HƯỚNG DẪN TÍNH MÓNG VÀ XÀ CỘT ĐIỆN

rung, nứt.Các công thức dùng để xác định các trạng thái giới hạn như sau: Đối với TTGH thứ nhất : N ≤Φ Đối với TTGH thứ hai : f ≤ fgh Trong đó lực tính toán N trong kết cấu là nội lực lớ

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KẾT CẤU PHẦN XÂY DỰNG

Khoảng cách từ đáy móng đến bề mặt đất gọi là độ chôn sâu móng Trị số

độ chôn sâu được xác định theo tính toán

Khi thiết kế nền móng cột đường dây tải điện phải căn cứ vào các tài liệu sau:

- Bản vẽ địa hình địa mạo nơi xây dựng

- Các tài liệu về cột khoan địa chất và các mặt cắt địa chất Trong tài liệu này phải ghi rỏ cao trình các lớp đất, mô tả sơ bộ các lớp đất, khoảng cách các lỗ khoan, vị trí lấy các mẫu đất thí nghiệm, mực nước ngầm xuất hiện và ổn định

- Các tính chất lý hóa của nước ngầm, độ pH , tính xâm thực v.v

- Các chỉ tiêu cơ học và vật lý của các lớp đất: Thành phần hạt, dung trọng, tỷ trọng, độ ẩm, giới hạn nhão, giới hạn dẻo, hệ số thấm, góc nội ma sát, lực dính, kết quả thí nghiệm nén v.v

Tính toán nền móng là vấn đề khó khăn nhất khi thiết kế kết cấu đường dây tải điện Lý do là đường dây tải điện là một công trình có chiều dài lớn đi qua nhiều vùng có địa chất khác nhau, không thể nào xác định chính xác tính chất của đất cho mỗi loại cột

2.1.1.2- Phương pháp tính: Hiện nay, có 3 phương pháp tính toán.

a Phương pháp ứng suất cho phép: ứng suất gây nên bởi tải trọng bên ngoài phải bé hơn hoặc bằng ứng suất cho phép [σ] của vật liệu [s] đã tính đến

hệ số an toàn n

n = [σσch]Trong đó: sch ứng suất chảy của vật liệu

b Phương pháp tải trọng phá hoại: Tải trọng dùng trong phương pháp này

là tải trọng phá hoại Hệ số an toàn tính theo công thức sau:

n =

tc

ph

P P

Trong đó: Pph Tải trọng phá hoại

Ptc Tải trọng tiêu chuẩn

c Phương pháp trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ

đó trở đi kết cấu không thỏa mản yêu cầu đề ra cho nó Công trình không sử dụng được bình thường hoặc bị hư hỏng hoàn toàn Có 2 trạng thái giới hạn:

- Trạng thái giới hạn thứ nhất I (Theo cường độ và ổn định): áp dụng cho các công trình thường xuyên chịu tải trọng ngang, các công trình xây trên mái dốc, các công trình có nền là đá

Mục đích việc tính toán là đảm bảo cường độ và ổn định cho công trình trong mọi tình huống bất lợi nhất Dưới tác dụng của tải trọng, công trình bị phá hoại vì nền dất không đủ sức chịu tải Ngoài ra, với những điều kiện cụ thể nào

đó, công trình có thể bị nghiêng hoặc trượt trên nền dốc Công thức:

- Trạng thái giới hạn thứ II (Theo biến dạng): áp dụng cho mọi công trình trừ trường hợp công trình có nền là đá

Mục đích của việc tính toán là hạn chế độ lún, độ lún lệch và độ nghiêng (hay chuyển vị ngang) của móng để đảm bảo công trình không bị phá hoại hoặc đảm bảo sự làm việc bình thường của nó

Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái mà kết cấu thôi không thỏa mãn các yêu cầu đề ra đối với công trình khi sử dụng cũng như khi xây lắp Đối với kết cấu chịu lực, người ta xét các TTGH sau:

- TTGH thứ nhất: Mất khả năng chịu lực hoặc không còn sử dụng được nữa Bao gồm phá hoại về độ bền, mất ổn định

rung, nứt.

Các công thức dùng để xác định các trạng thái giới hạn như sau:

Đối với TTGH thứ nhất : N ≤Φ

Đối với TTGH thứ hai : f ≤ fgh

Trong đó lực tính toán N trong kết cấu là nội lực lớn nhất xảy ra trong suốt quá trình sử dụng, xác định theo tải trọng tính toán

Đại lượng Φ = m.R.F.A là khả năng chịu lực tối thiểu của kết cấu, phụ thuộc vào cường độ tính toán của vật liệu R, hệ số điều kiện làm việc của kết cấu m, đặc trưng hình học của tiết diện F và hệ số về trạng thái làm việc A của kết cấu

Hệ số điều kiện làm việc m thông thường m = 1

Đặc trưng hình học tiết diện F là diện tích, mômen chống uốn hoặc mômen quán tính

Đại lượng A là các hệ số tương ứng với từng trạng thái làm việc của kết cấu về ổn định, mỏi và bền Ví dụ A sẽ là j: Hệ số uốn dọc của thanh chịu nén đúng tâm

Đại lượng f là biến dạng xác định theo tính toán và giá trị fgh là biến dạng giới hạn lấy theo quy phạm Vì fgh quy định theo điều kiện sử dụng bình thường nên f được tính theo tải trọng tiêu chuẩn

* Nguyên tắc tính toán kết cấu xà:

- Giả thiết trước các thông số về hình học, tiết diện, độ cứng của kết cấu

- Xác định nội lực và kiểm tra tiết diện và sự làm việc của kết cấu theo hai trạng thái giới hạn trên

Trong mọi trường hợp, kết cấu và bộ phận cần được kiểm tra theo các TTGH thứ nhất, còn đối với TTGH thứ hai thì chỉ tiến hành kiểm tra khi mà chuyển vị gây điều kiện trở ngại cho sử dụng của kết cấu

2.2 Tính toán móng cột BTLT:

2.2.1 Tính toán sự ổn định của móng:

Sự làm việc ổn định của móng chủ yếu dựa vào sức bền của đất dưới đế móng, trong tính toán bỏ qua sức kháng của khối đất xung quanh Phương pháp tính toán là phương pháp tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất

Khi móng chịu tác dụng của tải trọng ngang, có thể xảy ra các trường hợp nền chịu nén như sau :

Nền chỉ chịu nén Nền chịu kéo và nén

Ứng suất dưới đáy móng xác định theo công thức:

σtb =

F

Qd Qm

Qd Qm

N 4 2

Trong đó : ∑N= Ntc

d + Qm + Qd; e = ∑N

hp Px

Móng chống lật có nhiệm vụ chủ yếu là chống lại lực lật (lực ngang) làm

đổ cột Ngoài lực ngang, trên móng còn chịu tác động của tải trọng thẳng đứng

K =

tc

ph S

S

Trong đó: Sph - tải trọng phá hoại (khả năng bền vững của nền)

Stc - tải trọng tiêu chuẩn đặt lên móng Trị số K cho trong bảng 2

a/ Trường hợp móng chôn sâu (không móng hoặc móng giếng):

Công thức kiểm tra chống lật như sau:

K.S ≤ 1 m b h 2

αµTrong đó: α =

h H

' 1

.

+Trong đó:

d1 - đường kính (hay bề rộng) thanh ngáng;

d'o , d o - đường kính cột tại vị trí lắp thanh ngáng và đường kính trung bình của phần chôn sâu cột trong đất

b - chiều rộng tính toán ; b = do.kog kog tra bảng 5

θ2 - được tính theo phương trình :

h E

K S h

y 667 , 0 h

y 2 33 , 1

Móng chôn sâu đặt 1 thanh ngáng

Thanh ngáng

L

Trong đó :

5 0 tg

1 h

H h

H 5 , 1

h

d 5 , 1 1 tg 1

ko h b

ϕ + θ θ

=

θ , θ2: Tra theo bảng 6, ko: Tra bảng 7

Qo - tổng trọng lượng đặt lên nền, kể cả trọng lượng móng

S - tổng lực ngang (lực tính toán) lên cột

Móng ngắn không cấp Móng ngắn có cấp

+ Móng ngắn có cấp: Công thức kiểm tra giống hệt như trường hợp

móng ngắn không cấp với Qo bao gồm cả trọng lượng đất bao quanh móng

Để tránh sự phá hoại của đất nằm trên cấp móng phía mặt trước cần phải thỏa mãn điều kiện: En ≤ E'n

Trong đó: En - sức kháng của đất ở phía mặt sau móng;

E'n - sức kháng của đất ở phía mặt trước móng

1 o

γ Tra theo bảng 4; Φ 2Tra theo bảng 6; k0 tra theo bảng 7

Cát to lẫn đá dăm khô 10 1.12 1.16 1.20 1.40 1.61 1.87Đất sét khô rất chặt 11 1.15 1.21 1.26 1.51 1.77 2.02

2.2.3 - Tính toán móng chống nhổ:

Móng chống nhổ sử dụng cho cột BTLT chủ yếu là móng néo Sự làm việc ổn định của loại móng này chủ yếu là do trọng lượng khối đất bị bật lên và lực ma sát giữa thành móng với khối đất xung quanh Sơ đồ tính toán như hình

vẽ

a Khi góc β < 75o: Công thức kiểm tra như sau

I k

(1 B).

A b

h 3

2 ) 1 '.( − ξ 2 η 2 + − ξ 2

λ

= λ

sin cos cos

cos

ϕ

− ϕ β

β + ϕ

= λ

ϕ - góc ma sát trong của đất (Tra bảng 4)

Các hệ số η, ξ, A, B: Tra bảng 8, 9

b/ Khi góc 75o≤ b < 90o: Công thức kiểm tra như sau

T k ≤ I , I= γ o.Vd +Co.S

Trong đó : γo - trọng lượng riêng của đất đắp;

Vd - thể tích khối đất bị bật lên có kể cả góc nghiêng

ψo;

ϕ ϕ +

+ +

= h tg ) tg

3

4 b a (

h h b a

c Đưa tải trọng tác dụng trên mặt cấu kiện về trục của nó.

d Thay các liên kết tựa bằng các liên kết tựa lý tưởng (không có ma sát).Nếu sơ đồ công trình đã đáp ứng để có thể tính toán thì chúng ta có thể dùng ngay sơ đồ đó làm sơ đồ tính Nếu sơ đồ công trình còn quá phức tạp, tiếp

tục đưa sơ đồ công trình về sơ đồ tínhbằng cách loại bỏ đi 1 số yếu tố phụ khác nhưng vẫn đảm bảo sát với thực tế công trình

Khi tính toán các loại xà, dựa vào phương pháp tính có thể chia sơ đồ tính thành 2 hệ như sau:

+ Hệ tĩnh định: Là những hệ khi muốn xác định các phản lực và nội lực ta chỉ cần viết các phương trình cân bằng tĩnh học

Ví dụ: 2 hệ tỉnh định thường gặp

Nội lực trong các hệ tỉnh định chịu tải trọng chỉ phụ thuộc vào sơ đồ hình học của hệ và phụ thuộc vào các dạng tải trọng tác dụng, không phụ thuộc vào kích thước tiết diện

+ Hệ siêu tĩnh: Là hệ nếu chỉ dùng các phương trình cân bằng tĩnh học ta không thể xác định được toàn bộ các phản lực và nội lực trong hệ Muốn xác định các phản lực và nội lực của hệ ta phải viết thêm các phương trình phụ xuất phát từ các điều kiện biến dạng hoặc chuyển vị

Ví dụ: 2 hệ siêu tỉnh thường gặp

2.3.2 - Tính toán các loại xà:

Kết cấu xà của các công trình đường dây tải điện đa dạng, phụ thuộc vào

sự làm việc của kết cấu đường dây Thông thường các xà thường hay gặp là xà

* Trường hợp: Sự cố, đứt 1 dây pha dưới

Vì đây là sơ đồ tính toán tĩnh định nên chỉ cần xác định nội lực bằng các phương trình cân bằng tỉnh học Giả sử thanh xà được chọn có đặc trưng hình học tiết diện F, momen kháng uốn là Wx , Wy Công thức kiểm tra như sau :

[ ]cp Wy

My Wx

Mx F

G , G' : Trọng lượng tính toán của dây, xà và sứ

Pg : Lực gió tính toán tác dụng thẳng góc lên dây

lc d q Cx kd 2 , 1

Cx : Là hệ số khí động

α : Hệ số ảnh hưởng đến sự phân bố không đồng đều của tải trọng gió trên khoảng cột

kd : Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao

q : áp lực tiêu chuẩn của tải trọng gió

d : Đường kính của dây dẫn

lc : Chiều dài khoảng cột

T : Lực căng dây tính toán tác dụng lên xà; trong trường hợp dây bị đứt một pha dưới Thường T = 150 kg

G’

Pg/2

Lt T

Ltt : Nhịp tính toán của cánh xà, Ltt = L - a; a là khoảng cách từ trục cột đến vị trí liên kết xà vào cột.

j : Hệ số uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh λ Tra bảng

Tính độ mảnh: λ = lo/r ; lo là chiều dài tính toán

lo = µ.Ltt ; Hệ số µ phụ thuộc vào sơ đồ liên kết Với sơ đồ (b) thì µ = 2

r : Bán kính quán tính tiết diện;

Khi chọn sơ bộ kích thước tiết diện xà cần phải đảm bảo độ mảnh λ≤ [λ] theo quy định như sau:

+ Đối với thanh chịu nén:

Thanh cánh: [λ] = 120Thanh giằng: [λ] = 150 + Đối với thanh chịu kéo:

Thanh cánh : [λ] = 250Thanh giằng : [λ] = 400[σcp]: ứng suất cho phép của vật liệu, đối với thép CT3 [σcp] = 2100 kg/cm2

Ngoài ra trong điều kiện bình thường cần phải kiểm tra điều kiện biến dạng:

f ≤ [ fcp ] ;

J E 3

L P

f = 3tt (1-2)Trong đó:

[fcp] là độ võng cho phép quy định theo quy phạm (TCVN 5575 - 1991) [fcp] = L

Chọn sơ đồ tính toán là (d): Đây là sơ đồ hệ siêu tỉnh, để xác định nội lực thì ngoài các phương trình cân bằng, cần phải có thêm các phương trình phụ xuất phát từ điều kiện biên.

* Trường hợp bình thường: * Trường hợp sự cố đứt dây:

Trong đó: Nd, N’d- Hợp lực của dây dẫn, do lực căng dây gây ra Phụ thuộc vào góc lái α

n 2 sin Td 2

α

=

2 cos sin lc d q Cx 2 , 1 Pg

Sau khi xác định được nội lực của hệ , kiểm tra lại các điều kiện như đã trình bày phần tính toán xà đỡ thẳng

L2

Pg+Nd G

Hướng gió

H2

H3

Chọn sơ đồ tính toán là (c): Đây là sơ đồ hệ siêu tỉnh.

* Trường hợp bình thường: * Trường hợp sự cố đứt dây:

2.3.3 Tính toán liên kết xà:

Để thuận tiện cho việc chế tạo cũng như thi công lắp dựng xà, các loại két cấu xà thép được liên kết chủ yếu bằng bu lông và liên kết hàn

1 Liên kết bu lông:

Trong liên kết chia ra 3 trường hợp chịu lực của bu lông:

- Trường hợp 1: Bu lông chịu kéo, khi lực tác dụng dọc theo thân bu lông

- Trường hợp 2: Bu lông vừa chịu ép mặt vừa chịu cắt, khi lực tác dụng thẳng góc với thân bu lông

- Trường hợp 3: Bu lông đồng thời chịu tác dụng của 2 trường hợp 1 và 2

ở mỗi trường hợp cần xác định nội lực tác dụng lên thân bu lông và yêu cầu giá trị nội lực đó không vượt quá khả năng chịu lực của bu lông

Công thức kiểm tra khả năng chịu lực của bu lông:

a Khả năng chịu lực cắt của bu lông:

bl c

2 0 c

bl

4

d n

bl

em d R N

c Khả năng chịu kéo của bu lông:

bl k

2 1 bl

4

d

N = π

G G

G’

P’g+N’d

a Td

thân bu lông (d1 < do).

nc - số mặt cắt qua 1 bu lông

∑δ - tổng nhỏ nhất các bề dày của liên kết bị ép mặt về một phía

bl k

bl em

Trong liên kết hàn chia ra 2 trường hợp:

- Liên kết hàn đối đầu: Tính toán sự làm việc của liên kết giống như sự làm việc thép cơ bản, tức là cũng kiểm tra kéo, nén và cắt Công thức kiểm tra như sau:

Chịu kéo, nén:

h n

h k h

R , R F

N ≤

= σ

Chịu uốn:

h k 2 h h h

R l.

M 6 W

σ

=

= σChịu kéo và uốn:

h k h h

R F

N W

M

≤ +

= σ

Fh = lh.dh ; lh = b - 1cm ; δh = δmin

Trong đó , lh - chiều dài tính toán đường hàn

l - chiều dài đường hàn

δmin- bề dày nhỏ nhất của các bản thép

h k

R - Cường độ tính toán đường hàn chịu kéo

- Liên kết hàn góc: Dưới tác dụng của lực, đường hàn góc chủ yếu chịu ứng suất cắt là chủ yếu Công thức kiểm tra như sau:

Chịu kéo, nén:

h g h h

R l

δ

= τ

∑ , δ h = 0 , 7 h h

Chịu uốn:

h g 2 h h h

R l.

M 6 W

M

≤ δ

=

= τ

Chịu cắt và uốn:

h g 2

h h 2

h

R F

Q W









Trong đó, hh - chiều cao đường hàn

h g

R - Cường độ đường hàn góc

Đối với thép góc đơn chịu kéo và nén với lực dọc N ở đường hàn sống sẽ chịu lực N1 và đường hàn mép chịu lực N2 , được xác định như sau:

N K

N1 = và N2 =(1 − K) N

K là hệ số phân phối lực đường hàn sống và hàn mép

2.3.4 Các ví dụ tính toán:

Ví dụ 1 : Tính toán xà đỡ thẳng có sơ đồ làm việc như hình H1 Sử dụng

dây dẫn XLPE 185, mạch đơn 3 dây Khoảng cột gió Lc = 70m Vùng địa hình II-B với áp lực gió là 95 daN/mm2 Khoảng cách pha L = 600 và Lt = 500

Trường hợp bình thường: Trường hợp đứt dây:

N = =

37 , 1

50 2 r

Lt r

lo =µ = =

=

Tra bảng hệ số uốn dọc ϕ = 0,768Kiểm tra điều kiện bền:

770 32 , 6

4750 42

, 9 768 , 0

45 , 133 Wx

Mx F

N

= +

= + ϕ

-Kiểm tra ổn định: Sử dụng tải trọng tiêu chuẩn

kg 6 , 83 1

50 6 , 83 J

E 3

L Ntc

3 3

kg 7 , 66 2

49

N 1

tc = =

kg 115 3 , 1

150

N 2

tc = =Kiểm tra điều kiện bền:

1584 32

, 6

7500 32

, 6

2450 42

, 9 768 , 0

7 , 66 Wy

My Wx

Mx F

cm 05 , 0 8 , 17 10 1 , 2 3

50 5 , 44 J

E 3

L N

3 3

50 115 J

E 3

L N

fy = 2tc 3tt = 6 3 =

cm 138 , 0 128 , 0 05 , 0 f

H2 Sử dụng dây dẫn XLPE 185, mạch đơn 3 dây Khoảng cột gió Lc = 70 m Vùng địa hình II-B với áp lực gió là 95 daN/mm2 Khoảng cách pha L = 600

mm, H = 400 mm và L2 = 300 mm

* Trường hợp bình thường: * Trường hợp sự cố đứt dây:

MT

Lt T.Lt

G Pg+Nd G

Thanh giằng

Thanh cánh 300

G’

P’g+N’d G

T

Thanh giằng

Thanh cánh 300

30 2 r

Lt r

19 , 559 32 , 6

2760 42

, 9 891 , 0

1028 Wx

Mx F

b/ Kiểm tra thanh chống: Nội lực được xác định theo phương pháp phần tử hữu hạn

98 , 0

1 , 72 1 r

Lt r

=

Tra bảng hệ số uốn dọc ϕ = 0,763Kiểm tra điều kiện bền :

Hình H2

62 31 , 2 63 , 4 763 , 0 Wx F

Kiểm tra ổn định: Không cần phải kiểm tra

* Trường hợp ở chế độ sự cố đứt dây, biểu đồ nội lực có dạng như sau:

Kiểm tra điều kiện bền:

32 , 6

6750 32

, 6

300 42 , 9 891 , 0

559 Wy

My Wx

Mx F

ϕ

= σ

* Kiểm tra điều kiện ổn định: Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả fx = 0,016 cm đảm bảo quy phạm cho phép

Không cần kiểm tra thanh chống

H3 Sử dụng dây dẫn XLPE 185, mạch đơn 3 dây Khoảng cột gió Lc = 70 m Vùng địa hình II-B với áp lực gió là 95 daN/mm2 Khoảng cách pha L = 500

G G

P’g+N’d

a Td

Hình H3

Chọn sơ bộ kích thước thanh xà L70x7 có các đặc trưng hình học sau

* Trường hợp bình thường ở chế độ có gió bão, biểu đồ nội lực có dạng như sau:

* Kiểm tra thanh cánh: Nội lực được xác định theo phương pháp phần tử hữu hạn

37 , 1

20 2 r

Lt r

lo =µ = =

=

Tra bảng hệ số uốn dọc ϕ = 0,94Kiểm tra điều kiện bền:

55 , 698 32 , 6

3300 42

, 9 94 , 0

1562 Wx

Mx F

70 2 r

Lt r

1994 32

, 6

10500 32

, 6

600 42 , 9 582 , 0

1302 Wy

My Wx

Mx F

a

N -