Phân tích ứng xử động của cột truyền tải điện có xét đến ảnh hưởng của dây dẫn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ HUỲNH LUÂN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA CỘT TRUYỀN TẢI ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA DÂY DẪN Chun ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 605820 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM, tháng 08 năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Lê Huỳnh Luân MSHV: 02108490 Ngày, tháng, năm sinh: 10/03/1977 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành : Xây dựng Cơng trình DD & CN Mã số : 60 58 20 1- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA CỘT TRUYỀN TẢI ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA DÂY DẪN 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm mối tương quan chiều dài chuỗi sứ, chiều dài khoảng cột với lực căng dây dẫn lại trường hợp cố đứt dây phương pháp đại số phương pháp số, so sánh với Quy phạm trang bị điện Việt Nam 11TCN 19:2006 - Phân tích phi tuyến hệ dây - Phân tích ứng xử động cột trường hợp bình thường đứt dây - Xây dựng chương trình ngơn ngữ matlab tính ứng suất độ võng dây 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/06/2012 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) PGS.TS BÙI CÔNG THÀNH Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Cơng Thành MỤC LỤC GHI CHÚ HÌNH ẢNH   CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1  1.1  Đặt vấn đề 1  1.2  Khái quát chung đường dây tải điện 2  1.2.1 Cấu tạo chung: 2  1.2.2 Dây dẫn 3  1.2.3 Các loại cột 3  1.2.4 Cách điện: 4  CHƯƠNG II: CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN VÀ MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 5  2.1  Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 5  2.2  Mục tiêu luận văn 7  2.3  Phương pháp nghiên cứu 7  2.4  Nội dung thực 7  2.5  Ý nghĩa thực tiễn đề tài 8  CHƯƠNG III:CƠ SỞ LÝ THUYẾT & XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN CÁP BẰNG MATLAB 9  3.1  Cơ sở lý thuyết theo phương pháp số 9  3.1.1 Hệ nhiều bậc tự 9  3.1.1.a Phương trình cân động 9  3.1.1.b Lực đàn hồi 10  3.1.1.c Lực cản - kết tương tự lực đàn hồi 10  3.1.1.d Lực quán tính 11  3.1.1.e Cách thiết lập ma trận độ cứng phương pháp phần tử hữu hạn 14  3.1.2 Tính tốn cột theo phương pháp phần tử hữu hạn hệ nhiều bậc tự do: 16  3.1.3 Dao động tự nhiên có khơng xét đến cản 18  3.1.3.a Tìm nghiệm phương trình chuyển động 18  3.1.3.b Dao động tự không cản c = 19  3.1.3.c Dao động tự có cản c ≠ 19  Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành 3.1.3.d Độ giảm Loga: 22  3.1.3.e Hệ số cản Rayleigh 22  3.1.4 Kết luận: 23  3.1.5 Cách giải phương trình động lực học 23  3.1.6 Hệ phi tuyến phương pháp giải 26  3.1.6.a Tính phi tuyến hình học cáp (dây): 27  3.1.6.b Tính dao động phi tuyến theo phương pháp tích phân trực tiếp: 27  3.2  Cơ sở lý thuyết theo phương pháp giải tích 29  3.2.1 Các phương trình cáp 29  3.2.1.a Phân tích tĩnh cáp phương pháp giải tích 29  3.2.1.b Phân loại dây theo Katsurin 31  3.2.1.c Các hệ thức dây mềm chịu tải trọng thẳng đứng 32  3.2.1.d Chiều dài cong dây 35  3.2.1.e Phương trình lực căng cách tính dây mềm tải trọng thay đổi 36  3.2.2 Ứng dụng tính tốn cáp đường dây tải điện 41  3.2.2.a Phương trình trạng thái dây dẫn điện 41  3.2.2.b Tính mơdun đàn hồi E 43  3.2.2.c Sự phụ thuộc lực kéo dây vào chuyển dịch ngang điểm treo dây 45  3.2.2 Tổng lược cáp 47  3.3 Xây dựng chương trình tính tốn ứng suất độ võng 47  3.3.1 Xây dựng chương trình tính tốn ứng suất độ võng trạng thái bình thường47  3.3.1.a Mục đích ý nghĩa: 47  3.3.1.b Nội dung , trình tự thực hiện: 47  3.3.1.c Kết tính tốn: 48  3.3.2 Xây dựng chương trình tính toán ứng suất độ võng trạng thái cố 49  3.3.2.a Mục đích ý nghĩa: 49  3.3.2.b Nội dung , trình tự thực hiện: 50  3.3.2.c Kết tính tốn: 52    Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Cơng Thành CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ ĐỘNG CỦA DÂY VÀ CỘT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ 54  4.1  Phân tích hệ dây phần mềm PTHH Ansys 54  4.1.1 Giới thiệu: 54  4.1.2 Cơ sở lựa chọn mô hình tính tốn 54  4.1.2 Các thơng số mơ tính tốn cáp 57  4.1.2.a Các tính chất vật liệu : 57  4.1.2.b Quan hệ ứng suất biến dạng 57  4.1.2.c Tính chất bản, hàm dạng phần tử Link 10 57  4.1.2.d Phương pháp giải toán phi tuyến Ansys 60  4.1.3 Kết 62  4.1.3.b Quan hệ ứng suất-thời gian 12 giây sau đứt 66  4.1.3.c Quan hệ ứng suất-thời gian dây so sánh với cách tính tốn tĩnh Quy phạm trang bị điện Việt Nam 74  4.1.4 Kết luận: 90  4.2 Phân tích ứng xử động cột xét đến làm việc dây dẫn phần mềm PTHH Ansys 91  4.2.1 Giới thiệu 91  4.2.2 Các thơng số mơ tính tốn cột 91  4.2.2.a.Các tính chất vật liệu : 92  4.2.2.b.Quan hệ ứng suất biến dạng 93  4.2.2.c.Tính chất bản, hàm dạng phần tử 94  4.2.3 Kết 94  4.2.3.a Phân tích tần số dao động tự nhiên cột trường hợp có dây khơng dây 94  4.2.3.b Phân tích ứng xử động cột tải trọng xung đứt dây trường hợp có dây khơng dây 97  4.2.3.c Phân tích ứng xử ứng suất Von-Mises cột đáp ứng tải trọng xung đứt dây So sánh kết với cánh tính tĩnh tương đương Quy phạm Việt Nam Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn 99  HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành 4.3 Ứng dụng thực tế thiết kế kết cấu đường dây tải điện 101  4.3.1 Giới thiệu: 101  4.3.2 Các thơng số mơ tính tốn cột dây 102  4.3.2.a Các tính chất vật liệu 102  4.3.2.b Quan hệ ứng suất biến dạng 103  4.3.2.c Tính chất bản, hàm dạng phần tử 104  4.3.2.d Phương pháp giải toán Staad 105  4.3.3 Kết 105  4.3.3.a So sánh biên độ dao động (mode 1) trường hợp có dây khơng dây 105  4.3.3.a Giá trị nội lực tải trọng xung đứt dây, so sánh với cách tính QPVN 107  4.3.4 Nhận xét kết 108  CHƯƠNG V: KẾT LUẬN CHUNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 110  5.1  Kết luận chung 110  5.2  Hướng phát triển đề tài 110  TÀI LIỆU THAM KHẢO 111  PHỤ LỤC 113  Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Cơng Thành GHI CHÚ HÌNH ẢNH Tên hình Chú thích Hình 1.1 Cấu tạo chung hệ thống đường dây tải điện Hình 1.2 Mặt cắt ngang dây dẫn điện Hình 1.3 Hình dạng cột tự đứng Hình 1.4 Hình dạng cột dây néo Hình 1.5 Sứ Polime Hình 2.1 Quan hệ lực dây dẫn thời gian trường hợp đứt dây Hình 2.2 Quan hệ lực chuỗi sứ thời gian trường hợp đứt dây Hình 2.3 Mơ hình thí nghiệm EPRI Hình 2.4 Kết lực kéo chuỗi sứ thực nghiệm Hình 2.5 Quá trình biến đổi lực chuỗi sứ sau đứt dây Hình 3.1 Lực tác dụng Hình 3.2 Đường đàn hồi Hình 3.3 Lực đàn hồi, lực nút Hình 3.4 Hệ số cứng, lực nút Hình 3.5 Trạng thái lực chuyển vị Hình 3.6 Hàm dạng Hình 3.7 Chuyển vị Hình 3.8 Biểu diễn hình học cơng thức Euler Hình 3.9 Dao động tự khơng cản Hình 3.10 Cản tới hạn Hình 3.11 Dao động tắt dần biểu diễn đường trịn đơn vị Hình 3.12 Đồ thị chuyển động Hình 3.13 Cản Rayleigh Hình 3.14 Phi tuyến chuyển vị lớn Hình 3.15 Quan hệ phi tuyến hình học dây dẫn điện Hình 3.16 Mơ hình hệ bậc tự do, lực tác dụng, đặc trưng phi tuyến lực Hình 3.17 Phân tố cáp Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Hình 3.18 Dây chịu tải phân bố Hình 3.19 Phân tích thành phần lực dây Hình 3.20 Dây chịu tải thẳng đứng Hình 3.21 Dây chịu tải trọng thay đổi Hình 3.22 Chuyển dịch nằm ngang điểm treo dây Hình 4.1 Mơ hình dây trường hợp làm việc bình thường Hình 4.2 Mơ hình dây trường hợp đứt dây số Hình 4.3 Mơ hình dây trường hợp đứt dây số Hình 4.4 Mơ hình dây trường hợp đứt dây số Hình 4.5 Hướng tải trọng trước sau chuyển vị lớn Hình 4.6 Phần tử link10 Hình 4.7 Lưu đồ giải phương trình động lực ANSYS Hình 4.8 Mơ hình hình học Hình 4.9 Đồ thị tổng hợp giá trị hệ số giảm lực Hình 4.10 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 350m Hình 4.11 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 400m Hình 4.12 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 450m Hình 4.13 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 500m Hình 4.14 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 3,0m, khoảng cột 350m Hình 4.15 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 3,0m, khoảng cột 400m Hình 4.16 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 3,0m, khoảng cột 450m Hình 4.17 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành hợp chiều dài sứ 3,0m, khoảng cột 500m Hình 4.18 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 350m Hình 4.19 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 400m Hình 4.20 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 450m Hình 4.21 Quan hệ ứng suất-thời gian (12 giây sau đứt) trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 500m Hình 4.22 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 350m Hình 4.23 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 400m Hình 4.24 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 450m Hình 4.25 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 2,5m, khoảng cột 500m Hình 4.26 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,0m, khoảng cột 350m Hình 4.27 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,0m, khoảng cột 400m Hình 4.28 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,0m, Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học GVHD: PGS.TS Bùi Cơng Thành khoảng cột 450m Hình 4.29 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,0m, khoảng cột 500m Hình 4.30 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 350m Hình 4.31 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 400m Hình 4.32 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 450m Hình 4.33 Quan hệ ứng suất-thời gian dây liền kề vị trí đứt, so sánh với Quy phạm Việt Nam trường hợp chiều dài sứ 3,5m, khoảng cột 500m Hình 4.34 Quan hệ phản lực (N)-thời gian (s) vị trí liên kết xà cột với chuỗi sứ dây Hình 4.35 Mơ hình cột dây Hình 4.36 Mơ hình hình học Vật liệu mơ hình Hình 4.37 Các mode dây xét trường hợp Lsu=3.5, khoảng cột 500m Hình 4.38 Các mode dao động cột Hình 4.39 Sơ đồ nút liên kết chân trụ Hình 4.40 Quan hệ phản lực (kN)-thời gian (s) nút chân trụ trường hợp khơng dây có thêm dây Hình 4.41 Sơ đồ liên kết chân trụ Hình 4.42 Nội lực theo thời gian liên kết chân trụ So sánh với cách tính tĩnh Quy phạm Việt Nam Hình 4.43 Hình thức cột Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 99 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành N 210 N 210 1.50E+03 4.00E+02 2.00E+02 1.00E+03 0.00E+00 5.00E+02 M (N.m) ‐4.00E+02 MZ ‐6.00E+02 D MY MX ‐8.00E+02 M (N.m) ‐2.00E+02 0.00E+00 MZ ‐5.00E+02 MY MX ‐1.00E+03 ‐1.00E+03 ‐1.20E+03 ‐1.50E+03 ‐1.40E+03 ‐1.60E+03 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 ‐2.00E+03 20.0 25.0 30.0 35.0 (k) 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 TIME (s) TIME (s) (l) Hình 4.40 (k) Giá trị mô ment (kN.m) nút số 210 trường hợp khơng có dây Hình 4.40 (l) Giá trị mô ment (kN.m) nút số 210 trường hợp có dây 4.2.3.c Phân tích ứng xử ứng suất Von-Mises cột đáp ứng tải trọng xung đứt dây So sánh kết với cánh tính tĩnh tương đương Quy phạm Việt Nam Hình 4.41 Sơ đồ liên kết chân trụ Hình 4.42 Nội lực theo thời gian liên kết chân trụ So sánh với cách tính tĩnh Quy phạm Việt Nam Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 100 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành EL 450   EL 435  4.50E+07 4.00E+06 4.00E+07 3.50E+06 3.50E+07 3.00E+06 3.00E+07 Stress (Pa)  2.50E+06 2.50E+07 2.00E+06 Dynamic 2.00E+07 Stactic (TCVN) Dynamic   Static (TCVN) Stress (Pa) 1.50E+06 1.50E+07 1.00E+06 1.00E+07 5.00E+05 5.00E+06 0.00E+00 0.00E+00 20 25 30 35 40 20 45 25 30 35 40 45 Time (s) Time (s)    (a) (b) Hình 4.42.a: quan hệ ứng suất (MPa)-thời gian (s) so sánh với QPVN gối số 435 (xem hình 4.38) Hình 4.42.b: quan hệ ứng suất (MPa)-thời gian (s) so sánh với QPVN giằng số 450 (xem hình 4.38) EL 669  3.00E+07 2.50E+07 Stress (Pa)  2.00E+07 1.50E+07 Dynamic Static (TCVN) 1.00E+07 5.00E+06 0.00E+00 20 25 30 35 40 45 Time (s)  (c) Hình 4.42.c: quan hệ ứng suất (MPa)-thời gian (s) so sánh với QPVN xiên gối số 669 (xem hình 4.40) (a) Nhận xét kết - Sự ảnh hưởng dây không đứt cột đỡ tháp sắt (lattice tower) không đáng kể, dây liên kết với xà khớp Khi đứt dây, dây cịn lại khơng làm gia tăng độ cứng cột - Khảo sát chính, giằng → phần lớn xung lực truyền qua Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 101 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành - Các xà cần xem xét tính tốn an tồn cột có khoảng cột đặc biệt lớn - Bố trí thiết bị giảm chấn vừa vị trí (tiêu tán lượng ma sát) hướng phát triển thuộc luận văn nhằm thiết kế an toàn tiết kiệm 4.3 Ứng dụng thực tế thiết kế kết cấu đường dây tải điện 4.3.1 Giới thiệu: Căn theo hồ sơ cơng trình 220kV Vĩnh Long- Trà Vinh tác giả với vai trò chủ trì thiết kế phần Xây dựng, cơng trình thi cơng thực tế Trong q trình thiết kế sử dụng chương trình PTHH Staad pro, thơng số tính tốn theo Quy phạm trang bị điện 11TCN 19-2006 Trong luận văn này, tác giả dùng thông số tốn phân tích động bên để phân tích so sánh với hồ sơ thiết kế thực tế thi cơng cơng trình Phạm vi phân tích, tính tốn sau: Đối với cột đỡ: - So sánh biên độ giao động mode trường hợp có dây không dây - Thiết kế kết cấu với tải trọng xung đứt dây nói So sánh với cách tính QP VN Đối với cột néo: - So sánh biên độ giao động mode cột trường hợp có dây khơng dây - Thiết kế kết cấu với tải trọng xung đứt dây nói So sánh với cách tính QP TBĐ Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 102 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành 4.3.2 Các thông số mơ tính tốn cột dây Hình 4.43 (a) Hình 4.43 (b) Hình 4.43: (a) Hình thức cột néo (b) Hình thức cột đỡ 4.3.2.a Các tính chất vật liệu Loại thép cường độ tính tốn: sử dụng 03 loại thép góc cạnh theo tiêu chuẩn JIS, Nhật: - Thép thường SS400 (SS41): + Giới hạn chảy tiêu chuẩn : σc = 2450 daN/cm2 + Cường độ tính tốn : R = σc / γm =2227 daN/cm2 Chọn R = 2200 daN/cm2 - Thép thường SM490A: Đối với thép có chiều dày lớn 16mm đến 40mm: + Giới hạn chảy tiêu chuẩn : σc = 3150 daN/cm2 + Cường độ tính tốn : R = σc / γm =2864 daN/cm2 Chọn R = 2800 daN/cm2 Đối với thép có chiều dày lớn 40mm: Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 103 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành + Giới hạn chảy tiêu chuẩn : σc = 2950 daN/cm2 + Cường độ tính tốn : R = σc / γm =2682 daN/cm2 Chọn R = 2600 daN/cm2 - Thép cường độ cao SS540 (SS55): Đối với thép có chiều dày lớn 16mm: + Giới hạn chảy tiêu chuẩn : σc = 3900 daN/cm2 + Cường độ tính toán : R = σc / γm = 3545 daN/cm2 Chọn R = 3500 daN/cm2 Đối với thép có chiều dày từ 16mm trở xuống: + Giới hạn chảy tiêu chuẩn : σc = 4000 daN/cm2 + Cường độ tính toán : R = σc / γm = 3636 daN/cm2 Chọn R = 3600 daN/cm2 4.3.2.b Quan hệ ứng suất biến dạng Trong phân tích tính tốn mơ hình cột, dây quan hệ ứng suất biến dạng tuyến tính (đoạn AB hình 4.44) tn theo định luật Hooke Hình 4.44 Quan hệ ứng suất biến dạng Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 104 GVHD: PGS.TS Bùi Cơng Thành 4.3.2.c Tính chất bản, hàm dạng phần tử Hình 4.45: Bậc tự phần tử Hình 4.46: Hệ tọa độ tổng thể phần tử Phần tử xác định nút i, j Trục địa phương x từ nút đầu i tới nút cuối j phần tử; Các trục địa phương y, z nằm mặt phẳng vng góc với trục x trùng với trục quán tính tiết diện phần tử Xác định trục y, z thông qua quy tắc bàn tay phải Nội lực phần tử Đối với phần tử làm việc không gian, đầu phần tử có bậc tự tương ứng với chuyển vị (3 chuyển vị thẳng, chuyển vị xoay ứng với hệ tọa độ tổng thể) Các thành phần nội lực đầu phần tử • My, Mz : Mơ men uốn quanh trục địa phương y, z • Mx (T) : Mơ men xoắn quanh trục • Fy, Fz (V) : Lực cắt theo phương y, z • Fx (P) : Lực dọc Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 105 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành 4.3.2.d Phương pháp giải tốn Staad: Q trình phân tích phi tuyến xem xét tới tất sơ đồ hình học biến dạng tải trọng thứ cấp Kiểu phân tích phù hợp với toán chuyển vị lớn Khi chuyển vị lớn, dẫn tới vị trí đặt lực thay đổi, vấn đề xét tới tải trọng thứ cấp trở nên quan trọng Thêm nữa, ma trận độ cứng lập sơ đồ biến dạng, mà biến dạng lại phụ thuộc vào tải trọng, phi tuyến cịn phụ thuộc vào tải trọng Q trình phân tích phi tuyến gồm bước • Bước 1: Tính chuyển vị ban đầu tải trọng • Bước 2: Xác định lại ma trận độ cứng theo sơ đồ biến dạng dựa chuyển vị vừa đạt • Bước 3: Lập lại véc tơ lực nút có xét ảnh hưởng thứ cấp (trên sở chuyển vị tải trọng ban đầu) • Bước 4: Giải hệ phương trình tìm chuyển vị • Bước 5: Tìm nội lực phản lực theo chuyển vị • Bước 6: Lặp lại 4.3.3 Kết 4.3.3.a So sánh biên độ dao động (mode 1) trường hợp có dây khơng dây Hình 4.47: Biên độ dao động cột đỡ trường hợp có dây khơng có dây Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 106 Mode GVHD: PGS.TS Bùi Cơng Thành Có dây Khơng có dây 1.974 2.688 4.605 8.859 4.605 10.057 4.605 12.245 4.605 13.232 4.605 14.531 Bảng 4.1: Giá trị dao động tự nhiên cột đỡ trường hợp có dây khơng có dây Đối với trường hợp có dây cột đỡ 37m, dây làm Đối với cột néo 2NB2-37m Hình 4.48: Biên độ dao động cột néo trường hợp có dây khơng có dây Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 107 Mode GVHD: PGS.TS Bùi Cơng Thành Có dây Khơng có dây 3.965 5.601 11.168 11.811 15.573 15.573 19.102 19.102 19.234 19.968 Bảng 4.2 Giá trị dao động tự nhiên cột néo trường hợp có dây khơng có dây 4.3.3.a Giá trị nội lực tải trọng xung đứt dây, so sánh với cách tính QPVN Hình 4.49: Tên khảo sát (a) xà (b) Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 108 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành Đối với cột đỡ 2D2-38m Vị trí Tên Fx Fy Fz Xà 535 240 -1 Xà 533 -576 -3 Xà 537 -68 -3 -1 Xà 526 364 -3 Chính gối 439 -33653 Chính gối 435 33652 -2 26 Chính gối 441 -33687 26 Chính gối 437 33685 -26 -2 -26 Bảng 4.3 Giá trị nội lực cột đỡ trường hợp tải trọng xung đứt dây Vị trí Tên Fx Fy Fz Xà 535 -1680 -3 Xà 533 4410 -3 Xà 537 1777 Xà 526 -4320 -1 -1 Chính gối 439 8328 Chính gối 435 -8342 -7 Chính gối 441 8342 -3 -7 Chính gối 437 -8328 -1 Bảng 4.4 Giá trị nội lực cột đỡ trường hợp tính theo Quy phạm Việt Nam 4.3.4 Nhận xét kết - Đối với cột đỡ dao động cột giảm rõ rệt có xét thêm dây dẫn Nên xét hệ dây cột để giảm tải trọng gió Điều đặc biệt có ý nghĩa cột cao, vượt sông, tiết diện dây lớn cột 500kV phân pha 4, phân pha Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 109 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành - Đối với cột néo, dao động cột không giảm có xét thêm dây dẫn Vì khơng cần thiết kể đến dây tính tốn tải trọng gió - Tiết diện thép tăng lên tính tốn với tải trọng xung đứt dây Tuy nhiên, việc tính tốn Tư vấn điện, hồ sơ thẩm tra IBST xem tải trọng đứt dây hoạt tải với hệ số vượt tải 1,2 chưa xác Nên xem tải trọng đứt dây tải trọng đặc biệt với hệ số 0.8 theo Quy chuẩn xây dựng Việt Nam 1997 - Biên độ lực tăng lên nhiều lần, cần lưu ý thiết kế kết cấu chịu mỏi Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 110 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành   CHƯƠNG V: KẾT LUẬN CHUNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận chung - Sự ảnh hưởng dây không đứt cột đỡ tháp sắt không đáng kể trường hợp cố - Phần lớn xung lực truyền qua - Các xà cần xem xét tính tốn an tồn cột đỡ Nếu khơng kéo dài thân cột làm tay xà, cần tính tốn bulông liên kết xà cột đỡ với 100%Tmax - Lsứ dài hệ số αđd (hệ số suy giảm lực) nhỏ - Khoảng cột lớn αđd lớn Cần lưu ý thiết kế khoảng cột lớn > 350m - Đối với cột đỡ nên xét hệ dây cột để giảm tải trọng gió trường họp bình thường Đối với cột néo khơng cần thiết kể đến dây tính tốn tải trọng gió - Nên xem tải trọng đứt dây tải trọng đặc biệt với hệ số 0.8 5.2 Hướng phát triển đề tài - Bố trí thiết bị giảm chấn vừa vị trí (giảm chấn ma sát) hướng phát triển thuộc luận văn nhằm thiết kế an toàn tiết kiệm - Nghiên cứu tổng quát trường hợp đứt dây dựa giá trị hệ số cản thực nghiệm - Thiết kế xà có khả xoay, gắn giảm chấn nhớt lị xo nhằm giảm xung lực Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 111 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO Alan B.Peabody, Member, IEEE, Ghyslaine McClure, Modeling the EPRIWisconsin Power and light broken wire tests: IEEE Transactions on Power deliver, Vol 25, No July 2010 Alain H.Peyrot, Robert O.Kluge, Jun W.Lee, Longtitudinal loads from broken conductors and broken insulators and their effect on transmission lines: IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol PAS-99, No Jan./ Feb 1980 ANSYS V14, Manual help Chu Quốc Thắng, phương pháp phần tử hữu hạn NXB KHKT,1997 Đặng Quốc Lương, Phương pháp tính kỹ thuật NXB Bách Khoa Hà Nội, 2011 Đỗ Kiến Quốc, Bài giảng Động lực học, ĐHBK Fengli Yang, Jingbo Yang, Analysis on the dynamic responses of the broken conductors in transmission lines: Applied Mechanics and Materials Vols 5051 (2011) pp 511-515 © (2011) Trans Tech Publications, Switzerland G.McClure, M.Lapointe, Modeling the structural dynamic response of overhead transmission lines: Computers & Structures 81 (2003) 825-834 Department of Civil Engineering and Applied Mehanics, mcGill University, 817 Sherbrooke Street West, Montreal, Q., Canada H3A 2K6 Lều Thọ Trình, Các tính hệ treo theo sơ đồ biến dạng NXB Xây Dựng, 2003 10 Max Irvine, Cable Structure MIT Press, 1981 11 M.B.Thomas, A.H.Peyrot, Dynamic response of ruptured conductors in transmission lines: IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol PAS-101, No September 1982 12 Nguyễn Văn Phái, Trương Tích Thiện, Nguyễn Tường Long, Nguyễn Định Giang, Giải toán kỹ thuật chương trình ANSYS Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 112 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành 13 Nguyễn Đắc Trung, Mơ số q trình biến dạng, NXB Bách khoa, 2011 14 Phạm Đình Ba, Động lực học cơng trình, NXB xây dựng, 2005 15 Ronaldo C.Battista, Rosângela S.Rodrigues, Michèle S.Pfeil, Dynamic behavior and stability of transmission line towers under wind forces, Journal of Wind and industrial Aerodynamic 91 (2003) 1051-1067 16 Y.M.Desai, P.Yu, N.Popplewell, A.H.Shah, Finite element modelling of transmission line galopping: Computers & Structures Vol 57, No 3, pp 407-420 1995 Printed in Great Britain 17 Tính tốn lý đường dây Liên Xơ 18 Tính tốn khoảng vượt lớn Liên Xô 19 Trần Bách, Lưới điện hệ thống điện NXB KHKT 2006 20 U.Kainzyk, Ovehead power lines, Springer, 2003 21 Nguyễn Đông Anh, Giảm dao động thiết bị tiêu tán lượng, NXB KHTN&CN, 2007 Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân Luận văn cao học 113 GVHD: PGS.TS Bùi Công Thành PHỤ LỤC Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh hưởng dây dẫn HVTH: Lê Huỳnh Luân ... hợp có dây khơng dây 94  4.2.3.b Phân tích ứng xử động cột tải trọng xung đứt dây trường hợp có dây khơng dây 97  4.2.3.c Phân tích ứng xử ứng suất Von-Mises cột đáp ứng tải trọng xung đứt dây. .. chưa có nghiên cứu đáp ứng động dây hay ứng xử động cột có xét đến tải trọng động dây dẫn Mặc dù giới có nhiều tác giả nghiên cứu vấn đề Peyrot, Yang, Peabody Việc phân tích đáp ứng động hệ cột dây. .. việc dây dẫn trạng thái tĩnh - Sự làm việc phi tuyến dây dẫn trạng thái động - Khảo sát ứng xử giằng kết cấu cột đáp ứng với tải trọng động (dây bị đứt) Phân tích ứng xử động cột TTĐ có xét đến ảnh