Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỌNG TÂM CỬA VAN PHẲNG
KÉO ĐỨNG TẠI HIỆN TRƯỜNG
Khúc Hồng Vân1, Bùi Thị Kiều Giang2, Nguyễn Danh Thuận2
1
Trường Đại học Thủy lợi, email:
2
Sinh viên Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Các cơng trình kiểm sốt nước ở Đồng
bằng sơng Cửu Long (ĐBSCL) thường có
quy mơ lớn nên địi hỏi cửa van điều tiết
phải có khẩu độ từ 30 m đến 60 m hoặc lớn
hơn. Cửa van phẳng kéo đứng dạng giàn
ống thép là một trong những hình thức kết
cấu đang sử dụng khá phổ biến. Cửa van
được nâng hạ nhờ xy lanh thủy lực đặt tại
hai đầu cửa và chuyển động thẳng đứng
trong khe van. Để cửa van được chuyển
động dễ dàng trong khe van, mặt phẳng xy
lanh thủy lực thường đặt gần vị trí trọng
tâm cửa van để giảm đến mức tối đa mô
men không cân bằng gây phát sinh lực
ngang lên khe van khi đó lực kéo của xy
lanh ở 2 bên cửa van không đều, cửa van bị
lệch, có hiện tượng bị kẹt, khơng thể vận
hành. Trong q trình tính tốn thiết kế,
người thiết kế đã phải xác định trọng tâm

cửa van trên mơ hình tính tốn để bố trí
điểm đặt xy lanh thủy lực cho phù hợp. Tuy
nhiên khi cửa van đã được chế tạo, vị trí
trọng tâm cửa van có đúng như trong tính
tốn thiết kế hay không là một vấn đề cần
phải làm rõ để có phương án căn chỉnh
trọng tâm cho phù hợp. Chính vì vậy bài
báo đề xuất sử dụng phương pháp cân cửa
van để xác định trọng tâm cửa van ngoài
hiện trường, vừa đơn giản nhưng hiệu quả
và phù hợp với điều kiện Việt Nam. Do
chưa có điều kiện kiểm chứng trên thực tế
nên các tác giả đã sử dụng phần mềm để mơ
phỏng nhằm cụ thể hóa phương pháp
đề xuất.

2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỌNG
TÂM CỬA VAN

2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn
Khi sử dụng phần mềm phân tích kết cấu
chun dụng để tính tốn kết cấu cửa van,
sau khi mơ hình cửa van được xây dựng, sử
dụng chức năng Joint Masses và Conecvity
Data để xuất khối lượng cửa van tại các nút
theo 3 phương và tọa độ tương ứng. Dựa vào
điều kiện cân bằng ngẫu lực để xác định vị trí
trọng tâm của cửa van so với gốc tọa độ.
2.1. Phương pháp cân ngồi hiện trường
Phương pháp cân tìm trọng tâm của cửa

van ngoài hiện trường được tiến hành theo
3 bước:
Bước 1: Sử dụng 4 kích thủy lực (100T
hoặc 150T) tại 4 điểm của cửa van như Hình
1 và các đầu đo Loadcel đặt tại đầu kích. Cửa
van sẽ được lần lượt nâng lên 10 mm ~ 25 mm
để hoàn toàn chịu tải trên các cảm biến. Kết
quả dữ liệu được truyền về máy tính. Quy
trình được thực hiện đến khi sai số giữa mỗi
lần đo là nhỏ nhất khi đó giá trị sẽ được sử
dụng để xác định trọng tâm của cửa van [1].

220

Hình 1. Vị trí đặt loadcel


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

Bước 2. Dựa vào kết quả tải trọng thu
được trong quá trình đo và khoảng cách giữa
các Loadcel thể hiện trên Hình 2 để tiến hành
tính tốn xác định chính xác vị trí trọng tâm
của cửa van trên mặt bằng.

3. VÍ DỤ ÁP DỤNG

3.1. Số liệu cửa van thực nghiệm
Nghiên cứu được áp dụng trên mơ hình số
của cửa van ngăn triều của khu vực TP Hồ

Chí Minh - Cống Mương Chuối [2] (Hình 3)
có khẩu độ hơn 40 m, cao 11m và kết cấu
giàn theo bản vẽ Hình 4.

Hình 3. Cơng trình cống Mương Chuối

Vị trí đặt các Loadcel

Hình 4. Mơ hình kết cấu cửa van

Sơ đồ khoảng cách của các Loadcel
Hình 2. Mơ phỏng vị trí đặt các Loadcel
trên cửa van ngoài hiện trường
Bước 3: Thiết lập và giải hệ phương trình
tính tốn cân bằng để xác định tọa độ trọng
tâm cửa van:

e1  e2  e

(1) (V1  V2 ).e1  (V3  V4 ).e2
 b
a
a
b
(V1(  X ) V3 (  X )  V4 (  X )  V2 ( X )
 2
2
2
2


Từ đó kiểm chứng được tính chính xác và
hiệu quả của phương pháp cân tìm trọng tâm
cửa van ngồi hiện trường có thể triển khai
áp dụng trong thực tế.
3.2. Trường hợp tính tốn
Phương pháp cân tìm trọng tâm cửa van
được thực hiện trên hai mơ hình thể hiện điều
kiện làm việc của cửa van theo thiết kế và cửa
van thực tế bị lệch trọng tâm sau khi chế tạo.

Trong đó:
e1, e2 : lần lượt là khoảng cách từ tâm cửa
van đến trung tâm vị trí đặt loadcel V1V2;
V3V4;
a, b: lần lượt là các khoảng cách trung tâm
từ vị trí đặt loadcel V3V4; V1V2
V1, V2, V3, V4: lần lượt là các giá trị phản
lực tại 4 điểm đo;
ΔX : độ lêch tâm theo phương x so với tọa
độ thiết kế.
221

Hình 5. Cửa van đối xứng

Hình 6. Cửa van khơng đối xứng


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0

+ Cửa van đối xứng: Cửa van theo bản vẽ

thiết kế cơ khí được thể hiện trên Hình 5.
+ Cửa van không đối xứng: Trong thực tế
cửa van sau khi chế tạo bị lệch so với tính
tốn thiết kế ban đầu do nhiều nguyên nhân
khách quan như sai lệch chiều dày, kích
thước cấu kiện…, Hình 6 thể hiện sự phân bố
ngẫu nhiên một vài vị trí trên cửa van bị thay
đổi chiều dày các tấm thép bản mặt hoặc
chiều dày thép ống khiến cho trọng tâm cửa
van bị lệch đi so với ban đầu. Vị trí đặt
loadcel tương ứng trên sơ đồ Hình 2 của
phương pháp cân là liên kết thanh chống theo
phương trục Z trên mơ hình.

3.3. Kết quả tính tốn
3.3.1. Phương pháp cân tìm trọng tâm
cửa van ngoài hiện trường
Cả hai trường hợp được lấy kết quả đo
phản lực tại 4 gối (V1, V2, V3, V4); sau đó áp
dụng phương trình (1) để tính tốn tìm ra vị
trí trọng tâm mới của cửa van.
3.3.2. Kiểm tốn vị trí trọng tâm cửa van
Sau khi tính tốn xác định vị trí trọng tâm
cửa van bằng phương pháp phần tử hữu hạn
và phương pháp cân trọng lượng tại hiện
trường áp dụng cho 2 trường hợp cửa van đối
xứng và không đối xứng. Kết quả tọa độ
trọng tâm được tổng hợp trong Bảng 1.

Bảng 1. Bảng tổng hợp kết quả tính tốn trọng tâm cửa van

Trường hợp
Cửa van
đối xứng

Cửa van
khơng đối
xứng

Giá trị tính tốn
V1 = V2 = 412,52 kN
V3 = V4 = 165,49 kN
e = 5,8 m; a = 5,5m , b = 40,7m
V1 = 413,68 KN; V2 = 412,68KN;
V3 = 164,58KN; V4 = 167,25 KN
e = 5,8m; a = 5,5m, b = 40,7m

Từ kết quả cho thấy phương pháp cân tìm
trọng tâm cửa van ngồi hiện trường trùng
khớp với kết quả tính tốn xác định trọng tâm
cửa van trên mơ hình phần từ hữu hạn.
6. KẾT LUẬN VÀ GIẢI PHÁP

Phương pháp cân tìm trọng tâm của cửa
van ngồi hiện trường được thực hiện trên
mơ hình phần tử hữu hạn cho thấy:
+ Phương pháp tính tốn đơn giản;
+ Phương pháp có độ chính xác cao;
Với giải pháp cân tìm trọng tâm cửa van
ngồi hiện trường được kiểm chứng trên mơ
hình số cho phép các đơn vị quản lý vận hành

có phương án căn chỉnh cửa van sau khi chế
tạo để lắp đặt một cách chính xác nhất khi
đưa ra ngồi thực tế hiện trường.
Giải pháp xử lý cửa van bị lệch tâm
Trong trường hợp cửa van lệch trọng tâm
không quá lớn, có thể điều chỉnh trọng tâm

Tọa độ

Kết quả
kiểm tốn

PP cân hiện
trường

X

20,35

20,35

ΔX

0

0

Y

1,661


1,661

X

2,339

2,339

ΔX

0,011

0,011

Y

1,662

1,662

cửa van trùng với phương đặt xy lanh bằng
cách gia trọng thêm bê tông hoặc vật liệu
thay thế điền đầy vào các ống thép rỗng phía
cửa van có trọng lượng nhẹ hơn hoặc gia
trọng thêm thép để cửa van cân bằng khi
nâng hạ.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Thuyết minh biện pháp cân, tìm trọng tâm và
trượt các cửa van chính (2020) - Dự án giải

quyết ngập do triều khu vực tp. Hồ chí minh
có xét đến yếu tố biến đổi khí hậu (giai đoạn
1), Cơng ty TNHH Trung Nam bt 1547.
[2] Cơng trình cơng Mương Chuối- bản vẽ thiết
kế cơ khí - Dự án đầu tư Cơng trình cống
Mương Chuối, Công ty cp tư vấn xây dựng
Thủy Lợi II (HECII) .

222