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

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

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



±
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

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

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.

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

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

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
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

−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

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

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

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

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

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:

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







=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

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

- 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
≤

- 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



+








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

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

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

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

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

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

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

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