CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN, KIỂM TRA ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA THÁP
2.1. Lý thuyết về tính toán
2.1.4.2. Thành phần động của gió
Bản chất của thành phần gió động gồm: “xung của vận tốc gió” và “lực quán tính của công trình” gây ra. Các thành phần này làm tăng thêm tác dụng của tải trọng gió lên công trình do dao động, xét đến ảnh hưởng của lực quán tính sinh ra do khối lƣợng tập trung của công trình khi dao động bởi các xung của luồng gió.
Tùy vào mức độ nhạy cảm của công trình đối với tác dụng động lực của tải trọng gió mà thành phần động của tải trọng gió chỉ cần kể đến tác động do thành phần xung của vận tốc gió hoặc với cả lực quán tính của công trình.
Mức độ nhạy cảm được đánh giá qua tương quan giữa giá trị các tần số dao động riêng cơ bản của công trình, đặc biệt là tần số dao động riêng thứ nhất với tần số giới hạn fL (Bảng 9, TCVN 2737-1995).
Bảng 2.1. Giá trị giới hạn của tần số dao động riêng fL
Vùng áp lực gió (Việt Nam) fL (Hz) Δ = 0.3 δ = 0.15
I 1.1 3.4
II 1.3 4.1
III 1.6 5.0
IV 1.7 5.6
V 1.9 5.9
Đối với công trình tháp ăng tên bằng thép ta có: độ giảm loga δ = 0.15 và tần số giới hạn fL = 5.0.
- Với các công trình không mảnh lắm, có tần số dao động riêng đầu tiên f1 > fL
; thành phần động của tải trọng gió lên mỗi phần chia, mỗi đoạn tháp, trụ chỉ là sự mạch động do dòng khí va đập vào bề mặt công trình, xác định theo công thức:
0 0
Wp W
Với trường hợp này, tải trọng gió tiêu chuẩn là tổng của 2 thành phần (tĩnh + mạch động): W W (10 )
Trong đó: W0: là thành phần tĩnh của tại trọng gió lên mỗi đoạn;
δ: hệ số áp lực của tải trọng giọ phụ thuộc vào dạng địa hình và độ cao xác định tải trọng gió lấy theo bảng 8, TCVN 2737-1995.
ν: là hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió được lấy theo bề mặt tính toán của công trình trên đó xác định các tương quan động xác định theo bảng 2.2.
Hình 2.2. Hệ tọa độ khi xác định hệ số tương quan không gian ν Bảng 2.2. Hệ số tương quan không gian áp lực động ν của tải trọng gió
ρ, m Hệ số v khi χ (m) bằng
5 10 20 40 80 160 350
0,1 0,95 0,92 0,88 0,83 0,76 0,67 0,56
5 89 0,87 0,84 0,80 0,73 0,65 0,54
10 0,85 0,84 0,81 0,77 0,71 0,64 0,53
20 0,80 0,78 0,76 0,73 0,68 0,61 0,51
40 0,72 0,72 0,70 0,67 0,63 0,57 0,48
80 0,63 0,63 0,61 0,59 0,56 0,51 0,44
160 0,53 0,53 0,52 0,50 0,47 0,44 0,38
Mặt phẳng tọa độ cơ bản song song với bề mặt tính toán, khi quy ước hướng
gió trùng với trục y
các tham số ρ và χ
ρ χ
zox b h
zoy 0.4a h
xoy b a
- Với công trình cao, độ mảnh lớn dể xác định thành phần động của tải trọng gió gần đúng chia công trình thành nhiêu đoạn theo chiều cao (j = 1,…j,k…n) có các khối lượng tương ứng M1,….,Mj,Mk,…Mn phân bố dọc theo chiều cao. Khối lƣợng của mỗi đoạn đặt tại trọng tâm đoạn (hoặc gần đúng tại vách cứng ngang của đoạn).
- Giải bài toán dao động riêng, sẽ cho kết quả la một số tần số có đặc điểm f1 <
f2 <. ….fs < fL < fs+1. Trong đó f1, f2,. ….fs, fs+1 là các tần số dao động riêng cơ bản ở
dạng dao động thứ 1, thứ 2,….thứ s, thứ (s+1) của công trình.
Trường hợp này cần phải:
+ Xác định giá trị của s thành phần động tương ứng với s dạn dao động đầu tiên, có các tần số tương ứng là f1, f2,. ….fs, fs+1 .
+ Xác định riêng lẽ từng giá trị của thành phần động, tương ứng với mỗi dạng dao động I ≤ s, tác dụng lên phần thứ k (hoặc tầng thứ k) của công trình.
+ Thành phần động ở dạng dao động thứ I, tác dụng lên phần thứ k, là một lực ngang đặt tại tâm khối lƣợng của phần thứ k, theo chiều chuyển vị của tâm khối lƣợng phần thứ k. Giá trị xác định theo công thức:
Wpki Mk i iyki Trong đó:
+ Mk: khối lƣợng phần công trình thứ k, trọng tâm của nó ở độ cao zk (so với mặt móng);
+ ξi: hệ số động lực với dạng dao động thứ i, xác định theo đồ thị hình 2.3, hoặc điều 6.13.2 – TCVN 2737-1995, phụ thuộc vào thông số εi:
10 w0
i 940
fi
với:
γ: hệ số tin cậy của tải trọng gió, γ = 1.2 ;
w0: áp lực gió tiêu chuẩn, daN/m2, tương ứng với địa điểm xây dựng;
fi: tần số (đơn vị Hz hoặc s-1 ) của dạng dao động riêng thứ i của công trình;
yik : biên độ dao động ngang, ở dạng dao động riêng thứ i của công trình;
ψi: hệ số, ứng với dao động thứ I, xác định với các phần chia n, theo công thức:
0 1
2 1
W
( )
n
i p j j j
i
n
i
j j
j
y M y
với:
Mj: khối lƣợng của phần công trình thứ j;
+ Wp0j: thành phần động của tải trọng gió lên phần thứ j của công trình, khi chỉ kể đến sự mạch động, lực tập trung trùng với phương gió thổi được xác định theo công thức:
0 oj
Wp j W y (wockAj)y
Aj: diện tích đón gió và hút gió của phần thứ j (gồm cả mặt trước và mặt sau),m2; c: hệ số khí động, ứng với cả hai mặt, mặt đón gió và hút gió ;
n: tổng số phần chia công trình;
νy: hệ số tương quan không gian, tương ứng với hướng gió trùng với trục y.
Hình 2.3. Hệ số động lực ξ
+ Đường cong 1: đối với công trình bê tông cốt thép và gạch đá kể cả các công trình bằng khung thép có kêt câu bao che (δ = 0.3).
+ Đường cong 2: Các tháp, trụ thép, ống khói, các thiết bị dạng cột có bệ bằng bê tông cốt thép (δ = 0.15).