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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

HÀ HƯƠNG LAN

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

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

Hà nội - 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
----------------------------------

HÀ HƯƠNG LAN
KHÓA 2016 - 2018

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

Chuyên ngành:Xây dựng dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SỸ XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. PHẠM THANH HÙNG

Hà nội – 2018


LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin bày tỏ bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả
các thầy cô trong Khoa Sau Đại học – Trường đại học Kiến Trúc – Hà Nội vì
những chỉ dẫn và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập cũng như tiến hành luận
văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Kết cấu thépgỗ đã có đóng góp quý báu cho bản thảo luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn khoa học TS. Phạm Thanh
Hùng- Khoa Xây Dựng- Trường đại học Kiến Trúc – Hà Nội đã tận tình giúp
đỡ, chỉ dẫn cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên
tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè và anh chị em đồng
nghiệp đã có những đóng góp, giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn đọc.
Hà nội, ngày..... tháng.... năm 2018.


LỜI CAM ĐOAN.
Tôi xin cam đoan, luận văn Thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa

học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của luận văn là
trung thực, có nguồn gốc rõ ràng.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Hà Hương Lan


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục hình minh họa
Danh mục bảng biểu

Trang
MỞ ĐẦU

1

Lý do chọn đề tài

1

Mục đích nghiên cứu

2

Phạm vi, đối tượng nghiên cứu

2

Phương pháp nghiên cứu

2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

3

Cấu trúc luận văn

3

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÁP THÉP

4

1.1. Giới thiệu chung về kết cấu tháp thép

4

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

8

1.2.1. Thanh cánh

8

1.2.2. Thanh bụng

12

1.2.3. Vách cứng ngang

15

1.3. Ứng dụng của tháp thép trong các công trình truyền

16

tải điện và viễn thông
1.3.1. Một số công trình tháp thép viễn thông, công trình
truyền tải điện ở Việt Nam.

16


1.3.2. Một số tháp thép viễn thông trên thế giới.

20

1.4. Nhận xét chung

25

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN THANH CÁNH

26

CỦA THÁP THÉP
2.1. Cấu tạo chung về nút liên kết

26

2.2. Cấu tạo các nút

33

2.2.1. Nút gối tựa

33

2.2.2. Các nút liên kết khác

34

2.3 Tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện góc đơn

36

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

36

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

40

yếu
2.3.3. Tính toán thanh cánh có kể đến độ lệch trục do nối

44

2.3.3.1. Độ ổn định của thanh cánh

44

2.3.3.2. Thanh giằng bố trí đối xứng trên các mặt của tháp

45

2.3.3.3. Độ bền của bản táp

48

2.3.3.4. Thanh giằng bố trí không đối xứng (so le) trên các

50

mặt của tháp
2.4. Nhận xét chung
CHƯƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TOÁN

54
56

3.1. Tính toán thanh cánh tháp thép

56

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

56

giảm yếu


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

63

liên kết hàn.
3.1.3. Ví dụ 3- Tính toán thanh cánh mối nối có bản táp

67

bằng liên kết bu lông
3.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc

76

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

76

thanh cánh đến ổn định của thanh.

3.2.2. Khảo sát mức độ giảm yếu

77

3.3 . Nhận xét chung

79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

80


DANH MỤC HÌNH MINH HỌA

Số hiệu

Tên hình

Trang

Hình 1.1

Một số tháp viễn thông cao nhất thế giới

5

Hình 1.2

Các dạng tiết diện thanh thép

7

Hình 1.3

Tháp dạng đứng

9

Hình 1.4

Tháp thép dạng thon đều

10

Hình 1.5

Tháp dạng thon đổi độ dốc một số lần

11

Hình 1.6

Hệ thanh bụng của tháp thép dạng dàn

13

Hình 1.7

Các loại vách ngang dạng hệ thanh của tháp thép.

15

Hình 1.8

Tháp đài truyền hình Việt Nam

16

Hình 1.9

Cột tháp truyền hình Mễ Trì cao 250 m

17

Hình 1.10

Tháp đài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh

18

Hình 1.11

Tháp truyền hình Tam đảo

19

Hình 1.12

Tháp truyền hình Nam Định

20

Hình 1.13

Đường dây 500 kV Sơn La- Lai Châu

20

Hình 1.14

Tháp Eiffel

22

Hình 1.15

Quá trình xây dựng tháp Eiffel

23

Hình 1.16

Tháp Tokyo Sky- Tree

24

Hình 1.17

Tháp Canton Quảng Châu, Trung Quốc

25

Hình 2.1

Đường hàn đối đầu

27

Hình 2.2

Đường hàn góc

28

Hình 2.3

Các hình thức liên kết thép góc bằng bu lông

30

Hình 2.4

Nối thép góc bằng thép góc

31

Hình 2.5

Bố trí bu lông

32

hình


Hình 2.6

Cấu tạo nút chân tháp

34

Hình 2.7

Cấu tạo nút liên kết thanh cánh với thanh bụng

35

Hình 2.8

Hình 2.9

Cấu tạo một số nút liên kết thanh bụng của tháp sử
dụng thép góc
Chiều dài tính toán của các thanh trong hệ không
gian

36

36

Nút tháp thép, các mặt cắt tại vị trí giảm yếu để xác
Hình 2.10

định tiết diện thực, mặt cắt ngang (1-1, 2-2,3-3,4-4)

40

và mặt cắt zich zắc( a-b-c-d-e), (f-g-b-c-h-k)
Hình 2.11

Xác định vị trí lỗ giảm yếu. Vị trí hệ trục tọa độ

41

Phân phối mô men lên tiết diện thanh cánh trên nút
Hình 2.12

và dưới nút. a- phân phối mo men tại nút trung

43

gian. b- phân phối mô men tại nút gần chân tháp.
Hình 2.13

Hình 2.14

Hình 2.15

Hình 2.16

Hình 2.17

Hình 3.1
Hình 3.2

Mặt cắt tại vị trí thay đổi tiết diện 1, 2 –tiết diện
thép góc; 3,4- trọng tâm cuả tiết diện 1 và 2
Sơ đồ tính của thanh cánh khi hệ giằng bố trí đối
xứng trên các mặt, 1,2 các thanh thép góc
Đồ thị xác định chiều dài tính toán của đoạn thanh
1 bậc hai đầu khớp [4]
Sơ đồ tính thanh cánh các mặt so le tại nút. 1,2thép góc
Sơ đồ tính thanh cánh khi hệ giằng bố trí so le trên
các mặt cạnh nhau của tháp
Ví dụ tính toán- 1,2 lần lượt là điểm đặt lực Nmd1 và
Nmd2; 3 – trọng tâm tiết diện giảm yếu.
(a) sơ đồ tính của thanh

(b)Mặt cắt ngang tại vị

44

46

48

52

53

57
63


cánh khi hệ giằng bố trí trí mối nối, 1,2- tiết diện
đối xứng trên các mặt,

thép góc, 3,4 trọng tâm

1,2 các thanh thép góc

của tiết diện 1,2

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu
bảng, biểu
Bảng 2.1

Tên bảng, biểu

Chiều dài tính toán của các thanh trong hệ giàn

Trang

37

không gian làm từ thép góc đơn
Bảng 2.2

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

38

Bảng 2.3

Chiều dài quy ước của thanh xiên

38

Bảng 2.4

Độ mảnh giới hạn của các thanh

39

Bảng 3.1

Độ chênh lệch ổn định của thanh cánh (Δkôđ ) khi

76

nối chồng hai thanh cánh có tiết diện khác nhau
Bảng 3.2

Độ chênh lệch ổn định của thanh cánh (Δkôđ ) khi

77

nối chồng hai thanh cánh có tiết diện giống nhau
Bảng 3.3

Độ lệch tâm khi thay đổi tiết diện bu lông (d1 = d2)

78

Bảng 3.4

Độ lệch tâm khi thay đổi tiết diện bu lông (d1  d2)

78


1

MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài
Hiện nay, các công trình tháp thép ngày càng phổ biến, thường được
dùng làm cột đường dây tải điện, cột ăng ten vô tuyến, cột giàn khoan... Kết
cấu của tháp thường là hệ không gian ba mặt trở lên, được cấu tạo từ các
thanh (thanh cánh và thanh bụng) liên kết với nhau tại nút. Tiết diện thanh
thường được sử dụng là thép góc, thép ống, thép hình chữ I hay tổ hợp các
thép góc.
Với các loại tháp thép thấp và vừa thường được cấu tạo từ thép góc
đơn. Chúng có hai mặt phẳng vuông góc với nhau nên dễ liên kết với nhau.
Tuy nhiên, vì liên kết ở cánh của tiết diện nên trục thanh và trục liên kết bị
lệch tâm. Do các lực không đi qua trục thanh cánh nên tạo ra sự lệch trục, sự
lệch trục gây thêm mô men uốn cục bộ tác dụng lên thanh cánh tại vị trí nút.
Mặt khác, tại vị trí nối chồng thanh cánh hoặc thay đổi tiết diện thanh cánh

lực dọc tác dụng lên hai tiết diện cũng có sự lệch trục gây ra mô men uốn tại
vị trí này.
Việc tính toán thanh cánh theo TCVN [4] hiện nay chưa đề cập cụ thể
đến mô men do độ lệch trục gây ra, ảnh hưởng của mô men uốn và các yếu tố
bất lợi khác được đưa vào hệ số điều kiện làm việc C (Bảng 3, TCVN 55752012).
Theo tiêu chuẩn Nga (SNIP II- 23-81*) [5] việc tính toán thanh cánh đã
tính đến ảnh hưởng của sự giảm yếu cũng như các yếu tố gây ra mô men do
sự lệch trục trong thanh cánh.


2

Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của sự giảm yếu cũng như độ lệch trục
do nối chồng và thay đổi tiết diện thanh cánh đến sự làm việc của kết cấu tháp
thép, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là “Nghiên cứu cấu tạo và
tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện góc đơn có kể đến giảm yếu và độ
lệch trục” đồng thời đề xuất và kiến nghị với nhà thiết kế lưu ý vấn đề này
trong thực tế thiết kế.
* Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu các TCVN và Nga nhằm hoàn thiện tính toán kết cấu tháp
thép. Cụ thể là tính toán thanh cánh tháp thép tiết diện thép góc đơn có kể đến
giảm yếu và độ lệch trục tại vị trí nút.
- Đánh giá độ ổn định của thanh cánh thép khi kể đến độ lệch trục do
giảm yếu và do liên kết chồng cũng như thay đổi tiết diện thanh cánh từ đó
đưa ra kiến nghị cho người thiết kế.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Tháp thép trong công trình truyền tải điện, vô
tuyến. Tháp thép với mối nối.
- Phạm vi nghiên cứu: Cấu tạo nút liên kết thanh cánh tiết diện góc đơn
trong tháp thép và tính toán tiết diện kể đến giảm yếu và độ lệch trục.

- Thời gian nghiên cứu: Năm 2017
* Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập; kế thừa tài liệu, kết quả đã nghiên cứu;
- Phương pháp điều tra khảo sát
- Phương pháp phân tích tổng hợp, so sánh
- Phương pháp chuyên gia, đúc rút kinh nghiệm, đề xuất giải pháp mới.


3

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đề xuất và kiến nghị với nhà thiết kế
lưu ý trong vấn đề này trong thực tế thiết kế tháp thép.
- Ý nghĩa thực tiễn: Bổ sung để hoàn chỉnh TCVN, đánh giá ảnh hưởng
của giảm yếu đến sự làm việc của tháp thép.
* Cấu trúc luận văn
Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo và
Phụ lục, nội dung chính của Luận văn gồm ba chương:
- Chương 1: Tổng quan về kết cấu tháp thép
- Chương 2: Cấu tạo và tính toán thanh cánh của tháp thép.
- Chương 3: Ví dụ tính toán.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN


80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận văn trình bày cách tính toán kiểm tra ổn định thanh cánh trên
đoạn tháp, tại đó thanh cánh tiết diện thép góc đơn được nối chồng có xét đến
mô men do sự lệch trục của thanh cánh tại mối nối. Ngoài ra, luận văn cũng
đã trình bày cách tính toán ứng suất trên thanh cánh tiết diện thép góc đơn tại
vị trí nút bị giảm yếu do khoét lỗ bu lông có xét đến mô men do sự lệch trục
của lực tác dụng thanh xiên lên thanh cánh. Với việc kể đến ảnh hưởng của
mô men do sự lệch trục thanh cánh hay do khoét lỗ bu lông thì tính toán có sự
làm việc an toàn và sát với thực tế hơn.
Qua một số ví dụ và khảo sát cho thấy: khi kể đến độ lệch trục do nối
chồng thì độ ổn định thanh cánh tính toán giảm từ 1,5% (trong trường hợp
nối chồng L150x10 và L120x10) đến 33,67% (trong trường hợp nối chồng
L150x15 và L150x15). Do vậy, trong tính toán tháp phải kể đến mô men do
sự lệch trục gây ra bởi mối nối chồng của thanh cánh và chỉ nên nối chồng với
thanh có tiết diện thay đổi để giảm bớt sự lệch tâm.
Đề xuất bổ sung và hoàn thiện TCVN 5575-2012 trong việc thiết kế
tính toán thanh cánh tháp.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1.

Phạm Văn Hội ( 2012) Kết cấu thép. Cấu kiện cơ bản. Nhà xuất bản
khoa học và kỹ thuật.

2.

Phạm Văn Hội (2012) Kết cấu thép 2. Công trình dân dụng và công
nghiệp. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật

3.

Nguyễn Trọng Hoàng (2015).Thiết kế tháp thép theo tiêu chuẩn
Mỹ Tia- 222-G.

4.

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

Tiếng Nga
5. TC Nga : SNIP II- 23- 81*