Nghiên cứu tính toán tháp truyền tải điện theo phương pháp nguyên lý cực trị GAUSS (tóm tắt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN THANH TÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI TRẦN THANH TÙNG KHĨA: 2017-2019 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng Cơng trình dân dụng Công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DD&CN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHẠM VĂN TRUNG XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, tháng năm 2019 Tác giả luận văn Trần Thanh Tùng LỜI CÁM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành TS Phạm Văn Trung tận tình giúp đỡ cho nhiều dẫn Khoa học có giá trị thường xuyên động viên, tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn nâng cao lực Khoa học tác giả Tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy cô nhà Khoa học trường quan tâm góp ý làm cho luận văn hoàn thiện Tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy, Cô Giáo, Bộ môn Sức bền Cơ học kết cấu, Khoa Xây dựng, Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi hợp tác trình nghiên cứu Tác giả luận văn Trần Thanh Tùng LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BİỂU TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết cấu luận văn: NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1 Khái niệm hệ kết cấu tháp truyền tải điện 1.1.1 Khái niệm 1.1.3 Phạm vi áp dụng Việt Nam 12 1.1.2 Phân loại kết cấu tháp 10 1.2 Cấu tạo kết cấu tháp 13 1.2.1 Các hình dạng tháp thép 13 1.2.3 Giải pháp cấu tạo 18 1.2.2 1.2.4 Cấu tạo hệ bụng 15 Tải trọng tác dụng lên tháp tải điện 20 1.3 Tổng quan tính toán hệ kết cấu tháp truyền tải điện 22 1.3.1 1.3.2 Các phương pháp giả thiết tính tốn 22 Các phương pháp số (phương pháp phần tử hữu hạn) 27 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS 30 2.1 Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 30 2.1.1 2.1.2 Phương pháp NLCT Gauss GS TSKH Hà Huy Cương 30 Phương pháp NLCT Gauss toán học 30 2.2 Xây dựng toán theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 32 2.2.1 Thiết lập phiếm hàm theo phương pháp NLCT Gauss 34 2.2.3 Giải toán 37 2.2.2 Điều kiện biên toán 36 2.3 Lập trình tính tốn ngơn ngữ lập trình Matlab 37 2.3.1 Thuật tốn tính tốn 37 2.3.3 Giới thiệu chung Matlab 39 2.3.2 2.3.4 Thiết kế sơ đồ khối 38 Một số lệnh sử dụng lập trình 41 CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN 43 3.1 Tháp truyền tải điện phương án tải 43 3.2 Tính toán Tháp truyền tải điện chịu tải trọng thân 48 3.2.1 3.2.2 Tải trọng thân tháp 48 Kết tính tốn chương trình tính Matlab 49 3.3 Tính toán Tháp truyền tải điện chịu tải trọng thân tải trọng gió vng góc với đường dây 55 3.3.1 Tải trọng gió tác dụng lên tháp truyền tải điện 55 3.3.3 Sơ đồ chuyển vị tháp truyền điện chịu tải thân áp lực 3.3.2 Kết tính tốn chương trình tính Matlab 56 gió vng góc với đường dây 61 3.4 Tính tốn Tháp truyền tải điện chịu tải trọng thân đứt dây chống sét 62 3.4.1 Tải trọng đứt dây chống sét tác dụng lên tháp truyền tải điện 62 3.4.3 Sơ đồ chuyển vị tháp truyền điện chịu tải thân tải trọng 3.4.2 Kết tính tốn chương trình tính Matlab 62 đứt dây chống sét tác dụng 68 3.5 Tính tốn tháp truyền tải điện chịu tải trọng thân đứt tải điện 69 3.5.1 Tải trọng đứt dây tải tác dụng lên tháp truyền tải điện 69 3.5.3 Sơ đồ chuyển vị tháp truyền điện chịu tải thân tải trọng 3.5.2 Kết tính tốn chương trình tính Matlab 69 đứt dây tải điện tầng 75 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 76 * Kết luận 76 * Khuyến * Hướng nghị 76 nghiên cứu 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu A E F f G I L M N NLCT P PP PPPTHH PTVPTP Q Đại lượng Diện tích tiết diện Mơ dun đàn hồi kháng kéo nén Phiếm hàm Độ vồng vịm Mơ đun đàn hồi kháng cắt Mơ men qn tính tiết diện Nhịp vịm Mơ men vịm Đơn vị m2 t/m2 m t/m2 m4 m t.m Lực dọc t Lực tập trung t Nguyên lý cực trị Phương pháp Phương pháp phần tử hữu hạn Phương trình vi phân tồn phần Lực cắt t DANH MỤC BẢNG BİỂU TRONG LUẬN VĂN Bảng số Nội dung Bảng 3.2 Quy cách dây cáp tải điện sử dụng tính tốn Bảng 3.1 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Quy cách thép hình sử dụng tháp Quy cách cáp chống sét sử dụng tính tốn Tải trọng thân tác dụng lên tháp truyền tải điện Nội lực tháp truyền tải điện chịu tải Bảng 3.13 48 52 Nội lực chịu tải thân tải trọng gió 56 Chuyển vị nút tải thân tải trọng gió Bảng 3.12 45 thân Chuyển vị nút tháp truyền tải điện chịu tải Bảng 3.9 Bảng 3.11 45 49 Tải trọng gió tác dụng lên tháp truyền tải điện Bảng 3.10 44 thân Bảng 3.7 Bảng 3.8 Trang Nội lực tháp truyền tải điện chịu tải 55 59 thân tải đứt dây chống sét 62 thân đứt dây chống sét 65 thân tải dứt dây tải diện rầng bên 69 thân dứt dây tải diện rầng bên 72 Chuyển vị nút tháp truyền tải điện chịu tải Nội lực tháp truyền tải điện chịu tải Chuyển vị nút tháp truyền tải điện chịu tải DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình số Nội dung Trang Hình 1.2 Một số cơng trình tháp thép Thế giới Hình 1.1 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 3.1 Kết cấu tháp trụ Một số cơng trình tháp thép Ở Việt Nam Một số dạng tiết diện tháp thép Các hình dạng tháp thép Hệ bụng tháp thép Các loại vách ngang cứng tháp thép Các loại nối hàn Các loại nối bu lông Các loại cấu tạo đầu Cấu tạo chân cột Cấu tạo nút Tải trọng đường dây truyền vào tháp Sơ đồ tính tháp truyền tải điện Sơ đồ chuyển vị cấu kiện dạng Sơ đồ khối chương trình Bản vẽ tháp AutoCad Hình 3.2 Mơ hình hóa matlab Hình 3.4 Sơ đồ chuyển vị tải trọng thân gió Hình 3.3 Hình 3.5 Hình 3.6 Sơ đồ chuyển vị tải trọng thân Sơ đồ chuyển vị tải trọng thân đứt dây 11 14 15 17 18 18 19 19 20 21 33 34 38 46 47 54 61 chống sét 68 điện 75 Sơ đồ chuyển vị tải trọng thân đứt dây tải MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Cột truyền tải điện thiết kế xây dựng công trình hạ tầng cấp truyền tải điện hệ thống lưới điện quốc gia Cột có chức đỡ hệ thống dây cáp điện Các loại vật liệu dùng để chế tạo cột điện bê tông, thép bê tông cốt thép Do điều kiện địa hình nên cột truyền tải điện chế tạo đảm bảo yêu cầu đơn giản, dễ vận chuyển lắp dựng Đối với trường hợp đường dây (cáp) điện cần vượt qua chướng ngại cao rộng đường dây điện khác, đường dây thông tin liên lạc, sơng rộng qua địa hình đồi núi cột thường thay tháp truyền tải điện Tháp truyền tải điện thường cấu tạo hệ giàn không gian với giằng chéo, đặt hệ móng (bè, đơn cọc) bê tông cốt thép Tháp chế tạo từ thép hình cán nóng nguội sử dụng cho hệ lưới điện cao [9] Với nhu cầu sử dụng điện trình phát triển kinh tế Việt Nam, việc cung cấp truyền tải điện từ nhà máy tới đô thị, khu công nghiệp, vùng miền đất nước ngày nhu cầu cấp thiết Vậy nên nay, mạng truyền tải điện đầu tư xây dựng mạnh mẽ Do điều kiện địa hình Việt Nam tương đối phức tạp, nhiều trường hợp hệ thống truyền tải điện xây dựng để vượt qua địa hình hiểm trở đồi núi hay bắc qua dịng sơng có chiều rộng lớn Để vượt qua địa hình hầu hết mạng lưới truyền tải điện cao nước ta bắt buộc phải sử dụng tháp truyền tải điện chế tạo thép Trong thực tế phân tích thiết kế nay, tháp truyền tải điện tính toán Việt Nam giới, tháp xem kết cấu giàn không gian 3D, giàn đồng quy nút (thanh chịu kéo nén) phân tích tính tốn hệ giàn Tháp phân tích kết cấu dựa vào phần mềm tính tốn kết cấu SAP2000, Staad Pro hay Tower – phần mềm phát triển nước 2 Việc phân tính kết cấu tháp truyền tải điện nước ta xem xét tới trạng thái làm việc tuyến tính hệ có biên dạng nhỏ Nhưng thực tế, tháp truyền tải điện chấp nhận có biến dạng lớn chịu tải trọng đứt dây, gió bão, Do vậy, với việc phân tích kết cấu tháp truyền tải điện giai đoạn đàn hồi biến dạng nhỏ chưa khai thác hết khả chịu lực làm việc tối đa tháp Trong tính tốn, kết cấu tháp thép đưa vào giảng dạy từ sớm trường đại học nước ta Kết cấu tháp (trụ) thép tính tốn cấu tháp (trụ) giới thiệu Tuy nhiên, phát triển máy tính, phương pháp tính yêu cầu truyền tải điện, kết cấu tháp truyền tải điện cần tính tốn tối ưu hơn, thiết kế cao hơn, thi công nhanh chóng hơn, thẩm mỹ ngày cao chiều cao thiết kế Do vậy, việc nghiên cứu hồn thiện phương pháp tính đề xuất quy trình bước thực tính tốn nội lực tháp truyền tải điện thiết thực cần thiết toán thiết kế tháp truyền tải điện Từ lý tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu, tính tốn tháp truyền tải điện theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss” * Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phương pháp tính tốn tháp truyền tải điện phương pháp nguyên lý cực trị Gauss Với việc “nghiên cứu tính toán tháp truyền tải điện theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss” đề tài nhằm thực số mục tiêu sau: Đánh giá, so sánh phương pháp tính toán tháp truyền tải điện nguyên lý cực trị Gauss với phương pháp tính tốn Từ có lựa chọn hợp lý kết cấu, phương pháp tính hiệu kinh tế cho cơng trình Kết nghiên cứu đạt phục vụ cho công việc học viên, ngồi ứng dụng cơng việc thiết kế kết cấu thép khác tương tự 3 * Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Tháp truyền tải điện chế tạo từ hệ thẳng làm việc miền đàn hồi - Phạm vi nghiên cứu: + Vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi + Tải trọng tác dụng tải trọng tĩnh * Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với xây dựng thuật toán, lập sơ đồ khối lập trình tính tốn tốn Matlab Trong đó: + Xây dựng lý thuyết tính tốn tháp truyền tải điện theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss + Khảo sát số, lập trình toán Matlab + Từ kết so sánh với phần mềm tính tốn kết cấu rút kết luận, kiến nghị cho đề tài áp dụng vào thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài + Ý nghĩa khoa học: xây dựng phương pháp tính tốn kết cấu tháp truyền tải điện kết cấu tương tự thiết kế kết cấu tháp hệ thống truyền tải điện + Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Đóng góp thêm lý thuyết tính tốn tính tốn tháp truyền tải điện phương pháp ngun lý cực trị Gauss cơng trình xây dựng nước ta * Kết cấu luận văn: Đề tài cấu trúc chia thành chương sau: - Chương mở đầu: Trình bày lý lựa chọn, cần thiết phạm vi nghiên cứu đề tài ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài - Chương 1: Tổng quan tháp truyền tải điện (đặc điểm, cấu tạo, phạm vi áp dụng ), phương pháp tính tốn tháp truyền tải điện dạng 4 - Chương 2: Xây dựng giải toán tháp truyền tải điện dạng chịu tải trọng tĩnh: Tính tốn nội lực, chuyển vị kết cấu tháp truyền tải điện theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss Xây dựng thuật toán, lập sơ đồ khối lập trình tính tốn tốn Matlab - Chương 3: Khảo sát số so sánh kết quả: Dùng chương trình lập tính tốn cho cơng trình cụ thể Tính tốn cơng trình phần mềm hành so sánh kết - Kết luận kiến nghị: Từ kết đề tài, tác giả đề xuất kết luận kiến nghị rút từ nghiên cứu luận văn THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lịng 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 76 PHẦN KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ * Kết luận Luận văn trình bày tổng quát tháp truyền tải điện, cấu tạo, tính tốn phạm vi áp dụng nước ta nói riêng giới nói chung Bằng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss GS TSKH Hà Huy Cương tác giả xây dựng giải thành cơng tốn: Tháp truyền tải điện chịu tải thân, chịu tải thân gió thổi vng góc với đường dây, chịu tải thân đứt dây chống sét đứt dây truyền tải Tác giả xây dựng thuật tốn tính tốn, thiết kế sơ đồ khối lập trình tính tốn Matlab thành cơng Chương trình tính cho tốn Tháp truyền tải điện dùng chương trình tính để tính tốn ví dụ nghiên cứu * Khuyến nghị Phương pháp tính tốn tác giả làm tài liệu nghiên cứu cho sinh viên, học viên cao học kỹ sư chuyên ngành xây dựng nước Áp dụng phương pháp chương trình tính vào thực tế xây dựng * Hướng nghiên cứu Nghiên cứu tiếp tục cho tháp truyền tải điện chịu tác động biến thiên nhiệt độ môi trường chuyển vị cưỡng gối tựa Nghiên cứu dao động riêng tháp truyền tải điện tháp truyền tải điện chịu tác dụng tải trọng động: gió bão, động đất… Nghiên cứu ổn định cục ổn định tổng thể tháp … 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Huy Cương (2005), Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss, Tạp chí Phạm Văn Hội (2006), Kết cấu thép cơng trình dân dụng cơng Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên (2006), Kết cấu thép công trình Trần Thị Kim Huế (2005), Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss đối Khoa học kỹ thuật, IV/2005, Tr 112÷118 nghiệp tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, trg 231-287 đặc biệt, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, trg 97-104 với toán học kết cấu, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội Cao Minh Khang (2001), Nghiên cứu làm việc tháp thép hệ Vũ tiến Quyết (2010), Lựa chọn giả pháp tăng cường tiết diện thang không gian, Luận văn tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội cánh tháp thép dạng dàn, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Hà Nội Lều Thọ Trình (2010), Cơ học kết cấu tập tập 2, NXB khoa học Phạm Văn Trung (2006), Phương pháp tính tốn hệ kết cấu dây Hồng Minh Tuấn (2018), Tính tốn dao động riêng tháp truyền tải kỹ thuật, Hà Nội mái treo, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội, Hà Nội điện có kể tới phi tuyến hình học, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Hà Nội 10 Ха Зуй Кыонг (1984), Применение экстремьлного принципа Гаусса к задачам расчета жестких покрытий аэродромов и автомобильных дорог, Дисс, на соиск, учен, степени докт, техн наук, МАДИ, М 11 Н И Безухов, И В Лужин, Н И Колкунов (1987), Устойчивость и динамика сооружений в примерах и задачах  ... truyền tải điện theo phương pháp ngun lý cực trị Gauss? ?? * Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phương pháp tính tốn tháp truyền tải điện phương pháp nguyên lý cực trị Gauss Với việc ? ?nghiên cứu tính. .. tốn tháp truyền tải điện theo phương pháp nguyên lý cực trị Gauss? ?? đề tài nhằm thực số mục tiêu sau: Đánh giá, so sánh phương pháp tính tốn tháp truyền tải điện nguyên lý cực trị Gauss với phương. .. BÀI TOÁN THÁP TRUYỀN TẢI ĐIỆN THEO PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN LÝ CỰC TRỊ GAUSS 30 2.1 Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss 30 2.1.1 2.1.2 Phương pháp NLCT Gauss GS TSKH Hà Huy Cương 30 Phương