Nghiên cứu cấu tạo và tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện thép góc đơn có kể đến giảm yếu và độ lệch trục tại vị trí nú (tt)

HÀ HƯƠNG LAN NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THANH CÁNH THÁP THÉP TIẾT DIỆN THÉP GÓC ĐƠN CÓ KỂ ĐẾN GIẢM YẾU VÀ ĐỘ LỆCH TRỤC TẠI VỊ TRÍ NÚT LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG N

HÀ HƯƠNG LAN

NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THANH CÁNH THÁP THÉP TIẾT DIỆN THÉP GÓC ĐƠN CÓ KỂ ĐẾN GIẢM YẾU VÀ ĐỘ LỆCH TRỤC TẠI VỊ TRÍ NÚT

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà nội - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

HÀ HƯƠNG LAN KHÓA 2016 - 2018

NGHIÊN CỨU CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THANH CÁNH THÁP THÉP TIẾT DIỆN THÉP GÓC ĐƠN CÓ KỂ ĐẾN GIẢM YẾU VÀ ĐỘ LỆCH TRỤC TẠI VỊ TRÍ NÚT

Chuyên ngành:Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS PHẠM THANH HÙNG

Hà nội – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Khoa Sau Đại học – Trường đại học Kiến Trúc – Hà Nội vì những chỉ dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập cũng như tiến hành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Kết cấu thép-

gỗ đã có đóng góp quý báu cho bản thảo luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn khoa học TS Phạm Thanh Hùng- Khoa Xây Dựng- Trường đại học Kiến Trúc – Hà Nội đã tận tình giúp

đỡ, chỉ dẫn cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè và anh chị em đồng nghiệp đã có những đóng góp, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn đọc

Hà nội, ngày tháng năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn Thạc sĩ này 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, có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Hà Hương Lan

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục hình minh họa

Danh mục bảng biểu

Trang

Phạm vi, đối tượng nghiên cứu 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 3

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÁP THÉP 4

1.1 Giới thiệu chung về kết cấu tháp thép 4

1.2 Cấu tạo hệ thanh cánh, thanh bụng, vách cứng ngang 8

1.2.3 Vách cứng ngang 15

1.3 Ứng dụng của tháp thép trong các công trình truyền

tải điện và viễn thông

16

1.3.1 Một số công trình tháp thép viễn thông, công trình

truyền tải điện ở Việt Nam

16

1.3.2 Một số tháp thép viễn thông trên thế giới 20

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THANH CÁNH

CỦA THÁP THÉP

26

2.1 Cấu tạo chung về nút liên kết 26

2.2.2 Các nút liên kết khác 34

2.3 Tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện góc đơn 36

2.3.1 Chiều dài tính toán, độ mảnh và độ mảnh tới hạn của

thanh

36

2.3.2 Tính toán thanh cánh có kể đến độ lệch trục do giảm

yếu

40

2.3.3 Tính toán thanh cánh có kể đến độ lệch trục do nối 44 2.3.3.1 Độ ổn định của thanh cánh 44 2.3.3.2 Thanh giằng bố trí đối xứng trên các mặt của tháp 45 2.3.3.3 Độ bền của bản táp 48 2.3.3.4 Thanh giằng bố trí không đối xứng (so le) trên các

mặt của tháp

50

3.1 Tính toán thanh cánh tháp thép 56

3.1.1 Tính toán thanh cánh tháp thép kể đến độ lệch trục do

giảm yếu

56

3.1.2 Ví dụ 2- Tính toán thanh cánh mối nối chồng bằng

liên kết hàn

63

3.1.3 Ví dụ 3- Tính toán thanh cánh mối nối có bản táp

bằng liên kết bu lông

67

3.2 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc

của thanh cánh

76

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của độ lệch tâm do nối chồng

thanh cánh đến ổn định của thanh

76

3.2.2 Khảo sát mức độ giảm yếu 77

DANH MỤC HÌNH MINH HỌA

Số hiệu

Hình 1.1 Một số tháp viễn thông cao nhất thế giới 5

Hình 1.2 Các dạng tiết diện thanh thép 7

Hình 1.4 Tháp thép dạng thon đều 10

Hình 1.5 Tháp dạng thon đổi độ dốc một số lần 11

Hình 1.6 Hệ thanh bụng của tháp thép dạng dàn 13

Hình 1.7 Các loại vách ngang dạng hệ thanh của tháp thép 15

Hình 1.8 Tháp đài truyền hình Việt Nam 16

Hình 1.9 Cột tháp truyền hình Mễ Trì cao 250 m 17

Hình 1.10 Tháp đài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh 18

Hình 1.11 Tháp truyền hình Tam đảo 19

Hình 1.12 Tháp truyền hình Nam Định 20

Hình 1.13 Đường dây 500 kV Sơn La- Lai Châu 20

Hình 1.15 Quá trình xây dựng tháp Eiffel 23

Hình 1.16 Tháp Tokyo Sky- Tree 24

Hình 1.17 Tháp Canton Quảng Châu, Trung Quốc 25

Hình 2.1 Đường hàn đối đầu 27

Hình 2.3 Các hình thức liên kết thép góc bằng bu lông 30

Hình 2.4 Nối thép góc bằng thép góc 31

Hình 2.6 Cấu tạo nút chân tháp 34

Hình 2.7 Cấu tạo nút liên kết thanh cánh với thanh bụng 35

Hình 2.8 Cấu tạo một số nút liên kết thanh bụng của tháp sử

dụng thép góc 36

Hình 2.9 Chiều dài tính toán của các thanh trong hệ không

Hình 2.10

Nút tháp thép, các mặt cắt tại vị trí giảm yếu để xác định tiết diện thực, mặt cắt ngang (1-1, 2-2,3-3,4-4)

và mặt cắt zich zắc( a-b-c-d-e), (f-g-b-c-h-k)

40

Hình 2.11 Xác định vị trí lỗ giảm yếu Vị trí hệ trục tọa độ 41

Hình 2.12

Phân phối mô men lên tiết diện thanh cánh trên nút

và dưới nút a- phân phối mo men tại nút trung gian b- phân phối mô men tại nút gần chân tháp

43

Hình 2.13 Mặt cắt tại vị trí thay đổi tiết diện 1, 2 –tiết diện

thép góc; 3,4- trọng tâm cuả tiết diện 1 và 2 44

Hình 2.14 Sơ đồ tính của thanh cánh khi hệ giằng bố trí đối

xứng trên các mặt, 1,2 các thanh thép góc 46

Hình 2.15 Đồ thị xác định chiều dài tính toán của đoạn thanh

1 bậc hai đầu khớp [4] 48

Hình 2.16 Sơ đồ tính thanh cánh các mặt so le tại nút 1,2-

Hình 2.17 Sơ đồ tính thanh cánh khi hệ giằng bố trí so le trên

các mặt cạnh nhau của tháp 53

Hình 3.1 Ví dụ tính toán- 1,2 lần lượt là điểm đặt lực N md1 và

N md2 ; 3 – trọng tâm tiết diện giảm yếu 57 Hình 3.2 (a) sơ đồ tính của thanh (b)Mặt cắt ngang tại vị 63

cánh khi hệ giằng bố trí đối xứng trên các mặt, 1,2 các thanh thép góc

trí mối nối, 1,2- tiết diện thép góc, 3,4 trọng tâm của tiết diện 1,2

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu

Bảng 2.1 Chiều dài tính toán của các thanh trong hệ giàn

không gian làm từ thép góc đơn

37

Bảng 2.2 Giá trị hệ số d (dùng cho thanh bụng xiên) 38

Bảng 2.3 Chiều dài quy ước của thanh xiên 38

Bảng 2.4 Độ mảnh giới hạn của các thanh 39

Bảng 3.1 Độ chênh lệch ổn định của thanh cánh (Δk ôđ ) khi

nối chồng hai thanh cánh có tiết diện khác nhau

76

Bảng 3.2 Độ chênh lệch ổn định của thanh cánh (Δk ôđ ) khi

nối chồng hai thanh cánh có tiết diện giống nhau

77

Bảng 3.3 Độ lệch tâm khi thay đổi tiết diện bu lông (d 1 = d 2 ) 78

Bảng 3.4 Độ lệch tâm khi thay đổi tiết diện bu lông (d 1 d 2 ) 78

1

MỞ ĐẦU

* Lý do chọn đề tài

Hiện nay, các công trình tháp thép ngày càng phổ biến, thường được dùng làm cột đường dây tải điện, cột ăng ten vô tuyến, cột giàn khoan Kết cấu của tháp thường là hệ không gian ba mặt trở lên, được cấu tạo từ các thanh (thanh cánh và thanh bụng) liên kết với nhau tại nút Tiết diện thanh thường được sử dụng là thép góc, thép ống, thép hình chữ I hay tổ hợp các thép góc

Với các loại tháp thép thấp và vừa thường được cấu tạo từ thép góc đơn Chúng có hai mặt phẳng vuông góc với nhau nên dễ liên kết với nhau Tuy nhiên, vì liên kết ở cánh của tiết diện nên trục thanh và trục liên kết bị lệch tâm Do các lực không đi qua trục thanh cánh nên tạo ra sự lệch trục, sự lệch trục gây thêm mô men uốn cục bộ tác dụng lên thanh cánh tại vị trí nút Mặt khác, tại vị trí nối chồng thanh cánh hoặc thay đổi tiết diện thanh cánh lực dọc tác dụng lên hai tiết diện cũng có sự lệch trục gây ra mô men uốn tại

vị trí này

Việc tính toán thanh cánh theo TCVN [4] hiện nay chưa đề cập cụ thể đến mô men do độ lệch trục gây ra, ảnh hưởng của mô men uốn và các yếu tố bất lợi khác được đưa vào hệ số điều kiện làm việc C (Bảng 3, TCVN 5575- 2012)

Theo tiêu chuẩn Nga (SNIP II- 23-81*) [5] việc tính toán thanh cánh đã tính đến ảnh hưởng của sự giảm yếu cũng như các yếu tố gây ra mô men do

sự lệch trục trong thanh cánh

2

Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của sự giảm yếu cũng như độ lệch trục

do nối chồng và thay đổi tiết diện thanh cánh đến sự làm việc của kết cấu tháp

thép, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu cấu tạo và tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện góc đơn có kể đến giảm yếu và độ lệch trục” đồng thời đề xuất và kiến nghị với nhà thiết kế lưu ý vấn đề này

trong thực tế thiết kế

* Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu các TCVN và Nga nhằm hoàn thiện tính toán kết cấu tháp thép Cụ thể là tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện thép góc đơn có kể đến giảm yếu và độ lệch trục tại vị trí nút

- Đánh giá độ ổn định của thanh cánh thép khi kể đến độ lệch trục do giảm yếu và do liên kết chồng cũng như thay đổi tiết diện thanh cánh từ đó đưa ra kiến nghị cho người thiết kế

* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Tháp thép trong công trình truyền tải điện, vô tuyến Tháp thép với mối nối

- Phạm vi nghiên cứu: Cấu tạo nút liên kết thanh cánh tiết diện góc đơn trong tháp thép và tính toán tiết diện kể đến giảm yếu và độ lệch trục

- Thời gian nghiên cứu: Năm 2017

* Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập; kế thừa tài liệu, kết quả đã nghiên cứu;

- Phương pháp điều tra khảo sát

- Phương pháp phân tích tổng hợp, so sánh

- Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp mới

3

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đề xuất và kiến nghị với nhà thiết kế lưu ý trong vấn đề này trong thực tế thiết kế tháp thép

- Ý nghĩa thực tiễn: Bổ sung để hoàn chỉnh TCVN, đánh giá ảnh hưởng của giảm yếu đến sự làm việc của tháp thép

* Cấu trúc luận văn

Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương:

- Chương 1: Tổng quan về kết cấu tháp thép

- Chương 2: Cấu tạo và tính toán thanh cánh của tháp thép

- Chương 3: Ví dụ tính toán

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

80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận văn trình bày cách tính toán kiểm tra ổn định thanh cánh trên đoạn tháp, tại đó thanh cánh tiết diện thép góc đơn được nối chồng có xét đến

mô men do sự lệch trục của thanh cánh tại mối nối Ngoài ra, luận văn cũng

đã trình bày cách tính toán ứng suất trên thanh cánh tiết diện thép góc đơn tại

vị trí nút bị giảm yếu do khoét lỗ bu lông có xét đến mô men do sự lệch trục của lực tác dụng thanh xiên lên thanh cánh Với việc kể đến ảnh hưởng của

mô men do sự lệch trục thanh cánh hay do khoét lỗ bu lông thì tính toán có sự làm việc an toàn và sát với thực tế hơn

Qua một số ví dụ và khảo sát cho thấy: khi kể đến độ lệch trục do nối chồng thì độ ổn định thanh cánh tính toán giảm từ 1,5% (trong trường hợp nối chồng L150x10 và L120x10) đến 33,67% (trong trường hợp nối chồng L150x15 và L150x15) Do vậy, trong tính toán tháp phải kể đến mô men do

sự lệch trục gây ra bởi mối nối chồng của thanh cánh và chỉ nên nối chồng với thanh có tiết diện thay đổi để giảm bớt sự lệch tâm

Đề xuất bổ sung và hoàn thiện TCVN 5575-2012 trong việc thiết kế

tính toán thanh cánh tháp

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Phạm Văn Hội ( 2012) Kết cấu thép Cấu kiện cơ bản Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật

2 Phạm Văn Hội (2012) Kết cấu thép 2 Công trình dân dụng và công

nghiệp Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật

3 Nguyễn Trọng Hoàng (2015).Thiết kế tháp thép theo tiêu chuẩn

Mỹ Tia- 222-G

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

Tiếng Nga

5 TC Nga : SNIP II- 23- 81*