1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC

31 2,6K 14

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 31
Dung lượng 1,25 MB

Nội dung

Cầu trục hai dầm kiểu hộp đảm bảo được độ cứng theo phương thẳng đứng vàtheo phương nằm ngang, đồng thời cả tiết diên ngang dưới tác dụng của các momenxoắn do trọng lượng di chuyển, buồn

Trang 1

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP CẦU TRỤC

5.1 Giới thiệu kết cấu thép cầu trục hai dầm kiểu hộp:

Kết cấu thép của cầu gồm hai nữa cầu chế tạo từ kết cấu dầm Tiết diện ngangcủa nửa cầu là kết cấu dần hộp Ngoài ra cầu trục còn có 2 dầm phụ được hàn vàohai bên của hai dầm chính để đặt ray di chuyển của xe con thứ 1 Cầu được nối cứngvới nhau bởi hai dầm cuối Trên dầm cuối ta đặt các bánh xe để di chuyển cầu dọctheo nhà xưởng Xe con di chuyển dọc trên đường ray được đặt trên tấm biên trêncủa dầm và được đặt ở giữa dầm

Cầu trục hai dầm kiểu hộp đảm bảo được độ cứng theo phương thẳng đứng vàtheo phương nằm ngang, đồng thời cả tiết diên ngang dưới tác dụng của các momenxoắn do trọng lượng di chuyển, buồng lái,… gây ra

5.2 Các thông số ban đầu để tính kết cấu thép và vật liệu chế tạo kết cấu thép cầu:

5.2.1 Các thông số ban đầu:

– Sức nâng: 75 T (3x25T)

– Khẩu độ của cầu: 33000 mm

– Khoảng cách trục các bánh xe con: 1500 mm

– Số lượng xe con di chuyển trên cầu: 2 xe

– Chế độ làm việc trung bình

5.2.2 Chọn vật liệu chế tạo:

Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép là thép CT3 có các đặc trưng cơ tính sau:

– Môđun đàn hồi (khi kéo) : E = 2,1.106 kG/cm2

– Môđun đàn hồi trượt : G = 0,81 106 kG/cm2

– Giới hạn chảy : σc= 2400 – 2800 kG/cm2

– Giới hạn bền : σb= 3800 – 4200 kG/cm2

– Độ dai va đập : ak = 50 – 100 J/ cm2

– Khối lượng riêng : γ = 7,83 T/ m3

– Độ giãn dài khi đứt : ε 0 = 21%

5.3 Trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán kết cấu thép:

5.3.1 Trường hợp tải trọng:

70

Trang 2

Khi cầu trục làm việc, nó chịu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kếtcấu Các tải trọng có thể tác động thường xuyên hoặc không thường xuyên, theo quiluật hoặc không theo qui luật, tải trọng tĩnh hoặc động, tải trọng tác động theophương thẳng đứng hoặc phương ngang… Từ sự phối hợp đa dạng của các loại tảitrọng, người ta chia ra các trường hợp tải trọng tính toán như sau:

a) Trường hợp tải trọng I:

Tải trọng bình thường ở trạng thái làm việc, phát sinh khi máy làm việc ở điềukiện bình thường Trường hợp này dùng để tính bền các chi tiết theo mỏi Các tảitrọng thay đổi được qui đổi thành tải trọng tương đương

b) Trường hợp tải trọng II:

Tải trọng lớn nhất ở trạng thái làm việc, phát sinh khi cầu trục làm việc ở điềukiện nặng nhất Các tải trọng này gồm các lực cản tĩnh cực đại, tải trọng động cựcđại khi mở (hoặc phanh) máy (hoặc cơ cấu) đột ngột… Trường hợp này dùng để tínhcác chi tiết theo điều kiện bền tĩnh

5.3.2 Bảng tổ hợp tải trọng:

Ở trạng thái làm việc của máy trục, người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lênkết cấu và chia thành các tổ hợp tải trọng sau:

– Tổ hợp Ia, IIa: Hai tổ hợp này tương ứng với trường hợp cầu trục đứng yên,

chỉ có cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng mộtcách từ từ (Ia) hoặc đột ngột (IIa)

– Tổ hợp Ib, IIb: Hai tổ hợp này ứng với trường hợp cầu trục mang hàng di

chuyển, khởi động (hoặc phanh) từ từ (Ib), hoặc đột ngột (IIb) Trong trường hợpnày, các cơ cấu nâng và di chuyển xe con không làm việc hoặc làm việc với gia tốcổn định

– Tổ hợp IIc: Tổ hợp này ứng với trường hợp xe con mang hàng di chuyển,

khởi động hoặc phanh đột ngột Trong trường hợp này, các cơ cấu nâng và di chuyểncầu trục đứng yên hoặc làm việc với gia tốc không đổi

71

Trang 3

bền mỏi và độ ổn định

[ ]σ rk = σrk/n I [ ]σ = σc/n II

Tổ hợp tải trọng

Trọng lượng cầu Gc có tính

đến hệ số va đập kđ

Gc Kđ’

Gc Gc Kđ

Gc Gc

Trọng lượng xe tời Gx có

tính đến hệ số kđ

Gx Kđ.Gx Gx Kđ

Gx Gx

Trọng lượng hàng nâng Q

(cả thiết bị mang hàng) có

tính đến hệ sô kđ, ψ

td

I'.Q

Lực quán tính ngang khi hãm

cơ cấu di chuyển cầu trục

5.4 Các thông số hình học cơ bản của dầm chính:

– Chiều cao của dầm chính ở tiết diện giữa phụ thuộc vào khẩu độ của cầu và lấybằng:

18

1 14

1 18

1 14

Trang 4

50

1 40

– Chiều dày tấm biên trên: δ1 = 16mm

– Chiều dày tấm biên dưới: δ2 = 14mm

– Chiều cao tấm thành: Ht = H – (δ + 1 δ 3) = 2250 – (16+14) = 2230 mm Chiều dàycủa tấm thành được chọn theo điều kiện ổn định cục bộ của dầm (5.20)[7]:

160 100

,

13 ≤ 3 ≤

Lấy δ 3 = 14 mm

5.5 Xác định đặc trưng hình học của tiết diện dầm chính:

5.5.1 Tiết diện giữa dầm:

73

Hình 5.1 Mặt cắt tiết diện giữa dầm

Trang 5

Diện tích tiết diện:

1 0

1 B 935 20 14960mm

3 0

Momen tĩnh của tiết diện đối với trục x1 – x1:

– Tấm biên trên:

3 1

1

2

20 2250 14960 2

3

2

18 13090 2

2

2

2220 62160 2

Momen quán tính của tiết diện đối với trục x – x:

– Tấm biên trên:

2 3

2 1 0 1

3 1 0 1

2

20 1147 2250

14960 12

20 935 2

12

2 3

2 3 0 3

3 3 0 3

10 712153629 ,

1

2

18 1147 13090 12

14 935 2

12

mm J

Z F

B J

– Tấm thành:

4 10 2

2 3

2 3 0

2

3 2 2

10 557132144 ,

2

12 1110 1147

62160 12

12 2220 2 2

12

2

mm J

H Z F

H J

x

t t

Trang 6

– Tổng momen quán tính: J x = 6 , 06201078 10 10mm4

Momen chống uốn của tiết diện:

– Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên:

3 10

1

1103

10 06201078 ,

6

mm Z

0

42 , 52851009 1147

10 06201078 ,

6

mm Z

J

Momen quán tính đối với trục y – y:

– Tấm biên trên:

4

3 1

3 0

12

20 935 12

3 0

12

18 935 12

2 3

2 2 0 2

3 2 2

10 958749361 ,

3

2

12 935 62440 12

2220 12 2 2

12

2

mm J

B F

H J

y

t y

– Tổng momen quán tính: J y = 4 , 197753888 10 10mm4

Momen chống uốn đối với trục y – y:

3 10

0

02 , 89791527 935

10 197753888 ,

4 2 2

mm B

Trang 7

Diện tích tiết diện:

1 0

Momen tĩnh của tiết diện đối với trục x1 – x1:

– Tấm biên trên:

3 1

' ' 1

'

2

20 1125 14960 2

' 3

'

2

18 13090 2

' ' 2

'

2

1095 30660 2

S

58710

34017540 '

'

'

Momen quán tính của tiết diện đối với trục x – x:

– Tấm biên trên:

2 3

2 1 0 1

3 1 0 '

1

2

20 579 1125 14960 12

20 935 2

' ' ' 12

Trang 8

4 3

2 3

2 3 0 3

3 3 0 3

4283052363 '

2

18 579 13090 12

18 935 2

' ' 12

'

mm J

Z F

B J

2 3

2 3 0

2

3 2 2

1541144063 '

12 5 , 547 579 30660 12

12 1095 2 2

' ' ' 12

' 2 '

mm J

H Z F

H J

x

t t

– Tổng momen quán tính: J'x= 1 , 015459781 10 10mm4

Momen chống uốn của tiết diện:

– Đối với lớp kim loại ngoài cùng của thanh biên trên:

3 10

1

546

10 015459781 ,

1 '

'

mm Z

0

579

10 015459781 ,

1 '

'

mm Z

J

Momen quán tính đối với trục y – y:

– Tấm biên trên:

4

3 1

3 0

12

20 935 12

3 0

3 953633770 , 8

12

18 935 12

2 3

2 2 0 2

3 2 2

3078057045 '

2

12 935 30660 12

1095 12 2 2

' ' 12

' 2 '

mm J

B F

H J

y

t y

– Tổng momen quán tính: J'y= 5121557983mm4

Momen chống uốn đối với trục y – y:

3 0

24 , 10955204 935

5121557983

2 ' 2

Trang 9

5.6.1 Tải trọng phân bố:

a) Trọng lượng bản thân cầu:

Trọng lượng bản thân cầu bao gồm trọng lượng phần kết cấu thép, cơ cấu dichuyển cầu, thiết bị điện và cabin điều khiển Qua xác định bằng lý thuyết và thựcnghiệm trọng lượng kết cấu thép một nửa cầu hàn không kể dầm đầu làm bằng thépCT3 phụ thuộc vào sức nâng và khẩu độ của nó

Theo biểu đồ hình 1.7 [7] dựa vào khẩu độ và sức nâng ta chọn trọng lượngmột nửa cầu: G c 26Tf 260000N

b) Trọng lượng cụm dẫn động cơ cấu di chuyển cầu:

Trọng lượng cụm dẫn động cơ cấu di chuyển cầu bao gồm động cơ điện, khớpnối, hộp giảm tốc, phanh và bệ đỡ cụm truyền động Với cầu trục làm việc ở chế độtrung bình, theo trang 216 [7] ta lấy G0 = 2 T

Tính dầm phía bên cơ cấu di chuyển tức là dầm chịu tải lớn hơn Tải trọngphân bố dọc theo chiều dài dầm(5.1) [5]:

m N L

G G k

33

20000 260000

0 , 1

5.6.2 Tải trọng tập trung:

a) Trọng lượng xe con:

Trọng lượng xe con phụ thuộc vào sức nâng của cầu trục Theo đồ thị hình (1.8)[7] ta có:

– Xe con 1 với sức nâng 50 T sơ bộ ta chọn Gx1 = 18 T

– Xe con 2 với sức nâng 25 T sơ bộ ta chọn Gx2 = 12 T

Tải trọng do trọng lượng của xe con và vật nâng là tải trọng tập trung và đượcđặt ở điểm tiếp xúc của bánh xe với đường ray, và giả thiết rằng tải trọng này phânbố đều cho các bánh xe di chuyển (6.26) [6]

– Ở xe con 1:

+ Tải trọng lên các bánh xe khi có kể đến hệ số điều chỉnh:

4 2

1 1 2

1 2

trong đó:

78

Trang 10

– Qx1: Tải trọng nâng của xe con số 1; Qx1 = 500000 N

– Gx1: Trọng lượng của xe con số 1; Gx1 = 180000N

– k2: Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy trục; theotrang 80 [6] với chế độ làm việc trung bình ta chọn k2 = 1,2

N

4

180000 2

500000

2 ,

' 1 2 ' 1

G Q P P

2 2 2 1

2 2

2

G Q k P P

250000

2 , 1

+ Tải trọng lên các bánh xe khi không kể đến hệ số điều chỉnh:

4 2

1 ' 2 2 ' 2

G Q P P

250000 '

85 , 8484 2

P

2 10

155000

2 295000

2 2

10

2

7

1 '

trong đó:

– Lực quán tính Pqt được đặt tập trung ở giữa dầm

79

Trang 11

– Hệ số 1/2 tính khi nửa số bánh xe của cầu là bánh dẫn.

– Lực Pqt và lực P’qt có hướng thẳng góc với dầm, Lực P”qt đặt ở đầu ray xecon và có hướng dọc theo trục dầm đang tính

c) Hệ số va đập khi di chuyển:

Hệ số này phụ thuộc vào loại cầu trục, tình trạng mặt đường và tốc độ dichuyển Do vận tốc di chuyển của cầu trục cũng như của xe con nhỏ hơn 1 m/s nêntheo bảng 4.12 [7] ta chọn kT = 1

Khi tính theo độ bền mỏi hệ số động kT được tính theo k’T Theo bảng 4.17 [7]

ta có: k’T = 1+0,5.( kT – 1) = 1

d) Hệ số động khi nâng (hạ) hàng:

Hệ số động ψ được xác định qua công thức gần đúng (1.06.1), (1.06.2) [7]:

– Trường hợp tổ hợp tải trọng thứ I:

125 , 1 5 025 , 0 1 025 , 0

1 + = + =

II

5.7 Tính toán dầm chịu uốn:

5.7.1 Xác định momen uốn theo phương thẳng đứng:

– Áp lực trên các bánh xe di chuyển xe con do trọng lượng xe con và trọnglượng hàng gây ra:

Trên mỗi dầm chính có 2 tải trọng di động N1 và N1 liên kết với nhau dichuyển dọc trên dầm chính, khoảng cách giữa các tải trọng là b

Hợp lực R = N1 + N2 và vị trí của hợp lực được xác định bằng b/2

80

Hình 5.3 Xác định vị trí nguy hiểm và momen uốn cực đại khi có 2 tải trọng di động

trên dầm

Trang 12

Vị trí momen uốn đạt giá trị cực đại (1.19) [7]:

mm b

L x

4

1750 2

33000 4

ta có trị số ứng suất lớn nhất

Giá trị momen uốn cực đại (1.18) [7]:

2 ''

2

75 , 1 33 33 4

Trang 13

Phản lực tại gối tựa A:

N L

q

2

33 85 , 8484 2

L R M

u

A u

18 , 1154188 8

2 / 75 , 1 33 85 , 8484 2

2 / 75 , 1 33 025 , 140000

8

2 / 2

2 /

2 '

1

2 '

M

M u u u'' 9363403 , 379

1

' 1

Ứng suất uốn dưới tác dụng của các tải trọng chính:

2 1

42 , 52851009

379 , 9363403

mm N W

5.7.2 Xác định momen uốn dầm theo phương ngang:

Xét trên phương ngang dầm không phải là dầm trên 2 gối tựa bản lề , vì ởphương này 2 dầm chính được nối với hai dầm đầu Vì vậy kết cấu thép cầu được coilà khung chịu tác dụng của các lực quán tính do khối lượng cầu và lực quán tínhngang của khối lượng xe con và hàng truyền lên cầu Momen uốn ở ngàm giữa dầmchính và dầm đầu M0 được xác định từ điều kiện vuông góc ở ngàm vẫn được giữnguyên nghĩa là góc xoay dầm chính và dầm đầu đều bằng nhau

– Momen uốn do lực quán của xe con và vật nâng:

m N L

P

4

33 45000 4

.

' '

82

Hình 5.5 Sơ đồ lực ngang tác dụng lên cầu

Trang 14

– Momen uốn do lực quán tính của trọng lượng bản thân dầm gây ra:

m N L

M

M u u u'' 371250 57749 , 67 428999 , 67

2

' 2

Ứng suất uốn phụ:

2 2

02 , 89791527

428999670

mm N W

42 , 52851009

81449990

mm N W

Trang 15

5.7.3 Kiểm nghiệm dầm chịu uốn:

Điều kiện độ bền và độ bền lâu và độ bền lâu đối với dầm chính tương ứng vớicác tổ hợp tải trọng được xác định theo công thức (1.34) [7]:

[ ]

[ ] [ ]

[ ]σ σ

σ σ

σ σ

σ σ

≤ +

=

=

≤ +

d b

x

d a

rk y

n x

d b

rk x

d a

W

M W

M II

W

M II

W

M W

M I

W

M I

max max

max

max max

max max

max

max max

2 :

: : :

[ ]σrk = 200N/mm2[ ]σ = 220N/mm2

– Trường hợp tải trọng I:

+ Tổ hợp tải trọng Ia:

[ ]rk x

u x

d

mm N W

M W

2 1 max = σu + σu + σu = 177 , 17 + 4 , 78 + 1 , 54 = 183 , 49N/mm

σ

– Trường hợp tải trọng II:

+ Tổ hợp tải trọng IIa:

2 1

σ

+ Tổ hợp tải trọng IIb:

84

Trang 16

M W

M

x

u y

u x

u

Vậy dầm thỏa mãn điều kiện chịu uốn

5.8 Tính toán dầm theo điều kiện chịu cắt:

Lực cắt lớn nhất trên dầm chính tại tiết diệân gối tựa chỗ liên kết giữa dầmchính với dầm đầu, khi xe con có hàng nằm sát dầm đầu

– Lực cắt lớn nhất (1.28) [7]:

2

1

.

2 1 max

L q L

b N

75 , 1 1 525000 525000

J

S Q

δ

τ

2

– S0: Momen tĩnh của nửa tiết diện

– δt: chiều dày của tấm thành

– Q: lực cắt lớn nhất trên dầm chính

2 10

14 10 015459781 ,

1 2

11981080

116 , 1162159

mm N

Trang 17

5.9 tính toán dầm theo điều kiện chịu xoắn:

Do cầu trục có 2 xe con di chuyển nên ngoài dầm chính còn có dầm phụ cócác kích thước:

– Chiều cao dầm: H’ = 700 mm

– Chiều rộng tấm biên: B’ = 340 mm

– Chiều dày tấm thành: δt = 10mm

– Chiều dày tấm biên trên: ' 12mm

1 = δ

– Chiều dày tấm biên dưới: ' 10mm

3 = δ

Các tải trọng gây xoắn bao gồm: tải trọng quán tính do các xe con có hàng khihãm cầu đặt ở đầu ray gây ra momen xoắn tập trung Trọng lượng dầm phụ cùng cácthiết bị đặt trên dầm phụ gây ra momen xoắn phân bố

Coi vị trí của 2 xe con trên dầm đặt trùng nhau và đặt ở vị trí giữa dầm

– Momen xoắn do trọng lượng của dầm phụ gây ra:

m N e

G

2

6425 , 0 140000 2

.

– Momen xoắn do lực quán tính của các xe con có hàng khi phanh cầu:

m N a

Trang 18

Mặt cắt ngang của dầm là tiết diện có thành mỏng kín nên dưới tác dụng củamomen xoắn trên mặt cắt ngang của thanh chỉ có ứng suất tiếp Ứng suất tiếp đóphân bố đều theo bề dày δ và trị số tại một vị trí bất kỳ được tính với công thức(5.29) [9s]:

2 *

trong đó:

– δi: bề dày của mặt cắt tại một điểm i bất kỳ

– F*: diện tích của phần mặt cắt giới hạn bởi đường chu vi trung gian của mặtcắt ngang

Như vậy ứng suất tiếp sẽ có giá trị lớn nhất tại nơi có bề dày nhỏ nhất

− + +

2 2

' 0

' 3

' 1 2

= 2034285mm2

10 2034285

.

2

94610000

mm N

2 1

0 max

/ 23 , 51 33 , 2 97 , 48

.

* 2 2

mm N F

M J

S Q

i

Z t

= +

=

≤ +

= +

= τ

τ τ τ δ δ

τ

87

Hình 5.9 Diện tích tiết diện tính ứng suất xoắn

Trang 19

Ứng suất cắt cho phép:

[ ]τ = 0 , 6 [ ]σrk = 0 , 6 200 = 120N/mm2

Như vậy dầm thỏa mãn điều kiện chịu cắt và chịu xoắn

Sự phân bố ứng suất tiếp trên tiết diện dầm chính do lực cắt Q và momen xoắn Mgây ra:

5.10 Xác định độ võng của cầu:

Để cầu trục có thể làm việc bình thường ta cần kiểm tra độ võng lớn nhất ở giữadầm chính dưới tác dụng của các tải trọng di động

Ta có độ võng lớn nhất được xác định theo công thức (6.42) [6]:

b J

E

L N

2 1 48

2

2

2 3

trong đó:

– L: khẩu độ của cầu trục

– b: khoảng cách giữa hai bánh xe của xe con

– E: Modun đàn hồi của vật liệu

– J: momen quán tính của tiết diện dầm đứng chính

– N: áp lực của các bánh xe của xe con lên dầm chính chính

mm

33000

1750 3

33000 2

1750 1

10 015459781 ,

1 10 1 , 2 48

33000 450000

2

2

2 11

Trang 20

[ ] 47 , 14

700

33000

700

Vậy độ võng của cầu thỏa mãn yêu cầu

5.11 Tính toán dầm chịu tải trọng cục bộ của bánh xe:

5.11.1 Đối với dầm chính:

a) Kết cấu dầm chính:

Để đảm bảo độ ổn định cục bộ của tấm thành ta hàn các vách ngăn kín theochiều cao dầm Khoảng cách giữa các vách kín là 3000 mm Ngoài ra để giảm ứngsuất trong ray và tấm biên trên của dầm chính ta hàn thêm các vách ngăn phụ ởkhoảng giữa các vách ngăn kín, khoảng cách giữa các vách ngăn phụ 1000 mm Cácvách ngăn phụ này có chiều cao:

4

1 3

1

4

1 3

Hình 5.11 Phân bố gân tăng lực trên dầm chính

Hình 5.12 Sơ đồ tính ray

Trang 21

– Momen gây uốn ray (5.56) [7]:

l P

M r 6

1

trong đó:

– P: áp lực lớn nhất của bánh xe di chuyển trên ray

– l: khoảng cách giữa các vách ngăn dầm

mm N

M r 345000 1250 71875000 6

r r

– Wr: momen chống uốn nhỏ nhất của tiết diện ray; Wr = 540450mm3

– [ ]σr : Ứng suất uốn cho phép của ray;[σr] = 230 N/mm2

c) Tính ứng suất uốn cục bộ của tấm biên trên:

Mặc dù không coi tấm biên trên là gối đỡ của ray nhưng ray được kẹp chặt vàotấm biên và cùng bị biến dạng khi chịu tải trọng đó, tấm biên trên cũng chịu tiếpnhận tải trọng cục bộ P gây ra Ta xét phần tấm biên được đỡ bởi 2 tấm thành dầmvà 2 vách ngăn kề nhau

90

Hình 5.13 Sơ đồ khảo sát tấm biên khi tiếp nhận phần áp lực do tải trọng cục bộ P

Ngày đăng: 31/12/2015, 14:25

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w