Chương 5: THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP Phần một: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP KHUNG NÂNG 5.1 Chọn hình thức kết cấu Hình thức kết cấu : Khung nơi chịu toàn tải trọng cấu nâng , sàn đỡ trọng lượng ô tô Khung phải có kết cấu phù hợp với yêu cầu không gian cho phép Khung tổ hợp thép hình liên kết với Khung gồm biên lên kết với giằng ngang 5.2 Vật liệu chế tạo khung Chọn vật liệu chế tạo biên thép hình chữ H 150x150x7 Chọn vật liệu chế tạo giăng thép ống tròn Þ 73x8 Kích thước danh nghĩa H mm 150x150 KL1 m Chiều dài Kích thước mặt cắt ngang mm 150 B t1 mm 150 mm t2 mm 10 r mm 11 W Kg/m 31.5 Mơmen qn tính Ix cm4 1,640 Iy cm4 563 Bán kính xoay Modul tiết diện ix Zx iy cm 6.39 cm 3.75 cm3 219 Zy cm3 75.1 5.3.Xác định vị trí tính toán - Các tải trọng tổ hợp tải trọng tính toán a, Các tải trọng tổ hợp tải trọng tính toán - Nguyên tắc chung tính bền thang máy: - Các chi tiết thang máy chia làm nhóm: Nhóm chi tiết luôn làm việc thời gian thang máy hoạt động Nhóm chi tiết làm việc thang máy xảy cố * Khi tính toán chi tiết nhóm thứ phải tính đến khả làm việc chúng trường hợp sau: +Trường hợp 1: Tải danh nghóa +Trường hợp 2: Thử tải thang máy để đưa vào sử dụng khám nghiệm kỹ thuật (vượt tải 150÷200%) +Trường hợp 3: Cabin kẹt ray dẫn hướng * Nguyên tắc chung tính bền thang máy dựa vào ứng suất cho phép max n n Trong đó: max - ứng suất lớn tác dụng lên chi tiết - ứng suất cho phép n - ứng suất nguy hiểm vật liệu lấy theo giới hạn bền, giới hạn mỏi giới hạn chảy trường hợp tính toán n- hệ số an toàn nhỏ cho phép b, Các trường hợp tính toán: 61 dụng Trường hợp 1: Khi có tải trọng danh nghóa tác dụng thang máy việc Qt= Q * kđ Gt= Gb * kđ Trong đó: Qt - Tải trọng định mức Qt=2200 kg; Gb – khối lượng cabin Gcab =6000 kg; a - gia tốc chuyển động cabin a=1,5 m/s2; g - gia tốc trọng trường g=9,81 m/s2; a 1,5 kd 1 1 1,15 - hệ số động, xác định theo công thức; g 9,81 a 1,5 kd 1 1 1,15 g 9,81 Qt = 22000 *1,15=25300 N Gt = 6000 * 1,15=6900 N Trường hợp 2: Khi sàn đỡ chịu tải trọng lúc khám nghiệm thang nâng để xin cấp phép sử Qt= Q * kqt Gt= Gb * Kqt Trong đó: kqt –hệ số tải Kqt = 1,5 - thang máy dùng xích làm dây kéo Qt=33000 N Gt=9000 N 5.4.Tính toán kiểm tra bền khung đỡ a, Sơ đồ lực tác dụng Tính biên, khung đỡ tính toán theo phương pháp tính cột Px Px Pgt Pđc z Px x Px Pgt Hình 4.1: Sơ đồ tính cột Trong đó: Px - lực tác dụng xích lên kết cấu thép Pgt - trọng lực hộp giảm tốc Pđc - trọng lực động điện Px - tính theo trường hợp tải trọng thang máy 62 Qt Gt 25300 6900 8050 N 4 Qt Gt 33000 9000 10500 N + Trường hợp thứ hai : Px 4 Pđc = 1600 N Pgt = 2000N Trên sơ đồ lực nhận thấy cột chịu nén uốn lệch tâm Nhưng lực P x dơiø tâm chúng bị triệt tiêu momen uốn.Các lực P x gây nén dúng tâm xuống cột Chỉ thành phần Pđc Pgt gây uốn nén lệch tâm cột Tiết diện chịu nén lệch tâm + Trường hợp thứ : Px Mx My P x Hình 4.2: Cột chịu nén lệch tâm b, Tính bền biên : Thanh biên tính bền theo công thức, (7-51), [05]: N Mx My Fth Wx Wy Trong ño:ù ch 240 80 N / mm n - ứng suất cho phép; ch - giới hạn chảy ch =240N/mm2; n- hệ số an toàn n =2÷3; N – lực nén; Fth – diện tích thực chịu nén; Mx – momen uốn theo trục x-x; Wx momen chống uốn theo trục x-x; My – momen uốn theo trục y-y; Wy momen chống uốn theo trục y-y; Lực nén tác dụng lên kết cấu : N = 4Px + Pñc +Pgt = * 8050 + 2000 + 1600 = 35800 N Diện tích thực chịu nén : Fth = * F = * 39.1 = 156.4 cm2 F = 39.1 cm2 - diện tích mặt cắt thép chữ H; Momen uốn theo truïc y-y: M y Pdc 2.Pgt e Trong đó: e = 137cm - khoảng cách lệch tâm Pdc Pgt so với tâm; 63 M y 1600 2.2000 *137 767200Ncm Momen chống uốn theo trục y-y: Wy 2J y h Xác định đặc trưng hình học tiết diện: Tiết diện có trục x-x y-y trục đối xứng nên x, y đồng thời trục quán tính trung tâm Tính Jy: Ta coù: F1 = F2 = F3 = F4 = 39.1 cm2 J x 4 J 1x ( J 1x J x2 J x3 J x4 ) J 1x b F J xF1 284.52 * 39.1 1728 3166491cm4 J y 4 J 1y ( J 1y J y2 J y3 J y4 ) J 1y a F J yF1 92.52 * 39.1 562 335111cm J y 4 * 335111 1340444cm4 Wy J y * 1340444 4590cm3 h 584 35800 767200 395 N / cm 3.95 N / mm 156.4 4590 So saùnh : Vậy thép chọn đủ điều kiện bền b, Tính biên theo điều kiện ổn định: Ngoài việc kiểm tra bền khung cần phải kiểm tra độ ổn định khung Khi chiều dài lớn yếu tố định an toàn độ ổn định Công thức tính độ ổn định cột có tiết diện không đổi theo công thức (7.55), [05] M N M x y Fng Wx Wy Trong : - hệ số uốn dọc cấu kiện chịu nén N – lực nén Fng – diện tích nguyên mặt cắt không kể giảm yếu Mx – momen uốn theo trục x-x; Wx momen chống uốn theo trục x-x My – momen uốn theo trục y-y; Wy momen chống uốn theo trục y-y Xác định hệ số : Hệ số phụ thuộc vào độ mảnh (7-1), [05] l l tt r r Trong : ltt – chiều dài tính toán thanh, l - chiều dài hình học r - bán kính quán tính tiết diện, (7.3), [05] r J Fn - hệ số chiều dài tính toán , = Độ mảnh biên ứng với trục x-x : l. 834.86 * x 11.7 Jx 3166491 Fn 156.4 Độ mảnh biên ứng với trục y-y : 64 y l. 834.86 * 18 Jy 1340444 156.4 Fn Cột gồm có biên dùng giằng , độ mảnh tương đương (7.13), [05] : td 2max 2x 2y Trong đó: max - độ mảnh lớn tương ứng với trục chính, max ( x , y ); td 182 182 11.7 28 Từ độ mảnh tra bảng (7.1), [sbvl] có = 0,95 Kiểm tra độ bền ổn định cuûa khung M N 35800 767200 y 407 N / cm 4.07 Nmm Fng Wy 0,95 * 156.4 4590 So saùnh : Vậy thép chọn đủ điều kiện bền 5.5 Tính toán kết cấu giằng ngang Khi tính toán giằng giằng tính tác dụng lực ngang quy ước Đối với làm thép bon thấp (7-19), [05] : Q = 20 F = 20 * 41.8 = 836 N Trong : F – diện tích tiết diện biên cm2 ; Q – lực ngang quy ước kG; Các ngang khung tính chịu kéo nén với lực tác duïng (726), [05]: N Q Q N m Trong : m – số mắt lưới hai mặt phẳng song song N Q Q 836 418 N m 2 Kiểm tra biên theo điều kiện bền: N F N 418 38 Ncm2 0.38 Nmm2 F 10,9 Trong : ch ; n ch - giới hạn chảy ch =240N/mm2; n- hệ số an toàn n =2÷3; ch 240 80 N / mm2 n So saùnh : Vậy thép chọn đủ điều kiện bền 5.6 Tính toán kết cấu dầm đỡ động cơ, hộp giảm tốc Dầm đỡ động hộp giảm tốc chọn dầm chữ U-125x65 Sơ đồ tính dầm đỡ 65 P =1600N P dc gt P gt 2845 5690 Mz Hình 4.3: Sơ đồ tính dầm đỡ hộp giảm tốc động Lực tác dụng lên dầm: Trong lượng hộp giảm tốc Pgt = 2000 N; Trọng lượng động điện Pdc = 1600 N; Momen uốn tiết diện nguy hiểm : Mu = 4552000 Nmm; Kiểm tra bền dầm: M max Wx Trong ño:ù ch n ch - giới hạn chảy ch =240N/mm2; n- hệ số an toàn n =2÷3; ch 240 80 N / mm2 n Momen choáng uoán Wx 67.8 cm3 = 67800mm3 4552000 67 80 N/mm2 67800 Vậy kết cấu thỏa mãn điều kiện bền 5.7.Tính toán liên kết chân cột Xác định kích thước chân đế a, Chiều rộng đế: Chọn từ điều kiện cấu tạo B b 2 t 2C Trong đó: b – bề rộng tiết diện cột, b = 15 cm; - Chiều dày đế , = 1.2 cm; C – đoạn đưa congxon đế, C = cm; B b 2 t 2C 15 * 1.2 * 23.4cm Choïn B = 28 cm b, Chiều dài đế: Chiều dài đế xác định theo công thức 66 L N 2.B.Rn mcb N B R n mcb 6M B R n mcb Trong đó: N – lực nén cột, N =895 daN; M – momen uốn cột, M = 19180 daNcm ; B – chiều rộng đe; Rn – Cường độ chịu nén tính toán be tông móng Rn = 90; mcb – hệ số tăng Rn nén cục , mcb = 1,5; L 895 * 28 * 90 * 1.5 895 * 19180 5.6 28 * 90 * 1.5 * 28 * 90 * 1,5 Choïn L = 30 cm c, Chiều dày đế: Hình 4.4: Liên kết chân cột Chiều dày đế xác định theo công thức : 6.M max (cm) R. Trong đó: Mmax – momen uốn lớn momen , Mi; R – cường độ chịu kéo thép; - hệ số điều kiện làm việc cột; Ứng suất lớn bê tông móng đế N 6M 895 *19180 max 5.5 daN.cm BL BL 28 * 30 28 * 302 Momen Mmax chọn từ momen phần: a Momen (1): 1 M max C * 5.5 * 8.25 Ncm 2 b Momen (3): M max a2 1,32 * 5.5 * 202 2904 Ncm c Momen (4): M max a1 1,33 * 5.5 * 7.52 411Ncm 6.M max * 2904 2.1cm R. 2100 * Vậy chọn chiều dày chân đế cm 67