Bài viết Nghiên cứu tính toán kết cấu móng trụ điện gió trên bờ trình bày các nội dung chính sau: Phương pháp tính toán và cấu tạo cốt thép móng trụ; Ứng suất tại đáy móng trụ dưới tác dụng của tổ hợp bao; Tính toán cốt thép móng.
Trang 1NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU MÓNG TRỤ ĐIỆN GIÓ
TRÊN BỜ
Vũ Hoàng Hưng1, Vũ Ngọc Hoàng2, Nguyễn Phương Thúy2
1 Trường Đại học Thủy lợi, email: thuynp73@wru.vn
2 Sinh viên Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Điện gió là một lĩnh vực đang được phát
triển mạnh mẽ ở Việt Nam với các trang trại
điện gió cả trên bờ và ngoài khơi Ngoài trụ
và turbine điện gió được nhập khẩu, phần
móng trụ điện gió vẫn chủ yếu dựa vào tổng
thầu nước ngoài Với kiến thức đã học và
nghiên cứu tài liệu, các tác giả tiến hành phân
tích trạng thái ứng suất biến dạng kết cấu
khối móng trụ điện gió trên bờ dựa trên
phương pháp PTHH ứng dụng trong phần
mềm kết cấu chuyên dụng để thiết lập các
mối quan hệ kích thước hình học móng trụ
điện gió với điều kiện địa chất khác nhau từ
đó dễ dàng lựa chọn kích thước móng phù
hợp cho từng loại đất nền đảm bảo điều kiện
ổn định, tính toán và bố trí cốt thép cho kết
cấu móng để đảm bảo điều kiện về độ bền
Kết quả của bài báo có thể áp dụng trong
thực tiễn thiết kế kết cấu móng trụ điện gió
đặt trực tiếp trên nền đất và phát triển đối với
móng trên nền cọc
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) là
phương pháp tìm dạng gần đúng của hàm
chưa biết trong miền xác định của nó Đối
với kết cấu móng trụ điện gió được chia
thành các phần tử khối hộp và nối với nhau
bằng các điểm nút được ràng buộc chuyển vị
thẳng theo 3 phương Dựa trên mối quan hệ
giữa ma trận độ cứng phần tử, véc tơ chuyển
vị nút và véc tơ tải trọng có thể xác định
được chuyển vị tại các nút và ứng suất phần
tử theo các phương Việc tính toán được thực
hiện trong phần mềm phân tích kết cấu [2]
2.2 Mô hình nền biến dạng cục bộ Winkler Tại mỗi điểm (ở mặt đáy) phản lực nền p(x) tỷ lệ bậc nhất với độ lún của nền s(x): p(x) = ko.s(x), ko là hệ số nền (kN/m3) không phụ thuộc vào chiều sâu Mô hình Winkler coi đất nền như một hệ lò xo đặt thẳng đứng không chịu kéo, dài bằng nhau, có độ cứng
c = ko.A (kN/m) làm việc độc lập với nhau,
A là diện tích tác dụng của lò xo Khi thực hiện trên phần mềm có thể gán trực tiếp hệ số nền lên mặt của phần tử, phần mềm sẽ tự động tính toán độ cứng lò xo với diện tích tác dụng tương ứng tại từng điểm nút
2.3 Phương pháp tính toán và cấu tạo cốt thép móng trụ
Theo nguyên tắc đặt cốt thép cho kết cấu
bê tông cốt thép, các thanh cốt thép chịu lực đặt theo phương tác dụng của mô men và chịu ứng suất kéo do các mô men đó gây ra trên mặt cắt ngang tính toán với bề rộng bằng một đơn vị chiều dài Đặt các thanh thép hướng tâm chịu ứng suất kéo do mô men Mr gây ra, các thanh thép hướng vòng chịu ứng suất kéo do momen tiếp tuyến Mt gây ra (Hình 1) [1] Giá trị nội lực trên mặt cắt tính toán được xác định từ ứng suất pháp trên mặt cắt và có thể sử dụng phương pháp Section Cut trong phần mềm phân tích kết cấu tham khảo ở tài liệu [2]
Hình 1 Cốt thép chịu lực chính
Trang 23 SỐ LIỆU TÍNH TOÁN
Một móng trụ tròn có kích thước mặt cắt
ngang qua tâm móng cho ở Hình 2 với chiều
cao phần chuyển tiếp giữa phần trụ đáy và
phần trụ đỉnh là h (m)
Hình 2 Mặt cắt ngang móng trụ
3.1 Mô hình móng trụ
Bao gồm: Phần đáy; phần đỉnh; phần
chuyển tiếp và lò xo nền Đặc trưng vật liệu:
+ Trọng lượng thể tích: = 24,5 (kN/m3) + Mô đun đàn hồi: E = 2,65×107 (kN/m2 )
+ Hệ số Poisson: = 0,2
Hệ số nền ko: + TH1 - ko=50.000 (kN/m3);
+ TH2 - ko = 100.000 (kN/m3);
+ TH3 - ko = 150.000 (kN/m3)
3.2 Tải trọng Tải trọng tác dụng lên đỉnh móng trụ điện gió do nhà cung cấp thiết bị cung cấp với các
tổ hợp tải trọng ứng với các trường hợp làm việc bất lợi về lực theo các phương Do giới hạn về khuôn khổ bài báo, trong Bảng 1 chỉ thể thể hiện 3 trường hợp tải trọng trong tổng số 16 trường hợp bất lợi về lực và mô men [3]
Bảng 1 Tải trọng tính toán
Tải
Tổ hợp
Fx (kN)
Fy (kN)
Fz (kN)
Fxy (kN)
Mx (kNm)
My (kNm)
Mz (kNm)
Mxy (kNm) Fxy max 1059.1 -746.3 -5211.6 1295.6 80098.0 70973.5 2910.6 107018.0
4 XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO MÓNG
4.1 Ứng suất tại đáy móng trụ dưới tác
dụng của tổ hợp bao
Hình 3 thể hiện ứng suất đáy móng dưới
tác dụng của trường hợp bao của 3 trường
hợp nêu trong Bảng 1
Hình 3 Ứng suất bản đáy móng trụ lần lượt
từ trái qua phải: S11, S22, S33
4.2 Thiết lập mối quan hệ giữa chiều cao móng trụ và phản lực nền (h~ Fz)
Hình 4 Biểu đồ h~Fz TH Ko = 50.000kN/m 3 Hình 5 Biểu đồ h~Fz TH Ko = 100.000kN/m 3
Trang 3Hình 6 Biểu đồ h~Fz TH Ko =150.000kN/m 3
Phân tích xu hướng kéo nén tại mép biên
móng, thiết lập mối quan hệ giữa đường kính
móng D và chiều cao h cho thấy h = 2 m là thỏa
mãn điều kiện về nén trên toàn bộ đáy móng:
Ta có: 2 0, 08
25
h
D => Vậy h = 0,08D
Chọn h = 2 m; ko = 100.000 (kN/m3) - đất sét
pha cát đầm kỹ, D = 25 m để tính toán cốt thép
5 TÍNH TOÁN CỐT THÉP MÓNG
5.1 Xác định nội lực mặt cắt
Hình 7 Mặt cắt tính toán nội lực
Sau khi tính toán Section cut tại các vị trí
cho ở Hình 5, ta có bảng nội lực như sau:
Bảng 2 Nội lực mặt cắt
S1.3 -4627.10 -2366.14 -559.85
5.2 Bố trí cốt thép
1) Cốt thép hướng tâm: Thép hướng tâm
tính với mặt cắt có nội lực lớn nhất S2.3
2) Cốt thép hướng vòng: Cốt thép hướng
vòng được tiến hành tính toán trên cả 3 mặt
cắt S1.1, S1.2 và S1.3
Hình 8 Bố trí thép hướng tâm và hướng vòng
6 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 1) Đã thiết lập được biểu đồ tổng tra quan
hệ h~ko như sau:
Hình 9 Biểu đồ quan hệ h~k o
Vùng gạch chéo là vùng có chiều cao của móng (h) đảm bảo Người thiết kế có thể tra nhanh chiều cao của móng khi gặp nền địa chất khác nhau, tiết kiệm thời gian tính toán 2) Từ các kết quả phân tích với cùng một
hệ số nền:
+ ko = 50.000 kN/m3 (Đất đầm chặt lẫn sỏi, đất sét có độ ẩm nhỏ): h = 1,5m thỏa mãn; + ko = 100.000 kN/m3 (Đất pha cát đầm kỹ): h = 1,5 m; h = 2,0 m thỏa mãn;
+ ko = 150.000 kN/m3 (Đất sét cứng):
h = 1,5 m; h = 2,0 m; h = 2,2 m; h = 2,5 m thỏa mãn Điều đó có nghĩa là không phải cứ trọng lượng bản thân móng lớn thì đã ổn định, ổn định của khối móng còn phụ thuộc vào địa chất nền, mô men quay và các lực tác dụng
3) Do móng nông với độ sâu đặt móng không lớn nên trong tính toán coi hệ số nền không phụ thuộc vào chiều sâu chôn móng
7 TÀI LIỆU THAM KHẢO
1] ThS Ngô Quang Hưng (2016), Tính toán và cấu tạo bản tròn bê tông cốt thép theo TCVN 5574:2012, Tạp chí KHCN Xây dựng, (3), tr 56-61
[2] Vũ Hoàng Hưng và nnk (2012, 2016), SAP2000 - Phân tích kết cấu công trình thủy lợi thủy điện, NXB Xây dựng
EN45_EN156_140HH Foundation Load Report, Update the mean load, Page 4-6
