Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày yêu cầu cấu tạo và bố trí các tấm thép định hình của phần đáy bể chứa trụ đứng và cách xác định chiều dày tấm thép cho trường hợp bể đặt trên nền đàn hồi và nền bê tông cốt thép. Ví dụ minh họa làm sáng tỏ lý thuyết tính toán.
KHOA HC & CôNG NGHê Xỏc nh chiu dy thộp đáy bể chứa trụ đứng Determination of thickness of vertical cylindrical tanks steel base plate Nguyễn Lệ Thủy, Nguyễn Hồng Sơn Tóm tắt Bài báo trình bày u cầu cấu tạo bố trí thép định hình phần đáy bể chứa trụ đứng cách xác định chiều dày thép cho trường hợp bể đặt đàn hồi bê tông cốt thép Ví dụ minh họa làm sáng tỏ lý thuyết tính tốn Từ khóa: Bể trụ đứng, đáy bể Abstract This article presents the structure requirements and design of vertical cylindrical tank’s steel base plate Besides, the authors introduce how to detemine the thickness of steel base plate in the case of that the tank on elastic and reinforced concrete foundation Examples in this article will illustrate the given theory Keywords: Vertical cylindrical tank, base plate ThS Nguyễn Lệ Thủy Khoa Xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Email: nlthuy.hau@gmail.com PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn Khoa Xây dựng Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Email: nguyenhongsondhkt@gmail.com Đặt vấn đề Bể chứa trụ đứng thép sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp, chúng dùng để chứa chất lỏng, chất khí vật liệu khác Bộ phận chịu lực bể gồm có: đáy (tank base plate), thành (tank shell) mái bể (roof) Đáy bể có vai trò quan trọng, vừa phận chịu lực, vừa phận tiếp xúc trực tiếp với truyền tải trọng bể xuống móng Tại vị trí liên kết thành đáy xuất ứng suất cục bộ, gọi hiệu ứng biên Các tài liệu thiết kế bể chứa Việt Nam đề cập đến việc tính tốn mơ men uốn cục bộ, khơng quy định việc tính tốn chiều dày đáy bể cho rằng, chiều dày đáy bể cần chọn theo yêu cầu cấu tạo, tối thiểu mm thể tích bể V≤1000m3, thể tích V>1000m3 dùng có chiều dày 5mm 6mm quy định biên cần dày từ 1÷2 mm Có thể thấy rằng, khuyến nghị không làm rõ sở việc lựa chọn, yếu tố ảnh hưởng đến chiều dày đáy chưa xét đến, ví dụ ảnh hưởng độ ẩm (han gỉ), biến dạng vành biên đáy, chiều dày khoang thành liên kết với đáy Đặc biệt với bể tích lớn, chiều dày đáy bể phụ thuộc nhiều vào chiều dày khoang thành Chính vậy, cần có nghiên cứu đầy đủ nhằm đề xuất việc lựa chọn chiều dày đáy bể, việc tính tốn chúng, để từ giúp nhà chun mơn việc tính tốn thực hành kết cấu đáy bể chứa, vấn đề cần thiết có ý nghĩa thực tiễn Cấu tạo tính toán đáy bể 2.1 Cấu tạo Đáy bể chứa gồm hai phần: phần trung tâm phần biên (vùng biên, có cấu tạo vành khăn) Chúng có dạng hình tròn phẳng hình nón với góc nghiêng từ trung tâm biên từ biên vào trung tâm (với độ dốc 1:100) dốc rốn bể Tại rốn bể bố trí ống hút đáy bố trí móng cho rốn bể Phần trung tâm đáy chịu ứng suất không đáng kể áp lực chất lỏng, khơng cần tính tốn chiều dày Chiều dày đáy phần trung tâm lấy theo yêu cầu cấu tạo, có kể đến thuận tiện thực mối hàn liên kết khả chống gỉ (làm từ mác thép CCT34, không phụ thuộc thể tích bể) lấy theo bảng Trong tài liệu [5] cho rằng, tượng gỉ xuất đáy, tạo trạng thái tới hạn tính tồn vẹn, xuất lỗ thủng Nếu chiều dày đáy lấy cao so với yêu cầu khoảng 1-2 mm để bù lại phần bị gỉ, từ nâng cao đáng kể thời gian sử dụng bể chứa Thay cho giá trị lấy thiết kế điển hình với đáy có chiều dày mm mm, khuyến nghị lấy chiều dày đáy tối thiểu mm Phần trung tâm đáy bể bao gồm dải có chiều rộng đến 12 m, số lượng dải thường số chẵn Các dải tổ hợp từ (1500x6000) mm, liên kết với đường hàn góc (với phần chờm lên 50÷60 mm), chiều dày đáy mm sử dụng đường hàn đối đầu Để nâng cao chất lượng tăng nhanh tiến độ thi công, đáy gia cơng nhà máy sau vận chuyển công trường Hiện nay, phương pháp thi công cuộn (các đáy cuộn lại nhà máy vận chuyển cơng trường sau trải phẳng) sử dụng Đáy bể tích V≤1.000 m3 làm từ thép có chiều dày khơng đổi tồn diện tích, phần trung tâm dày phần biên Đối với bể chứa tích V≥2.000 m3, đáy bể phần trung tâm sử dụng thép mỏng so với phần vành biên (hình 2) Chiều dày đáy bể phần trung tâm phần biên (có cấu tạo vành khăn), phụ thuộc vào chiều dày khoang thành cùng, cần phải không nhỏ giá trị dẫn bảng Đối với bể thể tích từ 2.000÷10.000 m3 sử dụng đáy với biên thơng thường; với thể tích lớn 10.000 m3 dùng biên phân đoạn (hình 2) Các phân đoạn vận chuyển công trường dạng vát ba cạnh, làm từ có 32 TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Bng Giá trị chiều dày tối thiểu đáy bể [5] Hình Liên kết thành với đáy (1 – thành; – đáy) chiều rộng 1500÷2000 mm liên kết với phần đáy bể lắp đặt trước đường hàn góc từ phía Liên kết phân đoạn với mối hàn đối đầu với lót đặt sẵn Trình tự hàn lắp ráp hàn đáy sau: (1) Hàn dải đáy bể với theo cách so le; (2) Hàn biên để tạo thành vành khăn; (3) Lắp đặt khoang thành bể lên đáy vành khăn hàn chúng hai đường hàn góc; (4) Hàn vành đáy đường hàn vành khăn vào phần trung tâm Đường kính đáy lớn đường kính ngồi thân bể 100÷120 mm Ví dụ giải pháp bố trí đáy bể mơ tả hình [6] Phương án bố trí đáy (bể tích 5.000 m3) với biên phân đoạn hình 2c ưu tiên sử dụng, số lượng biên tác dụng truyền lực từ thành xuống đáy Giải pháp hiệu quả, ứng dụng cho nhiều bể chứa tích lớn Việt Nam 2.2 Tính tốn Có thể có hai phương án bố trí đáy bể [5]: (a) Đáy nằm đàn hồi Vincle (hệ số K = 0,05÷0,2 kN/cm3); (b) Đáy đặt cứng dạng bê tông cốt thép lắp ghép bê tơng đổ tồn khối (hệ số K>0,5 kN/cm3); a) Tính tốn đáy bể đàn hồi Xác định nội lực vùng hiệu ứng biên (tại vị trí liên kết thành với đáy) trình bày tài liệu theo phương pháp thống [1, 5], sở hệ phương pháp lực với hai ẩn số Các tác giả trình bày theo phương chuyển vị xác định hệ số số hạng tự hệ phương trình tắc Dẫn đến cơng thức tính hệ số số hạng tự với dấu khác Tài liệu [5] trình bày cách tính tác giả Xôbôlev I.V phương pháp chuyển vị với ẩn sở số giả thiết Giả thiết hệ phương pháp lực với ẩn M0 (hình 3) khn khổ tốn thiết lập Phương trình tắc phương pháp lực: t d (δ1lt + δ1ld ).M0 + ( ∆1b + ∆1b ) =0 (1) Sử dụng hàm số Crưlốp A.N phương pháp thông số ban đầu để giải phương trình vi phân trục dầm bị uốn Chiều dày khoang thành bể, mm Chiều dày tối thiểu trung tâm, mm Chiều dày tối thiểu biên, mm ≤7 6 từ đến 11 từ 12 đến 16 từ 17 đến 20 12 từ 21 đến 26 14 > 26 16 đàn hồi Các hệ số phương trình tắc xác định theo cơng thức 2.β3 δ1lt = t ; Kt 4.β3 [Y (β c) + 2.Y4 (βd c)] δ1ld = d d d , K (2) Các số hạng tự xác định theo công thức t ∆1b =− Pu βt − P' ; Kt d ∆1b =− 2.βd (q.βd Z1 − 2.Pu Z2 ), Kd (3) đó: βt =4 d 3.(1 − υ2 ) E.t1 β =4 3.K (1 − υ ) d Kt = r t12 E.tbd r ; ; , r - bán kính bể, cm; t1 - chiều dày thành phía dưới, cm; tbd - chiều dày vành biên đáy, cm; Pu = γ f1 ρcl H1 + γ f2 Pdc kN / cm2 (4) P’ = (Pu – Pd)/H; (5) H1 - chiều cao mức chất lỏng; γf1 = 1,1; γf2 = 1,2; ρcl - khối lượng riêng chất lỏng; Pd - áp lực dư không gian hơi; Z1=Y1(βd.c)+4.Y4(βd.c); Z2=16.Y4(βd.c).Y3(βd.r).Y4(βd.r)+ +4.Y1(βd.c).Y2(βd.r).Y4(βd.r)-Y4(βd.c); Y1(βd.c) = ch(βd.c).cos(βd.c); Y2(βd.r).Y4(βd.r)=-(1/8)cos(2.βd.r); Y3(βd.r).Y4(βd.r) =(1/8)sin(βd.r)[sin(βd.r).cos(βd.r)]; Y4(βd.c)=(1/4)[ch(βd.c).sin(βd.c).sh(βd.c).cos(βd.c)]; Kd - hệ số nền, lấy sau: (0,05÷0,20) kN/cm3 – cho cát; (0,5÷1,5) kN/cm3 – cho móng bê tông cốt thép; q - tải trọng đơn vị dài cung thành bể trọng lượng thân thành, mái S¬ 28 - 2017 33 KHOA H“C & CôNG NGHê Hỡnh H c bn ca liờn kt thành với đáy bể Hình Sơ đồ bố trí đáy bể [6] Các kết tính tốn ra, đại lượng Y1(βd.c) Z1 gần với đơn vị (sai số khơng vượt q 5%) móng cách lắp đặt bổ sung bê tông cốt thép khơng có sở [5] b) Tính tốn đáy bể bê tơng Khi ta nhận d d 4.β d Z2 = − cos(2βd r) δ1l = K ; ; 2.βd [q.βd + Pu cos(2βd r)] Kd d ∆1b =− Cần lưu ý đến tình huống, đại lượng M0 xác định d từ phương trình (1) phụ thuộc chủ yếu vào ∆1b Đại lượng d K điều kiện thực tế xác định gần Nên giá trị βd (Kd) gần Với thay đổi nhỏ đại lượng Kd tích 2βd.r góc cosin thay đổi đáng kể d (tính radian) Vì thế, tính tốn giá trị ∆1b cần lấy cos(2βd.r)=-1.= Lấy M0 (1/ 6).t b.bd γ c f , phương trình (1) có dạng sau: β3d − βd2 3.P 3.q − βd u t γ c f tb.bd γ c f b.bd K d 6.(Pu βt − P' ) t − 2.β3t K tb.bd γ c f 3Db.bd M30 t + ∆1b =0 Pu , (8) đó: d δ1lt ∆1b - xác định theo công thức (2) (3); E.tb.bd D b.bd = - độ cứng trụ vành biên đáy 12.(1 − v ) hình vành khăn 4.M0 ≤ γ c γ b f tb.bd , ld,d = (6) Trong tài liệu [5] trình bày phương pháp Cunhexốp V.V kiểm tra bền vành biên đáy với việc kể đến hình thành khớp dẻo theo cơng thức (7) mơ men M0 xác định từ phương trình (1); γb=1,2 - hệ số điều kiện làm việc thành bể vùng có hiệu ứng biên δ1lt M0 + Chiều dài phần dải đáy tách khỏi móng Từ xác định chiều dày vành biên tb.bd với giá trị cường độ f cho σ= b.bd Khi đáy bể đặt lên bê tơng cốt thép đặc, phần đáy có vùng hiệu ứng biên, tác dụng mô men uốn M0, vành biên bị tách khỏi móng Trong trường hợp này, Vincle không làm việc, sử dụng phương pháp tính nút liên kết đáy bể tựa lên vành bê tơng trình bày tài liệu Áphanaev V.A., Bêrêđin B.L [5] Theo phương pháp này, sử dụng phương trình (1) nhận phương trình xác định mơ men M0 dạng M0 Pu (9) Ví dụ tính tốn 3.1 Ví dụ 1: Đáy bể đàn hồi Các số liệu ban đầu: Bể chứa có mái cố định, thể tích V=5000 m3, bán kính bể r=11,4 m Chiều dày khoang thành t1=9 mm Chiều dày biên đáy tb.bd=7mm Hệ số (nền đệm cát) Kd=0,1 kN/cm3 Vật liệu kết cấu CCT38 (f=23 kN/cm2) Yêu cầu: Kiểm tra bền biên đáy vùng hiệu ứng biên Mô men uốn M0 vùng hiệu ứng biên xác định từ Cần lưu ý rằng, phương pháp để tính tốn thành phương trình (1) đáy bể bể đặt lên đất cát chặt, tức cho Xác định tham số hệ số phương trình bể chứa với thể tích V36,9kN/cm2) Cần lưu ý rằng, việc tăng chiều dày biên đáy, không thay đổi ứng suất pháp chúng Нехаев Г.А (2005), “Проектирование и расчет стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления” Издательство Ассоциации строительных вузов Đại lượng chiều rộng dải đáy bể tách khỏi móng bê tơng, xác định theo cơng thức (9) Лапшин А А., Колесов А И., Агеева М А (2009), “Проектирование и расчет стальных цилиндрических резервуаров и газгольдеров низкого давления”, учебное пособие, Н Новгород, ННГАСУ M0 14,1 = = ld,d 2 = 57 cm Pu 0,0174 Phân tích dẻo lan truyền dầm liên hợp thép - bê tơng (tiếp theo trang 25) Mơ hình siêu phần tử phần tử với hai điểm nút hai đầu phần tử, mặc định có n điểm biến dạng dẻo liên tục bên phần tử Đề xuất siêu phần tử dầm liên hợp có n điểm biến dạng dẻo liên tục bên phần tử phương pháp phần tử hữu hạn Xây dựng ma trận dẻo siêu phần tử dầm liên hợp phương pháp giải tích Tài liệu tham khảo Li, Y and Lui, E.M (1995), A Simplified Plastic Zone Method for Frame Analysis, Microcomput Civil Eng 10, pp 51-62 Orbison JG cộng (1982), Yield surface applications in nonlinear steel frame analysis, Computer Method in applied Mechanics and Engineering 1982(33): 557-573 White, D.W (1993), Plastic – Hing Method for Advanced Analysis of Steel Frames, J Construct Steel Res 24, pp 121152 36 Đề xuất phương trình độ cứng tiết diện dọc theo chiều dài dầm Quan hệ nội lực - chuyển vị phi tuyến, thể rõ ứng xử đàn dẻo dầm liên hợp chịu tải trọng Kết nghiên cứu so sánh với kết thí nghiệm Ansourian (1981) [6] Eurocode cho thấy độ tin cậy phương pháp nghiên cứu./ Kent, D.C and Park, R (1971) Flexural Members with Confined Concrete J Struct Div ASCE, 97(ST7),1969–1990 Robert D Cook, David S Malkus and Michael E Plesha (1989), Concepts and applications of finite element analysis, 3rd Ed, John Wiley and Sons, Inc Ansourian, P (1981) “Experiments on continuous composite beams.” Proc., Inst Civ Eng., 71(2), 25-71 Võ Như Cầu (2004), Tính kết cấu theo phương pháp ma trận, Nxb xây dựng, Hà Ni TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG ... cầu: Xác định chiều dày đáy bể vùng biên Phần trung tâm đáy cấu tạo từ thép kích thước 1500x6000 mm với chiều dày mm, tổ hợp dạng phẳng Với thành làm từ mác thép khác chiều dày khoang t1=18 mm chiều. .. tạo tính tốn thép đáy bể chứa, với đáy bể đặt đàn hồi bê tông Đáy bể tổ hợp từ thép định hình, chia thành: phần trung tâm phần biên Đối với phần trung tâm phần biên đáy, chiều dày đáy chọn theo... tính tốn 3.1 Ví dụ 1: Đáy bể đàn hồi Các số liệu ban đầu: Bể chứa có mái cố định, thể tích V=5000 m3, bán kính bể r=11,4 m Chiều dày khoang thành t1=9 mm Chiều dày biên đáy tb.bd=7mm Hệ số (nền