ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP ĐẠI HỌC THỦY LỢI THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN MẶT

Đồ án môn học KếT CấU THéP đồ án môn học kết cấu thép thiết kế cửa van phẳng trên mặt đề số:15. I - Tài liệu thiết kế: - Bề rộng lỗ cống: L 0 = 10(m). - Cao trình ngỡng: = 0. - Cột nớc thợng lu: H 1 = 7,5(m). - Cột nớc hạ lu: H h = 0. - Vật chắn nớc đáy bằng gỗ, vật chắn nớc bên bằng cao su hình chữ P. - Vật liệu chế tạo van: + Phần kết cấu cửa: Thép CT3. + Trục bánh xe: Thép CT5. + Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT35 . + ống bọc trục bằng đồng. + Liên kết hàn: Que hàn E42. - Hệ số vợt tải của áp lực thủy tĩnh và trọng lợng bản thân: n = 1,1. - Độ võng giới hạn của dầm chính: 600 11 0 = n ; của dầm phụ: 250 11 0 = n . - Cờng độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo nhóm 4 bảng 1-5 trang 8 Giáo trình KCT: R = 1490 daN/cm 2 . R U = 1565 daN/cm 2 R C = 895 daN/cm 2 R emd = 2230 daN/cm 2 GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 1 Đồ án môn học KếT CấU THéP ii. nội dung thiết kế: 1/Sơ bộ xác định các kích th ớc cơ bản: * Sơ bộ chọn chiều dày bản mặt là: bm = 10(mm) = 1(cm). * Nhịp tính toán của cửa van: Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe. Thông thờng chọn c = 250 ữ 300(mm); ở đây chọn c = 300(mm) = 0,3 (m). => Nhịp tính toán cửa van là : L = L o + 2.c = 10 + 2.0,3 = 10,6(m). * Chiều cao toàn bộ cửa van là: h v = H 1 + H 1 = 7,5(m) Chiều cao cột nớc thợng lu. - Độ vợt cao an toàn, thờng lấy: = 300 ữ 500(mm). Lấy = 0,5(m) h v = 7,5 + 0,5 = 8(m). * Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy một đoạn: Z = == 3 5,7 3 H 2,5(m). * Chọn đoạn công xôn phía trên(a 1 ): GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 2 a 2 a d a t a 1 < 0,45.h 2H/3 H/3 W h 30 O Đồ án môn học KếT CấU THéP Thờng chọn: a 1 0,45 h v = 0,45.8 = 3,6(m). Chọn a 1 = 3,5(m). Vị trí dầm chính bố trí theo nguyên tắc chịu tải trọng bằng nhau. Nên để 2 dầm chính chịu lực giống nhau thì phải đặt cách đều tổng áp lực nớc. Nh vậy khoảng cách 2 dầm chính là: a = 2(h v a 1 Z) = 2(8 - 3,5 2,5) = 4(m). * Đoạn công xôn phía dới(a 2 ): a 2 = h v (a 1 + a) = 8 (3,5 + 4) = 0,5(m). Khoảng cách từ dầm chính trên đến tâm hợp lực : a t Khoảng cách từ dầm chính dới đến tâm hợp lực : a d Sơ bộ chọn a t = a d = a/2 = 4/2 = 2 (m). Lực tác dụng lên mỗi dầm chính là: q=W/2 = .H 2 /4 = 10.7,5 2 /4 =140,625 (kN/m). - Các dầm phụ dự kiến sử dụng loại thép I22 có bề rộng bản cánh b f khoảng 110(mm). + Giữa 2 dầm chính đặt 4 dầm phụ, nh vậy khoảng cách giữa các mép dầm phụ là 690 mm (thoả mãn điều kiện 70 bm , dự kiến bm = 10 mm). + Đoạn công xôn phía trên đặt 3 dầm phụ. Khoảng cách từ mép trên cửa van tới trục dầm phụ gần nhất là 900 mm, khoảng cách giữa các dầm còn lại là 800 mm. - Khoảng cách giữa các dàn ngang(nhịp dầm phụ l f ) thờng chọn là: h < l f <2h. Dự kiến đặt 3 dàn ngang và 2 dầm biên 2 đầu, nên: l f ).(65,2 4 6,10 m== 2/Tính toán bản mặt. Tính toán dựa trên cơ sở trong một hàng ngang giữa 2 dầm phụ dọc chỉ cần tính cho một ô, các ô khác có cùng kích thớc, chịu lực nh nhau nên tính toán t- ơng tự. Vì tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của các ô b/a > 2 nên ta tính toán nh một bản tựa lên hai cạnh. GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 3 Đồ án môn học KếT CấU THéP Bản mặt đợc tính nh sau(xét một dải có chiều rộng bằng 1): w M = m.R U ; Với: W bm 6 .1 2 bm = ; M 16 . 2 i pb = . U i i bm Rm p b . 61,0 . Trong đó: m Hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1. p i - Là cờng độ áp lực tại trung tâm mỗi ô. b - Cạnh ngắn của ô bản mặt. a - Cạnh dài của ô bản mặt. R u = 1565 ( daN/cm 2 ) : cờng độ chịu uốn của thép làm bản mặt . Điều kiện 6 mm. Để tiện tính toán ta lập bảng tính sau. tính toán chiều dày bản mặt Số hiệu ô bản mặt p i (daN/cm 2 ) a i (m) b i (m) b a u i R p bm (cm) I 0.020 2.65 0.9 2.94 0.0036 0.20 II 0.085 2.65 0.9 2.94 0.0074 0.40 III 0.175 2.65 0.9 2.94 0.0106 0.58 IV 0.260 2.65 0.8 3.31 0.0129 0.63 V 0.340 2.65 0.8 3.31 0.0147 0.72 VI 0.420 2.65 0.8 3.31 0.0164 0.80 VII 0.500 2.65 0.8 3.31 0.0179 0.87 VIII 0.580 2.65 0.8 3.31 0.0193 0.94 IX 0.660 2.65 0.8 3.31 0.0205 1.00 X 0.725 2.65 0.5 5.30 0.0215 0.66 Từ kết quả bảng trên ta chọn chiều dày bản mặt bm = 1(cm) = 10(mm). 3/Tính toán dầm chính. a/ Chọn thiết diện dầm chính. - Chọn chiều cao dầm chímh dựa theo điều kiện kinh tế GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 4 Đồ án môn học KếT CấU THéP 3 ycbkt W kh = Trong đó : Chọn k = 1,4 ; chọn b = 130; W yc = u R Mn max n- Hệ số vợt tải, lấy n = 1,1. R u = 1565 (daN/cm 2 ) M max = = = 2 10 6,10. 4 10.625,140 2 . 4 . clcl L L Lq 1968,75(kN.m). W yc == 4 10. 1565 75,1968.1,1 13837,9(cm 3 ) => h kt = = 3 9,13837.130.4,1 136,1(cm). - Xác định chiều cao dầm chính theo điều kiện độ cứng: h min = 1 2 . . . . 24 5 K K pnqn pq nE nLR tc p tc q tctc ou + + Trong đó : n o = 600; E = 2,1.10 6 daN/cm 2 ; q tc = 140,625 kN/m Chọn n q = n p = 1; K 1 = 1,1 Hệ số tính đến ảnh hởng của trọng lợng bản thân; K 2 = 1,08 Hệ số tính đến sự tăng độ võng do việc thay đổi chiều cao dầm chính ở gối tựa. => == 1,1 08,1 . 625,140.1 625,140 . 10.1,2.1,1 600.10.6,10.1565 . 24 5 6 2 min h 88,14(cm). => Chọn chiều cao bản bụng: h b = 140(cm). - Chọn chiều dày bản cánh là: c = 20(mm) = 2(cm). - Nh vậy chiều cao dầm chính là: h = h b +2 c + bm = 140 + 2.2 + 1 = 145(cm). h c = h b + 2 1 (2 c + bm ) = 140 + 2 1 (2.2 + 1) = 142,5(cm). - Chiều cao đầu dầm chính là: h 0 = 0,6h = 0,6.145 = 87(cm); Chọn h 0 = 85(cm). - Xác định chiều dày bản bụng: GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 5 Đồ án môn học KếT CấU THéP + Theo điều kiện chống cắt: b cb Rh Q . 5,1 = ; Q === 2 10.625,140.1,1 2 Lqn 773,4(kN). b == 95,8.140 4,773.5,1 0,926(cm). + Chiều dày bản bụng khi không đặt sờn dọc: b === 130 140 b b h 1,076(cm). Chọn b =12(mm) = 1,2(cm). - Xác định kích thớc bản cánh: Mô men quán tính yêu cầu của bản cánh: J c yc =J yc J b = W yc . == 12 140.2,1 2 145 9,13837 12 2 3 3 bb h h 728847,75(cm 4 ). F yc ).(8,71 5,142 75,728847.2 .2 2 22 cm h J c yc === Với chiều dày cánh đã chọn c = 2(cm), ta có chiều rộng cánh là: b c 9,35 2 8,71 c === c ỹ F (cm). Theo quy cách của thép ta chọn b c = 36(cm) = 360(mm). - Góc thoát nớc a = arctg = 45,1 18,05,0 12 0 26 < 30 0 Bản bụng của dầm chính dới phải khoét lỗ. -Vì bản chính đợc hàn trực tiếp với bản mặt nên cần xét tới bản mặt cùng tham gia chịu lực. Bề rộng bản bụng tham gia chịu lực đợc xác định từ các điều kiện sau: + b b c + 50. bm = 360 + 50.10= 860(mm). + b (a tr + a d )/2 = 800(mm). + b 0,3.L = 0,3.10600 = 3180(mm). GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 6 Đồ án môn học KếT CấU THéP Vậy chọn b = 800(mm). Thiết diện cuối cùng của dầm chính nh hình vẽ. Trục trung hoà đi qua trọng tâm bản bụng. b/Kiểm tra thiết diện chọn. Xác định chính xác các đặc trng hình học của thiết diện chọn theo hình vẽ, ta có: F = F I + F bm = (2.360.20 + 12.1400) + 800.10 = 31200 + 8000 = 39200(mm 2 ) = 392(cm 2 ). y c = 8,14 392 )5,072.(80 = + = i i F S (cm). J x = J xI + F I .14,8 2 + b. 12 3 bm + F bm . 2 )8,145,72( J xI = 1000352(cm 4 ). J x = 1000352 + 392.14,8 2 + + 12 1.80 80.57,7 2 = 1335042,35(cm 4 ). W xanhất = 67,15380 8,142/144 35,1335042 1,242/ max = + = + = h J y J xx cm 3 - Đối với thiết diện đầu dầm bị thay đổi có h 0 = 0,85(m) có các đặc trng hính học là: F = F I + F bm = (2.360.20 + 12.810) + 800.10 = 241200 + 8000 = 32120(mm 2 ) = 321,2(cm 2 ). y c = 7,10 2,321 )5,05,42.(80 = + = i i F S (cm). J 0 = J xI + F I .10,7 2 + b. 12 3 bm + F bm . 2 )7,105,42( J xI = 301196,1(cm 4 ). J 0 = 301196,1 + 321,2.10,7 2 + + 12 1.80 80.31,8 2 = 418876,2(cm 4 ). S 0 =36.2.41 + = 4 81 . 2 81.2,1 3936,15(cm 3 ). GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 7 Đồ án môn học KếT CấU THéP - Kiểm tra kích thớc dầm chính đã chọn theo điều kiện ứng suất pháp: max = 1408 67,15380 10.75,1968.1,1 4 max == xanhất W M (daN/cm 2 ). max < R u = 1565(daN/cm 2 ). - Kiểm tra kích thớc dầm đã chọn theo điều kiện ứng suất tiếp: max === 2 0 0 10. 2,1.2,418876 15,3936.4,773 . . b J SQ 605,6(daN/cm 2 ). max < R c = 895(daN/cm 2 ). - Kiểm tra điều kiện độ võng: Phải xét tới dầm chính thay đổi tiết diện: hệ số thay đổi tiết diện = 0,8. 600 11 8,1031 1 35,1335042.10.1,2.8,0 10.6,10.10.75,1968 . 48 5 . . 48 5 0 6 24 max =<=== nJE LM L f x tc . - Kiểm tra độ ổn định cục bộ của dầm: b .11067,116 2,1 140 >=== b b h Cần thiết đặt sờn chống đứng và kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng: Thanh cánh của giàn ngang đợc liên kết với bản bụng của dầm chính, nên nó chuyển lực tập trung vào bản bụng dầm, vì thế ở vị trí nối tiếp giữa bản bụng dầm chính và thanh cánh của giàn ngang, bản bụng dầm chính cần đợc tăng cờng bằng sờn gia cố đứng. Vì khoảng cách giữa các sờn đó bằng 265cm < 2h b = 2.140 =280 nên không phải đặt thêm sờn chống đứng. Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm chính theo công thức sau: 2 th b 2 th b + m =1. b - ứng suất pháp ở mép nén của bản bụng(trục x đi qua trọng tâm bản bụng) GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 8 Đồ án môn học KếT CấU THéP b = 2 . b x h J M M- Mômen lấy tại tâm của hình vuông(cách gối tựa một đoạn Z) có cạnh là h b , đối với các ô số 1, số 2 không phải là hình chữ nhật thì coi nh hình chữ nhật có chiều cao trung bình giữa ô. M = A.Z q. 2 2 CZ . ở đây: c ).(3,0 2 106,10 2 m LL cl = = = A 703 2 10.625,140 2 . === cl Lq (KN) b = bb .h Q Q: lực cắt lấy cho điểm giữa ô: Q = A q.(Z C) = 703 140,625.(Z 0,3). - ứng suất pháp tới hạn: th = k o ( 32 10.) .100 b b h (daN/cm 2 ). K 0 =f(), = C. 3 . b c b c h b . ở đây cánh nén hàn cứng vào bản mặt nên C = > 30 K 0 =7,46 (phụ lục 4). th = 7,46( = 32 10.) 140 2,1.100 5481(daN/cm 2 ). 3 2 b 2 th 10. d .100 95,0 25,1 à += (daN/cm 2 ). à - Tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn. d - Chiều dài cạnh ngắn của ô kiểm tra. Ta lập bảng tính sau: GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 9 Đồ án môn học KếT CấU THéP Số TT ô d (m) Z (m) M (kNm) Q (kN) b (daN/cm 2 ) b (daN/cm 2 ) th (daN/cm 2 ) à th (daN/cm 2 ) 1 1.11 1.325 894.5 558.9 566.1 332.7 5481 2.39 1655.7 2 1.4 3.975 2320 186.2 1851.5 110.8 5481 1.89 1113.2 Từ kết quả bảng trên ta thấy tất cả ô bản bụng của dầm chính đều thoả mãn điều kiện ổn định cục bộ. c/Tính liên kết giữa bản cánh và bản bụng dầm: h dh = h g o o c R J SQ 2 1 . . max . 5112 2 240 .2.36 2 . = + = + = cb cc o c h bS (cm 3 ). J o = 418876,2 cm 4 R h g = 1045 daN/cm 2 => h dh = 65,0 1045.4,1 1 . 2,418876 5112.10.4,773 2 = (cm). Chọn h dh = 0,7(cm). 4.Chọn kích th ớc cột biên. L < 20(m) ta chọn cột biên kiểu 1 bản bụng(đối với van gối tựa bánh xe). Chiều cao cột biên bằng chiều rộng đầu dầm chính h cb = h 0 = 850(mm), chiều rộng cánh cột biên b cb = 300(mm), chiều dày cánh cột biên lấy bằng chiều dày cánh dầm chính cb = 20(mm). 5.Tính toán dầm phụ dọc: Ta coi dầm phụ dọc nh dầm đơn, nhịp là khoảng cách giữa hai dàn ngang và chịu tải trọng phân bố đều có cờng độ : q i = p i .b i = p i . 2 aa dt + (daN/cm) a t : khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm trên nó . a d : khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm dới nó p i : áp lực thuỷ tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm 2 ) Ta lập đợc bảng tính toán sau: GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 10 [...]... bố trí bánh xe nằm ngay sau dầm chính, nh vậy hai bánh xe chịu lực đều nhau, trụ biên chịu mô men uốn nhỏ a Tính bề rộng và đờng kính bánh xe: Tỷ số giữa bề rộng và đờng kính bánh xe vào khoảng từ 3ữ5 Bánh xe đợc chế tạo từ thép đúc CT35d ứng suất cho phép : [] = 1500 daN/cm2 GVHD: Đỗ Văn Hứa 23 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 Đồ án môn học KếT CấU THéP Chọn bề rộng bánh xe Lx = 150 mm Đờng kính bánh xe... 1/2.10.7,52.2,65 = 745,3 kN => Sai số cho phép < 5% c.Tính nội lực trong thanh giàn ngang: Giả thiết các thanh giàn liên kết khớp với nhau, ta dùng phơng pháp tách mắt để xác định nội lực trong các thanh giàn Kết quả tính toán đợc thể hiện trong bảng GVHD: Đỗ Văn Hứa 13 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 78 Đồ án môn học KếT CấU THéP Ký hiệu Nội lực Trạng thái Chiều dài thanh giàn 01 12 23 34 45 08 87 76 65 18 28 27... cờng độ và biến dạng 6/Tính dàn ngang: 0 W1 q1 q2 1 2 q3 q4 q5 8 W2 W2 7 3 4 5 6 a.Vẽ sơ đồ dàn ngang và xác định chiều dài của các thanh giàn: Ta có sơ đồ tính toán nh hình vẽ trên, để tiện tính toán ta lập bảng tính chiều dài hình học nh sau: GVHD: Đỗ Văn Hứa 12 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 Đồ án môn học KếT CấU THéP Kí hiệu thanh dàn Chiều dài (cm) 01 08 12 18 23 27 28 34 36 37 45 46 56 67 175 188,5... daN/cm2 c Bánh xe ngợc hớng và bánh xe bên: GVHD: Đỗ Văn Hứa 25 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 Đồ án môn học KếT CấU THéP Bánh xe ngợc hớng và bánh xe bên làm bằng cao su đúc có đờng kính 200mm và trục bánh xe có đờng kính d = 40 mm 8 Vật chắn nớc và bộ phận cố định: Vật chắn nớc hai bên làm bằng cao su đúc Vật chắn nớc dới đáy làm bằng gỗ, kích thớc thanh gỗ có chiều rộng bằng chiều cao thép chữ C của... Thanh cánh thợng ngoài chịu lực dọc còn chịu uốn cục bộ, tiến hành tính toán nh một thanh chịu kéo (nén) lệch tâm, tiết diện dùng là tiết diện chữ I GVHD: Đỗ Văn Hứa 14 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 l34 l45 Đồ án môn học KếT CấU THéP Thanh cánh thợng nên dùng thống nhất một loại số hiệu, các thanh còn lại ta chọn 2 thanh đại diện, một thanh có nội lực lớn nhất và một thanh có chiều dài tính toán lớn nhất... 42C3 Đồ án môn học KếT CấU THéP *Chọn tiết diện thanh chịu nén trung tâm: - Ta tính cho thanh chịu nén lớn nhất đồng thời có chiều dài tính toán lớn nhất là thanh 37 : N = 272,69(kN) , l = 244(cm) Giả thiết gt = 100 => = 0,60 70 x N 272,69.10 2 = = 30,5 (cm2) Diện tích yêu cầu : Fyc = R 0,60.1490 Đối với thanh bụng : gt = 100 ữ 120 y lx= 0,8.l = 0,8.244 = 195,2(cm) ly = l = 244(cm) - Bán kính quán... 0,81.27,8 = 1211 daN/cm2 < R= 1490 daN/cm2 min GVHD: Đỗ Văn Hứa 16 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 Đồ án môn học KếT CấU THéP max= 70,7 gh = 150 *Chọn tiết diện thanh chịu kéo lệch tâm: Đối với thanh chịu kéo lệch tâm đều là thanh cánh sát bản mặt, ta chỉ chọn một loại tiết diện x 120 Giả thiết chọn tiết diện chữ I gồm 2 thanh thép góc C ghép lại : 2C No=18 52 Ta có: F1 = 20,7cm2; Wx1 = 121cm3 y => F = 2.F1 = 2.20,7.. .Đồ án môn học KếT CấU THéP xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ pi Tên dầm phụ 1 2 3 4 5 6 7 0.04 0.13 0.22 0.38 0.46 0.54 0.62 ad (cm) bi (cm) 90 90 90 80 80 80 80 (daN/cm2) at (cm) 90 90 80 80 80 80 80 qi 90 90 85 80 80 80 80 (daN/cm) 3.6 11.7 18.7 30.4 36.8 43.2 49.6 Từ kết quả tính toán bảng trên ta thấy dầm số 7 chịu lực lớn nhất: qTC7 = 49,6(daN/cm2)... điều kiện sau: a l tr + l d = 80(cm) 2 a 50.bm + bf = 50.1 + 11 = 65(cm) a 0,3.lf = 0,3.265 = 79,5(cm) Tiếp nhận a = 65(cm) để tính toán Tính toán các đặc trng hình học của mặt cắt ghép: GVHD: Đỗ Văn Hứa 11 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 Đồ án môn học KếT CấU THéP F = Ff + Fbm = 30,6 + 65,1 = 95,6(cm2) yc = S F i = i 65.(11 + 0,5) = 7,8 cm 95,6 Jx = J xf + Ff.7,82 + a 3 bm + Fbm (11,5 7,8) 2 12... Các thanh xiên chọn cùng một loại số hiệu (dùng thép góc đơn số hiệu không nhỏ hơn L 60ì6) Từ bảng tính nội lực trên ta thấy thanh xiên số hiệu 08 chịu nén lớn nhất: N = 125,49 kN ; l = 447,6 cm Giả thiết gt = 100 => = 0,60 N 125,49.10 2 = = 14 cm2 Diện tích yêu cầu : Fyc = .R 0,60.1490 GVHD: Đỗ Văn Hứa 19 SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3 Đồ án môn học KếT CấU THéP Đối với thanh bụng : gt = 100 ữ 120, lx=