Công trình thủy lợi ống xi phông kết câu thép yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo và kiểm tra - Phần 2

18 tháng 12 2018

3.2.1 Khảo sát xác định các loại chất thải trong nước để lập phương án thiết kế phù hợp.

3.2.2 Xác định độ pH và độ mặn của nước để chọn vật liệu thép làm ống phù hợp và có phương án chống ăn mòn kim loại.

3.3 Khảo sát thủy văn

3.3.1 Lựa chọn lũ thiết kế và tính toán xác định mô hình lũ thiết kế.

3.3.2 Xem xét, xác định lưu lượng dòng chảy nhỏ nhất để thiết kế đoạn ra của ống xi phông.

3.3.3 Khảo sát lịch thủy triều để xác định thời điểm hạ chìm ống xi phông khi mực nước xuống nhỏ nhất.

3.4 Khảo sát và tính toán thủy lực

3.4.1 Khảo sát diễn biến dòng chảy trên các kênh hở và dòng chảy trong ống xi phông, bao gồm các công việc sau:

a) Độ dốc thủy lực;

b) Lưu lượng và vận tốc dòng chảy;

c) Dòng chảy trong ống xi phông là dòng chảy có áp.

3.4.2 Tính lưu lượng thiết kế trong ống xi phông, bao gồm các công việc sau:

a) Tính lưu lượng thiết kế trong ống xi phông :

Lưu lượng thiết kế trong ống xi phông phải bằng lưu lượng thiết kế trên kênh dẫn. Lưu lượng trong ống, Q, m3/s, được xác định theo công thức (1):

Q = mht.w.                                                        (1)

trong đó:

mht là hệ số lưu lượng của hệ thống :

mht =                                                               (2)

w là diện tích mặt cắt ngang ống xi phông, m2;

g là gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2;

H là độ chênh lệch chiều cao cột nước giữa cửa vào và cửa ra, m;

xht là tống hệ số tổn thất trong ống xi phông;

                                                       (3)

b) Tính toán thủy lực trong ống xi phông, tham khảo phụ lục B.

3.5 Tính áp lực bên trong và bên ngoài ống xi phông

3.5.1 Tính áp lực trong ống

Áp lực trong ống xi phông dùng cho thiết kế, Pz, N, được tính theo công thức (4):

Pz = Pp + Ps + Pv                                                           (4)

trong đó:

Pp là áp lực thủy tĩnh, N;

Ps là áp lực do cột áp của nguồn cấp nước, N;

Pv là áp lực do va đập thủy lực, N.

3.5.2 Xác định áp lực bên ngoài ống

Để tính toán khả năng chịu uốn, chịu nén của ống cần phải xác định tải trọng lớn nhất của các ngoại lực tác dụng lên ống. Các tải trọng ngoài bao gồm:

- Áp lực do bùn cát;

- Áp lực do nước bề mặt;

- Áp lực do đàn hồi của đất;

- Áp lực do trọng lượng đất và các tải trọng khác phía trên ống xi phông;

- Áp lực do chân không;

- Áp lực do nước ngầm.

Giá trị áp lực của các thành phần nói trên coi như phân bố đều trên chiều dài, N/m.

4 Thiết kế ống xi phông

4.1 Chọn vật liệu

4.1.1 Vật liệu để chế tạo đường ống thép xi phông gồm vỏ ống thép, vành đỡ, vành tăng cứng là thép các bon cán nóng, có giới hạn chảy từ 230 MPa đến 250 MPa, giới hạn bền kéo từ 380 MPa đến 490 MPa, độ giãn tương đối tại mẫu thử hình ngũ giác từ 23 % đến 26 %; độ dai va đập trong nhiệt độ dương từ 7 kg.m/cm2 đến 8 kg.m/cm2.

4.1.2 Tính toán thiết kế ống xi phông có áp phải căn cứ vào các trị số p và D để lựa chọn vật liệu phù hợp, trong đó p là áp suất lớn nhất trong ống, MPa và D là đường kính trong của ống, cm. Khi ống chịu áp lực có đường kính lớn, tích số p.D phải lớn hơn hoặc bằng 60 MPa/cm. Để tránh chiều dày thành ống quá lớn, khó gia công nên sử dụng loại thép hợp kim thấp có giới hạn chảy từ 300 MPa đến 400 MPa, hoặc loại thép có độ bền cao có giới hạn chảy từ 400 MPa đến 600 MPa.

4.1.3 Việc chọn vật liệu để gia công chế tạo đường ống xi phông cần được xem xét trên cơ sở áp lực tính toán và các đặc tính của chúng về độ bền, khả năng chịu hàn, điều kiện và biện pháp hàn.

4.1.4 Vật liệu que hàn để hàn vỏ ống xi phông phải phù hợp với thép hàn, đảm bảo đường hàn có đặc tính cơ lý tương đương với thép cơ bản bao gồm:

- Giới hạn chảy của đường hàn, sch, MPa;

- Giới hạn bền kéo của đường hàn, sB, MPa;

- Góc uốn trong trạng thái nguội, a, rad hoặc o (độ);

- Độ giãn tương đối, e, %.

4.2 Xác định ứng suất cho phép

4.2.1 Các công thức tính toán như sau:

  1. a) Ứng suất kéo tính toán:

R1 = R1TC .k1.m1.m.m2                                                     (5)

  1. b) Ứng suất cắt, uốn, nén:

R2 = R2TC .C.k2.m.m2                                                                                                             (6)

trong đó:

R1TC là ứng suất kéo đứt tức thời của vật liệu chế tạo ống và mối hàn còn R2TC là ứng suất giới hạn chảy của thép chế tạo ống và mối hàn, đơn vị là MPa. Trị số của R1TC và R2TC có thể tham khảo các bảng từ bảng C.8 đến bảng C.10 phụ lục C:

- Đối với đường ống đặt lộ thiên R1TC có thể lấy bằng giới hạn chảy (sch) ;

- Đối với đường ống ngầm: khi tính với áp lực bên trong có thể lấy R2TC bằng giới hạn bền (sB) ; khi tính với áp lực bên ngoài R1TC có thể lấy bằng giới hạn chảy (sch) ;

C là hệ số chuyển đổi từ sức kháng cơ bản sang sức kháng dẫn suất (hay từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn), lấy theo bảng C.1 phụ lục C;

k1 và k2 là hệ số đồng chất của vật liệu làm ống xi phông, lấy theo bảng C.2 phụ lục C;

Hệ số m lấy theo điều kiện sau:

Với ống để tự do :

- Khi tính toán chịu áp lực bên trong:                  m = 0,71;

- Khi tính toán chịu áp lực bên ngoài:                 m = 0,85,

- Khi tính toán chịu tải trọng đặc biệt:                 m = 0,95;

Với ống đặt ngầm:

- Khi tính chịu áp lực bên trong:                         m = 0,80;

- Khi tính ổn định với áp lực bên ngoài:              m = 0,50;

m1 là hệ số điều kiện làm việc khi kéo đứt, lấy theo bảng C.2 phụ lục C;

m2 là hệ số điều kiện làm việc của ống xi phông, lấy theo cấp của công trình:

- Đối với công trình cấp I và cấp đặc biệt:          m2 = 0,85;

- Đối với công trình cấp II:                                  m2 = 0,95;

- Đối với công trình cấp III, cấp IV:                     m2 = 1,00;

Trong tính toán thiết kế sơ bộ, m2 có thể lấy theo bảng C.2 phụ lục C;

c) Dựa vào trị số p, D, R1, R2 để chọn loại thép chế tạo ống xi phông.

Xem lại: Công trình thủy lợi ống xi phông kết câu thép yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo và kiểm tra - Phần 1

Xem tiếp: Công trình thủy lợi ống xi phông kết câu thép yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo và kiểm tra - Phần 3