ít nh t.
III. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u:

Nghiên c u lý thuy t v t i u k t c u và k t h p s d ng ph n m m SAP2000 phân
tích tr ng thái ng su t và bi n d ng c a c a van.
IV. K t qu d ki n đ t đ
-N mđ

c:

c lý thuy t v lý thuy t t i u hóa k t c u.

- S d ng t t ph n m m SAP2000 phân tích k t c u c a van theo bài tốn khơng gian.
- Thi t k t i u h giàn trong c a van nh p l n b ng ph n m m SAP2000.
- Áp d ng tính tốn cho m t cơng trình c th

1

khu v c TP. H Chí Minh.


CH

NG 1. T NG QUAN V C A VAN NH P L N

1.1 Khái ni m
1.1.1 Khái quát v c a van ph ng[4]
C a van là m t b
và đi u ti t l u l
van th

ng đ

ph n c a cơng trình thu

ng theo u c u tháo n

c

l i, dùng đ kh ng ch m c n

c

các th i k khai thác khác nhau. C a

c đóng m b ng t i ho c xy lanh th y l c.

C a van ph ng có nhi m v ch n n
t do đ l y l u l

c phía th

ng theo thi t k : l y n

ct

ng l u, không cho n
i, c p n

l , g n tri u. C a van ph ng còn có th tháo các v t d

c đi qua c ng

c sinh ho t, phát đi n, thoát

i đáy nh tháo bùn cát.

Hình 1.1 - C a van ph ng
C a van ph ng nh p l n có m t ch u áp l c n
th

c d ng m t ph ng ho c m t cong,

ng là m t cong m t chi u d ng tr đ ng, khi đóng m c a van chuy n đ ng th ng

trong m t ph ng khe van, nên đ

c g i là c a van ph ng, nó cịn có tên g i khác là c a

van kéo th ng. C a van ph ng nh p l n th

ng đ

c dùng làm c a van trong các cơng

trình ng n sơng ho c c ng ng n tri u có kh u đ l n. C a van nh p l n có chi u dài
nh p B g p nhi u l n chi u cao H nên th

ng dùng lo i van hai giàn chính (Hình 1.2).

2


Hình 1.2 – C a van ph ng sơng Ems –
1.1.2

c

Ph m vi áp d ng

T t c các lo i c a van. C a van là k t c u đ ng đ đóng m các cơng trình th y và
đi u ch nh l u l

ng n

c ch y qua.

Các thi t b v n hành c a van.
Thi t b nâng v n chuy n dùng đ v n hành các k t c u đ ng lúc khai thác chúng c ng
nh đ l p ráp các thi t b c khí và n ng l

ng; các lo i c ng tr c, c u tr c, xe treo

m t ray.
Ph n c đ nh – b ph n k t c u thép chôn trong thân cơng trình đ đ nh h
chuy n c a c a van và l

ng di

i ch n rác, truy n áp l c t b ph n g i đ c a van lên cơng

trình; t o ra b n m t ph ng d

i v t ch n n

c, b o v các mép và b m t bê tông kh i

b phá h ng.
Các thi t b c khí ph i đ m b o đ tin c y c a cơng trình th y cơng v i m i đi u ki n
khai thác, tuân th t t c các quy chu n k thu t an toàn.
ch n ki u thi t b c khí tr
c a k t c u.

c h t c n ph i tính tốn đ đi u ki n an tồn và đ b n

ó là u c u b t bu c chung v i m i công trình. S phá ho i c a cơng

trình th y gây ra thi t h i r t l n. Vì v y thi t b c khí cơng trình th y gây ra thi t h i
r t l n. Vì v y thi t b c khí cơng trình th y u c u có đ chính xác cao trong ch
t o và l p ráp. N u coi khó kh n trong ch t o k t c u thép cơng nghi p là 100% thì
khó kh n ch t o thi t b c khí cơng trình th y là 300%.
3

gi m tr ng l

ng và giá thành thi t b c khí cơng trình th y, đ n gi n hóa và rút

ng n cơng tác l p ráp, nâng cao ch t l

ng khai thác và d dàng v n hành nên có các

gi i pháp sau:
Áp d ng các k t c u c a m i và c gi i hóa cơng tác đ bê tơng ph n c đ nh chèn
khe van đ khơng có v n i làm cho l

i ch n rác s d ng t t h n, s d ng các d m

móc t đ ng, thay c c u xích nâng b i c c u nâng th y l c, đ

ng ng d n n

c

b ng thép làm vi c đ ng th i v i bê tông…
T ng c

ng s l p l i c a các phân t t o ra các thi t b c khí, đi n hình hóa và tiêu

chu n hóa các nút và các chi ti t d n đ n đi n hình hóa k t c u.
Xét s làm vi c đ ng th i c a b n m t thép v i các phân t k t c u ch u l c và tính
đ n s làm vi c không gian c a c a van.

Áp d ng v t li u m i.
S d ng ph

ng pháp m i nh t c a thi công nh hàn k t c u b ng các ph

công ngh cao (hàn t đ ng, bán t đ ng, trong môi tr
thu c b o v , bulong c

ng pháp

ng khí b o v , s i kim lo i có

ng đ cao….)

Ch t o các lo i c a van quá kh thành các bl c không gian l n phù h p v i s phát
tri n c a thi t b nâng hi n t i. Lo i c a van nhi u đo n có u đi m l n, kích th
c a m i đo n c n ch n phù h p v i kích th
chuy n c a ngành đ

c va ch m t i đa theo quy đ nh v n

ng s t.

Áp d ng các bl c có quy cách và tr ng l
kh i l

c

ng l n đ l p ráp đ

c đ n gi n, gi m b t

ng hàn l p ráp d n đ n gi m khó kh n trong cơng tác l p ráp và cu i cùng là

gi m giá thành xây d ng.
1.2 Phân lo i
K t c u giàn chính c a van ph ng nh p l n th
1.2.1 Giàn chính có thanh cánh th

ng dùng hi n nay có các lo i sau đây:

ng l u, h l u có d ng cong và n m trong

cùng m t m t ph ng
Giàn chính có thanh cánh th

ng l u, h l u có d ng cong và n m trong cùng m t m t

ph ng, k t c u b n m t có d ng cong và đ
chính nh

c đ tr c ti p b i thanh cánh th

hình 1.3.

4

ng giàn

Hình 1.3 – K t c u giàn chính có thanh cánh cong m t chi u
1.2.2 Giàn chính có k t c u b n m t d ng ph ng k t h p làm thanh cánh th

ng

l u, cịn thanh cánh h l u có d ng cong m t chi u ho c hai chi u
Giàn chính có k t c u b n m t d ng ph ng k t h p làm thanh cánh th

ng l u, cịn

thanh cánh h l u có d ng cong m t chi u ho c hai chi u. K t c u có thanh cánh h
giàn chính d

i cong lên phía trên nh

giàn ch u nén do trong l
h giàn chính d

hình 1.4, do hi u ng vòm nên thanh cánh h

ng b n thân van, do đó gi m đ

i khi ch u đ ng th i áp l c n

c l c d c trong thanh cánh

c và tr ng l

ng b n thân van.

Hình 1.4 – K t c u giàn chính có thanh cánh h cong hai chi u
1.3 M t s nguyên t c và b trí c u t o
1.3.1 D m chính
S l

ng và k t c u d m chính ph thu c vào kích th

c l tháo n

c mà c a van

đóng (quan h gi a chi u r ng và chi u cao), lo i l (l trên m t hay l d
nhi m v c a c a van (c a van chính hay c a van s a ch a).
5

i sâu) và


C a van hai d m chính đ
xác truy n áp l c n
th

c s d ng r ng rãi h n c vì k t c u đ n gi n, có đ chính

c lên ph n g i t a, l i d ch t o và l p ráp. C a van trên m t

ng s d ng lo i hai d m chính ít khi dùng ba d m chính. C a van nhi u d m

chính dùng ch y u đ đóng l d

i sâu c ng nh trong tr

cao l n nh t c a d m chính theo đi u ki n kich th
i u ki n b trí d m chính

ng h p ph i h n ch chi u

c t i ch đ t van.

c a van bánh xe là s phân b đ u áp l c n

d m chính. Theo đi u ki n này các d m chính có đ

c ti t di n nh nhau.

hai dàn chính, các d m chính đ t cách đ u h p l c c a áp l c n
hai d m chính trong c a van tr

c lên các
c a van

c. Kho ng cách gi a

t hai d m chính có th l y l n h n nh m đ m b o

đi u ki n n đ nh c a k t c u nh p c a van lên các k t c u g i đ . V y t ng c

ng

kho ng cách gi a các d m chính s làm gi m đ dài ph n công xôn c a van, làm t ng

đ c ng c ph n này nh ng s

nh h

ng đ n dòng ch y khi m van d gây rung đ ng

Q

H

a

a

d

d

H/3

a

P

a

a

a

tr

a

tr

c a van.

h

H

h

Hình 1.5 – V trí d m chính
1.3.2 B trí dàn ngang
đ m b o đ c ng ngang c a c a van. B trí giàn ngang tuân theo đi u ki n:
- Các giàn ngang cách đ u nhau.
- Giàn ngang n m trong ph m vi d m chính khơng thay đ i ti t di n.
- S giàn ngang nên ch n l đ các k t c u nh d m chính, giàn ch u tr ng l
d ng đ i x ng.

6

ng có


1.3.3 B trí d m d c ph
D m ph d c hàn ch t vào b n m t và t a lên các giàn ngang có th tính nh d m đ n,
g i t a là hai giàn ngang và đ t i tr ng c a b n m t truy n đ n. D m ph đ

song song v i d m chính, càng xu ng sâu d m càng d y vì áp l c n
d m ph ch n lo i ch C đ t úp đ tránh đ ng n

c b trí

c t ng. Ti t di n

c.

1.3.4 Tr biên
Tr biên

hai đ u c a van, ch u l c t d m chính, d m ph , và l c đóng m van. Tr

biên g n v i bánh xe truy n l c lên tr pin. Các thi t b treo, ch t gi và móc treo
c ng đ

c n i v i tr biên.

Ti t di n tr biên c a c a van th

ng có d ng ch I ho c d m hai b n b ng.

gi n c u t o, chi u cao tr biên th

ng ch n b ng chi u cao đ u d m chính.

1.3.5 Giàn ch u tr ng l
Dàn ch u tr ng l

đ n

ng

ng dùng đ ch u t i tr ng b n thân c a van khi kéo c a lên. T i

tr ng G c a toàn b c a van đ

c phân lên m t ph ng tr

sau( b n cánh mi n ch u kéo c a d m chính ).

c ( b n m t) làm m t ph ng

ây là dàn song song có thanh cách h

c a d m chính và cánh h c a giàn ngang và hai g i t a là hai tr đ bên ( c t biên),
c n ph i b trí thêm h thanh b ng đ ng và thanh b ng xiên.
1.3.6 Bánh xe ch u l c
đóng m c a van c n b trí c c u di chuy n c a van b ng thanh tr
xe ch u l c. Bánh xe ch u l c có th đ

c b trí

b ng c a tr biên. B trí bánh xe ch u l c n m

m t sau tr biên ho c

gi a hai b n

b n b ng c a tr biên đ làm gi m

b r ng khe van (Hình 1.6).

Hình 1.6 – V trí bánh xe
1) Bánh xe ch u l c; 2) Bánh xe bên; 3) Bánh xe ng
7

t ho c bánh

ch

ng


1.3.7 Bánh xe bên
kh ng ch c a van không b dao đ ng theo ph
ng

i ta th

ng b trí các bánh xe bên và bánh xe ng

dùng bánh xe b c cao su. ôi khi ng
làm bánh xe ng
1.3.8 V t ch n n

c.

c,

gi m ch n đ ng nên

i ta k t h p s d ng bánh xe ch u l c đ ng th i

c.
c

Hình 1.7 – V t ch n n
V t ch n n

ng ngang và đ y v phía tr

c b ng cao su

c s d ng v t li u b ng cao su hình ch P b trí theo chu vi c ng.

1.3.9 Các l u ý khi thi t k c a van ph ng nh p l n
C u t o k t c u van ph ng nh p l n c n l u ý m t s v n đ nh sau:
C a van nh p l n có chi u dài nh p B g p nhi u l n chi u cao H nên th

ng dùng lo i

c a van hai giàn chính, tùy theo b n m t là m t ph ng hay m t cong mà cánh th

ng

giàn chính có th là thanh th ng hay thanh cong, còn thanh cánh h có th ch n là
thanh cong m t chi u hay hai chi u.
Ôd mđ

c t o b i các d m ph đ ng và d c, có tác d ng đ b n m t và truy n t i

tr ng lên giàn đ ng, tùy theo kích th

c van có th ch ùng d m ph đ ng hay d m

ph d c. D m ph d c hay d m ph đ ng hi n nay hay dùng d ng thanh m ng m t c t
hình thang đ t v phía th
t

ng l u, úp vào b n m t và hàn vào b n m t, nên có đ c ng

ng đ i l n, phía h l u b n m t ph ng, d duy tu b o d

ng, d s n quét.

Giàn đ ng đ t i tr ng t ô d m và truy n t i tr ng này lên giàn chính.
Giàn chính ch u tồn b áp l c n

c tác d ng vào c a van và truy n áp l c này lên tr

biên, nhi u c a van ph ng nh p l n đã t n d ng đ c ng theo ph
nên đã khơng b trí thanh cánh th

ng d c c a ơ d m

ng l u giàn chính.

Tr biên ch u t i tr ng t giàn chính và giàn ch u tr ng l

ng truy n t i và truy n các

t i tr ng này lên g i đ c a c a van. B ph n g i đ c a van dùng đ truy n toàn b
8


t i tr ng tác d ng vào c a van lên b ph n c đ nh c a cơng trình và đ d dàng di
chuy n c a van trong quá trình khai thác.
dùng g i đ ki u tr
v t ch n n
1.4 Ph

i v i van ph ng nh p l n hi n nay th

t b ng ch t d o t ng h p v a làm g i t a tr

c, nên gi m đ

ng

t v a k t h p làm

c b r ng khe van.

ng pháp tính tốn n i l c

1.4.1 T i tr ng tác d ng lên c a van
T i tr ng ch y u tác d ng lên c a van ph ng là áp l c n
Áp l c th y t nh tác d ng lên c a van ph ng trên m t đ

c và tr ng l

ng b n thân.

c bi u th nh hình 1.8.

MNTL

H

MNTL

MNHL

Ht

t

H

H

h

Hh

MNHL

γ .H h

γ .H t

γ .H t

Hình 1.8 – S đ áp l c n

c lên c a van

Các ký hi u trong hình 1.8 là
γ - Tr ng l

ng riêng c a n

c

H t - Chi u cao c t n

c th

H h - Chi u cao c t n

ch l u

T ng áp l c n

ng l u

c tác d ng lên c a van trên m t có nh p t i tr ng Lt :
=

W

γ .Lt
2

( H t2 − H h2 ) kN/m

1.4.2 Phân tích n i l c k t c u van ph ng
Hai tr ng thái làm vi c c a c a van ph ng c n đ

c xem xét khi phân tích n i l c và

chuy n v van:
- C a van n m trên ng

ng (c a van đóng)

- C a van b t đ u r i kh i ng

ng (c a van m )
9


1.4.2.1 C a van n m trên ng

ng

Sau khi mô hình hóa van b ng ph n m n SAP2000 và gán áp l c n
trong tr
tr

ng

ng h p c a van n m trên ng

ng thì ngồi các liên k t đ n t a ngang t i m t

t gi a c a van v i tr pin còn c n đ t các g i t a đ ng liên k t đáy c a van v i
ng, trong c a van l n khi các tr pin là các k t c u đ c l p thì liên k t đ ng

đ u t a vào đ tr pin. Trong tr

ng h p van đóng hay m tr ng l

van G b ng t ng ph n l c theo ph
l

c, l c đ y n i

hai

ng b n thân c a

ng th ng đ ng ∑ F 3 c a các g i t a do tr ng

ng b n thân van(DEAD) sinh ra:
G = ∑ F3

1.4.2.2 C a van b t đ u d i kh i ng

ng

S đ liên k t c a van b t đ u d i kh i ng

ng ( c a van m ), ngoài các g i t a đ n

n m ngang đ t t i m t t a c a van và tr pin, còn 2 g i t a đ n th ng đ ng đ t theo
ph

ng c a xy lanh th y l c.

Ngoài áp l c n

c, l c đ y n i và tr ng l

ma sát Fx c a g i t a tr

ng b n thân van, c a van còn ch u áp l c

t hai đ u van v i m t tr

t

tr pin, giá tr l c ma sát b ng

tích s c a h s ma sát và áp l c t a. L c hút Ph do chân không xu t hi n
giáp gi a v t ch n n

cd

i và ng

ng khi van b t đ u d i kh i ng

ng, giá tr l c

hút b ng tích s c a áp l c chân không Ph = 60kN / m 2 và chi u dày v t ch n n
Có th b qua l c hút khi chi u d y v t ch n n
th tích n

m t ti p
c đáy.

c nh . L c đ y n i b ng tr ng l

ng

c c a van chi m ch .

Ph n l c liên k t T t i hai gôi t a đ n theo ph

ng c a xy lanh th y l c, chính là l c

kéo c n thi t c a m i xy lanh th y l c khi m van, l c kéo này có th nhân v i h s
t i tr ng cho trong tiêu chu n thi t k .
=
Fs T 0,5[1,1G + 1, 2( Fx + Fs ) + V + Ph ]

trong đó
G – tr ng l

ng b n thân van;

Fx - T ng l c ma sát c a g i đ đ ng;

- t ng l c ma sát do v t ch n n

c;

V – các l c th ng đ ng khác;
Ph - l c hút do chân không

v t ch n n
10

c đáy khi m van;


V trí c a xy lanh th y l c kéo van trong c a van ph ng t t nh t là đ t trong m t ph ng
th ng đ ng đi qua tr ng tâm van, đ không sinh ra áp l c ph ngang
hai thành rãnh van do ph

g i đ đ ng vào

ng c a xy lanh th y l c không đi qua tr ng tâm van.

1.5 Nh ng v n đ c n nghiên c u
1.5.1 N i dung nghiên c u
- Thi t k t i u k t c u h thanh trong giai đo n đàn h i và giai đo n d o.
- Thi t k t i u k t c u thép b ng ph n m m SAP2000.
- Thi t k t i u c a van thép nh p l n.

-

ng d ng vào công trình th c t và đ a ra ki n ngh trong thi t k t i u k t c u c a

van.
1.5.2 Ph

ng pháp nghiên c u

- Nghiên c u lý thuy t k t h p mô hình tốn.
1.6 K t lu n ch

ng 1

C a van ph ng đ

c s d ng r ng rãi trong các cơng trình có u c u nh p l n nh ng

chênh l ch c t n

c không cao. C a van ph ng nh p l n th

ph ng đ

c đ b ng h giàn ng thép phía sau c a van. Do có c u t o ph c t p nên

khi thi t k c a van ph ng th
l

ng có c u t o b n m t

ng c a van th

nh p l n có tr ng l

ng l y k t c u c a các cơng trình t

ng t

nên tr ng

ng l n h n so v i yêu c u ch u l c th c t c a c a van. C a van
ng l n nên vi c t i u tr ng l

11

ng c a van là c n thi t.


CH

NG 2. T I

U HÓA K T C U THÉP

2.1 Khái quát t i u hóa v k t c u[5]
2.1.1 Bài toán t i u v tr ng l

ng và ph

ng pháp gi i

Trong thi t k th c t ngồi bài tốn ki m tra chúng ta cịn g p bài tốn xác đ nh kích
th

c c n thi t c a ti t di n các phân t k t c u đã cho ng v i m t h t i tr ng đã

bi t, sao cho th a mãn đi u ki n c

ng đ , đi u ki n đ c ng và s d ng v t li u ít

nh t, đây là bài toán thi t k t i u k t c u v m t tr ng l

ng.

- Hàm m c tiêu và các ràng bu c: Trong tính tốn t i u k t c u hàm m c tiêu th
bi u th các đ i l

ng c n c c ti u hóa nh tr ng l

c u. Các đi u ki n ràng bu c d

ng, th tích, giá thành,… c a k t

i d ng đ ng th c th

ng là các đi u ki n cân b ng,

các đi u ki n bi n d ng liên t c. Các đi u ki n ràng bu c d
th

ng

i d ng b t đ ng th c

ng là các đi u ki n v đ b n, đ c ng, các đi u ki n v ch y d o v.v.

D ng hàm m c tiêu và d ng đi u ki n ràng bu c thay đ i tùy theo k t c u và ph
pháp gi i. Do đó bài tốn t i u và ph
dùng ph

ng

ng pháp gi i có nh ng đ c đi m khác nhau khi

ng pháp tính khác nhau nh ph

ng pháp l c hay ph

ng pháp chuy n v .

Trong th c t đ ti n cho vi c ch t o và gi m giá thành, k t c u th

ng đ

c phân

thành nhi u nhóm c u ki n. Các c u ki n trong m i nhóm có ti t di n nh nhau và m i
c u ki n là hình l ng tr đ u. Gi s m t k t c u đ

c chia thành G nhóm, m t nhóm

b t k kí hi u là g, g i t ng chi u dài c a các c u ki n trong nhóm là L g và di n tích
ti t di n là A g . V y:
Th tích k t c u:
G

V = ∑ Lg Ag

(2.1)

g =1

Tr ng l

ng k t c u:
G

T = ∑ γ g Lg Ag

(2.2)

g =1

trong đó γ g là tr ng l

ng riêng c a v t li u trong nhóm g.

Giá v t li u k t c u:
G

C = ∑ Cg γ g Lg Ag

(2.3)

g =1

trong đó C g là giá v t li u trên m t đ n v tr ng l
12

ng.


- Hàm C trong công th c (2.3) là hàm m c tiêu v giá c .
- N u giá v t li u không thay đ i trong các nhóm thì T trong cơng th c (2.2) là hàm
m c tiêu v tr ng l
-N uk tc uđ

ng.

c ch t o b ng m t lo i v t li u thì V trong cơng th c (2.1) là hàm

m c tiêu v th tích.
Trong các hàm m c tiêu

trên có bi n là di n tích ti t di n A g , nh ng trong các đi u

ki n ràng bu c v đ b n và đ c ng có bi n khác nhau nh mơmen quán tính c a ti t
di n I g , mômen ch ng u n W g . N u bài toán t i u g m nhi u bi n, ta c n tìm cách
đ a v ít bi n đ vi c tính tốn đ

c đ n gi n h n. Ch ng h n khi ch dùng m t bi n

A g ta s quy đ i các bi n I g và W g thành bi n A g . N u ch dùng m t bi n I g ta quy đ i
các bi n A g và W g thành I g ..
Nhìn vào các b ng đ c tr ng hình h c c a ti t di n ta không th phát hi n quy lu t v
m i quan h gi a chúng. Song l y lôgarit các đ i l

ng đó, ta s phát hi n ra m t quy

lu t gi a chúng nh sau:
A = 0, 78W n

(2.4)

A = 0,559 I m

trong đó v i d m ti t di n ch I ph thơng có n=2/3 và m=1/2.
i v i h khung dùng h th c (2.4) thay vào các bi u th c (2.1), (2.2) và (2.3), ta có:
G

A = 0,559∑ Lg I g1/2
g =1

G

T = 0,559∑ γ g Lg I g1/2

(2.5)

g =1
G

C = 0,559∑ Cg γ g Lg I g1/2
g =1

N u ch n I g làm bi n, rõ ràng hàm m c tiêu (2.5) là hàm phi tuy n, còn ch n A g làm
bi n, các hàm m c tiêu (2.1), (2.2) và (2.3) có d ng tuy n tính, nh ng các ràng bu c
l i tr thành phi tuy n, vì t h th c (2.4) ta có:
W = 01,51A3/2

(2.6a)

I = 3, 2 A2

N u ch n I làm bi n thì hàm m c tiêu (2.5) và đi u ki n ràng bu c đ u có d ng phi
tuy n, vì:
13


A = 0,559 I 1/2

(2.6b)

W = 0, 67 I 3/4

Ph

ng trình (2.6b) có th bi u di n g n đúng qua h th c tuy n tính sau:
A= a + bI

(2.6c)

Trong đó a, b là các h ng s .

Hình 2.1 – Tuy n tính hóa hàm A(I)
- Ph

ng pháp gi i: Khi hàm m c tiêu và các đi u ki n ràng bu c đ u có d ng phi

tuy n, đây là bài toán quy ho ch phi tuy n. Còn n u hàm m c tiêu và các ràng bu c
đ u là tuy n tính, đây là bài tốn quy ho ch tuy n tính.
th

ng dùng nh t là ph

tìm l i gi i c a bài tốn này

ng pháp đ n hình c a bài tốn quy ho ch tuy n tính. N u bài

tốn ch có hai bi n thì nghi m c a bài tốn có th tìm b ng ph

ng pháp bi u di n

hình h c.
2.1.2. Bài tốn t i u k t c u h thanh trong giai đo n đàn h i
N i l c và chuy n v k t c u h thanh có th xác đ nh b ng ph
ph

ng pháp l c ho c

ng pháp chuy n v , trình t gi i bài toán t i u k t c u h thanh trong giai đo n

đàn h i thơng qua ví d d

i đây:

Thi t k t i u giàn t nh đ nh có kích th

c và ch u t i tr ng nh

hình 2.2, các thanh

(1), (2), (3) có cùng di n tích A 1 , thanh (4) có di n tích A 2 . V t li u thép CT3 có
c

ng đ ch u kéo tính tốn và ch u nén tính tốn R=16kN/cm2. T i tr ng P 1 =2kN và

P 2 =4kN.
Hàm m c tiêu:
2

3

g =1

i =1

V = ∑ A g L g = A 1 ∑ L i + A 2 L 2 =750A 1 +400A 2

14


Hình 2.2 – S đ tính tốn giàn ph ng
Ràng bu c v đ b n:
σ=i

Ni
2
≤ Ri (kN/cm )
Ai

Giàn đã cho là giàn t nh đ nh nên n i l c trong các thanh không ph thu c vào di n
tích ti t di n các thanh giàn, t ph

ng pháp tách nút, n i l c các thanh nh sau:

N 1 =8,333kN, N 2 =-1,667kN, N 3 =6,667kN, N 4 =-5,333kN.
T đi u ki n ràng bu c v đ b n ta có di n tích ti t di n c n thi t c a các thanh giàn
ch u kéo, ch u nén nh

sau: A 1 =8,333/16=0,522cm2, A 2 =1,667/16=0,104cm2,

A 3 =6,667/16 =0,417mm2, A 4 =5,333/16=0,333mm2.
Vì các thanh (1), (2) và (3) thu c nhóm ti t di n A 1 , còn thanh (4) thu c nhóm ti t
di n A 2 . nên ta l y A 1 ≥ 0,522cm2 và A 2 ≥ 0,333m2, v y V min khi A 1 =0,522cm2 và
A 2 =0,333cm2.
V min = 750A 1 +400A 2 = 750×0,522+400×0,333=524,7cm3.
2.1.3. Bài toán t i u k t c u h thanh trong giai đo n ch y d o
Các gi thi t c b n

- K t c u g m các thanh m t c t đ u (l ng tr ).
- B qua nh h

ng c a l c d c và l c c t t i mômen d o c a các thanh.

- H th c gi a tr ng l
bi u di n

ng m t đ n v chi u dài thanh và mômen d o c a nó đ

hình 2.3 qua bi u th c sau:
g = cM pn

15

c


Hình 2.3 –

ng quan h gi a tr ng l

ng và mômen d o

V i m t c t ch I, ta có cơng th c g n đúng sau:
g = cM p0.6

- Ph

(2.7)

ng trình (2.7) có th bi u di n g n đúng qua h th c tuy n tính sau đây:
g = a + bM p

(2.8)

trong đó a, b là các h ng s .
- N u dùng bi u th c tuy n tính (2.8) thì tr ng l

ng b n thân c a k t c u có th xác

đ nh b ng cơng th c đ n gi n sau đây:
G = ΣgL = ΣaL + ΣbM P L

(2.9)

trong đó L là chi u dài thanh
S h ng ΣaL là h ng s v i k t c u đã cho, v y G là nh nh t khi ΣbM P L c c ti u, s
h ng này đ

c ký hi u là x:
x = ΣbM P L

và đ

c g i là hàm muc tiêu.

Bài toán tr ng l

ng t i u đ a v xét c c ti u hàm m c tiêu đ

th c (2.10) v i các ràng bu c v c
Ph

(2.10)
c xác đ nh theo công

ng đ .

ng pháp gi i và ví d minh h a

Xét m t d m liên t c 2 nh p có kích th

c và ch u t i tr ng nh

có mơmen d o là µ 1 và nh p ph i có mơmen d o là µ 2 .
Theo cơng th c (2.10) ta có hàm m c tiêu c a bài tốn nh sau:
x= 3µ 1 + 3µ 2

16

hình 2.4. Nh p trái


Hình 2.4 – S đ c c u phá h y d o
Xác đ nh mơmen d o µ 1 và µ 2 c a d m liên t c hai nh p đ hàm m c tiêu c c ti u.
- Ph

ng trình cân b ng:

(I)

1,5M 1 - 0,5M 2 = 60

(II)

- M 2 + 2M 3 = 45

- i u ki n ràng bu c:
- µ 1 ≤ M i ≤ µ 1 (i = 1, 2) và µ 2 ≤ M i ≤ µ 2 (i = 2, 3)
(I)

µ 1 [ µ2
µ1 > µ2

(II)

µ 1 [ µ2

2µ 1 / 60
1,5µ 1 + 0,5µ 2 / 60
µ 1 + 2µ 2 / 45

µ1 > µ2
- Tìm nghi m b ng ph

(a)

3µ 2 / 45

ng pháp hình h c đ

(b)
(c)
(d)

c bi u di n trên hình 2.5.

Hình 2.5 – Xác đ nh nghi m t i u b ng đ th
17