CHƯƠNG 3 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH CHÍNH TRÊN SÂN CÔNG NGHIỆP 3.1 Khái niệm Khái niệm: Tháp giếng là một công trình kỹ thuật dựng trên miệng giếng để giữ các vành của trục tải. Tháp giếng nhận những ứng lực xuất hiện trong quá trình vận hành của trục tải. Trong các loại tháp thép cố định thì tháp giếng 4 cột được sử dụng rộng rãi, vì có những ưu điểm sau: - Là một trong những tháp hợp lí về kinh tế nhất; - Tháp bảo đảm độ ổn định nhờ góc nghiêng () và độ thách (l) của chân chống; - Khi cần tăng chiều cao của tháp, thời gian dừng trục để nâng chiều cao không lâu so với các loại tháp khác; - Tháp trang bị bộ hãm tự động là hợp lý; - Tháp có kết cấu đơn giản. Tháp thuộc hệ siêu tĩnh bậc 1 nên tính toán phức tạp.
Về mặt kết cấu, tháp giếng là một dàn khung đứng (tháp kim loại) hay một ống hình trụ (tháp bê tông cốt thép) và gồm có bốn bộ phận chính: đầu tháp, thân tháp, chân chống và khung đế.1: Sơ đồ cấu tạo tháp thép Trong đó: C2- khoảng cách từ tim vành đến mức trên của dàn vành; 49 hDV- chiều cao dàn vành; Hth- chiều cao tháp giếng; C1- khoảng cách từ mức 0 đến tim mặt móng, C1 = 0,5 -:- 1,3m nhưng không lớn hơn 1/3 chiều cao móng và phải đảm bảo sao cho sàn tiếp nhận ở mức 0. Ngoài ra còn có tháp chữ A, tháp kép, tháp kép, tháp 4 cột 2 chân chống, tháp trụ: a) Tháp chữ A b) Tháp kép c) Tháp 4 cột 2 chân chống d) Tháp trụ Hình 3 - 1.2: Các loại tháp thép khác Tháp trụ: Khi khai thác các mỏ sâu thường áp dụng tháp trụ. Thân tháp có dạng hình trụ, lát kín bằng thép lá và tăng sức bằng thép góc. Đầu tháp liên kết với thân tháp và chân chống bằng các dàn.
Tháp có khả năng thay đổi chiều cao và che 50 kín giếng. Song tháp có nhược điểm là trọng lượng lớn, tốn kim loại và khó trang bị đầu tháp.2 Cấu tạo tháp thép bốn cột 3.1 Đầu tháp Đầu tháp là phần trên của tháp dùng để đặt vành, gồm có sàn vành, dàn vành, dàn mặt bên, dầm đầu của thân tháp và dầm đầu của chân chống. - Dàn vành: Gồm các cột nối với nhau bằng các liên kết ngang và nghiêng dùng để đỡ vành. Dàn vành tựa lên dầm đầu của chân chống và thân tháp.
- Sàn vành: Ở mức đai trên của dàn vành và dàn mặt bên có đặt sàn vành; sàn vành được ghép từ thép tấm và hàn với cấu kiện của dàn, tạo cho sàn cứng vững. Sơ đồ đầu tháp: Phụ thuộc vào số lượng và loại thùng trục ta có sơ đồ: đầu tháp 2 trục và sơ đồ đầu tháp 1 trục. - Trường hợp 1 trục: Trường hợp 1 trục có hai cách bố trí vành, do đó có hai sơ đồ đầu tháp.3: Sơ đồ bố trí 2 vành trên cùng một mức và trên cùng một mặt - Sơ đồ bố trí hai vành trên cùng một mức, đầu tháp chỉ chiếm một tầng, do vậy chiều cao tháp giảm đi và kết cấu đơn giản. - Sơ đồ bố trí hai vành trên cùng một mặt, ở sơ đồ này vành nọ đặt trên vành kia, do vậy đầu tháp chiếm ba tầng và kết cấu phức tạp.
Do vậy, sơ đồ này ít dùng. - Trường hợp 2 trục: 51 Đối với những mỏ trang bị hai trục, có thể một trục kíp và một trục ca hoặc hai trục ca và có 3 sơ đồ đầu tháp (hai trục về một phía, hai trục vuông góc với nhau, hai trục về hai phía). ở đây giới thiệu một sơ đồ thường được áp dụng trong thực tế - đó là sơ đồ bố trí hai trục về một phía của tháp giếng. Theo sơ đồ này, trục nọ bố trí sau trục kia.
Các vành của trục kíp nằm ở sàn trên và bố trí trên cùng một mức, còn các vành của thùng ca đặt trên cùng một mặt. Như vậy ở sàn trên đặt 3 vành còn vành thứ 4 đặt thấp hơn. Sơ đồ này tiện về cả kết cấu và sản xuất. Tháp chỉ chịu tải trọng một chiều do sức căng của dây cáp trục, nên chỉ cần một chân chống.2 Thân tháp Thân tháp là một dàn - khung và tựa lên các dầm khung đế đặt trên miệng giếng.
Nhiệm vụ chính của thân tháp là đỡ đầu tháp và đặt đường định hướng. Ngoài ra, thân tháp còn gá các cáp điện, các dầm cam, đường cong dỡ tải và đặt bộ phận giảm xóc cho dây cáp hãm.3 Chân chống Chân chống gồm hai thanh liên kết với nhau và với tháp nhờ thanh giằng thành một khối và đặt về phía trục tải. Chân chống đảm bảo độ ổn định của tháp khi các lực chủ yếu của trục tác động và tiếp nhận phần chính của các tải trọng này. Hướng của chân chống gần trùng với phương sức căng tổng hợp của dây cáp trục.
Độ thách của chân chống đảm bảo độ ổn định của tháp khi có tải trọng tác dụng vào các mặt bên. Góc nghiêng của chân chống đảm bảo độ ổn định của tháp khi tải trọng tác dụng vào mặt chính hoặc mặt sau.14 a) Khung đế tựa lên miệng giếng 52 b) Sơ đồ bố trí 2 trục về một phía của tháp.4 Khung đế: Khung đế dùng để đặt thân tháp; nó được chế tạo từ những dầm cán hoặc những dầm ghép tiết diện hình chữ I. Khung đế tựa lên miệng giếng và đặt thấp hơn độ cao 0 để đảm bảo sàn tiếp nhận ở độ cao 0.3 Các loại tải trọng tác dụng lên tháp 3.1 Các loại tải trọng tính toán - Tải trọng do sức căng của dây cáp trục; - Tải trọng do trọng lượng bản thân; - Tải trọng gió lên thân tháp; - Sức căng trong đường định hướng; - Ứng lực đứt của dây cáp trục. và các tải trọng khác… * Tải trọng do sức căng của dây cáp trục Dây tháp trục truyền tải trọng lên tháp khi các vành bố trí trên cùng 1 mức hay trong cùng 1 mặt đều vòng qua vành và nghiêng trên mặt phẳng nằm ngang với những góc khác nhau, tùy theo vị trí và kết cấu của trục tải.
Ở trạng thái cân bằng nội lực của đoạn thẳng đứng và doạn nghiêng của mỗi nhánh dây cáp luôn luôn bằng nhau. - Các vành bố trí trên cùng một mức: Tổng hợp lực do sức căng của các dây cáp đi qua tâm vành được xác định bằng phương pháp hình bình hành lực. Tải trọng do sức căng của dây cáp trục đặt vào ổ trục của vành. Sức căng của dây cáp trục, khi các vành bố trí trên cùng một mức: Tổng hợp lực do sức căng của dây cáp trục ở nhánh dây cáp dưới 1 Ta có: R1 = 2S1.
2 Phân tích R1 thành hai thành phần nằm ngang T1 và thẳng đứng Q1 ta có: 1 T1 = R1.5: Sơ đồ tính nội lực do sức căng của dây cáp trục a) Các vành bố trí trên cùng một mức b) Các vành bố trí trong cùng một mặt c) Biểu đồ nội lực do sức của dây cáp trục ở nhánh dây cáp dưới. Trong đó: S1- ứng lực của các nhánh dây cáp dưới, (daN); S2- ứng lực của các nhánh dây cáp trên, (daN); 1- góc gữa các nhánh của dây cáp dưới, (độ); 2- góc gữa các nhánh của dây cáp trên, (độ). Tương tự đối với đối với nhánh dây cáp trên ta có: 2 R2 = 2S2. 2 2 Nhận xét: ta thấy đối với dây cáp trục ở nhánh dây cáp dưới - Nếu 1 tăng thì T1 tăng (T1 = S1sin1 mà sin là hàm tăng) và Q1 giảm do vậy bất lợi; 54 - Nếu 1 giảm thì T1 giảm nhưng Q1 tăng, do vậy bất lợi.
Do vậy phải tính toán sao cho góc 1 hợp lý nhất. - Ta luôn có 1 < 2 , nên cùng với một ứng lực của dây cáp thì ta có: T1 < T2 và Q1> Q2 Nội lực trong dây cáp trục khi thing trục chuyển động với tốc độ cực đại cố định bằng: S1= (Pci1 + Pt) + q(H + h), (daN); S2= (Pci2 + Pt) + q(H + h), (daN). Trong đó: Pci1, Pci2 – trong lượng có ích của thùng trục kéo lên và thả xuống, (daN); q – trọng lượng 1m dài của dây cáp trục, (daN/m); H, h – chiều sâu của giếng và chiều cao của tháp giếng, (m). * Tải trọng do trọng lượng bản thân Tải trọng do trọng lượng bản thân gồm có trọng lượng của tháp và trọng lượng các vành.
Người ta xác định trọng lượng của tháp theo các tháp tương tự hoặc theo công thức kinh nghiệm: - Trọng lượng của tháp một trục: G = 0,2H. S d , (daN); - Trọng lượng của tháp hai trục với một chân chống: G = 0,25H. S d , (daN); - Trọng lượng của tháp hai trục với hai chân chống: G = 0,3H. * Tải trọng gió lên thân tháp Tải trọng gió lên thân tháp dược xác định theo công thức: W=1,3.
k- hệ số động lực không khí, đối với dàn đứng của tháp K = 1,4; C- hệ số độ cao của công trình, công trình càng cao hề số C càng lớn công trình cao 20m có C = 1; 55 G - hệ số giảm áp, hệ số này phụ thuộc vào khoảng cách từ mép công trình tới các vật chắn gió xung quanh và chiều cao của vật chắn gió; T- hệ số thời hạn, công trình có tuổi thọ càng dài thì hệ số T càng lớn, công trình có tuổi thọ 60 năm thì T = 1; q- áp lực gió (daN/m2); F- diện tích chắn gió của dàn chắn gió, (m2). * Sức căng trong đường định hướng Sức căng trong đường định hướng là tổng trọng lượng bản thân của đường định hướng và trọng lượng của vật kéo căng. Điểm đặt trọng lực là chỗ gá đường định hướng. * Ứng lực đứt của dây cáp trục - Trường hợp tháp một trục, khi dây cáp bị đứt, tải trọng đột xuất truyền lên các vành tương ứng với ứng lực đứt của dây cáp trục.
Khi dây cáp trục bị đứt, tang trục bị hãm bất ngờ và thùng trục ở dây cáp kia cũng bị hãm bất ngờ. Dây cáp đó chịu một sức căng phụ gần bằng sức căng tới hạn. Song trong thực tế dây cáp đó ít bị đứt. Do đó, trong tính toán lấy bằng hai lần tải trọng đuôi.
Vì vậy, tải trọng đột xuất bằng tổng ứng lực đứt của dây cáp bị đứt và hai lần sức căng của dây cáp kia, nghĩa là: P1đx= (6,59) Smax + 2S'max , (daN) Trong đó: Smax - sức căng cực đại của dây cáp bị đứt, (daN); S'max - sức căng cực đại của dây cáp kia, (daN).