Bài tập lớn môn học kết cấu thép

Thiết kế sàn công tác bằng thép, bao gồm 3 nhịp, 3 bước (3L x 3B), theo trình tự sau: 1. Trên cơ sở số liệu đ• cho, thành lập sơ đồ kết cấu, lập mặt bằng lưới cột, lưới dầm. 2. Chọn chiều dày bản sàn thép, tương ứng với độ võng cho phép của bản sàn ? =L150 3. Tính toán, thiết kế dầm phụ, theo các nội dung: Chọn sơ đồ tính toán Xác định tải trọng tác dụng lên dầm. Vẽ biểu đồ nội lực M, V. Xác định nội lực tính toán. Chọn tiết diện dầm. Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng. 4. Tính toán, thiết kế dầm chính, theo các nội dung: Chọn sơ đồ tính toán Xác định tải trọng tác dụng lên dầm. Vẽ biểu đồ nội lực M, V. Xác định nội lực tính toán. Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn từ ba bản thép. Kiểm tra dầm theo điều kiện cường độ, theo điều kiện biến dạng. Thay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề rộng bản cánh 1 lần, đối xứng) Tính toán liên kết cánh với bụng dầm. Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể và ổn định cục bộ của dầm. Thiết kế cấu tạo và tính toán các chi tiết khác của dầm và hệ dầm: + Liên kết gối dầm dầm chính với cột. + Liên kết dầm phụ với dầm chính. + Nối dầm chính (nếu cần)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cÊu thép kết tập lớn môn học kết cấu thép Họ tên sinh viên : Hoàng Đức Thắng Lớp: 49K2-KSXD Mà số sinh viên: 0851060134 Mà đề: 434 Phần I: Nhiệm vụ số liệu thiết kế I Nội dung, yêu cầu Thiết kế sàn công tác thÐp, bao gåm nhÞp, bíc (3L x 3B), theo trình tự sau: Trên sở số liệu đà cho, thành lập sơ đồ kết cấu, lập mặt lới cột, lới dầm Chọn chiều dày sàn thép, tơng ứng với độ võng cho phép sàn [ ] =L/150 Tính toán, thiết kế dầm phụ, theo nội dung: - Chọn sơ đồ tính toán Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính toán Chọn tiết diện dầm Kiểm tra dầm theo điều kiện cờng độ, theo điều kiện biến dạng Tính toán, thiết kế dầm chính, theo nội dung: - Chọn sơ đồ tính toán Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính toán Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn từ ba thép Kiểm tra dầm theo điều kiện cờng độ, theo điều kiện biến dạng - Thay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề rộng cánh lần, đối xứng) - Tính toán liên kết cánh với bụng dầm - Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ổn định cục dầm GVHD TH.S: hồ viết chơng thắng svth : hoàng đức TRNG I HC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp bµi kÕt - Thiết kế cấu tạo tính toán chi tiết khác dầm hệ dầm: + Liên kết gối dầm dầm với cột + Liên kết dầm phụ víi dÇm chÝnh + Nèi dÇm chÝnh (nÕu cÇn) Trình bày số liệu tính toán thut minh kÌm theo II Sè liƯu thiÕt kÕ - Nhịp dầm (nhịp cột): L (m) = 12,5(m) - Nhịp dầm phụ (bớc cột): B (m) = 4,5(m) - Hoạt tải tiêu chuẩn lên sàn: p c = 2,8 (T/m2) = 0,28(daN/cm2) - Bíc dÇm phơ : b =1,0(m) VËt liệu thép : + Thép làm sàn, dầm phụ CCT34 cã f = 2100 kG/cm2 fv=0,58 f =1218(daN/cm2) HÖ sè vợt tải: tĩnh tải ; hoạt tải - ChiỊu cao lín nhÊt cho phÐp: hmax= 1,30m - Liªn kết hàn điện tay, que hàn N42, N46 tơng đơng - Độ võng cho phép: dầm phụ [/L] = 1/250; cđa dÇm chÝnh [/L ] = 1/400 GVHD TH.S: hồ viết chơng thắng svth : hoàng ®øc TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cấu thép kết Phần II: Quá trình tính toán I Sơ đồ kết cấu: Hệ dầm đề hệ dầm thép phổ thông, gồm hai hệ thống dầm đặt vuông góc với song song với hai cạnh ô sàn: Dầm đặt song song với cạnh dài ô kê lên cột Dầm phụ đặt song song với cạnh ngắn ô, truyền tải trọng từ sàn lên dầm Sơ đồ kết cấu nh hình vẽ II Tính toán kích thớc sàn thép : Chọn kích thớc sàn: Bản sàn gối trực tiếp lên dầm phụ nên nhịp sàn l s = b = 1m Xác định chiều dày ts sàn theo công thức gần giá trị nhịp lớn ls chiều dày sàn: Trong đó: đối cho phép GVHD TH.S: hồ viết chơng - nghịch đảo độ võng tơng thắng svth : hoàng đức TRNG I HC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp bµi kÕt   Chän ts = 12 mm TÝnh to¸n kiểm tra sàn Cắt dải rộng 1cm theo chiều cạnh ngắn nhịp sàn Do đợc hàn với dầm đờng hàn góc, dới tác dụng tải trọng, sàn bị ngăn cản biến dạng, gối tựa phát sinh lực kéo H mômen âm Lực kéo mômen làm giảm mômen nhịp độ võng cho Thông thờng, mômen âm bé, tính toán thiên bề an toàn, bỏ qua ảnh hởng mômen âm, xét ảnh hởng lực kéo H Sơ đồ tính toán dầm có hai gối cố định chịu tải trọng tính toán phân bố qtt đợc thể nh hình vẽ: Xác định tải trọng tiêu chuẩn tính toán tác dụng sàn: Trọng lợng thân sàn là: gtc = ts thép = 1,2 7,85 10-3 = 9,42 10-3 (daN/cm2) Tải trọng tiêu chuẩn tính toán tác dụng lên sàn : qstc = (ptc + gtc) = (0,28 + 9,42 10-3) = 0,289(daN/cm) GVHD TH.S: hồ viết chơng thắng svth : hoàng đức TRNG I HC VINH tập lớn KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp bµi kÕt qstt = (ptc np+ gtc ng) = (0,28 1,2 + 9,42 10-3 1,05) = 0,346 (daN/cm)  KiĨm tra ®é sàn: - Độ võng nhịp tải trọng tiêu chuẩn gây là: - Tính (tỷ số lực kéo H lực tới hạn Euler Ncr ) Giải phơng trình: - Độ võng nhịp tải trọng tiêu chuẩn lực kéo H gây là: Kiểm tra độ võng sàn theo công thức: Vậy sàn ®¶m b¶o ®iỊu kiƯn kiĨm tra ®é vâng: =0,607 hmin = 87,53(cm) Liªn kÕt dÇm phơ víi dÇm chÝnh: ChiỊu cao lín nhÊt cho phép hmax=1,3(m) Ta có chiều cao dầm hdc =100(cm), chiều cao dầm phụ hdp =30(cm), chiều dày sàn hs = 1,2(cm)  Ta chän phGVHD TH.S: hå viÕt chơng 14 thắng svth : hoàng đức TRNG I HC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp bµi kÕt ơng pháp liên kết chồng sàn gác lên dầm phụ dầm phụ gác lên dầm chính, Chiều cao liên kết là: h = hdc + hdp + hs =100 +30 +1,2=131,2(cm) Dùng đờng hàn góc hai bên mép cánh Cấu tạo liên kết nh hình vẽ Thay đổi tiết diện dầm: Để tiết kiệm thép, giảm nhẹ trọng lợng dầm thiết kế dầm ta thay đổi tiết diện dầm phần dầm có mômen uốn bé Chọn cách thay đổi bề rộng cánh cánh chủ yếu chịu mômen uốn dầm Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa ®o¹n: (m) Chän x1 = 2,2 m=220(cm) - Néi lùc vị trí thay đổi tiết diện : - Mô men kháng uốn cần thiết cho tiết diện: GVHD TH.S: hồ viết chơng 15 thắng svth : hoàng đức TRNG ĐẠI HỌC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp kết - Môn men quán tính cần thiết cho tiết diện thay đổi: - Diện tích cần thiết cho cánh dầm thay đổi: Với: Có Act = = 34,95 (cm2) vµ tf = cm  =17,48cm) chän VËy chọn = Act / tf thoả mÃn điều kiện: = 20(cm) - Diện tích thực cánh dầm đà thay ®ỉi: Act = 20 = 40 (cm ) = * KiĨm tra ®é bỊn cđa tiÕt diƯn dầm đà thay đổi: - Các đặc trng tiết diện dÇm: DiƯn tÝch tiÕt diƯn dÇm: Ax1=Aw +Af=1 96+2 20 =176(cm2) Mômen quán tính mômen kháng uốn tiÕt diƯn víi trơc trung hoµ x - x  GVHD TH.S: hồ viết chơng 16 thắng svth : hoàng ®øc TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cấu thép kết - Kiểm tra điều kiện cờng độ: Điều kiện bền dầm theo mômen là: Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen Điều kiện bền dầm theo lực cắt là: Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt - Kiểm tra theo ứng suất tơng đơng: * Tại vị trí tiết diện thay đổi cách gối tựa 1,7 m không trùng vị trí đặt dầm phụ nên ứng suất cục bộ: cb =0 - Mô men tĩnh cánh tiết diện trục trung hoà: - ứng suất tiếp thớ biên bụng dầm: - ứng suất pháp thớ biên bụng dầm: - Điều kiện bền theo ứng suất tơng đơng: tđ = Có: Vậy tiết diện thay đổi đủ khả chịu lực Kiểm tra ổn định dầm: a Kiểm tra ổn định tổng thể: - Kiểm tra tỷ số lo/bf Trong đó: = dầm làm việc giai đoạn đàn hồi GVHD TH.S: hồ viết chơng 17 thắng svth : hoàng đức TRNG I HC VINH tập lín KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp bµi kÕt Thay sè: Vậy dầm đảm bảo ổn định tổng thể b Kiểm tra ổn định cục bộ: * Kiểm tra ổn định cục cánh: Khi chọn tiết diện cánh ®· chän ®Ĩ ®¶m b¶o ®iỊu kiƯn cêng ®é * Kiểm tra ổn định cục bụng: - Kiểm tra theo ứng suất pháp: Điều kiện đảm bảo ổn định bụng dầm: Vậy bụng dầm đảm bảo ổn định bền theo ứng suất pháp - Kiểm tra theo ứng suất pháp: + Độ mảnh quy ớc bụng dầm: - Độ mảnh quy ớc bụng dầm: Ta thấy: < ] = 3,2 nên ta gia cố bụng cặp sờn đứng hai bên bụng cách khoảng a  2,5 hw = 2,5 96 = 240 (cm)  Chän a = 200 cm, bè trÝ sên nh hình vẽ: GVHD TH.S: hồ viết chơng 18 thắng svth : hoàng đức TRNG I HC VINH tập lớn KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp bµi kÕt BỊ réng vµ chiỊu dµy sên: b + 40 = xb x +40 = 72 mm  chän b = 80 mm = x80 x = 5,1 mm  chän ts = mm hs= hw = 96 mm C¸c sên đợc hàn vào bụng cánh dầm đờng hàn theo cấu tạo hmin=6mm Thiết kế cấu tạo tính toán chi tiết dầm: a Tính liên kết cánh dầm bụng dầm: Trong dầm tổ hợp hàn, cánh đợc liên kết với bụng đờng hàn góc, nằm góc tạo thành cánh với bụng Khi dầm chịu uốn có xu hớng trợt tơng đối so với bụng, đờng hàn liên kết cánh với bụng dầm phải chịu đợc lực trợt đó, không cho chúng trợt tơng Để đơn giản cho thi công thiên an toàn ta lấy V = Vmax để tính Vì cánh dầm hàn có tác dụng cục lực tập trung F, mà dầm sờn gia cờng, nên đờng hàn liên kết cánh bụng phải chịu thêm phần ứng st cơc bé lùc GVHD TH.S: hå viÕt ch¬ng 19 thắng svth : hoàng đức TRNG I HC VINH tËp lín KHOA XÂY DỰNG cÊu thÐp bµi kÕt tËp trung gây Chiều cao cần thiết đờng hàn đợc xác định theo công thức: Trong đó: + V lực cắt lớn dầm V = 80877(daN/cm2) + Sf mômen tĩnh cánh dầm lấy với trục trung hoà + Ix - mômen quán tính tiết diện dầm (đà tính phần trớc) Ix = 626768(cm4) + F, lz - Giá trị chiều dài phân bố lực tập trung (đà tÝnh ë phÇn kiĨm tra tiÕt diƯn dÇm) F = 7870,5 (daN), lz =17.5(cm) + Dùng phơng pháp hàn tay, que hµn N42 cã: fwf=1800 (daN/cm2); fws= 0.45fu =0.45 x3800=1710 (kG/cm2); f=0.7 s=1 + c hệ số điều kiện làm việc c=0,95 Chọn chiều cao đờng hàn góc theo điều kiện cấu tạo với tmax = tf =20(mm) vËy chän hf = 7(mm) hµn st chiỊu dµi dầm b Tính sờn đầu dầm: đầu dầm tổ hợp phản lực gối có giá trị lớn, cần có thêm sờn gối để với bụng dầm chịu truyền phản lực đến gối tựa Dùng giải pháp sờn gối đặt đầu dầm, dầm gối lên đỉnh cột thép GVHD TH.S: hồ viết chơng 20 thắng svth : hoàng đức