Nghiên cứu cấu tạo và tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện thép góc đơn có kể đến giảm yếu và độ lệch trục tại vị trí nú (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI HÀ HƯƠNG LAN NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN THANH CÁNH THÁP THÉP TIẾT DIỆN THÉP GÓC ĐƠN CÓ KỂ ĐẾN GIẢM YẾU VÀ ĐỘ LỆCH TRỤC TẠI VỊ TRÍ NÚT LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI HÀ HƯƠNG LAN KHÓA 2016 - 2018 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN THANH CÁNH THÁP THÉP TIẾT DIỆN THÉP GÓC ĐƠN CÓ KỂ ĐẾN GIẢM YẾU VÀ ĐỘ LỆCH TRỤC TẠI VỊ TRÍ NÚT Chuyên ngành:Xây dựng dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM THANH HÙNG Hà nội – 2018 LỜI CẢM ƠN Trước hết tơi xin bày tỏ bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất thầy cô Khoa Sau Đại học – Trường đại học Kiến Trúc – Hà Nội dẫn giúp đỡ suốt trình học tập tiến hành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Kết cấu thépgỗ có đóng góp quý báu cho thảo luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn khoa học TS Phạm Thanh Hùng- Khoa Xây Dựng- Trường đại học Kiến Trúc – Hà Nội tận tình giúp đỡ, dẫn tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu động viên trình hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè anh chị em đồng nghiệp có đóng góp, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn đọc Hà nội, ngày tháng năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn Thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu luận văn trung thực, có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Hà Hương Lan MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình minh họa Danh mục bảng biểu Trang MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Phạm vi, đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn NỘI DUNG CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÁP THÉP 1.1 Giới thiệu chung kết cấu tháp thép 1.2 Cấu tạo hệ cánh, bụng, vách cứng ngang 1.2.1 Thanh cánh 1.2.2 Thanh bụng 12 1.2.3 Vách cứng ngang 15 1.3 Ứng dụng tháp thép cơng trình truyền 16 tải điện viễn thơng 1.3.1 Một số cơng trình tháp thép viễn thơng, cơng trình truyền tải điện Việt Nam 16 1.3.2 Một số tháp thép viễn thông giới 20 1.4 Nhận xét chung 25 CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN THANH CÁNH 26 CỦA THÁP THÉP 2.1 Cấu tạo chung nút liên kết 26 2.2 Cấu tạo nút 33 2.2.1 Nút gối tựa 33 2.2.2 Các nút liên kết khác 34 2.3 Tính tốn cánh tháp thép tiết diện góc đơn 36 2.3.1 Chiều dài tính tốn, độ mảnh độ mảnh tới hạn 36 2.3.2 Tính tốn cánh có kể đến độ lệch trục giảm 40 yếu 2.3.3 Tính tốn cánh có kể đến độ lệch trục nối 44 2.3.3.1 Độ ổn định cánh 44 2.3.3.2 Thanh giằng bố trí đối xứng mặt tháp 45 2.3.3.3 Độ bền táp 48 2.3.3.4 Thanh giằng bố trí khơng đối xứng (so le) 50 mặt tháp 2.4 Nhận xét chung CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN 54 56 3.1 Tính tốn cánh tháp thép 56 3.1.1 Tính tốn cánh tháp thép kể đến độ lệch trục 56 giảm yếu 3.1.2 Ví dụ 2- Tính tốn cánh mối nối chồng 63 liên kết hàn 3.1.3 Ví dụ 3- Tính tốn cánh mối nối có táp 67 liên kết bu lông 3.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến làm việc 76 cánh 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng độ lệch tâm nối chồng 76 cánh đến ổn định 3.2.2 Khảo sát mức độ giảm yếu 77 3.3 Nhận xét chung 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 DANH MỤC HÌNH MINH HỌA Số hiệu Tên hình Trang Hình 1.1 Một số tháp viễn thơng cao giới Hình 1.2 Các dạng tiết diện thép Hình 1.3 Tháp dạng đứng Hình 1.4 Tháp thép dạng thon 10 Hình 1.5 Tháp dạng thon đổi độ dốc số lần 11 Hình 1.6 Hệ bụng tháp thép dạng dàn 13 Hình 1.7 Các loại vách ngang dạng hệ tháp thép 15 Hình 1.8 Tháp đài truyền hình Việt Nam 16 Hình 1.9 Cột tháp truyền hình Mễ Trì cao 250 m 17 Hình 1.10 Tháp đài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh 18 Hình 1.11 Tháp truyền hình Tam đảo 19 Hình 1.12 Tháp truyền hình Nam Định 20 Hình 1.13 Đường dây 500 kV Sơn La- Lai Châu 20 Hình 1.14 Tháp Eiffel 22 Hình 1.15 Quá trình xây dựng tháp Eiffel 23 Hình 1.16 Tháp Tokyo Sky- Tree 24 Hình 1.17 Tháp Canton Quảng Châu, Trung Quốc 25 Hình 2.1 Đường hàn đối đầu 27 Hình 2.2 Đường hàn góc 28 Hình 2.3 Các hình thức liên kết thép góc bu lơng 30 Hình 2.4 Nối thép góc thép góc 31 Hình 2.5 Bố trí bu lơng 32 hình Hình 2.6 Cấu tạo nút chân tháp 34 Hình 2.7 Cấu tạo nút liên kết cánh với bụng 35 Hình 2.8 Hình 2.9 Cấu tạo số nút liên kết bụng tháp sử dụng thép góc Chiều dài tính tốn hệ khơng gian 36 36 Nút tháp thép, mặt cắt vị trí giảm yếu để xác Hình 2.10 định tiết diện thực, mặt cắt ngang (1-1, 2-2,3-3,4-4) 40 mặt cắt zich zắc( a-b-c-d-e), (f-g-b-c-h-k) Hình 2.11 Xác định vị trí lỗ giảm yếu Vị trí hệ trục tọa độ 41 Phân phối mô men lên tiết diện cánh nút Hình 2.12 nút a- phân phối mo men nút trung 43 gian b- phân phối mô men nút gần chân tháp Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 3.1 Hình 3.2 Mặt cắt vị trí thay đổi tiết diện 1, –tiết diện thép góc; 3,4- trọng tâm cuả tiết diện Sơ đồ tính cánh hệ giằng bố trí đối xứng mặt, 1,2 thép góc Đồ thị xác định chiều dài tính tốn đoạn bậc hai đầu khớp [4] Sơ đồ tính cánh mặt so le nút 1,2thép góc Sơ đồ tính cánh hệ giằng bố trí so le mặt cạnh tháp Ví dụ tính tốn- 1,2 điểm đặt lực Nmd1 Nmd2; – trọng tâm tiết diện giảm yếu (a) sơ đồ tính (b)Mặt cắt ngang vị 44 46 48 52 53 57 63 cánh hệ giằng bố trí trí mối nối, 1,2- tiết diện đối xứng mặt, thép góc, 3,4 trọng tâm 1,2 thép góc tiết diện 1,2 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng, biểu Bảng 2.1 Tên bảng, biểu Chiều dài tính tốn hệ giàn Trang 37 khơng gian làm từ thép góc đơn Bảng 2.2 Giá trị hệ số d (dùng cho bụng xiên) 38 Bảng 2.3 Chiều dài quy ước xiên 38 Bảng 2.4 Độ mảnh giới hạn 39 Bảng 3.1 Độ chênh lệch ổn định cánh (Δkôđ ) 76 nối chồng hai cánh có tiết diện khác Bảng 3.2 Độ chênh lệch ổn định cánh (Δkôđ ) 77 nối chồng hai cánh có tiết diện giống Bảng 3.3 Độ lệch tâm thay đổi tiết diện bu lông (d1 = d2) 78 Bảng 3.4 Độ lệch tâm thay đổi tiết diện bu lông (d1  d2) 78 MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Hiện nay, cơng trình tháp thép ngày phổ biến, thường dùng làm cột đường dây tải điện, cột ăng ten vô tuyến, cột giàn khoan Kết cấu tháp thường hệ không gian ba mặt trở lên, cấu tạo từ (thanh cánh bụng) liên kết với nút Tiết diện thường sử dụng thép góc, thép ống, thép hình chữ I hay tổ hợp thép góc Với loại tháp thép thấp vừa thường cấu tạo từ thép góc đơn Chúng có hai mặt phẳng vng góc với nên dễ liên kết với Tuy nhiên, liên kết cánh tiết diện nên trục trục liên kết bị lệch tâm Do lực không qua trục cánh nên tạo lệch trục, lệch trục gây thêm mô men uốn cục tác dụng lên cánh vị trí nút Mặt khác, vị trí nối chồng cánh thay đổi tiết diện cánh lực dọc tác dụng lên hai tiết diện có lệch trục gây mô men uốn vị trí Việc tính tốn cánh theo TCVN [4] chưa đề cập cụ thể đến mô men độ lệch trục gây ra, ảnh hưởng mô men uốn yếu tố bất lợi khác đưa vào hệ số điều kiện làm việc C (Bảng 3, TCVN 55752012) Theo tiêu chuẩn Nga (SNIP II- 23-81*) [5] việc tính tốn cánh tính đến ảnh hưởng giảm yếu yếu tố gây mô men lệch trục cánh 2 Để đánh giá mức độ ảnh hưởng giảm yếu độ lệch trục nối chồng thay đổi tiết diện cánh đến làm việc kết cấu tháp thép, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu cấu tạo tính tốn cánh tháp thép tiết diện góc đơn có kể đến giảm yếu độ lệch trục” đồng thời đề xuất kiến nghị với nhà thiết kế lưu ý vấn đề thực tế thiết kế * Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu TCVN Nga nhằm hồn thiện tính tốn kết cấu tháp thép Cụ thể tính tốn cánh tháp thép tiết diện thép góc đơn có kể đến giảm yếu độ lệch trục vị trí nút - Đánh giá độ ổn định cánh thép kể đến độ lệch trục giảm yếu liên kết chồng thay đổi tiết diện cánh từ đưa kiến nghị cho người thiết kế * Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Tháp thép công trình truyền tải điện, vơ tuyến Tháp thép với mối nối - Phạm vi nghiên cứu: Cấu tạo nút liên kết cánh tiết diện góc đơn tháp thép tính tốn tiết diện kể đến giảm yếu độ lệch trục - Thời gian nghiên cứu: Năm 2017 * Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập; kế thừa tài liệu, kết nghiên cứu; - Phương pháp điều tra khảo sát - Phương pháp phân tích tổng hợp, so sánh - Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp 3 * Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đề xuất kiến nghị với nhà thiết kế lưu ý vấn đề thực tế thiết kế tháp thép - Ý nghĩa thực tiễn: Bổ sung để hoàn chỉnh TCVN, đánh giá ảnh hưởng giảm yếu đến làm việc tháp thép * Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận kiến nghị, Tài liệu tham khảo Phụ lục, nội dung Luận văn gồm ba chương: - Chương 1: Tổng quan kết cấu tháp thép - Chương 2: Cấu tạo tính tốn cánh tháp thép - Chương 3: Ví dụ tính tốn THƠNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn trình bày cách tính tốn kiểm tra ổn định cánh đoạn tháp, cánh tiết diện thép góc đơn nối chồng có xét đến mơ men lệch trục cánh mối nối Ngoài ra, luận văn trình bày cách tính tốn ứng suất cánh tiết diện thép góc đơn vị trí nút bị giảm yếu khoét lỗ bu lơng có xét đến mơ men lệch trục lực tác dụng xiên lên cánh Với việc kể đến ảnh hưởng mô men lệch trục cánh hay khoét lỗ bu lơng tính tốn có làm việc an tồn sát với thực tế Qua số ví dụ khảo sát cho thấy: kể đến độ lệch trục nối chồng độ ổn định cánh tính tốn giảm từ 1,5% (trong trường hợp nối chồng L150x10 L120x10) đến 33,67% (trong trường hợp nối chồng L150x15 L150x15) Do vậy, tính tốn tháp phải kể đến mô men lệch trục gây mối nối chồng cánh nên nối chồng với có tiết diện thay đổi để giảm bớt lệch tâm Đề xuất bổ sung hồn thiện TCVN 5575-2012 việc thiết kế tính toán cánh tháp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phạm Văn Hội ( 2012) Kết cấu thép Cấu kiện Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phạm Văn Hội (2012) Kết cấu thép Cơng trình dân dụng cơng nghiệp Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Nguyễn Trọng Hoàng (2015).Thiết kế tháp thép theo tiêu chuẩn Mỹ Tia- 222-G TCVN 5575: 2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế Tiếng Nga TC Nga : SNIP II- 23- 81* ... - Nghiên cứu TCVN Nga nhằm hồn thiện tính tốn kết cấu tháp thép Cụ thể tính tốn cánh tháp thép tiết diện thép góc đơn có kể đến giảm yếu độ lệch trục vị trí nút - Đánh giá độ ổn định cánh thép. .. điện, vô tuyến Tháp thép với mối nối - Phạm vi nghiên cứu: Cấu tạo nút liên kết cánh tiết diện góc đơn tháp thép tính tốn tiết diện kể đến giảm yếu độ lệch trục - Thời gian nghiên cứu: Năm 2017... 2.3.2 Tính tốn cánh có kể đến độ lệch trục giảm 40 yếu 2.3.3 Tính tốn cánh có kể đến độ lệch trục nối 44 2.3.3.1 Độ ổn định cánh 44 2.3.3.2 Thanh giằng bố trí đối xứng mặt tháp 45 2.3.3.3 Độ bền