bài tập lớn nhiệm vụ thiết kế cầu thép

Bài tập lớn Kết cấu thép nhiệm vụ thiết kế tập lớn môn học kết cấu thép Họ tên sinh viên Lớp: Mã số sinh viên: Mã đề: 124A Phần I: Nhiệm vụ số liệu thiết kế I Nội dung, yêu cầu Thiết kế hệ dầm sàn thép, bao gồm nhịp, bớc ( 3L x 3B), theo trình tự sau: Trên sở số liệu cho, thành lập sơ đồ kết cấu, lập mặt lới cột, lới dầm Chọn chiều dày sàn thép, tơng ứng với độ võng cho phép sàn [ ] =L/150 Tính toán, thiết kế dầm phụ, theo nội dung: - Chọn sơ đồ tính toán - Chọn sơ đồ tính toán Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính toán Chọn tiết diện dầm Kiểm tra dầm theo điều kiện cờng độ, theo điều kiện biến dạng Tính toán, thiết kế dầm chính, theo nội dung: Xác định tải trọng tác dụng lên dầm Vẽ biểu đồ nội lực M, V Xác định nội lực tính toán Chọn tiết diện dầm tổ hợp hàn từ ba thép Kiểm tra dầm theo điều kiện cờng độ, theo điều kiện biến dạng Thay đổi tiết diện dầm (chọn hình thức đổi bề rộng cánh lần, đối xứng) - Tính toán liên kết cánh với bụng dầm - Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ổn định cục dầm - Thiết kế cấu tạo tính toán chi tiết khác dầm hệ dầm: -1- Bài tập lớn kết cấu thép 21 + Liên kết gối dầm dầm với cột + Liên kết dầm phụ với dầm + Nối dầm (nếu cần) Trình bày số liệu tính toán thuyết minh kèm theo II Số liệu thiết kế - Nhịp dầm (nhịp cột): Nhịp dầm phụ (bớc cột): L (m) = 10m B (m) = 4.2m Hoạt tải tiêu chuẩn lên sàn: pc = 2.6 (T/m2) = 0.26(daN/cm2) Bớc dầm phụ : b =1.0m Vật liệu thép : + Thép làm sàn, dầm phụ CCT34 có f = 2100 kG/cm2; fv=0.58f =1218(daN/cm2) + Thép dầm CCT38 có có cờng độ tính toán: f = 2300 (daN/cm2); fv = 0.58f =1340(daN/cm2) Hệ số vợt tải: tĩnh tải g = 1,05 ; hoạt tải p = 1,2 - Chiều cao lớn cho phép: hmax= 1.30m - Liên kết hàn điện tay, que hàn N42, N46 tơng đơng - Độ võng cho phép: dầm phụ [/L] = 1/250; dầm [/L ] = 1/400 -2- Bài tập lớn kết cấu thép Phần II: Quá trình tính toán I Sơ đồ kết cấu: Hệ dầm đề hệ dầm thép phổ thông, gồm hai hệ thống dầm đặt vuông góc với song song với hai cạnh ô sàn: Dầm đặt song song với cạnh dài ô kê lên cột Dầm phụ đặt song song với cạnh ngắn ô, truyền tải trọng từ sàn lên dầm Sơ đồ kết cấu nh hình vẽ II Tính toán kích thớc sàn thép : Chọn kích thớc sàn: Bản sàn gối trực tiếp lên dầm phụ nên nhịp sàn ls = b = 1m Xác định chiều dày ts sàn theo công thức gần giá trị nhịp lớn ls chiều dày sàn: Trong đó: E1 = n0 = [ l / ] = 150 - nghịch đảo độ võng tơng đối cho phép E 2.06 ì 10 = = 2.26 ì 10 (daN / cm ) 2 v 0.3 l s ì 150 72 ì 2.26 ì 10 t = 15 ì + 150 ì 0.26 s ts = l s 4n0 72 E1 + = ts 15 n04 p c = 89.45 ls 1000 = = 11.2(mm) 89.45 89.45 Chọn ts = 12 mm -3- Bài tập lớn kết cấu thép Tính toán kiểm tra sàn Cắt dải rộng 1cm theo chiều cạnh ngắn nhịp sàn Do đợc hàn với dầm đờng hàn góc, dới tác dụng tải trọng, sàn bị ngăn cản biến dạng, gối tựa phát sinh lực kéo H mômen âm Lực kéo mômen làm giảm mômen nhịp độ võng cho Thông thờng, mômen âm bé, tính toán thiên bề an toàn, bỏ qua ảnh hởng mômen âm, xét ảnh hởng lực kéo H Sơ đồ tính toán dầm có hai gối cố định chịu tải trọng tính toán phân bố qtt đợc thể nh hình vẽ: Xác định tải trọng tiêu chuẩn tính toán tác dụng sàn: Trọng lợng thân sàn là: gtc = ts ì thép = 1.2 ì 7.85 ì 10-3 = 9.42 ì 10-3 (daN/cm2) Tải trọng tiêu chuẩn tính toán tác dụng lên sàn : qstc = (ptc + gtc) ì = (0.26 + 9.42 ì 10-3) ì = 0.269(daN/cm) qstt = (ptc ì np+ gtc ì ng) ì = (0.26 ì 1.2 + 0.942 ì 10-3 ì 1.05) ì = 0.313 (daN/cm) Kiểm tra độ võng sàn: - Độ võng nhịp tải trọng tiêu chuẩn gây là: q c ì ls = ì = ì 384 E1 ì I x 384 0.269 ì 100 = 0.108(cm) 1ì 1.2 2.26 ì 10 ì 12 -4- Bài tập lớn kết cấu thép - Tính (tỷ số lực kéo H lực tới hạn Euler Ncr ) Giải phơng trình: ì (1 + ) 2 0.108 = 3ì = 3ì = 0.024 = 0.023 1.2 t - Độ võng nhịp tải trọng tiêu chuẩn lực kéo H gây là: = ì 1 = 0.108 ì = 0.106(cm) 1+ + 0.023 Kiểm tra độ võng sàn theo công thức: [ ] = ls ì 1 = 100 ì = 0.66(cm) 150 150 Vậy sàn đảm bảo điều kiện kiểm tra độ võng Kiểm tra điều kiện bền bàn sàn: - Lực kéo tác dụng tải gối tựa là: H =Q ì 2 ì ì E1 ì t = 1.2 ì ì ì 2.26 ì 10 ì 1.2 = 356.88(daN ) 150 l - Mômen lớn nhịp là: M max = M ì 0.313 ì 100 = ì = 381.45(daN cm) 1+ + 0.023 Kiểm tra điều kiện sàn theo công thức: = H M max 356.88 381.45 + = + = 1886.78(daN / cm ) f ì c = 2100 ì = 2100(daN / cm ) A Wx 1ì 1.2 1ì 1.2 Vậy sàn đảm bảo điều kiện cờng độ Chiều cao đờng hàn liên kết sàn dầm chịu lực kéo H hf = H ( ì f w ) ì c Trong đó: ( ì f w ) = ( f ì f wf ; s ì f ws ) f , s hệ số chiều sâu nóng chảy đờng hàn Khi hàn tay f =0.7; s =1 fwf ; fws cờng độ tính toán thép đờng hàn thép biên nóng chảy Với thép CCT34 fws = 0.45 xfu = 0.45 x3400=1530(daN/cm2) Dùng que hàn N42 có fwf =1800(daN/cm2) ( ì f w ) = s ì f ws = 1ì 1530 = 1530(daN / cm ) -5- Bài tập lớn kết cấu thép H 356.88 h f = ( ì f ) ì = 1530 ì1 = 0.233(cm) w c Ngoài phải thoả mãn yều cầu cấu tạo: 4(mm) h f 1.2t = 14.4(mm) h f = 5( mm) Vậy theo yêu cầu cấu tạo lấy hf = 5(mm) III Tính toán dầm phụ Chọn dầm phụ thép định hình cán nóng tiết diện chữ I Sơ đồ kết cấu tải trọng tác dụng lên dầm phụ: Sơ đồ tính toán dầm phụ: Dầm phụ đợc coi dầm đơn giản nhịp dầm ldp = 4.2 m Tải trọng tác dụng lên dầm phụ tải từ sàn truyền tải phân bố Tải trọng từ sàn truyền vào dầm phụ là: - Tải trọng tiêu chuẩn: qtcdp = qtcs x ls = 0.269x100 = 26.9 (daN/cm) - Tải trọng tính toán: qttdp= qtts x ls = 0.313 x100 = 31.3 (daN/cm) Mômen lớn nhịp dầm là: M max q tt dp B 31.3 ì 420 = = = 690165(daN cm) 8 Lực cắt lớn hai đầu nhịp dầm là: -6- Bài tập lớn kết cấu thép tt Vmax = q dp B = 31.3 ì 420 = 6573( daN ) 2 Chọn tiết diện dầm phụ: Mô men chống uốn cần thiết cho dầm theo yêu cầu độ bền (có kể đến biến dạng dẻo) Wxyc = M max 690165 = = 293.4(cm ) 1.12 ì c ì f 1.12 ì 1ì 2100 Tra bảng thép cán sẵn thử dần ta chọn đợc thép dầm thép I27 có đặc trng hình học: Wx = 371 (cm3); g = 31.5 (kG/m) =0.315(daN/cm) ; bf = 12.5 (cm); Sx = 210 (cm3); Ix = 5010 (cm4); hd = 27 (cm); tw= (mm) y Kiểm tra tiết diện dầm phụ: - Tải trọng tác dụng lên dầm phụ có kể đến trọng lợng thân dầm là: x 6,0 x Tải trọng tiêu chuẩn: tc tc q dp * = q dp + g dp = 26.9 + 0.315 = 27.215( daN / cm) Tải trọng tính toán: tt tt q dp * = q dp + g ì g dp = 31.3 + 1.05 ì 0.315 = 31.631( daN / cm) M V * max * max = = tt q dp * ìl tt q dp * ìl = 31.631ì 420 = = 697464( daN / cm) 31.631ì 420 = 6642(daN ) Kiểm tra theo ứng suất pháp lớn nhất: max = Với max = * M max f ì c Wx * M max 697464 = 1880(daN / cm ) Wx 371 2 max = 1880(daN / cm ) < f ì c = 2100 ì1 = 2100(daN / cm ) -7- y 125 270 Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền(có kể đến trọng lợng thân dầm): Bài tập lớn kết cấu thép Kiểm tra theo ứng suất tiếp lớn nhất: max = max V * max ì S x fv ì c I X ì tw V * max ì S x 6642 ì 210 = = = 464(daN / cm ) I X ì tw 5010 ì 0.6 max = 464 < f v ì c = 1218 ì = 1218(daN / cm ) Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ võng (có kể đến trọng lợng thân dầm): tc q dp* ì B = ì = l 384 E ì Ix l 250 Ta có: 27.215 ì 420 = ì = 0.0025 < = = 0.004 l 384 2.06 ì 10 ì 5010 l 250 Vậy tiết diện dầm chọn đảm bảo yêu cầu độ bền độ võng IV Tính toán dầm Sơ đồ kết cấu tải trọng tác dụng lên dầm chính: Dầm đợc đặt lên cột, sơ đồ kết cấu dầm đơn giản Tải trọng tác dụng lên dầm bao gồm: Trọng lợng sàn, dầm phụ hoạt tải Lực từ dầm phụ truyền lên dầm lực tập trung, dầm phụ đặt gần nên xem tải trọng tác dụnglên dầm phân bố Tải trọng tập trung đựoc thay tải trọng tơng đơng phân bố đều: Tải trọng tiêu chuẩn dầm phụ truyền vào dầm là: tc q dc = ( ) tc n ì q dp + g dp ì B L = 10 ì ( 26.9 + 0.315) ì 420 = 114.3(daN / cm) 1000 Tải trọng tính toán dầm phụ truyền vào dầm là: q tt dc = n ì (q tt dp + g g dp ) ì B L = 10 ì ( 31.3 + 1.05 ì 0.315) ì 420 = 132.85( daN / cm) 1000 (với n số lợng dầm phụ đặt lên dầm chính) Mômen lực cắt lớn dầm là: M max = tt q dc ì L2 132.85 ì 1000 = = 16606250(daN cm) 8 -8- Bài tập lớn kết cấu thép V = max tt q dc ì L 132.85 ì 1000 = = 66425( daN ) 2 Thiết kế tiết diện dầm: a Chọn chiều cao tiết diện dầm: Chiều cao tiết diện dầm phải đảm bảo yêu cầu dụng kinh tế hmin hd hmax hd hkt 20 Trong đó: * hmin Chiều cao nhỏ tiết diện dầm đảm bảo cho dầm có đủ độ cứng trình sử dụng, không võng độ võng cho phép Với dầm đơn giản chịu tải phân bố hmin đợc xác định theo công thức sau: -9- Bài tập lớn kết cấu thép hmin = f l L ì ì ì 24 E ntb Trong đó: ntb = hmin = tt q dc 132.85 = = 1.16 tc q dc 114.3 2300 1000 ì ì 400 ì = 80.2(cm) 24 2.06 ì 10 1.16 * Chiều cao hmax=1.3m *Chiều cao hkt dầm tính theo công thức: hkt = k ì W yc tw Với h hmin sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định chiều dày bụng dầm: t w = + ì hmin ì 802 =7+ = 9.4(mm) 1000 1000 Để tính hkt sơ chọn tw = 10mm Đối với dầm hàn chọn hệ số cấu tạo k= 1.15 Mômen kháng uốn cần thiết là: W yc = M max 16606250 = 7220(cm ) f ì c 2300 ì hkt = k ì W yc tw = 1.15 ì 7220 = 97.7(cm) Vậy để đảm bảo yêu cầu sử dụng kinh tế chọn chiều cao dầm là: h= 100(cm) b Chọn chiều dày bụng dầm: Chiều dày bụng dầm tw đợc chọn từ việc xác định chiều cao dầm, tw nhỏ dầm nhẹ Tuy nhiên tw cần đảm bảo điều kiện chịu lực cắt lớn Giả thiết chiều dày cánh dầm tf=2,cm, hw =h -2tf =100 - x2= 96(cm) Vậy chiều dày cần thiết bụng dầm là: tw = Vmax 3 66425 ì = ì = 0.74(cm) hw ì f v ì c 100 ì 1340 ì Chọn chiều dày bụng thoả mãn điều kiện ổn định mỏng: tw hw f 96 2300 ì = ì = 0.58(cm) 5.5 E 5.5 2.06 ì 10 Và t w 8(mm) theo yêu cầu chống gỉ - 10 - Bài tập lớn kết cấu thép Vậy chọn chiều dày bụng t w = 9(mm) c Chọn kích thớc cánh dầm bf, tf - Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức: M h t ì h3 A f = b f ì t f = max ì w w ì 12 hw f ìc 16606250 100 0.9 ì 963 ì = 61.36(cm ) = ì 2300 ì 12 98 Chiều dày cánh chọn tf=2(cm) bf =61.36 /2=30.68(cm) Kích thớc cánh dầm phải thoả mãn yêu cầu cấu tạo sau: b f b f b f b f b f E ìt f = f 2.06 ì 10 ì = 59.85(cm) 2300 1 = ữ ì h = (20 ữ 50)cm 18(cm) 30 ì t f = 60(cm) h 100 = = 10(cm) 10 10 Vì mômen uốn để tính tiết diện yêu cầu cha kể đến trọng lợng thân dầm, kể đến tiết diện dầm tính đợc lớn Vì chọn chiều rộng cánh dầm bf=36(cm) d Kiểm tra tiết diện dầm chọn theo điều kiện cờng độ: - Các đặc trng tiết diện dầm: - 11 - Bài tập lớn kết cấu thép Diện tích tiết diện dầm: A=Aw +Af=0.9 x 96+2 x2 x36 =230.4(cm2) Mômen quán tính mômen kháng uốn tiết diện với trục trung hoà x x b f ì t 3f b f ì t f ì h 2f t w ì hw3 Ix = Iw + I f = + 2ì + 12 12 = 0.9 ì 96 12 W= 36 ì 23 36 ì ì 98 412147(cm ) + 2ì + 12 ì I x ì 412147 = 8243(cm ) h 100 96 hf hw2 98 S x = Sw + S f = tw ì + b f ì t f ì = 0.9 ì + 36 ì ì 4565(cm ) 8 - Kiểm tra điều kiện cờng độ: Trọng lợng thân dầm là: g dc = A ì thộp = 230.4 ì 7.85 ì 10 = 1.81(daN / cm ) Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm lên kể trọng lợng thân dầm: tc tc qdc * = qdc + g dc = 114.3 + 1.81 = 116.1( daN / cm) Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm lên kể trọng lợng thân dầm: tt tt qdc * = qdc + g dc ì g = 132.85 + 1.81 ì 1.05 = 134.75( daN / cm) Mômen lớn tiết diện dầm là: M *max tt qdc 134.75 ì 1000 * ìl = = 16843750(daN cm) 8 Lực cắt lớn hai đầu dầm là: V *max = tt qdc 134.75 ì 1000 * ìl = 67375(daN ) 2 Điều kiện bền dầm theo mômen tiết diện dầm là: max = M max 16843750 = = 2043(daN / cm ) f ì c = 2300 ì = 2300(kN / cm ) W 8243 Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen Điều kiện bền dầm theo lực cắt tiết diện hai đầu dầm là: max = Vmax ì S 67375 ì 4565 = = 829.2(daN / cm ) f v ì c = 1330 ì = 1330(daN / cm ) I x ì tw 412147 ì 0.9 Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt * Kiểm tra điều kiện bền dầm theo ứng suất cục vị trí đặt dầm phụ: - 12 - Bài tập lớn kết cấu thép c = P f ìc tw ì lz 125 Trong đó: P=V*dpmax=6642(daN) Lz = b +2tf =12.5+2 x 2=16.5 45 45 z=165 c = ( ) ( ) 6642 = 447.3 daN / cm 2300 ì = 2300 daN / cm Vậy bụng dầm đảm 0.9 ì 16.5 bảo điều kiện bền ứng suất cục vị trí đặt dầm phụ * Không cần kiểm tra võng có: hd = 100 (cm) > hmin = 80.2(cm) Liên kết dầm phụ với dầm chính: Chiều cao lớn cho phép hmax=1.3(m) Ta có chiều cao dầm hdc =100(cm), chiều cao dầm phụ hdp =27(cm), chiều dày sàn hs = 1.2(cm) Ta chọn phơng pháp liên kết chồng sàn gác lên dầm phu dầm phụ gác lên dầm chính, Chiều cao liên kết là: h = hdc + hdp + hs =100 +27 +1.2=128.2(cm) Dùng đờng hàn góc hai bên mép cánh Cấu tạo liên kết nh hình vẽ Thay đổi tiết diện dầm: - 13 - 20 P Bài tập lớn kết cấu thép Để tiết kiệm thép, giảm nhẹ trọng lợng dầm thiết kế dầm ta thay đổi tiết diện dầm phần dầm có mômen uốn bé Chọn cách thay đổi bề rộng cánh cánh chủ yếu chịu mômen uốn dầm Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa đoạn: 1 1 x1 = ữ ì L = ữ ì 10 = (1,67 ữ 2) (cm) 6 Chọn x1 = 1.7 m=170(cm) - Nội lực vị trí thay đổi tiết diện : M x1 = tt qdc 134.75 ì 170 ì (1000 170) * ì x1 ì ( L x ) = 9506613( daN cm) 2 l 1000 tt Vx1 = qdc x1 = 134.75 ì 170 44467.5(daN cm) * ì - Mô men kháng uốn cần thiết cho tiết diện (vì dầm chịu kéo, kiểm tra chất lợng đờng hàn phơng pháp thông thờng Wx1 = M x1 9506613 = 4863(cm3 ) 0.85 ì f ì c 0.85 ì 2300 ì - Môn men quán tính cần thiết cho tiết diện thay đổi: I x1 = Wx1 ì h 100 = 4863 ì = 243150(cm ) 2 - Diện tích cần thiết cho cánh dầm thay đổi: Act = ì I x1 I w 243150 66355 = 2ì = 36.8(cm ) hf 982 Với: I w = t w hw3 0.9 ì 963 = 66355(cm ) 12 12 Có Act = tf x bf = 36.8 (cm2) tf = cm bf = Act / tf =18.4(cm) chọn bf thoả mãn điều kiện: ' b f 10 hd = 10(cm) ' bc b f = 18(cm) ' b f 18(cm) Vậy chọn bf= 20(cm) - 14 - Bài tập lớn kết cấu thép - Diện tích thực cánh dầm thay đổi: Act = tf.bf = x20 = 40 (cm2) * Kiểm tra độ bền tiết diện dầm thay đổi: - Các đặc trng tiết diện dầm: Diện tích tiết diện dầm: Ax1=Aw +Af=0.9 x 96+2 x2 x20 =166.4(cm2) Mômen quán tính mômen kháng uốn tiết diện với trục trung hoà x x b' f ìt 3f b' f ìt f ì h 2f t w ì hw3 I x1 = I w + I f = + 2ì + 12 12 = 0.9 ì 96 12 W= 20 ì 20 ì ì 982 258462(cm ) + 2ì + 12 ì I x ì 258462 = 5169(cm ) h 100 hf 96 hw2 98 S x = S w + S f = t w ì + b' f ìt f ì = 0.9 ì + 20 ì ì 2997(cm ) 8 - Kiểm tra điều kiện cờng độ: Điều kiện bền dầm theo mômen là: x1 = M x1 9506613 = = 1839(daN / cm ) f ì c = 2300 ì1 = 2300(kN / cm ) W 5169 Vậy tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo mômen Điều kiện bền dầm theo lực cắt là: x1 = Vx1 ì S 4467.5 ì 2997 = 573( daN / cm ) f v ì c = 1330 ì1 = 1330(daN / cm ) Vậy I x ì tw 258462 ì 0.9 tiết diện dầm đảm bảo điều kiện bền theo lực cắt - Kiểm tra theo ứng suất tơng đơng: * Tại vị trí tiết diện thay đổi cách gối tựa 1.7 m không trùng vị trí đặt dầm phụ nên ứng suất cục bộ: cb =0 - Mô men tĩnh cánh tiết diện trục trung hoà: - 15 - Bài tập lớn kết cấu thép S ' w = t f b 'f h f = ì 20 ì 98 = 1960(cm) - ứng suất tiếp thớ biên bụng dầm: = Vx1 ì S ' w 44467.5 ì1960 = 375( daN / cm ) I x ì tw 258462 ì 0.9 - ứng suất pháp thớ biên bụng dầm: = M x1 hw 9506613 96 ì = ì = 1766(daN / cm ) Wx1 hd 5169 100 - Điều kiện bền theo ứng suất tơng đơng: tđ = 12 + 12 = 1766 + ì 3752 1882(daN / cm ) 1.15 ì f Có: t = 1882(daN / cm ) 1.15 ì 2300 = 2645(daN / cm ) Vậy tiết diện thay đổi đủ khả chịu lực Kiểm tra ổn định dầm: a Kiểm tra ổn định tổng thể: - Kiểm tra tỷ số lo/bf b b b E l0 0,41 + 0,0032 f + (0,73 0,016 f ) f bf tf t f h f f Trong đó: = dầm làm việc giai đoạn đàn hồi Thay số: 100 36 36 36 2.06 ì10 = 2,778 10.41 + 0.0032 + 0.73 0.016 ì = 18.85 36 98 2300 Vậy dầm đảm bảo ổn định tổng thể b Kiểm tra ổn định cục bộ: * Kiểm tra ổn định cục cánh: Khi chọn tiết diện cánh chọn để đảm bảo điều kiện cờng độ * Kiểm tra ổn định cục bụng: - Kiểm tra theo ứng suất pháp: Điều kiện đảm bảo ổn định bụng dầm: hw 96 E 2.06 ì10 = = 106.67 5.5 ì = 5.5 ì = 164.6 t w 0.9 f 2300 - 16 - Bài tập lớn kết cấu thép Vậy bụng dầm đảm bảo ổn định bền theo ứng suất pháp - Kiểm tra theo ứng suất pháp: + Độ mảnh quy ớc bụng dầm: - Độ mảnh quy ớc bụng dầm: w = hw f 96 2300 ì = ì = 3.56 tw E 0.9 2.06 ì 10 Ta thấy: w = 3.56 > [ w ] = 3.2 nên ta phải gia cố bụng cặp sờn đứng hai bên bụng cách khoảng a 2.hw = x96 = 192 (cm) Chọn a = 180 cm, bố trí sờn nh hình vẽ Bề rộng chiều dày sờn: b S hw 960 30 + 40 = 30 +40 = 72 mm chọn b S = 80 mm f 2300 = x80 x = 5.35 mm chọn ts = mm 2.06 ì10 E hs= hw = 96 mm Các sờn đợc hàn vào bụng cánh dầm đờng hàn theo cấu tạo hmin=6mm t S xb S x * Kiểm tra độ ổn định ô sau gia cờng: - 17 - Bài tập lớn kết cấu thép Do w = 3,72 > [ ow ] = 2,5 nên sau gia cờng bụng phải kiểm tra ổn định ô bụng dầm Vì a > h w nên giá trị trung bình mômen uốn lực cắt ô kiểm tra lấy ô hình vuông cạnh h w kể từ phía có nội lực lớn (nh hình vẽ trên) - Kiểm tra ô bụng 1: Vị trí tiết diện kiểm tra cách đầu dầm x = 182cm Do có tải trọng cục tác dụng cánh nén dầm 2.5 < w = 3.56 < nên bụng dầm đợc kiểm tra ổn định theo công thức: c + c ,cr cr 2 + c = 0.95 cr Tính toán đại lợng: M1 = tt q dc 134.75 ì 182 ì (1000 182) * ì x1 ì ( L x1 ) = 10030520(daN / cm ) 2 tt q dc ì ( L x1 ) 134.75 ì (1000 ì 182) = 42850(daN / cm ) V1 = * 2 = M hw 10030520 96 ì = ì 1168.2( daN / cm ) W h 8243 100 (Tại tiết diện x1 = 182(cm) phạm vi dầm giảm bề rộng cánh có mômen quán tính tiết diện kiểm tra W=8243(cm3)] = V1 42850 = 496(daN / cm ) hw ì t w 96 ì 0.9 ứng suất cục vị trí đặt dầm phụ là: c = 447.3( daN / cm ) + ứng suất pháp tới hạn cr: a 180 h = 96 = 1.875 > 0.8 ccr ì f w cr = w c = 447.3 = 0.383 1168.2 - 18 - Bài tập lớn kết cấu thép Trong đó: =ì tf 36 ì = 0.8 ì ì = 3.29 hw t w 96 0.9 bf ccr = 34.14 cr = 34.14 ì 2300 = 6195.7(daN / cm ) 3.56 + ứng suất cục giới hạn c,cr: c,cr = a = c1 ì f a a f 180 2300 ì = ì = 3.34 ì tw E ì 0.9 2.06 ì10 a 180 = = 0.938 2hw ì 96 c ,cr = = 3.29 c1=19.701 19.701 ì 2300 = 4061.8(daN / cm ) 3.34 0.76 f + ứng suất tiếp tới hạn cr = 10.31 + ì 2v ow ow = d f 96 2300 ì = ì = 3.56 E 0.9 tw 2.06 ì10 (d = hw cạnh ngắn ô bụng) à= hw 96 = = 0.53 a 180 cr = 10.3 ì + 0.532 ì 3.56 = 4005.4(daN / cm ) 0.76 1330 Vậy điều kiện ổn định bụng dầm: c + cr c ,cr 2 2 1168 447 496 + = + + = 0.323 c = 0.95 6195 4061 4005 cr Vậy ô bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục - Kiểm tra ô bụng 2: Vị trí tiết diện kiểm tra cách đầu dầm x2 = 362cm Do có tải trọng cục tác dụng cánh nén dầm 2.5 < w = 3.56 < nên bụng dầm đợc kiểm tra ổn định theo công thức: - 19 - Bài tập lớn kết cấu thép c + cr c ,cr + cr c = 0.95 Tính toán đại lợng: tt q dc 134.75 ì 362 ì (1000 362) * ì x2 ì ( L x2 ) = 15560660(daN / cm ) 2 M2 = V2 = tt qdc 134.75 ì (1000 ì 362) * ì ( L x2 ) = 18595(daN / cm ) 2 = M hw 15560660 96 ì = ì 1812(daN / cm ) W h 8243 100 = V1 18595 = 215.22(daN / cm ) hw ì t w 96 ì 0.9 ứng suất cục vị trí đặt dầm phụ là: c = 447.3( daN / cm ) + ứng suất pháp tới hạn cr: a 180 h = 96 = 1.875 > 0.8 ccr ì f w cr = w c = 447.3 = 0.247 < c 1812 Trong đó: =ì tf 36 ì = 0.8 ì ì = 3.29 hw t w 96 0.9 bf ccr = 34.14 cr = 34.14 ì 2300 = 6195.7(daN / cm ) 3.56 + ứng suất cục giới hạn c,cr: c,cr = a = c1 ì f a a f 180 2300 ì = ì = 3.34 ì tw E ì 0.9 2.06 ì10 a 180 = = 0.938 2hw ì 96 c ,cr = = 3.29 c1=19.701 19.701 ì 2300 = 4061.8(daN / cm ) 3.34 - 20 - Bài tập lớn kết cấu thép 0.76 f + ứng suất tiếp tới hạn cr = 10.31 + ì 2v ow ow = d f 96 2300 ì = ì = 3.56 E 0.9 tw 2.06 ì10 (d = hw cạnh ngắn ô bụng) à= hw 96 = = 0.267 2a ì180 cr = 10.3 ì + 0.267 ì 3.56 12604(daN / cm ) 0.76 1330 Vậy điều kiện ổn định bụng dầm: c + cr c ,cr 2 2 1812 447 215 22 + = + + = 0.403 c = 0.95 6195.7 4061.8 12604 cr Vậy ô bụng đảm bảo điều kiện ổn định cục Kiểm tra ổn định tơng tự cho ô ta có kết luận ô bụng đảm bảo điều kiện ổn định Thiết kế cấu tạo tính toán chi tiết dầm: a Tính liên kết cánh dầm bụng dầm: Trong dầm tổ hợp hàn, cánh đợc liên kết với bụng đờng hàn góc, nằm góc tạo thành cánh với bụng Khi dầm chịu uốn có xu hớng trợt tơng đối so với bụng, đờng hàn liên kết cánh với bụng dầm phải chịu đợc lực trợt đó, không cho chúng trợt tơng Để đơn giản cho thi công thiên an toàn ta lấy V = Vmax để tính Vì cánh dầm hàn có tác dụng cục lực tập trung F, mà dầm sờn gia cờng, nên đờng hàn liên kết cánh bụng phải chịu thêm phần ứng suất cục lực tập trung gây Chiều cao cần thiết đờng hàn đợc xác định theo công thức: h f (VS / I x ) + ( F / lz ) f 2( ì f w ) ì c Trong đó: + V lực cắt lớn dầm V = 67375(daN/cm2) + Sf mômen tĩnh cánh dầm lấy với trục trung hoà S f = bf ìt f ì hf = 36 ì ì 98 = 3528(cm ) - 21 - Bài tập lớn kết cấu thép + Ix mômen quán tính tiết diện dầm (đã tính phần trớc) Ix = 412147(cm4) + F, lz - Giá trị chiều dài phân bố lực tập trung (đã tính phần kiểm tra tiết diện dầm) F = 6642(daN), lz =16.5(cm) + Dùng phơng pháp hàn tay, que hàn N42 có: fwf=1800 (daN/cm2); fws= 0.45fu =0.45 x3800=1710 (kG/cm2); f=0.7 s=1 ( ì f w ) [ ] = ( f ì f wf ); ( s ì f ws ) = ( f ì f wf ) = 1800 ì 0.7 = 1260(daN / cm ) + c hệ số điều kiện làm việc c=1 hf (VS / I x ) + ( F / lz ) f 2( ì f w ) ì c = ( 67375 ì 3528 / 412147) + ( 6642 / 16.5) 2 ì 1260 ì1 = 0.28(cm) Chọn chiều cao đờng hàn góc theo điều kiện cấu tạo với t max = tf =20(mm) chọn hf = 7(mm) hàn suốt chiều dài dầm b Tính sờn đầu dầm: đầu dầm tổ hợp phản lực gối có giá trị lớn, cần có thêm sờn gối để với bụng dầm chịu truyền phản lực đến gối tựa Dùng giải pháp sờn gối đặt đầu dầm, dầm gối lên đỉnh cột thép * Chọn kích thớc tiết diện sờn gối: Chọn sờn đầu dầm có chiều rộng chiều rộng cánh dầm, cấu tạo sờn gối nh hình vẽ, ta có: Sờn đầu dầm chịu phản lực gối tựa: V = V*max = 67375(daN) Bề rộng sờn đầu dầm chọn bề rộng cánh: b os = ( bf t w ) = ( 20 0.9 ) 2 = 9.55(cm) Từ điều kiện ổn định cục thép làm sờn: b 9.55 os ts = = 0.64(cm) bos E 0.5 ì E 2.06 ì 10 0.5 ì ts f 0.5 ì f 2300 Theo quy cách thép bản, chọn chiều dày sờn đầu dầm ts =10(mm) Nh sờn đầu dầm có tiết diện bs x ts =20 x1(cm) - 22 - Bài tập lớn kết cấu thép Tấm gỗ chèn dày cm chi tiết nối dầm với cột * Kiểm tra sờn gối dầm chọn: - Không cần kiểm tra điều kiện ổn định cục thép sờn gối, chọn tiết diện theo điều kiện - Kiểm tra điều kiện ép mặt mút dới sờn Xác định cờng độ chịu ép mặt tỳ đầu thép CCT38, theo cờng độ bền fu tính đợc : fc = fu/M = 3800/1.05 =3619(daN/cm2) Diện tích ép mặt mút sờn gối (cần đợc bào phẳng, gọt nhẵn) As = bs x ts = 20 x1 =20(cm2) Kiểm tra điều kiện ép mặt: V 67375 = = 3369(daN / cm ) < f c ì c = 3619 ì = 3619(daN / cm ) A 20 - Kiểm tra điều kiện bền có xét đến ổn định mặt phẳng dầm sờn gối dầm Diện tích bụng tham gia chịu lực với sờn đầu dầm Aw1 = t w ì 0.65 ì E 2.06 ì 10 = 0.9 ì 0.65 ì = 15.76(cm ) f 2300 Xác định đặc trng hình học tiết diện quy ớc tham gia chịu nén: A = As +Aw1= 20 + 15.76 =35.76(cm2) Iz = t s ì iz = b 3s + 12 t w ì 0.65 ì 12 2.06 ì 106 E 0.9 ì 0.65 ì 2300 668(cm ) f = 1ì 20 + 12 12 Iz 668 = = 4.32(cm) A 35.76 - 23 - Bài tập lớn kết cấu thép Độ mảnh quy ớc: = hw 96 = = 22.2 iz 4.32 Tra bảng II.1 phụ lục, tơng ứng với = 22.2 ; có hệ số uốn dọc = 0.957 Kiểm tra điều kiện bền ổn định: V 67375 = = 1968.7(daN / cm ) < f ì c = 2300 ì = 2300(daN / cm ) ì A 0.957 ì 35.76 Tính mối nối dầm: Dùng que hàn N42, phơng pháp hàn tay có: fwf=1800 (daN/cm2); fws= 0.45fu =0.45 x3800=1710 (kG/cm2); f=0.7 s=1 ( ì f w ) [ ] = ( f ì f wf ); ( s ì f ws ) = ( f ì f wf ) = 1800 ì 0.7 = 1260(daN / cm ) Tiết diện tính toán tiết diện qua đờng hàn a Tính mối nối cánh: Nối dầm nơi thay đổi tiết diện cánh để thuận tiện cho việc di chuyển lắp ghép ứng suất pháp vị trí nối: x1 = 1839(daN/cm2) < 0.85 x f=0.85 x2300 =1955(daN/cm 2) nên ta dùng đờng hàn đối đầu thẳng góc để nối cánh đủ khả chịu lực b Tính mối nối bụng: Bản bụng nối ghép dùng đờng hàn góc Nội lực mối nối: Mx1 =9506613(daN/cm2), Vx1 = 44467.5(daN) Mối nối coi nh chịu toàn lực cắt phần mômen bụng: Mb = Iw 66355 ì M x1 = ì 9506613 2440635(daN cm) I 258462 Trong đó: Iw =66355 (cm4), I =258462(cm4) Chọn ghép có tiết diện (86 x1) cm, bề rộng 10 (cm) Kiểm tra tiết diện ghép: 2Abg = x86 x1=172(cm2) > AW = 96 x0.9=86.4(cm2) Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực Do có mômen lệch tâm Me: M e = Vx1 ì e = 44467.5 ì 222338(daN cm) Mômen lực cắt mà đờng hàn nối phải chịu là: M = Mb +Me = 2440635 + 222338 = 2662973(daN.cm) Chọn chiều cao đờng hàn hf =10(mm) - 24 - Bài tập lớn kết cấu thép hf >hmin =5(mm), hf 1.2t =1.2 x1 =12(mm) Diện tích tiết diện đờng hàn là: Af =2 xf x hf xlw = x 0.7 x x(86 -1)=119(cm2) Mômen kháng uốn tiết diện đờng hàn là: Wwf = f ì h f ì l w = ì ì ( ì 85) = 3372(cm ) Kiểm tra ứng suất đờng hàn: t M = W wf 2 2 Vx1 + = 2662973 + 22908 874(daN / cm ) A 3372 119 f t = 874(daN / cm ) < ( ì f w ) = 1260(daN / cm ) Vậy mối nối dầm đảm bảo điều kiện cờng - 25 - [...]... sàn hs = 1.2(cm) Ta chọn phơng pháp liên kết chồng trong đó bản sàn gác lên dầm phu và dầm phụ gác lên dầm chính, Chiều cao liên kết là: h = hdc + hdp + hs =100 +27 +1.2=128.2(cm) Dùng đờng hàn góc ở hai bên mép cánh Cấu tạo liên kết nh hình vẽ 4 Thay đổi tiết diện dầm: - 13 - 20 P Bài tập lớn kết cấu thép Để tiết kiệm thép, giảm nhẹ trọng lợng dầm khi thiết kế dầm ta thay đổi tiết diện dầm ở phần dầm... cục bộ của bản thép làm sờn: b 9.55 os ts = = 0.64(cm) bos E 6 0.5 ì E 2.06 ì 10 0.5 ì ts f 0.5 ì f 2300 Theo quy cách thép bản, chọn chiều dày sờn đầu dầm ts =10(mm) Nh vậy sờn đầu dầm có tiết diện bs x ts =20 x1(cm) - 22 - Bài tập lớn kết cấu thép Tấm gỗ chèn dày 2 cm chi tiết nối dầm chính với cột * Kiểm tra sờn gối dầm đã chọn: - Không cần kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ bản thép sờn gối, và... t f = 60(cm) h 100 = = 10(cm) 10 10 Vì mômen uốn để tính ra tiết diện yêu cầu trên cha kể đến trọng lợng bản thân dầm, nếu kể đến thì tiết diện dầm tính đợc sẽ lớn hơn Vì vậy chọn chiều rộng cánh dầm là bf=36(cm) d Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn theo điều kiện cờng độ: - Các đặc trng tiết diện dầm: - 11 - Bài tập lớn kết cấu thép Diện tích tiết diện dầm: A=Aw +Af=0.9 x 96+2 x2 x36 =230.4(cm2) Mômen... - 12 - Bài tập lớn kết cấu thép c = P f ìc tw ì lz 125 Trong đó: P=V*dpmax=6642(daN) Lz = b +2tf =12.5+2 x 2=16.5 45 45 z=165 c = ( ) ( ) 6642 = 447.3 daN / cm 2 2300 ì 1 = 2300 daN / cm 2 Vậy bản bụng dầm đảm 0.9 ì 16.5 bảo điều kiện bền do ứng suất cục bộ tại vị trí đặt dầm phụ * Không cần kiểm tra võng vì đã có: hd = 100 (cm) > hmin = 80.2(cm) 3 Liên kết dầm phụ với dầm chính: Chiều cao lớn nhất... S 2 xb S x * Kiểm tra độ ổn định của ô bản sau khi gia cờng: - 17 - Bài tập lớn kết cấu thép Do w = 3,72 > [ ow ] = 2,5 nên sau khi gia cờng bản bụng phải kiểm tra ổn định các ô bản bụng dầm Vì a > h w nên các giá trị trung bình của mômen uốn và lực cắt trong ô kiểm tra lấy tại giữa ô hình vuông cạnh h w kể từ phía có nội lực lớn (nh hình vẽ trên) - Kiểm tra ô bản bụng 1: Vị trí tiết diện kiểm tra... tự cho ô bản 3 ta cũng có kết luận ô bản bụng đảm bảo điều kiện ổn định 6 Thiết kế cấu tạo và tính toán các chi tiết của dầm: a Tính liên kết giữa cánh dầm và bụng dầm: Trong dầm tổ hợp hàn, mỗi bản cánh đợc liên kết với bản bụng bằng các đờng hàn góc, nằm ở góc tạo thành giữa bản cánh với bản bụng Khi dầm chịu uốn bản có xu hớng trợt tơng đối so với bản bụng, đờng hàn liên kết cánh với bản bụng dầm... 67375(daN/cm2) + Sf mômen tĩnh của một cánh dầm lấy với trục trung hoà S f = bf ìt f ì hf 2 = 36 ì 2 ì 98 = 3528(cm 3 ) 2 - 21 - Bài tập lớn kết cấu thép + Ix mômen quán tính của tiết diện dầm (đã tính ở các phần trớc) Ix = 412147(cm4) + F, lz - Giá trị và chiều dài phân bố của lực tập trung (đã tính ở phần kiểm tra tiết diện dầm) F = 6642(daN), lz =16.5(cm) + Dùng phơng pháp hàn tay, que hàn N42 có: fwf=1800.. .Bài tập lớn kết cấu thép Vậy chọn chiều dày bản bụng t w = 9(mm) c Chọn kích thớc bản cánh dầm bf, tf - Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức: M h t ì h3 2 A f = b f ì t f = max ì w w ì 2 12 hw f ìc 2 16606250 100 0.9 ì 963 2 ì 2 = 61.36(cm 2 ) = ì 2300 ì 1 2 12 98 Chiều dày bản cánh đã chọn tf=2(cm) bf =61.36 /2=30.68(cm) Kích thớc cánh dầm phải thoả mãn các yêu cầu. .. 96 ì 0.9 ứng suất cục bộ tại vị trí đặt dầm phụ là: c = 447.3( daN / cm 2 ) + ứng suất pháp tới hạn cr: a 180 h = 96 = 1.875 > 0.8 ccr ì f w cr = 2 w c = 447.3 = 0.383 1168.2 - 18 - Bài tập lớn kết cấu thép Trong đó: =ì tf 36 2 ì = 0.8 ì ì = 3.29 hw t w 96 0.9 bf ccr = 34.14 cr = 34.14 ì 2300 = 6195.7(daN / cm 2 ) 2 3.56 + ứng suất cục bộ giới hạn c,cr: c,cr = a = c1 ì f 2 a... bụng 2: Vị trí tiết diện kiểm tra cách đầu dầm x2 = 362cm Do có tải trọng cục bộ tác dụng ở cánh nén của dầm và 2.5 < w = 3.56 < 6 nên bản bụng dầm đợc kiểm tra ổn định theo công thức: - 19 - Bài tập lớn kết cấu thép c + cr c ,cr 2 + cr 2 c = 0.95 Tính toán các đại lợng: tt q dc 134.75 ì 362 ì (1000 362) * ì x2 ì ( L x2 ) = 15560660(daN / cm 2 ) 2 2 M2 = V2 = tt qdc 134.75 ì (1000