Thiết kế nền móng máy

5.6.1 Các tài liệu cần có để thiết kế móng máy 5.6.1.1 Số liệu về đặc tính của máy

- Đặc tính chung, tên, dạng, các tham số cơ bản, mác máy;

- Bản vẽ liên kết máy vào móng: các bộ phận liên kết, thiết bị phụ trợ, các hệ thống dẫn, bố trí các lỗ, rãnh và kích thước của chúng;

- Sơ đồ điểm đặt lực, trị số tĩnh lực truyền xuống móng;

- Trị số, hướng tọa độ điểm đặt của tải trọng động xuất hiện khi máy hoạt động.

5.6.1.2 Số liệu về nơi đặt máy

- Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn khu đất xây dựng;

- Sơ đồ bố trí máy trong nhà;

- Sơ đồ bố trí các máy đặc biệt có thể tạo ra các chấn động tới các công trình xung quanh

5.6.2 Tính toán móng khối dưới máy hoạt động có chu kỳ

Máy hoạt động có chu kỳ khi làm việc sẽ xuất hiện các lực quán tính không cân bằng thay đổi theo thời gian với quy luật chu kỳ. máy gắn chặt với móng và có độ cứng lớn hơn nhiều so với đất nền nên khi tính toán móng về phương diện dao động thường dùng sơ đồ của Pavliuc N.P. coi móng như vật thể tuyệt đối cứng đặt trên nền đàn hồi (hình 5.3),

Khi dao động, móng có thể có các dao động tự do hay dao động cưỡng bức. Móng có ba trục quán tính chính: trục quán tính chính thẳng đứng oz đi qua trọng tâm diện tích đế móng, hai trục ox và oy song song với các trục quán tính của đáy móng (hình 5.4). Vì thế dao động của móng gồm 3 thành phần độc lập:

- Dao động thẳng đứng và dao động quay quanh trục oz - Dao động ngang và dao động quay quanh trục ox và oy.

Với các điều kiện trên và không xét quán tính của nền thì hệ phương trình vi phân dao động của hệ:

t) p(z, z K z

m z  (5.5)

) t p(z, h

K x K x

m x  x o (5.6)

t) , M(

x h K Qh

h K

θ K x o

o 2 o

o x  

   

 



 





 

 (5.7)

t) M(ψ(

ψ K ψ

θψ ψ  (5.8)

Trong đó:

m - khối lượng móng;

z, x, φ, ψ - các chuyển vị tương ứng và góc xoay của trọng tâm móng tại thời điểm xét;

ψ , , x , z   

  - đạo hàm bậc hai theo thời gian của các chuyển vị và các góc xoay tương ứng;

Kz = CzF; Kx = CxF; zKφ = CφJ; Kψ = CψJz; (5.9) Q – trọng tâm móng và máy;

θ, θφ - mô men quán tính của móng tương ứng với một trong những trục chính năm ngang ox và thẳng đứng oz;

ho - khoảng cách từ đáy đến trọng tâm thân móng;

P(z,t); P(x,t) - các thành phần của tổng hợp lực kích thích tác dụng lên móng;

M(φ,t); M(ψ,t) - mô men các lực kích thích tương ứng trục oy, oz.

Giải hệ phương trình trên tìm được biên độ dao động của móng do tác dụng tải trọng động dạng bất kỳ.

193

5.6.3 Thiết kế móng khối dưới máy búa 5.6.3.1 Chiều dày phần móng

Khi máy búa có phần dập P ≤ 60 kN, thì chiều dày tối thiểu của phần móng ở dưới được xác định theo bảng 5.3 dưới đây.

Bảng 5.3 – Chiều dày tối thiểu của móng

P (kN) Chiều dày tối thiểu phần móng dưới đe (m)

≥ 10 1,00

10 - 20 1,25

20 - 40 1,75

40 - 60 2,25

5.6.3.2 Diện tích sơ bộ đáy móng Xác định theo công thức sau:

o

R vG

F  20(1) (5.10)

Trọng lượng của móng:

Gm = 8(1+ε)vGo- G1 (5.11)

Trong đó:

Go - trọng lượng phần đập của máy buá, kN;

G1 - trọng lượng đe, móng và máy, kN;

ε - hệ số phục hồi tốc độ khi đập, phụ thuộc vào tính đàn hồi của vật bị đập;

ε = 0,5 - búa máy đập khuôn để đập sản phẩm thép; ε = 0 - sản phẩm kim loại màu;

ε = 0,55 - búa rèn;

v - tốc độ ở thời điểm đập của búa, m/s; với búa một chiều v 2gho ; búa hai

chiều 



 



 



o

o G

1 pf 2gh 0,65 v

(trong đó ho – chiều cao đập búa, m; f - diện tích pít-tông, m2; p - áp suất trung bình của hơi).

5.6.3.3 Kiểm tra kích thước móng theo biên độ dao động Điều kiện kiểm tra:

 

 A G K

εvG 1 0,2 A

z o

z 



 (5.12)

Trong đó:

Kz - hệ số độ cứng của nền;

G - trọng lượng của móng, đe, bệ móng, đất đắp trên các bậc của tấm phía dưới;

[A] - Trị số biên độ dao động cho phép lấy theo bảng 5.4.

Bảng 5.4 - Trị số biên độ dao động cho phép [A] đối với móng các máy hoạt động theo chu kỳ

Loại máy Số vòng quay trong 1 phút

[A],

mm Ghi chú

Máy có cơ cấu tay quay - thanh truyền

200 200 – 400

400

0,25 (0,30) 0,20 0,15

Máy nghiền 100 - 400 0,30

Các máy điện (động cơ máy phát điện, máy bù đồng bộ)

500 500 – 750

750

0,20 0,15 0,10 Các máy tuốc-bin (máy phát điện

tuốc-bin, quạt gió điện tuốc-bin, máy nén tuốc-bin và các máy khác)

1500 3000

0,07 0,04

Các máy có tác dụng nện 1,20

5.6.3.4 Kiểm tra điều kiện áp lực

Điều kiện: P ≤ [R] (5.13)

Trong đó:

P - ứng suất dưới đáy móng;

[R] - sức chịu tải cho phép của nền dưới đáy móng;

Khi kiểm tra điều kiện áp lực lên đất nền P ≤ [R], cần chú rằng do có tải trọng động nên sức chịu tải của nền đất phải nhân với hệ số giảm  lấy theo bảng 5.5 dưới đây:

Bảng 5.5 - Hệ số giảm  khi xác định sức chịu tải của nền

Loại máy dưới móng 

Các máy có cơ cấu tay quay - thanh truyền 1,0

Các máy tuốc-bin và các máy điện 0,8

Các móng máy búa 0,4

Các thiết bị cán, thiết bị nghiền và xay 1,0 5.6.4 Độ lún của nền khi rung

Độ chặt tương đối của nền cát khi chịu nén rung lớn nhất có thể của đất:

min max

min

e e

e'-e

D'  (5.14)

Trong đó:

e’ - hệ số rỗng động lực ứng với sự nén chặt rung của đất với tải trọng cho trước;

emax, emin - hệ số rỗng ở trạng thái rời rạc nhất và chặt nhất của cát:

Cát thô: D’ = 0,55 - 0,80; cát vừa D’ = 0,58 - 0,60; cát nhỏ D’ = 0,80 - 0,82; xỉ D’ = 0,40 - 0,60. nếu độ chặt tự nhiên của cát D < D’ thì móng bị lúc do tải trọng rung.

195

Hệ số rỗng e’ xác định theo thí nghiệm các mẫu đất nguyên dạng chịu lực rung đủ mạnh (gia tốc tới 2s), đồng thời chịu áp lực bằng áp lực do tải trọng ngoài và trọng lượng bản thân của đất.

Gia tốc zthtìm theo đường cong nén rung:











  g f z

D'  ứng với lúc đất bắt đầu bị nén rung mạnh.

Giả thiết gia tốc dao động rung của móng trong đất không no nước giảm dần theo độ sâu bằng quan hệ:

zthztheβz (5.15)

Trong đó:

z

th- gia tốc tại đáy móng;

β - hệ số tắt dần, đối với cát β = 0,07 – 0,10 m-1 z - độ sâu kể từ đáy móng.

Dựng đường cong biến thiên của gia tốc tác dụng theo tài liệu thí nghiệm và đường cong gia tốc tới hạn zththeo công thức 5.15, rồi tìm giao điểm hai đường cong này. Độ sâu của điểm đó là chiều dày tầng nén chặt Hd (hình 5.5).

Khi chịu rung, đất được nén chặt tới hệ số rỗng e’ và biết hệ số rỗng tự nhiên của đất eo, độ lún được xác định theo công thức:

 

n

1 o

o

i 1 e

e' h e

S (5.16)

Trong đó, n là số lượng lớp đất kể từ đáy nguồn dao động đến độ sâu Hd.

Cát bụi, cát hạt nhỏ no nước có cấu trúc xốp thường dễ bị hóa lỏng hơn. Để đất không bị hóa lỏng thì phải không xuất hiện ứng suất đổi dấu trong tầng đất. Điều kiện đơn giản nhất để đất không bị hóa lỏng khi có sự dỡ tải phân bố đều liên tục cường độ không đổi P và tải trọng tức thời Pt tác dụng theo chu kỳ:

γ’h(2ζπ + 1) – (P – Pt) ≥ 0 (5.17)

Ở đây:

γ’ - dung trọng riêng của đất (có xét đến đẩy nổi);

h - chiều sâu đặt móng;

ζ - hệ số áp lực hông của đất.

5.6.5 Biện pháp chống rung động

Chống rung động nhằm mục đích bảo vệ cho máy móc đang làm việc, các máy móc lân cận, các thiết bị chính xác, các công trình lân cận và bảo vệ sức khỏe cho công nhân đứng máy.

Chống rung động có thể bằng cách chủ động: dùng biện pháp chống rung để cách ly bản thân nguồn rung động, hoặc bằng cách thụ động như dùng biện pháp chống rung để cách ly bản thân vật cản cần được bảo vệ. Biện pháp chống rung bằng các đệm đàn hồi, lò xo và tấm nhằm thu một phần năng lượng dao động và giảm khá lớn biên độ dao động (hình 5.6).

Các vật cách ly dao động sẽ làm thay đổi tần số dao động tự do của hệ, vì thế cần tính toán để nó không những mang lại hiệu quả mà còn làm xấu hơn (hệ tiến gần đến cộng hưởng). Nếu biện pháp cách ly dao động không có hiệu quả hoặc không đủ khả năng về mặt kỹ thuật thì có thể dùng biện pháp đặt máy trên móng cọc, sẽ giảm có hiệu quả biên độ và tần số dao động.