TCVN 8636: 2011 - phần 2

4.6 Trong tất cả các trường hợp tính toán ứng suất không được vượt quá ứng suất cho phép. Tại các chỗ rẽ nhánh và các đoạn đặc biệt nguy hiểm, ứng suất tính toán không được vượt quá 85 % ứng suất cho phép.

4.7 Các kết cấu khác của đường ống như vòng làm cứng, vòng đai các mố néo, mố đỡ trung gian và các chi tiết khác v.v… ứng suất tính toán khi chịu tải trọng đồng thời thời gồm tải trọng chính, tải trọng phụ và đặc biệt, không vượt quá 90 % ứng suất chảy s_ch của vật liệu.

4.8 Vật liệu chắn nước ở khớp bù co giãn, cửa kiểm tra thường sử dụng gioăng cao su. Khi áp lực nước từ 8 MPa trở lên phải dùng chắn nước bằng đồng.

5 Tải trọng và tổ hợp tính toán đường ống áp lực đặt tự do

5.1 Tải trọng tác dụng lên đường ống

5.1.1 Khi tính toán, thiết kế đường ống áp lực công trình thủy lợi và thủy điện phải kể đến các loại tải trọng sau đây:

a) Tải trọng chính bao gồm:

1) Áp lực của nước tác dụng lên thành ống bằng tổng áp lực thủy tĩnh và áp lực nước tăng lớn nhất khi các tổ máy thủy lực xả phụ tải và hệ số dự phòng K lấy từ 1,1 đến 1,5. Đối với những công trình thủy điện có tháp điều áp trước đường ống còn phải kể đến cột nước dềnh trong tháp;

2) Lực dọc trục đường ống do đường kính ống thay đổi tại các khuỷu cong và tại các mặt mút của khớp bù co giãn;

3) Trọng lượng bản thân đường ống bao gồm phần kết cấu thép và nước chứa đầy trong ống;

4) Lực ma sát giữa đường ống thép với mố đỡ trung gian, giữa nước với thành ống, lực ma sát bên trong khớp bù co giãn;

5) Lực ly tâm do nước chảy qua các chỗ khuỷu cong;

6) Lực do biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ môi trường và áp lực nước bên trong gây ra đối với đường ống không cắt đoạn;

7) Áp lực của đất đá lên các mố néo, mố đỡ trung gian;

8) Lực tác dụng do lún không đều của các mố néo, mố đỡ trung gian;

9) Áp lực của đất đá tác dụng lên những đoạn ống chôn ngầm;

b) Tải trọng phụ bao gồm:

1) Độ chân không phát sinh trong đường ống khi tháo cạn nước;

2) Tác dụng của lực gây mất ổn định khi đường ống chứa nước một nửa đối với những đường ống có đường kính lớn hơn 2 400 mm, chiều dầy thành ống nhỏ hơn 14 mm, góc nghiêng trục ống dưới 150;

3) Tải trọng của gió;

4) Tải trọng khi thử nghiệm thủy lực;

5) Tải trọng phát sinh trong quá trình thi công phần bê tông;

c) Tải trọng đặc biệt: gồm tải trọng do tác dụng của động đất và các yếu tố địa chất khác.

5.1.2 Các công thức tính toán xác định trị số lực tác dụng lên đường ống, các néo và mố đỡ trung gian lấy theo bảng A.1 phụ lục A.

5.1.3 Tất cả các lực của đường ống truyền lên mố néo được phân tích thành ba thành phần hợp thành: theo trục ống, theo phương thẳng đứng và theo phương nằm ngang. Từ đó tất cả các thành phần lực được ấn định cho các đoạn trên và dưới mố néo.

5.1.4 Hệ số ma sát f chọn như sau:

a) Trong khớp bù co giãn với chất trám bằng dây tẩm graphite hoặc gioăng cao su: f = 0,3;

b) Ở mố đỡ trung gian:

- Đối với mố đỡ kiểu con lăn, bôi mỡ thường xuyên: f = 0,1 ;

- Đối với mố đỡ kiểu mặt trượt, bôi mỡ thường xuyên: f = 0,3 ;

- Đối với mố đỡ kiểu mặt trượt, không bôi mỡ thường xuyên: f = 0,5 .

5.1.5 Tính toán đường ống và các cấu kiện của đường ống cũng như phần xây dựng thủy công, mố néo, mố đỡ trung gian, được tiến hành trên cơ sở tổ hợp các tải trọng tính toán. Khi thiết kế cần lựa chọn trường hợp bất lợi nhất mà thực tế công trình có thể xảy ra các trường hợp đó.

5.2 Các tổ hợp tính toán đường ống

5.2.1 Tổ hợp cơ bản thứ nhất, gồm các tải trọng sau:

a) Áp lực nước lớn nhất trong đường ống bằng áp lực thủy tĩnh ứng với mức nước cao nhất của hồ chứa và áp lực nước va tăng lớn nhất khi cơ cấu điều chỉnh của tuabin thủy lực làm việc bình thường;

b) Lực ly tâm tại các đoạn ống cong do nước chảy qua gây ra;

c) Trọng lượng kết cấu của đường ống và trọng lượng nước chứa đầy bên trong;

d) Áp lực nước tác dụng lên các đoạn ống cong;

e) Lực ma sát ở các mố đỡ trung gian, các mối bù co giãn khi nhiệt độ môi trường thay đổi;

f) Lực ma sát giữa nước với thành ống;

g) Áp lực nước tác dụng lên các đoạn ống có đường kính thay đổi;

h) Lực tác dụng của đường ống không cắt đoạn lên các mố néo, mố đỡ khi nhiệt độ của môi trường thay đổi.

5.2.2 Tổ hợp cơ bản thứ hai, gồm các tải trọng sau:

a) Áp lực khí quyển bên ngoài đường ống khi giảm áp lực bên trong do quá trình điều tiết bình thường của tubin gây ra;

b) Trọng lượng bản thân kết cấu thép của đường ống;

c) Lực ma sát tại các mố đỡ trung gian khi đường ống tháo cạn hết nước và lực ma sát ở mối bù co giãn khi nhiệt độ môi trường thay đổi;

d) Lực gây ra do đường ống co giãn dưới tác dụng của nhiệt độ môi trường thay đổi đối với đường ống không cắt đoạn, trong đường ống không có nước.

5.2.3 Tổ hợp vận hành thứ nhất, gồm các tải trọng sau:

a) Áp lực nước trong đường ống bằng tổng áp lực thủy tĩnh ứng với mực nước gia cường của hồ chứa và áp lực nước va tăng lớn nhất khi tổ máy thủy lực xả toàn bộ phụ tải. Với trường hợp có tháp điều áp thì phải kể đến cột nước dềnh trong tháp;

b) Các tải trọng khác tác động đồng thời lấy theo tổ hợp cơ bản thứ nhất, quy định tại 5.2.1.

5.2.4 Tổ hợp vận hành thứ hai, gồm các tải trọng sau:

a) Áp lực khí quyển bên ngoài đường ống, bên trong đường ống xuất hiện chân không trong trường hợp đường ống tháo cạn mà ống thông hơi ở đầu đường ống bị tắc;

b) Các tải trọng khác tác động đồng thời lấy theo tổ hợp cơ bản thứ hai, quy định tại 5.2.2.

5.2.5 Tổ hợp vận hành thứ ba, gồm các tải trọng sau:

a) Áp lực khí quyển bên ngoài đường ống, bên trong đường ống phát sinh chân không xuất hiện nước va âm do cơ cấu điều chỉnh tua bin bị hỏng;

b) Các tải trọng khác lấy theo tổ hợp cơ bản thứ hai, quy định tại 5.2.2.

5.2.6 Tổ hợp vận hành thứ tư, gồm các tải trọng sau:

a) Tải trọng do động đất gây nên;

b) Các tải trọng khác lấy theo tổ hợp cơ bản thứ nhất, quy định tại 5.2.1.

5.2.7 Tổ hợp thời kỳ thi công xây dựng, gồm các tải trọng sau:

a) Trọng lượng bản thân kết cấu thép của đường ống;

b) Lực ma sát ở mố đỡ trung gian, mối bù co giãn đối với đường ống cắt đoạn;

c) Lực do đường ống co giãn dưới tác dụng của nhiệt độ môi trường thay đổi đối với đường ống không cắt đoạn;

d) Tải trọng của bê tông thời kỳ thi công lên các đoạn mố néo kiểu kín.

5.2.8 Tổ hợp thử nghiệm thủy lực, gồm các tải trọng sau:

a) Áp lực thủy tĩnh bên trong đường ống khi bơm nén nước thử nghiệm;

b) Trọng lượng kết cấu thép của đường ống và nước chứa đầy trong đường ống;

c) Lực ma sát ở mố đỡ trung gian, khớp bù co giãn đối với đường ống cắt đoạn;

d) Lực do đường ống co giãn khi nhiệt độ môi trường thay đổi đối với đường ống không cắt đoạn;

e) Các hệ số vượt tải khi tính toán đường ống, mố néo, mố đỡ trung gian lấy theo bảng B.3 phụ lục B.

6 Tính toán độ bền và ổn định đường ống áp lực

6.1 Tất cả các đường ống áp lực của công trình thủy lợi, thủy điện, khi thiết kế mới hay phục hồi, sửa chữa đều phải tính toán, kiểm tra sức bền và ổn định theo các tải trọng và các tổ hợp tính toán bất lợi nhất quy định tại điều 6.

6.2 Đường kính tiêu chuẩn, chiều dày cấu tạo nhỏ nhất cho phép của thành ống lấy theo phụ lục C.

6.3 Tính toán sức bền và ổn định của vỏ ống tại các tiết diện nguy hiểm nhất gồm:

a) Các tiết diện chính giữa các khoảng nhịp của mố néo đến mố đỡ trung gian số một kế đến của hai mố đỡ trung gian liên tiếp;

b) Các tiết diện tại các vành đai của mố đỡ trung gian;

c) Các tiết diện tại các vành đai tăng cứng;

d) Các tiết diện tại các vành đai néo của mố néo.

6.4 Trạng thái giới hạn độ bền của vỏ ống tại các tiết diện quy định tại 6.3, được kiểm tra bằng ứng suất tính đổi s_tđ theo lý thuyết bền thứ ba và thuyết ứng suất pháp lớn nhất, xem công thức (5) và công thức (6):

trong đó:

s_x là ứng suất dọc trong vỏ ống, MPa;

s_z là ứng suất vòng trong vỏ ống, MPa;

t_xz là ứng suất tiếp tác dụng trong mặt phẳng XZ, MPa;

R là cường độ tính toán của vật liệu, MPa.

6.5 Đối với các chi tiết cơ bản khác của đường ống, trạng thái giới hạn độ bền được kiểm tra theo điều kiện s_t £ R, trong đó s_t là ứng suất tính toán (ứng suất pháp tuyến hay ứng suất tiếp tuyến).

6.6 Khi thiết kế các đường ống áp lực của công trình thủy lợi, thủy điện có đường kính trong nhỏ hơn 2 400 mm, chiều dày vỏ ống nhỏ hơn 14 mm và góc nghiêng của trục tim ống theo đường nằm ngang nhỏ hơn 150 phải tính toán kiểm tra sức bền và độ ổn định của vỏ ống tại các tiết diện quy định tại các khoản a và b của 6.3.

6.7 Đối với đường ống đặt tự do chịu áp lực bên ngoài là áp lực khí quyển khi trị số r₀/d ³ 66 (r₀ là bán kính của đường ống và d là chiều dầy vỏ ống) phải có các vành đai tăng cứng cho vỏ ống để tránh vỏ ống bị bẹp khi bên trong đường ống phát sinh chân không. Khoảng cách lớn nhất của các vành đai quy định ở phụ lục D.

6.8 Khi đã chọn khoảng cách các vành đai tăng cứng, vỏ ống cần được kiểm tra ổn định theo điều kiện sau, xem công thức (7):

trong đó:

s_z là ứng suất vỏ ống, MPa:                  s_z = P_H.r/d;

P_H là áp suất khí quyển: P_H = 0,1 MPa ;

r là bán kính ngoài của đường ống, cm;

d là chiều dày vỏ đường ống, cm;

m là hệ số tính toán: m = 0,75;

s_kpz là ứng suất tới hạn ứng với áp lực tới hạn, MPa, xác định như sau:

- Khi l/r ³ 20: s_kpz = 0,17;

- Khi 0,5 £ l/r £ 10: s_kpz = 0,55

- Khi 10 < l/r < 20: cho phép nội suy tuyến tính giá trị s_kpz;

Nếu kết quả tính toán cho s_kpz > 0,5 s_T thì đưa thêm hệ số điều chỉnh z lấy theo bảng B.4 phụ lục B;

s_T là ứng suất vòng tổng cộng, MPa ;

l là khoảng cách các vành tăng cứng;

E là mô đun đàn hồi của thép làm ống, MPa.

6.9 Đối với đường ống không cắt đoạn, kiểm tra ổn định theo công thức (8):

trong đó:

m = 0,9

s_x là ứng suất nén dọc trục của vỏ ống, MPa;

s_z là ứng suất vỏ ống, MPa:      s_z = P_H.r/d;

z là hệ số điều chỉnh ứng suất tới hạn, xác định theo 6.8 ;

s_kpz là ứng suất tới hạn ứng với áp lực tới hạn, MPa: s_kpx = C*.E.d/r.

C* là hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào tỷ số r/d. Trị số C* lấy theo bảng 1:

Bảng 1

6.10 Đối với những đoạn ống có đường kính thay đổi (hình côn), kiểm tra ổn định theo công thức (9):

trong đó:

N là tổng các lực dọc trục:        ;

s_kpx, s_kpz, s_z tính theo r*

Hệ số m lấy bằng 0,495

Hình 1 - Sơ đồ đoạn ống hình côn

6.11 Kiểm tra ổn định của vành đai tăng cứng theo công thức (10) hoặc công thức (11):

trong đó:

m = 0,67;

n = 1,10;

k = 1,10 đến 1,20 ;

P_H là áp lực bên ngoài, MPa ;

R_H là ứng suất chảy của vật liệu, MPa ;

C là hệ số ứng suất, chọn như sau:

- Khi tính ứng suất pháp: C = 1,0 ;

- Khi tính ứng suất tiếp: C = 0,5 ;

f₀ = 0,003.r;

r là bán kính trung bình của đường ống, cm;

y_max là khoảng cách lớn nhất từ trọng tâm của vành đai tăng cứng đến điểm xa nhất của nó, cm;

l_od là chiều dài, cm:

l_od = 1,56

d là chiều dày vỏ ống, cm;

a là chiều rộng của đai tiếp xúc với đường ống, cm;

F_k, J_k, R_k là diện tích, mô men quán tính và bán kính đi qua trọng tâm của vành đai tăng cứng có kể đến sự tham gia của vỏ ống theo chiều dài l_od:

P_kp = 3.E.J

l là khoảng cách các vành đai tăng cứng, cm;

m là hệ số poat xông: m = 0,3.

6.12 Kiểm tra ổn định những đoạn ống nằm trong khối bê tông chịu áp lực nước thấm hay áp lực trong khi thi công bê tông theo công thức (12):

trong đó:

n là hệ số vượt tải: n = 1,2;

m_c = 0,8;

m = 0,75;

Hệ số điều chỉnh x lấy theo bảng B.4 phụ lục B.

6.13 Tính toán sức bền và ổn định của đường ống thép và các phụ kiện tham khảo ở phụ lục E.

7 Chế tạo đường ống áp lực

7.1 Các đường ống áp lực bằng thép trong công trình thủy lợi, thủy điện đặt tự do phải được chế tạo phân đoạn và liên kết bằng những khớp bù co giãn.

7.2 Mỗi đoạn đường ống thẳng giữa hai mố néo phải được đặt trên các mố đỡ trung gian và phải có một khớp bù co giãn.

7.3 Đối với những đường ống thiết kế phân đoạn có đường kính thay đổi, đoạn chuyển tiếp từ đường kính này sang đường kính khác phải thực hiện bằng một đoạn ống hình côn, có chiều dài tối thiểu đảm bảo góc côn không lớn hơn 70.

7.4 Khi thay đổi chiều dầy thành ống, đường kính ngoài của đường ống tại đoạn thay đổi phải được giữ nguyên. Việc chuyển tiếp từ chiều dầy này sang chiều dầy khác phải thực hiện liên tiếp theo từng bậc từ 1 mm đến 2 mm.

7.5 Chiều dầy thành ống được chọn tăng lên so với chiều dầy tính toán theo quy định như sau:

a) Tăng thêm 1 mm cho các đường ống không bị bào mòn bởi phù sa và sự phá hoại của sinh vật trong nước;

b) Tăng thêm từ 2 mm đến 3 mm cho các đường ống có sự bào mòn bởi phù sa và sự phá hoại của sinh vật trong nước.

7.6 Phân cấp các đường hàn của đường ống theo quy định sau:

a) Tất cả các đường hàn dọc của đường ống áp lực phải là đường hàn cấp I;

b) Các đường hàn ngang đối với công trình từ cấp II đến cấp đặc biệt là đường hàn cấp I, đối với công trình cấp III và cấp IV là đường hàn cấp II. Các đường hàn ở đai tăng cứng, đai mố néo, mố đỡ trung gian, mối bù co giãn cửa kiểm tra là đường hàn cấp II. Còn lại là đường hàn cấp III;

c) Chất lượng các loại đường hàn (cấp I, cấp II, cấp III) quy định trong bảng F.1 phụ lục F;

7.7 Kiểm tra chất lượng đường hàn phải tuân theo tiêu chuẩn hiện hành. Khối lượng công tác kiểm tra chất lượng đường hàn quy định như sau:

a) Đối với đường hàn cấp I:

1) Siêu âm: kiểm tra 100 % chiều dài đường hàn ;

2) Soi quang tuyến:

- Không nhỏ hơn 25 % chiều dài đường hàn và không ít hơn 480 mm;

- Kiểm tra 100 % các điểm giao nhau của mối hàn dọc và mối hàn ngang;

b) Đối với đường hàn cấp II:

- Siêu âm: kiểm tra 100 % chiều dài đường hàn;

- Soi quang tuyến (hoặc chụp X quang): kiểm tra không nhỏ hơn 10 % chiều dài đường hàn và không ít hơn 240 mm.

c) Phương pháp kiểm tra khuyết tật đường hàn bằng siêu âm phải tuân theo tiêu chuẩn hiện hành.

7.8 Dung sai cho phép khi chế tạo, lắp ráp đường ống áp lực bằng thép quy định trong bảng G.1 phụ lục G.

7.9 Tại những vị trí trục tim của đường ống thay đổi đồng thời theo hai phương thẳng đứng và phương nằm ngang thì tại những vị trí ấy đường ống phải được thiết kế chế tạo bằng một khuỷu cong trong không gian 3 chiều.

7.10 Những khuỷu cong được chia thành nhiều đoạn ống nối lại với nhau theo góc ở tâm bán kính cong, chiều dài mỗi đoạn không nhỏ hơn 300 mm.

7.11 Bán kính cong của tâm các khuỷu cong không nhỏ hơn 3 lần đường kính trong của khuỷu.

7.12 Khi thiết kế các đoạn ống lắp nối của đường ống cần kết hợp kích cỡ của thép tấm với các quy định về vị trí các đường hàn dọc, hàn ngang đảm bảo sao cho:

a) Đối với những đường ống có đường kính lớn, các đoạn ống lắp nối được chế tạo gồm nhiều tấm thép ghép lại. Khoảng cách theo chu vi ống giữa các đường hàn dọc của các tấm kề nhau là a không được nhỏ hơn 5 lần chiều dầy vỏ ống, xem hình H.1 phụ lục H;

Xem lại: TCVN 8636: 2011 - phần 1

Xem tiếp: TCVN 8636: 2011 - phần 3

Sưu tầm và biên soạn bởi: https://honto.vn