Thơng
LỜI NĨI ĐẦU
Qua những lần được nhà trường và khoa liên hệ cho đi thực tập ngồi trường tại
các cơng ty, chúng em là ky sư cơng nghệ hàn nhận biết được rang ngồi những mơn
học như: Cơng nghệ hàn, Thiết bị hàn thì mơn Kết cấu hàn cũng là mỘt trong những mơn học được ứng dụng rất nhiều trong thực tế mà chúng em cần nắm vữỮng và phát triển
Kết cấu hàn là mơn học được đưa vào trong chương trình đào tạo sinh viên
nghành hàn, với mục tiêu trang bị cho sinh viên một lượng kiến thức và vận dụng một
cách linh hoạt các kiến thức đã học của chuyên nghành hàn vào việc chế tạo các kết cấu cụ thể.Đồ án kết cấu hàn là một bài tốn cần giải quyết các vấn đề về kết cấu bao
gồm: thiết kế kết cấu, kiểm tra độ bền kết cấu, thiết kế mối hàn và kiểm tra độ bền
mối hàn
Đồ án mơn học kết cấu là cơ hội để chúng em cĩ thể kiểm tra và tống hợp lại kiến thức đã học.Trong kỳ học này chúng em được giao đề tài “Tính tốn, thiết kế hệ
thống dầm chịu lực cho cầu chịu được tải trọng an tồn” Sau thỜi gian nghiên cứu,
đồ án của chúng em đã hồn thành và được trình bày gồm 5 phần như sau:
Phần I: Tổng quan
Phần II: Phân tích kết cấu
Phần III: Tính tốn thiết kế kết cấu Phần IV: Xây dựng qui trình hàn
Phần V: Kết luận- kiến nghị
Trong quá trình thực hiện đồ án tuy đã cố tìm tịi, nghiên cứu tài liệu và được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cơ giáo trong tổ mơn đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn trực tiếp Nguyễn Trọng Thơng Nhưng do những hạn chế về mặt kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên đồ án chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sĩt.Chúng em rất mong sự đĩng gĩp ý kiến của các thầy cơ giáo để đồ án cĩ được tính chính xác và
hồn thiện hơn
Trang 2
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP SỬ DỤNG TRONG XÂY
DỰNG DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM
Thép là một trong hai loại vật liệu quan trọng nhất trong xây dựng ở Việt Nam
hiện tại, cùng với vật liệu bê tơng cốt thép Đặc biệt trong các năm gần đây, việc sử dụng thép đã phát triển nhanh chĩng, thay thế cho bê tơng cốt thép (BTCT) trong phần lớn nhà xưởng, nhà nhịp lớn và nhiều cơng trình cơng cộng khác Bài viết này nhấn mạnh sự phát triển của kết cấu thép qua nhiều thời kỳ và xu thế cỦa nĩ trong tương lai từ đĩ định hướng về việc học tập mơn học kết cấu thép như thế nào để đạt hiệu quả Cao
I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU THÉP Ở VIỆT NAM
Thời kỳ cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20
Mọi cơng trình xây dựng, cơng nghệ chế tạo và thi cơng liên quan đến thép đều là của Pháp Do bê tơng cốt thép chỉ được áp dung ở Việt Nam từ những năm 30 và hầu như khơng cĩ kết cấu nhịp lớn, nên hầu hết các nhà cơng nghiệp và cơng trình nhịp lớn như hội trường, rạp hát đều dùng kết cấu thép, ít ra là hệ mái Các nhà xưởng lớn bằng
thép đáng kể là: nhà máy xe lửa Gia Lâm, nhà máy rượu Hải Dương, các hàng ga máy
bay Ởở Gia Lâm va Bạch Mai Cơng nghệ và hình thức kết cấu là ở vào trình độ đương đại: thép cacbon thấp, liên kết đinh tán, thép cán cỡ nhỏ, sơ đồ kết cấu cổ điển.(Cầu
long biên)
Trang 3
Thơng
43 TONKIN — Hanal - Pont sur le Fleuve Rouge [longueur 1800 métres)
Perea i
m3" FAME Mates v in ine A a tee 2 ng
I.2.Thời kỳ những năm 50 và 60:
Sau khi hồ bình lập lại ở Đơng Dương, miền Bắc Việt Nam bắt đầu xây dựng
cơ sở cho nền cơng nghiệp hố, trước hết là các nhà máy cơng nghiệp nặng và cơng
nghiệp nhẹ Lúc đĩ, thép là vật liệu hiếm cĩ và rất quý giá, do hồn tồn nhập tỪ các nước xã hội chủ nghĩa mà tại các nước này, thép cũng rất quý và hiếm Phương châm thiết kế kết cấu thép là: tiết kiệm ở mức cao nhất Do đĩ, chỉ dùng thép cho những nhà
xưởng lớn, cĩ cầu trục nặng, cột cao và nhịp rộng Điển hình là các nhà xưởng của Khu
Liên hợp Gang thép Thái Nguyên Tại đĩ, cĩ những khung tồn thép với dàn nhịp 30 đến
40m, cột rỗng bậc thang đỡ cầu trục 20 đến 75tấn, dầm cầu trục nhịp 18m cao tới 2m Lượng thép tính cho một mét vuơng sàn là khá lớn: 70 đến 100kg/m? Một cơng trình đáng kể nữa là nhà máy Supe Phốt phát Lâm Thao: phần lớn các phân xưởng nhiều tầng hay một tầng đều dùng kết cấu thép Do việc sử dụng thép nhiều mà nhà máy này đã được hồn thành nhanh hơn 1 năm so với viẹc dùng kết cấu bê tơng, việc này đã mang lại lợi ích khơng nhỏ cho nền cơng nghiệp lúc đĩ, (theo ý kiến phát biểu của một vị lãnh đạo ngành xây dựng) Sơ đồ hệ thống kết cấu thơng dụng là: dàn gồm các thép gĩc, cỘt và dầm tổ hợp tấm và thép cán; liên kết hàn, khơng dùng đỉnh tán
Trang 4
Khu liên hợp gang thép thái nguyên
1.2.Thời kỳ những năm 70 và 80:
Bắt đầu sử dụng nhiều kết cấu thép tiền chế nhập từ nước ngồi Điển hình là loại khung kho Tiệp Đĩ là khung nhịp 12 đến 15m, dàn bằng thép Ống, cột thép cán tổ hợp và xà gồ là cấu kiện thành mỏng cán nguội Khung này là nguyên là để làm kho cỏ, sang đến Việt Nam đã được cải tạo để làm kết cấu cho nhà xưởng cĩ các cửa trời và cầu trục, nhà thể thao, và thậm chí cả ga hàng khơng Ngồi ra, nhiều cơng trình dân
dụng như trường học, bệnh viện do các tổ chức nhân đạo trợ giúp nhập từ nước ngồi,
được làm bằng kết cấu thép tiền chế 1 tầng và 2 tầng Phương châm tiết kiệm thép khơng cịn sức mạnh nữa; các yếu tố thuận tiện cho vận chuyển, cho thi cơng, cho việc hồn thành nhanh đã trở nên quyết định
Ở miền Nam Việt Nam trong các thời kỳ đĩ, kỹ thuật xây dựng đã được phát
triển nhanh với sự hỗ trợ của cơng nghệ của các nước tiên tiến Các xu hướng thiết kế
là giống như của phương Tây: thép được áp dụng rộng rãi trong các cơng trình cơng
nghiệp, xưởng đĩng tàu, nhà cao tầng (tới 16 tầng), hang øa máy bay và cả nhà chung cư nhiều tầng
Trang 5
Thơng ie _— Hình ảnh xưởng đĩng tàu
1.3.Thời kỳ những năm 90 đến nay:
Cùng với sỰ phát triển nhanh chĩng của nền kinh tế và của ngành xây dựng, việc sử dụng thép đã tăng nhanh chưa từng thấy Hầu như 100% nhà xưởng là làm hồn tồn hay đại bộ phận bằng thép Những mái nha nặng nề bằng bê tơng cốt thép đã biến mất, thay thế bằng mái tơn nhẹ đặt trên xà gồ thành mỏng Khơng thấy ở đâu dàn BTCT, dầm mái BTCT đúc sẵn một thời phát triển
Trang 6
= \ h AC ‘i Vy ol j Hiển NN/BV, ! Se) to S5 % 00180 -_E = eS a „i ƒ= “ -.Á TT ma A h a ee LH 1H : Le 7 mas F Si Mi; :ÿ §s HP LR Cĩ SH =—— Bị Khung nhà xưởng
Dầm là loại cấu kiện cơ bản trong kết cấu xây dựng.Về mặt chịu lực thì dầm chủ yếu chịu uốn
Ưu điểm nổi bật của dầm thép là cấu tạo rất đơn giản,chỉ phí cho chế tạo dầm khơng lớn, do đĩ dầm được sử dụng rất phổ biến
Với loại kết cấu nhịp lớn như sân vận động,hănga máy bay,nhà thi đấu,cầu đường bộ, đường sắt thì chỉ cĩ dầm thép mới đáp ứng được.Bằng chứng là đã cĩ rất
Trang 7Thơng
nhiều cơng trình nhƯ nhà thi đấu, hănga máy bay,cầu đường bộ, đường sắt sử dụng dầm thép đã được xây dựng ở nước ta cũng như nhiều nơi khác trên khắp thế giới
So với các loại dầm khác như dầm bê tơng cốt thép thì để vượt được các nhịp lớn, dầm thép cũng tốt hơn cả vì nĩ vừa cĩ khối lượng bản thân nhẹ, vừa cĩ khả năng chịu lực lớn, Do đĩ khi vượt nhịp lớn thì chiều cao dầm thép sẽ khơng quá lớn, tạo khơng gian sử dụng lớn
Với cách sử dụng tiết diện dầm thép thì việc thi cơng sẽ đơn giản hơn,thời gian thi cơng nhanh ( vì chủ yếu chỉ là các liên kết bằng mối hàn và bu lơng) cơng trình nhanh chĩng được đưa vào sử dụng
Ngày nay, với xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật thì kết cấu thép ngày càng được nghiên cứu, phát triển, hồn thiện hơn, sử dụng ngày càng rộng rãi hơn trong
nhiều cơng trình khác nhau từ nhỮng cơng trình nhỏ như nhà ở, nhà máy, xí nghiệp cho
đến các cơng trình địi hỏi vượt nhịp lớn như nhà thi đấu, sân vận động, hănga máy bay, các cầu
Dầm thép cĩ rất nhiều loại tiết diện khác nhau như dầm hình ( chữ I, C,hình trịn), dầm tổ hợp, dầm hộp,dầm cĩ sườn lượn sĩng,
Mỗi loại dầm đều cĩ những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đĩ tùy thuộc các điều kiện về loại kết cấu cơng trình, về giải pháp kiến trúc, thi cơng, điều kiện về kinh tế kỹ thuật, mà sử dụng các loại dầm khác nhau.Chẳng hạn với những cơng trình cần vựơt nhịp nhỏ ( thường là < 6m) thì cĩ thể sử dụng dầm thép hình, với những cơng trình lớn hơn ( < 18 m) thì cĩ thể sử dụng loại dầm tổ hợp, với những cơng trình vượt nhịp > 36 m thì người ta cĩ thể sử dụng dầm hộp
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài của mình, chúng em tự nhận thấy rằng đối với kết cấu cầu và khơng cĩ đường sắt chạy qua và với tải trọng như kết cấu chủ yếu chịu mơmen uốn vậy thì chúng ta sẽ lựa chọn kết cấu là dầm hàn tổ hợp chữ I vì:
Là dầm được làm từ các bản thép hoặc từ các bản thép và các thép hình.Vì dùng liên kết hàn để liên kết các bộ phận của dầm thì dầm được gọi là dầm tổ hợp hàn
Dầm tổ hợp hàn gồm 3 bản thép, 2 bản đặt nằm ngang gọi là 2 cánh dầm, bản
Trang 8Với dầm thép chữ I do cĩ tiết diện đối xứng, lại cĩ mơmen chống uốn đối với trục x-x khá lớn nên rất hợp lý với những dầm chịu uốn phẳng như dầm sàn nhà,dầm sàn cơng tác, dầm cầu
Tính tốn chỉ tiết của dầm như liên kết cánh với bụng, cụ thể như sau: + Chọn tiết diện dầm
+ Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài, dày
+ Kiểm tra độ bền, độ võng, độ ổn định của dầm tổ hợp + Ổn định tổng thể của dầm thép
Ngồi cách tính cổ điển trên ngày nay người ta cịn sử dụng phần mềm tính tốn kết cấu Midas Kinh nghiệm thiết kế cho thấy khi nhịp và tải trọng lớn ( l > 12m, q> 2000 daN/m) nếu dùng dầm hình thì hoặc là khơng đủ bền hoặc là độ cứng khơng đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể, nếu đủ thì kết cấu sẽ nặng nề và tốn thép.Trong trường hợp này dùng dầm tổ hợp sẽ kinh tế hơn Do đĩ phạm vi áp dụng của dầm tổ
hợp sẽ rộng rãi hơn
wl wl
II.PHÂN TicH kK ET CAU
IT.1.Các thơng sO:
-Chiéu dai cau M=18 mét
-Số lượng xe nằm yên trên cầu n=6xe
Trang 9
Thơng
-Tải trọng mỗi xe Q= 80 tan
K 13m0 Th
-Các xe duc nam dàn đều trên nhịp cầu I1I.2.Phân tích ,chỌn tiết diện dầm
- Chọn dầm chữ ï ( tổ hợp)
- Vật liệu CT38
Tra bảng 5.1 cơ tính của thép thơng dụng phân nhĩm A ( TCVN 1765 — 25) Tr254 [VI] ta
CĨ:
> Giới hạn chảy :
ơ = 24 (kG/mm”) = 2400 ( kG/ cm?)
> Mơ đun đàn hồi :
E=2,1.10%(kG/ cm?)
> Khối lượng riêng:
y = 7,85 ( g/cm°) = 7,85.10” ( kG/cm})
- Với vật liệu dẻo: ơ, = giới hạn chảy
Trang 10
Giới hạn chảy Mơ đun đàn hồi Khối lượng riêng
( kG/ cm? ) (kG/ cm?) (kG/cm?*)
ơ,=2400 ( kG/ cm?) E = 2,1.10°( kG/ cm?) y =7,85.10-°( kG/cm?)
Với tải trọng của chúng ta với tải trọng đặc trưng là chịu uốn lớn nhất ở giữa dầm và chịu cắt lớn nhất ở 2 đầu dầm
Ly do chọn dầm tổ hợp chữ I là do với yêu cầu của kết cấu là chịu lực tải trọng phân bố đều, dầm chữ ï là tiết diện cĩ mơmen chống uốn lớn nhất với các tiết diện khác cùng diện tích.Dầm chữ I chia làm 2 loại, dầm định hình và dầm tổ hợp
` ` ƒ Up 3 Al 4 Đ ì 7 Uh 2 Dầm tổ hợp Dầm định hình
Dầm định hình cĩ ưu điểm là tiết kiệm cơng chế tạo nhưng nhược điểm là độ dày bản bụng lớn quá yêu cầu về cường đỘ và ổn định cục bộ tuy nhiên dầm định hình vẫn được sử dụng phổ biến, chỉ khi khơng dung được dầm định hình mới dung dầm
ghép
Dầm tổ hợp được tạo bởi các bản thép, liên kết với nhau bằng hàn hoặc đinh tán Dầm hàn dễ chế tạo, do đĩ thường hay dùng Dầm tổ hợp cĩ thể chế tạo các kết cấu cĩ kích thước lớn, tiết diện dầm cĩ thể thay đổi theo chiều dài, do đĩ cĩ thể tiết kiệm được vật liệu Dam chữ 1 cĩ nhược điểm là chịu uốn trong mặt phẳng kém, chịu
xoắn kém và dễ gây mất ổn định tổng thể, do đĩ cần phải cĩ các liên kết theo phương
ngang
Trang 11
Thơng
Do những yêu cầu của kết cấu chúng ta chế tạo, sau khi phân tích chúng ta đi đến quyết định lựa chọn dầm ghép tổ hợp Dầm ghép tổ hợp chữ I gồm: + Hai bản cánh + Một bản bụng R55» [A] 4 Sy L4 L⁄4 ⁄ 2 [| = = i] đ 1 ⁄4 [| RM RRQ Cc Các kích thước của dầm:
h: Chiều cao của dầm b.: Chiều rộng cánh hy: Chiều cao bụng õ,: Chiều dầy bản bụng õ.: Chiều dầy bản cánh
Giữa hai bản cánh và bản bụng được liên kết với nhau bằng liên kết hàn gĩc Chiều cao dầm là kích thước cơ bản của dầm tổ hợp, chính nĩ đánh giá khả năng chịu lực và giá thành của dầm
Trang 12Thường trong quá trình chế tạo kết cấu dầm chữ I chúng ta thường phải tính tốn nhiều lần mới đảm bảo được yêu cầu về độ bền.Thơng thường giữa các lần đĩ thì ta phải thay đổi các kích thước của bản cánh và bung Tuy nhiên sự thay đổi này vẫn phải đảm bảo các kích thứớc tối thiểu đã được quy định
Các kết cấu phụ
° Sàn cầu: Được thiết kế thi cơng đảm bảo điều kiện đủ bền với tải trọng tác dụng ( gồm 6 ơtơ và các kết cấu phụ ) Do đĩ ta chọn sàn cầu bằng bê tơng cốt thép nhằm đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế
° Lan can tay vịn: Đây là hệ thống ngăn cách giỮa phần mép biên cầu và phần khơng gian ngồi của cầu
° Hệ thống biển báo: Đây là những chỉ tiết khơng thể thiếu khi thiết kế một kết cấu cầu
° Gân tăng cường cho dầm chữ I Các gân tăng cường thường là thép tấm hoặc thép gĩc được hàn hoặc liên kết bằng bulơng vào hai bên bản bụng của dầm chữ I Gan tang cường cĩ tác dụng tăng tính ổn định của dầm
Hệ số an tồn
Trong quá trình thiết kế bất kỳ kết cấu nào, chúng ta luơn phải chú ý đến hệ số an tồn ( hệ số vượt tải) n
HỆ sốỐ an tồn giúp cho kết cấu vẫn ổn định khi làm việc quá cơng suất đã thiết kế khi chúng ta chọn hệ số an tồn cần phải chú ý đến các vấn đề:
- Tích chất của vật liệu sử dụng chế tạo
- Điều kiện làm việc và phương pháp tính tốn, yêu cầu mức độ tính tốn - Tính chất quan trọng của kết cấu và yêu cầu về tuổi thọ
- Tính chất của tải trọng tác dụng (nh hay động) và mức độ phản ánh
chính xác
Với yêu cầu của kết cấu của chúng ta chọn hệ sỐ an tồn n = 1,5 ( theo TCVN 2737-
1995)
- Qua khảo sát thực tế và căn cứ vào trọng tải của xe, số lượng nguy hiểm nhất cĩ thể gây ra tải trọng lớn nhất trên một nhịp cầu ta chọn cầu cĩ kích thước, và sỐ lượng dầm
na
Vậy cầu cĩ thước như sau:
Bề rộng của cầu : B=10 (m)
Trang 13
Thơng
Số lượng dầm: nạ=5
Khoảng cách giỮa các dầm S = 2 (m) Bố trí mặt cắt ngang của cầu:
Tổng trọng lượng tác dụng lên dầm
a) Chon sơ bộ khối lượng dầm mụ = 5000 (kG) b) Khối lượng và kích thước của bê tơng: - Đổ lớp bê tơng cĩ chiều dày t„„ = 20 (cm)
- Khối lượng riêng D,„„= 2500 (kG/ m3)= 25.10-“(kG/cm°)
Ta cĩ: V„„„ = 20 1800 1000 = 36.10 (cm?) + Moc = 36.10 25.10-= 90 000 (kG)
c) Khối lượng của lan can
Trang 14+ Chiều rộng đế bệ đỡ : bạ = 50 cm + Chiều rộng phẳntrên : bị=25 cm + Chiều rộng phần vát : bự= 25cm bt by 4 & 3 bd
Cau tao lan can tay vin
Mc = 2(V]c - Dptct )
Vic =Sic -L
Vịc ={b¿( hạ + hy + hy) + hạ bự + 3 by-hy} L
Vic = {25.(10 + 30 + 30) + 10.25 + 5 25:30} 1800 = 427,5.104 (cm3)
Mc = 2 (427,5.104 25.10-4) = 21 375 ( kG)
d) Khối lượng của xe:
m,= n,.Q =6 80 = 480 (T) = 4,8.10° (kG)
e) Khối lượng của phụ kiện:
Phụ kiện của cầu như : cột đèn, đường Ống, Ta lấy khoảng 1000 (kG)
> m= 1000 (kG)
Trang 15
Thơng
Vậy tải trọng thường xuyên mà một dầm phải chịu là:
_1
® QFE (Ma + My yt M+ My)
>Q = : (5000 + 90 000 + 21 375 + 1000) = 23 475 (kG)
Tải trọng của xe tác dụng lên dầm là:
Q, = Lm, = 22°" = 96 000 (kG)
5 5
Xe nằm yên trên cầu nên tải trọng mà một dầm phải chịu là:
Q = Qe + Qy = 23 475 + 96 000 = 119 475 (kG)
Ta cĩ biểu đồ mơ men như hình:
R TT on ai j đo th KT, aS, lim 22 Ê —L[TTIqL MPS] ql a= 8
Trang 16
L
Ta được @max => = 59 738 (kG) va
g; L°
M max — mm = 26 881 875 (kG.cm)
IIIL TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU
IHI.1 Xác định kích thước dầm chữ I
Gan ding xem: h* h, * hy * hạ
a Xác định chiều cao tiết diện dầm h (theo CT 3.13 T115 KCT) với hệ số
vượt tải Y;;= 1,5
I 5 2,3.10Ê 18uU
(A = 55 400 Fs = 109.5 cm
f: CuOng d6 tinh todn thép C (TCVN 5709 : 1993) Bang I.1 Tr285 [I] E: Mơ đun đàn hồi của thép
1: chiều dài nhịp
4 Z A 7 ?
[;]: Tỷ số d6 vong trén nhip gidihan Bang 1.15 Tr307 [I]
Trang 17
Thơng
Mơmen kháng uốn cần thiết :
#„a„ — 2BHH18/5
W= Fy =22.100003 = 12986 cm?
¥-: Gid tri hé s6 diéu kién lam việc Bảng 114 Tr306 [I]
Từ các số liệu trên thay vào cơng thức 3.19 Tr116 KCH, tính được chiều cao kinh tế :
2z|S3WA,, 3/3.12996125
De = _.———= | ¬ = 134,5 cm
X “ X F
4: TỶ số chiều cao và chiều dày bản bụng dàm thép Vì vậy chọn h = 130 mm
b Chọn chiều dày bản bụng
Với h= hạ sử dụng cơng thức kinh nghiệm 3.31(Tr125 KCT) để xác định chiều dày bản bụng: 3y ty Ơy =7 + 1000 3.1095 =7+ nap = 10,285 (mm) Vậy chọn ở; = 15 mm
c Xác định kích thước tiết diện cánh dầm
Theo cơng thức 3.35 Tr126 : 5 — Mmaxh nh 2 — 20E818/5l13U 12/1265, 2 _ c De — ( Fre 2 - 12 ) ne E — 2,3.10°,0,3 2 ~~ 12 i129" ~
Chiều day bản cánh đã chọn ổ; = 2 cm, tính được chiều rộng bản cánh :
b = 72/2 = 36 cm Chọn b = 50 cm
Trang 18
Dài (mm) Rộng (mm) Cao (mm) Dày (mm)
Bản bụng 18000 - 1260 15 Bản cánh 18000 500 - 20 Toan dam 18000 - 1300 - * Khối lượng dầm: ma= Dạ.Vạ Trong đĩ:
D„ạ: Khối lượng riêng
V¿ạ: Thể tích dầm: Da = 7,85.103 kG/cm? Vạ= 2V.+ Vỹ Ve= 2.50.1800 = 180 000 (cm?) V»= 1,5.130.1800 = 351 000 (cm) + V,= 2.180 000 + 351 000= 711 200 (cm*) > Ma= 711 200.7,85 10°= 5580 (kG)
> chọn mạ = 5000 (kG) như ban đầu là hợp lý
HI.2 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn Kiểm tra bền tiết diện:
+) Ứng suất do mơ men uốn sinh ra:
Do m6 men uOn gay ra:
Trang 19
Thơng
l, oo
V6i Wy, = a ( là mơ men chồng uốn)
L= I.+ I, (m6 men quán tính bậc hai của tiết diện)
lạ =-}—° =————= 250 047(cmỶ) b h$ > 2.50% I.= os A 7* = c 12 Tắc 12 + 2.50 64” = 430433 (cmŸ) — ly = 2.430433 + 250047 = 1110913(cm) w — ly _ 1110913 = 17091(cm? “max 65 (cm)
Mơ men uốn:
M, 26881875 2
max = ¥ = “Thai = 197 3(kg/cm“) < [ơ, ]/ 1,5 = 1600 (kG/ cm?)
+ dầm đảm bảo điều kiện bền và khơng phải sử dụng thêm gân tăng cứng +) Kiểm tra Ứng suất cắt:
[7] = (0,5 + 0,6) [ø; ]= (1200 + 1400) (kG/ cm?)
Ứng suất tiếp do lực ngang là:
_ VS,
Lt
Trang 20S : La m6 men quán tính cỦa nửa tiết diện
S=A;.Z=(126 1,5 53 + 50.2 64) = 16417 (cm3)
I, : Là mơ men quán tính bậc 2 của tiết diện
I, = 1110913 (cm*) V = Q, /2 = 119 475 / 2 = 59 738 (kG) 5g/34g.1È641/ 111091315 | — T= 589 (kg/cm”) <[r] Đảm bảo bền III.3 Nối dầm
Vì trên thực tế khổ thép chỉ là 3, 6, 9, 12 mét nên với nhịp cầu dài 18 mét ta sẽ
thực hiện nối dầm
Theo yêu cầu của việc nối dầm nên nối dam ở vi tri M Š 0,85M„„„ và phương thức nối dầm : ta cĩ thể nối 1 đoạn dầm 6m với đoạn dầm 12m Sau đĩ sắp xếp các dầm đảo chiều xen kễ nhau (12m-6m với 6m-12m)
- Khi hàn đối đầu gĩc xiên nên chọn gĩc từ 45° 60% Ở đây ta sử dụng hàn đối
đầu gĩc xiên 45° cho bản bụng
- Trình tự hàn như sau:
> Để giảm ứng suất và biến dạng, khi hàn đường hàn gĩc liên kết cánh và bụng ,Ở đầu đoạn dầm chỗ gần mối nối cần để lại một đoạn khoảng 500 mm
> Hàn đường hàn nối bản bụng dầm trước (đường hàn số 1)
> Tiếp theo là các đường hàn nối bản cánh dầm (đường hàn số 2) vì các đường này cĩ tiết diện và đỘ co ngĩt ngang lớn
> Cuối cùng hàn bổ sung các đoạn hàn liên kết (đương hàn số 3).các đường hàn số 3 cĩ co ngĩt dọc khơng lớn nên khơng gấy ứng suất phụ
Do độ bền chịu nén của đường hàn đối đầu khơng nhỏ hơn của thép làm dầm nên đường hàn nối bản cánh chịu nén và bản bụng dùng đường hàn đối đầu thẳng gĩc và được nối trên cùng một tiết diện
Trang 21
Thơng
Dựa vào biểu đồ momen của dầm chịu lực ta cĩ:
+ CN —|° oR SE eee ee 500 —=| — — @ “NS À2 ] eo SS Se St ®le HT Se 5
Momen tai vi tri ndi dam (%1 = 377 )
qx: (I—x:) 50,1 5.119475.1900
My = =7, = z2 = 14934375 Kg.cm
Như vậy My, = 0,85 Max théa man diéu kién nối dầm Lực cắt tại vị trí đĩ:
dụ; — = Qmax = -59738 = 39825 Kg
Nhung do han ngấu hết bề dày bản thép nên mối hàn đảm bảo bền
HI.4 Kiểm tra ốn định cục bộ của bản cánh và bản bụng:
Trang 22
=ẼẼẼễễ
Mất ổn định cục bộ
Khác với hiện tượng mất ổn định tổng thể làm hình dạng chung của dầm thay đổi, hình dạng tiết diện khơng đổi; cịn sự mất ổn định cục bộ khơng làm thay đổi hình dạng chung của dầm, nhưng hình dạng các tiết diện thì bị thay đổi khác nhau và bị biến dạng khác đi so với hình dạng ban đầu Biến dạng này làm thay đổi thu nhỏ các đặc trưng chịu lực của tiết diện như mơ men kháng uốn W, bán kính quán tính ï; tiết diện mất tính đối xứng, tâm uốn bị thay đổi, cuối cùng là đẩy nhanh tốc độ để dầm sớm bị phá hoại tổng thể Vì vậy cần tìm giả pháp cấu tạo tiết diện, cấu tạo dầm, sao cho sự mất ổn định cục bộ khơng xảy ra
III4.1 Ổn đỉnh cục bộ của bản cánh nén
Liên kết giữa cánh với bụng dầm được xem là khớp Bởi vì bản bụng khá mỏng, khơng ngăn cản được sự quay tự do của bản cánh dày hơn ĐỒng thời khi chịu lực, cĩ thể cĩ một phần bản bụng bị oẫn ngang làm bản cánh bị oăn theo phương đứng
Trang 23Thơng
Ta cĩ cơng thức biểu thị điều kiện bền của bản cánh nén :
bự E
<0,5 f CT 3.48/Tr141- [I]
f
Trong đĩ :
tr: Chiều dày cánh = 2 cm
b„; : Chiều rộng tính tốn của bản cánh dam (chính là phần đưa ra khỏi bản
bụng của bản cánh)
bot = (bc — ổ; ) /2 = (50 — 1,5 ⁄2 = 24 cm 21.10°
o> 24/1,5 = 16 <0,5 23.103 =16< = = 15,1
Vậy : bản cánh thỏa mãn điều kiện
III.4.2 Kiểm tra ổn đỉnh cục bộ bản bụng dầm
Bản bụng dầm tổ hợp hàn là bản mỏng dài chịu tác dụng của ứng suất pháp, Ứng suất tiếp, vì vậy bản bụng dầm cĩ thể mất ổn định do tác dụng riêng rễ của ứng suất tiếp, của ứng suất pháp hay do tác dụng đồng thời của ứng suất pháp và Ung suất tiếp
IIL4.2.1 Kiểm tra ổn định cục bộ do tác động của ứng suất tiếp:
Đầu dầm chịu tác dụng chủ yếu của lực cắt dưới tác dụng của ứng suất tiếp ( do lực cắt sinh ra ) bản bụng mỏng cĩ thể bị phồng ra ngồi mặt phẳng, tạo các sĩng
nghiêng 45°.Hiện tượng này được gọi là sự mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm do
tác dụng của ứng suất tiếp
Mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm do ứng suất tiếp
Trang 24
- _ Kiểm tra dầm theo điều kiện ổn định cục bộ do tác dụng của Ứng suất tiếp như sau:
+ ĐỘ mảnh quy ước của bản bụng : h, |ƒ =» JL CT350/Tr142-[1 A, 6, VE r442- HỊ 126 |2 3.10” & = ` = A, 15 \21.10° 2,78
+ Theo CT 3.51/143- [Kết cấu thép] độ mảnh quy ước của bản bụng là [À„] = 3,2 =>
Ay < [ Aw]
Vậy: Bản bụng dầm khơng bị mất ổn định do ứng suất tiếp trước khi dầm mất khả
năng chịu lực về bền do vậy khơng phải làm gân tăng cứng
III.4.1.2 Kiểm tra ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp
Ở những vùng dầm chủ yếu chịu mơmel uốn, dưới tác dụng của ứng suất pháp, phần chịu nén của bản bụng mỏng bị phồng lên tạo thành các sĩng vuơng gĩc với mặt phẳng chịu uốn của dầm Đĩ là hiện tượng mất ổn định uc của bản bụng dầm do tác dụng của Ứng suất pháp Mất ổn định cục bộ do ứng suất pháp
- Kiểm tra điều kiên ổn định của bản bung dưới tác dụng của ứng suất pháp như sau :
Trang 25Thơng
„ h, :ze h,
+/ Ta tính được 5, =1: =84< 5
Vậy: Bản bụng dầm đảm bảo ổn định do tác dụng của ứng suất pháp IIL4.1.3 Kiểm tra ổn định của bản bụng dưới tác dụng đồng thời của ứng suất
pháp và ứng suất tiếp
Trạng thái chịu lực phổ biến của bản bụng dầm là chịu tác dụng đồng thời của cả ứng suất phápvà Ứng suất tiếp Sự tác dụng đồng thời này cĩ thể làm bản bụng bị mất
ổn định cục bộ sớm hơn so với khi chỉ cĩ một loại ứng suất tác dụng Nghĩa là trong
trường hợp này, giá trị Ứng suất tới hạn của bản bụng dầm sẽ bé hơn
Kiểm tra ổn định của bản bụng dầm dưới tác dụng địng thời của ứng suất pháp và ứng suất tiếp nhƯ sau :
+/ Ta cĩ À„= 2,78 < 6 Áp dụng cơng thức:
2 2
(2) lẻ] <y, CT3.61Tr146-[T (*)
Ởự Vor
7= 0,9 : Hệ số ảnh hưởng đến điều kiện làm việc
Trong đĩ:
+)Ø, , 7, : Ứng suất pháp, Ứng suất tiếp tới hạn của bản bụng dam: — Core On 7 2? w CT 3.59a/Tr145- [I] 3 wf 2 a Aw b.{ 6
Trong do: C,, lay theo bảng 3.4/Tr145, phụ thuộc hệ số: 6 = B ne b \ %
Tra bảng 3.5/145 ta cĩ = 0,8
5D
- =)
=> ỗ — 0,8 126 , =) = 0,75
Trang 26áU, 2H
=> 0, = ssaF = 8928 (kg/cm’)
T,, dugc tinh theo céng thức:
0,76 Ì f,
Tố “toÏt: : | I CT 3.55/Tr143- [I]
Ue ]Ä ow
Trong đĩ:
1800 - - ¬
=2 = 13,8: Tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn (coi tồn bộ bụng dầm là 1 ơ do khơng bố trí gân tăng cứng);
A o=Ap =2.2 : độ mảnh của bụng dầm;
f,: cường độ tính tốn chịu cắt của thép f, = 1325,7 kg/cmZ
0,76 1325,7
13,82 ) 2,782
=> 7„ =10,3(1+ = 1774 (kg/cm`)
+)7,T : gid trị Ứng suất pháp, ứng suất tiếp của thớ mép bản bụng tại tiết diện kiểm
tra:
M hụ
- 9=—.— CTTr 146- [I] VOR
Trong đĩ: M - giá trị trung bình của momen u6n
M= (Minax + Mmin)/2= (26 881 875 +0)/2= 13440937,5 (kg.cm)
V- giá trị trung bình của lực cắt
V= (Umax + Ymin)/2 =(B9 738 + 0)/2= 29869 (kg) 13440937,5 126 = o= 1 = - 7 29869 130 436,2 (kgm ) V 29869 “hp, 126.1,5 -T = 158 (kg/Crt”),
ThayT, 7, T, O., vào cơng thức (*) ta được:
Trang 27
Thơng | 436.2 › 1882 \ 3928) + E=:) = 0,102 << 0,95
Vậy: dưới tác dụng đồng thời của ứng suất pháp và ứng suất tiếp bản bung khơng bị mất ổn định
III4.1.4 Kiểm tra ổn định tổng thể
Trong thiết kế dầm, nhằm thỏa mãn điều kiện cường độ khi uốn quanh trục x-x nên chiều cao h của dam thường được chọn khá lớn hơn so với chiều rộng b; của bản cánh dầm Với các dầm như vậy, khi tải trọng tác dụng cịn bé, dầm chỉ chịu uốn và phát sinh biến dạng võng trong mặt phẳng uốn (Ayz0) Nhưng khi tải trọng đạt đến một giá trị nào đĩ thì ngồi biến dạng võngtrong mặt phẳng uốn ( AyZ0 ) , cịn phát sinh
biến dạng ở ngồi mặt phẳng uốn ( Axz0) Hình dạng tiết diện dầm khơng đối, nhưng
các tiết diện bị xoay tương đối với nhau, và xoay gĩc Az0 so với vị tư ban đầu Hiện tượng như vậy gọi là sự mất ổn đình tổng thể hoặc là sự oằn ngang do xoắn (gọi tắt là oẳn ngang) của dầm
11100 00A4
S2
Dam bi mat ổn định tổng thé
- Kiểm tra ổn định dầm tổ hợp theo cơng thức:
_—«< [‘Y (*) CT 3.45b/Tr138- [I]
` xy„— C + T -
Trang 28
Trong đĩ 0; : Hệ số kể đến sự giảm khả năng chịu uốn của dầm khi xét đến điều kiện ổn định tổng thể của dầm được xác định như sau :
+) Xác định hệ s6 %:
ư=g| bộ», m CT 3.44b/Tr137- [T]
_ heb, bố, r -
Trong đĩ : ;
h — khoang cach trọng tâm hai cánh dẫm a= 0,5.h = 64 cm
lạ- Chiều dài tính tốn ngồi mặt phẳng dầm của cánh chịu nén
lạ= 18m => Thay sỐ ta đƯỢc : 2 3 a =8 1800.15 1+ 64.1,5 =45 128.50 50.2
Theo bang 3.3/Tr122- [I] v6i a= 4,5 => w = 1,6+0,08 4,5 = 1,96
+) X4c dinh hé s6 9, :
2
P, -w is] + CT 3.28a/Tr122- [I]
Trang 29
Thơng 1 _ _ T — 1,5 1 i See RY 7 eee HT HA G2 Á (CC ĐA | CA L, =—— 126 1 fi erred Ị 126155 2505 _ 4 +2 TZ = 41702 (cm) 1 Ï;= 1110913 (cm), 41702 5 2 2.1.10 11109131800" ° 2300 => Py =1,96 = 0,35 => Yp= 0,68 + 0,21 2; = 0,75 CT 3.29 /Tr123 [I]
Thay vào cơng thức (*) ta cĩ:
M ¿bBH18/5
ØW_ 07517081 = 2097,2 < f.¥-= 2300
b
Vậy: Dầm thỏa mãn điều kiện ổn định tổng thé 111.4.1.5 Chon hệ thống dàn
a) Chọn gân tăng cứng
b) Chọn loại thép làm giằng
Trang 30
IV XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÀN
Độ bền của kết cấu phụ thuộc và độ bền của liên kết hàn Việc chọn kiểu mối hàn, phương pháp hàn, quy trình cơng nghệ hàn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của kết cấu
Chọn phương pháp hàn: IV.1.Chon tiết diện mối hàn:
x
Wa MMMM
LILI
Chọn tiết diện mối hàn: theo cơng thức tính tốn sách kết cấu hàn ta cĩ Min a> Vmax t-0,5=V20 -0,5=4 (mm)
Max a = 0,7 mint =0,7.15 = 10,5 (mm) = Tachon a= 8 (mm)
Vậy cạnh mối hàn gĩc: K = 8v/2 =11,3(mm) = chon K=11 (mm)
Trang 31
Thơng
IV.2 Chế độ mối hàn gĩc:
Do chiều dài mối hàn lớn nên chọn phương pháp hàn là hàn tự động dưới lớp thuốc Khi hàn dưới lớp thuốc cĩ thể dung dịng một chiều cực dương hoặc âm và dịng xoay chiều Hàn với cực dương (ngược cực) cho độ ngấu lớn nhất Độ ngấu thấp nhất khi
hàn với cực âm (thuận cực) và trung bình khi hàn với dịng xoay chiều Ta nên chọn hàn
dưới lớp thuốc với dịng xoay chiều do tính thuận tiện, thích hợp với sản xuất và kinh tế hơn
Hàn tự động dưới lớp thuốc khơng thể hàn đắp chỉ tiết cĩ đường kính nhỏ hơn 50 (mm) nên ta chọn chế độ hàn một lớp cho liên kết hàn dầm chữ I này
Theo giáo trình Cơng nghệ hàn - ĐHBKHN ta cĩ:
Chọn dây hàn cĩ đường kính d = 5 (mm), tra bảng 23 (T177) ta lấy mật độ dịng điện
la J = 35 (A/mm') Theo 43 —IV (T178) ta cĩ:
md= 3,14.5°
I, = 4 7 35 = 687 (A)
= Lay I, = 700 (A)
Trên hình 66 (T148), ta tìm được điện áp hàn Uạ = 35 (V) và hệ số ngấu '; = 2,9 Theo 42 — IV (T178) diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp:
Kể 11
Fs = >=7 = 60,5 (mm’)
Trên hình 67 (T150), ta tìm được hệ số đắp #¿ = 15 (g/A.h)
Theo 10 — III (T122), tốc độ hàn:
Œg.l,
Vh = 3600.y.F;
15./U0
=> 9605 — 22,3 (m/h) = 0,62 (cm/s) Cơng suất nhiệt của hổ quang:
Q =0,24.U.1.7
Trang 32re FTg— h=0,0156 (n> = 0,0156 Js, un 47 = 0/0156 so = = 0,8 (cm) = 8 (mm)
Theo 11 — IV, chiều rộng của mối hàn:
b=„.h = 2,9 8 = 23,2 (mm)
Theo 25 — IV, chiều cao của mối hàn:
ta
c= Keb
6U,5
= 9.723.222 — 3,9 (mm)
(:; = 0,73 : hệ số chiều cao mối hàn Theo 26 — IV, tồn bộ chiều cao mối hàn:
H=c+h=3,5+8= 11,5 (mm)
Theo 46 — IV, chiều cao của kim loại đắp:
c =,/F; =,/60,5 = 7,7 (mm)
Theo 45 — IV, chiéu sau chay của phần khơng vát mép:
ho = H—c’ = 11,5—7,7 = 3,8 (mm)
Theo 47 — IV, chiều sâu chảy trên thành đứng:
So = (0,8 + 1) ho = 3,04 + 3,8 (mm)
Với chế d6 han da x4c dinh, hé s6 ngdu khi hàn mối hàn gĩc:
bh 232 `
Pn = g=1Ls = 2 (đạt yêu câu)
Bảng thơng số chế độ hàn dưới lớp thuốc bằng dịng xoay chiều:
Chiều dày | Chuẩnbị | Vị trí thực | Đường | Cường độ | Điện áp Tốc độ chỉ tiẾt méphàn | hiệnmối | kínhdây | dịng điện | hàn U (V) hàn vụ
Trang 33
Thơng (mm) hàn hàn (mm) | hàn [(A) (cm/s)
Vat mép | Han bang
điện cực 15 nghiéng wn 5 700 35 0,62
Bảng thơng số kích thước mối hàn:
Bề rộng mối hàn b (mm) |_ Chiều dày mối hàn a (mm)
8 3,5
Chiều cao mối hàn c (mm)
23,2
IV.3 Kiểm tra bền cho mối hàn:
- Ứng suất do mơmen uốn sinh ra trên mối hàn cĩ giá trị bằng ứng suất sinh ra trên tiết diện dầm chữ I
Z¡ = 1573 (kG/cm’)
- Ứng suất trong mối hàn sinh ra do lực cắt:
V,.S tục I,.) a VGi a = 8 (cm): _ 59738.16417 t,= = 2 "Z 111091328 7? (kG/em")
- Ứng suất tương đương:
Cra = \ Ø{ + T7,=j 1573? + 55,2? = 1574 (kG/cm?)
< [@-/1,5 = 1600 (kG/cm’)
Vậy mối hàn đảm bảo điều kiện bền
Trang 34
IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm tịi và dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn
Trọng Thơng đỘ án mơn học kết cấu hàn của em đã hồn thành Trong quá trình thực
hiện đề tài em cũng đã tiếp thu và học hỏi được rất nhiều kiến thức cĩ ích cho mình Đề tài lần này là dạng đề hồn tồn mới vì vậy tuy đã hồn thành đề tài kịp thỜi gian nhưng vẫn khơng tránh khỏi thiếu sĩt Kính mong thầy cơ đánh giá và cho ý kiến Chúng em cũng mạnh dạn xin đưa ra một số đề xuất phát triển mơn học để các bạn sinh viên và thầy cơ tham khảo:
- Cập nhật thơng tin về sự phát triển của kết cấu thép trên thế giới qua đĩ định hướng sự phát triển nĩi chung của ngành thép ở Việt Nam Thơng qua cơng tác này sinh viên sẽ nhìn nhận được tầm quan trọng của mơn học cũng như ý nghĩa thực tiễn của
nĩ TỪ đĩ định hướng cho mình một số phương pháp học phù hợp
- Tham khảo thêm nhiều tài liệu về kết cấu thép, nhất là các tài liệu nước ngồi qua đĩ bổ sung thêm nhiều kiến thức cũng như đưa ra được nhiều giáo trình phong phú
và cĩ ý nghĩa thỰc tiễn cao
- Sử dụng tốt các phần mềm, từ đĩ hướng dẫn cho sinh viên biết cách sử dụng thơng qua đĩ làm một cầu nối truyền cảm hứng học tập cho sinh viên
- Thay đổi một số chương trình trong các giáo trình nhằm cập nhật cho sinh viên
những vấn đề cần thiết trên thực tế với cơ sở “đào tạo theo nhu cầu xã hội”gắn liền quá trình đào tạo với thực tế ngày nay
Trang 35
Thơng
Chúng em chân thành cảm Ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Kết cấu thép —- Cấu kiện cơ bản NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT [T]
Kết cấu hàn KCH NGUYEN TRONG THONG [M
Sức bền vật liệu LÊ NGỌC HỒNG [IT]
Giáo trình Cơng nghệ hàn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI [IV]
Kết cấu thép NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
[VỊ
Vật liệu học NGHIÊM HÙNG [VI