Nghiên cứu tính toán kết cấu móng trụ điện gió trên bờ

Bài viết Nghiên cứu tính toán kết cấu móng trụ điện gió trên bờ trình bày các nội dung chính sau: Phương pháp tính toán và cấu tạo cốt thép móng trụ; Ứng suất tại đáy móng trụ dưới tác dụng của tổ hợp bao; Tính toán cốt thép móng.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU MĨNG TRỤ ĐIỆN GIĨ TRÊN BỜ Vũ Hồng Hưng1, Vũ Ngọc Hồng2, Nguyễn Phương Thúy2 Trường Đại học Thủy lợi, email: thuynp73@wru.vn Sinh viên Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi ĐẶT VẤN ĐỀ Điện gió lĩnh vực phát triển mạnh mẽ Việt Nam với trang trại điện gió bờ ngồi khơi Ngồi trụ turbine điện gió nhập khẩu, phần móng trụ điện gió chủ yếu dựa vào tổng thầu nước Với kiến thức học nghiên cứu tài liệu, tác giả tiến hành phân tích trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu khối móng trụ điện gió bờ dựa phương pháp PTHH ứng dụng phần mềm kết cấu chuyên dụng để thiết lập mối quan hệ kích thước hình học móng trụ điện gió với điều kiện địa chất khác từ dễ dàng lựa chọn kích thước móng phù hợp cho loại đất đảm bảo điều kiện ổn định, tính tốn bố trí cốt thép cho kết cấu móng để đảm bảo điều kiện độ bền Kết báo áp dụng thực tiễn thiết kế kết cấu móng trụ điện gió đặt trực tiếp đất phát triển móng cọc PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) phương pháp tìm dạng gần hàm chưa biết miền xác định Đối với kết cấu móng trụ điện gió chia thành phần tử khối hộp nối với điểm nút ràng buộc chuyển vị thẳng theo phương Dựa mối quan hệ ma trận độ cứng phần tử, véc tơ chuyển vị nút véc tơ tải trọng xác định chuyển vị nút ứng suất phần tử theo phương Việc tính tốn thực phần mềm phân tích kết cấu [2] 2.2 Mơ hình biến dạng cục Winkler Tại điểm (ở mặt đáy) phản lực p(x) tỷ lệ bậc với độ lún s(x): p(x) = ko.s(x), ko hệ số (kN/m3) khơng phụ thuộc vào chiều sâu Mơ hình Winkler coi đất hệ lò xo đặt thẳng đứng khơng chịu kéo, dài nhau, có độ cứng c = ko.A (kN/m) làm việc độc lập với nhau, A diện tích tác dụng lị xo Khi thực phần mềm gán trực tiếp hệ số lên mặt phần tử, phần mềm tự động tính tốn độ cứng lị xo với diện tích tác dụng tương ứng điểm nút 2.3 Phương pháp tính tốn cấu tạo cốt thép móng trụ Theo nguyên tắc đặt cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép, cốt thép chịu lực đặt theo phương tác dụng mô men chịu ứng suất kéo mơ men gây mặt cắt ngang tính tốn với bề rộng đơn vị chiều dài Đặt thép hướng tâm chịu ứng suất kéo mô men Mr gây ra, thép hướng vòng chịu ứng suất kéo momen tiếp tuyến Mt gây (Hình 1) [1] Giá trị nội lực mặt cắt tính tốn xác định từ ứng suất pháp mặt cắt sử dụng phương pháp Section Cut phần mềm phân tích kết cấu tham khảo tài liệu [2] 202 Hình Cốt thép chịu lực Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 + Trọng lượng thể tích:  = 24,5 (kN/m3) + Mơ đun đàn hồi: E = 2,65×107 (kN/m2 ) + Hệ số Poisson:  = 0,2 Hệ số ko: + TH1 - ko=50.000 (kN/m3); + TH2 - ko = 100.000 (kN/m3); + TH3 - ko = 150.000 (kN/m3) SỐ LIỆU TÍNH TỐN Một móng trụ trịn có kích thước mặt cắt ngang qua tâm móng cho Hình với chiều cao phần chuyển tiếp phần trụ đáy phần trụ đỉnh h (m) Hình Mặt cắt ngang móng trụ 3.1 Mơ hình móng trụ Bao gồm: Phần đáy; phần đỉnh; phần chuyển tiếp lò xo Đặc trưng vật liệu: 3.2 Tải trọng Tải trọng tác dụng lên đỉnh móng trụ điện gió nhà cung cấp thiết bị cung cấp với tổ hợp tải trọng ứng với trường hợp làm việc bất lợi lực theo phương Do giới hạn khuôn khổ báo, Bảng thể thể trường hợp tải trọng tổng số 16 trường hợp bất lợi lực mơ men [3] Bảng Tải trọng tính tốn Tải Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN) Fxy (kN) Mx (kNm) My (kNm) Mz (kNm) Mxy (kNm) Fxy max 1059.1 -746.3 -5211.6 1295.6 80098.0 70973.5 2910.6 107018.0 Mxy max 936.4 83.6 -5427.1 940.1 -1086.6 129428.0 603.8 129433.0 Fz max 456.2 109.3 -4870.1 469.1 -14572.0 43866.0 631.2 46223.0 Tổ hợp XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO MÓNG 4.1 Ứng suất đáy móng trụ tác dụng tổ hợp bao Hình thể ứng suất đáy móng tác dụng trường hợp bao trường hợp nêu Bảng Hình Ứng suất đáy móng trụ từ trái qua phải: S11, S22, S33 4.2 Thiết lập mối quan hệ chiều cao móng trụ phản lực (h~ Fz) Hình Biểu đồ h~Fz TH Ko = 50.000kN/m3 Hình Biểu đồ h~Fz TH Ko = 100.000kN/m3 203 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Hình Bố trí thép hướng tâm hướng vịng KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 1) Đã thiết lập biểu đồ tổng tra quan hệ h~ko sau: Hình Biểu đồ h~Fz TH Ko =150.000kN/m3 Phân tích xu hướng kéo nén mép biên móng, thiết lập mối quan hệ đường kính móng D chiều cao h cho thấy h = m thỏa mãn điều kiện nén tồn đáy móng: Ta có: h   0, 08 D 25 => Vậy h = 0,08D Chọn h = m; ko = 100.000 (kN/m ) - đất sét pha cát đầm kỹ, D = 25 m để tính tốn cốt thép TÍNH TỐN CỐT THÉP MĨNG 5.1 Xác định nội lực mặt cắt Hình Mặt cắt tính tốn nội lực Sau tính tốn Section cut vị trí cho Hình 5, ta có bảng nội lực sau: Bảng Nội lực mặt cắt Hình Biểu đồ quan hệ h~ko Vùng gạch chéo vùng có chiều cao móng (h) đảm bảo Người thiết kế tra nhanh chiều cao móng gặp địa chất khác nhau, tiết kiệm thời gian tính tốn 2) Từ kết phân tích với hệ số nền: + ko = 50.000 kN/m3 (Đất đầm chặt lẫn sỏi, đất sét có độ ẩm nhỏ): h = 1,5m thỏa mãn; + ko = 100.000 kN/m3 (Đất pha cát đầm kỹ): h = 1,5 m; h = 2,0 m thỏa mãn; + ko = 150.000 kN/m3 (Đất sét cứng): h = 1,5 m; h = 2,0 m; h = 2,2 m; h = 2,5 m thỏa mãn Điều có nghĩa khơng phải trọng lượng thân móng lớn ổn định, ổn định khối móng cịn phụ thuộc vào địa chất nền, mô men quay lực tác dụng 3) Do móng nơng với độ sâu đặt móng khơng lớn nên tính tốn coi hệ số khơng phụ thuộc vào chiều sâu chơn móng SectionCut M1 M2 M3 Text KN-m KN-m KN-m S1.1 -158.51 -32.253 -123.77 S1.2 -1259.59 -514.27 -538.22 TÀI LIỆU THAM KHẢO S1.3 -4627.10 -2366.14 -559.85 S2.3 -923.59 -828.832 15.294 1] ThS Ngô Quang Hưng (2016), Tính tốn cấu tạo trịn bê tơng cốt thép theo TCVN 5574:2012, Tạp chí KHCN Xây dựng, (3), tr 56-61 [2] Vũ Hoàng Hưng nnk (2012, 2016), SAP2000 - Phân tích kết cấu cơng trình thủy lợi thủy điện, NXB Xây dựng [3] WEIJIE.LENG (2020), Winturbine EN45_EN156_140HH Foundation Load Report, Update the mean load, Page 4-6 5.2 Bố trí cốt thép 1) Cốt thép hướng tâm: Thép hướng tâm tính với mặt cắt có nội lực lớn S2.3 2) Cốt thép hướng vòng: Cốt thép hướng vịng tiến hành tính tốn mặt cắt S1.1, S1.2 S1.3 204 ... LIỆU TÍNH TỐN Một móng trụ trịn có kích thước mặt cắt ngang qua tâm móng cho Hình với chiều cao phần chuyển tiếp phần trụ đáy phần trụ đỉnh h (m) Hình Mặt cắt ngang móng trụ 3.1 Mơ hình móng trụ. .. hợp XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO MÓNG 4.1 Ứng suất đáy móng trụ tác dụng tổ hợp bao Hình thể ứng suất đáy móng tác dụng trường hợp bao trường hợp nêu Bảng Hình Ứng suất đáy móng trụ từ trái qua phải: S11,... khơng phải trọng lượng thân móng lớn ổn định, ổn định khối móng cịn phụ thuộc vào địa chất nền, mô men quay lực tác dụng 3) Do móng nơng với độ sâu đặt móng khơng lớn nên tính tốn coi hệ số khơng