HƯỚNG DẪN TÍNH MÓNG VÀ XÀ CỘT ĐIỆN

Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KẾT CẤU PHẦN XÂY DỰNG
2.1. Thuyết minh:
2.1.1. Móng cột BTLT:
2.1.1.1. Khái niệm:
Tính toán móng cột điện tức là nghiên cứu các biện pháp giử chặt cột vào
trong đất sao cho cột làm việc ổn định trong suốt quá trình vận hành đường dây.
Phần cột chôn dưới đất không phụ thuộc vào dạng kết cấu gọi chung là
phần móng và phần đất nhận áp lực từ móng gọi là nền. Nền mà sử dụng đất ở
trạng thái tự nhiên gọi là nền tự nhiên. Nền sử dụng đất được gia cố bằng biện
pháp nào đó làm tăng khả năng bền vững gọi là nền nhân tạo. Nền của móng cột
đường dây tải điện thường là nền tự nhiên.
Khoảng cách từ đáy móng đến bề mặt đất gọi là độ chôn sâu móng. Trị số
độ chôn sâu được xác định theo tính toán.
Khi thiết kế nền móng cột đường dây tải điện phải căn cứ vào các tài liệu
sau:
- Bản vẽ địa hình địa mạo nơi xây dựng.
- Các tài liệu về cột khoan địa chất và các mặt cắt địa chất. Trong tài liệu
này phải ghi rỏ cao trình các lớp đất, mô tả sơ bộ các lớp đất, khoảng cách các lỗ
khoan, vị trí lấy các mẫu đất thí nghiệm, mực nước ngầm xuất hiện và ổn định.
- Các tính chất lý hóa của nước ngầm, độ pH , tính xâm thực v.v
- Các chỉ tiêu cơ học và vật lý của các lớp đất: Thành phần hạt, dung
trọng, tỷ trọng, độ ẩm, giới hạn nhão, giới hạn dẻo, hệ số thấm, góc nội ma sát,
lực dính, kết quả thí nghiệm nén v.v
Tính toán nền móng là vấn đề khó khăn nhất khi thiết kế kết cấu đường
dây tải điện. Lý do là đường dây tải điện là một công trình có chiều dài lớn đi
qua nhiều vùng có địa chất khác nhau, không thể nào xác định chính xác tính
chất của đất cho mỗi loại cột.
2.1.1.2- Phương pháp tính: Hiện nay, có 3 phương pháp tính toán.
a. Phương pháp ứng suất cho phép: ứng suất gây nên bởi tải trọng bên
ngoài phải bé hơn hoặc bằng ứng suất cho phép [σ] của vật liệu [s] đã tính đến

hệ số an toàn n.
n =
][σ
σch
Trong đó: s
ch
ứng suất chảy của vật liệu.
b. Phương pháp tải trọng phá hoại: Tải trọng dùng trong phương pháp này
là tải trọng phá hoại. Hệ số an toàn tính theo công thức sau:
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 1
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
n =
tc
ph
P
P
Trong đó: P
ph
Tải trọng phá hoại.
P
tc
Tải trọng tiêu chuẩn.
c. Phương pháp trạng thái giới hạn: Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ
đó trở đi kết cấu không thỏa mản yêu cầu đề ra cho nó. Công trình không sử
dụng được bình thường hoặc bị hư hỏng hoàn toàn. Có 2 trạng thái giới hạn:
- Trạng thái giới hạn thứ nhất I (Theo cường độ và ổn định): áp dụng cho
các công trình thường xuyên chịu tải trọng ngang, các công trình xây trên mái
dốc, các công trình có nền là đá.
Mục đích việc tính toán là đảm bảo cường độ và ổn định cho công trình

trong mọi tình huống bất lợi nhất. Dưới tác dụng của tải trọng, công trình bị phá
hoại vì nền dất không đủ sức chịu tải. Ngoài ra, với những điều kiện cụ thể nào
đó, công trình có thể bị nghiêng hoặc trượt trên nền dốc. Công thức:
N ≤ Φ
Trong đó:
N Lực ngoài tác dụng lên nền;
F Sức chịu tải của nền (cường độ) theo phương lực N. Ví dụ: nếu N
làm cho móng trượt thì F là sức chống trượt, còn nếu N là mômen
làm cho móng bị lật đổ thì F là mômen chống lật (mômen giử)
v.v
- Trạng thái giới hạn thứ II (Theo biến dạng): áp dụng cho mọi công trình
trừ trường hợp công trình có nền là đá.
Mục đích của việc tính toán là hạn chế độ lún, độ lún lệch và độ nghiêng
(hay chuyển vị ngang) của móng để đảm bảo công trình không bị phá hoại hoặc
đảm bảo sự làm việc bình thường của nó.
2.1.2. Xà cột:
Kết cấu xà thép, được tính toán như đối với các kết cấu xây dựng khác,
tính toán theo phương pháp trạng thái giới hạn.
Mục đích của việc tính toán kết cấu là đảm bảo cho kết cấu không bị vượt
quá trạng thái giới hạn khiến cho không thể sử dụng được nữa, trong khi vẫn
đảm bảo ít tốn kém nhất về vật liệu cũng như nhân công chế tạo, lắp dựng.
Trạng thái giới hạn (TTGH) là trạng thái mà kết cấu thôi không thỏa mãn
các yêu cầu đề ra đối với công trình khi sử dụng cũng như khi xây lắp. Đối với
kết cấu chịu lực, người ta xét các TTGH sau:
- TTGH thứ nhất: Mất khả năng chịu lực hoặc không còn sử dụng được
nữa. Bao gồm phá hoại về độ bền, mất ổn định.
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 2
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
- TTGH thứ hai: Không còn sử dụng bình thường được do bị võng, bị

rung, nứt.
Các công thức dùng để xác định các trạng thái giới hạn như sau:
Đối với TTGH thứ nhất : N ≤ Φ
Đối với TTGH thứ hai : f ≤ f
gh
Trong đó lực tính toán N trong kết cấu là nội lực lớn nhất xảy ra trong
suốt quá trình sử dụng, xác định theo tải trọng tính toán.
Đại lượng Φ = m.R.F.A là khả năng chịu lực tối thiểu của kết cấu, phụ
thuộc vào cường độ tính toán của vật liệu R, hệ số điều kiện làm việc của kết
cấu m, đặc trưng hình học của tiết diện F và hệ số về trạng thái làm việc A của
kết cấu.
Hệ số điều kiện làm việc m thông thường m = 1.
Đặc trưng hình học tiết diện F là diện tích, mômen chống uốn hoặc
mômen quán tính
Đại lượng A là các hệ số tương ứng với từng trạng thái làm việc của kết
cấu về ổn định, mỏi và bền. Ví dụ A sẽ là j: Hệ số uốn dọc của thanh chịu nén
đúng tâm.
Đại lượng f là biến dạng xác định theo tính toán và giá trị f
gh
là biến dạng
giới hạn lấy theo quy phạm. Vì f
gh
quy định theo điều kiện sử dụng bình thường
nên f được tính theo tải trọng tiêu chuẩn.
* Nguyên tắc tính toán kết cấu xà:
- Giả thiết trước các thông số về hình học, tiết diện, độ cứng của kết
cấu.
- Xác định nội lực và kiểm tra tiết diện và sự làm việc của kết cấu theo hai
trạng thái giới hạn trên.
Trong mọi trường hợp, kết cấu và bộ phận cần được kiểm tra theo các

TTGH thứ nhất, còn đối với TTGH thứ hai thì chỉ tiến hành kiểm tra khi mà
chuyển vị gây điều kiện trở ngại cho sử dụng của kết cấu.
2.2. Tính toán móng cột BTLT:
2.2.1. Tính toán sự ổn định của móng:
Sự làm việc ổn định của móng chủ yếu dựa vào sức bền của đất dưới đế
móng, trong tính toán bỏ qua sức kháng của khối đất xung quanh. Phương pháp
tính toán là phương pháp tính theo trạng thái giới hạn thứ nhất.
Khi móng chịu tác dụng của tải trọng ngang, có thể xảy ra các trường hợp
nền chịu nén như sau :
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 3
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Nền chỉ chịu nén Nền chịu kéo và nén
Ứng suất dưới đáy móng xác định theo công thức:
σ
tb
=
F
QdQmN
tc
d
++
σ
max
=
Wy
hp.Px
F
QdQmN
tc

d
+
++

Trong đó:
N
tc
d
- Tổng lực dọc tiêu chuẩn truyền lên móng.
Q
m
- Trọng lượng móng.
Q
d
- Trọng lượng đất trên móng.
F - Diện tích đáy móng.
h
p
- Chiều cao từ nền đến lực P.
W
y
- mômen chống uốn của đế móng.
Với móng tròn đường kính D, thì:
σ
max
=







±
Π
∑
D
e
.81.
D.
N.4
2
Trong đó :
∑
N
= N
tc
d
+ Qm + Qd; e =
∑
N
hp.Px
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 4
h
N
Px
b
d
h
N

Px
b
d
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Để móng làm việc được ổn định yêu cầu:
σ
tb
≤ R
tc
σ
max
≤ 1.2 x R
tc
R
tc
: Áp lực tiêu chuẩn của nền đất ở đáy móng (cường độ nền đất). Theo
quy phạm TCXD 45 - 70 quy định: Rtc = m.(Ab + B.h).γ + D.c
Trong đó:
b - chiều rộng của móng; đối với móng tròn hoặc đa giác lấy b = (F
là diện tích đáy móng).
h - chiều sâu chôn móng.
g - trọng lượng thể tích của đất.
m - hệ số điều kiện làm việc . Nếu hố móng nằm dưới mực nước
ngầm và trong tầng đất cát nhỏ thì m = 0.8 trong tầng cát bụi thì m
= 0.6 ; các trường hợp khác m = 1
A , B , D - Các hệ số không thứ nguyên , phụ thuộc góc ma sát
trong ϕ
tc
, tra bảng 1.
Bảng 1: Hệ số A , B , D để xác định cường độ tính toán R của đất

ϕ (độ)
A B D
ϕ (độ)
A B D
0 0 1 3.14 24 0.72 3.87 6.45
2 0.03 1.12 3.32 26 0.84 4.37 6.9
4 0.06 1.25 3.51 28 0.98 4.93 7.4
6 0.10 1.39 3.71 30 1.15 5.59 7.95
8 0.14 1.55 3.93 32 1.34 6.35 8.55
10 0.18 1.73 4.17 34 1.55 7.21 9.21
12 0.23 1.94 4.42 36 1.81 8.25 9.98
14 0.29 2.17 4.69 38 2.11 9.44 10.8
16 0.36 2.43 5.00 40 2.46 10.84 11.73
18 0.43 2.72 5.31 42 2.87 12.5 12.77
20 0.51 3.06 5.66 44 3.37 14.48 13.96
22 0.61 3.44 6.04 45 3.66 15.64 14.64
2.2.2. Tính toán chống lật cho móng:
Móng chống lật có nhiệm vụ chủ yếu là chống lại lực lật (lực ngang) làm
đổ cột. Ngoài lực ngang, trên móng còn chịu tác động của tải trọng thẳng đứng
và mômen uốn.
Phương pháp để tính toán chống lật là tính theo phương pháp tải trọng phá
hoại. Khả năng chống lật chủ yếu phụ thuộc vào sức kháng của đất ở mặt trước
và mặt sau móng. Hệ số an toàn k của kết cấu phụ thuộc vào chế độ làm việc của
đường dây, công thức:
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 5
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
K =
tc
ph

S
S

Trong đó: S
ph
- tải trọng phá hoại (khả năng bền vững của nền)
S
tc
- tải trọng tiêu chuẩn đặt lên móng
Trị số K cho trong bảng 2.
Bảng 2: Hệ số an toàn k của nền móng chống lật và chống nhổ
theo tải trọng phá hoại
Dạng cột Chế độ bình thường Chế độ sự cố
Trung gian thẳng 1.5 1.3
Trung gian góc 1.8 1.5
Néo góc, néo cuối 2.0 1.8
Cột vượt 2.5 2.0
Các móng dùng trong tính toán chống lật gồm: Móng chôn sâu (không
móng), móng tròn (dạng giếng), móng thanh ngáng, móng ngắn, móng khối
a/ Trường hợp móng chôn sâu (không móng hoặc móng giếng):
Công thức kiểm tra chống lật như sau:
K.S ≤
2
h.b.m.
1
αµ
Trong đó: α =
h
H
αµ

1
tra bảng 3.
m - đặc trưng cho sức kháng của đất. m = γ.






ϕ
+
2
45tg
o2
với ϕ là góc ma sát trong của đất. Tra theo bảng 4
b - chiều rộng tính toán
Với cột tròn có đường kính trung bình phần
chôn sâu do thì b = d
0
.k
og
Với móng tròn đường kính D thì:
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 6
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
b = D.k
og
k
og
- hệ số tra bảng 5.

S - tổng lực ngang tác dụng lên cột
b. Trường hợp móng thanh ngáng:
Độ dài tính toán của thanh ngáng :
L =
( )
o
d
fdym
A
'
1
11
+
+
Trong đó:
f = tgϕ tra bảng 4.
m - đặc trưng cho sức kháng của đất tra bảng 4.
A =
( )
SkE 21.
2
+θ−
; E =
2
h.b.m
2
d
1
- đường kính (hay bề rộng) thanh ngáng;
d'

o
, d
o
- đường kính cột tại vị trí lắp thanh ngáng và đường kính trung
bình của phần chôn sâu cột trong đất.
b - chiều rộng tính toán ; b = d
o
.k
og
. k
og
tra bảng 5.
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 7
D
h
S
H
Móng tròn (dạng móng giếng)
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
θ
2
- được tính theo phương trình :
( )
Hy.
h.E
K.S
h
y
667,0

h
y
.2.33,1.
1
11
2
+−−=






−θθ
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 8
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Móng chôn sâu đặt 1 thanh ngáng
Bảng 3: Các hệ số
µ
và 1/
αµ
dùng cho móng chống lật
α
= H/h
µ αµ
1/
αµ
1 17.68 17.68 0.0566
2 14.06 28.12 0.0356

3 12.61 37.83 0.0264
4 12.13 48.52 0.0206
5 11.81 59.05 0.0169
6 11.55 69.3 0.0144
7 11.28 78.96 0.0127
8 11.15 89.2 0.0112
9 11.03 99.27 0.0109
10 10.91 109.1 0.0092
Bảng 4: Trị số f, m và
γ
của các loại đất
Tên đất
ϕ f = tgϕ m = γtg
2
(45
o
+ϕ/2)
kN/µ
3
γ
kN/m
3
Đất sét và đất cát ngấm nước 20 0.364 38.0 18.6
Đất sét và đất cát ẩm tự nhiên 40 0.389 67.7 14.7
Đất sét mềm ngấm nước 20 0.364 36.0 17.6
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 9
S
do1
H

y1
d’o
do
Thanh ngáng
h
L
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Đất sét mịn 40 0.839 72.2 15.7
Đất sét rất mịn 45 1.000 104.5 17.6
Đá nhỏ lẫn cát ngấm nước 25 0.466 48.3 23.5
Sỏi, cát lớn ngấm nước 25 0.466 45.8 18.6
Cát nhỏ sủng nước 15 0.268 31.7 18.6
Cát nhỏ sạch và ướt 25 0.466 48.3 19.6
Cát lớn lẫn sỏi, khô 35 0.700 57.8 15.7
Cát nhỏ sạch và khô 40 0.839 81 17.6
Đất sét lẫn đá 35 0.700 50.7 13.7
Gạch đá vụn cát, ướt 30 0.577 52.9 17.6
Bảng 5: Trị số của k
og
dùng tính toán móng chống lật
ϕ
h/d
o
; h/d'
o
hoặc h/D
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
15
o
1.045 1.090 1.135 1.180 1.225 1.270 1.315 1.380 1.405 1.450

20
o
1.067 1.133 1.200 1.287 1.333 1.400 1.466 1.583 1.600 1.667
25
o
1.092 1.184 1.276 1.368 1.480 1.552 1.644 1.736 1.828 1.920
30
o
1.121 1.242 1.363 1.484 1.605 1.785 1.847 1.968 2.089 2.210
35
o
1.150 1.346 1.474 1.632 1.790 1.948 2.106 2.264 2.422 2.980
40
o
1.202 1.404 1.505 1.809 2.010 2.212 2.411 2.616 2.818 3.020
45
o
1.255 1.516 1.705 2.020 2.775 2.530 2.785 3.040 3.293 3.550
c. Trường hợp móng ngắn:
+ Móng ngắn không cấp: Công thức kiểm tra như sau
S.K ≤ I, I =
( )
o.3n2
1
QFE.F.
F
1
+
Trong đó :
5.0tg.1

h
H
h
H
.5,1F
2
1
+






ϕ






++=
( )






ϕ+ϕ+= tg.

h
d
.5,11.tg1F
2
2
( )
ϕ+ϕ+= tg
h
d
.tg1F
2
3
( )
( )
[ ]
2
n
1.Ch 5,0.
tg.
ko.h.b
E θ++γ
ϕ+θθ
=

θ , θ
2
: Tra theo bảng 6, k
o
: Tra bảng 7.
Q

o
- tổng trọng lượng đặt lên nền, kể cả trọng lượng móng.
S - tổng lực ngang (lực tính toán) lên cột.
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 10
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Móng ngắn không cấp Móng ngắn có cấp
+ Móng ngắn có cấp: Công thức kiểm tra giống hệt như trường hợp
móng ngắn không cấp với Q
o
bao gồm cả trọng lượng đất bao quanh móng.
Để tránh sự phá hoại của đất nằm trên cấp móng phía mặt trước cần phải
thỏa mãn điều kiện: E
n
≤ E'
n
Trong đó: E
n
- sức kháng của đất ở phía mặt sau móng;
E'
n
- sức kháng của đất ở phía mặt trước móng.

( )







−Φ+Φγ= 1.h.C.h
9
2
.b.kn'E
222
1o
γ Tra theo bảng 4;
2
Φ
Tra theo bảng 6; k
0
tra theo bảng 7.
Bảng 6: Trị số hàm số
θ
,
θ

2
và
Φ
2
dùng tính toán móng ngắn
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 11
H
b
d
h
δ
b

d
d1
b1
h
δ
H
S
h1
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
ϕ θ θ
2
Φ
2
ϕ θ θ
2
Φ
2
15 0.760 0.577 2.30 30 0.577 0.333 8.75
20 0.700 0.490 3.30 31 0.565 0.320 10.10
21 0.687 0.472 3.55 32 0.555 0.308 11.50
22 0.675 0.455 3.88 33 0.543 0.295 13.20
23 0.663 0.440 4.30 34 0.531 0.282 15.50
24 0.650 0.422 4.65 35 0.521 0.271 18.40
25 0.637 0.406 5.20 36 0.510 0.260 24.00
26 0.625 0.390 5.60 37 0.498 0.248 30.50
27 0.616 0.379 6.30 38 0.488 0.238 37.05
28 0.600 0.360 6.96 39 0.478 0.228 52.00
29 0.589 0.347 7.70 40 0.467 0.218 70.85
Bảng 7: Trị số ko dùng tính toán móng ngắn
Tên đất Số

hiệu
h/b
0.6 0.8 1 2 3 4
Cát nhỏ no nước 1 1.03 1.01 1.05 1.09 1.14 1.18
Đất sét pha, cát pha no nước 2 1.04 1.05 1.07 1.13 1.2 1.27
Cát lẫn đá dăm no nước 3 1.06 1.08 1.10 1.18 1.28 1.37
Cát mịn ướt 4 1.06 1.08 1.10 1.18 1.28 1.37
Đất có mùn rác ẩm ướt 5 1.07 1.10 1.12 1.24 1.36 1.48
Cát khô mịn sạch 6 1.10 1.13 1.16 1.32 1.47 1.63
Cát lẫn mùn rác khô 7 1.10 1.13 1.16 1.32 1.47 1.63
Đất sét pha, cát pha ẩm tự nhiên 8 1.12 1.16 1.20 1.40 1.61 1.87
Đất rừng khô 9 1.12 1.16 1.20 1.40 1.61 1.87
Cát to lẫn đá dăm khô 10 1.12 1.16 1.20 1.40 1.61 1.87
Đất sét khô rất chặt 11 1.15 1.21 1.26 1.51 1.77 2.02
2.2.3 - Tính toán móng chống nhổ:
Móng chống nhổ sử dụng cho cột BTLT chủ yếu là móng néo. Sự làm
việc ổn định của loại móng này chủ yếu là do trọng lượng khối đất bị bật lên và
lực ma sát giữa thành móng với khối đất xung quanh. Sơ đồ tính toán như hình
vẽ .
a. Khi góc
β
< 75
o
: Công thức kiểm tra như sau
Ik.T
≤
,
λγ= .b.h
2
1

I
2
Trong đó:
k - hệ số an toàn (Lấy theo bảng 2).
I - khả năng chống nhổ;
γ Tra theo bảng 4
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 12
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
λ - sức bền thụ động của đất.
( )
B.1.A.
b
h
.
3
2
).1'.(
222
ξ−+ηξ−λ=λ
( )
( )
2
sincoscos
cos
'
2
ϕ−ϕβ
β+ϕ
=λ

ϕ - góc ma sát trong của đất (Tra bảng 4).
Các hệ số η, ξ, A, B: Tra bảng 8, 9.

Khi góc néo
β
< 75
o
Khi góc néo 75
o

≤

β

≤
90
o

b/ Khi góc 75
o
≤ b < 90
o
: Công thức kiểm tra như sau

Ik.T ≤
,
S.CV.I
odo
+γ=
Trong đó : γ

o
- trọng lượng riêng của đất đắp;
V
d
- thể tích khối đất bị bật lên có kể cả góc nghiêng
ψ
o
;

ϕϕ+++= tg).tg.h.
3
4
ba.(hh.b.aV
2
d
a, b - kích thước móng;
C
o
- lực dính kết của đất đắp;
S - diện tích khối đất xung quanh bị bật lên;
Các trị số ψ
o
, Co và γ tra theo bảng 10.
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 13
h
h1
a
β
β

N
N
h
ψ
ο
ψ
ο
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Bảng 8: Trị số
η
, A, B dùng để tính toán móng néo
β ϕ η
A B
20 0.719 0.560 0.719
30 0.605 0.939 0.605
40 0.504 1.543 0.504
50 0.504 2.420 0.413
20 0.773 0.644 0.773
30 0.676 1.092 0.676
40 0.676 1.704 0.587
50 0.604 2.612 0.504
20 0.828 0.800 0.828
30 0.828 1.333 0.750
40 0.676 2.041 0.676
50 0.605 3.064 0.605
20 0.911 1.473 0.911
30 0.868 2.394 0.868
40 0.825 3.568 0.825
50 0.782 5.207 0.782
Bảng 9: Trị số

ξ
dùng tính toán móng néo
d/h
Góc néo β
30 40 50 60 70
0.8 0.306 0.386 0.485 0.600 0.793
0.6 0.480 0.540 0.615 0.700 0.845
0.4 0.653 0.693 0.743 0.800 0.897
0.2 0.827 0.847 0.872 0.900 0.948
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 14
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
2.3. Tính toán xà:
2.3.1 - Sơ đồ tính:
Để tính toán kết cấu xà, ta phải đưa sơ đồ thực của xà về sơ đồ tính toán
bao gồm các bước sau:
a. Thay các kết cấu thực bằng các đường trung gian trùng với trục kết cấu
đó.
b. Thay các tiết diện thực bằng các đại lượng đặc trưng hình học (diện
tích F, mômen quán tính J )
c. Đưa tải trọng tác dụng trên mặt cấu kiện về trục của nó.
d. Thay các liên kết tựa bằng các liên kết tựa lý tưởng (không có ma sát).
Nếu sơ đồ công trình đã đáp ứng để có thể tính toán thì chúng ta có thể
dùng ngay sơ đồ đó làm sơ đồ tính . Nếu sơ đồ công trình còn quá phức tạp, tiếp
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 15
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
tục đưa sơ đồ công trình về sơ đồ tínhbằng cách loại bỏ đi 1 số yếu tố phụ khác
nhưng vẫn đảm bảo sát với thực tế công trình.
Khi tính toán các loại xà, dựa vào phương pháp tính có thể chia sơ đồ tính

thành 2 hệ như sau:
+ Hệ tĩnh định: Là những hệ khi muốn xác định các phản lực và nội lực ta
chỉ cần viết các phương trình cân bằng tĩnh học.
Ví dụ: 2 hệ tỉnh định thường gặp
Nội lực trong các hệ tỉnh định chịu tải trọng chỉ phụ thuộc vào sơ đồ hình
học của hệ và phụ thuộc vào các dạng tải trọng tác dụng, không phụ thuộc vào
kích thước tiết diện.
+ Hệ siêu tĩnh: Là hệ nếu chỉ dùng các phương trình cân bằng tĩnh học ta
không thể xác định được toàn bộ các phản lực và nội lực trong hệ. Muốn xác
định các phản lực và nội lực của hệ ta phải viết thêm các phương trình phụ xuất
phát từ các điều kiện biến dạng hoặc chuyển vị.
Ví dụ: 2 hệ siêu tỉnh thường gặp
2.3.2 - Tính toán các loại xà:
Kết cấu xà của các công trình đường dây tải điện đa dạng, phụ thuộc vào
sự làm việc của kết cấu đường dây. Thông thường các xà thường hay gặp là xà
đỡ thẳng, xà đỡ góc, xà néo góc và xà néo thẳng.
1/ Xà đỡ thẳng:
Chọn sơ đồ tính toán là (b)
* Trường hợp: Làm việc bình thường, gió tác dụng thẳng góc với
dây.
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 16
(b)
(a)
(c) 1 bậc tự do
(d) 2 bậc tự do
LL
H
G
Pg

Lt
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
* Trường hợp: Sự cố, đứt 1 dây pha dưới .
Vì đây là sơ đồ tính toán tĩnh định nên chỉ cần xác định nội lực bằng các
phương trình cân bằng tỉnh học. Giả sử thanh xà được chọn có đặc trưng hình
học tiết diện F, momen kháng uốn là Wx , Wy. Công thức kiểm tra như sau :
[ ]
cp
Wy
My
Wx
Mx
F.
N
σ≤++
ϕ
=σ
(1-1)
Trong đó :
N : Tổng lực dọc, N = Pg hoặc N = Pg/2
Mx , My : Mômen uốn theo phương đứng và phương song song với
tuyến đường dây. Trường hợp bình thường thì My = 0
Mx = G.Ltt hoặc Mx = G’Ltt
My = T.Ltt
G , G' : Trọng lượng tính toán của dây, xà và sứ
Pg : Lực gió tính toán tác dụng thẳng góc lên dây.
lc.d.q Cx.kd.2,1Pg α=
Cx : Là hệ số khí động.
α : Hệ số ảnh hưởng đến sự phân bố không đồng đều của tải
trọng gió trên khoảng cột

kd : Hệ số kể đến sự thay đổi áp lực gió theo độ cao
q : áp lực tiêu chuẩn của tải trọng gió
d : Đường kính của dây dẫn
lc : Chiều dài khoảng cột.
T : Lực căng dây tính toán tác dụng lên xà; trong trường hợp
dây bị đứt một pha dưới. Thường T = 150 kg.
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 17
G’
Pg/2
Lt
T
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Ltt : Nhịp tính toán của cánh xà, Ltt = L - a; a là khoảng cách từ
trục cột đến vị trí liên kết xà vào cột.
j : Hệ số uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh λ. Tra bảng
Tính độ mảnh: λ = l
o
/r ; lo là chiều dài tính toán.
l
o
= µ.Ltt ; Hệ số µ phụ thuộc vào sơ đồ liên kết. Với sơ đồ (b)
thì µ = 2.
r : Bán kính quán tính tiết diện;
Khi chọn sơ bộ kích thước tiết diện xà cần phải đảm bảo độ mảnh λ ≤ [λ]
theo quy định như sau:
+ Đối với thanh chịu nén:
Thanh cánh: [λ] = 120
Thanh giằng: [λ] = 150
+ Đối với thanh chịu kéo:

Thanh cánh : [λ] = 250
Thanh giằng : [λ] = 400
[σ
cp
]: ứng suất cho phép của vật liệu, đối với thép CT3 [σ
cp
] = 2100
kg/cm
2

Ngoài ra trong điều kiện bình thường cần phải kiểm tra điều kiện biến
dạng:

]fcp[f ≤
;
J.E.3
L.P
f
3
tt
=
(1-2)
Trong đó:
[fcp] là độ võng cho phép quy định theo quy phạm (TCVN 5575 - 1991).
[fcp] =
L.
250
1
f =
; L là nhịp tính toán của xà.

E- Mođun đàn hồi của vật liệu, đối với thép CT3 , E= 2,1.106 kg/cm
2
.
J- Momen quán tính.
f- Độ võng theo phương tác dụng của lực P. P là tải trọng tiêu chuẩn
(không nhân hệ số vượt tải).
2/ Xà đỡ góc:
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 18
L2
L1
H
L
Hướng gió
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Chọn sơ đồ tính toán là (d): Đây là sơ đồ hệ siêu tỉnh, để xác định nội lực
thì ngoài các phương trình cân bằng, cần phải có thêm các phương trình phụ
xuất phát từ điều kiện biên.
* Trường hợp bình thường: * Trường hợp sự cố đứt dây:
Trong đó: Nd, N’d- Hợp lực của dây dẫn, do lực căng dây gây ra. Phụ
thuộc vào góc lái α
n.
2
sin.Td.2Nd







α
=
Td - Lực căng dây dẫn
n - Số lượng dây dẫn trên một mạch chưa bị đứt
Trường hợp 1 dân dẫn bị đứt:






α
+






α
=
2
sin.Tn.
2
sin.Td.2d'N
; T = 150 kg
Do có góc lái α, để tính toán thiên về an toàn, giả thiết hướng gió sẽ hợp
với dây 1 góc là α theo chiều của hợp lực căng dây dẫn.
2
180 α−

=φ
Khi đó tải trọng gió tính toán tác dụng lên dây theo chiều hợp lực căng:






α
φα=
2
cos.sin.lc.d.q Cx.2,1Pg
Sau khi xác định được nội lực của hệ , kiểm tra lại các điều kiện như đã
trình bày phần tính toán xà đỡ thẳng.
3/ Xà néo góc:
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 19
G’
L2
P’g+N’d
G
L
H
T
Thanh giằng
Thanh cánh
G
L2
Pg+Nd
G

L
H
Thanh
gi òngà
Thanh
caïnh
L
H
Hướng gió
L
H2
H3
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Chọn sơ đồ tính toán là (c): Đây là sơ đồ hệ siêu tỉnh.
* Trường hợp bình thường: * Trường hợp sự cố đứt dây:
2.3.3. Tính toán liên kết xà:
Để thuận tiện cho việc chế tạo cũng như thi công lắp dựng xà, các loại két
cấu xà thép được liên kết chủ yếu bằng bu lông và liên kết hàn.
1. Liên kết bu lông:
Trong liên kết chia ra 3 trường hợp chịu lực của bu lông:
- Trường hợp 1: Bu lông chịu kéo, khi lực tác dụng dọc theo thân bu
lông.
- Trường hợp 2: Bu lông vừa chịu ép mặt vừa chịu cắt, khi lực tác dụng
thẳng góc với thân bu lông.
- Trường hợp 3: Bu lông đồng thời chịu tác dụng của 2 trường hợp 1 và
2.
ở mỗi trường hợp cần xác định nội lực tác dụng lên thân bu lông và yêu
cầu giá trị nội lực đó không vượt quá khả năng chịu lực của bu lông.
Công thức kiểm tra khả năng chịu lực của bu lông:
a. Khả năng chịu lực cắt của bu lông:

bl
c
2
0
c
bl
c
R.
4
d.
.nN
π
=
b. Khả năng chịu ép mặt của bu lông:
∑
δ=
bl
em0
bl
em
R dN
c. Khả năng chịu kéo của bu lông:
bl
k
2
1
bl
k
R.
4

d.
N
π
=
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 20
G
GG
Pg+Nd
L L aa
G
GG’
P’g+N’d
L L aa
Td
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Trong đó do, d1 - đường kính thân bu lông và đường kính qua đoạn ren
thân bu lông (d1 < do).
nc - số mặt cắt qua 1 bu lông.
∑
δ
- tổng nhỏ nhất các bề dày của liên kết bị ép mặt về một
phía.
bl
k
bl
em
bl
c
R,R,R

- là cường độ tính toán chịu cắt, chịu ép mặt và chịu kéo
của bu lông.
Khi tính toán liên kết có số lượng bu lông > 1 và bố trí không đối xứng thì
cần tăng số lượng bu lông tính toán lên 10%.
2. Liên kết hàn:
Trong liên kết hàn chia ra 2 trường hợp:
- Liên kết hàn đối đầu: Tính toán sự làm việc của liên kết giống như sự
làm việc thép cơ bản, tức là cũng kiểm tra kéo, nén và cắt. Công thức kiểm tra
như sau:
Chịu kéo, nén:
h
n
h
k
h
R,R
F
N
≤=σ
Chịu uốn:
h
k
2
hhh
R
l.
M.6
W
M
≤

σ
==σ
Chịu kéo và uốn:
h
k
hh
R
F
N
W
M
≤+=σ
F
h
= l
h
.d
h
; l
h
= b - 1cm ; δ
h
= δ
min
Trong đó , l
h
- chiều dài tính toán đường hàn .
l - chiều dài đường hàn
δ
h

- bề dày tính toán của đường hàn
δ
min
- bề dày nhỏ nhất của các bản thép
h
k
R
- Cường độ tính toán đường hàn chịu kéo
- Liên kết hàn góc: Dưới tác dụng của lực, đường hàn góc chủ yếu chịu
ứng suất cắt là chủ yếu. Công thức kiểm tra như sau:
Chịu kéo, nén:
h
g
hh
R
l.
N
≤
δ
=τ
∑
,
hh
h.7,0=δ
Chịu uốn:
h
g
2
hhh
R

l.
M.6
W
M
≤
δ
==τ
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 21
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
Chịu cắt và uốn:
h
g
2
h
h
2
h
R
F
Q
W
M
≤









+








Trong đó, h
h
- chiều cao đường hàn.
δ
h
- bề dày tính toán của đường hàn.
h
g
R
- Cường độ đường hàn góc.
Đối với thép góc đơn chịu kéo và nén với lực dọc N ở đường hàn sống sẽ
chịu lực N1 và đường hàn mép chịu lực N2 , được xác định như sau:
N.KN
1
=
và
( )
N.K1N
2

−=

K là hệ số phân phối lực đường hàn sống và hàn mép.
2.3.4. Các ví dụ tính toán:
Ví dụ 1 : Tính toán xà đỡ thẳng có sơ đồ làm việc như hình H1. Sử dụng
dây dẫn XLPE 185, mạch đơn 3 dây. Khoảng cột gió Lc = 70m . Vùng địa hình
II-B với áp lực gió là 95 daN/mm
2
. Khoảng cách pha L = 600 và Lt = 500.
Trường hợp bình thường: Trường hợp đứt dây:
G = 92 kg; G = 49 kg; Pg = 133,45 kg; T = 150 kg.
Chon s b kªch thc thanh xa× L70x7 co cac ©µc trng hnh hoc sau ©¸y :
F = 9,42 cm
2
; J
min
= 17,8cm
4
; W
min
= 6,32 cm
3
;
r
min
= 1,37 cm
* Tr×ng hp bnh th×ng Ý ch·ó © co gio bao , bi·u © ni lc co dang nh sau:
Ta có :
cm.kg475050.92Lt.GM ===

kg45,133PgN ==
Tính độ mảnh:
cm73
37,1
50.2
r
Lt.
r
lo
==
µ
==λ
< 120 cm.
Tra bảng hệ số uốn dọc ϕ = 0,768
Kiểm tra điều kiện bền:
770
32,6
4750
42,9.768,0
45,133
Wx
Mx
F.
N
=+=+
ϕ
=σ
kg/cm
2
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3

Trang 22
G
Pg
Lt
G’
Pg/2
Lt
T
M
Lt
G.Lt
N
Lt
Pg
-
Hình H1
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
σ < [σcp] = 2100 kg/cm
2
Kiểm tra ổn định: Sử dụng tải trọng tiêu chuẩn
kg6,83
1,1
92
1,1
G
Ntc ===
cm093,0
8,17.10.1,2.3
50.6,83
J.E.3

L.Ntc
f
6
33
tt
===
< [fcp] =
=50.
250
1
0,2 cm
* Trường hợp sự cố đứt dây và có gió bão: Biểu đồ nội lực có dạng như
trên đồng thời còn có nội lực do lực căng dây T gây ra.
M
T
= T.Lt = 150.50 = 7500 kg.cm
M’ = G’.Lt = 49.50 = 2450 kg.cm
N’ =
kg7,66
2
45,133
2
Pg
==
=
kg5,44
1,1
49
N
1

tc
==
kg115
3,1
150
N
2
tc
==
Kiểm tra điều kiện bền:
1584
32,6
7500
32,6
2450
42,9.768,0
7,66
Wy
My
Wx
Mx
F.
N
=++=++
ϕ
=σ
kg/cm
2

σ < [σ]

Kiểm tra độ ổn định:
cm05,0
8,17.10.1,2.3
50.5,44
J.E.3
L.N
fx
6
33
tt
1
tc
===
cm128,0
8,17.10.1,2.3
50.115
J.E.3
L.N
fy
6
33
tt
2
tc
===
cm138,0128,005,0fff
222
y
2
x

=+=+=
f < [f]
Vậy thanh xà chọn thép góc L70x7 là hợp lý.
Ví dụ 2: Tính toán xà đỡ góc với góc lái 15
o
có sơ đồ làm việc như hình
H2. Sử dụng dây dẫn XLPE 185, mạch đơn 3 dây. Khoảng cột gió Lc = 70 m.
Vùng địa hình II-B với áp lực gió là 95 daN/mm2. Khoảng cách pha L = 600
mm, H = 400 mm và L2 = 300 mm.
* Trường hợp bình thường: * Trường hợp sự cố đứt dây:
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 23
M
T
Lt
T.Lt
H
G
L2
Pg+Nd
G
L
H
Thanh giằng
Thanh cánh
300
G’
L2
P’g+N’d
G

L
T
Thanh giằng
Thanh cánh
300
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
G = 92 kg; G’ = 49 kg; Pg = 267,68 kg; Nd = 942 kg; N’d = 530 kg; T =
150 kg.
Chọn sơ bộ kích thước thanh xà L70x7 có các đặc trưng hình học sau đây:
F = 9,42 cm
2
; J
min
= 17,8 cm
4
; W
min
= 6,32 cm
3
;
r
min
= 1,39 cm.
Thanh chống L50x5 có các đặc trưng hình học sau đây:
F = 4,80 cm
2
; J
min
= 4,63 cm
4

; W
min
= 2,31 cm
3
;
r
min
= 0,98 cm.
* Trường hợp bình thường ở chế độ có gió bão, biểu đồ nội lực có dạng
như sau:
a/ Kiểm tra thanh cánh: Nội lực được xác định theo phương pháp
phần tử hữu hạn.
Tính độ mảnh:
cm44
37,1
30.2
r
Lt.
r
lo
==
µ
==λ
< 120 cm.
Tra bảng hệ số uốn dọc ϕ = 0,891
Kiểm tra điều kiện bền:
19,559
32,6
2760
42,9.891,0

1028
Wx
Mx
F.
N
=+=+
ϕ
=σ
kg/cm
2
σ < [σcp] = 2100 kg/cm
2
Kiểm tra ổn định: Theo phương pháp phần tử hữu hạn, độ võng tính
được tại đầu mút dầm công xơn là f = fx = 0,028 cm là đảm bảo quy
phạm.
b/ Kiểm tra thanh chống: Nội lực được xác định theo phương pháp
phần tử hữu hạn.
Tính độ mảnh:
cm74
98,0
1,72.1
r
Lt.
r
lo
==
µ
==λ
< 120 cm.
Tra bảng hệ số uốn dọc ϕ = 0,763

Kiểm tra điều kiện bền :
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 24
3,4 kgm
L2 L
H
M
27,6 kgm
1,7 kgm
H
L + L2
N
1028 kg
-
-
219 kg
Hình H2
Tài liệu hướng dẫn về tính toán cơ khí đường dây
62
31,2
0
63,4.763,0
219
Wx
Mx
F.
N
=+=+
ϕ
=σ

kg/cm
2
σ < [σcp] = 2100 kg/cm
2
Kiểm tra ổn định: Không cần phải kiểm tra.
* Trường hợp ở chế độ sự cố đứt dây, biểu đồ nội lực có dạng như sau:
Kiểm tra điều kiện bền:
32,6
6750
32,6
300
42,9.891,0
559
Wy
My
Wx
Mx
F.
N
++=++
ϕ
=σ

= 1182 kg/cm
2
< [σ]
* Kiểm tra điều kiện ổn định: Tính toán theo phương pháp phần tử hữu
hạn cho kết quả fx = 0,016 cm đảm bảo quy phạm cho phép.
Không cần kiểm tra thanh chống.
Ví dụ 3: Tính toán xà néo góc với góc lái 45

o
có sơ đồ làm việc như hình
H3. Sử dụng dây dẫn XLPE 185, mạch đơn 3 dây. Khoảng cột gió Lc = 70 m.
Vùng địa hình II-B với áp lực gió là 95 daN/mm
2
. Khoảng cách pha L = 500
mm, a = 200.
* Trường hợp bình thường: * Trường hợp sự cố đứt dây:
G = 46 kg; G’ = 23 kg; Pg + Nd = 1562 kg; P'g + N’d = 1302 kg; T =
150 kg.
Phòng kỹ thuật - Công ty Điện lực 3
Trang 25
H
L + L2
N
559 kg
-
-
206 kg
3 kgm
L2 L
H
M
14.7 kgm
14,9 kgm
L2 L
H
Mx
67.5 kgm
G

GG
Pg+Nd
L L aa
GG’
P’g+N’d
L L aa
Td
Hình H3