Giáo trình tính toàn kết cấu hàn (nghề hàn trình độ cao đẳng)

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Tính tồn kết cấu hàn mô đun sở của nghề Hàn biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề hàn hệ Cao đẳng Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập tương ứng để áp dụng làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo trình có cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 45 giờ gồm có: Chương 01 : Vật liệu chế tạo kết cấu hàn Chương 02 : Tính độ bền của mối hàn Chương 03 : Tính ứng suất biến dạng hàn Chương 04 : Tính tốn kết cấu dầm, trụ Chương 05 : Tính tốn kết cấu dàn, vỏ Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến của thầy, bạn đọc để nhóm biên soạn điều chỉnh hồn thiện Xin chân thành cám ơn ! Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Biên soạn Nguyễn Nhật Minh Hồ Anh Sĩ MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn 2.Thép định hình Tính hàn của thép 13 CHƯƠNG 2: TÍNH ĐỘ BỀN MỐI HÀN 15 1.Tính toán độ bền kéo nén của mối hàn 15 Mối hàn giáp mối 17 3.Tính tốn mối hàn góc 20 Giải Bài tập 23 CHƯƠNG TÍNH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG KHI HÀN 26 Các khái niệm ứng suất biến dạng hàn 26 Tính ứng suất biến dạng hàn đắp 26 3.Tính ứng suất biến dạng hàn giáp mối 29 Ứng suất biến dạng hàn kết cấu chữ T 32 Các biện pháp giảm ứng suất biến dạng hàn 32 Giải tập 35 Chương TÍNH TỐN KẾT CẤU DẦM TRỤ 38 Khái niệm phân loại dầm 38 Kết cấu trụ 44 Giải tập 48 Chương TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN, TẤM VỎ 54 Khái niệm kết cấu dàn, vỏ 54 Tính tốn kết cấu dàn, vỏ 56 Tính tốn kết cấu 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun:TÍNH TỐN KẾT CẤU HÀN Mã số mô đun: MH 27 I Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun Mơđun Tính tốn kết cấu hàn mô đun chuyên môn nghề, mơ đun chương trình đào tạo, giúp người học trang bị khả tính tốn, chọn vật liệu hàn, sử dụng nhiều thực tế sản xuất II Mục tiêu - Nhận biết xác loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn - Nêu công dụng của loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn - Tính tốn vật liệu hàn, vật liệu chế tạo kết cấu hàn gia cơng kết cấu hàn - Tính tốn nghiệm bền cho mối hàn đơn giản như: Mối hàn giáp mối, mối hàn góc, mối hàn hỗn hợp phù hợp với tải trọng của kết cấu hàn - Trình bày bước tính ứng suất biến dạng hàn - Vận dụng linh hoạt kiến thức tính tốn kết cấu hàn vào thực tế sản xuất I NỘI DUNG MÔ ĐUN: Nội dung tổng quát phân phối thời gian Số TT Thời gian Tổng Lý Thực hành, số thuyết tập thảo luận Tên mô đun Chương Vật liệu chế tạo kết cấu hàn Thép định hình Thép Các loại vật loại thường dùng để chế tạo kết cấu hàn Tính tốn vật liệu gia công kết cấu hàn Hướng dẫn tập Chương Tính độ bền mối hàn Tính tốn mối hàn giáp mối Tính tốn mối hàn góc Tính tốn mối hàn tổng hợp Bài tập Chương 3.Tính ứng suất biến dạng hàn Tính ứng suất biến dạng hàn đắp Tính ứng suất biến dạng hàn giáp mối 0,5 0,5 1 1 12 1 Kiểm tra* 1 Số TT Thời gian Tổng Lý Thực hành, số thuyết tập thảo luận Tên mơ đun Tính ứng suất biến dạng hàn kết cấu thép chữ T Bài tập Chương Tính tốn kết cấu dầm trụ Khái niệm dầm trụ Tính tốn dầm trụ Ứng suất biến dạng hàn dầm trụ Tính vật liệu gia cơng dầm trụ Bài tập Chương Tính tốn kết cấu dàn Kiểm tra* 8 0,5 1,5 0,5 0,5 13 Khái niệm kết cấu dàn, vỏ Tính tốn kết cấu dàn, vỏ Ứng suất biến dạng hàn kết cấu vỏ Tính vật liệu gia cơng dàn, vỏ Bài tập 0,5 1,5 1 0,5 0,5 Kiểm tra kết thúc Mô đun Cộng 45 15 28 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HỒN THÀNH MƠ ĐUN/MƠN HỌC Kiểm tra đánh giá trước thực mô đun: - Kiến thức: Vấn đáp trắc nghiệm kiến thức đã học liên quan đến MĐ28; - Kỹ năng: Được đánh giá qua kết thực tập thực hành đã học Kiểm tra đánh giá thực mô đun: Giáo viên hướng dẫn quan sát q trình hướng dẫn thường xun cơng tác chuẩn bị, thao tác bản, bố trí nơi làm việc Ghi sổ theo dõi để kết hợp đánh giá kết thực môđun kiến thức, kỹ năng, thái độ Kiểm tra sau kết thúc mô đun: 3.1.Về kiến thức: Căn vào mục tiêu môđun để đánh giá kết qua kiểm tra viết, kiểm tra vấn đáp, trắc nghiệm đạt yêu cầu sau: - Các loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn - Cách tính vật liệu chế tạo kết cấu hàn - Các cơng thức tính tốn độ bền, ứng suất biến dạng hàn 3.2 Về kỹ năng: Được đánh giá kiểm tra trực tiếp qua trình thực tập đạt yêu cầu sau: - Nhận biết loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn - Tra bảng, tính tốn vật liệu hàn xác - Giải tốn nghiệm bền tính ứng suất biến dạng hàn của kết cấu hàn đơn giản - Kiểm tra đánh giá tính tốn kết cấu hàn - Sắp xếp thiết bị dụng cụ hợp lý, bố trí nơi làm việc khoa học 3.3.Về thái độ: Được đánh giá qua quan sát, qua sổ theo dõi đạt yêu cầu sau: - Chấp hành quy định bảo hộ lao động; - Chấp hành nội quy thực tập; - Tổ chức nơi làm việc hợp lý, khoa học; - Ý thức tiết kiệm nguyên vật liệu; - Tinh thần hợp tác làm việc theo tổ, nhóm CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN Mã bài: MH 27 - 01 Giới thiệu Vật liệu chế tạo kết cấu hàn yếu tố quan trọng định đến chất lượng cơng trình yếu tố ảnh hưởng lớn đến q trình cơng nghệ,tính kinh tế của cơng trình Do việc lựa chọn chế tạo kết cấu hợp lý mang lại tính hiệu kinh tế, kỹ thuật to lớn Đó tiêu chí quan trọng Mục tiêu - Nhận biết loại thép định hình U, I, V , thép tấm, loại vật liệu khác nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để chế tạo kết cấu hàn - Giải thích cơng dụng của loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn - Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn xác, đạt hiệu suất sử dụng vật liệu cao Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu hàn gồm có: 1.1.Các loại thép bon thấp - Đây loại vật liệu sử dụng nhiều để chế tạo loại kết cấu hàn, loại vật liệu dễ hàn mối hàn dễ đạt chất lượng theo u cầu mà khơng cần phải có biện pháp công nghệ phức tạp - Trong thực tế thép bon thấp sử dụng để chế tạo kết cấu hàn chia làm nhóm thép định hình thép 1.2.Thép hợp kim thấp - Đây loại thép có tính hàn tốt đứng sau thép bon thấp, có tính hàn tốt loại thép hợp kim thấp hay sử dụng để chế tạo kết cấu hàn có yêu cầu độ bền cao làm việc điều kiện đặc biệt - Thép hợp kim thấp thường dùng để chế tạo kết cấu hàn gồm loại thép Manggan; thép Cr –Si –Mn; Cr-Mn-Môlipđen - Thép hợp kim thấp gồm loại thép hình thép tấm, chế tạo theo tiêu chuẩn 1.3 Các loại thép không rỉ - Được sử dụng để chế tạo lọai kết cấu hàn làm việc điều kiện đặc biệt như: nhiệt độ cao, làm việc điều kiện tiếp xúc với hóa chất, thiết bị bảo quản, chế biến thực phẩm, thiết bị dụng cụ y tế - Phần lớn loại thiết bị thuộc loại thuộc dạng tấm, nhu cầu sử dụng loại kết cấu chế tạo từ thép không rỉ lớn nhiều công nghệ gia công kết cấu thép không rỉ đại đã xuất thực tế - Các loại thép không rỉ sử dụng nhiều là: Cr-Ni,Cr-Ni-Bo, Ni-Mo-Cr, số loại thép chịu ăn mịn hóa học, chịu nhiệt, bền nhiệt 1.4 Nhôm hợp kim nhôm - Nhôm hợp kim nhôm sử dụng nhiều để chế tạo kết cấu hàn đặc biệt hợp kim nhôm dùng để chế tạo kết cấu yêu cầu có trọng lượng nhỏ,hoặc kết cấu yêu cầu chống rỉ - Thông thường hợp kim nhôm hay dùng là: Duy-ra dùng cho kết cấu địi hỏi có độ bền nhiệt cao, cịn hợp kim nhôm –magiê dùng cho loại kết cấu như: vỏ tầu loại nhỏ có tốc độ cao, kết cấu xây dựng, thùng chứa thực phẩm,chứa thức ăn, chứa nước Nhôm hợp kim nhôm thường chế tạo dạng 2.Thép định hình Hình 1.1 Thép góc ứng dụng Trong thực tế, bảng tra thép hình hữu dụng quan trọng, với ngành xây dựng Nếu không hiểu rõ thơng số thép sử dụng bảng tra, cơng trình xây dựng khơng bền Sau trình nghiên cứu nhà thiết kế bảng tra thép đã đúc kết số liệu xác Số liệu của bảng tra dùng để giảm thiểu sai sót sử dụng thép Bảng tra thép phân loại thành hình chữ I, H, U, V, L Cụ thể hơn, công dụng mà bảng tra thép hình I, H, U, V, L đem lại là:  Tiết kiệm chi phí sử dụng lật liệu  Dễ dàng việc tính tốn định lượng sử dụng cho phù hợp với cơng trình  Tăng độ bền mức an tồn của cơng trình xây dựng  Từ bảng tra thép tính tốn thông số cần thiết khác + Thép chữ L (thép góc ): Đây loại thép hình sử dụng nhiều để chế tạo loại kết cấu hàn,thép chữ L thường dùng để chế tạo loại khung, dàn, liên kết khác kết cấu Từ thép góc ta chế tạo loại hình khác cách ghép thép góc lại với nhau,ví dụ ghép hai thép góc lại ta có kết cấu chữ [, chữ T, ghép góc ta có kết vấu chữ , loại thép hình có phạm vi sử dụng lớn thực tế Thép hình chữ L có loại L cánh L cánh lệch + Thép chữ L cạnh đều: Gồm có 67 loại qui định TCVN 1656-75 Loại nhỏ có kích thước L20  3, nghĩa cạnh có kích thước 20mm,chiều dày có kích thước 3mm Loại lớn có kích thước L250  20 Đây loại thép sử dụng nhiều để chế tạo kết cấu nhiều tính cơng nghệ của cao, q trình gia cơng người thợ khơng cần ý đến cạnh của thép (do cạnh của nhau, dặc tính ưu việt của loại thép góc này) + Thép chữ L cạnh khơng đều: Gồm có 47 loại qui định tiêu chuẩn TCVN 1657-75 Loại nhỏ L25163, có nghĩa cạnh thứ 25mm, cạnh thứ hai 16mm, chiều dày 3mm Loại lớn có kích thước 250  160  20 Đây loại thép góc mà phạm vi ứng dụng khơng lớn, tính cơng nghệ của thép khơng cao q trình gia cơng người thợ cần phải ý đến cạnh của thép (do cạnh không nhau) dovậy ảnh hưởng đến suất lao động Vì thiết kế kết cấu cần ý đến đặc điểm để lựa chọn thép góc cho hợp lý Bảng Bảng tra thép góc cánh L Bảng Bảng tra thép góc khơng cánh L + Thép chữ [: Theo TCVN 1654-75 thép chữ [ có 22 loại , chiều cao loại nhỏ 50, loại lớn 400mm (đây chiều cao của tiết diện), ví dụ [ 22 loại có chiều cao h= 220mm Chiều dài của thép chữ [ từ - 13m.Ngoài cịn có số loại đặc biệt ký hiệu có thêm chữ "a" phia dưới, ví dụ thép [ 22 a Hình 1.2 Thép chử [ ứng dụng 10 Hình 5.1 Dàn kèo nhà dân dụng Đây loại dàn có yêu cầu khả chịu tải trọng không lớn lắm, dàn gồm biên trên, biên dưới, giằng, chống, tất liên kết với nút Nút đế đạt hai đầu dàn làm nhiệm vụ vừa liên kết với phần tử của dàn vừa làm nhiệm vụ liên kết dàn với trụ Nút đỉnh nút vị trí của dàn, làm nhiệm vụ liên kết biên trên, chống Nút nút có nhiều phần tử liên kết nhất, nút vị trí biên Các nút cịn lại gọi nút trung gian Dàn kèo nhà dân dụng có yêu cầu sau: - Khoảng cách nút d = 2-3m - Tỷ lệ chiều cao chiều dài của dàn h 1   l 12 14 b Dàn kèo nhà công nghiệp Hình 5.2 Dàn kèo nhà cơng nghiệp - Đối với loại dàn kèo nhà cơng nghiệp có nhịp lớn, người ta thường dùng loại chống cứng Độ dài của khung của dàn d=1,5 – 3,0 m, tỷ số độ cao chiều dài l chọn khoảng h 1   l 10 14 - Các của dàn đơn kép c Dàn cầu trục Hình 5.3 Dàn cầu trục - Khi làm việc xe tời chuyển động biên, khoảng cách nút d=1,5-2,5m, tỷ số chiều cao chiều dài h 1 tỷ số xác định yêu cầu độ cứng Tỷ số   l 10 18 lớn độ lớn độ cứng, độ võng chịu tác động của tải nhỏ Trong thực tế cần tăng tỷ số ta phảỉ tăng chiều cao h, mà tăng chiều cao h phải phụ thuộc vào chiều 55 cao của xưởng, tính tốn thiết kế cầu trục cần phải quan tâm đến kết cấu của xưởng cần lắp đặt cầu trục d Dàn cầu - Dàn cầu loại dàn ln chịu tải trọng lớn, cần có độ cứng cao, yêu cầu độ cứng của khung lớn nhiều - Phần lớn dàn cầu có d = - m, tỷ số chiều cao chiều dài h 1   Trong thực tế l nhiều dàn phẳng liên kết với tạo thành hệ dàn không gian, dàn phẳng liên kết với giằng dọc giằng ngang 1.2.2 Phân loại kết cấu - Trong thực tế hầu hết loại kết cấu có yêu cầu khác độ kín độ bền tùy theo điều kiện làm việc công nghiệp gia cơng có u cầu tương ứng để thõa mãn điều kiện kỹ thuật đặc điểm mà hầu hết loại kết cấu phân làm hai nhóm sau a Nhóm 1: Gồm loại thùng chứa, loại kết cấu khác dùng để chứa chất lỏng chất khí khơng nguy hiểm nổ, khơng có độc có áp suất nhỏ phạm vi P ≤ N/cm2 , nhiệt độ khoảng T  1000C loại kết cấu thường làm việc điều kiện bình thường b Nhóm 2: Gồm loại kết cấu vỏ tàu thủy, bình chứa oxy, bình chứa khí cháy, nồi chịu áp lực cao.v.v Các loại kết cấu trình làm việc phải tuân theo dẫn đặc biệt Tính tốn kết cấu dàn, vỏ 2.1 Tính tốn thiết kế Dàn 2.1.1 Tính tải trọng ứng lực dàn a Tính tải trọng - Các tải trọng đặt lên dàn bao gồm lực tập trung, lực phân bố mômen uốn… chia loại - Tải trọng thường xuyên: trọng lượng thân kèo, trọng lượng kết cấu lợp, vật liệu lợp Tải trọng thường xuyên xác định theo công thức thực nghiệm hay theo thiết kế tương tự - Tải trọng tạm thời: người thiết bị sửa chữa, cần trục treo, gió - Tính phản lực gối đở dùng phương trình cân tĩnh học để tính phản lực gối đỡ b Tính mơ men uốn lớn - Tính nội lực của dàn: dùng phương pháp mặt cắt trước cần xác định xem dàn thuộc loại nào, đối xứng hay không đối xứng 56 Hình 5.4 Nội lực dàn - Nếu đối xứng ta cần xét dàn, lại lấy đối xứng tương ứng cho phần tử - Nếu dàn không đối xứng ta phải tính cho tồn dàn - Dùng mặt cắt để cắt dàn, lập phương trình cấn cho phần dàn bị cắt sau : -  M i  Tổng mô men cuả lực lấy điểm i của mặt cắt i-i’ điểm giao của phần tử nút bị cắt -  M i '  Tổng mô men cuả lực lấy điểm i’ của mặt cắt i-i’ điểm giao của - phần tử nút bị cắt  M A  : tổng mô men của lực lấy với gối đỡ - Khi thành lập phương trình cân xét điều kiện cân cho phần dàn số lượng mặt cắt phụ thuộc vào phần tử của dàn, tất phần tử phải cắt để xác định nội lực - Nếu sau cắt mà phần tử chưa xác định nội lực ta phải sử dụng thêm phương trình cân sau: - Giải phương trình cân đã thành lập để xác định nội lực phần tử của dàn 2.2.2 Xác định tiết diện ngang dàn a Tính tiết diện biên bị nén - Thanh biên chịu nén phải có diện tích mặt cắt ngang xác định theo cơng thức sau: - Trong đó: - FYC :Là diện tích yêu cầu của mặt cắt ngang - N nội lực tính tốn - φ hệ số uốn dọc, hệ số ước chọn trước - Sao khí xác định FYC ta tiến hành xác định mặt cắt hợp lý, tính lại F, kiểm tra bền theo công thức sau : - Nếu hàn với cạnh mối hàn xác định sau: k=(0,4-0,6).S - Ứng suất sinh mối hàn xác định theo công thức sau: 57 Trong : - Q: lực cắt ngang của - S: mô men tĩnh của biên lấy đố với tâm c a tiết diện - J: mơ men qn tính của biên lấy trọng tâm của mặt cắt ngang - K cạnh của mối hàn - Đối với dàn chịu tải trọng lớn biên thay đổi kích thước mặt cắt theo khung, khung có chiều dài khơng q m b Tính tiết diện biên chịu kéo + Thanh biên chịu kéo thường chế tạo loại vật liệu biên chịu nén, tính theo cơng thức sau: + Tính tiết diện của giằng trụ - Các loại giằng, trụ của dàn thường chọn hình dáng giống biênVới biên bị kéo : - Với biên chịu nén thì: Trong đó: - hệ số uốn dọc φ = 0,4 – 0,7 - Để việc tính tốn thiết kế đơn giản ta chọn giằng, trụ có tiết diện Khi tính tốn độ bền ta cần kiểm tra bền cho chịu nén chịu kéo thường thõa mãn bền, Các mối hàn thường chọn kích chọn k = (0,4 – 0,6 ).S c Tinh toán thiết kế nút dàn + Tính nút đế - Nút đế nút vừa làm nhiệm vụ liên kết phần tử của dàn vừa làm nhiệm vụ liên kết dàn với kết cấu khác gồm chí tiết sau : Hình 5.5 Nút đế 58 - Tấm đế : kích thước của đế đủ để liên kết với kết cấu khác, mặt đế có khoan lổ để lắp ghép bu lông với kết cấu khác, lổ hình trịn hình elip tùy theo u cầu, Ngồi cịn có vách dọc, vách ngang để liên kết trụ, biên + Thanh giằng - Kết cấu của nút đế hình vẽ: -Tính kích thước của đế Kích thước của đế phải đủ lớn để lắp ghép với kết cấu mà dàn liên kết Thơng Thường kích thước của đế lấy y kích thước ,mặt cắt ngang của trụ liên kết -Tính kích thước của vách dọc: Tấm vách dọc có chiều dài chiều dài của đế, chiều cao của vách dọc xác định tùy thuộc vào chiều dài của đường hàn trụ, giằng - Chiều dài mối hàn xác định thoe công thức sau: -Tấm vách ngang: cách ngang bao gồm đặt vng góc với vách dọc hình vẽ, chiều rộng của vách ngang phụ thuộc vào kích thước lắp ghép của vách dọc đế, chiều cao của vách ngang chiều cao của vách dọc + Tính nút đỉnh: - Nút đỉnh nút của dàn,nút đỉnh có dàn kèo nhà cơng nghiệp dàn kèo nhà dân dụng, nút làm nhiệm vụ liên kết biên trên, chống số trường hợp có liên kết với giằng Nút đỉnh thường có hình ngũ giác có hai cạnh dài ba cạnh ngắn, hai cạnh dài để liên kết với biên, chiều dài của cạnh phụ thuộc vào chiều dài đường hàn tính tốn biên với nút đỉnh góc đỉnh của dàn Chiều cao của nút đỉnh phụ thuộc vào chiều cao của nút đỉnh phụ thuộc vào chiều dài đường hàn liên kết trụ nút đỉnh Chiều dài đường hàn tính tốn cơng thức trên.(4 – 10 ) + Tính nút trung gian - Nút trung gian nút liên kết trụ, giằng biên Nút trung gian thường có hai kích thước chiều dài chiều rộng, kích thước phụ thuộc vào chiều dài đường hàn liên kết biên trụ, giằng, chiều dài đường hàn tính theo cơng thức (4 - 10) Hình 5.6 Các nút trung gian + Nối biên 59 Trong q trình gia cơng, u cầu thiết kế nhiều chiều dài vật liệu chế tạo biên không đủ lớn, cần phải nối biên Trong trường hợp biên nối giáp mối thẳng giáp mối xiên Trong trường hợp chịu lực sử dụng đệm phía phía ngồi Việc tính tốn kiểm tra mối hàn thực giống phần trước Hình 5.6 Các mối nối biên 2.2 Giải tập Kết cấu chịu tải trọng hình vẽ Hãy tính tốn thiết kế dàn làm việc bảo đảm an toàn Cho trước số liệu sau: d=2,5m; l=10m; vật liệu có []=28KN/cm2 Giải a Các giá trị ban đầu: - Tính phản lực gói đỡ: Do dàn chịu tải trọng đối xứng ta có: VA  VB  140  70 KN Vì dàn làm việc đối xứng tính tốn ta cần tính cho nửa dàn sau lấy đối xứng tương ứng phần tử của dàn - Tính ứng suất []h Theo lý thuyết bền ta có cơng thức tính ứng suất cho phép sau: []h=0,5[]k=0,5.28=14KN/cm2 - Tính chiều cao của dàn Để xác định chiều cao của dàn ta chọn tỷ lệ h   h  1m l 10 60 - Xác định góc  góc hợp biên biên Góc xác định sau: tg  h   0.2    11,30 2d 2.2,5 b.Tính ứng lực dàn Do dàn đối xứng ta dùng mặt cắt 1-1 2-2 để xác định ứng lực của dàn, mặt cắt thể hình vẽ Q trình tính tốn thực sau - Lập điều kiện cân mặt cắt 1-1: có phương trình cân sau: M1 = d.P2+2dP1+h.cos.S3+h.S2-2d.VB = (1) M/4 = -d.P2 - 2dP1-2dVB- h.cos.S3 = (2) M/3 = d.P2+2dsin.S1 = (3) Giải phương trình (2) ta có (nén) Giải phương trình (3) ta có ( nén ) Thay S3 vào phương trình (1) ta có: ( kéo ) Lập điều kiện cân mặt cắt 2-2 ta có phương trình cân sau: 61 M(2-2) = VB.d - P1d - S5.(1/2).h = M(2-2)= VB.d+ S4.(h/2).cos -P1.d = Giải phương trình (4) ta có: S5  (4) (5) 70.2,5  20.2,5  250KN h ( kéo) Giải phương trình (5) ta có: ( nén) - Để xác định nội lực chống của dàn ta dùng phương pháp tách nút, nút tách nút đỉnh, nút trung gian, sau tách nút ta thành lập phương trình cân bằng: +) Tách nút đỉnh: P3 S1 S1 S6 Lập phương trình cân Y = - P3 – 2.S1.sin - S6 = (6) Giải phương trình (6) ta có: S6 = - 40 -2.15,3.0,16 = 45KN ( kéo ) Tách nút trung gian, Hình 7-8 Y= -P2 - S7 + S1.sin - S3.sin - S4.sin = Giải phương trình (7) ta có S7 = S1.sin - P2 – S3.sin - S4 sin S7 =15,3.0,16 - 30 - 178,5.0,16 - 255.0,16 = -97KN ( kéo ) c.Tính tốn nặt cắt ngang cho phần tử dàn 62 P2 S1 S4 S3 S7 Diện tích mặt cắt ngang của phần tử của dàn xác định sau: - Tính mặt cắt ngang của biên chịu kéo - Tính biên chịu nén: - Tính giằng, trụ Các giằng, trụ chọn kích thước nhau, để thuận lợi cho trình gia cơng Việc tính tốn thực theo cơng thức sau: tính tốn ta chọn giằng chống có ứng lực lớn để tính tiết diện ngang cho tất d.Xác định số hiệu mặt cắt ngang phần tử Các phần tử chế tạo dàn kèo nhà hầu hết dùng loại thép góc L, Đây ta tra bảng sổ tay vật liệu khí giáo trình sức bền vật liệu để xác định số hiệu loại thép L - Đối với biên chịu nén ta dùng L 100.100.10 - Đối với biên chịu kéo ta dùng L 70.70.7 - Đối với giằng trụ ta dùng L 63.63.6 e Tính độ bền mối hàn - Chiều dài mối hàn giằng xác định theo công thức 63 Ta chọn chiều dài L=30cm Do giằng trụ bố trí mối hàn chiều dài xác định sau (Do thép góc chịu tác dụng của lực kéo nén phân bố khơng phía, phía gần góc vng, tức phía gần tâm hơn, lực tác dụng lớn tính N1 = 0,7N - Chiều dài mối hàn nối đỉnh với biên xác tính sau: - Chiều dài mối hàn nối với biên xác định sau: (q lực tổng hợp chiếu trục X, lực gây kéo biên dưới) - Chiều dài mối hàn biên nút đế tính theo cơng thức: - Chiều dài mối hàn biên nút đế L S5 250   41,7cm 0,7.K  h 0,7.0,6.14 Nhưng hàn hai phía chiều dài đường hàn số: L1=0,7L=0,7.41,7=29,2cm L2= 41,7-29,2=12,5cm Tính tốn kết cấu - Kết cấu thùng chứa hình trụ đứng: gồm có ba phần thân thùng, nắp thùng, đáy thùng Đây loại kết cấu đơn giản loại kết cấu tấm, việc tính tốn thực cho ba phần đã giới thiệu Vậy vật liệu chế tạo loại thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp 3.1 Tính tốn phần thân thùng - Do thân thùng hình trụ đứng , thường thiết kế sau Thân trụ thường chế tạo nhiều đoạn ống nối ghép lại với đường hàn giáp mối, đoạn ống tạo thành từ thép cuộn tròn liên kết đường hàn giáp mối dọc đoạn ống phía thường có chiều dày lớn đoạn ống phía Như kết cấu trụ đứng mối hàn liên kết gồm có mối hàn dọc mối hàn ngang , theo lý thuyết mối hàn dọc chịu lực chủ yếu Chiều dày của vỏ định độ bền của chúng Q trình tính tốn thực sau: - Tính áp lực bên của thùng xác định theo công thức sau : Trong : - ρ trọng lượng đơn vị thể tích của chất lỏng - y độ sâu của lớp xét so với mặt phẳng nằm ngang 64 - Theo lý thuyết ứng suất vành ta dùng công thức sau để xác định bề dày cần thiết cho đoạn ống Trong : R bán kính của hình trụ P áp lực tính theo cơng thức thường tính cho điểm cách mép của 300 mm cho phù hợp với điều kiện kỹ thuật - Nếu đoạn ống yêu cầu khoan lổ để lắp ống dẫn chổ khoan lổ bị yếu đi, vây chổ kiểm nghiệm theo công thức sau đậy: Trong công thức ta có : - P : áp lực thùng chứa - R: bán kính của hình trụ - h: chiều cao đoạn ống - d : đường kính lổ khoan - Phần lớn lổ khoan không gây nguy hiểm, nhiên tính tốn ứng suất tính tốn vượt ứng suất cho phép cần phải vá thêm chổ lổ khoan miếng nhằm làm cho tiết diện chịu lực tăng lên, làm cho ứng suất tính tốn giảm xuống 3.2.Tính tốn đáy thùng Đáy thùng thiết kế đáy phẳng đáy lồi tùy theo trạng thái làm việc của kết cấu - Đáy phẳng loại đáy thông dụng thường sử dụng nhiều, đáy đặt xi măng cát đáy không chịu lực làm việc, loại đáy chế tạo thép có chiều dày từ – mm phụ thuộc vào đường kính của thùng, số trường hợp thùng chứa có dung tích lớn, phần ngồi biên của đáy nơi lắp ghép với vách đứng người ta bố trí có chiều dày lớn phần của đáy, mối liên kết đáy phần trụ có tầm quan trọng đặc biệt kết cấu, chổ nối xuất mô men uốn, trị số của mô men uốn phụ thuộc vào chiều dày của đứng chiều dài phần nhô khỏi vách của đáy Tuy nhiên phạm vi ảnh hưởng của mô men không lớn, mặt khác liên kết phần trụ đáy thực hai mối hàn liên tục thỏa mản điều kiện bền Vì mối hàn không cần kiểm tra điều kiện bền - Đáy dạng cầu : Đây loại đáy sử dụng số trường hợp đặc biệt mà dùng đáy phẳng không hợp lý tháp chứa nước, thùng chứa chịu áp suất cao.v.v Đáy dạng cầu khó chế tạo, trường hợp cần thiết sử dụng để tránh lãng phí - Khi tính tốn đáy cầu, ứng suất đáy cầu xác định theo công thức sau : Trong đó: - P: áp suất điểm xét đáy, tính - S0: chiều dày của đáy - R0 : bán kính của đáy, theo lý thuyết bền R0 ≤ 2R + Tính tốn nắp thùng 65 Nắp thùng thường cấu tạo gồm khung phía trong, phía ngồi thép liên kết hàn với Một số thùng có trụ chứa để khung tựa lên được, khung gồm biên biên liên kết với tạo thành tam giác hình thang, biên liên kết với vỏ, biên tựa lên trụ Thông thường chiều dày thép làm vỏ nắp S = -3 mm, của khung thép chử [ chừ L thép làm nắp tính tốn độ bền coi bị ngàm chu vi, lấy gần hình chử nhật có cạnh a b, ứng suất sinh ; Trong :- q tự trọng của nắp, trọng lượng của người thiết bị nắp S : chiều dày thép ( cm ) α: hệ số điều chỉnh (α = 0,192 a = b, α = 0,407 khí a ≠b ) 3.3.Tính kết cấu bình chứa chất lỏng, chất khí áp suất cao - Các loại bình chứa chất lỏng chất khí có áp suất cao, q trình làm việc ln ln phải tn theo qui trình nghiêm ngặt, bình thường dễ xảy cháy nổ gây hậu nghiêm trọng cho người trang thiết bị tính tốn cần đảm bảo hệ số an tồn cao + Tính chiều dày của bình Chiều dày bình xác định theo cơng thức sau; Trong : - S : chiều dày bình - P : áp suất làm việc của bình - Dt : đường kính của bình - Φ : hệ số bền của mối hàn, thường chọn từ 0,7 – - C : trị số bổ sung chiều dày, thường chọn C= 1,7 ( ăn mòn, chiều dày định mức told bản, công nghệ chế tạo ) + Tính chiều dày đáy bình Xác định theo cơng thức sau : Trong : P, Dt , C, [Ϭ]k chọn theo công thức - Z: hệ số làm yếu đáy thường chọn Z ≤ - ht: chiều cao đáy bình + Các bình làm việc điều kiện dễ gây cháy nổ - Đối với bình tính tốn thiết kế, thực giống cần nhân thêm hệ số an toàn, tùy theo lý thuyết nổ áp suất tăng từ 10 -12 lần so với áp suất làm việc, vây tính tốn ta phải tăng áp suất làm việc lên gấp 12 lần 3.4 Giải tập Cho bình chứa khí nén ghép mối ghép hàn hình vẽ, có đường kính D= 320mm, d= 300mm vật liệu làm bình chứa thép C35 có ứng suất kéo cho phép  k   190 N / mm , lấy ứng suất của mối hàn  k'   0,6 k  a) Biết áp suất khí nén p=15(N/mm2) kiểm nghiệm bền cho mối hàn b) Xác định áp suất lớn cho phép của bình chứa khí 66 Giải a) Kiểm nghiệm bền mối hàn Nhận xét: mối hàn giáp mối, mặt cắt nguy hiểm hai mặt cắt kề miệng hàn hình vành khăn d 3,14.300  15 x  1059750N Lực tác dụng lên mối hàn: F  p Ab  p 4 - Ứng suất xuất mối hàn: k  F F 1059750    108,9 N / mm 3,14 Ah  D  d 2 320  300 4     - Ứng suất xuất mối hàn:    0,6   0,6.190  114 N / mm ' k k - Do   108 ,9 N / mm   k'   114 N / mm nên mối hàn đảm bảo bền b Xác định áp suất lớn cho phép bình chứa khí - Điều kiện bền mối hàn F F     k'  0,6  k Ah  D  d  Suy lực lớn cho phép  3,14 Fmax  D  d 0,6  k  3202  3002 0,6.190  1109676N 4 Fmax Fmax 1109676    15,7 N / mm Áp suất lớn cho phép bình chứa p  2 d 300 Ab  4            67  YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG 1.Nội dung: + Về kiến thức: - Trình bày đầy đủ khái niệm dàn, kết cấu vỏ - Trình bày rõ cơng thức liên quan đến việc tính tốn kết cấu dàn, vỏ - Mơ tả ứng suất biến dạng hàn vỏ biện pháp chống ứng suất Tính tốn xác vật liệu để gia công kết cấu dàn, vỏ + Về kỹ năng: Vận dụng kiến thức tính toán vào thực tế sản xuất linh hoạt 2.Phương pháp: - Về kiến thức: đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Về kỹ năng: Đánh giá thông qua tập cá nhân tập nhóm Người học sử dụng phương pháp thuyết trình phân tích giải vấn đề trước tập thể lớp - Về lực tự chủ trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập Câu hỏi ôn tập Bài Tính lực dọc dàn đánh dấu hình vẽ sau: Biết vật liệu chế tạo dàn thép cacbon thấp có  k  24 KN / cm , P = 20KN, a = 1,5 m Bài 2: Xác định đường kính D nhỏ cho phép áp suất bình thay đổi theo chu kỳ từ áp suất pmin= 5kN (N/mm2) đến áp suất pmax=15N/mm2, với d = 300mm, lấy kt=1.5, [σk]=190 N/mm2 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Tùng- Sổ tay hàn-NXBKHKT 2006 [2] Kết cấu hàn- Trường ĐHBK Hà Nội- 2006 [3] Đồn Đình Kiến-Thiết kế kết cấu thép-NXB xây dựng 2004 [4] Trung tâm đào tạo chuyển giao cơng nghệ Việt – Đức,“Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế”, 2006 [5] Phạm Văn Hội – Kết cấu thép cấu kiện - NXBKHKT 2006 [6] Nguyễn Văn Yên – Tính toán kết cấu thép- Trường ĐHBK TPHCM - 69