BG-Thep Dac Biet- Ket Cau Thap Tru

S T R S U T C E T E U L R E

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP ĐẶC BIỆT GIẢNG VIÊN: BỘ MÔN: KHOA:

NGUYỄN LỆ THỦY KẾT CẤU THÉP, GỖ XÂY DỰNG

TRƢỜNG: ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

1


CHƢƠNG V - KẾT CẤU THÁP TRỤ

2


CHƢƠNG V - KẾT CẤU THÁP TRỤ

2


MỘT SỐ THÁP TRỤ

3

Tháp Lêningrat cao hơn 300m: thép ống

S T R S U T C E T E U L R E 4

Tháp truyền hình Kiép cao hơn 350m bằng thép ống kết hợp thép góc


Tháp truyền hình OstakinoOstakino- Matxcơva cao 533m, xây dựng bằng vật liệu kết hợp thép, bê tông cốt cứng, bê tông ứng lực trƣớc.



Tháp Ephen- Pari cao 300m, xây dựng năm 1890 ( xong) bằng thép góc, thép dẹt, liên kết đinh tán và bulông. Có đài quan sát, tiệm rƣợu, thang máy, thang bộ trên tháp, công trƣờng, xƣởng gia công ngay tại chân tháp. Chiều rộng đáy lớn hơn 60m. Có bể bơi, đƣờng ôtô ngay dƣới chân tháp.

7

Tháp truyền hình Tokyô 350m, mới đƣợc xây dựng (1970- 1980) chủ yếu bằng thép ống, dạng tổng thể gần nhƣ Ephen.



BÀI 1 - KHÁI QUÁT CHUNG


Đặc điểm chung.

I. 1.



Ứng dụng. Đƣờng dây tải điện, cột phân phối ở các trạm biến áp điện.



Cột ăng ten vô tuyến.



Cột dàn khoan.



Ống khói, cột đỡ ống khói,



Tháp nƣớc.

2.

Đặc điểm.



Thanh mảnh: H / B = 8 ~ 20.



Chiều cao lớn, nên thƣờng làm bằng thép. 10

Cột đƣờng dây tải điện


Cột trạm biến áp






Cột tải điện vƣợt sông


Giàn khoan


Giàn khoan


Giàn khoan


Giàn khoan trên biển


Ống khói


Tháp nƣớc


Tháp truyền thông


Tháp truyền thông


Trụ dây neo


Trụ dây neo


Trụ ăng ten





Thƣờng dùng hệ thanh không gian 3 mặt trở lên.



Hình dáng đơn điệu.



Chi tiết phức tạp, độ chính xác cao.



Tải trọng gió là tải trọng chủ đạo.

3.

Phân biệt tháp, trụ.



Tháp: tự đứng (côn sơn thẳng đứng).



Trụ: phải có dây neo.

27

Tải trọng và tác động.

II.


1.

Các loại tải trọng tác dụng lên công trình tháp trụ.



Tải trọng thƣờng xuyên: Trọng lƣợng tháp trụ, thiết bị (ăng ten...).



Hoạt tải sử dụng: Lực từ dây dẫn ...



Tải trọng gió.



Tải trọng đặc biệt: động đất, cháy nổ, ...



Tải trọng thi công dựng lắp.



Tác động của nhiệt độ.



Lực căng trƣớc của dây neo (với công trình trụ dây neo).

2. 

Tải trọng gió với công trình tháp trụ. Hiện tƣợng: giật, xoáy, thổi từng cơn, luồng. 28

Ví dụ thiết kế tháp:






H = 62m.



B = 8m.



bd = 1,2m.



7 đốt: 10, 10, 8, 8, 7, 11, 8.

 

Địa điểm: Đông Anh. Vật liệu:

•

Thanh cánh: 380MPa.

•

Thanh bụng: 245MPa.

•

Bu lông cấp bền 6.6.

29

BÀI 2 - ĐẠI CƢƠNG VỀ THÁP THÉP


Đặc điểm và phân loại.

I.

So sánh với trụ.

1.  

Có khả năng tự đứng. Độ cứng lớn.



Chiếm ít diện tích xây dựng.



Giá thành cao hơn trụ.

Phân loại.

2. 

Chức năng:



Tháp làm mốc chuẩn độ cao.



Tháp thông tin bƣu điện. 30







Tháp truyền hình.



Tháp du lịch.



Cột tải điện vƣợt sông.



Tháp đỡ đài quan sát.



Tháp đỡ băng tải, trụ cầu...



Theo số lƣợng mặt bên:



Tháp 3 mặt.



Tháp 4 mặt.



Tháp nhiều mặt.



Theo hình thức tiết diện thanh:



Tháp thép ống.



Tháp thép góc.



Tháp thép hình I, C... 34




Theo vật liệu:



Tháp thép.



Tháp bê tông.



Theo độ choán:



Tháp đặc.



Tháp rỗng.



Theo tải trọng:



Tháp có dây.



Tháp không dây.



Tháp tải đứng lớn.



Tháp tải đứng bé.

35

BÀI 3 - SƠ ĐỒ TÍNH THÁP


I.

Mô hình tính. 

Hệ thanh không gian.



Kiểu 1 (kiểu thông dụng, L / h > 10):



Các thanh chỉ chịu lực trục.



Liên kết giữa các thanh là khớp.



Gối tựa khớp.



Kiểu 2:



Các thanh dạng nén uốn hoặc kéo uốn.



Liên kết giữa các thanh là cứng.



Gối tựa ngàm. 36

Kích thƣớc sơ đồ.

II.


Hình dạng tháp.

1.    

Hình dạng tháp dùng kiểu trụ: Đa diện. Tròn. Trụ đa diện bất biến hình khi có đủ:



Mặt bên.



Mặt ngang (vách cứng ngang).



Các mặt phải bất biến hình.



Số mặt bên trụ đa diện.



3 mặt.



4 mặt.



Nhiều mặt. 37




Cấu tạo mặt bên: Dạng dàn phẳng, gồm



Thanh cánh,



Thanh bụng (xiên, ngang).

 

Dạng mặt đứng: Dạng đứng. • Đặc điểm: Chế tạo, lắp ghép đơn giản. Chịu tải đứng tốt. Không phù hợp khi chịu tải ngang. • Ứng dụng: Tháp nhỏ, Tháp chịu tải đứng lớn.



Dạng thon đều. • Đặc điểm: Chịu tải ngang hợp lý hơn. 38

Giảm dao động.


• Ứng dụng: Tháp trung bình. 

Dạng thon thay đổi độ dốc một vài lần: • Đặc điểm: Chế tạo phức tạp. Chịu lực tốt. Thẩm mỹ cao. • Ứng dụng: Tháp lớn



Chiều cao tháp H: Nhiệm vụ thiết kế (yêu cầu sử dụng). 39




Chiều rộng chân tháp B: B = (1/8 ~ 1/20) H. Thực tế: B = (1/6 ~ 1/10)H.



Chiều rộng đỉnh tháp: phụ thuộc yêu cầu sử dụng không gian công tác bên trên, gá lắp thiết bị:



Cột tải điện: (1 ~ 1,5)m.



Tháp ăng ten: 2m và ≥ 0,75D (đƣờng kính ăng ten đỉnh tháp).



Chia đốt:



Chiều cao đốt: 6 ~ 10m.



Góc thanh bụng 45 độ.



Bề rộng đốt: Bz / Hz= 1/8 ~ 1/20.

40






Bố trí hệ thanh bụng Tác dụng: • Làm hệ thanh bất biến hình. • Truyền lực cắt. • Giảm chiều dài thanh cánh. • Tránh uốn cục bộ cho thanh cánh.



Kiểu thanh bụng xiên, kiểu tam giác: • Cấu tạo mắt đơn giản. • Tổng chiều dài thanh bụng bé nhất. • Chiều dài thanh bụng lớn. • Tháp bé.



Kiểu chữ thập: • Cấu tạo mắt phức tạp. 41


• Có thể bỏ các thanh chịu nén.


• Có thể bố trí thanh ngang. 

Kiểu quả trám: • Tổng chiều dài thanh bụng bé. • Chiều dài một thanh bụng nhỏ. • Có thể bỏ các thanh chịu nén. • Dễ liên kết. • Tháp thông thƣờng và lớn.



Kiểu tam giác chồng (nửa xiên): • Các thanh bụng ngắn. • Chiều dài thanh ngang nhỏ. • Khó nối thanh cánh tại mắt nối đoạn. • Tháp lớn. 43




Hệ chia nhỏ: • Giảm chiều dài tính toán, tránh uốn cục bộ cho thanh bụng chính, thanh cánh. • Nhiều nút, thanh hơn. • Tháp lớn.

 

Vách cứng ngang. Tác dụng: • Cố định các mặt cắt ngang tháp. • Chống xoắn. • Phân phối mômen xoắn.



Cấu tạo: • Tấm bê tông cốt thép. • Bản thép dày. • Hệ thanh chéo. 44





Khoảng cách dọc theo chiều cao tháp: • 9 ~ 10m. • Không lớn hơn 3 lần bề rộng trung bình của đốt. • Mỗi đốt tối thiểu 1 vách cứng. • Toàn tháp có tối thiểu 2 vách.

 

Độ cứng sơ bộ của các thanh. Tiết diện thanh: • Thép góc đơn. • Thép góc đôi. • Thép ống. • Thép I, C (ít dùng).

46




Tiết diện sơ bộ: • Cách 1: Thƣờng phải căn cứ vào các thiết kế có trƣớc. • Cách 2: Tính sơ bộ nội lực một số thanh chính ở chân tháp. Chọn tiết diện. Các thanh khác suy luận theo. • Cách 3: Chọn tiết diện tất cả các thanh giống nhau. (Phải lặp nhiều).



Vật liệu: • Thép các bon thấp cƣờng độ thƣờng. • Thép hợp kim thấp cƣờng độ khá cao.

47

III. Tải trọng.


1. 

Trọng lượng bản thân. Giả thiết kích thƣớc tiết diện các thanh, chƣơng trình tự tính. Nhân 1,15 là hệ số kể đến trọng lƣợng chi tiết.

Trong đó: G - Trọng lƣợng của tháp. L j,A j - chiều dài, diện tích tiết diện thanh thứ j. n - Tổng số thanh. th - Trọng lƣợng riêng thép.

48




Theo kinh nghiệm tháp tƣơng tự. G = G0KwK3H Trong đó: G0 - Trọng lƣợng của tháp đã có tƣơng tự. Kw,KH - là hệ số qui đổi tải trọng gió, chiều cao của tháp đang xét và tháp có sẵn.

2.

Tải trọng gió.



Hiện tƣợng của gió: giật, xoáy, thổi từng cơn, chuyển động thành luồng.



Chia thành 2 thành phần: tĩnh và động.

49




Đo vận tốc gió ở cao độ 10m (cao độ chuẩn), địa hình trống trải vật cản cao không quá 10m (địa hình chuẩn, B), gọi là v 0 (m/s) , từ đó tính đƣợc áp lực gió tiêu chuẩn (daN/m 2): ρ - Tỷ trọng của không khí. Bảng áp lực gió tiêu chuẩn W 0 (daN/m2) Vùng gió

I

II

III

IV

V

A (Bão yếu)

65

95

125

155

185

B (Bão mạnh)

55

83

110



Giá trị tiêu chuẩn thành phần tĩnh của tải trọng gió W có độ cao z so với mốc chuẩn tính theo công thức:

50


k - Hệ số địa hình, phụ thuộc độ cao z của điểm đang xét với mốc chuẩn (xem phụ lục tiêu chuẩn 2737 - 1995) và dạng địa hình. c - Hệ số khí động, phụ thuộc hình dạng công trình. 

Lực gió tiêu chuẩn tác động lên một thanh thép ở độ cao Hk là: Ak - Diện tích hình chiếu của thanh lên mặt phẳng vuông góc với hƣớng gió. cx - Hệ số khí động của thanh (gồm cả mặt đón gió lẫn khuất gió), còn gọi là hệ số cản chính diện:



cx = 1,4 : Thép hình. 51




cx = 1,2 : Dây dẫn điện và dây cáp.



cx = k0cx : Thép tròn và thép ống. • k0 - Tra bảng theo k ở bảng 6.1 thuộc sơ đồ 34 của bảng 6 của TCVN 2737 - 1995. • cx - Xác định theo biểu đồ phụ thuộc vào số Reynodds Re và tỷ số Δ / d. • Δ - Độ nhám của bề mặt, với thép Δ = 0,001m. • Hệ số Raynodds:

W0 - Tính bằng N/m2. v - Vận tốc gió (m/s). d - Đƣờng kính ống (m). 52

- Hệ số nhớt động của không khí (ở điều kiện nhiệt độ, áp suất không khí tiêu chuẩn thì ν = 0,145x10-4 m2/s). ν


γ - Hệ số độ tin cậy của tải trọng gió. γ = 1,2. 

Đối với một dàn phẳng, mà hƣớng gió tác dụng vuông góc với mặt phẳng dàn:

A - Diện tích đƣờng bao ngoài dàn. cxi - Hệ số khí động của thanh dàn thứ i. cx - Hệ số cản chính diện của toàn dàn.

53




Đối với nhiều dàn phẳng, mà hƣớng gió tác dụng vuông góc với mặt phẳng dàn: η - Hệ số kể đến sự giảm tải gió vào dàn khuất gió do sự cản trở của dàn đón gió. k1 - Hệ số tính đến sự thay đổi hệ số cản chính diện cx của dàn khi mặt dàn không vuông góc với phƣơng gió. ct - Hệ số cản chính diện của dàn không gian:

54




Thành phần động của tải trọng gió phụ thuộc vào dao động riêng của tháp, với chu kỳ riêng xác định nhƣ sau:



Dùng các chƣơng trình tính.



Sơ bộ theo công thức: Tháp: Trụ: y1 - Độ võng ở đỉnh của tháp trụ, tính với trọng lƣợng bản thân tác dụng theo phƣơng ngang. gd, gtr - Trọng lƣợng 1m dài ở chân và đỉnh tháp. t - Hệ số phụ thuộc vào lớp dây neo. 55


Số lớp dây

1

2

3

4

5

6

t

1,41

1,27

1,23

1,21

1,19

1,18



Công trình cứng không phải tính gió động. Quy định tần số dao động riêng giới hạn f L để không phải tính gió động.

Bảng 9 - Giá trị giới hạn dao động của tần số riêng fL f L (Hz) Vùng áp lực gió δ = 0,3 δ = 0,15 I 1,1 3,4 II 1,3 4,1 II 1,6 5,0 IV 1,7 5.6 V 1,9 5,9 56






Giá trị thành phần động tải trọng gió Wd: f 1 > f L : Wt - Giá trị thành phần tĩnh của tải trọng gió. - Hệ số áp lực động của tải trọng gió ở độ

cao z.  - Hệ số tƣơng quan không gian áp lực

động của tải trọng gió. 

Hệ 1 bậc tự do, f 1 < f L : -

Hệ số động lực, xác định bằng đồ thị, phụ thuộc vào tham số  và độ giảm loga  của dao động. 57



K h i




γ - Hệ số độ tin cậy của tải gió γ = 1,2.

( h o

W0 - Áp lực tiêu chuẩn của tải trọng gió, tính bằng N/m2.

ặ c

δ - độ giảm loga của dao động.

h ) . m

• Với công trình BTCT, gạch đá hoặc khung thép có bao che δ = 0,3.

b

• Với tháp, trụ thép, các thiết bị dạng cột có đế (móng) BTCT δ = 0,15.

ằ n g



Hệ nhiều bậc tự do, f 1 < f L < f 2:

58

59




K h i




( h o

ρ (m)

Hệ số ν khi χ (m) bằng 5

10

20

40

80

160

350

0,1

0,95

0,92

0,88

0,83

0,76

0,67

0,56

5

0,89

0,87

0,84

0,80

0,73

0,65

0,54

10

0,85

0,84

0,81

0,77

0,71

0,64

0,53

20

0,80

0,78

0,76

0,73

0,68

0,61

0,51

ằ

40

0,72

0,72

0,70

0,67

0,63

0,57

0,48

n g

80

0,63

0,63

0,61

0,59

0,56

0,51

0,44

160

0,53

0,53

0,52

0,50

0,47

0,44

0,38

ặ c h ) . m b

61



K h i




( h o

ặ c h ) . m

mk - Khối lƣợng của đoạn thứ k. ξ - Hệ số động lực. yk - Dịch chuyển ngang của tâm khối lƣợng đoạn thứ k ứng với dạng dao động riêng thứ nhất. ψ - Hệ số đƣợc xác định bằng cách chia công trình thành r phần, trong phạm vi mỗi phần tải trọng gió không đổi.

b

ằ n g

Mpk - Khối lƣợng phần thứ k của công trình.

62



K h i




Khi f s




Hiện tƣợng cộng hƣởng.



Gió đi qua ống tròn tạo thành dòng xoáy, với vận tốc gió v = 5 ~ 25 m/s, các xoáy này có tần số gián đoạn:



d - Đƣờng kính ngoài ống (m).



sh - Số Strukhan, xác định từ thực nghiệm. • Thép tròn: sh = 0,2 • Tiết diện gãy góc: s h =0,15. • Hoặc: sh = 0,225 / c x. 63



K h i




Khi chu kỳ gián đoạn T x trùng với chu kỳ riêng T của tháp thì sẽ sinh ra cộng hƣởng.



Vận tốc gây ra cộng hƣởng xác định ngƣợc lại là:



Tuy nhiên, khi vgh > 25m/s, các công trình cao dạng mặt trụ lại không xảy ra hiện tƣợng cộng hƣởng, vì gió nhƣ vậy không thể có cƣờng độ đều đặn lâu dài.



64

Tác động của động đất.

3.




Tiêu chuẩn áp dụng: 375 - 2006.



Xác định gia tốc nền thiết kế.



Nguy cơ động đất đƣợc mô tả dƣới dạng tham số là đỉnh gia tốc nền tham chiếu agR trên nền loại A.



Gia tốc nền thiết kế ag trên nền loại A sẽ bằng agR nhân với hệ số tầm quan trọng γ 1.

 

Xác định phổ phản ứng thiết kế. Nhận dạng các loại nền đất: Nền đất A, B, C, D, E và S1, S2 đƣợc mô tả bằng các mặt cắt địa tầng.

65

Phụ lục I - Bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính Địa danh Gia tốc nền (*) 1. Thủ đô Hà Nội Quận Ba Đình (P. Cống Vị) 0.0976 Quận Cầu Giấy (P. Quan Hoa) 0.1032 Quận Đống Đa (P. Thổ Quan) 0.0983 Quận Hai Bà Trƣng (P. Lê Đại Hành) 0.0959 (*) - Đỉnh gia tốc nền agR đã đƣợc quy đổi theo gia tốc trọng trƣờng g

66

Phụ lục F - Mức độ và hệ số tầm quan trọng Mức độ quan trọng Đặc Công trình có tầm quan trọng đặc biệt, biệt không cho phép hƣ hỏng do động đất

I

II III IV

Công trình Tháp cao hơn 300 m

Hệ số tầm quan trọng γI Thiết kế với gia tốc lớn nhất có thể xảy ra

Công trình có tầm quan trọng sống còn với việc bảo vệ cộng đồng, chức năng Tháp cao 1,25 không đƣợc gián đoạn trong quá trình 200 ~ 300 m xảy ra động đất Công trình có tầm quan trọng trong việc Tháp cao ngăn ngừa hậu quả động đất, nếu bị sụp 1,00 100 ~ 200 m đổ gây tổn thất lớn về ngƣời và tài sản Công trình không thuộc mức độ đặc biệt Tháp cao 0,75 và mức độ I, II, IV 50 ~ 100 m Công trình có tầm quan trọng thứ yếu Không yêu cầu tính toán kháng đối với sự an toàn sinh mạng con ngƣời chấn 67

Bảng 3.1. Các loại nền đất Các tham số Loại

A

B C D

E

Mô tả Đá hoặc các kiến tạo địa chất khác tựa đá, kể cả các đất yếu hơn trên bề mặt với bề dày lớn nhất là 5m. Đất cát, cuội sỏi rất chặt hoặc đất sét rất cứng có bề dày ít nhất hàng chục mét, tính chất cơ học tăng dần theo độ sâu. Đất cát, cuội sỏi chặt, chặt vừa hoặc đất sét cứng có bề dày lớn từ hàng chục tới hàng trăm mét. Đất rời trạng thái từ xốp đến chặt vừa (có hoặc không xen kẹp vài lớp đất dính) hoặc có đa phần đất dính trạng thái từ mềm đến cứng vừa. Địa tầng bao gồm lớp đất trầm tích sông ở trên mặt với bề dày trong khoảng 5-20m có giá trị tốc độ truyền sóng nhƣ loại C, D và bên dƣới là các đất cứng hơn với tốc độ truyền sóng vs > 800m/s.

vs,30 (m/s)

NSPT

cu (Pa)

>5

-

-

360 800

> 50

>250

180 15-50 360

70 250

<180

<70

<15

68




Đối với các thành phần nằm ngang của tác động động đất, phổ thiết kế S d(T) đƣợc xác định bằng các biểu thức sau:

69

T - Chu kỳ dao động của hệ.


TB - Giới hạn dƣới của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc. TC - Giới hạn trên của chu kỳ, ứng với đoạn nằm ngang của phổ phản ứng gia tốc. TD - Giá trị xác định điểm bắt đầu của phần phản ứng dịch chuyển không đổi trong phổ phản ứng. S - Hệ số nền.  -

Hệ số điều chỉnh độ cản với giá trị tham chiếu  = 1 đối với độ cản nhớt 5%.

70

S d(T)


- phổ thiết kế.

q - hệ số ứng xử, xem điều 5.2.2.2. β - hệ số ứng với cận dƣới của phổ thiết kế theo phƣơng nằm ngang, β = 0,2.

71


Bảng 3.2. Giá trị của các tham số mô tả các phổ phản ứng đàn hồi Loại nền S TB(s) TC(s) TD(s) đất A 1,0 0,15 0,4 2,0 B 1,2 0,15 0,5 2,0 C 1,15 0,20 0,6 2,0 D 1,35 0,20 0,8 2,0 E 1,4 0,15 0,5 2,0

72




Giá trị giới hạn trên của hệ số ứng xử q, phải đƣợc tính cho từng phƣơng khi thiết kế nhƣ sau: q0 - Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử, phụ thuộc vào loại hệ kết cấu và tính đều đặn của nó theo mặt đứng. Với tháp: kw - Hệ số phản ánh dạng phá hoại phổ biến trong hệ kết cấu có tƣờng, với tháp thƣờng bằng 1,0.

73






Xác định khối lƣợng tham gia động đất. Khối lƣợng tham gia động đất phải xét đến các khối lƣợng liên quan tới tất cả các lực trọng trƣờng xuất hiện trong tổ hợp tải trọng sau: - Hệ số tổ hợp tải trọng đối với tác động thay đổi thứ i. Ei

Với tháp,  

Xác định tác động đất. Tác động động đất theo phƣơng nằm ngang đƣợc mô tả bằng hai thành phần vuông góc đƣợc xem là độc lập và biểu diễn bằng cùng một phổ phản ứng. 74




Xác định số dạng dao động cần xét: • Tổng các khối lƣợng hữu hiệu của các dạng dao động đƣợc xét chiếm ít nhất 90% tổng khối lƣợng của kết cấu. • Tất cả các dạng dao động có khối lƣợng hữu hiệu lớn hơn 5% của tổng khối lƣợng đều đƣợc xét đến. • Khối lƣợng hữu hiệu m k ứng với dạng dao động k, đƣợc xác định sao cho lực cắt đáy Fbk, tác động theo phƣơng tác động của lực động đất, có thể biểu thị dƣới dạng: Fbk = Sd(Tk) mk.

75




Xác định tổng lực cắt đáy: • Theo mỗi phƣơng nằm ngang đƣợc phân tích, lực cắt đáy động đất Fbk của dạng dao động thứ k phải đƣợc xác định theo biểu thức sau: Fbk = Sd(Tk) mk Sd(Tk) - Tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T k. mk - Khối lƣợng hữu hiệu của công trình.

76




Phân chia lực cắt đáy lên mỗi đốt:

Fik - Lực ngang tác dụng tại đốt thứ i trong t rong dạng dao động thứ k. sik , s jk - Lần lƣợt là chuyển vị của các khối lƣợng mi , m j trong dạng dao động thứ k. mi, m j - Khối lƣợng của đoạn i, j.

77




Chuyển cách tính:

Với dạng dao động đầu tiên, đây là phƣơng pháp tĩnh lực ngang tƣơng đƣơng. Giả thiết dạng dao động 1 là đƣờng thẳng:

78

Tải trọng tác dụng lên cột dây tải điện.

3.




Trọng lƣợng của dây dẫn và chuỗi sứ treo dây P1, của dây chống sét và chuỗi sứ treo dây Ps1.



Tải tĩnh, lực tập trung.



Phƣơng đứng, chiều từ trên xuống.



Đặt tại mắt treo dây.



Giá trị lấy theo công nghệ truyền dẫn điện.



P1, Ps1 không tham gia vào bài toán dao động.



Tải gió tác dụng lên dây P 2, Ps2 , truyền vào cột.






Phƣơng ngang, chiều gió thổi. 79








Riêng pha giữa, chỉ truyền vào chuỗi sứ chịu kéo.



Phụ thuộc vào hƣớng gió so vói hƣớng căng dây (hƣớng tuyến), cũng lấy theo công nghệ.



Tác dụng của lực kéo do đứt dây hoặc căng dây P3, Ps3.






Phƣơng dọc dây, hƣớng về phía nhịp không đứt.






Gió không còn tác dụng lên dây đứt.



Hệ số tổ hợp tải gió khi đứt dây chỉ lấy 0,75.



Chỉ xét đứt 1 dây pha hoặc 1 dây chống sét. 81




Với cột đỡ:

Với Pmax, Psmax - Lực căng lớn nhất trong dây pha và dây chống sét, lấy theo công nghệ. 

4.

Với cột néo, cột góc, tồn tại P3, Ps3 tại mọi mắt treo dây, lấy bằng P max, Psmax. Tại các cột néo, không đƣợc đứt dây pha.

Tải trọng do ăng ten chảo đặt lệch tâm với trục cột.



Tải trọng này gây uốn thân tháp.



Khối lƣợng ăng ten có tham gia vào bài toán tính dao động của tháp. 82




Gió thổi lên ăng ten gây xoắn cho tháp. x - Khoảng cách từ tâm ăng ten đến tâm tiết diện tháp. Px - Lực ngang gió thổi vào ăng ten. cx, Sa, φ - Hệ số khí động, diện tích bao, hệ số choán của ăng ten, tra catalog.



Phân mô men cho các mặt bên chịu: Tháp vuông: Tháp tam giác:

83


5.


Các tác dụng khác.



Ứng suất trƣớc: Xác định theo cách tạo ứng suất trƣớc, điểm đặt, giá trị căng...



Nhiệt độ: Theo nhiệt độ thực tế ngoài trời tại khu vực, đặc biệt sự chênh nhiệt độ ngày và đêm, mùa hè và mùa đông.



Tải lắp dựng: Cần xem xét trình tự lắp dựng, các thiết bị, con ngƣời treo trên thân tháp, để xác định tải trọng bất lợi.



Chấn động do nổ mìn, bom đạn: Theo từng trƣờng hợp cụ thể để xác định.

III. Tổ hợp tải trọng. 

Gọi là tổ hợp tải trọng, nhƣng thực chất là lấy phản ứng của kết cấu (nội lực, chuyển vị) cộng tác dụng với nhau (không phải là “cộng”). 85

Tổ hợp các dạng động đất.

1.




Tổ hợp phản ứng các dạng dao động trong cùng một phƣơng:



Tổ hợp phản ứng của các phƣơng động đất khác nhau:



Cách 1:



Cách 2: Tổ hợp 1: Tổ hợp 2: j - Điểm đang xét thứ j. i - Dạng dao động thứ i. s - Tổng số dạng dao động đang xét. 86


2.

Tổ hợp gió tĩnh và gió động.

3.

Tổ hợp các trường hợp tải trọng khác với nhau và với động đất, gió. Bảng tổ hợp cho tháp thông thƣờng

1

Ứng suất trƣớc 1

1

1

1 1 1 1

1 1 1 1

Trọng lƣợng

Gió

Động đất

Nhiệt độ

Đứt dây

Lắp dựng

1 1

1 1

0,25 0,25

1 1 1

1 1

1 87

Bảng tổ hợp bổ sung cho cột tải điện, trụ dây chằng


Trọng lƣợng

Gió

TTB

1

1

1

1 1

Tmax

Tmin

Chú thích Nội lực max

1

Võng nhiều 1

Tăng lực căng

88

BÀI 4 - TÍNH NỘI LỰC THÁP


Dùng chƣơng trình tính.

I. 

Phải lập hệ thanh không gian đúng sơ đồ thực.



Giả định tiết diện trƣớc.



Gán gối tựa, vật liệu.



Dựa vào chƣơng trình xác định chu kỳ riêng của tháp:



Chỉ dùng khối lƣợng bản thân tháp, thiết bị cố định trên tháp.



Không dùng khối lƣợng dây dẫn.



Có thể dùng tải trọng để quy về khối lƣợng, nhƣng phải dùng tải tiêu chuẩn. 89

Phân đốt tháp.






Tính khối lƣợng từng đốt (tính tay hoặc dùng chƣơng trình).



Lấy biên độ dao động của trọng tâm đốt.



Tính tải gió và động đất (có thể dùng các mô đun tự động của chƣơng trình).



Phân các tải trọng vào nút tháp tƣơng ứng.



Thiết lập tổ hợp tải trọng.



Dùng chƣơng trình để tính nội lực.

II.

Tính tay.

1.



Nội lực các thanh do trọng lượng bản thân và các tải trọng đứng. Khi độ thon bé, gần đúng coi tải thẳng đứng chỉ do thanh cánh chịu. 90


n - Số thanh cánh. γ - Góc dốc thanh cánh so với trục đứng. P j - Tổng tải trọng đứng trên đoạn j. 

2.

Khi độ thon lớn, thanh bụng xiên cũng chịu lực đứng, phải giải bài toán không gian.

Nội lực các thanh do tải trọng ngang.



Chia hệ kết cấu thành các dàn phẳng (các mặt).



Mặt chứa lực ngang là mặt chịu lực. Mặt vuông góc với lực ngang bỏ qua không xét.



Mắt dàn là khớp. Lực chỉ tác dụng tại nút dàn. 91






Bỏ bớt một số thanh bụng để biến hệ siêu tĩnh thành tĩnh định.



Dùng các phƣơng pháp thông thƣờng của cơ học kết cấu để giải ra nội lực.



Các thanh chung của 2 dàn (nhƣ thanh cánh là thanh chung của 2 mặt), thì nội lực cuối cùng sẽ bằng tổng nội lực của nó khi làm việc trong từng dàn.

3.

Biến dạng của tháp.

N jP, N j1 – Nội lực của thanh thứ j dƣới tác dụng của tải trọng công trình và lực đơn vị tác dụng tại điểm cần tính chuyển vị. 94



BÀI 5 - THIẾT KẾ TIẾT DIỆN THANH


Tiết diện, chiều dài tính toán và độ mảnh các

I.

thanh. 1.

Dạng tiết diện.



Một thép góc đơn, 2 thép góc, 1 thép hình.



Thép ống.



Thép tròn đặc.

2.

Chiều dài tính toán và độ mảnh giới hạn.



Với dàn thép ống không dùng bản mắt thì l0x = l0y = 0,9l.



Chiều dài tính toán l 0 và bán kính quán tính i của dàn không gian làm từ thép góc đơn: 97



Tiết diện

Ƣu điểm • Liên kết trực tiếp

Thép • Dễ liên kết 2 mặt góc vuông góc • Độ cứng tiết diện lớn Thép • ix = iy = i ống • Diện tích đón gió bé

Nhƣợc điểm • Liên kết lệch tâm • Dùng cho tháp trung bình • Tốn công chế tạo liên kết • Dùng cho tháp lớn

• Chỉ chịu kéo, không sợ • Độ cứng toàn tháp Thép độ mảnh, nên tận dụng bé tròn tối đa vật liệu • Dùng cho tháp nhỏ 99




Thanh thép góc đơn chịu nén hoặc không chịu lực lấy theo bảng 21.



Thanh chịu kéo bằng thép góc đơn:



Với thanh cánh: theo bảng 21.



Với thanh xiên: • Theo hình 9 a, e: Trong mặt phẳng dàn - ld và imin. Ngoài mặt phẳng dàn - Ld (khoảng cách giữa hai mắt liên kết với thanh cánh) và ix (lấy với trục song song với mặt phẳng dàn). • Theo hình 9 b, c, d: chiều dài ld và imin.

100

Bảng 21 - Chiều dài tính toán l 0 và bán kính quán tính i của các thanh Thanh l0 i Cánh: - Theo hình 9, a, b, c lm imin - Theo hình 9, d, e Xiên:

1,14lm

ix hoặc iy

- Theo hình 9, b, c, d

μdld

imin

- Theo hình 9, a, e

μdldc

imin

Ngang: - Theo hình 9, b 0,8lc imin - Theo hình 9, c 0,65lc imin Ghi chú: ldc - Chiều dài qui ƣớc của thanh xiên, lấy theo bảng 22; μd - Hệ số chiều dài tính toán của thanh xiên lấy theo bảng 23; Trong hình 9, a, e, các thanh xiên phải liên kết với nhau tại giao điểm của chúng. Giá trị l0 đối với thanh ngang theo hình 9c ứng với thép góc đơn đều cạnh.

101

Hình 9 - Chiều dài các thanh từ thép góc đơn


a, b, c - Các mắt ở hai mặt tiếp giáp trùng nhau d, e - Các mắt ở hai mặt tiếp giáp không trùng nhau

102

Bảng 22 - Chiều dài qui ƣớc ldc của thanh xiên Giao nhau với thanh khảo sát là thanh Đặc điểm mắt giao nhau của các thanh xiên kéo không có lực nén 1. Cả hai thanh không gián đoạn ld 1,3ld 0,8ld 2. Thanh giao nhau với thanh khảo sát gián đoạn và có phủ bản mã: - Kết cấu theo hình 9 a; 1,3ld 1,6ld Ld - Kết cấu theo hình 9 e, 1< n ≤ 3 (1,75 – 0,15n)ld (1,9 – 0,1n)ld Ld n>3 1,3ld 1,6ld Ld 3. Mắt giao nhau của các thanh xiên đƣợc liên kết tránh chuyển vị ld ld ld ra ngoài mặt phẳng dàn Ghi chú: Ld - chiều dài thanh xiên theo hình 9 a, e; n = (Im,minld)/ Id,minlm); với Im,min và Id,min - mômen quán tính nhỏ nhất của thanh cánh và thanh xiên. 103

Bảng 23 - Hệ số chiều dài tính toán của thanh xiên μd Giá trị của μd khi l / imin bằng Liên kết của thanh xiên với n thanh cánh ≤ 60 60 < l / imin ≤ 160 ≥ 160 Bằng đƣờng hàn hoặc bu ≤2 1,14 0,54 + 36 (imin / l) 0,765 lông (không nhỏ hơn 2) , ≥6 1,04 0,56 + 28,8 (imin / l) 0,74 không có bản mã Bằng 1 bulông, không có Không phụ 1,12 0,64 + 28,8 (imin / l) 0,82 bản mã thuộc n Ghi chú: n - xem bảng 22; l - chiều dài thanh, lấy bằng l d đối với hình 9, b, c, d; bằng ldc theo bảng 21 (đối với hình 9,a, e); - Giá trị của μd khi n từ 2 đến 6 xác định theo nội suy tuyến tính; - Khi liên kết trực tiếp một đầu của thanh xiên với thanh cánh bằng đƣờng hàn hoặc bulông, còn đầu kia qua bản mã thì hệ số chiều dài tính toán là 0,5(1+ μd); khi liên kết cả hai đầu thanh qua bản mã thì μ d = 1. 104

Độ mảnh và độ mảnh giới hạn.

3.








Độ mảnh:

Chú ý imin có thể xét đến trục yếu nhất của thép góc là trục xiên. Khống chế độ mảnh giới hạn để:



Thanh kéo: Không bị cong vênh khi vận chuyển.



Thanh nén: Khả năng chịu lực không thấp quá.

105

Kiểm tra tổng thể.

3.




Ổn định tổng thể.



Tháp chịu tải đứng lớn.



Coi tháp nhƣ cột rỗng chịu nén uốn.

N - Lực nén tính toán tính đến chân tháp. Gồm trọng lƣợng bản thân, thiết bị, hoạt tải sử dụng trên sàn công tác. φ - Hệ số uốn dọc, tra từ độ mảnh tƣơng đƣơng λ0. Với tháp 4 mặt:

106

Với tháp 3 mặt:


λ - Độ

mảnh lớn nhất của thanh.

A - Tổng diện tích tiết diện các thanh cánh. Ad1, Ad2, Ad - Diện tích tiết diện các thanh xiên của hệ giằng (khi thanh giằng dạng chữ thập là diện tích của hai thanh) nằm trong các mặt phẳng thẳng góc với các trục tƣơng ứng 1-1 và 2-2, hoặc nằm trong một mặt phẳng nhánh (đối với cột 3 nhánh). Với:

Hệ thanh bụng tam giác Ad = At. Hệ thanh bụng chữ thập A d = 2At.

At - Diện tích 1 thanh bụng xiên. 107

α1, α2 - Các hệ số, tƣơng ứng 1-1 và 2-2, xác định theo công thức:







Điều kiện biến dạng. Biến dạng không đƣợc lớn vì: • Tháp thông tin: Làm ảnh hƣởng chất lƣợng truyền sóng. • Nghiêng lệch thiết bị trên sàn công tác.



Kiểm tra biến dạng ngang đỉnh tháp.

Bảng 48 – Độ lệch ngang tƣơng đối Dạng tải trọng [Δ / H] Gió 1 / 100 Các thiết bị ăngten treo một bên cột khi 1 / 300 không có gió

109






Kiểm tra góc xoay đỉnh tháp. Ổn định chống lật.

ML - Mô men gây lật đổ công trình, thƣờng là do gió (và động đất). MG - Mô men chống lật, tính đến mép móng. Các thành phần chống lật bao gồm: • Trọng lƣợng bản thân tháp. • Trọng lƣợng móng. • Trọng lƣợng đất đắp trên móng. 110





Có thể tăng cƣờng ổn định chống lật bằng: •

Sử dụng móng cọc. (Lực giữ của cọc bao gồm trọng lƣợng bản thân cọc và ma sát thành bên cọc).

•

Tăng trọng lƣợng khối đất chống lật bằng cách chôn sâu, mở rộng bệ móng, đắp đất cao hơn so với mặt đất tự nhiên.

Thiết kế thanh.

4. 

Nguyên tắc chọn tiết diện.



Không nên thay đổi tiết diện thanh cánh quá nhiều lần. Chênh lệch đƣờng kính hai thanh kế tiếp không nên nhiều quá.



Các thanh ở 1/3 đỉnh tháp nên chọn đƣờng kính hoặc bề rộng nhỏ để giảm gió. 112




 

Thanh bụng chân tháp chiều dài lớn, nên chọn thanh đƣờng kính hoặc bề rộng lớn, chiều dày theo tính toán. Thanh chịu nén. Chọn tiết diện sơ bộ theo công thức:

N - Lực nén tính toán trong thanh. γc - Hệ số điều kiện làm việc: • Thanh chịu nén, độ mảnh λ ≥ 60, kể đến mô men phụ sinh ra do thanh quá mảnh, γc = 0,8. • Thanh bụng 1 thép góc, kể đến mô men lệch tâm của trục thanh, γc = 0,75. 113


• Thanh cánh chân tháp, kể đến hiện tƣợng va đập, mƣa xối, γc = 0,95. • Các trƣờng hợp khác, γc = 1,0. f - Cƣờng độ tính toán của tháp. φ - Hệ số uốn dọc của thanh nén đúng tâm, tra bảng theo λ max. Giả thiết λgt nhƣ sau: • Thanh cánh: λgt = 60 ~ 80. • Thanh bụng: λgt = 90 ~ 120. Chú ý, thép góc phải sử dụng i min. 

Kiểm tra lại tiết diện đã chọn. • Bền (tại tiết diện giảm yếu):

114

• Ổn định tổng thể:


• Độ mảnh: • Ổn định cục bộ (nếu là thanh kép): Khoảng cách các bản kẹp phải thỏa mãn: a ≤ 40imin.  

Thanh chịu kéo. Chọn tiết diện sơ bộ theo công thức:

γc - Lấy nhƣ thanh chịu nén. 115

Bảng 25 - Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu nén Các thanh 1. Thanh cánh, thanh xiên và thanh đứng nhận phản lực gối: a) Của Của dàn phẳng, hệ hệ mái lƣới thanh không không gian, hệ thanh không gian rỗng (có chiều cao H ≤ 50 m) bằng thép ống hoặc tổ hợp từ hai thép góc; b) Của hệ thanh không gian rỗng bằng thép góc đơn, hệ thanh không gian rỗng (chiều cao H > 50 m) nhƣng bằng thép ống hay tổ hợp từ hai thép thép góc. góc. 2. Các thanh (trừ những thanh đã nêu ở mục 1 và v à 7): a) Của dàn phẳng bằng thép góc đơn; hệ mái lƣới thanh không gian và hệ thanh không gian rỗng bằng thép góc đơn, tổ hợp từ hai thép góc hoặc thép ống; b) Của hệ mái lƣới thanh không gian, hệ thanh không gian rỗng bằng thép góc đơn, dùng liên kết bulông.

[λ]

180 - 60α 60α

120

210 - 60 α 220 - 40 α

116

Bảng 25 - Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu nén (Tiếp) (Tiếp) Các thanh [λ] 3. Cánh trên của dàn không đƣợc tăng cƣờng cƣờng khi lắp ráp (khi đã 220 lắp ráp ráp lấy theo mục 1) 1) 6. Các thanh giằng (trừ các thanh đã nêu ở mục 5), các thanh dùng để giảm chiều dài tính toán của thanh t hanh nén và những thanh 200 không chịu lực mà không nêu ở mục 7 dƣới đây 7. Các thanh chịu nén hoặc không chịu lực của hệ thanh không gian rỗng, tiết diện chữ T, T, chữ thập, chịu tải trọng gió khi kiểm tra t ra 150 độ mảnh trong mặt phẳng thẳng đứng. Ghi chú: α = N /(φ /(φ Af γc) - hệ số φ lấy không nhỏ hơn 0,5 (khi nén lệch tâm, nén uốn thay φ bằng φe).

117




Kiểm tra lại tiết diện đã chọn. • Bền (tại tiết diện giảm yếu):

• Độ mảnh: • Ổn định cục bộ (nếu là thanh kép): Khoảng cách các bản kẹp phải thỏa mãn: a ≤ 80imin.  

Chọn thanh theo độ mảnh giới hạn. Tháp luôn có nhiều thanh chiều dài lớn, lực rất nhỏ, nên tiết diện thanh phải chọn theo độ mảnh giới hạn (rất lãng phí). 118

Bảng 26 - Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu kéo Khi kết cấu chịu tải trọng Các thanh động trực tiếp tĩnh 2. Các thanh giàn và của hệ mái lƣới thanh không 350 400 gian (trừ các thanh nêu ở mục 1) 3. Thanh cánh dƣới của dầm cầu trục, dàn 350 400 4. Các thanh của hệ giằng cột (ở dƣới dầm cầu trục) 300 300 5. Các thanh giằng khác 400 400 6. Thanh cánh và thanh xiên ở gối của cột đƣờng dây 250 400 tải điện 7. Các thanh của cột đƣờng dây tải điện (trừ các 350 400 thanh nêu ở mục 6 và 8) 8. Các thanh của hệ thanh không gian rỗng có tiết diện chữ T hoặc chữ thập chịu tác dụng của tải trọng 150 400 gió khi kiểm tra độ mảnh trong mặt phẳng thẳng đứng. Chú thích: Không hạn chế độ mảnh của thanh chịu kéo ứng lực trƣớc. Tải trọng động đặt trực tiếp lên kết cấu là tải trọng dùng trong tính toán về bền mỏi hoặc trong tính toán có kể đến hệ số động. 119



Coi độ mảnh các phƣơng bằng độ mảnh giới hạn:


BÀI 6 - GIẢI PHÁP CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN CHI TIẾT


Nối thanh.

I.

Nối thanh bằng liên kết hàn.

1. 

Thƣờng dùng để nối trong nhà máy.



Nối đối đầu kết hợp ống cốt.



Thích hợp cho thanh bụng và thanh có đƣờng kính bằng nhau.



Hình thức gọn đẹp, đơn giản.



Mối nối tập trung, đƣờng hàn dễ giòn.





Nối đối đầu, dùng bản ốp ngoài và đƣờng hàn góc. Dễ thi công. 121











Chu vi cong để tránh hàn trên cùng tiết diện ngang, và chiều dài đƣờng hàn lớn hơn. Nối hàn đối đầu thông qua bản bích ngang và các lõi ống. Thích hợp để nối 2 thanh đƣờng kính khác nhau. Nối thanh bằng đƣờng hàn đối đầu kết hợp với thép bản và đƣờng hàn góc.

Nối thanh bằng bu lông.

2. 

Thƣờng dùng cho mối nối công trƣờng.



tb ≥ 30mm.



D1 ≥ D0 + (1 ~ 3)mm.



Đầu ống cắm vào mặt bích ≥ 2/3 tb. Phần dƣ ≥ 10mm. 123





Để vặn đƣợc bu lông:

hf - Chiều dày đƣờng hàn vòng ngoài, thƣờng chọn bằng chiều dày ống nối. d, d0 - Đƣờng Đƣờng kính bu lông và lỗ, thƣờng chọn d0 = d + (1,5 ~ 4)mm. Giá trị t rị 1,5 dùng cho d ≤ 20. 

Tính khả năng chịu kéo của bu lông sau s au khi giả thiết trƣớc đƣờng kính d.



Số lƣợng bu lông:

125

N - Nội lực tính toán của mối nối.


f tb - Cƣờng độ chịu kéo tính toán của vật liệu thép làm bu lông. γc - Hệ số điều kiện làm việc, γc - 0,8. 

Chiều dày mặt bích t b: tính theo sơ đồ hình quạt, 2 cạnh ngàm và 1 tự do, lực tập trung đặt trên bản tại vị trí bu lông có giá trị [N tb]. Tra bảng để xác định t bt. Chú ý nhân với hệ số:



Chọn sƣờn đứng. • tsd = tong,hsd = 80 ~ 150, b sd = (DB - D0) / 2. • Sƣờn tính sơ đồ côn sơn. • Đƣờng hàn ống với sƣờn hf ≈ tong. 126



II. Đầu thanh.




Thanh cánh thƣờng chạy suốt, thanh bụng đấu đầu vào thanh cánh bằng hàn hoặc bu lông.

Đầu thanh bụng thép góc.

1. 

Đấu trực tiếp vào thanh cánh bằng bu lông, hàn hoặc thông qua bản mã.



Khoét lỗ bu lông ở hai mặt thanh cánh bằng thép góc phải so le.

Đầu thanh thép ống.

2. 

Đầu thanh cánh dùng mặt bích - bu lông.



Đầu thanh bụng phải gia công:



Nung nóng, ép dập đầu ống, khoan lỗ, bẻ góc. 129





Xẻ dọc đầu thanh, hàn bản mã.



Cấu tạo riêng chi tiết đầu thanh phức tạp.

III. Nút liên kết. 1.

Nút gối.



Nút chịu nén phải kiểm tra áp lực cục bộ của bê tông móng.



Nút chịu kéo phải kiểm tra khả năng chịu lực của bu lông neo, chiều dài neo.



Cấu tạo nút phải đơn giản cho thi công ở công trƣờng.



Các bộ phận khác nhƣ bản đế, sƣờn, đƣờng hàn tính giống chân cột.



dlỗ = 2dblneo, long đen dày, hàn công trƣờng. 131




1.


Nút k h ác .



Có thể liên kết trực tiếp hoặc thông qua ống lồng, bản mắt.



Khi dùng bản mắt, phải có thêm sƣờn ngang hàn các bản mắt khác mặt phẳng với nhau.

135




Một đốt trụ dây neo


Một đốt trụ dây neo


Mố neo


Mố neo


Ăng ten trên tháp


Ăng ten trên tháp


Cẩu lắp đoạn tháp


Cẩu lắp trụ điện bằng trực thăng


Cẩu lắp trụ dây neo bằng trực thăng


Cẩu lắp trụ dây neo bằng trực thăng

















BG-Thep Dac Biet- Ket Cau Thap Tru

Recommend Documents