Bài tập lớn kết cấu gỗ

SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn MỤC LỤC I) Chọn dạng dàn và bố trí hệ giằng 2 II) Xác đònh tải trọng và các số liệu tính toán 2 A) Các tải trọng 2 B ) Tải trọng bản thân 2 C ) Tải trọng tác dụng lên mắt dàn 2 D ) Các số liệu tính toán cường độ gỗ 3 IV) Tính toán các thanh 3 A . Tính thanh cánh thượng 3 a) Kiểm tra tiết diện giữa thanh 4 b) Kiểm tra tiết diện mắt B 5 c) Kiểm tra ổn đònh ngoài mặt phẳng dàn (y-y) 6 B. Tính thanh cánh hạ 6 a) Kiểm tra tiết diện giữa thanh 6 b) Kiểm tra tiết diện mắt D: 6 c) Kiểm tra ổn đònh ngoài mặt phẳng dàn (y-y) 7 C) Thanh xiên chòu nén BE 7 D) Thanh đứng 8 E) Tính mối nối thanh cánh 8 F) Tính mộng đầu dàn 10 a) Kiểm tra ép mặt ở khối ụ đệm 11 b ) Tính đai thép 11 c) Tính liên kết 2 bản ốp vào thanh cánh hạ 11 G) Tính toán kiểm tra các mắt dàn 13 H) Cấu tạo và tính toán mắt đỉnh dàn 15 Trang 1 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn I) Chọn dạng dàn và bố trí hệ giằng Căn cứ vào nhòp của hệ dàn ta chia dàn thành 4 khoang mỗi khoang có kích thước 1,875m Kích thước của hệ dàn như hình vẽ 2 1 6 9 42 1875 1875 1875 1875 7500 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 720 1440 2 0 1 0 II) Xác đònh tải trọng và các số liệu tính toán A) Các tải trọng - Các tải trọng cho trong đề là theo mặt bằng mái và chưa có hệ số vượt tải khi tính toán phải nhân với hệ số vượt tải và đổi ra tải trọng phân bố trên hính chiếu bằng theo phương ngang. , , , , 35 4,5 168,70 / cos cos 21 35 4,5 168,70 / cos cos 21 45 4,5 202,5 / 35 4,5 157,5 / o o tr tr tr tr g g B kg m p p B kg m g g B kg m p p B kg m α α = × = × = = × = × = = × = × = = × = × = B ) Tải trọng bản thân , , , , 168,7 168,7 202,5 157,5 27,17 / 1000 1000 1 1 5 7,5 tr tr bt bt p g g p g kg m k l + + + + + + = = = − − × × C ) Tải trọng tác dụng lên mắt dàn - Hệ số vượt tai& Hoạt tải n 1 = 1,4 Tónh tải n 2 = 1,1 - Tải trọng tác dụng lên mắt cánh thượng , , 27,17 1, 4 1,1 168,7 1, 4 168,7 1,1 1,875 818,8 2 2 bt g P p g d kg         = × + + × × = × + + × × =  ÷  ÷             - Tải trọng tác dụng lên mắt cánh hạ Trang 2 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn , , , 1 1 1 27,17 1, 4 1,1 157,5 1,4 202,5 1,1 1,875 859,11 2 2 P 818,8 859,11 838,95 2 2 1 (3 3 ) 1,5 (818,8 859,11) 2516,86 2 bt tr tr g P p g d kg P kg R P P kg         = × + + × × = × + + × × =    ÷  ÷           + + = = = × + = × + = D ) Các số liệu tính toán cường độ gỗ - Gỗ nhóm V độ ẩm 18% có R n = R em = 135 kg/cm 2 R k = 120 kg/cm 2 R u = 150 kg/cm 2 R n90 = 25kg/cm 2 R em90 = 22 kg/cm 2 Thép CT3 có R = 2100 kg/cm 2 Ghi chú Với dàn có α <30 o không phải tính trọng gió III ) Xác đònh nội lực (dùng SAP giải nội lực ) BẢNG TỔNG HP Loại thanh Tên thanh Chiều dài (mm) Nội lực (kg) Cánh thượng AB BC 2010 2010 -7025 -4683 Cánh hạ AD DE 1875 1875 6558 6558 Đứng BD CE 720 1440 859 2537 Xiên BE 2010 -2341 IV) Tính toán các thanh A . Tính thanh cánh thượng - Nội lực tính toán : N = N AB = -7025 kg Sơ đồ tính N N q=436,69 kG/m Mg=-153,52 kG.m 1,875 m Mg=191,9 kG.m Trang 3 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn Giả thiết thanh cánh thượng có xà gồ đặt ngoài mắt nên thanh cánhh thượng được tính như thanh chòu nén uốn chòu lực nén dọc là N và lực tác dụng lên thanh là tải phân bố đều q , , , 27,17 1, 4 1,1 168,7 1, 4 168,7 1,1 436,69 / 2 2 bt m m g q p g kg m     = × + + × = × + + × =  ÷  ÷     Momen tác dụng lên thanh cánh thượng M nhòp = 2 2 436,69 1,875 191,9 8 8 qd kgm × = = M gối = 2 2 436,69 1,875 153,52 10 10 qd kgm × − = − = − Độ lệch tâm 19190 2,7 1025 nhip M e cm N = = = Ta có 1cm < e < 25cm dùng công thức Konhettop ( ) 3 3 3 7025 3,3 0,35 ( 1) 3,3 0,35 1,875 1) 2,7 324 135 n N M W l cm R N     = × + × − + = × + × − + =       Chọn tiết diện thanh AB là bxh 12x14 (cm) W = 392cm 3 a) Kiểm tra tiết diện giữa thanh F = 2 12 14 168b h cm× = × = 2 2 3 12 14 392 6 6 x b h W cm × × = = = Độ mảnh 201 49,67 75 0, 289 0,289 14 o l h λ = = = < × × Kiểm tra 19190 48,95 392 7025 41,81 12 14 nhip x M W N F = = = = × Ta có 10% nhip x M N W F > - Kiểm tra: Hệ số kể tới moment phụ do tác dụng của lực dọc đối với độ võng của thanh là: 1 n ng N R F ξ ϕ = − Với 2 1 0,8 100 λ ϕ   = − =  ÷   2 49,67 1 0,8 0,803 100   − =  ÷   Suy ra: 7025 1 0,614 0,803 135 168 ξ = − = × × Hệ số làm việc khi nén: m n =1 Hệ số làm việc khi uốn: m u =1 vì có b= 12cm < 15cm Suy ra: 7025 19190 0,841 1 1 135 168 0,614 392 150 1 nh n n ng x u u M N m R F W R m ξ + = + = < × × × × × Vậy tiết diện giữa thanh đủ khả năng chòu nén uốn. Trang 4 35 85 25 120 140 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn b) Kiểm tra tiết diện mắt B - Hiệu số lực nén của 2 thanh cánh thượng 2 bên mắt B là: N 1 – N 2 = 7025 – 4683 = 2342 (Kg) - Diện tích tiết diện thanh đứng BD: F đ = 2 859 0,511 0,8 2100 BD a a N cm m R = = × - Đường kính thanh đứng: d đ = π π × = = = < d 4F 4 0,511 0,80 8 12cm mm mm Chọn d đ =12mm theo điều kiện cấu tạo. - Ta có: h 1 = 5d đ × sin α = 5 × 1,2 × sin 21 0 = 2,2 cm=> Chọn h 1 =2,5cm. Giả thiết h 2 =3cm - Diện tích tiết diện thu hẹp: F th = [ 14 – ( 2,5+ 3)] × (12 – 1,2) = 91,8 cm 2 - Moment kháng uốn thu hẹp: × = × = 2 3 5,4 8,5 2 130 6 x th W cm Kiểm tra: − + = + = < × × × × 1 2 2342 15352 0,976 1 1 135 91,8 1 150 130 g n n th u u th M N N m R F m R W Vậy tiết diện mắt B đảm bảo đủ khả năng chòu nén uốn. 2 5 3 0 1 4 0 1 2 0 60 Trang 5 q=458,19kg/m NN SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn c) Kiểm tra ổn đònh ngoài mặt phẳng dàn (y-y) + Độ mảnh theo phương y-y là: λ = = = < × 0 201 57,95 75 0,289 0,289 12 y l b + Hệ số uốn dọc theo công thức thực nghiệm Konhetcop 2 2 57,95 1 0,8( ) 1 0,8( ) 0,731 100 100 y λ ϕ = − = − = + Kiểm tra: 7025 1 135 0,731 168 16579( ) n n t N m R F Kg ϕ ≤ ⇔ ≤ × × × = Vậy thanh cánh thượng đảm bảo điều kiện ổn đònh. B. Tính thanh cánh hạ Nội lực tính toán N AD = 6558kg Sơ đồ tính Tải trọng phân bố đều : , , , 27,17 1, 4 1,1 157,5 1, 4 202,5 1,1 458,19 / 2 2 bt tr tr g q p g kg m     = × + + × = × + + × =  ÷  ÷     Mômen tác dụng lên thanh cánh hạ : M nhòp = 2 2 458,19 1,875 201,35 8 8 qd kgm × = = M gối = 2 2 458,19 1,875 161,08 10 10 qd kgm × − = − = − Chọn tiết diện thanh cánh hạ bằng tiết diện cánh thượng 12 14b h cm× = × a) Kiểm tra tiết diện giữa thanh Công thức kiểm tra : 1 nh k k u u M N m R F m R W + ≤ • m k =1 do không có giảm yếu. • F= b × h = 168 cm 2 • m u =1, do có b=12cm < 15cm • 2 2 3 12 14 392( ) 6 6 6558 20135 0,667 1 1 120 168 1 150 392 bh W cm × = = = ⇒ + = < × × × × Vậy thanh cánh hạ đủ khả năng chòu kéo uốn. b) Kiểm tra tiết diện mắt D: Trang 6 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn Vì tại Dcó giảm yếu rất ít, đồng thời nội lực của 2 thanh cánh hạ ở 2 bên mắt Dlà như nhau, do đó không cần kiểm tra khả năng chòu lực và ép mặt. c) Kiểm tra ổn đònh ngoài mặt phẳng dàn (y-y) k k k N m R F≤ Với m k =1, do không có giảm yếu, 6558( ) 1 120 168 20160 k AD k k N N Kg m R F kg⇒ = = < = × × = Vậy than cánh hạ đủ điều kiện ổn đònh ngoài mặt phẳng dàn. C) Thanh xiên chòu nén BE + Lực nén N BD = -2341 (Kg) + Giả thiết độ mảnh 75 λ > và tỉ số 1,7 h k b = = + Diện tích tiết diện tính theo điều kiện ổn đònh là: 2 0 201 1,7 2341 68,2 16 16 135 yc n l kN F cm R × = = × = +Chọn tiết diện thanh BE là b × h = 7 × 12 (cm) + Kiểm tra khả năng chòu nén của thanh theo điều kiện ổn đònh: Diện tích tiết diện F= b × h = 7 × 12 = 84 (cm 2 ) Độ mảnh lớn nhất trong mặt phẳng dàn : 0 0 max min 201 99,35 0,289 0,289 7 l l r b λ = = = = × × max 75 λ ⇒ > : phù hợp giả thiết Ta có 2 2 3100 3100 0,314 99,35 ϕ λ = = = Khả năng chòu nén của thanh là: m n R n ϕ F = 1 × 135 × 0,314 × 84 = 3 560 (Kg) > N BE Vậy thanh xiên đủ khả năng chòu nén - Kiểm tra khả năng chòu ép mặt của thanh BE bulon Φ 18 D 2 5 3 0 1 4 0 7 0 60 1 0 0 140 150 Đầu mắt B: Cường độ ép mặt xiên thớ góc 0 42 α = là: Trang 7 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn 0 0 2 42 3 0 3 90 135 53,17 / 135 1 ( 1)sin 42 1 ( 1)sin 22 em em em em R R kg cm R R α = = = + − + − Kiểm tra khả năng chòu ép mặt theo điều kiện : cos cos r em em em em em em em r em em bh N m R F m R N h m R b α α α α α ≤ = ⇒ ≥ Với N em = N BE =2 341 (Kg) m em =1 0 42 2 R 53,17( / ) 12 em kg cm b cm = = 0 2341 cos 42 2,72 1 53,17 12 r h cm × ⇒ ≥ = × × Theo điều kiện cấu tạo: 1 1 14 3,5 4 4 r h h cm< = × = ( h : chiều cao thanh cánh thượng và cánh hạ) Vậy chọn h r = 3 cm. ⇒ Khả năng chòu ép mặt đầu B là: 0 12 3 1 53,17 2575 2341( ) cos cos 42 r em em BE bh m R kg N Kg α α × = × × = > = Với diện tích ép mặt là: 2 0 12 3 48, 44 cos cos 42 r em bh F cm α × = = = Vậy thanh xiên BE đủ khả năng chòu ép mặt ở đầu B. D) Thanh đứng + Dùng thép CT3 có R a = 2100 Kg/cm 2 , tiết diện tròn để làm thanh đứng chòu kéo. + m a = 0,8 : hệ số kể tới độ giảm cường độ do bulon bò khoét răng. + Diện tích tiết diện thanh bụng yêu cầu là: yc a a N F m R = ⇒ Đường kính tiết diện thanh bụng là: 4 yc F φ π = với điều kiện cấu tạo φ ≥ 12mm. * Kết quả tính cho các thanh được lập ở bảng sau: Tên thanh Nội lực (Kg) yc a a N F m R = (cm 2 ) Đường kính φ (cm 2 ) F thực tế (cm 2 ) BD CE 859 2 537 0,511 1,51 12 18 1,131 2,54 E) Tính mối nối thanh cánh Chiều dài thanh cánh thượng là 2x2,010 = 4,02 m < 5m cho nên ta không cần thực hiện mối nối trên thanh cánh thượng. Trang 8 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn Chiều dài thanh cánh hạ là 7,5m cho nên ta cần thực hiện một mối nối. Nhưng do trên một nửa dàn chỉ có hai khoang nên bắt buộc ta phải thực hiện mối nối ở khoang đỉnh dàn vì có nội lực nhỏ hơn khoang đầu dàn. - Sơ đồ bố trí vò trí các mối nối: Chọn 2 bản ốp tiết diện 7 × 14 (cm) Chọn chốt thép đường kính d=14mm - Tra bảng với b= (7+7+12)=26cm > 10d= 14cm ta có: S 1 = 7d= 7 × 1,4 = 9,8 cm ⇒ Chọn S 1 =10cm S 2 = 3,5d= 3,5 × 1,4 = 4,9 cm ⇒ Chọn S 2 = 5cm S 3 = 3d= 3 × 1,4 = 4,2 cm ⇒ Chọn S 3 = 4,5cm h min = 2S 3 + S 2 = 2 × 4,2 + 4,9 =13,3 cm < h=14 cm → Đạt 70 120 70 70120 70 S 1 S 1 S 1 S 1 a c a S 3 S 3 S 2 - Tính khả năng chòu lực của liên kết chốt : Theo điều kiện ép mặt lên phân tố biên : ⇒ 80 80 7 1,4 784 a em T ad kg= = × × = Theo điều kiện ép mặt lên phân tố giữa: ⇒ 50 50 12 1,4 840 c em T cd kg= = × × = Theo điều kiện uốn chốt : 2 2 2 2 2 2 180 2 180 1,4 2 7 380,8 250 250 1, 4 490 u T d a kg d kg= + = × + × = < = × = Vậy khả năng chò lực của một mặt cắt chốt là: [ ] min , , 380,8( ) ch a c u u T T T T T Kg= = = - Số lượng chốt ở một bên liên kết là: n chốt = 6558 8,6 2 380,8 DE N nT = = × chốt Bố trí mỗi bên liên kết gồm 4 chốt và 4 bulông Số bulông là để liên kết được chặt chẽ, tránh trượt ra do vênh ngót, hoặc do vận chuyển. Trang 9 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn 100100 120 120120100100100 45 50 45 140 7012070 120 100 100 100 - Kiểm tra khả năng chòu kéo của tiết diện thu hẹp theo điều kiện kéo uốn 120 45 60 45 1414 2 3 3 2 4 3 12 14 2 1, 4 12 134, 4( ) 12 14 12 1, 4 ( 1,4 12 2,5 ) 2959,5( ) 12 12 2 2959,5 2 422,8( ) 14 th th x th x th F cm J cm J x W cm h = × − × × = × × = − + × × = × = = = Lấy moment tính toán là M g = 16108 (Kgcm) Hệ số điều kiện làm việc khi kéo là m k = 0,8; do có giảm yếu Kiểm tra: 6558 16108 0,762 1 0,8 120 134, 4 1 150 422,8 g ED k k th th u u M N m R F W R m + = + = < × × × × ⇒ Đảm bảo khả năng chòu lực. F) Tính mộng đầu dàn - Lực nén cánh trên: N AB = -7025 kg - Lực kéo cánh dưới: N AD = 6558 kg - Tiết diện thanh cánh thượng và thanh cánh hạ là: 12 × 14 cm Trang 10 [...]... = × = 1006, 4 kgcm lg 8 20 8 * Bề dày gỗ nối: 6M 6 ×1006, 4 δg = = = 2, 012cm bg Ru 20 ×150 Chọn δ g = 3 (cm) Vậy kích thước gối kèo là 40x20x3 cm G) Tính toán kiểm tra các mắt dàn - Cấu tạo mắt giữa dưới như sau: Trang 13 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn 140 140 70 70 bulon Φ18 - Kiểm tra của ép mặt thanh xiên lên ụ đệm: Trường hợp này, diện tích ép mặt lớn hơn trường hợp đã tính ở phần thanh... Tuấn N AD 6558 q= = = 234, 2kg / cm 2h 2 ×14 - Moment uốn lớn nhất: N l h h 6558 19 234, 2 ×14 2 M max = AD × − q × × = × − = 9837,35 kgcm 4 2 2 4 4 2 8 - Kiểm tra: M 9837,35 σ = max = = 1277,57 kg / cm 2 < R = 2100 kg / cm 2 Wx 7, 7 - Tính gối tựa - Bề rộng gối: bg = RA 3508 = = 13,3(cm) 90 bRem 12 × 22 Chọn bg = 20 (cm) - Bề dài gối lấy theo cấu tạo: lg= 40 (cm) - Bề dày gối đỡ xác đònh từ điều kiện... đai - Đặt ở đầu khối ụ đệm 1 thép [ nằm ngang và 2 thép L100 × 8 nằm đứng Các đai được liên kết với 2 thép góc đứng này Trang 11 SVTH : Vũ Lâm Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn 140 190 240 190 70 120 70 - Tính thép [ ngang : - Sơ đồ tính toán : q=546,5 kg/cm 120 35 q= 190 35 N AD 6558 = = 546,5kg / cm b 12 - Moment uốn lớn nhất : N l b b 6558 19 546,5 ×122 M max = AD × − q × × = × − = 21313 kgcm 2 2 2 4 2 2... 15 (12 − 1,8) × 12,52 Wth = = 265, 6(cm3 ) 6 120 Kiểm tra: Mg N DE 6558 16108 + = + = 0,923 < 1 mk Rk Fth Wth Ru mu 0,8 × 120 × 131, 7 1×150 × 265, 6 Vậy đảm bảo khả năng chòu lực H) Cấu tạo và tính toán mắt đỉnh dàn - Cấu tạo mắt đỉnh dàn như sau 90 140 140 bulon Φ18 - Kiểm tra ép mặt đỉnh ( xiên thớ góc α = 210 )  h   14  Fem = (b − d )  = 152,9cm 2 ÷ = (12 − 1,8)  0 ÷  cos α   cos 21  0... Chí Đức GVHD : Võ Văn Tuấn - Với nội lực và tiết diện thanh đầu dàn như trên các giải pháp mộng một răng và mộng 2 răng đều không đạt yêu cầu chòu lực Vì vậy để dàn có độ tin cậy cao ta dùng giải pháp cấu tạo mộng tỳ đầu có đai thép - Dùng hai bản ốp tiết diện 7x14 cm Chốt thép đường kính d = 14mm a) Kiểm tra ép mặt ở khối ụ đệm - Diện tích ép mặt : Fem= b × h = 12 × 14 = 168cm2 - Khả năng chòu ép... thanh cánh hạ: + Lực ép mặt là: N em = 2 N BE sin 210 = 2 × 2341× sin 210 = 1677,8 kg + Diện tích ép mặt yêu cầu là: N em 1677,8 Fem = = = 76, 26cm 2 900 1× 22 mem Rem Fem 76, 26 = = 6,35cm b 12 Theo cấu tạo : h h  h  lu = 2  ED + BE cos 210 ÷cot g 210 + 2  BE sin 210 ÷ 2  2   2  yc → lem ≥  14 7  7  = 2  + cos 210 ÷cot g 210 + 2  sin 210 ÷ = 56cm > l yc  2 2  2  Chọn l= 56cm -... Cường độ tính toán của thép đai có ren ốc là: Rđ= 0,8Ra = 0,8 × 2100 = 1680 (Kg/cm2) - Tiết diện cần thiết của 1 đai là: N 6558 Fth = AD = = 1,14cm 2 4nk Rd 4 × 0,85 × 1680 Chọn đai φ18mm c) Tính liên kết 2 bản ốp vào thanh cánh hạ - Dùng chốt thép d= 14mm - Cách tính giống như nối thanh cánh hạ ở trên - Số lượng chốt yêu cầu nc= 10 chốt Bố trí 4 chốt và 6 bulon như trên NAB 95 190 240 100 NAD 100 100 . đầu dàn 10 a) Kiểm tra ép mặt ở khối ụ đệm 11 b ) Tính đai thép 11 c) Tính liên kết 2 bản ốp vào thanh cánh hạ 11 G) Tính toán kiểm tra các mắt dàn 13 H) Cấu tạo và tính toán mắt đỉnh dàn 15 Trang. Văn Tuấn , , , 1 1 1 27,17 1, 4 1,1 157,5 1,4 202,5 1,1 1,875 859 ,11 2 2 P 818,8 859 ,11 838,95 2 2 1 (3 3 ) 1,5 (818,8 859 ,11) 2516,86 2 bt tr tr g P p g d kg P kg R P P kg         =. BD: F đ = 2 859 0, 511 0,8 2100 BD a a N cm m R = = × - Đường kính thanh đứng: d đ = π π × = = = < d 4F 4 0, 511 0,80 8 12cm mm mm Chọn d đ =12mm theo điều kiện cấu tạo. - Ta có: h 1 =