LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHÀNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ỐNG NƯỚC VÀ TRỤ ĐIỆN HẠ THẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUAY LY TÂM HỖN HỢP BÊ TÔNG (kèm bản vẽ)

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Luận chứng thiết kế nhà máy:
Kể từ khi nước ta, dưới sự lãnh đạo của Đảng, mở cửa phát triển đất nước theo
xu hướng của nền kinh tế thị trường theo định hướng xã hội chủ nghóa, nền kinh tế
của nước ta đã và đang phát triển khá nhanh để hy vọng một ngày không xa có thể
theo kịp các nước trong khu vực và vươn xa ra thế giới. Trong công cuộc phát triển
kinh tế thì cơ sở vật chất hạ tầng kỹ thuật của ta cũng cần phải phát triển song
hành. Do đó ngành xây dựng là một ngành rất quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân. Nó thực hiện có kế hoạch quá trình tái sản xuất giản đơn và tái sản xuất mở
rộng tài sản cố định sản xuất và tài sản cố định phi sản xuất, bằng hình thức xây
dựng mới, xây dựng lại, khôi phục lại và củng cố mở rộng. Qua đó nó mới đáp ứng
yêu cầu sản xuất có kế hoạch vời tốc độ đủ nhanh, góp phần trực tiếp xây dựng cơ
sở vật chất - kỹ thuật cho nền sản xuất lớn xã hội chủ nghóa. Tuy nhiên, trong tình
hình nước ta hiện nay thì cơ sở vật chất hạ tầng của ta chỉ mới đáp ứng một phần
nhu cầu phát triển vật chất kỹ thuật của nước nhà vì thế việc cải thiện và tiến hành
xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật hạ tầng là điều kiện tất yếu.
Trong hệ thống cơ sỡ vật chất cơ sở vật chất kỹ thuật đáp ứng nhu cầu cho
nền phát triển kinh tế cũng như phục vụ lợi ích con người thì việc cấp thoát nước và
chiếu sáng đóng một vai trò rất quan trọng. Cấp thoát nước một hệ thống các công
trình, thiết bị và giải pháp kỹ thuật nhằm thực hiện nhiệm vụ cấp thoát nước phục
vụ sinh hoạt cho người dân, phục vụ sản xuất công-nông-ngư nghiệp. Cung cấp
điện cũng là một hệ thống công trình để vận hành các máy móc thiết bị phục vụ
sản xuất, vận hành các phương tiện thông tin đại chúng, bưu chính viễn thông và
chiếu sáng công cộng đem lại mỹ quan đô thị và nông thôn hiện đại.
Khu vực thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận như Long An, cùng với sự
phát triển công nghiệp và đô thị hoá nhanh chóng trên mọi miền đất nước nói
chung, nhu cầu xây dựng điều kiện vật chất kỹ thuật, trong đó có lónh vực cấp thoát
nước và hệ thống cung cấp điện, là rất lớn và quan trọng nhằm đem lại cơ sở vật
chất cho sản xuất, sinh hoạt và mỹ quan đô thị phục vụ lợi ích của con người và
bảo đảm vệ sinh môi trường. Xuất phát từ nền nông nghiệp lạc hậu lại phải chịu

1


hậu quả của một cuộc chiến khốc liệt, công cuộc xây dựng này là một quá trình lâu
dài, đòi hỏi nhiều công sức. Trong những năm qua công tác nghiên cứu, thiết kế
xây dựng các công trình hệ thống thoát nước và chiếu sáng đã được Đảng và nhà
nước ta quan tâm đầu tư. Tuy nhiên những kết quả đạt được vẫn còn hạn chế, chưa
thể phục vụ triệt để, xuyên suốt và chu đáo đến mọi mặt của đời sống. Chính vì
vậy các sản phẩm phục vụ cho các công trình cấp thoát nước và cung cấp điện
năng, mà cụ thể là hai sản phẩm: ống cống và trụ điện đang rất cần sự quan tâm
đầu tư, khai thác và phát triển thêm. Đây là những sản phẩm cơ bản trong hệ thống
cơ sở hạ tầng kỹ thuật của xã hội, trong bất cứ lúc nào và hoàn cảnh xã hội nào.
Với những đặc tính ưu việt của cấu kiện bêtông cốt thép đúc sẵn và việc phát triển
ngày càng nhanh của đất nước thì việc thành lập ngày càng nhiều nhà máy sản
xuất ống cống và trụ điện bằng phương pháp quay ly tâm là cần thiết trong điều
kiện hiện nay. Trong phạm vi đồ án này, ta sẽ thiết kế một nhà máy đặt ở khu công
nghiệp Đức Hòa, nhằm phát triển cơ sở hạ tầng của tỉnh Long An, Thành phố Hồ
Chí Minh và các tỉnh thành trong khu vực.
1.2. Địa điểm xây dựng nhà máy:
Nhà máy sản xuất ống thoát nước và trụ điện hạ thế ứng suất trước bằng
phương pháp quay ly tâm hỗn hợp bê tông được thiết kế đặt tại khu công nghiệp
Đức Hòa thuộc huyện Đức Hòa, tỉnh Long An. Đức Hòa là một huyện nằm phía
Đông Bắc tỉnh Long An, tiếp giáp với Tp Hồ Chí Minh ở phía Đông, phía Bắc giáp
huyện Trảng Bàng tỉnh Tây Ninh, phía Tây giáp huyện Đức Huệ và phía Tây Nam
giáp huyện Bến Lức. Đức Hòa có vị trí địa lý vô cùng thuận lợi trong phát triển
kinh tế. Nhà máy được thiết kế có công suất 20000 m 3/năm nhằm phục vụ nhu cầu
xây dựng, đặc biệt là thoát nước và chiếu sáng cho tỉnh Long An ,Tp Hồ Chí Minh
và các khu công nghiệp thuộc huyện và các tỉnh lân cận như Bình Dương, Tây
Ninh, Đồng Nai.

Việc đặt nhà máy tại đây có nhiều điểm thuận lợi:
1.2.1. Nguồn cung cấp nguyên vật liệu :
- Xi măng: được cung cấp bởi nhà máy ximăng Hà Tiên 1 và được vận chuyển
đến nhà máy bằng xe stec.
- Cát: dùng cát từ cảng cát Hựu Thạnh, Đức Hòa.

2


- Đá: dùng đá của mỏ đá Hóa An.
- Thép: sử dụng thép từ các công ty trong nước hoặc liên doanh có mặt trên thị
trường.
1.2.2. Nguồn tiêu thụ sản phẩm :
Nhà máy sản xuất các cấu kiện nhằm phục vụ cho các công trình thoát nước
và chiếu sáng cho các khu công nghiệp của huyện Đức Hoà và tỉnh Long An.
Ngoài ra, nó còn có khả năng cung cấp các sản phẩm cho các tỉnh lân cận như
Thành phố Hồ Chí Minh, Tây Ninh, Bình Dương, Đồng Nai.
1.2.3. Điều kiện khí hậu thủy văn : (theo tài liệu khí hậu thuỷ văn của huyện)
Huyện Đức Hòa chịu ảnh hưởng của khí hậu gió mùa, mưa nhiều với lượng
mưa trung bình hằng năm là 1805 mm, nhiệt độ trung bình là 27.7 oC. Nhìn chung
thì khí hậu của huyện Đức Hòa có những điều kiện thuận lợi cơ bản so với nhiều
địa phương khác, độ chiếu sáng lớn, độ ẩm cao và ít bị ảnh hưởng của thiên tai.
Bảng 1.1: Bảng thống kê số liệu thủy văn: (dựa theo số liệu thuỷ văn của tỉnh)

Nhiệt độ oC
Tháng

Trung
bình

Độ ẩm không khí

Cao

Thấp

tuyệt

tuyệt

đối

đối

Trung
bình

Thấp
tuyệt
đối

Tuyệt
đối

Thời gian
có nắng
trong
ngày

1

25

31.5

23

9.4

9.0

29.6

(giờ )
6.7

2

25.1

32.4

22.6

8.8

7.8

27.9

7.7

3

26.7

33.7

24.4

8.5

7.7

29.6

7.2

4

28.4

35.2

25.7

8.3

7.5

32.0

8.5

5

27.8

34.2

25.2

8.7

8.1

32.3

7.4

6

26.6

33

24.7

8.9

8.4

31.0

5.7

7

26.9

33.2

24.8

8.9

8.1

31.4

7.2

8

26.2

31.9

24.4

9.1

8.5

31.0

5.0

9

26.9

32.6

24.9

8.9

8.3

31.6

6.4

10

26.5

32.6

24.9

9.2

8.6

31.7

5.5

3


12
Trung
bình

26

31.9

22.6

9.1

8.4

28.7

7.0

27.7

32.9

24.3

8.9

8.2

30.6

6.8

1.2.4. Giao thông :
+ Đường bộ: Trên địa bàn huyện Đức Hòa có 7 tỉnh lộ: tỉnh lộ 825, tỉnh lộ
824, tỉnh lộ 823, tỉnh lộ 821, tỉnh lộ 830 và tỉnh lộ 831. Tổng chiều dài các tuyến
tỉnh lộ là 97.7 km. Hương lộ bao gồm 33 tuyến đường với tổng chiều dài 142 km.
+ Đường thủy: huyện Đức Hoà có hệ thống kênh rạch rất thuận lợi cho vận
chuyển. Kênh cấp I : có 36 kênh với độ dài 138.4 km và nhiều hệ thống kênh cấp
II. Sông Vàm Cỏ Đông phía tây và kênh Thầy Cai phía đông rất có ý nghóa trong
vận chuyển hàng hóa.
1.2.5. Hệ thống điện - nước:
Huyện Đức Hòa hiện đang sử dụng mạng lưới điện quốc gia. Nhìn chung,
Huyện Đức Hòa có nguồn nước mặt rất phong phú tuy nhiên nguồn nước này
thường bị nhiễn phèn, nhiễm mặn, nguồn nước cung cấp chủ yếu là nguồn nước
ngầm.
1.2.6. Nguồn nhân lực :
Tính đến 2001 dân số của huyện có 192.025 người. Số người trong độ tuổi lao

động là 86.400 người chiếm 45% dân số, mật độ dân số toàn huyện là 455
người/km2, cao nhất là thị trấn Đức Hòa. Tình hình dân nhập cư vào huyện càng
ngày càng tăng làm cho nguồn lao động của huyện phong phú hơn và tình hình này
còn phát triển trong vài năm tới. Nhìn chung nguồn lao động ở huyện Đức Hòa rất
dồi dào, lao động cần cù, thích hợp cho việc tuyển dụng công nhân.
1.2.7. Tài nguyên đất :
Tổng diện tích tự nhiên của huyện là 42.169 ha trong đó đất nông nghiệp
chiếm 80.43%, đất lâm nghiệp chiếm 2.68, đất ở là 6.03%, đất chuyên dùng 9.88%,
đất chưa sử dụng chiếm 5.59%.
Nhìn chung, tài nguyên đất của huyện Đức Hòa có nhiều điều kiện thuận lợi
cho phát triển công nghiệp, nguồn đất chưa sử dụng còn nhiều, địa hình tương đối
bằng phẳng thuận tiện cho san lắp mặt bằng và xây dựng kết cấu hạ tầng.
4


1.3. Giới thiệu sản phẩm:
Sản phẩm của nhà máy là các loại ống thoát nước tròn bằng bê tông cốt thép
có đường kính 800, 1000, trụ điện hạ thế dài 8.4 m và 10.5 m. Mỗi loại trong
4 sản phẩm này đều có công suất thiết kế là 5000 m3 bê tông/năm.
1.3.1. Ống thoát nước :
Bảng 1.2. Các thông số kó thuật của ống thoát nước

Loại

Chiều dài

ống

L0(mm)

00

4000

1000

4000

Tổng

Khối

ĐK ngoài

ĐK trong

Thể tích

Dng(mm)

Dtr(mm)

V(m3)

4080

960

800

0.92

2.30

4120

1180

1000

1.38

3.45

chiều dài
L(mm)

1.3.2. Trụ điện hạ thế :
Bảng 1.3. Các thông số kó thuật của trụ điện hạ thế

Chiều

Đường kính

Đường kính

Trọng

Lực đầu

dài

ngọn (mm)

gốc (mm)

lượng

trụ

(m)

Dng

Dtr

Dng

Dtr

V(m3)

Tấn

kgf

8.4

160

60

250

130

0.240

0.648

200

10.5

190

90

330

210

0.401

1.12

320

Thể tích

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN KẾT CẤU
Tài Liệu tham khảo: [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12]
2.1. Tính toán kết cấu ống thoát nước:

5

lượng
(T)


2.1.1. Loại ống thoát nước F800 :
2.1.1.1. Các giả thiết cơ bản để tính toán:
1. Cống tròn bê tông cốt thép thuộc loại ống tròn cứng , khi tính toán không
tính đến biến dạng bản thân cống.
2. Chiều sâu chôn cống có ảnh hưởng nhất định đến việc tính toán nội lực.
3. Trong các đốt ống cứng , ảnh hưởng của lực dọc trục đối với ứng suất tính
toán rất nhỏ nên có thể bỏ qua ứng suất dọc trục.
2.1.1.2. Số liệu thiết kế:
Bảng 2.1
Lo
ại cống

Chiề
u dài
L0(mm)

F8

Tổng

ĐK

chiều dài
L(mm)

4000

ngoài

ĐK
trong

Dng(mm)

Dtr(mm)

960

800

4100

00

Thể
tích
3

V(m )

0.9
2

Vật liệu:
- Bê tông mác: 300.
- Cường độ chịu nén khi uốn của bê tông: Ru = 130 (kG/cm2)
- Cốt thép loại: AI có cường độ chịu kéo Ra = 2100 (kG/cm2)
Tải trọng thiết kế:
- Đoàn xe ô tô tiêu chuẩn: H30.
- Xe bánh đặc biệt: XB80.
Các đặc trưng :
+ Đường kính trong của cống : 0.8 (m)
+ Chiều dày thành cống : t = 8 (cm)
+ Dung trọng của bê tông : gb = 2.5 (T/m3)
+ Chiều cao đất đắp : H = 0.5 (m)
+ Dung trọng của đất đắùp : go = 2.2 (T/m3)

6

Khố
i lượng
(T)
2.30


+ Góc nội ma sát của đất đắp: 30o
Hệ số vượt tải :
+ Dùng cho áp lực đất : 1.2
+ Dùng cho trọng lượng bản thân cống: 1.1
+ Dùng cho hoạt tải ô tô : 1.4

500

+ Dùng cho hoạt tải bánh xe đặc biệt XB80: 1.1

2

2

1300

1

3

Hình 2.1. Ống thoát nước F800
2.1.1.3. Tính toán kết cấu :
1. Tính ngoại lực :
a – Tónh tải :
- Áp lực thẳng đứng do đất đắp gây ra :
qtc = γo* H = 2.2 * 0.5 = 1.1 (T/m2)
qtt = 1.2*1.1 = 1.32 (T/m2)
Trong đó :
+ γo : Trọng lượng riêng của đất đắp
+ H : Chiều sâu chôn cống hay chiều cao lớp đất đắp.
- Áp lực do trọng lượng bản thân cống gây ra :
gtc = γb * t = 2.5*0.08 = 0.2 (T/m2)
gtt = 1.1*0.225 = 0.22 (T/m2)

7

Trong đó :
+ γ1 = 2,5 T/m3 : Trọng lượng riêng của bê tông cốt thép
+ t = 0.08 (m) : Chiều dày của thành cống
b – Áp lực thẳng đứng do hoạt tải xe gây ra :
Theo qui định chiều cao đất đắp trên cống không nhỏ hơn 0.5 m , vì vậy
không xét đến lực xung kích.
+ Chiều rộng phân bố tải trọng của ô tô H30 :
a = 0.6 + 2*H*tg30o = 0.6 + 2*0.5* tg30o = 1.18 (m)
+ Chiều dài phân bố tải trọng của ô toâ H30 :
b = 0.2 + 2*H*tg30o = 0.2 + 2*0.5* tg30o = 0.78 (m)
+ Chiều rộng phân bố tải trọng của xe đặc biệt XB80 :
a’ = 0.8 + 2*H*tg30o = 0.8 + 2*0.5* tg30o = 1.38 (m)
+ Chieàu dài phân bố tải trọng của xe đặc biệt XB80 :
b’ = 0.2 + 2*H*tg30o = 0.2 + 2*0.5* tg30o = 0.78 (m)
+ Tải trọng phân bố của ô tô H30:
P1tc =

∑G
a.b

P1tc =

6
= 6.52 (T/m2)
1.18 * 0.78

P1tt = 1.4*6.52 = 9.13 (T/m2)
+ Tải trọng phân bố của xe bánh đặc bieät XB80 :

P2tc =
P2tc =

∑G
a.b

10
= 9.29 (T/m2)
1.38 * 0.78

P2tt = 1.1*9.29 = 10.22
Như vậy :
+ Áp lực thẳng đứng của đất đắp và hoạt tải ô tô H30 :
8


qtc + P1tc =1.1 + 6.52 = 7.62 (T/m2)
qtt + P1tt =1.32 + 9.13 = 10.45 (T/m2)
+ Áp lực thẳng đứng của đất đắp và hoạt tải xe XB80 :
qtc + P2tc =1.1 + 9.29 = 10.39 (T/m2)

Φ
11
80

qtt + P2tt =1.32 + 10.22 = 11.54 (T/m2)

µq 2

Sự phân bố áp lực đất và

áp lực do hoạt tải trên cống tròn

Sự phân bố áp lực đất do
trọng lượng bản thân gây ra

Hình 2.2.
2. Tính toán nội lực :
Việc tính toán nội lực phụ thuộc vào sự lớn nhỏ của ngoại lực và sơ đồ phân
bố ngoại lực. Do ảnh hưởng của ứng suất dọc trục nhỏ nên ta chỉ cần tính toán với
moment.
a. Moment trong ống tròn do tác dụng của áp lực đất đắp và tải trọng xe gây
ra được tính theo công thức :
M1 = M2 = M3 = 0.137*(q + p)*R2*(1 - µ)
Trong đó :
+ q, P : các đại lượng đã tính ở trên.
+ µ : Hệ số sức kháng đàn hồi của đất, với cứng ta lấy bằn gáp lực hông của
đất : µ = tg2(45o -

30 o
) = 0.333
2

9


+ R : Bán kính của đốt cống kể từ trục trung hòa (lấy bằng bán kính tính toán
bình quân): R =

0.8 + 0.08
= 0.44 (m)

2

+ Đối với ô tô H30:
M1tc = M2tc = M3tc = 0.137*7.62*0.442*(1 – 0.333) = 0.1348 (Tm)
M1tt = M2tt = M3tt = 0.137*10.45*0.442*(1 – 0.333) = 0.1849 (Tm)
+ Đối với xe bánh XB80:
M’1tc = M’2tc = M’3tc = 0.137*10.39*0.442*(1 – 0.333) = 0.1838 (Tm)
M’1tt = M’2tt = M’3tt = 0.137*11.54*0.442*(1 – 0.333) = 0.2042 (Tm)
b. Moment trong cống tròn do trọng lượng bản thân cống gây ra: tính theo các
công thức :
M1tc’’ = 0.304gtcR2
(2.1)
M1tt’’ = 0.304gttR2
M2tc’’ = 0.337gtcR2
M2tt’’ = 0.337gttR2
M3tc’’ = 0.369gtcR2
M3tt’’ = 0.369gttR2
Vaäy :
M1tc’’ = 0.304*0.2*0.442 = 0.0118 (Tm)
M1tt’’ = 0.304*0.22*0.442 = 0.0129 (Tm)
M2tc’’ = 0.337*0.2*0.442 = 0.013 (Tm)
M2tt’’ = 0.337*0.22*0.442 = 0.0144 (Tm)
M3tc’’ = 0.369*0.2*0.442 = 0.0143 (Tm)
M3tt’’ = 0.369*0.22*0.442 = 0.0157 (Tm)
3. Tổ hợp moment :

10


Ta tổ hợp moment do áp lực đất thẳng đứng , do áp lực hoạt tải thẳng đứng và

do trọng lượng bản thân cống gây ra theo sơ đồ sau:
Q=0
N

r 4 00

M

Q=0
M2 N2

M2
N2 Q = 0

Q=0
M

N

Hình 2.3. Tổ hợp moment
+ Đối với ô tô H30:
Mtc = M1tc + M3tc’’ = 0.1348 + 0.0143 = 0.1491 (Tm)
Mtt = M1tt + M3tt’’ = 0.1849 + 0.0157 = 0.2006 (Tm)
+ Đối với xe đặc biệt XB80:
M’tc = M’1tc + M3tc’’ = 0.1838 + 0.0143 = 0.1981 (Tm)
M’tt = M’1tt + M3tt’’ = 0.2042 + 0.0157 = 0.2199 (Tm)
+ Moment uốn lớn nhất :
Mtcmax = max ( 0.1491 , 0.1981) = 0.1981 (Tm)
Mttmax = max ( 0.2006 , 0.2199) = 0.2199 (Tm)
4. Tính chọn tiết diện cốt thép :

a. Tính cốt vòng :

11


Hình 2.4. Sơ đồ tính toán cốt thép
Ta sử dụng cốt thép AI có đường kính F8, bê tông mác 300
+ Cường độ chịu kéo : Ra = 2100

(KG/cm2)

+ Cường độ chịu nén của bê tông : Rn = 130

(KG/cm2)

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ (chọn giống nhau cho cả phía trong lẫn phía
ngoài) : ao = ao’ = 3.6

(cm)

Khoảng cách từ mép bê tông đến tâm cốt thép:
a = a’ = 3.6 + 0.8/2 = 4 (cm)
Chieàu cao có ích của tiết diện : ho = 8-4 = 4 (cm)
Tính cho chiều dài 1 m cống nên b = 100 cm
Xác định giá trị của hệ số ro theo công thức :
ho

ro =

M max tt

Rub

(2.2)
=

4
21990
130*100

= 3.076
Tra bảng 5.5, [9] ta có a = 0.113, go = 0.944
Tiết diện cốt thép cần thiết :
M max tt

Fa = γ h R
o o a
(2.3)
12


=

21990
0.944*4* 2100

= 2.773 (cm2)
Với diện tích cốt thép tính toán cần thiết ta chỉ cần bố trí 6F8

(F a =

3.018 cm2 ) là đủ nhưng để bảo đảm an toàn và thỏa yêu cầu về cường độ cũng
như kiểm tra nứt, ta bố trí 11F8 , Fa = 5.53 cm2 .
b) Bố trí cốt dọc :
Theo TCVN, đối với tiết diện hình vành khuyên thì lượng cốt dọc có từ 6
thanh trở lên và đặt đều theo chu vi. Vì vậy ta chọn lượng cốt dọc bố trí cho ống
thoát nước là 12F6, có diện tích cốt thép Fa = 3.396 cm2
5. Kiểm tra điều kiện bảo đảm cường độ và kiểm toán nứt:
a) Kiểm tra điều kiện cường độ:
Thành cống bê tông cốt thép tiết diện hình chữ nhật bố trí hai hàng cốt thép
11F8 , Fa = 5.53 cm2 vì vậy ta kiểm tra cường độ theo công thức sau:
M ≤ Rubx (ho -

x
) + RaFa’ (ho – a’)
2

R a Fa

x = bR ≤ 0.55ho , trong đó :
u
Ra = 2100 kG/cm2
Fa = Fa’ = 5.53 cm2
b = 100 cm
Ru = 130 kG/cm2
a’ = 4 cm
x=

2100*5.53
100*130

x = 0.893 ≤ 0.55*4 =2.2 : Thoûa
M = 21990 ≤ 130*100*0.893*(4 -

0.893
)+ 2100*5.53*(4 - 4)
2

M = 34000 ≤ 41253 (kGcm) : Thoûa

13


Như vậy là bảo đảm yêu cầu về cường độ
b) Kiểm toán nứt :
Độ mở rộng lớn nhất của đường nứt kiểm toán theo điều kiện:
δa

aT = 0.5 E ψ1 Rr ≤ ∆
a

Trong đó:
+ δa : ứng suất trong cốt thép dọc chịu kéo, đối với cấu kiện chịu uốn:
M tc

δa = F z
a

với : Mtcmax = 19810 kGcm
Fa = 5.53 cm2
z = ho – x = 4 – 0.893 = 3.107

δa =

19810
5.53*3.107

δa = 1152.97

(kGcm2)

+ Ea = 2100000 (kG/cm2) : module đàn hồi của bê tông.
+ ψ1 = 0.7 : hệ số xét đến ảnh hưởng của bê tông vùng chịu kéo, ứng
vói bê tông mác 300 tra bảng 5-21_Tiêu chuẩn kỹ thuật giao thông đường bộ-tập II
Fr

+ Rr = β(n d + n d + ... + n d ) với :
1 1
2 2
n n
+ Fr : Diện tích vùng ảnh hưởng , giới hạn bởi đường viền của
mặt cắt và trị số bán kính ảnh hưởng r = 6d với d là đường kính của cốt thép (trị số
r được tính từ cốt thép gần trục trung hòa nhaát)
Fr = 100(6*0.8 + 4) = 880 (cm2)
+ b : Hệ số xét đến sự bố trí cốt thép thành các bó thanh. Ở đây
do sử dụng cốt thép rời nên lấy b = 1
+ di = 0.8 (cm) : đường kính cốt thép
+ ni = 11 : số lượng thanh ứng với đường kính di
Rr =

880

= 100 (cm)
1*11*0.8

14


+ D = 0.02 : Trị số giới hạn của bề rộng vết nứt.
aT = 0.5*

1152.97
* 0.7*100 = 0.0192
2100000

Ta có :

(cm)

Vậy aT ≤ D : thỏa mãn điều kiện về nứt.
6. Thống kê thép : bảng 2.2
Tổng chiều

Tổng khối

dài

lượng

thanh

m

KG

124732

1

124.732

49.269

F6AI

4144

12

49.728

11.04

3

F6AI

602

12

7.224

1.604

4

F8AI

3410

2

6.82

2.694

5

F6AI

185

12

2.368

0.526

190.872

65.133

Ký hiệu

Đường kính

Chiều dài

Số lượng

mm

mm

1

F8AI

2

Tổng cộng
2.1.2. Loại ống thoát nước F1000 :

2.1.2.1. Các giả thiết cơ bản để tính toán: tương tự ống F800
2.1.2.2. Số liệu thiết kế:
Bảng 2.3. Số liệu thiết kế ống thoát nước F1000
Loại

Chiều dài

cống

L0(mm)

F1000

4000

Tổng
chiều dài
L(mm)

ĐK ngoài

ĐK trong

Thể tích

Dng(mm)

Dtr(mm)

V(m3)

1180

1000

1.38

4120

Vật liệu, tải trọng thiết kế, hệ số vượt tải : tương tự ống F800
Các đặc trưng :
+ Đường kính trong của cống : 1.0 (m)
+ Chiều dày thành cống : t = 9 (cm)

15

Khối
lượng
(T)
3.45


+ Dung trọng của bê tông : gb = 2.5 (T/m3)
+ Chiều cao đất đắp : H = 0.5 (m)
+ Dung trọng của đất đắùp : go = 2.2 (T/m3)

500

+ Góc nội ma sát của đất đắp: 30o

2

2

1500

1

3

Hình 2.5. Ống thoát nước F1000
2.1.2.3. Tính toán kết cấu :
1. Tính ngoại lực :
a – Tónh tải :
- Áp lực thẳng đứng do đất đắp gây ra :
qtc = γo* H = 2.2 * 0.5 = 1.1 (T/m2)
qtt = 1.2*1.1 = 1.32 (T/m2)
- Áp lực do trọng lượng bản thân cống gây ra :
gtc = γb * t = 2.5*0.09 = 0.225 (T/m2)
gtt = 1.1*0.225 = 0.248 (T/m2)
Trong đó :
+ t = 0.09 (m) : Chiều dày của thành cống
b – Áp lực thẳng đứng do hoạt tải xe gây ra : tương tự như đối với cống F800.

16


Như vậy :
+ Áp lực thẳng đứng của đất đắp và hoạt tải ô tô H30 :
qtc + P1tc =1.1 + 6.52 = 7.62 (T/m2)
qtt + P1tt =1.32 + 9.13 = 10.45 (T/m2)
+ Áp lực thẳng đứng của đất đắp và hoạt tải xe XB80 :
qtc + P2tc =1.1 + 9.29 = 10.39 (T/m2)

Φ
11
80

qtt + P2tt =1.32 + 10.22 = 11.54 (T/m2)

µq 2

Sự phân bố áp lực đất và
áp lực do hoạt tải trên cống tròn

Sự phân bố áp lực đất do
trọng lượng bản thân gây ra

Hình 2.6.
2. Tính toán nội lực :
a. Moment trong ống tròn do tác dụng của áp lực đất đắp và tải trọng xe gây
ra được tính theo công thức :
M1 = M2 = M3 = 0.137*(q + p)*R2*(1 - µ)
Trong đó :
30 o
+ µ = tg (45 ) = 0.333
2
2

+R=

o

1 + 0.09
= 0.545 (m)
2

+ Đối với ô tô H30:

17


M1tc = M2tc = M3tc = 0.137*7.62*0.5452*(1 – 0.333) = 0.207 (Tm)
M1tt = M2tt = M3tt = 0.137*10.45*0.5452*(1 – 0.333) = 0.284 (Tm)
+ Đối với xe bánh XB80:
M’1tc = M’2tc = M’3tc = 0.137*10.39*0.5452*(1 – 0.333) = 0.282 (Tm)
M’1tt = M’2tt = M’3tt = 0.137*11.54*0.5452*(1 – 0.333) = 0.313 (Tm)
b. Moment trong cống tròn do trọng lượng bản thân cống gây ra: tính theo các
công thức (2.1):
Vậy :
M1tc’’ = 0.304*0.225*0.5452 = 0.020 (Tm)
M1tt’’ = 0.304*0.248*0.5452 = 0.022 (Tm)
M2tc’’ = 0.337*0.225*0.5452 = 0.023 (Tm)
M2tt’’ = 0.337*0.248*0.5452 = 0.025 (Tm)
M3tc’’ = 0.369*0.225*0.5452 = 0.025 (Tm)
M3tt’’ = 0.369*0.248*0.5452 = 0.027 (Tm)
3. Tổ hợp moment :
Ta tổ hợp moment do áp lực đất thẳng đứng , do áp lực hoạt tải thẳng đứng và
do trọng lượng bản thân cống gây ra theo sơ đồ sau:
Q=0
N

r 50 0

M

Q=0
M2 N2

M2
N2 Q = 0

Q=0
M

N

Hình 2.7. Sơ đồ tính moment.
+ Đối với ô tô H30:
Mtc = M1tc + M3tc’’ = 0.207 + 0.025 = 0.232 (Tm)

18


Mtt = M1tt + M3tt’’ = 0.284 + 0.027 = 0.311 (Tm)
+ Đối với xe đặc biệt XB80:
M’tc = M’1tc + M3tc’’ = 0.282 + 0.025 = 0.307 (Tm)
M’tt = M’1tt + M3tt’’ = 0.313 + 0.027 = 0.340 (Tm)
+ Moment uốn lớn nhất :
Mtcmax = max ( 0.232 , 0.307) = 0.307 (Tm)
Mttmax = max ( 0.311 , 0.34) = 0.34 (Tm)
4. Tính chọn tiết diện cốt thép :

Hình 2.8. Sơ đồ tính toán cốt thép
a. Tính chọn cốt vòng:
Ta sử dụng cốt thép AI có đường kính F8, bê tông mác 300
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ (chọn giống nhau cho cả phía trong lẫn phía
ngoài): ao = ao’ = 4.1

(cm)

Khoảng cách từ mép bê tông đến tâm cốt thép:
a = a’ = 4.1 + 0.8/2 = 4.5 (cm)
Chiều cao có ích của tiết diện : ho = 90 - 45 = 45 mm = 4.5 cm
Tính cho chiều dài 1 m cống nên b = 100 cm
Xác định giá trị của hệ số ro theo công thức (2.2)
4.5

ro =

34000
130 * 100

= 2.783

19


Tra bảng 5.5 [9] ta có a = 0.14, go = 0.93
Tiết diện cốt thép cần thiết theo công thức (2.3):
Fa =

34000
= 3.87
0.93 * 4.5 * 2100

(cm2)

Với diện tích cốt thép tính toán cần thiết ta chỉ cần bố trí 8F8 (F a = 4.024
2

cm ) là đủ nhưng để bảo đảm an toàn và thỏa yêu cầu về cường độ cũng như kiểm
tra nứt, ta bố trí 13F8 , Fa = 6.54 cm2 .
b. Bố trí cốt dọc :
Fa = 4.245 cm2

Chọn 15F6, có diện tích cốt thép

5. Kiểm tra điều kiện bảo đảm cường độ và kiểm toán nứt: tương tự ống F800,
do giới hạn về số trang luận văn nên không thể trình bày cụ thể ở đây
6.Thống kê thép :
Bảng 2.4.
Đường

Chiều

Số

Tổng

Tổng khối

kính

dài

lượng

chiều dài

lượng

mm

mm

thanh

m

KG

1

F8AI

191972

1

191.972

75.829

2

F6AI

4125

15

61.875

13.736

3

F6AI

646

15

9.69

2.151

4

F8AI

4311

2

8.622

3.406

5

F6AI

249

15

3.735

0.829

275.894

95.951

Ký hiệu

Tổng cộng

2.2. Tính toán kết cấu trụ điện hạ thế:
Cơ sở thiết kế:
Trụ điện hạ thế là là cột bê tông cốt thép ứng suất trước đúc sẵn theo phương
pháp căng trước và quay ly tâm theo các chỉ tiêu sau:

20

Bảng 2.5. Chỉ tiêu kỹ thuật của trụ điện hạ thế
Chiều

Đường kính

Đường kính

dài

ngọn (mm)

gốc (mm)

(m)

Dng

8.4

160

60

250

130

0.24

0.648

200

10.5

190

90

330

210

0.401

1.12

320

Dtr

Dng

Thể tích

Dtr

Trọng

Lực thử đầu

lượng

trụ

Tấn

kgf

V(m3)

Bê tông mác 300 có Rn = 130 kG/cm2 .
Thép gia cường nhiệt AT-K có các tiêu chuẩn sau:
- Giới hạn chảy : 14000 Kg/cm2
- Cường độ chống cắt : 16000 Kg/cm2
- Cường độ tính toán Ra = R’a = 12250 Kg/cm2
Phương pháp tính toán :
Tính toán kết cấu trụ điện dựa trên việc xác định các thành phần lực tác dụng
lên cột, từ đó xác định khả năng chịu uốn của các loại cột và bố trí cốt thép một
cách hợp lý.
Nội dung tính toán kết cấu cột bê tông cốt thép theo đường dây dẫn truyền tải
như sau:
+ Lực gió tác động lên mặt cột :
Pc =

9.81
a C v2 F , (N)
16

(2.4)

+ Lực gió tác động lên dây dẫn :
Pd =

9.81
a C v2 d l , (N)
16

(2.6)
Hay :
Pd = g2 F l , (N)
Với :

21


P
9.81αCdv 2
2
g2 = =
3 , (N/m.mm )
F
16F * 10

+ Toång moment ngoại lực tác động lên cột :
MS = MPd + MPc
Mtt = n(MS + 10% MS)
Trụ điện là cấu kiện chịu nén lệch tâm, tính toán kiểm tra dựa theo TCVN
5574-1991, thì :
Mtt ≤ Mogh
Công thức xác định khả năng kháng uốn của cột :

Mogh =

1
{R b Fb rb + (R a + R ' a )Fa ϕra } sin ϕ
π

(2.7)
(R a Fa + N)π

j = R F + (R + R ' )F
b b
a
a a
(2.8)
+ Điều kiện an toàn của cột khi chịu uốn :
Ptt =

M tt
≤ Pcp
h

(kGf)

+ Kiểm tra khả năng chịu xoắn của cột bê tông cốt thép :
Mx ≤ XTd

(Nm)

+ Kiểm tra thép đai :
Fd

Mx ≤ 2mmaRa a Fl

(Nm)

+ Kiểm tra thép dọc chịu xoắn :
Mx ≤

2mm a R a Fa Fl
ul

(Nm)

Tính toán kết cấu :
2.2.1. Trụ điện dài 8.4 m.

22


Sơ đồ tính toán khả năng chịu uốn của các loại cột trong trạng thái bình
thường hay gặp được cho theo bảng 2.6
SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRÊN CỘT

SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

3.43 m

7.4 m

0.5 m

3.43 m

7.4 m

TRƯỜNG
HP

2.2.1.1. Lực tác động lên cột :
Thiết kế trụ điện chịu tải trên đường dây hạ thế, bước cột 40 m, dây nhôm
A50, diện tích tiết diện F = 50 mm2, đường kính tiết diện là :
d=

4F
4 * 50
=
=8 mm.
π
π

Các lực tác động lên cột trong sơ đồ tính toán xác định như sau :
- Lực gió tác động lên cột theo công thức (2.4) trong đó :
+ F : Diện tích mặt cột chịu gió có cạnh trên a 1 = 0.16 m, cạnh
dưới
a2 = 0.16 + (0.25 − 0.16) *

7.4
= 0.24 m, do ñoù:
8.4

F = 7.4 *

0.16 + 0.24
= 1.48
2

23

(m2)


+ v = 30 m/s : lực gió lớn nhất.
+ a = 0.75
+ C = 1.1 với dây có d < 20 mm.
Pc =

9.81
0.75*1.1*302*1.48 = 674
16

(N)

Lực gió tác động lên cột đặt ở đặt ở trọng tâm mặt cột (hình thang) xác định
theo công thức :
2a 1 + a 2

h

H = a +a *
3
1

2
(2.5)
=

2 * 0.16 + 0.24 7.4
*
0.16 + 0.24
3

= 3.45

(m)

- Lực gió tác động lên dây theo công thức (2.6):
Pd =

8.91
0.75*1.1*302*0.008*40 = 132
16

(N)

2.2.1.2. Tổng moment tác động lên cột ứng với tiết diện sát mặt đất :
Với sơ đồ tính I :
MS = MPd + MPc
= 4*132*7.4 + 674*3.45 = 6232.5
Mtt = n(MS + 10% MS)
=1.2*1.1* MS
= 1.2(6232.5 + 6232.5*0.1) = 8226.9

(Nm)

với n = 1.2 : hệ số vượt tải.
Với sơ đồ tính II :
MS = 4*132*7.4 + 4*132*(7.4-0.5) + 674*3.45
= 9875.7 (Nm)
Mtt = 1.2*1.1*9875.7

24


= 13035.92 (Nm)
= 1303.592 (kGm)
Mttmax = 1303.592 (kGm) ứng với sơ đồ tính II. Từ đây ta chọn sơ đồ tính II để
tính moment max cho các tiết diện cột.
2.2.1.3. Tính chọn và kiểm tra cốt thép dọc :
Theo tiêu chuẩn, đối với cột có tiết diện hình vành khuyên thì số cốt thép dọc
từ 6 thanh trở lên và đặt đều theo chu vi.
* Tại tiết diện sát mặt đất : Ta chọn cốt thép là 12F5 có F a = 2.352 cm2 trong
đó 6F căng trước. Tính theo công thức (2.7),(2.8)
Trong đó :
+ Ra : Cường độ chịu kéo của thép.
+ N = 2500*0.24 = 600 (kG) : trọng lượng bản thân cột.
+ rb : Bán kính trung bình của tiết diện sát mặt đất, cách đỉnh cột 7.4 m
rb =

r1 + r2
2

r1 : Bán kính ngoài của tiết diện

d1 = 0.16 + (0.25 − 0.16) *
r1 =

7 .4
= 0.24 m = 24 cm
8 .4

24
= 12 cm
2

- r2 : Bán kính trong của tiết diện
d2 = 0.06 + (0.13 − 0.06) *
r2 =

12
= 6 cm
2

rb =

6 + 12
=9 cm
2

7 .4
= 0.12 m = 12 cm
8 .4

+ ra : Bán kính tính từ cốt thép bố trí đến tâm tiết diện

ra = r1 – a =12 - 2.5 = 9.5 cm

25