Se ha denunciado esta presentación.
Utilizamos tu perfil de LinkedIn y tus datos de actividad para personalizar los anuncios y mostrarte publicidad más relevante. Puedes cambiar tus preferencias de publicidad en cualquier momento.

Thiết kế kết cấu ống khói dự án nhiệt điện

1.118 visualizaciones

Publicado el

Báo cáo kết quả nghiên cứu lý thuyết tính toán kết cấu ổng khói dự án nhiệt điện

Publicado en: Ingeniería
  • Inicia sesión para ver los comentarios

Thiết kế kết cấu ống khói dự án nhiệt điện

  1. 1. CÔNG TY TNHH KẾT CẤU WEFLY HÀ NỘI, 2017 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
  2. 2. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 1 THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN......................3 1.1. Các bước thiết kế móng cho ống khói..................................................................................3 1.2. Tiêu chuẩn và tài liệu liên quan...........................................................................................3 2. TÍNH TOÁN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC .................................................................................4 2.1. Tính toán sức chịu tải theo Vật liệu .....................................................................................4 2.2. Tính toán sức chịu tải theo Nền đất .....................................................................................5 3. XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG CỌC.........................................................7 3.1. Xác định số lượng cọc trong đài..........................................................................................7 3.2. Bài toán cọc chịu nén - uốn - cắt đồng thời..........................................................................7 3.3. Các yêu cầu về cấu tạo cọc..................................................................................................7 3.3.1. Khoảng cách giữa các cọc............................................................................................7 3.3.2. Cốt thép dọc.................................................................................................................8 3.3.3. Cốt thép đai..................................................................................................................8 4. THIẾT KẾ ĐÀI CỌC.................................................................................................................9 4.1. Giả thiết tính toán................................................................................................................9 4.2. Tính toán cốt thép đài cọc theo TCVN 10304:2014.............................................................9 4.3. Bố trí cốt thép chịu uốn.....................................................................................................11 4.4. Tính toán chống chọc thủng cho đài cọc............................................................................11 4.5. Tính toán chống cắt cho đài cọc ........................................................................................12 4.6. Tính toán cốt thép đài cọc theo phương pháp Dàn ảo (ACI 318-08)...................................12 4.6.1. Tổng quan về Dầm cao và mô hình Dàn ảo ................................................................12 4.6.2. Sơ đồ tính toán cho bài toán cụ thể.............................................................................13 4.6.3. Tính toán cốt thép ......................................................................................................14 4.7. Các yêu cầu về cấu tạo đài cọc..........................................................................................14
  3. 3. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 2
  4. 4. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 3 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
  5. 5. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 4 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 l1 (công thức xác định l1 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): As - Diện tích cốt thép cọc Bước 4 Xác định chiều dài quy ước l1 của cọc: l1 = 2/ae Trong đó: √ k - hệ số tỉ lệ, đơn vị kN/m4 , 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
  6. 6. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 5 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 lo = l1 Bước 6 Xác định độ mảnh  của cọc √ Trong đó A và I lần lượt là diện tích tiết diện và mô men quán tính của cọc, đối với tiết diện tròn  = 2lo/r Bước 7 Xác định hệ số uốn dọc   = 1.028 - 0.00002882 - 0.0016 Bước 8 Xác định sức chịu tải trọng nén dọc trục theo vật liệu của cọc Rm Rm = (cb'cb (A - As)Rb + AsRs) 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:
  7. 7. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 6 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: fs,i = 10Ni/3 fc,i = 6.25pfLNi Ni là chỉ số SPT trung bình trong lớp đất thứ i p là hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc tỉ lệ sức kháng cắt không thoát nước cu,i và trị số trung bình của áp suất pháp hiệu quả thẳng đứng, xác định theo biểu đồ trên hình G.2a fL là hệ số điều chỉnh theo độ mảnh h/d của cọc đóng, xác định theo biểu đồ trên hình G.2b Đối với cọc khoan nhồi fs,i và fc,i xác định tương tự như đối với cọc đóng nhưng lấy fL = 1 Hình G.2 - Biểu đồ xác định hệ số p và fL
  8. 8. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 7 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 3.3.1. Khoảng cách giữa các cọc Theo mục 8.13 TCVN 10304:2014:  Khoảng cách giữa các tim cọc không bé hơn 1.5*d đối với cọc chống, hoặc 3*d đối với cọc treo  Khoảng thông thủy giữa các cọc khoan nhồi tối thiểu bằng 1m
  9. 9. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 8 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 3.3.3. Cốt thép đai Theo [6], cốt thép đai có đường kính từ 6  10mm, khoảng cách 200  300mm, dùng đai đơn hoặc dạng xoắn Thép đai tăng cường có đường kính lớn hơn (12 hoặc 14) bố trí với khoảng cách 2m để tăng cứng cho lồng thép đồng thời để gắn các con kê bảo vệ cốt thép
  10. 10. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 9 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.
  11. 11. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 10 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: √ Trong đó: 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:
  12. 12. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 11 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 45o b) Khi mặt bên của tháp chọc thủng nghiêng góc lớn hơn 45o Đối 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
  13. 13. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 12 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 Trong đó Fb = kRbtumho (xác định như phía trên) Fsw = RswAsw Rsw lấy không lớn hơn giá trị chịu cắt tính toán của cốt thép C-I, A-I Asw là tổng diện tích cốt thép bị tháp chọc thủng cắt qua 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
  14. 14. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 13 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:
  15. 15. THIẾT KẾ MÓNG CHO ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 14 Hình ảnh dưới là ví dụ về kết quả phân tích trong phần mềm SAP2000 a) b) 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 Thép được bố trí thành các lưới:  Lưới ở đáy đài chịu kéo và bố trí theo tính toán, các thanh thuộc lưới này được bẻ lên một đoạn > 20 lần đường kính cốt thép  Lưới ở đỉnh đài thường bố trí theo cấu tạo, để chống nứt do co ngót và tăng cường chịu nén cho bê tông. Mật độ bố trí thông thường khoảng 6cm2 /1 mét dài [6]  Lưới ở mặt bên bố trí theo cấu tạo chống nứt do co ngót. Mật độ bố trí thông thường khoảng 6cm2 /1 mét dài [6]
  16. 16. CÔNG TY TNHH KẾT CẤU WEFLY HÀ NỘI, 2017 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
  17. 17. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 1 THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN 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
  18. 18. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 2 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.
  19. 19. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 3 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
  20. 20. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 4 2.2.1. Thành phần tĩnh của tải trọng Gió Giá trị tính toán của thành phần tĩnh được xác định theo công thức: Trong đó: Wo - giá trị của áp lực gió, tra bảng 4.1 của QCVN 02 : 2009/BXD k - hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao, lấy theo bảng 5 của TCVN 2737:1995, phụ thuộc độ cao của điểm tính toán và dạng địa hình c - hệ số khí động, tra bảng 6 của TCVN 2737:1995, phụ thuộc hình dạng và kích thước công trình - hệ số độ tin cậy (hay hệ số tầm quan trọng) = 1.37 2.2.2. Thành phần động của tải trọng Gió Thành phần động của tải trọng gió phụ thuộc độ cứng, khối lượng và các đặc trưng động học của công trình. Công trình trong thực tế có thể dao động phức tạp, và được giả thiết là tổng hợp của các dao động riêng cơ bản. Quy trình xác định thành phần động của tải trọng gió được tóm tắt như sau: 1. Phân tích giao động, xác định tần số và dạng của các dao động riêng 2. Tính toán lực quán tính tác dụng lên công trình ứng với mỗi dạng dao động riêng - chính là thành phần động của tải trọng Gió ứng với mỗi dạng dao động riêng 3. Tổng hợp tác động của thành phần động của tải trọng Gió trong các dạng dao động Các dạng dao động riêng cơ bản của công trình Giá trị tính toán thành phần động của tải trọng Gió tác dụng lên phần thứ j trong dạng dao động riêng thứ i được xác định như sau:
  21. 21. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 5     i jij jjiTjjij pji M WM W   ** * **** 2      Trong đó:  Mj : khối lượng của phần thứ j  ji: chuyển vị tỉ đối của tầng thứ j trong dạng dao động riêng thứ i. ji có thể được xác định bằng các phần mềm phân tích kết cấu, hoặc bằng quy trình được giới thiệu phía dưới.  WTj: giá trị tính toán thành phần tĩnh của tải trọng gió tác dụng lên tầng thứ j  j: hệ số áp lực động tại cao độ tầng thứ j, phụ thuộc cao độ và dạng địa hình (tra bảng 3 của TCXD 229:1999)  : hệ số tương quan không gian, phụ thuộc bề rộng đón gió và chiều cao của công trình (tra bảng 4 của TCXD 229:1999). Lưu ý rằng  = 1 đối với các dạng dao động bậc cao (dạng thứ 2, 3, v.v..).  j: hệ số động lực ứng với dạng dao động thứ j, phụ thuộc tần số dao động và áp lực gió (xem mục 4.5 của TCXD 229:1999) Các đặc trưng động học của công trình như tần số dao động riêng hay dạng của dao động (chuyển vị tỉ đối ji) có thể được xác định bằng các phần mềm phân tích kết cấu hoặc bằng phương pháp gần đúng được giới thiệu trong phụ lục B, mục B.2.4 của TCXD 229:1999, cụ thể được trình bày dưới đây. Đối với công trình dạng ống khói hoặc các công trình tương tự có mặt cắt ngang hình vành khuyên, tần số dao động riêng có kể đến ảnh hưởng biến dạng của nền, được xác định theo công thức: 2 2 i o i r Eg f H q    Trong đó: fi – là tần số dao động riêng thứ i (Hz); E – là môđun đàn hồi của vật liệu làm thân ống khói (kN/m2 ); H – là chiều cao của ống khói từ đỉnh đến móng (m); g – là gia tốc trọng trường (m/s2 ); q – là trọng lượng thể tích của thân ống khói (kN/m3 ). ro – là bán kinh quán tính của tiết diện đáy ống khói (m). ro = (Jo/Fo) Jo, Fo – là mômen quán tính và diện tích tiết diện đáy ống khói (m4 , m2 ) λi – là hệ số, ứng với dạng dao động thứ i. Với 3 dạng dao động đầu tiên, λi được xác định theo các đồ thị hình B.2 của TCXD 229:1999
  22. 22. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 6 Lớp lót ống khói thường chỉ làm tăng trọng lượng còn hầu như không ảnh hưởng đến độ cứng của ống khói, khi đó giá trị q được tính gần đúng theo công thức: Trong đó: qth và qL – là trọng lượng thể tích của vật liệu làm thân ống khói và lớp lót (kN/m3 ) Fth và FL – diện tích tiết diện ngang của phần thân và phần lớp lót ứng với độ cao trung bình của ống khói (m2 ) Các dạng dao động riêng của ống khói được xác định theo công thức: 3 51 sin sin sin 2 2 2 1 j j j ji i i j h h h y A B h H H H k H           Trong đó: k = 0.75(JH/Jo - 1) Ai, Bi – là các hệ số ứng với các dạng dao động riêng , được xác định theo các biểu đồ hình B.3 của TCXD 229:1999. Các hệ số λi, Ai, Bi đối với mỗi dạng dao động phụ thuộc vào các tham số: H o J J , o H r , 3 2 o z m EJ C F H   JH, Jo – là mômen quán tính của tiết diện đỉnh và đáy ống khói (m4 ); E – là mônđun đàn hồi của vật liệu làm thân ống khói (kN/m2 ); hj – chiều cao từ đáy ống khói đến điểm đang xét (m); Fm – diện tích đế móng ống khói (m2 ); Cz – là hệ số nền của đất Ví dụ tính toán thành phần động của tải trọng Gió tác dụng lên ống khói có thể tìm thấy trong mục D.3 phụ lục D của TCXD 229:1999 2.2.3. Tổng hợp tác động của tải trọng Gió Nội lực và chuyển vị của công trình dưới tác dụng của tải trọng gió được xác định theo công thức:    n i d i t XXX 1 2 Trong đó: Xt là nội lực trong kết cấu do tải trọng gió thành phần tĩnh, Xi d là nội lực trong kết cấu do thành phần động của tải trọng gió trong dạng dao động thứ i. 2.3. Tải trọng Động đất Tải trọng động đất được xét đến dưới dạng lực cắt đáy Fb xác định như sau:
  23. 23. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 7 Fb = Sd(T1) * m Tải trọng tác dụng lên từng phần của công trình được xác định theo công thức: ∑ Trong các công thức trên: mi , zi - lần lượt là khối lượng và cao độ của các phần công trình. m tổng khối lượng phía trên mặt móng T1 - chu kỳ dao động cơ bản của công trình, xác định tương tự mục 2.2.2 Sd(T1) - tung độ của phổ thiết kế tại chu kỳ T1 Phổ thiết kế Sd(T) được xác định như sau: Khi 0  T  TB : ( ) [ ( )] Khi TB  T  TC : ( ) Khi TC  T  TD : ( ) Khi TD  T : ( ) Tuy nhiên giá trị Sd(T) không bé hơn  * ag là cận dưới của phổ thiết kế, Trong các công thức xác định Sd(T): ag - gia tốc nền thiết kế trên nền loại A; ag = I*agR agR - đỉnh gia tốc nền tham chiếu trên nền loại A, tra bảng 6.1 của QCVN 02:2009/BXD I - hệ số tầm quan trọng, = 1.25 S, TB, TC, TD - lần lượt là hệ số nền và các tham số xác định phổ, phụ thuộc vào loại nền đất Loại nền đất S TB (s) TC (s) TD (s) A 1.0 0.15 0.4 2 B 1.2 0.15 0.5 2 C 1.25 0.20 0.6 2 D 1.35 0.20 0.8 2 E 1.4 0.15 0.5 2 Tiêu chí phân loại nền đất được cho trong bảng 3.1 của TCVN 9386:2012 2.4. Tác dụng do sự thay đổi nhiệt độ Theo ACI 307-98, tác dụng do sự thay đổi nhiệt độ có thể kể đến bằng cách giảm cường độ tính toán của bê tông và cốt thép. Mục 5.5.7 của tiêu chuẩn này quy định như sau:
  24. 24. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 8 Đối với các trường hợp có kể đến tác động của nhiệt độ, giá trị fy và fc' (cường độ của cốt thép và của bê tông) được hiệu chỉnh theo các công thức: Thay thế fy và fc' bằng: ( ) Trong các công thức trên: f''CTV và f''STV lần lượt là ứng suất lớn nhất theo phương đứng của bê tông và cốt thép xuất hiện trong mặt trong của ống khói dưới tác dụng của nhiệt độ fSTV - ứng suất lớn nhất theo phương đứng của cốt thép xuất hiện ở mặt ngoài của ống khói dưới tác dụng của nhiệt độ 1 - tỉ số giữa diện tích cốt thép ở mặt trong và mặt ngoài của ống khói Các giá trị f''CTV , f''STV và fSTV được xác định theo các công thức: ( ) ( ) Trong đó: te - Hệ số giãn nở vì nhiệt của bê tông và cốt thép Ec, Es - Mô đun đàn hồi của bê tông và của cốt thép c - hệ số phụ thuộc hàm lượng cốt thép 2 - tỉ số của khoảng cách từ mặt trong của ống khói tới trọng tâm của cốt thép mặt ngoài ống khói với chiều dày của thành ống. Các quy định tính toán cụ thể xem thêm tiêu chuẩn ACI 307:98
  25. 25. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 9 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH KẾT CẤU Kết cấu có thể được mô hình hóa chính xác bằng phần mềm phần tích kết cấu chuyên dụng để thu được kết quả chính xác về nội lực và chuyển vị. Hoặc được tính toán bằng sở đồ thanh công xôn ngàm tại mặt móng theo các công thức cho trong bộ môn Cơ học kết cấu. Sơ đồ tính toán của ống khói
  26. 26. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 10 4. KIỂM TRA ĐỘ BỀN VÀ ĐIỀU KIỆN CHUYỂN VỊ 4.1. Kiểm tra độ bền TCVN 5574:2012 có đề cập đến việc tính toán kiểm tra độ bền cho tiết diện hình vành khuyên, chính là cấu kiện dạng ống giống như ống khói. Tuy nhiên TCVN 5574:2012 không đề cập đến việc tính toán hay cấu tạo cho trường hợp có mở cửa. ACI 307:98 có đề cập chi tiết các trường hợp tính toán trong đó bao gồm cả các trường hợp khác nhau của lỗ cửa. Tuy nhiên khi áp dụng hệ thống ACI có nhiều điểm khác so với TCVN. 4.1.1. Tính toán cốt thép theo TCVN 5574:2012 Đối với cấu kiện chịu nén lệch tâm tiết diện vành khuyên có tỷ số giữa bán kính trong và bán kính ngoài r1/r2 ≥ 0.5, cốt thép phân bố đều theo chu vi (số thanh cốt thép dọc không nhỏ hơn 6), việc tính toán cần được tiến hành theo điều kiện: ( ) (40) trong đó, diện tích tương đối của bê tông vùng chịu nén được xác định từ công thức: ( ) ( ) (41) Nếu kết quả tính toán theo công thức (41) cho thấy giá trị cir < 0.15, thì trong công thức (40) giá trị cir được xác định theo công thức: ( ) (42) trong đó, giá trị s và zs được xác định theo công thức (43) và (44) với cir = 0.15. Trong các công thức từ (40) đến (42): rm là giá trị trung bình của bán kính trong và bán kính ngoài của tiết diện; rs là bán kính đường tròn đi qua trọng tâm cốt thép; As,tot là diện tích toàn bộ tiết diện cốt thép dọc; s là hệ số, xác định theo công thức: s = 1 - 2cir (43) zs là khoảng cách từ hợp lực của cốt thép chịu kéo đến trọng tâm tiết diện được xác định theo công thức (44) nhưng lấy không lớn hơn rs: ( ) (44) sp là ứng suất trước trong cốt thép, khi không có ứng suất trước sp = 0 ω1 là hệ số, xác định theo công thức:
  27. 27. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 11 (45) r là hệ số, đối vớicốt thép nhóm C-I, A-I, C-II, A-II, C-III, A-III: r = 1.0 ; đối với cốt thép nhím C-IV, A-IV, A-V, A-VI, AT-VII, B-II, Bp-II, K-7, K-19: r = 1.1 ω1 là hệ số, xác định theo công thức: (46) (47) Rs tính bằng MPa Nếu kết quả tính toán theo công thức (43) cho giá trị s ≤ 0, thì trong công thức (40) thay s = 0 và giá trị cir tính từ công thức (41) với ω1 = ω1 = 0 . 4.1.2. Kiểm tra độ bền theo ACI 307-98 ACI 307-98 đưa ra 3 sơ đồ điển hình ứng với các trường hợp có thể có của lỗ cửa như hình 2. Ứng với các sơ đồ, ACI cho các công thức xác định khả năng chịu lực của tiết diện (Pu, Mu) phụ thuộc vị trí trục trung hòa. Việc giả thiết vị trí trục trung hòa và cho vị trí trục này thay đổi sẽ thu được tập hợp các giá trị tạo nên đường giới hạn khả năng chịu lực của tiết diện, còn gọi là Biểu đồ tương tác, là cơ sở để kiểm tra khả năng chịu lực của các cấu kiện chịu nén uốn, trong trường hợp này áp dụng cho kết cấu ống khói. Hình 1. Kiểm tra khả năng chịu lực bằng biểu đồ tương tác
  28. 28. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 12 Hình 2. Các trường hợp tính toán theo ACI 307-98
  29. 29. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 13 Ví dụ đối với sơ đồ 1 và 2 trong hình 2, công thức xác định Pu và Mu ứng với vị trí của trục trung hóa là: Ý nghĩa và phương pháp xác định các hệ số xem thêm ACI 307:98 4.2. Kiểm tra chuyển vị TCVN 5574:2012 giới hạn chuyển vị ngang tại đỉnh công trình là f  H/500 trong đó H là chiều cao công trình ACI 307:98 giới hạn chuyển vị ngang tại đỉnh ống khói bởi giá trị Ymax (mm) = 3.33 H trong đó H là chiều cao công trình tính bằng mét.
  30. 30. THIẾT KẾ ỐNG KHÓI DỰ ÁN NHIỆT ĐIỆN ThS. Hồ Việt Hùng Công ty TNHH Kết Cấu WEFLY http://www.wefly-str.com 14 5. CÁC YÊU CẦU CẤU TẠO ACI 307:98 đưa ra các yêu cầu cấu tạo đối với ống khói như sau:  Cốt thép phương đứng và phương ngang cần được bố trí đủ 2 lớp ở mặt trong và mặt ngoài thành ống. Hàm lượng cốt thép đứng không bé hơn 0.25% . Lượng cốt thép bố trí ở mặt ngoài không bé hơn 50% tổng lượng cốt thép. Đường kính cốt thép đứng ở mặt ngoài không bé hơn 13mm, khoảng cách không lớn hơn 300mm. Các con số này lần lượt là 13mm và 600mm đối với cốt thép ở mặt trong.  Hàm lượng cốt thép theo phương ngang không bé hơn 0.2%, mỗi mặt không bé hơn 0.1%. Đường kính không bé hơn 10mm, khoảng cách không lớn hơn 300mm  Cốt thép theo phương ngang trong khoảng 0.2 chiều cao công trình và tối thiểu 2.3m tính từ đỉnh ống khói phải được bố trí lớn hơn, thông thường bằng 2 lần so với tính toán.  Góc mở của lỗ cửa không được lớn hơn 30o  Cốt thép theo phương đứng bị cắt bởi lỗ cửa phải được bù một lượng tương ứng và bố trí sang 2 bên lỗ cửa  Khi kích thước lỗ cửa lớn hơn 600mm, cần bố trí các thanh gia cường chéo. Chi tiết xem thêm ACI 307:98

×