đồ án kết cấu thép cầu trục 4 dàn

Nội lực trong các thanh của dàn đứng chính dưới tác dụng của các tải trọng chính xác định theo phương pháp đường ảnh hưởng.. Sơ đồ hình học của dàn phụ giống dàn đứng chính nên đường ảnh

Trang 1

TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI

1) Giới thiệu chung:

Kết cấu kim loại cầu trục kết cấu kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp gồm hai nửa cầu Kết cấu của một nửa cầu là một hệ không gian được cấu tạo từ 4 dàn phẳng: dàn đứng chính, dàn đứng phụ, dàn ngang trên, dàn ngang dưới Để đảm bảo độ cứng cho dàn không gian, trong dàn có kết cấu thêm các thanh giằng chéo

2) Đặc điểm tính toán:

Kết cấu kim loại cầu trục 4 dàn là một hệ không gian, khi tính toán không tính theo dàn không gian mà tính theo phương pháp gần đúng bằng cách chia dàn không gian thành những dàn phẳng Coi rằng toàn bộ tải trọng di động của trọng lượng xe con có hàng chỉ tác dụng lên dàn đứng chính Nội lực trong các thanh của dàn đứng chính dưới tác dụng của các tải trọng chính xác định theo phương pháp đường ảnh hưởng

Kết cấu của dàn đứng chính có tính chất đối xứng so với trục thẳng đứng đi qua điểm giữa của khẩu độ nên chỉ cần xây dựng đường ảnh hưởng cho nửa dàn phía bên buồng lái Sơ đồ hình học của dàn phụ giống dàn đứng chính nên đường ảnh hưởng các thanh trong dàn phụ cũng giống như trong dàn đứng chính tuy nhiên dàn đứng phụ chỉ chịu tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân dàn, trọng lượng cơ cấu di chuyển cầu trục, buồng lái và các thiết bị điện, các hệ thống dây cấp điện cho xe tời, hê trục truyền động cơ cấu di chuyển Dàn phụ cũng chịu tác dụng của lực quán tính ngang khi phanh cầu (vì các thanh biên của dàn phụ cũng là thanh biên của dàn ngang trên và dàn ngang dưới)

Dàn ngang cũng có kết cấu đối xứng nên khi xây dựng đường ảnh hưởng ta cũng xây dựng cho nửa dàn phía bên có buồng lái

3) Tải trọng tính toán và tổ hợp tải trọng tính toán kết cấu thép:

Các trường hợp và tổ hợp tải trọng :

Khi máy trục nói riêng, cầu trục nói chung làm việc, nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu Các tải trọng có thể tác động thường xuyên hoặc không thường xuyên, theo qui luật hoặc không theo qui luật, tải

Trang 2

trọng tĩnh hoặc động, tải trọng tác động theo phương thẳng đứng hoặc phương ngang… Từ sự phối hợp đa dạng của các loại tải trọng, người ta chia ra ba trường hợp tải trọng tính toán như sau:

3.1) Các trường hợp tải trọng:

Bảng tổ hợp tải trọng.

Tổ Hợp Tải Trọng

3 Trọng lượng hàng Q kể đến thiết bị mang hàng có tính

đến hệ số va đập Kđ. ΨIIQ QKđ Q

4 hãm cơ cấu di chuyển cầu Lực quán tính ngang khi

trục

a) Trường hợp tải trọng I:

- Tải trọng bình thường ở trạng thái làm việc, phát sinh khi máy làm việc ở điều kiện bình thường Trường hợp này dùng để tính bền các chi tiết theo mỏi Các tải trọng thay đổi được qui đổi thành tải trọng tương đương

b) Trường hợp tải trọng II:

- Tải trọng lớn nhất ở trạng thái làm việc, phát sinh khi cầu trục làm việc ở điều kiện nặng nhất Các tải trọng này gồm các lực cản tĩnh cực đại, tải trọng động cực đại khi mở (hoặc phanh) máy (hoặc cơ cấu) đột ngột… Trường hợp này dùng để tính các chi tiết theo điều kiện bền tĩnh

Trang 3

- Tải trọng lớn nhất ở trạng thái không làm việc của cầu trục Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cẩu theo độ ổn định.

3.2) Các tổ hợp tải trọng.

- Ở trạng thái làm việc của máy trục, người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên kết cấu và chia thành các tổ hợp tải trọng sau:

– Tổ hợp Ia, IIa: Hai tổ hợp này tương ứng với trường hợp cầu trục đứng yên, chỉ

có cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng một cách từ từ (Ia) hoặc đột ngột (IIa)

– Tổ hợp Ib, IIb: Hai tổ hợp này ứng với trường hợp cầu trục mang hàng di

chuyển, khởi động (hoặc phanh) từ từ (Ib), hoặc đột ngột (IIb) Trong trường hợp này, các cơ cấu nâng và di chuyển xe con không làm việc hoặc làm việc với gia tốc ổn định

- Tổ hợp IIc: Tổ hợp này ứng với trường hợp xe con mang hàng di chuyển, khởi

động hoặc phanh đột ngột Trong trường hợp này, các cơ cấu nâng và di chuyển cầu trục đứng yên hoặc làm việc với gia tốc không đổi

- Đối với cầu trục thuộc đề tài này, kết cấu thép của cầu trục được tính theo điều kiện bền tĩnh, ứng với ba tổ hợp tải trọng IIa, IIb, IIc

4) Các kích thước chính và trọng lượng các phần tử kết cấu kim loại:

- Chiều cao của dầm đứng chính ở giữa nhịp:

20 1 , 6666 1 25

16

1 12

1 16

1 12

Trang 4

Hình 5.1 Sơ đồ kết cấu cầu trục kiểu dàn

- Chiều cao dàn ở tiết diện gối tựa:

- Bề rộng mặt phẳng ngang của dầm lấy bằng b = 1400 mm

- Trọng lượng của một dầm đứng chính ( xác định sơ bộ theo công thức

- Trọng lượng của các phần khác của kết cấu kim loại lấy như sau:

- Trọng lượng một sàn:

Trang 5

Gs=k.L.b.δ.γ=0.5x20x1,25.0,003x78000=2925(N)

Trong đó:

+ k = 0.5 -Hệ số kể đến các lỗ trên sàn;

+ L = 20m -Tầm rộng của cầu trục

+ b = 1,25m –chiều ngang của sàn

+ δ = 0.003m –chiều dày của sàn;

+ γ = 78000N/m3 – trọng lượng riêng của thép

- Trọng lượng dầm cuối: Gc = 9000N

- Trọng lượng cơ cấu di động cầu Gd = 34000N

- Trọng lượng buồng lái và các thiết bị điện Gb = 17000N

- Trọng lượng xe lăn Gx = 42000N

5) Xác định tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính:

Tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính được tính phía cơ cấu di động cầu

- Tải trọng không di động phân bố đều dọc chiều dài dàn:

m N L

G

G G k

s ch

/ 79 , 1539 20

3 , 7333 2

2925 22000

0 , 1

2

=

- Tải trọng tập trung đặt phía dàn có cơ cấu di động:

+ do trọng lượng cơ cấu di động: Nd = k1

N

17000 2

34000 0 , 1

17000 0 , 1

- Tải trọng di động:

Trang 6

- Tải trọng quán tính ngang tập trung:

+do trọng lượng cơ cấu di động gậy ra:

1700 2

34000 1 , 0

1 ,

6) Xác định tải trọng tác dụng lên dàn đứng phụ:

Đối với dàn đứng phụ chúng ta cũng tính phía biên có cơ cấu di động

- Tải trọng phân bố đều:

L

G

G G k

s ph

20

3 , 7333 2

2925 11000

0 1

=

Trang 7

+ do trọng lượng buồng lái và thiết bị điện:

N b = k 1

N

8500 2

17000 0 , 1

-Tải trọng quán tính ngang phân bố đều:

qphng = 0,1qph = 0,1.957 = 95,7N/m

7) Xác định đường ảnh hưởng của dàn:

7.1) Đường ảnh hưởng của dàn đứng chính :

- Gọi các thanh biên trên là O, các thanh biên dưới là U, các thanh xiên là D và các thanh đứng là V Đường ảnh hưởng được thể hiện trong hình vẽ dưới

Trang 9

- Lực trong các thanh của dàn dừng chính dưới tác dụng của tải trọng chính( tính theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất) được xác định theo phương pháp đường ảnh hưởng Vì dàn đứng chính đối xứng qua trục thẳng đứng

ở giữa nhịp nên ta chỉ tính đối với nửa dàn phía bên có buồng lái

- Ở biên của dàn, mắt đầu có hai nhánh O1 và V1 không chịu ngoại lực nên lực trong thanh O1 bằng không

- Tung độ các đường ảnh hưởng dưới tải trọng di động kỳ diệu là y1 và y2, dưới cơ cấu di động đặt giữa nhịp y3 và buồng lái y4

- Lực trong các thanh dưới tác dụng của các tải trọng phân bố đều bằng qΣ

F, trong đó q - tải trọng phân bố đều dọc theo chiều dài dàn; Σ tổng diện tích đường ảnh hưởng

- Lực trong các thanh cưới tác dụng của tải trọng tập trung bằngΣNiyi, trong đó Ni tải trọng tập trung ; yi - tung độ đường ảnh hưởng dưới tải trọng tập trung tương ứng

- Lực trong các thanh dưới tác dụng của tải trọng di động xác định bằng Σ

Piyi, trong đó Pi - tải trọng di động; yi - tung độ đường ảnh hưởng dưới tải trọng di động tương ứng

+ Đường ảnh hưởng của các thanh biên trên được xây dựng bằng cách đặt dưới gối tựa bên trái tung độ H x , trong đó: x- khoảng cách từ điểm Rite, điểm lấy mômen của thanh đang xét, đến gối tựa; H- chiều cao của dàn chính Tung độ cựa đại nằm dưới điểm Rite của thanh đó

- Thanh biên trên O2 và O3

Trang 10

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = -1,125x22,5 = -22,5N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x (–22,5) = -34945,3N

Tải trọng tập trung= (y3 x 17000)+(y4 x 8500)

= (- 0,625 x 17000)+(-1,125 x 8500) = -20188N

Tải trọng di động = (y1 x 47100)+(y2 x 45636)

= (-1,125 x 47100)+(-1,014 x 45636)

= -99263NLực trong thanh = (-34945,3) +(-20188)+ (-99263) = -154396,3N

O 4 và 0 5

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = -2x 20 = -20N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x (–20) = -30795,8N Tải trọng tập trung = (y3 x 17000)+(y4 x 8500)

= (- 1,25 x 17000)+(-1 x 8500) = -29750N

= (-2 x 47100)+(-1,778 x 45636)

= -175341N Lực trong thanh = (-30795,8) +(-29750)+ (-175341) = -235886,8N

Trang 11

- Thanh biên trên O6 và O7 tính tương tự

O 6 và 0 7

+ Đường ảnh hưởng của các thanh biên dưới cũng được xây dựng tương tự Riêng thanh U1 khi xây dựng đường ảnh hưởng cần chú ý là cánh tay đòn không phải là chiều cao H của dàn, mà là khoảng cách từ thanh U1 đến điểm lấy mômen của nó

- Thanh biên dưới U1

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = 0,972 x20 = 9,72N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x 9,72 = 14967N

Tải trọng tập trung = (y3 x 17000)+(y4 x 8500)

= (0,53 x 17000)+(0,921 x 8500) = 16839N

= (0,972 x 47100)+(0,512 x 45636)

= 69147NLực trong thanh = 14967+69147+16839 = 100953N

Trang 12

U 2 y4 y1 y2 y3

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = 1,594 x 20 = 15,94N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x 15,94 = 24544,2N

= (0,938 x 17000)+( 1,063 x 8500)

= 24982NTải trọng di động = (y1 x 47100)+(y2 x 45636)

= (1,594 x 47100)+( 1,427 x 45636)

= 140200NLực trong thanh = 24544,2+24982+140200 = 189726,2N

U 3

y1 y2

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = 2,343 x 20 = 23,43N

= (1,563 x 17000)+( 0,938 x 8500) = 34544N

= (2,343 x 47100)+( 2,066x 45636)

Trang 13

- Thanh biên dưới U4 và U5 tính tương tự

+ Khi xây dựng đường ảnh hưởng của thanh xiên D1 có điểm lấy mômen C nằm ngoài nhịp, ta đặt dưới gối tựa bên trái tung độ

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = -1,24 x 20 = -12,4N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x -12,4 = -19093,4N

= (-0,654 x 17000)+( -1,173 x 8500) = -21089N

= (-1,24 x 47100)+( -1,123 x 45636)

= -109653N Lực trong thanh = (-19093,4)+( -21089)+( -109653) = -149835,4N

Trang 14

+ Khi xây dựng đường ảnh hưởng của thanh xiên D2 cũng có điểm Rite C, ta đặt dưới gối tựa A tung độ

Diện tích đường ảnh hưởng: F = F1 + F2 = 7,58 + (-0,76) = 6,82N

= (0,446 x 17000)+( 0,73 x 8500) = 13787N

= (0,73 x 47100)+( 0,667 x 45636)

+ Đường ảnh hưởng của các thanh xiên khác khi các thanh xiên song song nhau( D3, D4, D5, D6, D7…) xây dựng bằng cách nhân đường ảnh hưởng của tải trọng đơn vị tác dụng lên dàn với hệ số cos1α trong đó: α -góc giữa thanh xiên và thanh đứng Đặt dưới gối tựa A và B tung độ bằng cos1α Ở đây vì: α =350 nên cosα =0,82 và cos1α =1,22

Trang 15

- Thanh xiên D3

D 3 y1 y2 y4

Diện tích đường ảnh hưởng: F = F1 + F2 = 0,14+ (-10,10) = -9,96NTải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x (-9,96)= -15336,3NTải trọng tập trung = (y3 x 17000)+(y4 x 8500)

= (0,59x 17000)+( -0,118 x 8500) = -9027N

= (-1,003 x 47100)+( -0,9 x 45636)

= -88314NLực trong thanh = (-15336,3)+(-9027)+(-88314) = -112677,3N

Trang 16

= (0,944 x 47100)+(0,84 x 45636)

= (-0,59 x 17000)+( 0,118 x 8500) = -9027N

= (-0,886x 47100)+(-0,78 x 45636)

= -77327NLực trong thanh = (-11240,5)+(-9027)+(-77327) = -97594,5NThanh xiên D6, D7, D8, D9, D10, tính tương tự

Trị số lực trong các thanh của dàn đứng chính trong bảng 5-1

7.2) Đường ảnh hưởng của dàn đứng phụ:

Trang 17

20000 10000 1000

y3 y3

y3

y3 y3 y3 y3 y3

y3

y4 y4 y4 y4

y4 y4 y4 y4 y4

y4

y3 y3

y3 y3 y3 y3 y3 y3

y3

q = 1539,79 N/m

y3 y1

2000

20000 10000 2000

Hình 5.3 Đường ảnh hưởng dàn đứng phụ

Vì sơ đồ của dàn đứng chính và dàn đứng phụ giống nhau nên đường ảnh hưởng của chúng có những tính chất tương tự nhau Các thanh biên trên của dàn đứng phụ ngoài tải trọng thẳng đứng còn có các tải trọng ngang tác dụng

Trang 18

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20= -1,125x20 = -11,25N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 957 x (–11,25) = -10766,25NTải trọng tập trung = (y3 x 17000)+(y4 x 8500)

= (- 0,625 x 17000)+(-1,125 x 8500) = -20188N

Tải trọng ngang tác dụng = -26924N

Lực trong thanh = (-10766,25) +(-20188)+ (-26924) = -57878,25N

O 4 và 0 5

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = -2 x20= -20N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 957x (–20) = -19140N

= (-1,25 x 17000)+(-1 x 8500) = -29750N

Trang 19

Lực trong thanh = (-19140) +(-29750)+ (-41482) = -90372N

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 957 x 9,72 = 9302N

= (0,53 x 17000)+(0,921 x 8500) = 16839N

Lực trong thanh = 9302+16839 = 26141N

U 2 y4 y3

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 957 x 15,94 = 15254N

= (0,938 x 17000)+( 1,063 x 8500) = 24982N

Trang 20

Lực trong thanh = 15254+24982 = 40236N

U 3

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = 2,343 x 20 = 23,43

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 957 x 23,43 = 22422,5N

= (1,563 x 17000)+( 0,938 x 8500) = 34544N

Trang 21

- Thanh xiên D4

Diện tích đường ảnh hưởng: F = F1 + F2 = 9,50+ (-0,31) = 9,19N

Trang 22

Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 957 x 9,19 = 8795NTải trọng tập trung= (y3 x 17000)+(y4 x 8500)

= (0,59 x 17000)+(-0,118 x 8500)

= 9027NLực trong thanh = 8795+9027 = 17822N

- Thanh xiên D6, D7, D8, D9, D10, tính tương tự

Trị số lực trong các thanh của dàn đứng phụ trong bảng (5-2)

7.3)

Đường ảnh hưởng của dàn ngang trên: Vì dàn ngang trên có tính chất đối

xứng nên chúng ta chỉ xây dựng đường ảnh hưởng của nửa dàn phía bên có buồng lái

- Lực trong thanh O1 bằng không Tung độ các đường ảnh hưởng tại điểm chịu tải trọng quán tính ngang của các tải trọng di động là y1 và y2, của cơ cáu di động là

y3 và của buồng lái là y4

Trang 23

α = 390 nên cosα = 0,78 và cos1α = 1,287.

- Vì dàn ngang phụ chịu tác dụng của các tải trọng từ dàn đứng chính và dàn đứng phụ nên khi tính nó chúng ta cho tải trọng đơn vị di động trên thanh biên trên( khi đó chỉ tính những lực tác dụng từ phía trên, và di động theo thanh biên dưới( khi đó chỉ tính đối với các tải trọng tác dụng phía dưới)

Trị số lực trong các thanh của dàn ngang trên cho trong bảng 5-3 và 5-4

Trang 24

y4

y3 y3

y3

y3 y3 y3 y3

y1 y2

y1 y2 y1 y2 y1 y2

y4 y4 y4 y4

y4 y4 y4 y4 y4

y4

y3 y3