Nghiên cứu tính toán giàn thép trong trạm biến áp (tt)

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TBA Trạm biến áp ro Bán kính quán tính bé nhất của tiết diện lox Chiều dài tính toán theo phương x loy Chiều dài tính toán theo phương y Ayc th Diệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN MINH SƠN

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN GIÀN THÉP TRONG

TRẠM BIẾN ÁP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHẠM VĂN TRUNG

Hà Nội – 2014

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi đã được sự hướng dẫn và dạy dỗ nhiệt tình của các thầy giáo, các nhà khoa học trong suốt quá trình học tập dưới mái Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội thân yêu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Phạm Văn Trung, thầy đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

Nhân đây, tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Lãnh đạo, các đồng nghiệp

và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp tôi trong quá trình thực hiện luận văn

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực

và có nguồn gốc rõ ràng

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ, hình ảnh

MỞ ĐẦU 1

 Lý do chọn đề tài 1

 Mục đích nghiên cứu 2

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

 Phương pháp nghiên cứu 2

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG I 4

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP 4

TRONG TRẠM BIẾN ÁP 4

1.1 Khái niệm về trạm biến áp 4

1.1.1 Mạng lưới điện 4

1.1.2 Trạm biến áp 4

1.1.3 Vai trò và đặc trưng của kết cấu thép trong TBA 6

1.2 Đại cương về giàn thép trong TBA 9

1.2.1 Tình hình sử dụng giàn thép trên thế giới 9

1.2.2 Tình sử dụng giàn thép tại Việt Nam 13

1.2.3 Phân loại giàn theo chức năng sử dụng 14

1.3 Sơ đồ và vật liệu chế tạo giàn thép 16

1.3.1 Sơ đồ cột 16

1.3.2 Vật liệu chế tạo cột, xà và liên kết 25

CHƯƠNG 2 29

CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 29

GIÀN THÉP TRONG TRẠM BIẾN ÁP 29

2.1 Sơ đồ tính 29

2.2 Các yếu tố khí hậu ảnh hưởng 30

2.2.1 Gió 30

2.2.2 Nhiệt độ 31

2.3 Tải trọng và tác động 31

2.3.1 Các loại tải trọng 32

2.3.2 Tải trọng gió vào giàn 10,11 32

2.3.3 Tải trọng dây vào giàn 35

2.3.4 Tải trọng động đất 37

2.4 Các chế độ tính toán cho giàn 54

2.4.1 Chế độ bình thường 55

2.4.2 Chế độ sự cố 55

2.5 Tính toán và kiểm tra tiết diện thanh [9] 56

2.5.1 Thanh chịu kéo 56

2.5.2 Thanh chịu nén 57

2.6 Kiểm tra ổn định tổng thể của cột 58

2.7 Tính toán liên kết bu lông 58

CHƯƠNG 3 60

TÍNH TOÁN GIÀN THÉP 60

3.1 Kích thước hình học 60

3.2 Vật liệu và quy cách chế tạo 61

3.3 Tải trọng tác dụng lên giàn 62

3.4 Tính toán cột 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

 Kết luận 86

 Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHU LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TBA Trạm biến áp

ro Bán kính quán tính bé nhất của tiết diện

lox Chiều dài tính toán theo phương x

loy Chiều dài tính toán theo phương y

Ayc

th

Diện tích làm việc thực tế (tiết diện thu hẹp), đã trừ diện tích lỗ thanh

Att Diện tích làm việc thực tế (tiết diện thu hẹp), đã trừ diện tích lỗ

thanh sau khi cấu tạo chi tiết thanh

T Lực căng của dây dẫn về một phía của khoảng cột

N Lực nén tính toán trong thanh

f Cường độ tính toán của thép chịu kéo nén uốn lấy theo giới hạn

chảy

fy Cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy của thép

fu Cường độ tiêu chuẩn lấy của thép theo sức bền kéo đứt

s Ứng suất pháp

gM Hệ số độ tinh cậy về cường độ

 Độ mảnh của cấu kiện ( = lo/i)

x, y Độ mảnh tính toán của cấu kiện trong các mặt phẳng vuông góc

với các trục x-x, y-y [] Độ mảnh giới hạn của cấu kiện

 Hệ số chiều dài tính toán của thanh

j Hệ số uốn dọc

k Hệ số thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

Ct Hệ số cản chính diện của đoạn cột

Cx Hệ số khí động của thanh, của dây

K1 Hệ số kể đến sự thay đổi của hệ số khí động khi gió thổi lên cột

theo các hướng khác nhau

h Hệ số xét đến sự tác động của tải trọng gió vào mặt dàn phía sau

do sự cản trở của dàn đón gió

z Hệ số mạch động của tải trọng gió ở độ cao Z

n Hệ số tương quan không gian áp lực động của tải trọng gió

x Hệ số động lực học ứng với dạng dao động riêng thứ i của cột

 Độ giảm loga của dao động

fi Tần số dao động riêng ở dạng thứ i của công trình

yi Hệ số ứng với dạng dao động thứ i của công trình

a Góc chuyển hướng (góc lái) của ĐDK

g Hệ số làm việc của thanh

x, y Chuyển vị theo phương x, y của đỉnh cột so với vị trí ban đầu [] Giới hạn chuyển vị

P1 Tải trọng dây, sứ tác dụng lên cột theo phương thẳng đứng

P2 Tải trọng gió tác dụng vào dây truyền lên cột theo phương ngang

P3 Tải trọng kéo do lực căng dây và gió tác dụng tác dụng lên cột

W0 Giá trị áp lực gió lấy theo bản đồ phân vùng áp lực gió

Wt Giá trị áp lực gió tĩnh

Wđ Giá trị áp lực gió động

Fi Lực động đất

Sd(T) Tung độ của phổ phản ứng thiết kế với chu kỳ dao động cơ bản T

qo Giá trị cơ bản của hệ số ứng xử

g Hệ số tầm quan trọng

kr Hệ số sửa đổi phản ánh sự phân bố khối lượng, độ cứng, độ bền

Bảng 3.1 Các dạng dao động của giàn

Bảng 3.2 Bảng tính tiết diện thanh

Hình 1.9 Giàn đỡ trong TBA 500kV

Hình 1.10 Giàn néo trong TBA 220kV

Hình 1.11 Giàn xuất tuyến trong TBA 220kV

Hình 1.12 Một số loại cột

Hình 1.13 Các dạng cấu tạo thanh bụng thân cột Hình 1.14 Các dạng thanh bụng chia nhỏ thân cột Hình 1.15 Cấu tạo hệ chia nhỏ

Hình 1.16 Cấu tạo vách cứng ngang

1

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Ngành điện là một bộ phận quan trọng trong kết cấu hạ tầng Quốc gia và

có tính xã hội hóa cao

Trong những năm qua cơ sở hạ tầng mạng lưới điện được ưu tiên đầu tư phát triển, tạo tiền đề, làm động lực phát triển kinh tế - xã hội, phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa, đáp ứng tiến trình hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế Ngành điện đã và đang xây dựng và mở rộng thêm các nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện, phong điện, điện nguyên tử nhằm phát triển nguồn cấp điện Đồng bộ với nó, hệ thống lưới truyền tải điện cũng có sự phát triển mạnh mẽ, các trạm biến áp được xây dựng khắp nơi với các cấp điện áp Phần xây dựng trạm biến áp được hình thành chủ yếu từ các kết cấu giàn đỡ dây dẫn điện (giàn cột cổng) và kết cấu giàn đỡ thiết bị điện với sự đa dạng của các loại giàn như giàn

bê tông cốt thép, giàn cột bê tông ly tâm đúc sẵn, giàn thép hình đúc sẵn, giàn thép hình hệ thanh tổ hợp Trong đó giàn thép hệ thanh được sử dụng nhiều hơn

cả nhờ khả năng chịu lực cũng như tính ổn định cao, khả năng đáp ứng nhiều cấp điện áp, nhiều cấp tải trọng, khả năng chế tạo và lắp ráp linh hoạt

Việc thiết kế giàn thép chưa đảm bảo cả về khả năng chịu lực, khả năng thi công và tính kinh tế Vì thói quen và để đáp ứng tiến độ, người ta đã dùng các thiết kế sẵn có, chưa được lựa chọn kỹ lưỡng, nên hiệu quả về kinh tế chưa cao

Sự phân tích và lựa chọn kết cấu hợp lý của giàn sao cho an toàn và tiết kiệm có ý nghĩa lớn trong thực tiễn Đề tài nghiên cứu đáp ứng được yêu cầu của công việc, góp phần vào việc phát triển hơn nữa kết cấu thép trong lĩnh vực công nghiệp điện nói riêng đồng thời đóng góp cho việc phát triển, áp dụng kết cấu thép ở Việt Nam

2

 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu tìm hiểu về tình hình sử dụng giàn thép cho trạm biến áp trong và ngoài nước, về cấu tạo chung, vật liệu, các liên kết

- Nghiên cứu tính toán kết cấu giàn thép trong trạm biến áp

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là giàn thép hệ thanh (giàn thép néo cuối Trạm biến áp 500kV Hà Tĩnh)

- Phạm vi nghiên cứu là sự làm việc của kết cấu giàn thép (hệ cột, xà nhịp lớn) đỡ dây dẫn Nghiên cứu lý thuyết tính toán, kiểm tra kết cấu giàn Sử dụng các quy phạm, tiêu chuẩn của Việt Nam để nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin từ sách, báo, các công trình khoa học, internet

- Tìm hiểu tài liệu thiết kế kết cấu thép trong TBA của các đơn vị tư vấn trong và ngoài nước

- Khảo sát thực tế các trạm biến áp đến 500kV

- Nghiên cứu các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế của Việt Nam để áp dụng tính toán đối với hệ giàn tháp thép

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu cách tính, các công thức, giải pháp trên

cơ sở khoa học để áp dụng trong các công trình

- Ý nghĩa thực tiễn: Lựa chọn giải pháp cấu tạo phù hợp cho các loại giàn

Áp dụng các lý thuyết tính toán kết cấu thép nhằm xây dựng một phương pháp tính toán hợp lý áp dụng trong thực tiễn công tác thiết kế các công trình TBA

3

 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được biên chế thành 1 tập bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về kết cấu thép trong trạm biến áp Chương 2: Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết tính toán Chương 3: Tính toán giàn thép

Phần kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui lòng 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

86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

 Kết luận

Trong giới hạn của luận văn tác giả đã giải quyết được các vấn đề sau:

- Nêu nên tình hình sử dụng giàn thép trong TBA trên thế giới và Việt Nam cho thấy những hạn chế cần nghiên cứu cải tiến để phù hợp hơn với tiến trình hiện đại hóa, tiến trình hội nhập và phát triển

- Làm rõ sự làm việc của giàn thép trong TBA về cấu tạo chung, vật liệu, các liên kết thanh trong cột

- Đa số giàn thép trong trạm biến áp (giàn néo, giàn xuất tuyến) có đặc thù làm việc theo kiểu chân chịu nén - chân chịu kéo nên khi tính toán móng cần chú ý kiểm tra điều kiện chống nhổ và chống lật

- Với kết cấu thép, qua tính toán cho thấy tải trọng động đất tác dụng lên giàn là khá nhỏ so với tải trọng gió tác dụng lên giàn Do đó ảnh hưởng của động đất chỉ xét tới phần móng của cột

 Kiến nghị

Những vấn đề kiến nghị tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện

- Luận văn nghiên cứu trong phạm vi giàn thép dạng thanh sử dụng thép góc, hướng nghiên cứu tiếp theo cần giải quyết trường hợp hệ thanh sử dụng các loại thép hình khác như thép ống, thép H,

- Luận văn đã đề cập đến vấn đề áp dụng tính toán tải trọng áp dụng theo các tiêu chuẩn và quy phạm hiện hành của Việt Nam Tác giả xin kiến nghị bổ sung nghiên cứu, tính toán theo các tiêu chuẩn phổ biến trên thế giới như Eurocode hoặc ASCE để có sự so sánh và lựa chọn tiêu chuẩn thiết kế hợp lý đáp ứng được quá trình toàn cầu hóa

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Nguyễn Văn Đạm (2004), Mạng lưới điện – tập 1, NXB Khoa học và kỹ

thuật, Hà Nội, tr 9-19

2 Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường

(2006), Kết cấu thép cấu kiện cơ bản, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,

tr 13-40, 79-98

3 Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Đoàn Ngọc Tranh,

Hoàng Văn Quang (2006), Kết cấu thép công trình dân dụng và công

nghiệp, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, tr 231-282

4 Nguyễn Lê Ninh (2011), Cơ sở lý thuyết tính toán công trình chịu động

đất, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, tr 5, 17, 18

5 Văn Tiến Mạnh (2011), Lựa chọn phương án kết cấu hợp lý cho cột néo

của đường dây tải điện trên không, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trường Đại

học xây dựng Hà Nội, Hà Nội, tr 37-40

6 Trần Phương Thảo (2012), Nghiên cứu tính toán cột thép truyền tải điện

có tính đến tải trọng động đất theo tiêu chuẩn Eurocode, Luận văn thạc sĩ

kỹ thuật, trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội, tr 71-76

7 Quy phạm trang bị điện  Phần I: Quy định chung 11TCN – 18 – 2006

8 Quy phạm trang bị điện  Phần III: Trang bị phân phối và trạm biến áp 11TCN – 20 – 2006

9 TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế

10 TCXD 2737:1995 Tải trọng và tác động – Tiêu chuẩn thiết kế

11 TCXD 229:1999 Chỉ dẫn tính toán thành phần động của tải trọng gió theo TCVN 2737:1995

12 TCVN 9386: 2012 Thiết kế công trình chịu động đất

Tiếng Anh

13 European prestandard (2003), Eurocode8: Design provisions for

earthquake resistance of structures Part 6: Towers, masts and chimneys

PL1-1

PHỤ LỤC 1: SƠ ĐỒ CHẤT TẢI

PL1-2

SƠ ĐỒ KẾT CẤU

PL1-3

PL1-4

PL1-5

PL1-6

PL1-7

PL1-8

PL1-9

GIÓ X

PL1-10

GIÓ Y

PL1-11

PL1-12

PL1-13

PL2-1

PHỤ LỤC 2: CÁC BẢNG TRA

Giới hạn chảy f y , N/mm2 , cho độ dày t, mm

Độ dãn dài , % , cho độ dày t, mm

Bảng 2 Tính năng cơ học của một số loại thép nước ngoài

(Nguồn: TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế)

Ứng suất giới hạn nhỏ nhất,

không hợp kim

không hợp kim

Q345)

Thép hợp kim thấp

15MnV (hay Q 390)

Thép hợp kim thấp

Úc

AS 3678 gr.250

AS 3678 gr.300

AS 3679 gr.250

AS 3679 gr.350

GHI CHÚ:

Các ký hiệu thép nêu trong bảng này chỉ gồm ký tự gốc nói lên tính chất cơ học, không ghi các ký tự đuôi nói lên đặc điểm sử dụng và chế tạo của thép /Thép có chung ký tự gốc đều dùng được trị số cho trong bảng, ví dụ: thép Anh BS 4360 gr.40B hay gr.40C dùng được trị số của BS 4360 gr 40; thép châu Âu S355JOC dùng trị số như S355; thép Trung quốc Q235B–YF dung được trị số như Q235

Bảng 3 Cường độ tính toán chịu cắt và kéo của bulông (Nguồn: TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế)

Đơn vị tính: N/mm2Trạng thái

làm việc

Ký hiệu

Cấp độ bền

PL2-5

Bảng 4 Cường độ tính toán chịu ép mặt của bulông f cb (Nguồn: TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế)

Đơn vị tính: N/mm2

Giới hạn bền kéo đứt của thép cấu

kiện được liên kết

1 1 Thanh cánh, thanh xiên ở gối của giàn phẳng

(kể cả giàn hãm) và của hệ mái lưới thanh

không gian

2 2 Các thanh giàn và của hệ mái lưới thanh

4 Các thanh của hệ giằng cột (ở dưới dầm cầu

trục)

6 6 Thanh cánh và thanh xiên ở gối của cột

đường dây tải điện

7 7 Các thanh của cột đường dây tải điện (trừ các

PL2-6

8 8 Các thanh của hệ thanh không gian rỗng có

tiết diện chữ T hoặc chữ thập chịu tác dụng của

tải trọng gió khi kiểm tra độ mảnh trong mặt

phẳng thẳng đứng

Ghi chú: 1 Trong các kết cấu không chịu tải trọng động chỉ cần kiểm tra độ mảnh của thanh trong mặt phẳng thẳng đứng

2 Không hạn chế độ mảnh của thanh chịu kéo ứng lực trước

3 Tải trọng động đặt trực tiếp lên kết cấu là tải trọng dùng trong tính toán về bền mỏi hoặc trong tính toán có kể đến hệ số động

Bảng 6 – Hệ số điều kiện làm việc c khi thiết kế cột điện (Nguồn: TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế)

1 Các cánh chịu nén làm bằng thép góc đơn trong hai khoang đầu kể

từ mặt móng của cột đứng tự do:

a) Khi dùng liên kết hàn

b) Khi dùng liên kết bulông

2 Các thanh chịu nén của xà ngang rỗng (để treo dây) bằng các thép

góc đơn đều cạnh được liên kết trên một cạnh:

a) Thanh cánh liên kết trực tiếp với thân cột bằng hai bulông trở lên

b) Thanh cánh liên kết với thân cột bằng một bulông hoặc qua

bản mã

c) Thanh xiên và thanh ngang

3 Dây neo bằng cáp thép hoặc bó sợi cường độ cao:

a) Đối với cột trung gian và cột có chế độ làm việc bình thường

b) Đối với các cột neo, cột neo ở góc và cột góc:

– Chế độ làm việc bình thường

– Chế độ làm việc có sự cố

0,95 0,9

0,9 0,75 0,75

0,9

0,8 0,9 GHI CHÚ: Các hệ số điều kiện làm việc không dùng để tính liên kết của các cấu kiện tại nút

Bảng 7 – Độ mảnh giới hạn của các thanh chịu nén (Nguồn: TCVN 5575:2012 Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế)

giới hạn

1 Thanh cánh, thanh xiên và thanh đứng nhận phản lực gối:

a) Của giàn phẳng, hệ mái lưới thanh không gian, hệ thanh

không gian rỗng (có chiều cao H  50 m) bằng thép ống hoặc tổ

hợp từ hai thép góc;

180 - 60 