CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN, KIỂM TRA ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA THÁP
2.4. Đặc trƣng tiết diện hình học
Hệ thanh của tháp thép dạng giàn thường dùng thép hình cán nóng hoặc thép ống tùy vào mục đích sử dụng và yêu cầu về thẩm mỹ. Thông thường các tháp đỡ đường dây tải điện, tháp đỡ đài nước, đỡ băng tải, trạm trộn, các thanh dùng tiết diện thép góc. Các tháp viễn thông, tháp ăngten dựng trong thành phố có yêu cầu cao về thẩm mỹ hoặc tháp có nội lực trong thanh, thanh cánh dùng thép ống, thanh bụng dùng thép góc hoặc dùng toàn bộ thép ống cho các thanh. Tiết diện thép ống có bán kính quán tính và độ cứng theo mọi phương là như nhau, với cùng chiều dài tính toán và liên kết đầu thanh thì khả năng chịu lực là nhƣ nhau. Tiết diện thép góc có hai cánh phẳng nên dễ liên kết nhƣng gia công tốn kém không tiết kiệm đƣợc vật liệu thường dùng cho các dạng tháp nhỏ và vừa. Tiết diện thép ống có bán kính quán tính lớn, hệ số khí động bé nên tải trọng gió tác dụng lên tháp bé nên tiết diện này thường dùng trong các dạng tháp vừa hoặc lớn.
Hình 2.7. Các tiết diện thanh thường dùng cho tháp ăngten.
2.4.1. Chiều dài tính toán và độ mảnh của các thanh
Khái niệm chiều dài tính toán của thanh có thể hiểu là sự hiệu chỉnh chiều dài (hiệu chỉnh khoảng cách hình học của hai tâm mắt) của một thanh thực nào đó có liên kết hai đầu không phải là khớp (do bản mắt vốn có độ cứng khá lớn trong mặt phẳng làm việc của nó, có thể cản trở không cho các thanh xoay và đồng thời các thanh cùng tụ về một mắt cũng cản trở sự xoay tự do của nhau nên không thể xem là khớp lý tưởng theo giả thiết thiết kế hệ thanh không gian) so với chiều dài một thanh quy đổi có hai đầu khớp là l0, mà ổn định của hai thanh này tương đương (lực tới hạn bằng nhau). Chiều dài quy đổi l0 này đƣợc gọi là chiều dài tính toán của thanh thực.
Hình 2.8. Chiều dài tính toán các thanh trong hệ không gian
Bảng 2.17. Chiều dài tính toán thanh trong hệ dàn không gian dùng thép góc đơn Loại thanh Chiều dài tính toán Bán kính quán tính
Thanh cánh l0 i
Dạng theo hình a, b, c lm imin
Dạng theo hình d, e 1.14lm ix hoặc iy
Thanh xiên
Dạng theo hình b, c, d μdld imin
Dạng theo hình a, e μdldc imin
Thanh ngang
Dạng theo hình b 0.8 lc imin
Dạng theo hình c 0.65 lc imin
Ghi chú :ldc là chiều dài quy ước của thanh xiên μd là hệ số quy đổi chiều dài tính toán của thanh xiên.
Bảng 2.18. Chiều dài quy ước của thanh xiên Đặc điểm mắt giao nhau của
các thanh bụng
Chiều dài quy ƣớc ldc của thanh bụng xiên nếu thanh đỡ là thanh
Chịu kéo Không
chịu lực Chịu nén
Cả hai thanh không gián đoạn ld 1.3ld 0.8Ld
Thanh đỡ gián đoạn và có phủ
bản mắt 1.3ld 1.6ld
Hình a Ld
Hình e
(1.75- 0.15n)ld (1.9- 0.1n)ld Ld Khi 1<=n<3
Khi n>=3 1.3ld 1.6ld Ld
Mắt giao nhau của các thanh được giữ không cho chuyển vị ra
ngoài mặt phẳng dàn ld ld ld
* Ghi chú: Ld là chiều dài thanh xiên hình a, e.
+ n = (Jm,min ld)/(Jd,min lm) là tỷ số độ cứng đơn vị nhỏ nhất của thanh cánh và thanh xiên.
+ Jm,min, Jd,min là mômen quán tính nhỏ nhất của tiết diện thanh cánh và thanh xiên
Bảng 2.19. Hệ số chiều dài tính toán của thanh xiên μd Liên kết của thanh
xiên với thanh cánh
n Gía trị của μd khi l/imin bằng
<= 60 60 < l/imin <=160 >= 160 Bằng đường hàn hoặc bu lông
(không nhỏ hơn 2), không có
bản mã ≤ 2 1.14 0.54+36(imin/l) 0.765
≥6 1.04 0.56 +28.8(imin/l) 0.74 Bằng 1 bu lông, không có
bản mã
Không phụ thuộc n
1.12 0.64+28.8(imin/l) 0.82 Khi liên kết trực tiếp một đầu của thanh xiên với thanh cánh bằng đường hàn hoặc bu lông, còn đầu kia qua bản mã thì hệ số chiều dài tính toán là 0.5(1+μd), khi liên kết hai đầu thanh qua bản mã thì μd = 1
Dàn thép ống không dùng bản mắt lox=loy=0.9l.
Độ mảnh các thanh là tỉ số giữa chiều dài tính toán l0 và bán kính quán tính của tiết diện I theo một phương nào đó:
0 0 0
max
min
; y ;
x
x y
x y
l l l
i i i
Với: x Ix; y Iy; x0 Ix0; min min( ,x y, x0)
i i i i i i i
A A A
Ix, Iy, Ix0, A – momen quán tính đối với trục x, trục y, trục x0 và diện tích tiết diện thanh xét.
Độ mảnh theo phương bất kỳ của thanh phải thõa mãn điều kiện:
max [ ]
Giá trị λmax cho trong bảng 2.20 phụ thuộc vào loại thanh và dấu nội lực thanh.
Bảng 2.20. Độ mảnh giới hạn của thanh.
Loại thanh Độ mảnh lớn nhất (λmax) khi thanh chịu
nén kéo
Thanh cánh 120 300
Thanh ngang 150 350
Thanh xiên 150 400
2.4.2. Biến dạng của tháp
Đối với các tháp ăng ten chuyển vị đỉnh hoặc góc xoay tại các tiết diện ngang quá lớn sẽ làm ảnh hưởng tới điều kiện sử dụng công trình. Vì vậy cần kiểm tra công trình tháp ăng ten phải thõa mãn các điều kiện biến dạng sau:
Các giá trị cho phép [ζ] và [Δ]H đƣợc tra theo tiêu chuẩn riêng cho từng công trình cụ thể của riêng từng ngành.
Chuyển vị ngang ở đỉnh tháp: H [ ]H
Góc xoay của tiết diện ngang tại mức sàn công tác: []
Các giá trị cho phép [ζ] và [Δ]H đƣợc tra theo tiêu chuẩn riêng cho từng công trình cụ thể của riêng từng ngành.
Thông thường đối với tháp ăng ten lấy các giá trị:
0 0
1 1
[ ] ;[ ] 1 2
250 400
H H