Đánh giá ứng xử của tháp ăng ten có hình dạng tiết diện khác nhau

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ TẤN THANH CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP ĂNG TEN CĨ HÌNH DẠNH TIẾT DIỆN KHÁC NHAU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ TẤN THANH CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP ĂNG TEN CÓ HÌNH DẠNH TIẾT DIỆN KHÁC NHAU Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD&CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS LÊ ANH TUẤN Đà Nẵng - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi.Các số liệu, kết nêu luận văn tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực khách quan chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả luận văn Lê Tấn Thanh Chƣơng ii ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP ĂNGTEN CĨ HÌNH DẠNG TIẾT DIỆN KHÁC NHAU Học viên: Lê Tấn Thanh Chương Chuyên ngành: Kỹ thuật XDCT DD&CN Mã ngành: 60.58.02.08Khóa: K32 Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Tóm tắt –Ngày nay, cơng trình tháp Ăng ten thiết kế có nhiều hình dạng chiều cao khác để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thẩm mỹ kiến trúc cơng trình Các cơng trình tháp thép giới việt nam ngày nhiều, quy mô chiều cao ngày lớn Nhưng tiêu chuẩn Việt Nam, EUROCODES, ACI chưa đề cập cụ thể việc lựa chọn hình dạng tiết diện mặt cắt ngang tháp phù hợp với độ cao khác nhau.Ngoài ra, tải trọng tác dụng vào tháp đặc biệt tải trọng ngang (gió, động đất ) ảnh hưởng đáng kể Việc nghiên cứu đánh giá ứng xử dạng kết cấu tháp nhằm cung cấp cho người thiết kế có nhìn tổng quan đưa lựa chọn thiết kế hình dạng mặt cắt ngang tháp phù hợp Từ khóa – Tháp Ăng ten, mặt cắt ngang tháp, tải trọng gió, tải trọng động đất, kết cấu tháp ASSESSING OF BEHAVIOR ANTENNA TOWERS ARE DIFFERENT CROSS SECTION SHAPES Abstract– Nowadays, antenna towers are designed in various shapes and heights to ensure technical requirements and architectural aesthetics of buildings There are more and more steel tower projects in the words as well as in Viet Nam with is scale of greater height.But the standards of Vietnam, EUROCODE, ACI have not mentioned in details how to choose the cross section shape of tower suiting each different height In addition, the load acting on towers, particularly the horizontal load (wind, earthquake, etc.), also significantly affects Studying and assessing of these towers structure are to provide designers with a better holistic view and choices of the right design of cross section shapes of towers Keywords– Antenna towers, cross section towers, wind load, earthquake load, tower structure iii MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH ẢNH vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÁP ĂNG TEN VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan kết cấu tháp 1.1.1 Hình dạng tháp 1.1.2 Tiết diện mặt cắt ngang tháp 1.1.3 Cấu tạo hệ tháp 1.2 Tải trọng tác dụng 1.2.1 Tỉnh tải 1.2.2 Hoạt tải 1.2.3 Tải trọng gió 1.2.4 Tải trọng động đất 16 1.2.5 Tải trọng ăng ten Parabol đặt lệch tâm trục 25 1.2.6 Tổ hợp tải trọng 26 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA THÁP ĂNG TEN 27 2.1 Cơ sở lý thuyết 27 2.1.1 Vật liệu 27 2.1.2 Đặc trưng tiết diện hình học 28 2.1.3 Chiều dài tính tốn độ mảnh 29 2.1.4 Biến dạng tháp 31 2.2 Tính tốn cấu kiện nhanh 32 2.2.1 Thanh chịu nén 32 iv 2.2.2 Thanh chịu kéo 32 2.2.3 Ổn định tổng thể 32 2.3 Các phương pháp giả thuyết tính tốn 33 2.3.1 Sơ đồ côngxon 33 2.3.2 Sơ đồ giàn phẳng 34 2.3.3 Sơ đồ không gian 34 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP ĂNG TEN CĨ HÌNH DẠNG TIẾT DIỆN KHÁC NHAU 35 3.1 Giả thiết điều kiện tính toán 35 3.2 Tháp có kích thước tiết diện khơng thay đổi theo chiều cao (0-75m) 35 3.2.1 Sơ đồ tính tiết diện 35 3.2.2 Tải trọng tính tốn 37 3.2.3 Kết phân tích 45 3.2.4 Nhận xét kết 48 3.3 Tháp có kích thước tiết diện thay đổi theo chiều cao (75-150m) 49 3.3.1 Sơ đồ tính tiết diện 49 3.3.2 Tải trọng tác dụng 50 3.3.3 Kết phân tích 53 3.3.4 Nhận xét kết 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) v DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Giá trị giới hạn tần số dao động riêng fL 12 1.2 Hệ số tương quan không gian áp lực động ν tải trọng gió 13 bảng 1.3 Các quan niệm thiết kế, cấp dẻo kết cấu, giới hạn hệ số ứng xử q 18 1.4 Bảng phân loại đất theo TCVN 9386-2012 1.5 Giá trị tham số biểu diễn phổ phản ứng dàn hồi đất 20 1.6 Giá trị giới hạn hệ số ứng xử cho hệ kết cấu thông thường 1.7 Các yêu cầu phân loại tiết diện thép cấu kiện có khả tiêu tán lượng theo cấp dẻo kết cấu hệ số ứng xử 18 21 22 2.1 Cường độ tính toán thép cán thép ống 27 2.2 Cường độ tiêu chuẩn fy, fu cường độ tính tốn f thép bon 27 2.3 Cường độ tiêu chuẩn fy, fu vàcường độ tính tốn f thép hợp kim thấp 28 2.4 Chiều dài tính tốn hệ dàn khơng gian dùng thép góc đơn 29 2.5 Chiều dài quy ước xiên 30 2.6 Hệ số chiều dài tính tốn xiên μd 30 2.7 Độ mảnh giới hạn 31 3.1 Chọn sơ tiết diện tháp 35 3.2 Bảng tra hệ số k0 39 3.3 Bảng kết thành phần gió tĩnh tháp hình vng 41 3.4 Bảng kết thành phần gió tĩnh tháp hình tam giác 41 3.5 Bảng kết thành phần gió tĩnh tháp hình lục giác 42 3.6 Chu kỳ tần số dạng dao động tháp 42 3.7 Bảng tính tốn thành phần động tải trọng gió Mode 43 3.8 Bảng tính tốn thành phần động tải trọng gió Mode 44 3.9 Bảng kết tổ hợp tải trọng gió tháp hình vng 44 3.10 Bảng kết tổ hợp tải trọng gió tháp hình tam giác 44 3.11 Bảng kết tổ hợp tải trọng gió tháp hình lục giác 45 vi Số hiệu Tên bảng Trang 3.12 Kết kiểm tra ứng suất cánh 45 3.13 Kết kiểm tra ứng suất xiên 46 3.14 Kết ứng suất thanh, chuyển vị đỉnh, trọng lượng tháp 47 3.15 Bảng chọn sơ tiết diện tháp cao 100m 49 3.16 Kết tải trọng gió phần tĩnh tháp vng 51 3.17 Kết tải trọng gió phần tĩnh tháp tam giác 51 3.18 Kết tải trọng gió phần tĩnh tháp lục giác 52 3.19 Bảng kết tổ hợp tải trọng gió tĩnh động tháp vuông 52 3.20 Bảng kết tổ hợp tải trọng gió tĩnh động tháp tam giác 53 3.21 Bảng kết tổ hợp tải trọng gió tĩnh động tháp lục giác 53 3.22 Kết kiểm tra ứng suất cánh tháp vuông 55 3.23 Kết kiểm tra ứng suất cánh tháp tam giác 55 3.24 Kết kiểm tra ứng suất cánh tháp lục giác 56 3.25 Kết kiểm tra ứng suất xiên tháp vuông 56 3.26 Kết kiểm tra ứng suất xiên tháp tam giác 57 3.27 Kết kiểm tra ứng suất xiên tháp lục giác 57 3.28 Kết ứng suất thanh, chuyển vị đỉnh, trọng lượng tháp 58 bảng vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 a) Tháp dạng đứng; b) Tháp dạng thon; c) Tháp dạng thon đổi độ dốc số lần 1.2 a) Tiết diện tam giác; b) Tiết diện hình vng; c) Tiết diện lục giác 1.3 Các dạng liên kt bụng 1.4 Các dạng vách cứng ngang 1.5 Biểu đồ xác định hệ số Cx∞ 10 1.6 Hệ tọa độ xác định hệ số tương quan không gian ν 13 1.7 Hệ số động lực ξ 15 1.8 Phổ phản ứng đàn hồi cho loại đất từ A đến E (độ cản %) 20 1.9 Các giá trị hệ số ứng xử q cho hệ 22 1.10 Sơ dồ hệ vách cứng ngang tháp thép, sử dụng q ≥ 3.5 23 2.1 Các tiết diện thường dùng cho tháp Ăng ten 28 2.2 Chiều dài tính tốn hệ khơng gian 29 3.1 Mơ sơ đồ tính tốn tháp 36 3.2 Sơ đồ dạng tháp tính tốn 37 3.3 Ví dụ sơ đồ tính gió đoạn chia tháp 38 3.4 Tải trọng gió tác dụng lên chảo Parabol 40 3.5 Biểu đồ lực dọc tháp có kích thước tiết diện hình vng, tam giác, lục giác không thay đổi theo chiều cao 46 3.6 Biểu đồ so sánh trọng lượng toàn tháp 47 3.7 Biểu đồ so sánh lực dọc lớn 47 3.8 Biểu đồ so sánh ứng suất lớn 48 3.9 Biểu đồ so sánh chuyển vị đỉnh 48 3.10 Sơ đồ dạng tháp tính tốn 50 3.11 Biểu đồ lực dọc tháp có kích thước tiết diện hình vng, tam giác, lục giác thay đổi theo chiều cao 54 3.12 Biểu đồ so sánh trọng lượng thép 58 3.13 Biểu đồ so sánh lực dọc trục lớn 58 viii Số hiệu hình Tên hình Trang 3.14 Biểu đồ so sánh ứng suất lớn 59 3.15 Biểu đồ so sánh chuyển vị đỉnh 59 59 Hình 3.14 Biểu đồ so sánh ứng suất lớn Hình 3.15 Biểu đồ so sánh chuyển vị đỉnh 3.3.4 Nhận xét kết  Qua kết cho thấy lực lọc tháp lục giác bé nhỏ lần so với tháp cịn lại Nhưng ứng suất tương đối lớn nên tiết diện làm việc có hiệu  Chuyển vị đỉnh tháp lục giác bé thõa mãn chuyển vị đỉnh cho phép Bên cạnh chù kỳ dao động tháp bé nên hiệu khai thác sữ dụng cao tháp ăng ten không gây nhiễu sóng cho thiết bị  Xét phương diện thi công thi dạng tháp có kích thước tiết diện vách ngang thay đổi theo chiều cao chiều cao tháp lớn thi tháp l giác có ưu điểm vượt trội so với dạng tháp cịn lại Tháp lục giác khó thi cơng có nhiều liên kết dẫn đến viên thi cơng chậm địi hỏi chuẩn xác cao.Do chi phí xây dựng cơng trình tốn 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau nghiên cứu lý thuyết tính tốn nói chung kết cấu tháp có hình dạng tiết diện mặt cắt ngang khác (hình vng, hình tam giác, hình lục giác) tương ứng với chiều cao tháp khác tác giả rút số kết luận sau: Việc lựa chọn tiết diện kết cấu tháp cần thận trọng để đảm bảo phát huy hết khả làm việc a) Đối với tháp có kích thước tiết diện mặt cắt ngang không thay đổi theo chiều cao (0-75m)  Tháp có tiết diện hình vng tam giác có khả chịu lực, ổn định cục ổn định tổng thể toàn tháp thõa mãn yêu cầu thiết kế Ngược lại tháp lục giác có ứng suất chuyển vị đỉnh lớn không thõa mãn ứng suất chuyển vị đỉnh cho phép  Xét mặt thi cơng xây dựng thí tháp tam giác dễ dàng thi cơng số lượng mắt tồn tháp nên tiến độ thi công nhanh đồng thời làm giảm chi phí xây dựng  Mặt khác tháp tam giác khoảng cách rộng dễ dàng bảo dưỡng , bảo trì trình sữ dụng b) Đối với tháp có kích thước tiết diện mặt cắt ngang thay đổi theo chiều cao (75-100m)  Đối với dạng tháp tháp lục giác có ứng xử tốt thõa mãn yêu cầu thiết kế trạng thái giới hạn I II  Dễ dàng nhận thấy tháp tam giác có lục dọc cánh lớn ứng suất nhỏ nên không phát huy hết khả làm việc vật liệu Còn tháp lục giác nội lực cánh nhỏ ứng suất lớn nên tận dụng khả làm việc vật liệu  Xét mặt thi cơng tháp lục giác có số lượng mắt nhiều nên khó thi cơng địi hỏi chuẩn xác cao,tiến độ thi công chậm Mặt khác tháp lục giác khoảng cách nhỏ nên khó bảo dưỡng , bảo trì trình sữ dụng  Xét điều kiện sữ dụng thi tháp lục giác có chù kỳ dao động riêng bé ,chuyển vị đỉnh bé thõa mãn yều cầu thiết kế nên khái thác hiệu sữ dụng tốt đặc biệt dạng tháp ăng ten cao việc chuyển vị đỉnh tháp góp phần đáng kể đến chất lượng sóng 61 Kiến nghị  Đối với tháp có kích thước tiết diện mặt cắt ngang không thay đổi theo chiều cao (0-75m) tác giả kiến nghị nên lựa chọn tiết diện mặt cắt ngang tháp hình tam giác để thiết kế cho dạng kết cấu  Đối với tháp có kích thước tiết diện mặt cắt ngang thay đổi theo chiều cao (75-150m) tác giả kiến nghị nên lựa chọn tiết diện mặt cắt ngang tháp hình lục giác để thiết kế cho dạng kết cấu 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Phạm Văn Hội (chủ biên), Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường (2006), Kết cấu thép, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Phạm Văn Hội (chủ biên), Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Tranh, Hồng Văn Quang (2003), Kết cấu thép cơng trình dân dụng công nghiệp, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Lê Ngọc Hồng (2002), Sức bền vật liệu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Đoàn Định Kiến (2001), Ổn định kết cấu thép kết cấu thép nhẹ, Bài giảng Cao học cho chuyên ngành Xây dựng dân dụng công nghiệp, Tủ sách sau đại học Đại học Xây dựng Kết cấu thép (2012), Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 5575 :2012 Vũ Văn Quyết (2008), Lựa chọn giải tăng cường cánh tháp thép dạn giàn, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng Hà Nội Nguyễn Quang Viên (2001), Kết cấu thép cơng trình cao, Bài giảng Cao học cho chun ngành Xây dựng dân dụng công nghiệp, Tủ sách sau đại học Đại học Xây dựng Lều Thọ Trình (chủ biên), Đỗ Văn Bình (2006), Ổn định cơng trình, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội Lê Anh Tuấn (2006) Ổn định kết cấu thép ống, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng, Hà Nội Tài liệu tiếng Anh 10 Eurocode – Design of steel structures Part – General Structural rules EN 1993 – 1-1 :2002 ... tiết diện hình dáng mặt cắt ngang tháp Vì việc đánh giá ứng xử tháp Ăng ten có hình dạng tiết diện khác để người thiết kế đánh giá vàlựa chọn phù hợp với yêu cầu thiết kế kết cấu tháp Ăng ten. .. Mơ đánh giá ứng xử tháp ăng ten có hình dạng tiết diện khác 3.1 Giả thiết điều kiện tính tốn 3.2 Tháp có kích thước tiết diện khơng thay đổi theo chiều cao (0-75m) 3.3 Tháp có kích thước tết diện. .. biến dạng tháp theo hệ không gian 35 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ỨNG XỬ CỦA THÁP ĂNG TEN CĨ HÌNH DẠNG TIẾT DIỆN KHÁC NHAU 3.1 Giả thiết điều kiện tính tốn Để thực việc mơ so sánh tháp ăng ten có