LỜI CẢM ƠN
Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công
trình trường Đại học thuỷ lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia
đình đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài: “
Nghiên cứu hình dạng,
kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp lớn
” đã được hoàn thành.
Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá
nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố.
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Vũ Thành
Hải người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình
thực hiện luận văn này.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của
các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy
lợi.
Hà Nội, tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn
TRẦN ĐỨC TRUNG BẢN CAM KẾT


14T2.2.2. Tính toán dầm chính van theo hệ phẳng14T 9
14T2.2.2.1. Xác định vị trí dầm chính14T 9
14T2.2.2.2. Nhịp tính toán của dầm chính14T 12
14T2.2.2.3. Chọn sơ bộ kích thước dầm chính14T 12
14T2.2.2.4. Kiểm tra cường độ và độ võng của dầm chính14T 14
14T2.2.3. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng14T 16

14T2.2.3.1. Kết cấu giàn chính14T 16
14T2.2.3.2. Tính toán giàn chính theo hệ phẳng14T 17
14T2.2.3.3. Kiểm tra cường độ và độ võng của giàn chính14T 18
14T2.2.4. Tính toán dầm đứng theo hệ phẳng14T 19
14T2.2.4.1. Hình thức và vị trí dầm đứng14T 19
14T2.2.4.2. Tính toán dầm đứng14T 19
14T2.2.5. Tính toán lực đóng mở van14T 21
14T2.2.6. Tính toán dầm chính và dầm đứng bằng phần mềm SAP200014T 21
14T2.3. Cửa van phẳng nhịp lớn14T 23
14T2.3.1. Kết cấu van phẳng nhịp lớn14T 23
14T2.3.2. Phân tích nội lực kết cấu van phẳng theo bài toán không gian bằng
phần mềm SAP2000
14T 25
14TCHƯƠNG 3 – GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SAP2000 – PHÂN TÍCH
KẾT CẤU CỬA VAN PHẲNG
14T 27
14T3.1. Khái quát về phần mềm SAP200014T 27
14T3.2. Một vài điểm cần lưu ý khi sử dụng phần mềm14T 28
14T3.2.1. Đối tượng, phần tử và nhóm14T 28
14T3.2.2. Hệ tọa độ14T 29
14T3.2.2.1. Hệ tọa độ tng thể14T 29
14T3.2.2.2. Hệ tọa độ cc bộ (địa phương)14T 29
14T3.2.3. Dấu của nội lực và ứng suất14T 32


14T4.3.3. Kết quả tính toán nội lực và chuyển vị cửa van phẳng trong trường
hợp cửa van trên ngưỡng với “cánh hạ giàn chính dạng vòm” và “cánh
hạ giàn chính dạng phẳng”
14T 54
14T4.3.3.1 . Bản mặt14T 54
14T4.3.3.2 . Dầm ph dọc14T 60
14T4.3.3.3. Dầm đứng14T 66
14T4.3.3.4. Cánh hạ giàn chính14T 71
14T4.3.3.5. Giàn đứng14T 79
14T4.3.3.6. Phản lực tại 2 gối đáy cửa van14T 84
14T4.3.4. Nhận xét và kết luận14T 85
14TKẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ14T 86
14TTÀI LIỆU THAM KHẢO14T 88
DANH MỤC HÌNH VẼ
14TUHình 1.1 - Cống Liên MạcU14T 2
14TUHình 1.2 - Cống ngăn mặn ở Sóc TrăngU14T 2
14TUHình 1.3- Công trình ngăn sôngU14T 3
14TUHình 1.4 – Đập chắn sóngU14T 3
14TUHình 1.5 - Cửa van nhịp lớn (50~64m) EMS- CHLB Đức ( 2002)U14T 3
14TUHình 2.1- Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâuU14T 5
14TUHình 2.2 - Kết cấu cửa van phẳngU14T 6
14TUHình 2.3 - Sơ đồ áp lực nước lên cửa van trên mặt và cửa van dưới sâuU14T 7
14TUHình 2.4 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chínhU14T 11
14TUHình 2.5 - Tiết diện tính toán và biểu đồ ứng suất pháp của dầm chínhU14T 14
14TUHình 2.6 - Dầm chính có chiều cao thay đổiU14T 14
14TUHình 2.7 - Giàn chính có cánh hạ hình đa giácU14T 16

14TUHình 4.10 – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng (TH cánh hạ giàn chính
dạng vòm)
U14T 48
14TUHình 4.11 - Áp lực nước thượng lưu và hạ lưu bằng phổ mầuU14T 49
14TUHình 4.12 – Kết cấu van phẳng (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)U14T 50
14TUHình 4.13 - Kết cấu giàn đứng có cánh hạ giàn chính dạng phẳngU14T 52

14TUHình 4.14a – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng nhìn từ hạ lưu (TH cánh
hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 52
14TUHình 4.14b – Mô hình hóa kết cầu cửa van phẳng nhìn từ thượng lưu (TH
cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 53
14TUHình 4.15 - Mã nút nửa trái bản mặtU14T 54
14TUHình 4.16 - Biểu đồ chuyển vị bằng phổ mầu nửa trái bản mặtU14T 55
14TUHình 4.17 - Biểu đồ ứng suất SURU
11
UR U và SURU
22
UR Ubằng phổ mầu nửa trái bản mặt (TH
cánh hạ giàn chính dạng vòm)
U14T 57
14TUHình 4.18 - Biểu đồ ứng suất SURU
11
UR U và SURU
22
UR Ubằng phổ mầu nửa trái bản mặt(TH
cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 58
14TUHình 4.19 – Sơ họa mã các phần tử của dầm phụ dọc ở nửa trái của cửa vanU14T

U14T 77
14TUHình 4.34 – Sơ họa vị trí các giàn đứngU14T 79
14TUHình 4.35 – Mã phần tử và mã nút của giàn đứng số 2U14T 79
14TUHình 4.36 – Biểu đồ nội lực giàn đứng số 2 do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH
cánh hạ giàn chính dạng vòm)
U14T 80
14TUHình 4.37 – Biểu đồ nội lực giàn đứng số 2 do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH
cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 81
14TUHình 4.38 – Chuyển vị của giàn đứng số 2U14T 83 DANH MỤC BẢNG BIỂU
14TUBảng 4.1 - Chuyển vị tại một số nút trên bản mặt (TH cánh hạ giàn chính
dạng vòm)
U14T 56
14TUBảng 4.2 - Chuyển vị tại một số nút trên bản mặt (TH cánh hạ giàn chính
dạng phẳng)
U14T 56
14TUBảng 4.3 - Ứng suất S11 và S22 một số phần tử trong bản mặt cửa van (TH
cánh hạ giàn chính dạng vòm)
U14T 59
14TUBảng 4.4 - Ứng suất S11 và S22 một số phần tử trong bản mặt cửa van (TH
cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 59
14TUBảng 4.5- Kết quả tính toán nội lực của một số phần tử trên dầm phụ dọc số
3 (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm)
U14T 63
14TUBảng 4.6 - Kết quả tính toán nội lực của một số phần tử trên dầm phụ dọc số
3 (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)

76
14TUBảng 4.14b - Kết quả tính toán nội lực một số phần tử của cánh hạ giàn
chính do tổ hợp tải trọng (TH1) (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 76
14TUBảng 4.15 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số nút trên cánh hạ giàn
chính (TH cánh hạ giàn chính dạng vòm)
U14T 78
14TUBảng 4.16 - Kết quả tính toán chuyển vị của một số nút trên cánh hạ giàn
chính (TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 78
14TUBảng 4.17 - Kết quả tính toán nội lực một số thanh của giàn đứng số 2 (TH
cánh hạ giàn chính dạng vòm)
U14T 82
14TUBảng 4.18 - Kết quả tính toán nội lực một số thanh của giàn đứng số 2 (TH
cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 82
14TUBảng 4.19 - Kết quả tính toán chuyển vị tại một số nút của giàn đứng số 2
(TH cánh hạ giàn chính dạng vòm)
U14T 83
14TUBảng 4.20 - Kết quả tính toán chuyển vị tại một số nút của giàn đứng số 2
(TH cánh hạ giàn chính dạng phẳng)
U14T 83
14TUBảng 4.21 - Kết quả tính toán phản lực tại 2 gối bản lề (TH cánh hạ giàn
chính dạng vòm)
U14T 84
14TUBảng 4.22 - Kết quả tính toán phản lực tại 2 gối bản lề (TH cánh hạ giàn
chính dạng phẳng)
U14T 84
1


tăng tuổi thọ của cửa van cũng như công trình thủy lợi, thủy điện.
Hình ảnh một số cửa van phẳng ở Việt Nam và trên thế giới:

Hình 1.1 - Cống Liên Mạc

Hình 1.2 - Cống ngăn mặn ở Sóc Trăng

3 Hình 1.3- Công trình ngăn sông
Hartel – Hà Lan

Hình 1.4 – Đập chắn sóng
Hollandse Ijsel

Hình 1.5 - Cửa van nhịp lớn (50~64m) EMS- CHLB Đức ( 2002)
4

1.2. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu hình dạng, kết cấu chịu lực hợp lý của cửa van phẳng nhịp
lớn chịu tác dụng của trọng lượng bản thân và áp lực nước.
1.3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Cửa van được mô hình hóa theo bài toán không gian, bản mặt bằng
phần tử Shells, các phần tử giàn chính và giàn đứng được mô hình hóa bằng
phần tử Frames, dầm phụ ngang có tiết diện hình thang đặt úp vào bản mặt ở
phía thượng lưu.

2.1.2. Các bộ phận chính
- Cửa van hình phẳng có hai bộ phận chính là bộ phận động và bộ
phận cố định.
- Bộ phận động của cửa van phẳng gồm có các cấu kiện chủ yếu sau:
+ Bản mặt trực tiếp đỡ áp lực nước và truyền tải trọng lên ô dầm.
6

+ Ô dầm được tạo bởi các dầm phụ đứng và dầm phụ ngang, có tác
dụng đỡ bản mặt và truyền tải trọng lên dầm (giàn) đứng.
+ Dầm (giàn) đứng đỡ tải trọng từ ô dầm và truyền tải trọng lên dầm
(giàn) chính.
+ Dầm (giàn) chính chịu toàn bộ áp lực nước tác dụng vào cửa van
và truyền áp lực này lên trụ biên.
+ Giàn chịu trọng lượng được bố trí ở ở phía sau dầm (giàn) chính,
nó được cấu tạo bởi cánh hạ của dầm (giàn) chính, cánh hạ của dầm (giàn)
đứng và các thanh xiên. Giàn chịu trọng lượng chịu trọng lượng bản thân van
và các tải trọng thẳng đứng khác, truyền các tải trọng này lên trụ đứng ở hai
biên (trụ biên) của cửa van.

Hình 2.2 - Kết cấu cửa van phẳng
+ Trụ biên chịu tải trọng từ dầm (giàn) chính và giàn chịu trọng
lượng truyền tới và truyền các tải trọng này lên gối đỡ động của cửa van.
7

+ Bộ phận gối tựa động dùng để truyền toàn bộ tải trọng tác dụng
vào cửa van lên công trình và để dễ dàng di chuyển cửa van trong quá trình
khai thác. Để hạn chế xê dịch ngang và lệch, cũng như để tránh xảy ra hiện
tượng rung động khi cửa van đóng mở không hoàn toàn, cần phải đặt bánh
xe ngược hướng và bánh xe bên.
+ Vật chắn nước ngăn cản không cho nước chảy qua chu vi bản mặt,

1
z =
(2.1)
còn đối với cửa van dưới sâu (hình 2.3b) được xác định theo công thức sau:

ttt
h)hH2(
2
1
W −γ=
(2.2)

tt
ttt
hH2
h2H3
3
h
z
−
−
×=
(2.3)
trong đó:
γ - trọng lượng riêng của nước.
H
R
t
R - chiều cao cột nước thượng lưu.
H

PL
10G
73.0
o






=
(2.5)
trong đó:
G - trọng lượng phần động của cửa van phẳng (kN)
9

P - tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van (kN).
L
R
o
R - bề rộng lỗ cống.
+ Các công thức trên được dùng cho cửa van liên kết hàn có dầm
chính đặc bằng thép cacbon thông thường có cường độ tính toán nằm trong
khoảng từ 1400 đến 1600 daN/cm
P
2
P.
2.2. Phân tích nội lực và biến dạng kết cấu van phẳng
2.2.1. Phương pháp tính toán cửa van phẳng
- Kết cấu cửa van phẳng là một kết cấu không gian, khi phân tích nội

]
2
/3
2
/3
t
k
)
1k
(
k
n3
H
2
y −
−
=
(2.6)
Đối với cửa van dưới sâu:

[ ]
2
/3
2/3
t
k
)B1k()Bk(
Bn
3
H2

B
−
=

Tải trọng tác dụng lên 1m dài dầm chính bằng:

n
W
q =

trong đó W là hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh tác dụng trên 1m dài cửa van, còn
n là số lượng dầm chính.
11 Hình 2.4 - Sơ đồ xác định áp lực nước lên dầm chính
Trường hợp cửa van có hai dầm (giàn) chính: Đối với cửa van có hai
dầm (giàn) chính, để hai dầm chính chịu áp lực nước bằng nhau thì vị trí của
hai dầm chính phải đặt cách đều hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh (d
R
1
R=dR
2
R) như ở
hình 2.4b, đồng thời phải thoả mãn các điều kiện sau:
- Khoảng cách từ dầm chính trên tới đỉnh van phải nhỏ hơn hoặc bằng
0.45H, trong đó H là chiều cao cửa van, để đảm bảo phần công xôn của cửa
van có đủ độ cứng.
- Khoảng cách từ dầm chính dưới tới đáy van phải thỏa mãn điều kiện
α ≥30

d
Wq
+
=
(2.9)
12

trong đó:
W - hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh trên 1 mét dài van.
d
R
1
R - khoảng cách từ dầm chính trên tới phương của hợp lực W.
d
R
2
R - khoảng cách từ dầm chính dưới tới phương của hợp lực W.
2.2.2.2. Nhịp tính toán của dầm chính
Nhịp tính toán của dầm chính được xác định theo công thức sau:
L = L
R
o
R+ 2c (2.10)
trong đó:
L
R
o
R - bề rộng của cống (bề rộng thông thuỷ của cống).
c - khoảng cách từ mép cống tới trung tâm bánh xe (hình 2.1), thường
lấy bằng c=0.05L


với:

160120
h
b
b
b
−
=
δ
=λ

R8
qL
R
M
W
2
max
yc
==26
cm/
daN101.2E ×=
nR
o
R=600 -1000


12
h
2
h
WJ
3
bb
ycc
δ
−=

h
R
c
R = hR
b
R+δR
c
R.

- Tiết diện tính toán của dầm chính
Khi dầm chính đặt sát bản mặt và được hàn chặt vào bản mặt thì cần
phải xét tới bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính. Bề rộng bản mặt
cùng tham gia chịu lực với dầm chính phải thoả mãn các điều kiện sau đây:
b ≤ 0.5(a
R
t
R+aR
d