تبلیغات
برق قدرت
برق قدرت
پیام مدیریت وبلاگ :
با سلام خدمت شما بازدیدكننده گرامی ، به این وبلاگ خوش آمدید . لطفا برای هرچه بهتر شدن مطالب این وبلاگ ، ما را از نظرات و پیشنهادات خود آگاه سازید و به ما در بهتر شدن كیفیت مطالب وبلاگ یاری رسانید .

rss

درباره ما
اطلاعات کلی نویسنده وبلاگ:

مسعود کرانی پسند - 29 ساله -دانشجوی کارشناسی ارشد برق قدرت -تبریز


هدف از راه اندازی وبلاگ:
تبادل اطلاعات و انتقال تجربه و دانش در صنعت برق، گردآوری مطالب علمی، ترویج فرهنگ مطالعه و پژوهش، بهره گیری از نقاط ضعف و قوت تجارب گذشته جهت بهره مندی در اقدامات آتی
ایمیل مدیر وبلاگ
آرشیو مطالب
نظرسنجی
نظر شما در باره این وبلاگ چیست





نویسندگان
صفحات اضافی
ابر برچسب ها
آمار و امكانات
آخرین بروزرسانی :
تعداد كل مطالب :
تعداد کل نویسندگان :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
بازدید کل :
آخرین بازید از وبلاگ :
  

1- مقدمه

       فونداسیونها نیز یکی از اجزای سیستم انتقال انرژی به شمار می روند . وظیفه آنها نگهداری برج و تحمل نیروهای کششی و فشاری موجود که از طریق پایه ها بدانها منتقل گردیده می باشد . اصول اولیه طراحی فونداسیون بر این مبناست که زمین زیر پایه برج مقاومت کافی در مقابل کلیه فشارهای وارد بر آن را دارا بوده و از طرفی وزن فونداسیون و خاک بتواند در مقابل نیروی کششی که تمایل به بیرون کشیدن فونداسیون از زمین را دارد مقاومت نماید .

     نیروهای فشاری شامل کلیه نیروهای عمودی وارد بر بازوهای برج و وزن برج و همچنین نیروهای حاصل از ممان ایجاد شده توسط کلیه نیروهای افقی است . نیروهای کششی یا نیروی بالا برنده ، برآیند ممان نیروهای افقی است که نیروهای عمودی و وزن برج در مقابل این نیروها مقاومت نموده و کافیست که به اتفاق نیروی وزن فونداسیون و خاک ( قسمتی که روی فونداسیون قرار دارد ) بتوان این نیروهای کششی را خنثی نمود .

    اصولاً هر سازه ساختمانی هر قدر محکم طراحی گردد ، چنانچه پایه یا پی های مطمئنی نداشته باشد ثبت و استوار نخواهد ماند . بنابراین فونداسونهای شبکه انتقال نیز به علت نقش مهمی که در نگهداری و امنیت سیستم انتقال دارند حائز اهمیت فراوان بوده و طراحی و نظارت بر اجرای این قسمت از تأسیسات توجه بیشتری نیاز دارد . بدین لحاظ آئین نامه های موجود نیز ضرایب اطمینان بالائی در محاسبات فونداسیون ها توصیه می نمایند .

    به علت قرارگیری طیف وسیعی از خاکها در مسیر یک خط انتقال نیرو ، لازم است در هنگام طراحی دقت بیشتری بعمل آید تا در هر حالت فونداسیون متناسب با نوع خاک اجرا گردد . ارائه طرح مطلوب فونداسیون در هر مورد می تواند ضمن تأمین پایداری و استحکام مورد نیاز پایه برجهای سیستم انتقال ، به میزان قابل توجهی از هزینه های احداث فونداسیونهای خط نیز بکاهد .

1- مقدمه

       فونداسیونها نیز یکی از اجزای سیستم انتقال انرژی به شمار می روند . وظیفه آنها نگهداری برج و تحمل نیروهای کششی و فشاری موجود که از طریق پایه ها بدانها منتقل گردیده می باشد . اصول اولیه طراحی فونداسیون بر این مبناست که زمین زیر پایه برج مقاومت کافی در مقابل کلیه فشارهای وارد بر آن را دارا بوده و از طرفی وزن فونداسیون و خاک بتواند در مقابل نیروی کششی که تمایل به بیرون کشیدن فونداسیون از زمین را دارد مقاومت نماید .

     نیروهای فشاری شامل کلیه نیروهای عمودی وارد بر بازوهای برج و وزن برج و همچنین نیروهای حاصل از ممان ایجاد شده توسط کلیه نیروهای افقی است . نیروهای کششی یا نیروی بالا برنده ، برآیند ممان نیروهای افقی است که نیروهای عمودی و وزن برج در مقابل این نیروها مقاومت نموده و کافیست که به اتفاق نیروی وزن فونداسیون و خاک ( قسمتی که روی فونداسیون قرار دارد ) بتوان این نیروهای کششی را خنثی نمود .

    اصولاً هر سازه ساختمانی هر قدر محکم طراحی گردد ، چنانچه پایه یا پی های مطمئنی نداشته باشد ثبت و استوار نخواهد ماند . بنابراین فونداسونهای شبکه انتقال نیز به علت نقش مهمی که در نگهداری و امنیت سیستم انتقال دارند حائز اهمیت فراوان بوده و طراحی و نظارت بر اجرای این قسمت از تأسیسات توجه بیشتری نیاز دارد . بدین لحاظ آئین نامه های موجود نیز ضرایب اطمینان بالائی در محاسبات فونداسیون ها توصیه می نمایند .

    به علت قرارگیری طیف وسیعی از خاکها در مسیر یک خط انتقال نیرو ، لازم است در هنگام طراحی دقت بیشتری بعمل آید تا در هر حالت فونداسیون متناسب با نوع خاک اجرا گردد . ارائه طرح مطلوب فونداسیون در هر مورد می تواند ضمن تأمین پایداری و استحکام مورد نیاز پایه برجهای سیستم انتقال ، به میزان قابل توجهی از هزینه های احداث فونداسیونهای خط نیز بکاهد .

2- رده بندی زمینهای مسیر خطوط انتقال نیرو :

      به لحاظ قرارگرفتن فونداسیونها در بستر خاک ، مشخصه خاکهای مسیر عبور خط انتقال عامل مهمی در طراحی و تعیین ابعاد پی محسوب می شود . مقاومت مجاز زمین و اصولاً زمین شناسی و مکانیک خاک مسیر عبور خط ، از پیش فرض های طراحی پی بشمار می رود .

2-1- رده بندی لایه های زمین :

       مصالح تشکیل دهنده لایه بیرونی سطح کره زمین را بطور کلی به سنگها و خاکها تقسیم بندی می نمایند . سنگها توده هایی سخت و شکننده و خاکها از ذراتی تشکیل شده اند که فضای بین آنها از آب و هوا پر شده است .

2-1-1- رده بندی سنگها :

      بطور کلی سنگها به سه دسته عمده به شرح زیر طبقه بندی می شوند :

الف) سنگهای آذرین

ب) سنگهای رسوبی

ج) سنگهای متامورفی

2-1-2- رده بندی خاکها :

    خاکها معمولاً از لحاظ وضعیت ظاهری و خواص مکانیکی و شیمیایی رده بندی می شوند و برای بدست آوردن اطلاعات دقیق در مورد خاک بایستی آن را تحت آزمایشهای مختلف قرار داد .

برحسب درشتی دانه ها ، خاکها به گروههای مختلف تقسیم می شوند . خاکها از قلوه سنگ ، شن و ماسه و لای شروع می شوند و به انواع رس ها ختم می گردند .

مقاومت خاکها از دو خاصیت فیزیکی آنها منشأ می گیرد .

الف) خاصیت چسبندگی

ب) خاصیت اصطکاک بین ذرات

   برحسب اینکه آیا مقاومت خاک فقط از چسبندگی منشأ می گیرد یا خیر آنها را به انواع خاکهای چسبنده و غیرچسبنده نیز تقسیم بندی می نمایند .

مقاومت خاکهای غیرچسبنده از اصطکاک داخلی ذرات آنها منشأ می گیرد . وقتی خاکهای غیرچسبنده در داخل آب قرار می گیرند ذرات آنها در آب غوطه ور شده و به اندازه وزن آب هم حجم خود سبک می گردند و در نتیجه از مقاومت ناشی از اصطکاک داخلی آن کاسته می شود زیرا هرچه فشار وارده بر خاکهای غیرچسبنده کمتر باشد مقاومت آن نیز کمتر است .

تقریباً ظرفیت فشاری خاکهای غرقاب نصف خاک مشابه در حالت خشک است .

بنابراین برای پی های در حدود سطح زمین که در داخل و یا نزدیکیهای آبهای زیرزمینی هستند ظرفیت تحمل فشاری را باید نصف مقدار نظیرش برای شرایط خشک اختیار کرد و این موضوع در جدول زیر نشان داده شده است :

نوع خاک

فشار مجاز (kg/Cm2)

رس های خیلی سفت و سخت

3-6

رس های سخت

5/1-3

رس های محکم

75/0-5/1

رس های نرم و لای

0-75/0

رس های خیلی نرم

صفر

2-2- روابط موجود بین حجم و وزن مخصوص خاک :

    در بین دانه های خاک مقداری فضای خالی وجود دارد که بوسیله هوا یا آب اشغال می شود .

2-3- مقاومت برشی خاک :

      خاکها برخلاف سایر مصالح ساختمانی دارای مقاومت برشی متغیر می باشند . مقاومت برشی نه تنها از یک نمونه خاک به نمونه دیگر فرق می کند بلکه در یک نوع خاک هم برحسب مقدار درصد آب و جریان آبهای زیرزمینی و سایر عوامل دیگر تغییر می نماید . از این جهت در آزمایشگاه تنها به تعیین مقاومت برشی خاک نباید اکتفا کرد بلکه باید عواملی را که باعث تغییر مقاومت خاک می شوند در نظر داشته بر مبنای آنها مقاومت مجاز خاک را تعیین کرد .

     برای تعیین مقاومت برشی خاکها در آزمایشگاه از دستگاه آزمایش برش مستقیم استفاده می شود . در این آزمایش نمونه کوچکی را در دستگاه گذارده پس از وارد کردن بار عمومی P نیروی افقی T را زیاد می کنند تا برش در سطح A-A ایجاد شود .

اگر سطح مقطع برش را A فرض کنیم تنش برشی عبارت است از :

هرگاه تغییرات T را برحسب تغییر شکل افقی نمونه برای بارگذاریهای مختلف رسم نمائیم .

2-4- نشست خاک تحت عمل بارگذاری و مقاومت باربری خاک :

    پی یک سازه باید به نحوی طرح و محاسبه گردد که در اثر انتقال بارها به زمین مقدار تنشهای ایجاد شده در سطوح مختلف خاک از میزان معین تجاوز نکند . انتقال فشارهای زیاد از حد باعث نشست زیاد پی ، فرو رفتن ناگهانی پی در اثر ایجاد سطوح لغزض و جابجا شدن خاکهای زیر پی می گردد .

   اگر فرض کنیم که بار منفرد Q توسط یک پی با سطح مقطع A به زمین انتقال یابد و منحنی تغییر نشست پی را برحسب مقدار  رسم نمائیم شکل این منحنی بستگی به نوع خاک ، دانه بندی آن و همچنین شکل و اندازه سطح A و چندین عامل دیگر از قبیل عمق پی و میزان رطوبت و غیره دارد . مشاهده می شود که رابطه بین نشست پی و مقدار q در ابتدا خطی بوده و سپس اگر میزان نشست از حد مجازی که بستگی به نوع آن سازه دارد تجاوز نکند خطری برای سازه پیش نخواهد آمد . در حقیقت این نشست باعث فشرده شدن و ازدیاد مقاومت قشرهای زیرین خاک گشته و در نتیجه از نشست بیشتر خاک جلوگیری شده و تعادل برقرار می گردد .

    اگر مقدار q را باز هم اضافه کنیم نشست پی به میزان زیادی افزایش یافته تا جائی که پی ناگهان شروع به فرو رفتن می نماید . فرو رفتن پی به این جهت صورت می گیرد که در سطوح معین از خاک مقدار نش برشی از حد مقاومت برشی خاک تجاوز کرده و در نتیجه باعث شده که خاکهای زیرین روی این سطوح شروع به لغزش نمایند . مقدار  را زمانی که خاک شروع به حرکت می نماید مقاومت نهایی خاک نامیده آن را به  نمایش می دهند .

برای محاسبه مقاومت مجاز خاک فرمولهای مختلفی ارائه شده است .

محاسبات بر این اصل بنا شده اند که سطوح لغزشی به اشکال مختلف مانند دایره در نظر گرفته مقدار بار Q را برای حرکت توده های خاک محاسبه می کنند و حداقل مقدار Q مقدار مقاومت مجاز زمین را تعیین می نماید .

3- مبانی طراحی :

    اصل مهم در طراحی یک پی تعیین مقاومت باربری زمین است زیرا ابعاد پی تحت بارگذاری ثابت برحسب مقاومت های متفاوت زمین تغییر خواهد کرد .

بنابراین در یک طرح مناسب باید مراتب زیر مد نظر باشند :

- شکل و محل پی به نحوی انتخاب شود که ایمنی اطراف آن در رابطه با تحولات قابل پیش بینی تأمین باشد .

- پی تنشهایی بر زمین زیرین اعمال نماید که با مقاومت گسیختگی آن هماهنگی داشته باشد یعنی در اثر انتقال سربار به زمین گسیختگی در آن پدید نیاید .

- پی طرح شده از لحاظ اقتصادی دارای بهترین ابعاد باشد یعنی در شرایط یکسان از لحاظ بارگذاری و باربری خاک ابعاد پی طوری اختیار شوند که در نهایت کمترین هزینه را ایجاد کند .

3-1- تعیین ابعاد پی :

      برای تعیین ابعاد پی با در نظر گرفتن مقاومت زمین و نیروهای فشاری و کششی و افقی به ترتیب زیر عمل می شود :

1-تعیین عمق پی .

2-تعیین بعد پی .

3-تعیین ضخامت پی .

3-1-1- تعیین عمق پی :

      یکی از مسائل مهم در طراحی پی برجهای خطوط انتقال نیرو دانستن عمق اپتیمم پی می باشد . عمق اپتیمم عمقی است که در آن پی حجم کمتری پیدا خواهد کرد . در واقع عمق اپتیمم تابع نیروی فشاری و نیروی کششی وارده بر پی و تاب فشاری بتن و زاویه مخروطی خاک و وزن واحد حجم خاک و اصطکاک جانبی خاک و بتن و ... می باشد .

3-1-2- تعیین بعد پی :

    بعد از مشخص کردن عمق اپتیمم ، ابعاد پی را طوری در نظر می گیریم که جوابگوی نیروی کششی و فشاری موجود روی پی باشد .

3-1-2-1- نیروی کششی :

      پی باید تحت عامل کشش در جای خود ثابت بماند . عوامل مقاوم در برابر نیروی کششی که در طراحی پی باید کنترل شوند عبارتند از :

الف) وزن پی

ب) وزن خاک روی پی .

ج) نیروی اصطکاک بین خاک (سنگ) و سطح تماس جانبی بتن .

د) نیروی لازم برای بریدن خاک (سنگ) تحت زاویه برش .

الف) وزن پی

 وزن پی از محاسبه حجم پی و ضرب آن در وزن واحد حجم بتن مصرفی محاسبه می گردد البته اگر پی غرقاب باشد به اندازه وزن آب جابجا شده از وزن آن کاسته می شود .

برای پی در محیط خشک

برای پی در محیط غرقاب

که در آن :

 : وزن پی (kg) .

: حجم بتن پی (m3)

و : وزن واحد حجم بتن ( kg / m3 ) می باشد .

ب) وزن خاک روی پی :

وزن خاک روی پی هنگامی که به طرف بالا کشیده می شود برحسب زاویه مخروطی خاک محاسبه می گردد .

برای خاک خشک

برای خاک مستغرق

که در آن :

 : وزن خاک تحت زاویه مخروطی (kg)

 : حجم خاک تحت زاویه مخروطی (m3 ) .

و  : وزن واحد حجم خاک خشک ( kg / m3 ) می باشد .

     در این حالت حجم خاک مؤثر روی پی را محاسبه کرده و با توجه به کمترین وزن مخصوص خاک وزن مؤثر روی پی را حساب می کنیم . البته باید توجه داشت که حجم خاک بالای پی را معمولاً تا 30 سانتیمتری سطح زمین در نظر می گیرند چرا که امکان دارد خاک سطح زمین تحت عواملی شسته یا جابجا شود .

ج) نیروی اصطکاک بین خاک ( سنگ ) و سطح تماس جانبی بتن :

     برای محاسبه این نیرو ، سطح جانبی بتن که با خاک (سنگ) در تماس است را حساب کرده و در ضریب اصطکاک این سطح با خاک (سنگ) ضرب می کنیم . ( این ضریب در حالت غرقاب صفر است ) .

که در آن :

 : نیروی مقاوم اصطکاک (kg) .

 : سطح جانبی بتن در تماس با خاک (m3 ) .

و  : وزن واحد حجم خاک خشک ( kg / m3 ) می باشد .

د ) نیروی لازم برای بریدن خاک (سنگ) تحت زاویه برش :

     سطح برش خاک (سنگ) را تحت زاویه برش آن محاسبه کرده و در تنش برشی مجاز آن ضرب می کنیم البته باید در نظر داشت که خود پی نباید تحت مقاومت سنگ یا خاک در مقطع مؤثر بریده شود .

 : نیروی مقاوم برش خاک (سنگ) .

: نیروی مقاوم برش بتن .

 : سطح برش خاک (سنگ).

 : سطح برش بتن .

 : تنش برش خاک .

 : تنش برش بتن .

3-1-2-2- نیروی فشاری :

    مقاومت باربری زمین متفاوت است . ابعاد پی باید طوری در نظر گرفته شود که تنشهای حاصله از نیروهای فشاری و لنگرهای خمشی باعث گسیختگی و لهیدگی زمین زیر پی نشود . از آنجا که مقاومت لهیدگی زمین بستگی به نیروهای وارده بر آن دارد لذا ابعاد پی را تحت عوامل زیر کنترل می کنیم تا تنشهای ایجاد شده از مقدار مجاز آن بیشتر نشود .

الف) نیروی حاصل از باربری زمین زیر پی

ب) وزن پی

ج) وزن خاک روی پی

د) لنگر حاصل از نیروی افقی

الف) نیروی حاصل از باربری زمین زیر پی

این نیرو از حاصل ضرب سطح زیر پی در مقاومت باربری خاک زیر پی بدست می آید :

که در آن :

Q : نیری حاصل از باربری زمین زیر پی (kg) .

A : سطح مقطع پی (m3 ).

و  : مقاومت باربری ( kg / m3 ) می باشد .

ب) وزن پی

    وزن پی از محاسبه حجم پی و ضریب آن در وزن واحد حجم پی محاسبه می گردد . باید توجه داشت اگر پی غرقاب باشد باز هم وزن خشک آن در نظر گرفته می شود چرا که امکان دارد روزی سطح آب پائین رفته و پی در محیط خشک قرار بگیرد .

ج) وزن خاک روی پی

    وزن خاک با محاسبه حجم خاک روی پی و ضرب آن در وزن حجم واحد خاک محاسبه می گردد . باید توجه داشت که اگر خاک مستغرق باشد وزن مخصوص خاک در حالت خشک در نظر گرفته می شود چرا که امکان دارد سطح آب تا سطح پی تأمین آید .

د) لنگر حاصل از نیروی افقی

نیروی افقی حاصل از بارگذاری برج بر سطح پی لنگری ایجاد می کند که موجب تولید تنشهایی بر سطح زمین زیر پی می شود . از حاصلضرب این تنش در سطح مقطع پی نیروی مؤثر از این لنگر بدست می آید .

که در آن :

H : نیروی مؤثر از لنگر (kg) .

q : تنش حاصله از لنگر ( kg / m2 ) .

M : لنگر حاصل از نیروی افقی در سطح تماس پی و زمین زیرین ( kg / m )

A : سطح تماس پی و زمین زیرین (m2 )

و W : مدول مقطع پی (m3 ) می باشد .

برای کنترل پی در حالتی که نیروی فشاری C بر آن وارد می شود کافی است رابطه زیر برقرار باشد :

3-1-3- تعیین ضخامت پی :

     معمولاً پی را طوری طرح می کنند که ضخامت آن بتواند به تنهائی تلاشی برشی ایجاد شده در مقطع خطرناک را بدون کمک فولاد تحمل نماید . آئین نامه آمریکا حداقل ضخامت پی را 15 سانتیمتر و حداقل پوشش آهن را 5/7 سانتیمتر تعیین کرده است . ( از آنجا که معمولاً بتن به روی سطح خاک ریخته می شود و ممکن است دارای ناهمواریهائی باشد پوشش آهن بیشتر از حد معمول در نظر گرفته شده است .

3-1-3-1- روش تیر عریض :

3-1-3-2- روش برش سوراخ کننده :

4- محاسبه نیروهای وارد بر فونداسیون  :

    بایستی به صورت زیر عمل نمود :

4-1- انتقال نیروهای وارد بر برج به پایه های آن :

    برای محاسبه بارگذاری فونداسیون خطوط انتقال نیرو می باید بار روی برج را به روی پی منتقل کنیم .

برای این کار کافی است همه نیروهای وارده بر برج را بر مرکز سطح مقطع برج در ارتفاع سراستاب انتقال داده سپس از آنجا به سراستاب منتقل کنیم . بنابراین نیروها را در سه امتداد X.Y.Z در محورهای مختصات سه بعدی OXYZ در نظر می گیریم و رابطه لنگر و نیرو را نسبت به نقطه O می نویسیم .

از روابط فوق می توانیم مقادیر لنگر ها و نیروها را در نقطه O بدست آوریم :

    حال این نیروها و لنگرها را به ترتیب به سر استاب منتقل می کنیم . برای مثال یک برج با مقطع مستطیل شکل را در نظر می گیریم نیروهای قائم حاصل از لنگرهای  از روابط زیر بدست می آید :

e  : فاصله مرکز ثقل استاب از بال آن می باشد .

که در آن :

HTY , HTX : نیروهای افقی وارد بر پی وقتی پی کشیده می شود .

T : نیروی کششی که بر پی وارد می شود .

HCX , HCY : نیروهای افقی وارد بر پی وقتی پی فشرده می شود .

C : نیروی فشاری که بر پی وارد می شود .

و W : وزن برج می باشد .




منبع : http://reza-karaji.blogfa.com/