LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN

Ab và u lần lượt là diện tích và chu vi tiết diện cọc lc,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i ls,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i qb là cường độ sức kh

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU

ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN

PHẦN 1:

KẾT CẤU MÓNG ỐNG KHÓI

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN 2

1.1 Các bước thiết kế móng cho ống khói 2

1.2 Tiêu chuẩn và tài liệu liên quan 2

2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC 3

2.1 Tính toán sức chịu tải theo Vật liệu 3

2.2 Tính toán sức chịu tải theo Nền đất 4

3 XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG CỌC 6

3.1 Xác định số lượng cọc trong đài 6

3.2 Bài toán cọc chịu nén - uốn - cắt đồng thời 6

3.3 Các yêu cầu về cấu tạo cọc 6

3.3.1 Khoảng cách giữa các cọc 6

3.3.2 Cốt thép dọc 7

3.3.3 Cốt thép đai 7

4 THIẾT KẾ ĐÀI CỌC 8

4.1 Giả thiết tính toán 8

4.2 Tính toán cốt thép đài cọc theo TCVN 10304:2014 8

4.3 Bố trí cốt thép chịu uốn 10

4.4 Tính toán chống chọc thủng cho đài cọc 10

4.5 Tính toán chống cắt cho đài cọc 11

4.6 Tính toán cốt thép đài cọc theo phương pháp Dàn ảo (ACI 318-08) 11

4.6.1 Tổng quan về Dầm cao và mô hình Dàn ảo 11

4.6.2 Sơ đồ tính toán cho bài toán cụ thể 12

4.6.3 Tính toán cốt thép 13

4.7 Các yêu cầu về cấu tạo đài cọc 13

1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN

1.1 Các bước thiết kế móng cho ống khói

 Bước 1: Thu thập dữ liệu đầu vào, bao gồm:

- Tải trọng tác dụng lên móng ống khói

- Tài liệu khảo sát địa chất

 Bước 2: Tính toán sức chịu tải của cọc

 Bước 3: Tính toán số lượng cọc và Bố trí mặt bằng cọc

 Bước 4: Tính toán cốt thép đài cọc

1.2 Tiêu chuẩn và tài liệu liên quan

[1] TCVN 10304:2014 - Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế

[2] TCVN 5574:2012 - Kết cấu Bê tông và Bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế

[3] ACI 318-08 - Kết cấu Bê tông - Tiêu chuẩn thiết kế (Tiêu chuẩn Mỹ)

[4] GS Nguyễn Đình Cống - Thực hành tính toán cấu kiện Bê tông cốt thép

[5] Phạm Huy Chính - Tính toán móng công trình

[6] GS Nguyễn Văn Quảng - Nền móng và tầng hầm nhà cao tầng

2 TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC

Sức chịu tải theo Vật liệu và theo Nền đất được xác định theo TCVN 10304:2014

2.1 Tính toán sức chịu tải theo Vật liệu

Các căn cứ:

 Mục 7.1.7 TCVN 10304:2014: Tính toán cọc và đài cọc theo cường độ vật liệu cần tuân theo

các yêu cầu của các tiêu chuẩn hiện hành về kết cấu bê tông, bê tông cốt thép

 Mục 7.1.8 TCVN 10304:2014: Đối với mọi loại cọc, khi tính toán theo cường độ vật liệu, cho

phép xem cọc như một một thanh ngàm cứng trong đất tại tiết diện nằm cách đáy đài một khoảng l 1 (công thức xác định l 1 sẽ được trình bày cụ thể ở các mục sau)

 Mục 7.1.9 TCVN 10304:2014: Khi tính cọc đóng hoặc ép nhồi, cọc khoan nhồi và barrette

theo cường độ vật liệu, cường độ tính toán của bê tông phải nhân với hệ số điều kiện làm việc

cb = 0.85 kể đến việc đổ bê tông trong khoảng không gian chật hẹp của hố và ống vách, và nhân với hệ số ' cb = 0.7 kể đến phương pháp thi công khi thực hiện việc khoan và đổ bê tông vào lòng hố khoan dưới dung dịch khoan hoặc dưới nước chịu áp lực dư

Các bước tính toán cụ thể

Bước 1 Lựa chọn vật liệu và xác định các đặc trưng của vật liệu:

Rb - Cường độ chịu nén tính toán của bê tông - Bảng 13 TCVN 5574:2012

Rs, Rsc - Cường độ chịu kéo và chịu nén tính toán của cốt thép - Bảng 21 TCVN 5574:2012

Bước 2 Lựa chọn kích thước tiết diện cọc và xác định các thông số hình học:

U - Chu vi tiết diện cọc

A - Diện tích tiết diện cọc

Bước 3 Bố trí cốt thép cọc và xác định thông số tính toán (xem thêm Các yêu cầu về cấu tạo cọc):

k - hệ số tỉ lệ, đơn vị kN/m 4, phụ thuộc vào nền đất xung quanh cọc, xem bản A.1

bp - bề rộng quy ước của cọc, đơn vị m, bp = d + 1 khi đường kính thân cọc d  0.8m, bp = 1.5d + 0.5 khi d > 0.8

c - hệ số điều kiện làm việc, c = 3 đối với cọc độc lập

E - mô đun đàn hồi của vật liệu làm cọc, đơn vị kPa

I - mô men quán tính của tiết diện cọc, đơn vị m4 ; đối với cọc tròn I = r4/4

Bước 5 Xác định chiều dài làm việc lo của cọc: sơ đồ một đầu ngàm 1 đầu ngàm trượt

2.2 Tính toán sức chịu tải theo Nền đất

Căn cứ: Phụ lục G.3.2 Xác định sức chịu tải theo Công thức của Viện kiến trúc Nhật Bản

Sức chịu tải cực hạn xác định theo công thức:

Rc,u = qbAb + u(fc,ilc,i + fs,ils,i)

Trong đó:

Ab và u lần lượt là diện tích và chu vi tiết diện cọc

lc,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i

ls,i là chiều dài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i

qb là cường độ sức kháng của đất dưới mũi cọc

 Khi mũi cọc nằm trong lớp đất rời: qb = 300Np đối với cọc đóng, và qb = 150Np đối với cọc khoan nhồi

 Khi mũi cọc nằm trong lớp đất dính: qb = 9cu đối với cọc đóng, và qb = 6cu đối với cọc khoan nhồi

 Np là chỉ số SPT trung bình trong khoảng 1d dưới mũi cọc và 4d trên mũi cọc

 cu là sức kháng cắt không thoát nước của đất dính, khi không có số liệu sức kháng cắt không thoát nước cu xác định trên các thí nghiệm cắt đất trực tiếp hoặc thí nghiệm nén ba trục có thể xác định từ thì nhiệm nén một trục nở ngang tự do (cu = qu/2), hoặc từ chỉ số SPT trong đất dính cu,i = 6.25Ni tính bằng kPa

fs,i là cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất rời thứ i

fc,i là cường độ sức kháng trung bình trên đoạn cọc nằm trong lớp đất dính thứ i

Đối với cọc đóng fs,i và fc,i xác định như sau:

3 XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG CỌC

3.1 Xác định số lượng cọc trong đài

Bước 1 Xác định sơ bộ số lượng cọc trong đài theo công thức

nc = k*N/Rcd , Trong đó:

- N là tải trọng thẳng đứng tác dụng lên hệ móng

- k là hệ số xác kể đến ảnh hưởng của mô men; có thể lấy k = 1.5 Do bài toán xác ống khói là bài toán cụ thể, nên có thể thực hiện tính toán nhiều trường hợp để đưa ra hệ

số k chính xác hơn

Bước 2 Bố trí sơ bộ mặt bằng cọc Đài hình tròn có thể bố trí theo một trong hai dạng dưới đây:

Bước 3 Kiểm tra tải trọng đầu cọc, theo [5] đối với đài cọc hình tròn hoặc hình vành khuyên, tải

trọng đầu cọc được xác định theo công thức:

∑ Trong đó rj là khoảng cách từ tâm đài đến tâm mỗi cọc

3.2 Bài toán cọc chịu nén - uốn - cắt đồng thời

3.3 Các yêu cầu về cấu tạo cọc

3.3.2 Cốt thép dọc

Theo [6], hàm lượng tối thiểu của cốt thép trong cọc khoan nhồi như sau:

 0.5% đối với cọc có diện tích tiết diện A < 0.5m2

 0.25% đối với cọc có diện tích tiết diện A  0.5m2

Cốt thép dọc được bố trí theo chu vi, đường kính  12mm

4 THIẾT KẾ ĐÀI CỌC

4.1 Giả thiết tính toán

Đài cọc được tính toán dựa trên giả thiết: khi cắt đài ra từng dải vành khuyên với các vết cắt hướng tâm thì các dải này làm việc độc lập và có thể tính toán như một cấu kiện riêng lẻ

Trong bài toán này, đài cọc sẽ được cắt thành các dải trong đó mỗi dải chứa một hàng cọc hướng tâm như trong hình dưới

4.2 Tính toán cốt thép đài cọc theo TCVN 10304:2014

Theo mục 8.3 của TCVN 10304:2012: "Đài cọc được tính như dầm bê tông cốt thép Chiều cao của

đài và cốt thép xác định bằng tính thép theo TCVN 5574:2012"

Để xác định mô men trong đài cọc, trước hết cần xác định tải trọng đầu cọc, cũng chính là phản lực của cọc tác dụng lên đài

Sơ đồ xác định tải trọng đầu cọc

Tải trọng tác dụng lên cọc thứ i được xác định theo công thức:

( )

∑ Sau khi xác định được tải trọng đầu cọc, tiến hành xác định mô men uốn trong đài cọc Thực hiện các mặt cắt I-I và II-II để xác định xác định mô men tại mặt cắt bên trái và bên phải cột

Do kích thước cột bé so với kích thước đài cọc, và để thiên về an toàn, có thể coi cánh tay đòn là khoảng cách từ các cọc đến tâm đài cọc

Sơ đồ xác định mô men trong đài cọc

Ví dụ với sơ đồ trên, mô men trong đài cọc tại các mặt cắt xác định lần lượt như sau:

MI = P1 * y1 + P2 * y2

MII = P3 * y3 + P4 * y4

Trong trường hợp tổng quát, mô men được xác định bởi công thức M = Pi*yi , với số lượng cọc tính toán là số cọc ở về một bên tính từ tâm đài cọc

Sau khi xác định được MI và MII, mô men sử dụng để tính toán cốt thép là Ms = max(MI, MII)

Diện tích cốt thép trong đài cọc, As, được xác định theo TCVN 5574:2012, quy trình như sau:

Rb và Rs lần lượt là cường độ tính toán của bê tông và cốt thép

b là bề rộng của dải tính toán, dải tính toán có bề rộng không đều, thiên về an toán có thể lấy giá trị bé nhất

ho là chiều cao làm việc của cốt thép, tính từ mép bê tông chịu nén đến trọng tâm của nhóm cốt thép

Để đơn giản và cũng thiên về an toàn, có thể áp dụng công thức được đề xuất trong [6], đây là công thức được sử dụng trong đa số tài liệu về tính toán nền móng:

4.3 Bố trí cốt thép chịu uốn

Sau khi tính toán cốt thép theo mục 4.2, cốt thép có thể bố trí đều trên toàn tiết diện, hoặc bố cắt theo biểu đồ mô men để tiết kiệm

Sơ đồ xác định mô men trong đài cọc

4.4 Tính toán chống chọc thủng cho đài cọc

Tính toán chống chọc thủng cho đài cọc tuân theo mục 6.2.5.4 của TCVN 5574:2012

Sơ đồ tính toán chọc thủng đài cọc

a) Khi mặt bên của tháp chọc thủng nghiêng 45ob) Khi mặt bên của tháp chọc thủng nghiêng góc lớn hơn 45oĐối với bê tông cốt thép thông thường, điều kiện chống chọc thủng của đài cọc được xác định như sau:

Trong đó:

F là lực chọc thủng, bằng lực dọc chân cột trừ đi phản lực của các đầu cọc nằm trong tháp chọc thủng; trường hợp không có cọc nào nằm trong tháp chọc thủng thì F = N

Rbt là cường độ chịu kéo tính toán của bê tông

ho là chiều cao làm việc của cốt thép

um là giá trị trung bình của chu vi đáy trên và đáy dưới của tháp, trong trường hợp của bài toán

um = 2b với b là bề rộng của dải tính toán

k hệ số gia tăng khả năng chịu cắt khi tháp chọc thủng nghiêng góc lớn hơn 45o, k = ho/c nhưng không lớn hơn 2.5

Trường hợp điều kiện chống chọc thủng không thỏa mãn, có thể bố trí cốt thép đai vuông góc với mặt bản trong phạm vi tháp chọc thủng, điều kiện chống chọc thủng khi có mặt của cốt đai được xác định như sau:

nhưng không được lớn hơn 2Fb

4.5 Tính toán chống cắt cho đài cọc

Cần kiểm tra trường hợp đài cọc bị phá hoại do lực cắt chính bẳng tổng phản lực của nhóm cọc ở một phía của chân cột gây ra, ví dụ như hình bên dưới lực cắt Q = P1 + P2

Sơ đồ tính toán chống cắt cho đài cọc

Đối với bê tông thông thường, khả năng chống cắt của tiết diện đài cọc được xác định theo công thức:

[ ] Nhưng giá trị [Q] lấy không lớn hơn 2.5Rbtbho và không bé hơn 0.6Rbtbho

Điều kiện cần thỏa mãn: Q < [Q]

4.6 Tính toán cốt thép đài cọc theo phương pháp Dàn ảo (ACI 318-08)

4.6.1 Tổng quan về Dầm cao và mô hình Dàn ảo

Dầm cao là dầm có chiều dài nhịp thông thủy nhỏ hơn 4 lần chiều cao dầm

Dầm cao cần được thiết kế theo mô hình dàn ảo như trình bày dưới đây

Trong dầm cao hình thành các thanh chống chịu nén để truyền lực từ vị trí đặt tải trọng đến vị trí gối

đỡ Các thanh cốt thép đóng vai trò như thanh dàn chịu kéo Vùng bê tông giao thanh chịu nén và thanh chịu kéo chính là các nút dàn

Sơ đồ dàn ảo để tính toán dầm cao

Quá trình tính toán thực hiện theo quy trình:

1 Xác định lực nén và lực kéo trong các thanh dàn

2 Lực nén cần đảm bảo gây ứng suất không vượt quá giá trị giới hạn

3 Lực kéo được sử dụng để tính toán cốt thép

4 Vùng nút dàn được kiểm tra theo điều kiện ứng suất

4.6.2 Sơ đồ tính toán cho bài toán cụ thể

Trong bài toán tính móng cho ống khói, các cọc chính là các gối đỡ trong sơ đồ dầm cao Thông thường có khá nhiều cọc, hệ trở thành hệ siêu tĩnh nên không thể giải bài toán bằng phương pháp tĩnh học thông thường Bài toán đòi hỏi phải sử dụng phần mềm phân tích kết cấu, trong đó cọc được

mô hình hóa bằng phần tử gối đàn hồi, như hình dưới đây:

Hình ảnh dưới là ví dụ về kết quả phân tích trong phần mềm SAP2000

Hình 4.6.2 4.6.3 Tính toán cốt thép

Cốt thép được tính toán dựa trên lực kéo, theo công thức

As = T / Rs

Trong đó T là lực kéo trong thanh dàn, Rs là cường độ tính toán của cốt thép

Hình 4.6.2 cho thấy lực kéo lớn trong phạm vi ở gần điểm đặt lực, và bé hơn ở các khu vực bên ngoài; điều này là tương đồng với sơ đồ tính toán theo mô men nêu trong mục 4.2

4.7 Các yêu cầu về cấu tạo đài cọc

Biên đài cọc đưa ra khỏi mép cọc biên một đoạn tối thiểu là 250mm

Chiều cao đài cọc thông thương lấy tối thiểu bằng: 2D + 10cm trong đó D là đường kính cọc

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU

ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN

PHẦN 2:

KẾT CẤU THÂN ỐNG KHÓI

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN 2

1.1 Các bước thiết kế ống khói 2

1.2 Tiêu chuẩn và tài liệu liên quan 2

2 TẢI TRỌNG 3

2.1 Tải trọng thường xuyên 3

2.2 Tải trọng Gió 3

2.2.1 Thành phần tĩnh của tải trọng Gió 4

2.2.2 Thành phần động của tải trọng Gió 4

2.2.3 Tổng hợp tác động của tải trọng Gió 6

2.3 Tải trọng Động đất 6

2.4 Tác dụng do sự thay đổi nhiệt độ 7

3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU 9

4 KIỂM TRA ĐỘ BỀN VÀ ĐIỀU KIỆN CHUYỂN VỊ 10

4.1 Kiểm tra độ bền 10

4.1.1 Tính toán cốt thép theo TCVN 5574:2012 10

4.1.2 Kiểm tra độ bền theo ACI 307-98 11

4.2 Kiểm tra chuyển vị 13

5 CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO 14

1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN

1.1 Các bước thiết kế ống khói

 Bước 1: Xác định tải trọng tác dụng lên ống khói

 Bước 2: Tạo mô hình và phân tích kết cấu bằng phần mềm chuyên dụng (Etabs, Sap)

 Bước 3: Kiểm tra độ bền và độ ổn định của ống khói

 Bước 4: Các yêu cầu cấu tạo

1.2 Tiêu chuẩn và tài liệu liên quan

[1] TCVN 2737:1995 - Tải trọng và tác động

[2] TCXD 229:1999 - Hướng dẫn xác định thành phần động của tải trọng Gió theo tiêu chuẩn TCVN 2737:1995

[3] TCVN 9386:2012 - Thiết kế công trình chịu động đất

[4] TCVN 5574:2012 - Kết cấu Bê tông và Bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế

[5] QCVN 02:2009/BXD - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về số liệu, điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng

[6] Eurocode 8 (Part 6) - Thiết kế công trình chịu động đất (Phần 6: Tháp, Cột trụ và Ống khói) [7] ACI 318-08 - Kết cấu Bê tông - Tiêu chuẩn thiết kế (Tiêu chuẩn Mỹ)

[8] ACI 307-98 - Thiết kế và thi công ống khói bê tông cốt thép

2 TẢI TRỌNG

Các loại tải trọng tác dụng lên ống khói bao gồm

 Tải trọng thường xuyên: Tải trọng bản thân của ống khói và các tải trọng khác tồn tại trọng suốt thời gian thi công và sử dụng

 Tải trọng Gió

 Tải trọng Động đất

 Tác dụng do sự thay đổi nhiệt độ

2.1 Tải trọng thường xuyên

Tải trọng thường xuyên là các tải trọng tồn tại trong suốt thời gian thi công và sử dụng, bao gồm:

 Tải trọng bản thân: Trọng lượng bản thân của ống khói, được xác định dựa trên kích thước hình học và trọng lượng riêng vủa vật liệu làm ống khói (trọng lượng riêng của bê tông cốt thép thường bằng 25 kN/m3

)

 Tải trọng thường xuyên khác: bao gồm các đối tượng được gắn trên ống khói, ví dụ cầu thang, hệ thống kỹ thuật v.v Xác định bằng phương pháp thống kê từ hồ sơ kiến trúc và công nghệ

2.2 Tải trọng Gió

Tải trọng gió bao gồm thành phần tĩnh và thành phần động

Ống khói được chia thành n phần theo chiều cao, mỗi phần được giả thiết có khối lượng tập trung

phía trên của đoạn chia Tải trọng gió được giả thiết là tác dụng tập trung tại các điểm này

Sơ đồ tính toán của ống khói