Tải bản đầy đủ
i6.Tính toán các lực tác dụng lên đường ống.

i6.Tính toán các lực tác dụng lên đường ống.

Tải bản đầy đủ

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

III. Các lực tác dụng lên đờng ống áp lực.
1.Trọng lợng bản thân ống
1



a1

n1

A1'

A1''

G

L1

L2

Trọng lợng bản thân ống (Gô ) gồm 2 thành phần ,là lực n1 vuông góc
với trục ống và lực a1 theo hớng trục ống
Lực n1 gây uốn võng ống và thông qua ống truyền lên các mố đỡ ,lực a1
hớng xuống dới theo trục ống và truyền lên mố ôm
Các thành phần hớng trục của trọng lợng bản thân ông truyền lên mố
ôm là
A1 = qo.L1.sin

,

A1 = qo. L2..

sin1
Trong đó : qo Trọng lợng mỗi m dài ống;

qo = 1. T

.( Dn2 Dt2 )
D 2t
+ n . .
4
4
T Trọng lợng riêng của thép = 7,8.104N/m3
Dn Đờng kính ngoài ống Dn = Dt +
Dt Đờng kính trong đờng ống Dt =1,4 m

Với là chiều dày ống thép = 0,015 m => Dn = 1,4 + 0,015
=1,415 m

.(1,415 2 1,4 2 )
qo = 1.78.
= 2,58( KN / m )
4
sin

sin =



Góc

nghiêng

đặt

đờng

H
21
=
= 0,195
L 107,75

H Độ chênh cao giữa 2 mố, H =21 m
128

ống

;

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

L - Khoảng cách giữa 2 mố , L = 107,75 m
L1 Chiều dài tính toán đờng ống,L1 = L

L
2L
=
=
3
3

2.107,75
3

L1 = 71,833 m
A1 = 2,58.71,833.0,195= 36,14( KN )
A1 = 0 do sin1 = 0

(1 = 0 là góc nghiêng đoạn ống phía

sau mố ôm).
2.áp lực nớc trong ống
Tác dụng lên thành ống theo hớng của bán kính ống , sinh ra ứng suất
hớng vòng trong thành ống, ở các đoạn ổng thẳng áp lực nớc bên trong
không sinh ra lực hớng theo trục ống nó chỉ phát sinh lực hớng trục ở
chỗ uốn cong , chỗ đờng kính thay đôỉ và chỗ đặt cửa van trong ống.
*Chỗ cửa van ,chỉ khi đóng mở của van mới sinh ra lực hớng trục ,khi
cửa van đóng hoàn toàn lực này bằng.
A2 =

2

.Dt .H = .1,4 2.9,81.157,31 2374,4( KN )
4
4

A2

Trong đó :

Dt là đờng kính trong ống thép Dt = 1,4 m
H : cột nớc tính toán tính từ bể áp lực cho đến mố

thứ 6
H = Zbal - Zmố 6 - Htổn thất(Qmax)= 382,27- 211,5 13,46 = 157,31 m
Lực A2 thông qua thành ống truyền lên mố ôm ở ngay trớc của
van, nếu giữa cửa van và mố ôm có khớp nhiệt độ thì lực này
không truyền lên mố ôm.
* Lực hớng trục do nớc bên trong tác dụng lên chỗ đờng ống uốn cong

129

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

A'3
A'3'
R

2

2
A3 = A3 = .Dt .H = .1,4 .9,81.157,31 2374,4( KN ) .
4
4
*Lực hớng trục do nớc bên trong tác dụng lên đoạn ống có đờng kính
thay đổi A4.

Dt

A4

dt



.H .( Dt2 d t2 ) = ..9,81.157,31.(1,4 2 0,8 2 ) 1599( KN )
4
4
Trong đó : Dt Đờng kính đờng ống lớn.
dt Đờng kính đờng ống nhỏ.dt = 0,8 m
3. Trọng lợng nớc trong ống
Cũng có hớng thẳng đứng từ trên xuống và phân bố dọc theo chiều dài
A4 =

thành ống Trọng lợng nớc trên mỗi mét dài ống là gn=
Trọng lợng nớc giữa 2 mố đỡ Gn = l . gn = 14

2
D t
4

3,14 2
1,4 .9,81 =211,31 KN
4

Trong đó : l là khoảng cách giữa 2 mố đỡ l = 14 m
Thành phần vuông góc với trục ống là n2 = Gn cos = 211,31 . 0,98 =
207,25 KN
Lực n2 gây uốn võng ống và truyền lên mố đỡ
4. Lực do nớc bên trong tác dụng lên khớp co dãn nhiệt độ A5
'

A5 = A'' 5 =



.H .( D 2 Dt2 ) = .9,81.157,31.(1,512 1,4 2 ) 387,78( KN )
4
4

130

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

A''8

A'8

A''5

A'5

5.Lực ma sát của nớc lên thành ống A6.
Lực này hớng trục và cùng chiều với dòng chảy, gồm lực ma sát của
đoạn ống L1 phía trên mố ôm A6 gây ng suất nén trong thành ống và
lực A6 của đoạn ống L2 phía dới mố ôm gây ứng suất kéo ,đều truyền
lên mố ôm . trị số của nó đợc tính theo

A'6
Dt

A''6



.h ' w .Dt2 = ..9,81.0,41.1,4 2 6,18( KN )
4
4


A '' 6 = .h' ' w .Dt2 = ..9,81.0,071.1,4 2 1,71( KN )
4
4
Trong đó : hw , hw Tổn thất cột nớc do ma sát trong đoạn ống
A' 6 =

dài L1 = 71,833 m và L2 = 12,67 m ,

hw =

Trong đó :
131

dd .V 2
.
2.g

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

V= 3,96 m/s - vận tốc lớn nhất trong ống
dđ - hệ số tổn thất dọc đờng.
dđ = .

L
D

Với L - chiều dài tính toán của đờng ống áp lực
D - đờng kính đờng ống áp lực =1,4 m
- hệ số ma sát thuỷ lực; lấy = 0,01.
71,833

dđ = 0,01. 1,4

= 0,513

12,67

dđ = 0,01. 1,4 = 0,09
hw =

hw =

0,513.3,96 2
=0,41 m.
2.9,81
0,09.3,96 2
2.9,81

=0,071m.

6.Lực ma sát khi đờng ống di chuyển trên mố trung gian A7.
Khi ống có đặt khớp nhiệt độ ,nhiệt độ thay đổi ,ống có thể co dãn ,vì
vậy phát sinh lực ma sát giữa ống và mặt tiếp xúc của mố đỡ .Lực ma
sát truyền lên mố ôm là

A7

A7 = ( qô + qn ).l. cos.fms

3,14.9,81.1,4 2
= ( 2,58+
).14.0,98.0,3
4

72,74 ( KN )
Trong đó : fms Hệ số ma sát với mố trợt là fms = 0,3.
l Khoảng cách giữa các mố trung gian.l= 14 m
7. Lực ma sát của vật liệu chèn ở khớp co giãn khi nhiệt độ thay đổi:
Do là khớp nhiệt độ kiểu trợt nên khi ống co dãn do nhiệt độ thay đổi
cũng phát sinh lực ma sat giữa thành ống và vòng lót ống .Khi nhiệt độ
tăng ở khớp nối phía trên mố ôm phát sinh lực ma sát A 7 gây ứng suất
132

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

nén trong thành ống ,khi nhiệt độ giảm lực này gây ứng suất kéo trong
thanh ống .Trị số của lực này là:
A8 =A8 = .D.b.fk..H =
= 3,14.1,4.0,4.0,3.9,81.157,31=814,07 kN.
Trong đó : fk hệ số ma sát giữa vật liệu chèn với thành ống; f k=
0.7
b là chiều dài vật liệu chèn khớp b = 0,4 m
8. Lực li tâm của dòng nớc ở chỗ đoạn ống uốn cong

A9
A'9
3,14.1,4 2.9,81.3,94 2
.D0 2 2
. .V =
A9 = A9=
= 23,88 kN.
4.9,81
4
g

A9 - thành phần lực hớng trục của lc li tâm;
V - lu tốc lớn nhất trong ống;V = 3,94 m/s
9. . Lực gây ra do nhiệt độ thay đổi khi chiều dày thành ống
không đổi , A10
Khi ống dẫn không có khớp nhiệt độ giữa 2 mố ôm thì khi nhiệt
độ thay đổi ,ống không thể co dãn đợc ,do đó phát sinh lực hớng trục
A10 = .E.t. .D.


- Hệ số nở nhiệt = 12.10-61/độ

t Sự thay đổ nhiệt độ, nhiệt độ lớn nhất của Việt
Nam làm 10oC
E Mô đun đàn hồi của thép E = 2,1 . 106 kg/cm2
= 2,1 .108 (KN /
m2)
- Chiều dày thành ống = 0,015 m

D - Đờng kính trong ống thép D = 1,4 m
Tuy nhiên do đờng ống có bố trí khớp nhiệt độ nên không có lực này

133

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

i7.Tính toán kích thớc mố ôm theo điều kiện bền và ổn định.
Mố ôm là loại kết cấu trọng lực, cờng độ của nó dễ thoả mãn, vì
vậy khi thiết kế mố ôm chủ yếu căn cứ vào điều kiện chống trợt, điều
kiện ổn định để quyết định kích thớc ngoại hình của mố ôm. Phụ tải và
tổ hợp lực của nó tác dụng lên mố ôm khống chế trong điều kiện đầy
nớc, nhiệt độ tăng. Do đờng ống đợc đặt trên nền đất nên ta thiết kế
cho mố ôm đặt trên nền đất.
Quy định những lực cùng với hớng dòng chảy là dơng và ngợc hớng là
âm .Gọi A là các lực theo trục của đoạn ống tác dụng vào mố ôm ,lực
A là các lực hớng theo trục của đoạn ống phía dới tác dụng vào mố
ôm .
Từ phần tính toán các lực tác dụng lên đờng ống sẽ tìm ra đợc các lực
tác dụng lên mố , tên lực và trị số đợc thống kê trong bảng sau ,còn
phơng chiều nh hình vẽ ở trên
Tên lực

A1'

A1'' A3'

A5'

A''3

A5''

A6'

A6'' A7'

A8'

387.7

Trị số( KN)

36.14

2374.4
0

8
2374

6.18
387.8

72.74

814.07

1.71

A9
A8'' '

A9''

23.9
814.1

'

''

3715.19
23.83

3601.8

Tổng lực hớng trục của đoạn ống phía trên tác dụng lên gối là3715,19
KN và có chiều hớng theo chiều dòng chảy .Tổng lực hớng trục của
đoạn ống phía dới tác dụng lên gối là 3601,8 KN và có chiều ngợc với
chiều dòng chảy .
Từ giao điểm của hai lực hớng trục ' và '' vẽ trục toạ độ X và Y
rồi đem tổng lực hớng trục phân theo hai thành phần này sẽ có: ( ở
đây = 11,48o là góc nghiêng của đoạn ống phía trên của mố ôm ,
= 0o là góc nghiêng của đoạn ống phía dới mố ôm )

134

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Y

A'X
A''X

A'Y

A'

X

X = ' cos = 3715,19 . cos11,48 = 3640,88 KN
Y = ' sin =3715,19.0,195 =724,46 KN
X= '' =3601,8
Y = 0
Tổng các phản lực trên

X = X X = 49,8 KN
Y = Y - Y = -724,46 KN

Từ đó tìm đợc trọng lợng G cần thiết của mố ôm là

G=

K c . X
2,3.49,8
Y =
(724,46) 888,088( KN )
f0
0,7

Trong đó : f0 Hệ số ma sát giữa mố và đất nền phụ thuộc vào
nền f0 = 0, 7
Kc Hệ số an toàn chống trợt lấy Kc 2 lấy Kc = 2,3

Trọng lợng riêng của bê tông là 24KN/m3 .Nh vậy thể tích bê tông
của mố ôm là: VBT =

G 888,088
=
= 37(m 3 )
BT
24

Chọn chiều dài ( L ) và chiều cao ( H) mố ôm theo điều kiện lớp bê
tông bao quanh ống không đợc nhỏ hơn 0,8 lần đờng kính ống ta đợc L=
3,8 m , H = 4m

135