THUYẾT MINH TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ XƯỞNG BẮN HẠT KIM LOẠI VÀ SƠN docx

Tiêu chuẩn kiểm tra - Ứng suất trong các phần tử vì kèo nhỏ hơn ứng suất cho phép.. - Ứng suất trong các phần tử cột thoả mãn điều kiện bền và điều kiện ổn định cho phép.. Kiểm tra điều

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ XƯỞNG BẮN

HẠT KIM LOẠI VÀ SƠN

TÀI LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN

1 TCVN 2737-95: Tải trọng và tác động

NXB Xây dựng, Hà nội 1996

2 TCVN 5575: 1991 - tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép

3 Gs Đoàn Định Kiến (chủ biên) - Thiết kế kết cấu thép Nhà công nghiệp NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 1998

4 Ts Phạm Văn Hội (chủ biên) Kết cấu thép công trình dân dụng và công nghiệp NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 1998

5 Ts Đoàn Định Kiến (chủ biên) Kết cấu thép NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 2003

I - VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG

Ứng suất phá huỷ của vật liệu: R = 2100 (Kg/cm2)

II - XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN MÁI

1 Hoạt tải (HT):

Lấy tiêu chuẩn W0 =30 Kg/m2 MB mái theo bảng 3 (tr13, [1]), hệ số an toàn tải trọng n = 1,3

 Tải trọng tác động trên 1m chiều dài vì kèo:

W0*n*6 = 30*1.3*6 = 234 Kg/1m

2 Tĩnh tải (TT)

Tĩnh tải do tải trọng của Xà gồ và mái lợp: 25 Kg/m2

=> Tải trọng tác động trên 1m chiều dài vì kèo: 25 * 6 = 125 Kg/ 1m

3 Tải trọng do cầu trục gây nên (CT)

Khối lượng của hệ thống đường ray : 5344 + 2120 = 7464 (Kg)

Khối lượng do đường ray đặt vào vai đỡ là: 7464*6/(42*2) = 533 (Kg)

Tải trọng nâng của cầu trục: Q = 5000 (Kg), hệ số tin cậy, n = 1,1

Khối lượng bản thân của dầm Cầu trục: P = 2000 (Kg)

Tuỳ vào vị trí của Cầu trục mà có các tổ hợp lực khác nhau tác dụng lên vai cột

- Xe con ở vị trí giữa dầm cầu trục và cầu trục ở chế độ có tải:

CT1 = 1,1*tải trọng đường ray + 1,1*P/2 +1,1*Q/2= 1,1*533+1,1*1000 +

1,1*2500 = 4436.3 (Kg)

Trong trường hợp này lực đặt tại mỗi vai cột là 4436.3 (Kg)

- Xe con ở vị trí đầu vai cột

CT2 = 1,1*tải trọng đường ray + 1,1*P/2 +1,1*Q

= 1,1*533+1,1*1000 + 1,1*5000= 7186.3 (Kg)

Đối với đầu vai còn lại: 1,1*533+1,1*1000 = 1686 (Kg)

4 Tải trọng gió

Công trình được xây dựng trên địa bàn Hà nội, thuộc khu vực IIB.

Áp lực gió tiêu chuẩn: W0 = 95 Kg/m2

Hệ số vượt tải: n = 1,2

Cốt cao nhất của mái là 10m = > theo bảng 8(tr22, [1]) ta tra được hệ số ảnh hưởng bởi độ cao k = 1

Xác định hệ số khí động của mái theo sơ đồ 8(tr27,[1])

=> Theo công thức tính áp lực do tác động lên mái:

W = k*n* W0*c

Ta có giá trị áp lực gió lên các vùng khác nhau của mái:

W1 = k*n* W0*c1 = 1*1.2*95*0.8 = 91.2 (Kg/m2)

W2 = k*n* W0*c2 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m2)

W3 = k*n* W0*c3 = 1*1.2*95*0.7 = 79.8 (Kg/m2)

W4 = k*n* W0*c4 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m2)

W5 = k*n* W0*c5 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m2)

W6 = k*n* W0*c5 = 1*1.2*95*(-0.6) = -68.4 (Kg/m2)

W7 = k*n* W0*c7 = 1*1.2*95*(-0.5) = 57 (Kg/m2)

W8 = k*n* W0*c8 = 1*1.2*95*(-0.6) = 68 (Kg/m2)

III - TỔ HỢP TẢI TRỌNG

TH1 = HT + TT + CT1

TH2 = HT + TT + CT2

TH3= TT + GIO

IV - KẾT QUẢ

1 Tiêu chuẩn kiểm tra

- Ứng suất trong các phần tử vì kèo nhỏ hơn ứng suất cho phép

- Ứng suất trong các phần tử cột thoả mãn điều kiện bền và điều kiện ổn định cho phép

- Bu lông móng đủ khả năng chịu lực

- Ứng suất trong đường ray của dầm Cầu trục nhỏ hơn ứng suất cho phép

Sơ đồ 1: Áp lực gió tác động lên mái

2 Kiểm tra điều kiện bền của Vì kèo

Từ các tổ hợp lực ta xác định được từng thành phần lực lớn nhất của phần từ Sau đó từ các thành phần lực max này ta tiến hành kiểm tra độ bền Vì kèo

Momen uốn và lực cắt lớn nhất tác dụng lên từng phần tử Vì kèo:

Sơ đồ 2: Các phần tử Vì kèo

42 4730.3 771.62

Bảng tính ứng suất trong các phần tử Vì kèo:

Tên

phần tử

M (Kgm)

Q (Kg)

B cm

Hb cm

δcc cm

δcb cm

A

cm2

δcx Kg/cm2 1.15R KL

25 8710 4137.2 20 27.2 1.2 0.8 69.76 1623.279 2415 TM

26 8213 3855.7 20 27.2 1.2 0.8 69.76 1317.971 2415 TM

31 4242.2 2524.9 20 27.2 1.2 0.8 69.76 580.457 2415 TM

32 5697.9 2728.4 20 27.2 1.2 0.8 69.76 774.444 2415 TM

33 7612.3 3574.2 20 27.2 1.2 0.8 69.76 1034.152 2415 TM

34 5454.7 3262.8 20 27.2 1.2 0.8 69.76 746.504 2415 TM

35 3493.7 2951.4 20 27.2 1.2 0.8 69.76 487.087 2415 TM

36 1729.3 2640 20 27.2 1.2 0.8 69.76 260.291 2415 TM

37 972.52 2328.6 20 27.2 1.2 0.8 69.76 166.831 2415 TM

38 1728.2 2017.2 20 27.2 1.2 0.8 69.76 248.818 2415 TM

39 2384.9 1705.8 20 27.2 1.2 0.8 69.76 329.042 2415 TM

40 3363.3 1394.4 20 27.2 1.2 0.8 69.76 455.716 2415 TM

41 4145.1 1083 20 27.2 1.2 0.8 69.76 558.483 2415 TM

42 4730.3 771.62 20 27.2 1.2 0.8 69.76 635.872 2415 TM

43 5068.8 274.38 20 27.2 1.2 0.8 69.76 680.486 2415 TM

44 4824.6 499.43 20 27.2 1.2 0.8 69.76 647.980 2415 TM

45 4438.4 724.49 20 27.2 1.2 0.8 69.76 596.635 2415 TM

46 3910.1 949.54 20 27.2 1.2 0.8 69.76 526.552 2415 TM

47 3239.8 1174.6 20 27.2 1.2 0.8 69.76 438.018 2415 TM

48 2427.4 1399.6 20 27.2 1.2 0.8 69.76 331.754 2415 TM

49 1473 1624.7 20 27.2 1.2 0.8 69.76 210.585 2415 TM

50 376.58 1849.8 20 27.2 1.2 0.8 69.76 96.775 2415 TM

51 1490.3 2074.8 20 27.2 1.2 0.8 69.76 220.418 2415 TM

52 2783.9 2299.9 20 27.2 1.2 0.8 69.76 387.509 2415 TM

53 4984.7 227.43 20 27.2 1.2 0.8 69.76 669.164 2415 TM

54 4920.8 367.51 20 27.2 1.2 0.8 69.76 660.714 2415 TM

55 4797.3 578.27 20 27.2 1.2 0.8 69.76 644.449 2415 TM

56 4975 455.65 20 27.2 1.2 0.8 69.76 668.095 2415 TM

Tất cả các phần tử đều thoả mãn δcx < 1.15*R = 2415 => thoả mãn điều kiện bền

3 Kiểm tra điều kiện bền và ổn định của cột

Chiều cao cột 7500mm

Mômen và lực nén lớn nhất tác dụng lên cột:

Đ

ặ c trưng ti ết diện cột:

B

cm

H

cm

H b cm

δcc cm

δcb cm

A

cm4

Iy

cm4

Rx cm

Ry cm

Wx

cm 3

Wy

cm 3

20 45 41 2 1 121 42750,08 2670,1 18,8 4,7 1900 118,7

Các hệ số trung gian:

N

(kg)

M (kgm)

H

11199 19944 7,5 1,965 58,51 1,8503 0,98 1,50 4,607

Bả

ng xác đ ị nh đi ều kiện bền và ổ n đ ịnh của cột:

N

(kg) M (kgm)

A (cm2 )

Ix (cm4)

Iy (cm4) Wx φltlt

δc bền ôđδc 0.95*R KL

11200 15800 121 42750

2670,0

8 1900 0,148 1193,66 625,363 1995 TM

δcbền = 1337,3< 0.95*R = 0.95*2100 = 1995

δcôđ = 229,65 < < 0.95*R = 0.95*2100 = 1995

=> Cột được thiết kế thoả mãn điều kiện bền và ổn định

4 Kiểm tra khả năng chịu lực của bulông móng

Momen và lực cắt lớn nhất tác dụng vào chân cột:

Lập phương trình cân bằng momen so với trọng tâm theo ct 4.78 (tr151,[5])

∑N bl=(M−Na)/ y

Nbl: Lực kéo bu lông

M: Momen uốn

y: Chiều dài cánh tay đòn

=> ∑N bl = (1580000-11199*21.5)/32,7 = 40954 (Kg)

Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])

∑A bl=N bl/R k,bl m

Trong đó Rb

k,bl = 2100 Kg/cm2 - Cường độ chịu kéo của bulông móng 5.6

∑A bl= 40954/2100 = 19.5 cm2

 Số lượng bulông có đường kính d = 36 cần cho liên kết móng là

19.5/10,1736 = 1,91

Số lượng bu lông cho một phía là 2 chiếc => Tổng số bulông cho liên kết móng là 4 chiếc

Vậy với 4 bulông liên kết cường độ 5.6 có d = 36 mm thoả mãn độ bền liên kết giữa cột và móng

5 Kiểm tra liên kết giữa cột và vì kèo

Momen lớn nhất tác dụng tại vị trí liên kết: 1010200(Kgcm)

Bulông liên kết M20 có F = 3,14 cm2

Lực kéo max ở bulông ngoài cùng do momen gây ra:

Nmax = Mmax*lmax/(m* ∑l i2 ) = 871000*43/(2*(17*17+30*30+43*43))

= 6529 (Kg)

Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])

∑A bl=N bl/R k,bl m

Trong đó Rb

k,bl = 2100 Kg/cm2 - Cường độ chịu kéo của bulông 5.6

=> Abl= 6529/2100 = 3,1 (cm2)< 3,14cm2

Liên kết bulông tại vị trí nối cột và vì kèo thoả mãn điều kiện bền

6 Kiểm tra liên kết đỉnh kèo

Momen lớn nhất tác dụng tại vị trí liên kết: 492000(Kgcm)

Bulông liên kết M22 có F = 3,8 cm2

Lực kéo max ở bulông ngoài cùng do momen gây ra:

Nmax = Mmax*lmax/(m* ∑l i2 ) = 492000*36/(2*(24*24+36*36))

= 6362 (Kg)

Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])

∑A bl=N bl/R k,bl m

Trong đó Rb

k,bl = 2100 Kg/cm2 - Cường độ chịu kéo của bulông 5.6

=> Abl= 6362/2100 = 3,029 (cm2)< 3,8cm2

Liên kết bulông ở đỉnh vì kèo thoả mãn điều kiện bền

7 Kiểm tra độ bền của ray dầm cầu trục

Tải trọng tác dụng lên dầm gồm:

- Khối lượng bản thân của cầu trục: 3000 (Kg)/2 = 1500 (Kg)

- Khối lượng nâng của cầu trục: Q = 5000 (Kg), hệ số tin cậy n =1

 Khối lượng cầu trục tác dụng lên ray = 1500 + 5000 = 8000 (Kg)

Trường hợp cầu trục ở gần vị trí gối đỡ sẽ gây lực cắt lớn nhất cho ray, khi đó lực cắt Q = 8000 (Kg)

Trường hợp cầu trục ở vị trí giữa dầm sẽ gây Momen uốn và chuyển vị lớn nhất cho ray

Sơ đồ 4:Sơ đồ tính toán khi cầu trục ở giữa dầm

7.1 Kiểm tra độ võng của dầm

Chuyển vị lớn nhất của dầm: 6,3 mm

f/l = 6,3/6000 = 0,42/400< [f/l] = 1/400

=> Độ võng của dần nằm trong điều kiện cho phép

7.2 Kiểm tra độ bền của dầm

Sơ đồ 5: Chuyển vị của dầm

Sơ đồ 5: Biểu đồ Momen của dầm

Giá trị Momen lớn nhất trong dầm: 0,123E+08Kgmm = 1230000 (Kgcm)

Xác định σu suất uốn theo công thức:

σu= Mx/Wx:

Wx= yo/ Jxo

Trong đó Mx là Momen uốn theo trục quán tính x-x của dầm

yo: Là chiều cao lớn nhất tính từ trục quán tính x-x

Jxo: Momen quán tính đối với trục chính

Bảng các thông số đ ặ c trưng c ủa thép tiết diện dầm:

B

cm

H

cm

Hb cm

δc cm

δb cm

A cm2

Ix cm4

Iy cm4

Sxc cm3

Wx cm3

16 45 41,8 1,6 1 93 30206,71 1095,75 347,2 1342,52

Với các thông số của dầm đã cho ta tra được: Wx = 1342,52 cm3

 σu= Mx/Wx = 1230000/1342,52 = 916,18 (Kg/cm2)

Xác định ứng suất tiếp txy theo công thức 3.42 (tr90, [13])

txy= Q*Sc/(Ix*δb) = 8000*347,2/(30206,71*1) = 91 (Kg/cm2)

Xác định ứng suất tương đương σtđ theo công thức 3.42 (tr90, [13])

σtđ = √σ u2+3∗τ xy2

= √ 916,182+3∗912 = 931,6 (Kg/cm2)

σtđ < [σ] = 2100 (Kg/cm2)] = 2100 (Kg/cm2)

Vậy dầm cầu trục thoả mãn điều kiện bền

8 Kiểm tra độ bền của vai cột

Lực cắt tác dụng lên vai cột: 8000 (Kg)

Diện tích liên kết giữa vai cột và cột: 85 cm2

Ứng suất cắt tại vai cột: 8000/85 = 95 Kg/cm2 < 2100 Kg/cm2

PHỤ LỤC

Biểu đồ chuyển vị của TH1

Giá trị chuyển vị lớn nhất: -26mm

Biểu đồ momen của tổ hợp TH1

Giá trị Momen uốn lớn nhất: 0.618E7(Kgmm) Giá trị Momen uốn nhỏ nhất: -0.696E7(Kgmm)

Biểu đồ lực cắt với tổ hợp tải trọng TH1

Lực cắt lớn nhất: 2859 (Kg)

Lực cắt nhỏ nhất: -2627 (Kg)

Biểu đồ lực nén với tổ hợp tải trọng TH1

Giá trị lực nén lớn

TH2:

Giá trị chuyển vị lớn nhất: 26,415 mm

Biểu đồ momen với tổ hợp tải trọng TH2

Giá trị Momen uốn

0.774E7(Kgmm)

Giá trị Momen uốn nhỏ nhất: -0.676E7(Kgmm)

Biểu đồ lực cắt với tổ hợp tải trọng TH2

Lực cắt lớn nhất: 2819 (Kg)

Lực cắt nhỏ nhất: -2668 (Kg)

Biểu đồ lực dọc trục với tổ hợp tải trọng TH2

Lực nén lớn nhất -11199 (Kg)

Biểu đồ chuyển vị của TH3

38mm

Giá trị lớn nhất: 0.112E8

Giá trị nhỏ nhất: -0.158E8

Biểu đồ lực cắt trong TH3

Lực cắt lớn nhất: 6445 (Kg)

Biểu đồ lực dọc trục:

Lực lớn nhất: 4592 (Kg)