intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Bài giảng Nền móng công trình xây dựng - Chương 7: Móng máy chịu tải trọng động

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

22
lượt xem
6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Nền móng công trình xây dựng - Chương 7: Móng máy chịu tải trọng động. Chương này cung cấp cho học viên những nội dung về: khái niệm; yêu cầu cơ bản đối với móng máy; cấu tạo móng máy; tính toán động lực học móng máy; tính động lực học móng khối trên nền đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nền móng công trình xây dựng - Chương 7: Móng máy chịu tải trọng động

  1. MACHINE FOUNDATIONS MÓNG MÁY CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG VIỆN KỸ THUẬT Instructor: Nguyễn Tương Lai CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT Course: Nền móng CTXD
  2. 6.1. Concept/Khái niệm  Móng công trình thường được thiết kế với tải trọng tĩnh: các tải trọng thay đổi chậm theo thời gian nên không gây ra lực quán tính trong móng và nền.  Móng dưới các máy chủ yếu chịu tác dụng của tải trọng động: các tải trọng có trị số và/hoặc phương tác dụng thay đổi nhanh theo thời gian, gây ra dao động của móng và nền kèm theo xuất hiện lực quán tính trong móng và nền làm ảnh hưởng đến con người, thiết bị và kết cấu xung quanh.  Việc thiết kế móng máy có nhiều khác biệt so với móng kết cấu chịu tải tĩnh:  Áp dụng các phương pháp tính toán khoa học để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động;  Áp dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp để giảm ảnh hưởng của dao động;
  3. 6.1. Concept/Khái niệm  Phân loại máy có tải trọng động theo cường độ:  Máy có lực quán tính đủ lớn so với trọng lượng máy  tính móng chịu tải trọng động;  Máy có lực quán tính nhỏ so với trọng lượng máy  bỏ qua tải trọng động và thiết kế bình thường (trừ yêu cầu đặc biệt cụ thể).  Phân loại máy có tải trọng động theo đặc trưng tần số của lực kích thích:  Máy hoạt động theo chu kỳ: lực kích thích có đặc trưng biến đổi theo chu kỳ (điều hòa hoặc không điều hòa);  Máy hoạt động không theo chu kỳ: lực kích thích biến đổi phức tạp theo thời gian dài (dao động hỗn hợp) hoặc biến đổi nhanh trong thời gian ngắn (kích động xung, quay hoặc tịnh tiến không đều).
  4. 6.2. Yêu cầu cơ bản đối với móng máy  Về cấu tạo: cần hạn chế tối đa độ lệch tâm chung của máy và móng, theo kinh nghiệm: (B là kích thước cạnh móng)  𝑒𝑒0 ≤ 3%𝐵𝐵 khi sức chịu tải của nền 𝑅𝑅đn ≤ 150 kPa ;  𝑒𝑒0 ≤ 5%𝐵𝐵 khi sức chịu tải của nền 𝑅𝑅đn > 150 kPa ;  Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế móng máy:  Bền vững, ổn định và có khả năng chịu lực tốt;  Không cho phép xuất hiện biến dạng, độ lún làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của máy;  Không cho phép xuất hiện chấn động mạnh làm ảnh hưởng đến hoạt động của máy và người điều khiển. P ≤ [ R] ; A ≤ [ A] ; S ≤ [S ] ; ∆S ≤ [ ∆S ] P - ứng suất dưới đế móng; R – sức chịu tải của nền đất dưới móng; S, ∆S – độ lún và độ lún lệch của móng; [S], [∆S] – độ lún giới hạn và độ lún lệch cho phép của móng; A, [A] – biên độ dao động và biên độ dao động giới hạn của móng.
  5. 6.3. Cấu tạo móng máy  Móng máy kiểu khối: tấm hay khối đặc bằng BTCT có cấu tạo chi tiết để lắp đặt và neo thiết bị.  Đặc điểm: độ cứng và trọng lượng lớn;  Cấu tạo: khối đặc, tầng hầm với khối đặc ở trên, hộp rỗng có thành dày;  Vật liệu: bê tông cốt thép B≥15, dùng cốt liệu to (đá 4x6 , có thể độn đá ba, đá hộc); thép đặt theo cấu tạo ở chu vi và gia cường tại vị trí liên kết để chống nứt;  Phạm vi áp dụng: hầu hết các loại máy, đặc biệt các máy có tải trọng lớn như búa máy, máy dập,…
  6. 6.3. Cấu tạo móng máy  Móng máy kiểu khung: khung không gian gồm các cột ngàm vào tấm đáy hay móng băng BTCT, phía trên các cột là hệ thống xà dọc và ngang có cấu tạo chi tiết để lắp đặt và neo thiết bị.  Đặc điểm: độ cứng và trọng lượng vừa phải;  Cấu tạo: đế bằng tấm hay băng BTCT, cột thép hoặc BTCT, xà bằng thép hoặc BTCT; liên kết các cấu kiện dạng ngàm .  Vật liệu: bê tông cốt thép B≥15, dùng cốt liệu nhỏ và trung bình; thép đặt theo tính toán và gia cường tại vị trí liên kết hoặc giảm yếu để chống nứt;  Phạm vi áp dụng: các loại máy có tải trọng nhỏ và trung bình hoặc theo yêu cầu công nghệ.
  7. 6.3. Cấu tạo móng máy  Cấu tạo bu lông neo và lỗ liên kết:  Liên kết máy với móng bằng bu lông ngàm chết: bu lông liên kết được chôn cố định trong móng;  Liên kết máy với móng bằng bu lông ngàm mắc: bu lông có thể tháo lắp được.  Lưu ý: hiện nay có nhiều loại hóa chất kết dính cho phép chôn bu lông liên kết chính xác khi lắp đặt máy mà không cần chôn trước bu lông khi chế tạo móng
  8. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi, đàn nhớt:  Các giả thiết:  Móng tuyệt đối cứng.  Nền đàn hồi không trọng lượng  Các trường hợp tính toán:  Dao động thẳng đứng (vertical vibration)  Dao động ngang và xoay trong các mặt phẳng thẳng đứng X0Z và Y0Z (rocking vibrations)  Dao động xoay quanh trục thẳng đứng 0Z (torsion vibration)  Mô hình tính: hệ một khối lượng trên các liên kết đàn hồi hay đàn nhớt  Phương pháp phân tích:  Phân tích dao động tự do;  Phân tích dao động cưỡng bức theo phương pháp khai triển theo các dạng dao động riêng
  9. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt: P(t) z  Dao động theo phương đứng: độc lập với các thành phần dao động khác a) m  Phương trình vi phân dao động cưỡng bức có cản: x z ( t ) + cz .z ( t ) + k z .z ( t ) = m. Pz ( t ) (1) z 𝑐𝑐𝑧𝑧 - hệ số cản khi nén đàn hồi đều theo phương đứng; 𝑘𝑘𝑧𝑧 - hệ số nền khi nén đàn hồi đều theo phương đứng  Phương trình chuyển động khi 𝑃𝑃𝑧𝑧 𝑡𝑡 = 𝑃𝑃0𝑧𝑧𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝜔𝜔 , không cản: P(t) z P0 z 1 =z A sin ωn z t + B cos ωn z t + ⋅ 2 sin ωt m ωn z − ω b) m  Tần số vòng của dao động riêng không cản: ωn z = k z m  Biên độ dao động cưỡng bức không cản: P0 z 1 P0 z 1 cz kz Az =⋅ =⋅ Hệ số m ωn2z − ω 2 k z 1 − ω 2 ωn2z động
  10. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt: P(t) Dao động theo phương ngang: bỏ qua ảnh hưởng của đất x  từ đáy móng trở lên a) m  Phương trình vi phân dao động tự do có cản: x ( t ) + cx .x ( t ) + k x .x ( t ) = x m. 0 (2) 𝑐𝑐𝑥𝑥 - hệ số cản khi trượt đàn hồi đều theo phương ngang; z 𝑘𝑘𝑥𝑥 - hệ số nền khi trượt đàn hồi đều theo phương ngang;  Nghiệm riêng của (2) có dạng : 𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑒𝑒𝑠𝑠𝑠𝑠, lấy đạo hàm của P(t) x kx 𝑥𝑥 𝑡𝑡 theo 𝑡𝑡 và thế vào (2) rồi khử 𝑒𝑒𝑠𝑠𝑠𝑠 ta được : s 2 + ( cx m ) .s + k x m = 0 (3) b) m  Giải phương trình (3) ta được: cx s= 1 1 2m ( −cx + cx2 − 4k x m )   (4) s= 2 1 2m ( −cx − cx2 − 4k x m )
  11. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt:  Tần số vòng của dao động riêng không cản (rad/s): ωn x = k x m  Cản tới hạn (lực/vận tốc): c0 x = 2 k x m  Tỉ số cản= : D c= x c0 x cx (2 kxm )  ωdx ωn x 1 − D 2 Tần số vòng của dao động riêng có cản (rad/s):=  ( t ) A.e s1t + B.e s2t Nghiệm tổng quát của phương trình dao động riêng (2) có dạng x= Xét bốn trường hợp có thể xảy ra:  TH1: khi không có cản, 𝑐𝑐𝑥𝑥 = 0, ta có 𝑠𝑠1,2 = ±𝑖𝑖𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 , biểu thức chuyển vị của móng có dạng i ( ωn x t −φ ) x ( t ) = C1.e = B1cosωn xt + B2sinωn xt = C1.cos (ωn xt − φ ) (5) tan −1 ( v0 ωn x x0 ) x02 + ( v0 ωn x ) ; φ = 2 Với C1 = B1 =C1cosφ ; B2 =C1sinφ ; C12 =B12 + B22 C1 là biên độ dao động tự do không cản; φ là góc pha của dao động.
  12. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt:  ( t ) A.e s1t + B.e s2t Nghiệm tổng quát của phương trình dao động riêng (2) có dạng x= Xét bốn trường hợp có thể xảy ra:  TH2: khi có cản nhỏ, 0 < 𝑐𝑐𝑥𝑥2 < 4𝑘𝑘𝑥𝑥𝑚𝑚 , ta có 𝑠𝑠1 = 𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 −𝐷𝐷 + 𝑖𝑖 1 − 𝐷𝐷2 , và 𝑠𝑠2 = 𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 −𝐷𝐷 − 𝑖𝑖 1 − 𝐷𝐷2 ; áp dụng công thức Eurler (𝑒𝑒±𝑖𝑖𝑖𝑖 = cos𝜃𝜃 ± 𝑖𝑖sin𝜃𝜃) có thể biến đổi để nhận được biểu thức chuyển vị của móng có dạng x (t ) e . X .sin (ωd xt + φ ) − D .ωn x t = (6) Với X và φ xác định từ điều kiện ban đầu.  TH3: khi có cản tới hạn, 𝑐𝑐𝑥𝑥2 = 4𝑘𝑘𝑥𝑥𝑚𝑚, ta có 𝑠𝑠1 = 𝑠𝑠2 = −𝑐𝑐𝑥𝑥⁄2𝑚𝑚, biểu thức chuyển vị của móng có dạng x (t ) ={ x0 + ( v0 ωn x ) + x0  .ωn xt e −ω t } nx (7)  TH4: khi có cản lớn, 𝑐𝑐𝑥𝑥2 > 4𝑘𝑘𝑥𝑥𝑚𝑚, ta có 𝑠𝑠1 = −𝐷𝐷𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 ± 𝜔𝜔𝑛𝑛 𝑥𝑥 𝐷𝐷2 − 1, biểu thức chuyển vị của móng có dạng =x ( t ) Ae (− D+ ) D 2 −1 ωn x t + Be (− D− ) D 2 −1 ωn x t (8)
  13. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt:  Dao động theo phương ngang: bỏ qua ảnh hưởng của đất từ đáy móng trở lên  Phương trình vi phân dao động cưỡng bức có cản: x ( t ) + cx .x ( t ) + k x .x ( t ) = m. Px ( t ) (9)  Khi 𝑃𝑃𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑃𝑃0𝑥𝑥 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝜔𝜔 , nghiệm riêng của (9) có dạng x ( t ) A1 sin ωt + A2 cos ωt = (10) Lấy đạo hàm của (10) rồi thay vào (9) ta có: ( k x − mω 2 ) A1 − cxω A2  sin ωt + cxω A1 + ( k x − mω 2 ) A2  cos ωt = P0 x sin ωt (11) Cân bằng các số hạng chứa sin và cos trong (11) sẽ được hệ phương trình để xác định A1 và A2, giải ra các hằng số A1 và A2 rồi thế vào (10) nhận được biểu thức chuyển vị: P0 x ( k x − mω 2 ) sin ωt − P0 x cxωcosωt xz ( t ) = = X p sin (ωt − φ p ) (12) ( k x − mω ) + ( cxω ) 2 2 2 (k − mω 2 ) + ( cxω ) ; φ= tan −1 cxω ( k x − mω 2 )  2 Với: X= 2 p P0 x x p (13)
  14. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt:  Dao động ngang và xoay trong mặt phẳng X0Z: P(t) z bỏ qua ảnh hưởng của đất từ đáy móng trở lên m  Phương trình vi phân dao động cưỡng bức có cản: My(t) P(t) x x mx + cx x + k x x − Hcxφ − Hk xφ = Px ( t ) W M 0 .φ + ( cφ + H 2cx ) φ + ( kφ + H 2 k x − WH ) φ − (14) M y (t ) − Hcx x − Hk x x = z M0 là mô men quán tính của khối lượng móng lấy với P(t) trục 0Y; kφ là hệ số nền khi nén không đều; cφ là hệ số z cản khi nén không đều của nền; H là cao độ trọng tâm kx m My(t) của móng so với đáy móng; W là trọng lượng của móng; P(t) x x Mc là mô men quán tính của khối lượng móng lấy với cx W trục đi qua trọng tâm đáy móng và song song với trục z 0Y: cØ kØ M= M + mH 2 c 0 cz kz
  15. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt:  Dao động ngang và xoay trong mặt phẳng X0Z: bỏ qua ảnh hưởng của đất từ đáy móng trở lên  Tần số dao động riêng không cản được xác định từ phương trình (15) ωn2x + ωn2φ 2 ωn2xωn2φ ω − 4 n γ ωn + γ = 0 (15) ωn= 2 x k x m ; ωn= 2 φ ( k WH ) φ γ M0 Mc Mc ; =  2  1 (ω + ωn2φ ) − 4γ ωn2x ωn2φ  2 ⇒ ω= ωn x + ωnφ ± 2 2 2γ n1, n 2 nx   Chuyển vị khi móng chịu tải kích thích 𝑃𝑃𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝑃𝑃0𝑥𝑥𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝜔𝜔, nghiệm riêng không cản có dạng: γω 4 − (ωn2x + ωn2φ )ω 2 + ωn2xωn2φ  ω 2   ω 2  x= Ax .sin ω t ; φ= Aφ .sin ω t ; ∆= = 1 − 2  1 − 2  ωn2xωn2φ  ωn1   ωn 2  ωn2x  H ω2 H ωn2x ω 2 1 + 2 (1 − φ ) 1 +  − γ 2 1− + 2 ⋅ 2 P0 x ωn φ  h0  ωn φ P0 x ( H + h0 ) H + h0 ωnφ ωn x Ax = ⋅ ; Aφ = ⋅ kx ∆ kφ ∆
  16. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt:  Dao động ngang và xoay trong mặt phẳng X0Z: …  Chuyển vị khi móng chịu tải kích thích 𝑀𝑀𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑀𝑀0𝑦𝑦𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝜔𝜔, nghiệm riêng không cản có dạng: M 0 y .h0 M0y ω2 x Ax .sin ω t ; = = φ Aφ .sin ω t ; A= = ;Aφ ⋅1 − 2 ∆kφ ∆kφ ωn x x γω 4 − (ωn2x + ωn2φ )ω 2 + ωn2xωn2φ  ω 2   ω 2  ∆= = 1 − 2  1 − 2  ωn2xωn2φ  ωn1   ωn 2  Dao động xoay quanh trục thẳng đứng 0Z: tương tự như dao động đứng  Phương trình vi phân dao động cưỡng bức có cản: M m z .ψ  + cψ .ψ + kψ .ψ = M 0 z ei ω t (16) 𝑐𝑐𝜓𝜓 , 𝑘𝑘𝜓𝜓 - hệ số cản và hệ số nền khi trượt đàn hồi không đều; 𝑀𝑀𝑚𝑚𝑚𝑚 mô men quán tính độc cực của khối lượng móng đối với trục Z; 𝜓𝜓 là góc quay của móng quanh trục Z.  Tần số vòng của dao động riêng không cản và biên độ dao động cưỡng bức có cản xác định: 2 2 M  ω2   ω  ωnψ = kψ M m z ; Aψ = 0 z η ; η = 1 1 − 2  +  2ξψ  kψ  ωnψ   ω nψ 
  17. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.1. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi, đàn nhớt:  Xác định hệ số nền theo mô hình bán không gian đàn hồi: E 1 E 1 E 1 Cz = f1 ⋅ ; C = f ⋅ ; C = f ⋅ 1 − µ f3 (1 + µ ) F φ 1− µ 2 F 1− µ 2 F 2 x 3 =Cφ 2= = Cz ; Cx 0, 7C z ; Cψ 1,5Cx (Theo Barkan)  Xác định hệ số nền theo mô hình nền của Filonenko-Boroditch :  2 (a + b)   2 ( a + 3b)  = Cz C0 1 +  P P0 ; = Cφ C0 1 +  P P0 = ; ∆ 1, 0m −1  ∆F   ∆F   2 (a + b)  ⋅10−3 ( KG / cm3 ) ; D0 ≈ 0, 7C0 E Cx = D0 1 +  P P ; C =1, 7 ∆F  1− µ 0 0 2  𝐶𝐶𝑧𝑧 - hệ số nền khi nén đàn hồi đều theo phương đứng; 𝐶𝐶𝑥𝑥 - hệ số nền khi trượt đàn hồi đều theo phương ngang; 𝐶𝐶𝜑𝜑 - hệ số nền khi nén đàn hồi không đều theo phương đứng; 𝐶𝐶𝜓𝜓 - hệ số nền khi trượt đàn hồi không đều theo phương ngang; 𝐹𝐹 = 𝑎𝑎. 𝑏𝑏 - diện tích đáy móng ; 𝐽𝐽 - mô men quán tính của diện tích đáy móng lấy với trục đi qua trọng tâm đáy móng và song song với 0Y; 𝐽𝐽𝑧𝑧 - mô men quán tính độc cực của diện tích đáy móng lấy với trục 0Z ; 𝑃𝑃 - cường độ tải trọng tĩnh ở đáy móng; 𝑃𝑃0- cường độ tải trọng tĩnh ở đáy bàn nén khi thí nghiệm 𝐷𝐷0 và 𝐶𝐶0 =k z F= .Cz ; k x F= .C x ; kφ JCφ= z ; kψ J z Cψ
  18. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.2. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:  Các giả thiết:  Móng tuyệt đối cứng;  Nền là bán không gian đàn hồi nhớt có trọng lượng  Mô hình tính: hệ rời rạc một bậc tự do hay hệ rời rạc hai bậc tự do  Phương pháp phân tích: phân tích trong miền tần số
  19. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.2. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:  Phương trình chuyển động của móng theo mô hình  (1DOF): P (ω ) =S (ω ) .u (ω ) = K − ω 2 M + iωC  u (ω ) (17) Tần số dao động riêng không cản 𝜔𝜔0 và tỉ số cản ζ𝑣𝑣 của hệ một bậc tự do: =ω0 K / M ; ζ v C 2 KM = ( ) Biểu diễn độ cứng động lực qua độ cứng tĩnh K và các hệ số độ cứng động: S (ω ) =K − ω 2 M + iωC =K  k (ω ) + i.ω.c (ω )  k (ω ) = 1 − ω 2. M K =1 − ω 2 ω02 ; c (ω ) =C K= 2 ζ v ω0 a a2 Biểu diễn C và M= qua K: C = Kγ ; M = 2 K µ ; cs G ρ cs cs 𝑐𝑐𝑠𝑠 là tốc độ truyền sóng cắt trong nền; G, ρ tương ứng là mô đun trượt và khối lượng riêng của vật liệu nền; γ, µ tương ứng là các hệ số độ cứng động không thứ nguyên.
  20. 6.4. Tính toán động lực học móng máy 6.4.2. Tính ĐLH móng khối trên nền đàn hồi nhớt theo mô hình hệ số độ cứng động:  Phương trình chuyển động của móng theo mô hình  (2DOF) :  ω 2 M1 K ω 2M 0  M1 ω 2 M1 K C0   P (ω ) =K 1 − − + iω  +   u0 ( ω )  1 + ω 2 M 1 2 C1 2 K  1 C 1 + ω 2 M 1 2 C1 2 K  Biểu thức độ cứng động:  ω 2 M1 K ω 2M 0  M1 ω 2 M1 K C0   S (ω ) =K 1 − − + iω  +   1 + ω 2 M 1 2 C1 2 K  C1 1 + ω 2 M 1 2 C1 2 K  Biểu diễn các tham số của mô hình qua độ cứng tĩnh và các hệ số độ cứng động không thứ nguyên: a a a2 a2 =C0 = K γ 0 ; C1 = Kγ1 ; M 0 =K µ0 ; M 1 K µ1 cs cs cs2 cs2
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0