đồ án kết cấu thép

đồ án kết cấu thép

PHẦN I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG

I CÁC SỐ LIÊU TRA BẢNG

- Cầu trục hai móc,chạy điện,sức nâng của mĩc chính là 15T,của mĩc phụ 3T,

chế độ làm việc trung bình,nhịp nhà L = 24 m,chiều dài B = 72 m,

bước cột ( nhịp dầm cầu trục ) Bc=6 m

- Loại ray đặc biệt KP-70

- Khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của xe con Hct = 2,3

- Nhịp nhà 24 m tra bảng được nhịp cầu trục Lk = 22.5 m.Nhịp cầu trục được tính từ hai tim ray.

- Khoảng cách giữa hai trục bánh xe của cầu trục K = 4,4 m,cầu trục chỉ có hai bánh xe

ở mỗi bên, bề rộng cầu trục Bct = 6,5 m

- B1 = 260 mm.Tính từ tim ray đến mép ngoài của cầu trục đ

II KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG

Trong đó H1 = 9m là cao trình đỉnh ray

H2 là khoảng cách từ đỉnh ray đến mặt dưới của dàn vì kèo

H2 = Hct + 0.1m + f

0.1m là khoảng cách an toàn giữa xe con và dàn vì kèo

f là khe hở phụ,xét đến độ võng của xà ngang,f = 0.2÷0.4 m

chọn f = 0.3 m

→ H2 = 2.3 + 0.1 + 0.3 = 2.7 m

→ H = 9 + 2.7 = 11.7 m

Chiều cao phần cột trên:

Ht = H2 + Hr + Hdct

Hr là chiều cao của ray,chọn loại ray KP70 tra bảng có Hr 150mm (tính cả đệm)

Chiều cao dầm cầu trục:

110

1

Bc = 600 ÷ 750 mm, chọn Hdct = 600 mm ⇒ Ht = 2.7 + 0.15 + 0.6 = 3.45 m, chọn Ht = 3.5m

Chiều cao phần cột dưới:

Chiều cao đầu dàn:

h0 = 2.2 m (dàn hình thang bằng thép góc)

Chiều cao giữa dàn (không tính chiều cao cửa mái):

hgd = ho + L h t tg( )α

2

−

= 2.2 + 24−20.5×81 = 3.7 m Với tgα = i = 1/8 là độ dốc thoát nước của mái lợp bằng tôn

III KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG

Khoảng cách từ mép ngoài cột đến trục định vị a = 250mm

Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray:

112

112

1

6600 = 550÷660mm Điều kiện: ht ≤ λ - B1 – minD + a = 750 – 260 – 75 + 250 = 665mm

D là khe hở an toàn giữa cầu trục và mặt trong của cột trên, D ≥ 75mm

12

14

PHẦN II TÍNH TỐN KHUNG NGANG

I XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG

1 Tải trọng tác dụng lên dàn

a Trọng lượng mái

Tải trọng do các lớp mái : gc = 289 kg/m2, gt = 328 kg/m2

Độ dốc tgα = 18 => cosα = 0,9922

Suy ra : gmc = 291 / 2

9922 ,

0

289

m kg

gm = 331 / 2

9922 ,

0

328

m kg

b Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng

gdc = 1,2 x αd x L

⇒ gd = 1.1 x 1,2 x αd x L = 1.1 x1,2 x 0,8 x 24 = 25,344 kg/m2 mặt bằng

1.1 là hệ số độ tin cậy của tải trọng

1.2 là hệ số trọng lượng bản thân của hệ giằng

αd là hệ số trọng lượng bản thân của dàn vì kèo,αd = 0.6÷0.9 ứng với L = 24÷36m

c Trọng lượng kết cấu cửa mái

gcmc = 12 ÷ 18 daN/m2 khi muốn tính chính xác hơn tải trọng nút dàn

chọn gcmc = 15 daN/m2 ⇒ gcm = 1.1 x 15 = 16.5 daN/m2

d Trọng lượng cánh cửa mái và bậu cửa mái

Trọng lượng bậu cửa: gb = 1,1x (100 ÷ 150 ) kg/m bậu

nh t ả i tác d ụ ng lên dàn quy v ề phân b ố đ ề u

Cấu tạo Tải tiêu chuẩn

gmc daN/m2 mái

Hsvt Tải tính toán

gm daN/m2 mái

° Tấm mái 6000x1500x15mm

° Lớp cách nhiệt dày 5cm

bằng bê tông xỉ g = 500 Kg/m3

° Lớp bê tông lót dày 3cm

° Lớp cách nước 2 giấy 3 dầu

° Lớp gạch lá nem dày 2cm

150 25

54 20 40

1.1 1.2

1.2 1.2 1.1

165 30

65 24 44

g0 = gm + gd + gcm +

).(

).6.6

.(

L B

h g

g

c

CK

m CK

) 7 , 0 6 44 6 165 (

= 389.16 kg/m2 mặt bằng Tĩnh tải tác dụng lên dàn :

g = g0 x Bc = 389.16 x 6 = 2335 kg/m

e

T ả i tr ọ ng t ạ m th ờ i

Pc = 75 kg/m2 , lấy hệ số vượt tải n = 1.3

Hoạt tải tác dụng lên dàn :

P = n Pc Bc = 1,3 75 6 = 585 kg/m

2.T

ả i tr ọ ng tác d ụ ng lên c ộ t

a Phản lực của dàn

2

24.23352

Q: sức nâng mĩc chính cầu trục

G: trọng lượng tồn bộ cầu trục (tra bảng)

n 0 : số bánh xe cầu trục trên 1 ray

T ính áp l ự c đ ứ ng c ủ a bánh xe c ầ u tr ụ c Dmax và Dmin

K B B

B

K B

i i

i i

y Pc min = 1.2 x 0.85 x 1.95 x 5.5 = 10.94 T

Để dễ tính tốn ta xem như Dmax và Dmin bao gồm cả Gdct như một hoạt tải.

Dmax + Gdct = 37.79 + 1,08 = 38.87 T

Dmin + Gdct = 10.94 + 1,08 = 12.02 T

Mmax = Dmax.e = Dmax.λ = 38.87 x 0.75 = 29.152 Tm

Mmin = Dmin.e = Dmin λ = 12.02 x 0.75 = 9.015 Tm

d Do lực hãm của con xe

T = n nc . ∑

=

3 1

i i

)715.(

05,0)(

05,0

0

=

+

=+

→ T = 1.2 x 0.85 x 1.95 x 0.55 = 1.094 T

3 Tải trọng gió tác dụng lên khung

Bao gồm giĩ thổi trên mặt tường dọc nhà quy về tải phân bố trên cột khung,

và giĩ tác dụng lên mái kể từ cánh dưới vì kèo quy về tải tập trung tại cánh dưới vì kèo

a Tải tập trung tại đáy vì kèo

= +

→ tải tác dụng lên cột tại điểm C cĩ tiết diện cột thay đổi là 0.7 T

Chọn sơ bộ trọng lượng cột dưới gcd = 250 kg/m dài

→ Gct = Hd×gct = 8.5×250 = 2125 kg = 2.125 T

→ tải tác dụng lên cột tại điểm A ở chân cột là 0.7 + 2.125 = 2.825 T

b Do trọng lượng tường panel

Tại tiết diện C:

→ GC = n.b.Ht.gt = 1.1×6×3.5×150 = 3465 kg = 3.465 T

Tại tiết diện A:

→ GA = n.b.(Ht+Hd).gt = 1.1×6×(3.5+8.5)×150 = 11880 kg = 11.88 T

⇒ Vậy tải do cột và tường panel gây ra là:

+ Tại tiết diện C: GC = 0.7 + 3.465 = 4.165 T

+ Tại tiết diện A: GA = 2.825 + 11.88 = 14.705 T

Khi tải tác dụng trực tiếp lên xà ngang coi như tải tác dụng đối xứng lên khung nên giả thiết chuyển vị ngang đầu cột ∆ = 0, còn 2 chuyển vị xoay đầu cột ϕ1 = ϕ2 = ϕ

Theo kinh ngiệm giả thiết J1/J2 = 7÷10 và Jd/J2 = 25÷40

Trong đó J1 là momen quán tính cột dưới

J2 là momen quán tính cột trên

Trong đó r11 là tổng phản lực momen ở các nút trên khung khi góc xoay

R1P là tổng phản lực momen ở các nút trên khung do tải trọng ngoài gây ra

*Xác định r11:

Cho 2 nút xoay một góc ϕ = 1 và chuyển vị ngang ∆ = 0

→ Momen uốn ở 2 đầu xà ngang là:

3

EJ24

42L

1986.14H

J4

E EJ

E K

µ = 1 8

2

J J

5.3

=+

=+ d

t

t

H H H

=

=

×+

=+

=

=

×+

=+

=

=

×+

=+

=

0579.182917.011

1986.182917.011

6807.182917.011

3336.382917.011

4 4

3 3

2 2

µα

µα

µααµ

F C B A

J

E E

E M

M B xa + B = + =

R1P = MBP = - 112080

12

24233512

2 2

387.0

08.112

E

E =Phản lực đầu cột do chuyển vị góc xoay ϕ = 1 gây ra:

21 21 0.00934 J1

12

J5

.7

6807.16H

J6

E E

E K

00934.0

1

=

E E

J

1

=+

E

E M

1 1

E E

Momen ở vai cột:

MC = MBcot + RB×Ht = -15.5 + 2.7 × 3.5 = -6.05 Tm (2) Momen ở chân cột:

MA = MBcot + RB×H = -15.5 + 2.7 × 12 = 16.9 Tm (3) Momen lệch tâm ở vai cột:

2

5.012

24

2335× × − = kgm = 7.005 Tm Momen cột do momen lệch tâm gây ra (dùng các công thức tra bảng)

MB = − − [ ( + )− ] − =

)(41

3)1(

e

M K

C

B αα

5.7

1986.142917.016807.13)2917.01

RB = − − [ − ( + ) ]× − =

)(1

)1(6

H

M K

.7

2917.013336.36807.1)2917.01(

→ Momen tổng cộng do tĩnh tải gây ra:

2

J5

.7

6807.16H

2

J5

.7

3336.312H

H R M

M A = B + B× = × − − × − × =− Tm

Ở cột phải trị số momen bằng như vậy nhưng khác dấu vì đối xứng

Phản lực trong liên kết thêm là:

r11 = 2R B = -2×0.0031EJ1 = -0.0062EJ1

Momen lệch tâm do dầm cầu trục:

Mmax = e’.Dmax = 37.79 18.895

2.697

005.7

895.18

−

e

M M

0.78

005.7

47.5

−

e

M M

Momen cột phải:

M’B = -0.78×1.14 = -0.9 Tm

M’Ct = -0.78×(-1.905) = 1.5 Tm

M’Cd = -0.78×5.1 = -4 Tm M’A = -0.78×(-2.295) = 1.8 Tm Phản lực R’B = -0.78×0.87 = -0.7 T (ngược chiều RB)

Phản lực trong liên kết thêm:

r1P = RB + R’B = 2.35 – 0.7 = 1.65 T

Chuyển vị ẩn số: ∆ =

1 1

11

1

J

13.266J

0062.0

65.1

E E

Mmin được kết quả cần tìm

E +6.19 = -1.26 Tm Cột phải:

M’B = -9.34×10-3EJ1×

1

J

13.266

E +(-0.9) = -3.39 Tm M’Ct = 1.51×10-3EJ1×

1

J

13.266

E +1.5 = 1.9 Tm M’Cd = 1.51×10-3EJ1×

1

J

13.266

E +(-4) = -3.6 Tm M’A = 28×10-3 EJ1×

1

J

13.266

E +1.8 = 9.25 Tm

d.Lực hãm ngang T

Lực T đặt tại cao trình dầm hãm của 1 trong 2 cột đỡ cầu trục.Chiều có thể hướng sang trái hoặc phải.Do đó nội lực khung luôn có dấu dương hoặc âm,dấu + ứng với một chiều,dấu - ứng với chiều kia

−

−

5.7

1986.126807.124.0224.0

5.7

1986.126807.124.02917.0224.02917.0

×

−+

= -1.345 Tm

RB = [ ( ) [ ( ) ] ] ( ) [ ( ) ] T

K

A B K

A B

24.023336.326807.1324.0

5.7

24.02917.023336.326807.1324.02917.0





+

3 11

1

J

135J

102.6

835.0

E E r

E +(-1.28) = -5.06 Tm

Momen tác dụng lên cột phải do lực hãm ngang T:

1

J

135

E = 0.2 Tm M’A = 28×10-3 EJ1×

1986.180579.16807.1912

Tm

5.72

0579.13336.331986.16807.122

F3

T CỘT PHẢI

Ta có 0.6474

624.0

404.0

Tm M

B

B

117.227.36474.0'

913.25.46474.0'

→ R1P = RB + R’B + W + W’ = 3.27 + 2.117 + 1.532 + 2.408 = 9.327 T

→ ∆ =

1 1

3 11

1

J

1504J

102.6

327.9

E E

J

1504

E - 2.022 = 0.25 Tm M’A = 28×10-3 EJ1× ∆ + M’AP = 28×10-3 EJ1×

1

J

1504

E + 6.603 = 48.72 Tm KẾT QUẢ NỘI LỰC TRONG KHUNG DO CÁC TẢI TRỌNG GÂY RA

7.026.318

-2-1.8

7.026.318

-0.24-0.216

7.026.318

3.653.285

7.026.318

-0.46-0.412

0.084

0.0756

00

±0.716

±0.6444

00

±0.716

±0.6444

00

5.06

4.554

00

00

0.850.765

00

0.850.765

00

-52.31-47.079

00

6.255.629

8 Gió phải 1

0.9 -10.017-11.13 00 0.2250.25 00 0.2250.25 00 43.84848.72 00 -5.13-5.7 BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC

Tiết

M+ max,N M-

1,2 -17.95 35.04

1,2,4,6,8 -31.793 34.338

1,2,4,6,8 -31.793 34.338

Ct M

N

1,2 -9.955 39.205

1,2 -9.955 39.205

1,2,4,5 -8.6894 38.503

1,2 -9.755 38.503

N

1,3,5 -15.816 71.055

1, 3,5 -15.816 71.055

1,2,3,5 -14.5454 73.486

1,2,3,5 -14.5454 73.486

N

1,8 63.325 42.725

1,7 -37.705 42.725

1,3,5 18.405 81.595

1,2,4,5,8 74.617 59.861

1,3,5,7 -38.162 77.708

1,2,3,5,8 65.158 84.026

1,2,3,5,7 -34.877 84.026

25 402

Qui ước dấu:

- Moment phản lực và góc xoay là dương khi nút cột trái quay theo chiều kim đồng hồ, nút cột phải quay ngược chiều kim đồng hồ

= 1 1

3

18

EJ L

96 , 7

25 , 1 4

4

EJ

EJ H

EJ K

95 ,

C 1

431

1

96,7

25,4131

2610 12

2 2

11

384,0

28,125

EJ EJ

- Ở đầu xà : Mxà

B = M xà

B ϕ + MB

P = 326,25 ( 125,28)3

2 2

)45,12.(

96,7

80,1.6

6

EJ EJ

H

EJ K

EJ = 2,83 T Moment ở vai cột:

586,061,2(

=

−+

Tm Với hd = 0,75 m , ht = 0,4 m

Các công thức ở bảng cho:

96,7

25,1.4)317,01(8,1.3)317,01(

4)1(3)1

(

−

−+

−

=

−+

−

C M K

71,6.96

,7

)317,01(536,38,1)317,01(6

)1()

Md

C = MB + RB

Ht - (1 – MC) = - 0,908 + 6,71 = 5,802 (Tm)

b) Tính khung với moment cầu trục:

Để tiện tính toán ta xem (Dmax + Gdct ) và (Dmin + Gdct ) là những hoạt tải:

M B =

3 2

)45,12(

.96,7

8,1.6

A

R B =−

3 3

)45,12(

.96,7

536,3.12

EJ H

R M

2

1 −

= +

M K

)1()

1(6

M H

* CỘT PHẢI :

3

10.75,

− (a’) M’C = − MC = 1 , 91 10−3EJ1 (b’)

1

10.4,5

42,1

EJ r

Tieát dieän B Tieát dieän Ct Tieát dieän Cd Tieát dieän A

7.566.80

-1.70-1.53

7.566.80

-0.31-0.31

7.566.80

3.963.56

7.566.80

-0.48-0.43

-1.09-0.98

00

6.395.67

00

-17.09-16.11

63.8457.46

-1.85-1.66

63.8557.46

-1.78-1.60

±2.51

±2.3

00

±0.54

±0.48

00

±0.54

±0.48

0.0

±7.50

±6.75

00

14.5913.14

00

0.2960.265

00

0.2940.265

00

-79.32-71.39

00

12.4911.2467

-11.42-8.421

00

-3.42-9.35

00

-1.45-1.3

00

15.216.31

00

14.2516.34

M

-1,8-189.7

-1,2-148.1

-1,2,4,6,8-281.47

-1,2,4,6,8-281.47331.3

N

1,3,5645.7287.4

1,2-52.39

-1,2-52.39360.2

1,3,5,7-704.4287.4

1,2,8-69.61

-1,2,8-69.61352.92

Cd

M

-1,3,5-285.21122.2

-1,3,5-285.21122.2

- 1,2,3,5,8-264.54

1234.5

- 1,2,3,5,8-264.541234.5

A

M

N

1,4,5150.44

-1,3,5291.76

-1,2,4,5,8550.72905.2

1,3,5,7193.081082

1,2,3,5,8

1,2,3,5,7184.021275

Qmax 1,3,5 -0.25 1,2,3,5,8 98.546

PHẦN III :

THIẾT KẾ CỘT

3.1.Xác định chiều dài tính toán của cột.

Các thông số để xác định chiều dài tính toán của cột :

4

*8

5.8

*1:

1

2 1 2 1

t

d d

t J H

H J H

J H

J i i

m = 0.992

4.287

2

C 1 = 1.17

992.0

85.8

H

d t

Tra phụ lục 8 ta có :µ1=1.905 ⇒µ2=µ1/c1=1.905/1.17=1.628

Vậy chiều dài tính toán của phần cột trên và cột dưới trong mặt phẳng khung :

l1x=µ1Hd=1.905*8.5.526 m

488.981275

l2x=µ2Ht=1.628*4=6.18 m

Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung :

 Cột trên : l2y=Ht – hdcc=4-0.68=3.32m

 Cột dưới : l1y=Hd =8.5m

3.2.Thiết kế cột.

Nội lực tính toán xác định từ bảng tổ hợp nội lực như sau:

Phần cột trên : cặp nội lực nguy hiểm M = 704.4 kNm, Ntư =287.4kN

Phần cột dưới :

 Cặp lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục Nmax=1122.2kN,Mtư =-285.2kNm

 Cặp lực nguy hiểm cho nhánh mái Mmax=1275kNm,Ntư =488.98kN

3.2.1.Thiết kế tiết diện cột trên :

N

M

45.24.287

4.704

=

=Diện tích yêu cầu của tiết diện cột trên :

50

2458.225.121

4.2878

.22.225

h

e R

 Bề dày bản bụng chọn sơ bộ :δb=(1/30÷1/50)ht=10÷16.7mm Ta chọn δb=12mm

 Bề rộng cánh tiết diện , chúng ta chọn theo điều kiện đảm bảo ổn định cục bộ ngoài mặt phẳng khung : bc=(1/12÷1/15)Ht=(1/12÷1/15)4000= 253.3 ÷316.67 mm Chúng ta chọn bc = 300mm

 Chiều dày bản cánh δc được chọn theo điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh ,sơ bộ ta chọn : δc=(1/20÷1/30)bc = 10÷15 mm Ta chọn δc= 14 mm

Kiểm tra tiết diện đã chọn :

 Các đặc trưng hính học :

F = 2bcδc+δbhb=2*30*1.4 + 1.2*47.2=140.64cm2

J2x= 3 3 30*1.4*24.32) 60130 2

12

4.1

*30(212

2.47

*2.1

cm

=+

+

12

2.1

*2.4712

30

*4.1

r2x= cm

F

J x

2164.140

7.6306

cm h

J

t

x = = λ2x= 29.45

21

6.618

696.6

Kiểm tra ổn định tổng thểâ trong mặt phẳng uốn:

 Độ lệch tâm tương đối :

mx= 14.3

2.2405

64.140

Tra phụ lục 6 với tỷ số 1.4

2.47

*2.1

4.1

*30

Suy ra đô lệch tâm tính đổi : m1=ηmx=1.21*14.3=17.3

Vậy với λ x=0.931 và m1=17.3 , tra bảng phụ lục 4 ta được giá trị ϕlt=0.56

 Kiểm tra ổn định trong mặt phẳng khung theo công thức :

64.140

*56.0

4.287

cm kN F

Cặp nội lực chúng ta đang xét là tộ hợp của các tải trọng 1+2+4+6+8

kNm

M2 =−281.47 Mô men tương ứng ở đầu kia của cột là -69.61kNm

Mô men lớn nhất ổ 1/3 đoạn cột xác định theo công thức :

3

)47.281(61.6947

.281

+

=Vậy Mtt=max(M , M/2 ; Mtư/2)=210.85kNm

Độ lệch tâm tương đối :

2.2405

*74.28

64.140

*5.2108

=

W N

F M

e tt

ρTra phụ lục 7 các hệ số α,β được xác định theo công thức sau:

671.0

*2.41

11

+

=+m α

Vậy: σy = 8.9 / 2 21 / 2

64.140

*877.0

*2618.0

4.287

cm kN R

cm kN F

 Đối với bản cánh :

4.1

*2

2.130

21000)

931.0

*1.036.0()

1.036.0(

c

λδ

Vậy điều kiện ổn định cục bộ được thảo mãn

 Đối với bản bụng :Với λx =0.931 > 0.8 và m=4.2 > 1 ta có:

33.71

2.1

2

47 =

=

b b

h

δ

03.9821

210001

.31

.354.5021

21000)

5.09.0()

5.09.0

E h

h

δ =50.54

Do đó tiết diện đã chọn thảo mãn các điều kiện về khả năng chịu lực và ổn định

3.2.2.Thiết kế tiết diện cột dưới:

Cặp lực nguy hiểm cho nhánh cầu trục : Nmax=1122.2kN , Mtư =-285.2kNm

Cặp lực nguy hiểm cho nhánh mái: Mmax=1275kNm , Ntư =488.98kN

Lực cắt là Qmax=98.546kN

Ta giả thiết khoảng cách hai trục nhánh C=hd=1(m)

Sơ bộ chọn tiết diện :

Sơ bộ giả thiết

y1=0.55C = 0.55*1=0.55m ⇒ y2=C – y1=1 - 0.55=0.45m Lực nén lớn nhất trong nhánh cầu trục và nhánh mái :

C

M C

y

19.7901

2.2851

45.0

*2.1122

y

N tu

93.15431

12751

55.0

*98.488

19.790

cm R

N nh

=

=ϕ

Fnh2= 2 91.9 2

21

*8.0

93.1543

cm R

N nh

=

=ϕChọn tiết diện cho nhánh cầu trục và nhánh mái:

 Đối với nhánh cầu trục , ta chọn tiết diện chử I đối xứng gồm 3 bản thép ghép lại có kích thước như sau: bản bụng 10x376 mm, bản cánh 12x200 mm

 Đối với nhánh mái ta chọn tiết diện có dạng C tổ hợp gồm một bản thép lưng có kích thước 14x376 mm, 2 thép góc L100x14

Các đặc trưng hình học :

 Đối với nhánh cầu trục ta có :

1

*6.37

cm

=+

J1y= 3 3 20*1.2*19.42) 22501 4

12

2.120(212

6.37

*1

cm

=+

+Bán kính quán tính của tiết diện :

F

J x

328.46.85

133.1603

λ1y= 62.912

213.16

 Đối với nhánh mái ta có các thông số hình học như sau:

Fnh2=1.4x37.6+2x26.3=105.24 cm2 Mô men tĩnh của tiết diện nhánh mái đối với mép ngoài tiết diện

762

=

J2x=

4 2

3

837.840)544.24.199.2(3.26237(2)2

4.1544.2(

*6.37

*4.112

4.1

+

−+