THIẾT kế cửa VAN PHẲNG CÔNG TRÌNH THỦY lợi

Đồ án môn học Kết cẩu thép GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc BìnhTRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI Bộ MỒN KẾT CẤU CỒNG TRÌNH---0O0--- • Vật chắn nước đáy bằng gỗ, vật chắn nước bên bằng cao su hình

Trang 1

Đồ án môn học Kết cẩu thép GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI

Bộ MỒN KẾT CẤU CỒNG TRÌNH -0O0 -

• Vật chắn nước đáy bằng gỗ, vật chắn nước bên bằng cao su hình chừ p

• Vật liệu chế tạo van:

- Phần kết cấu cửa: Thép CT3

- Trục bánh xe: Thép CT5

- Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT35 L

- Ống bọc trục bàng đồng

• Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh: nq= 1.1 và của trọng lượng bản thân: ng= 1.1

• Đô võng giới han của dầm chính: — = —ỉ—; của dầm phu — = —í— (Tra bảng

B NỘI DUNG THIẾT KẾ:

I Bố trí tồng thề cửa van:

Đe bổ trí tổng thể cửa van cần sơ bộ xác định vị trí và các kích thước cơ bản củadầm chính

NHÌN THEO G

Trang 2

1 Thiết kế sơ hô dầm chỉnh:

Thiết kế cửa van phăng trên mặt 2 dầm chính

* Xác định nhịp tính toán của cửa van:

- Chọn khoảng cách từ mép cổng tới tâm bánh xe: c = 0.25 m

Nhịp tính toán cửa van là: L = L0+ 2c = 11 + 2x0.25 = 11.5 m

* Chiều cao toàn bộ cửa van: H0 = 5.5 m

* Chọn đoạn công xôn phía trên ai

- Theo yêu cầu thiết kế: ai < 0,45 hy = 0.45x5.5= 2.475 m, chọn ai= 2.4 m

- Để hai dầm chính chịu lực nhu nhau thì phải đặt cách đều tổng áp lực nước

—> Vậy khoảng cách hai dầm chính là: a = 2x(H0 - ai - Z) = 2x(5.5 - 2.4 - 1.83) = 2.54m

* Đoạn công xôn phía dưới a2

a2 = Ho - (a, + a) = 5.5 - (2.4 + 2.54) = 0.56 m

Trang 3

qtc = W/2 = ỵlỉ 2 /4 = 10x5.52/4 = 75.625 kN/mTải trọng phân bố đều tính toán:

• Xác định chiều cao dầm chính: Dựa vào điều kiện kinh tế và điều kiện độ cứngđối với dầm đơn, chịu lực phân bố đều, có tiết diện đối xứng:

Theo điều kiện kinh tế: hkt= ịịkẤb W yc

Trang 4

- Giàn ngang nằm trong phạm vi dầm chính không thay đôi tiết diện

- Số giàn ngang nên chọn lẻ đê các kết cấu nhu dầm chính, giàn chịu trọnglượng có dạng đối xứng Ớ đây bố trí 3 giàn ngang và 2 trụ biên

3 Bố trí dầm phụ dọc (3)

Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các giàn ngang có the tính nhưdầm đơn, gối tựa là 2 giàn ngang và đờ tải trọng của bản mặt truyền đến Dầm phụ được

bố trí song song với dầm chính, càng xuống sâu dầm càng dầy vì áp lực nước

tăng.Khoảng cách giữa các dầm phụ 0.7-K1.9 m Dầm phụ chọn tiết diện chữ c đặt úp đê

Trang 5

Tiết diện trụ biên của cửa van trên mặt thường có dạng chữ I Đe đơn giản cấutạo chiều cao trụ biên thường chọn bàng chiều cao dầm chính

5 Giàn chịu trọng lượng (5)

Giàn chịu trọng lượng bao gồm cánh hạ của dầm chính, cánh hạ của dàn ngang,được bổ sung thêm các thanh bụng xiên có tiết diện là các thép góc đơn hoặc ghép

6 Bánh xe chịu lực

Đe đóng mở cửa van cần bố trí kết cấu di chuyển cửa van bằng thanh trượt hoặcbánh xe chịu lực Bánh xe được bố trí ớ mặt sau trụ biên, bánh xe bên và bánh xe ngượchướng nên dùng bánh xe cao su đê giảm chấn động.:

7 Bánh xe bên

Đẻ khống chế cửa van không bị dao động theo phương ngang và đẩy về phíatrước, người ta thường bố trí các bánh xe bên Đôi khi người ta kết hợp sử dụng bánh xechịu lực đồng thời làm bánh xe bên

8 Vật chắn nưóc

Vật chắn nước hai bên và vật chắn nước được sử dụng vật liệu bằng cao su bố trí

ở hai bên và dưới đáy cống dạng củ tỏi

Tính toán các bộ phận kết cấu van.

Tính toán bản mặt: Bản mặt được bố trí thành 4 cột giống nhau nên chỉ cần tính cho

a: Cạnh ngăn của ô bản mặt (cm)b: Cạnh dài của ô bản mặt (cm)

- Pi: Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (daN/cm2)

- Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (daN/cm2)

* Khi ô có cạnh dài < 2 lần cạnh ngắn: 0 được tính như tấm tựa trên 4 cạnh Trường

hợp này chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức:

Trang 6

Dầm phụ Pi

(kN/m2)

at(m)

d(m)

bi(m)

qj = Pibi = Pi a ‘ — ữd daN/cm2

2

Trong đủ:

- at: Khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm trên nó

- ad: Khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm dưới nó

- Pii Áp lực thủy tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm2)

Chiều dài dầm phụ: Lf = B = 2.875 m

Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

Từ bảng trên, ta thấy dầm số 5 là dầm chịu lực lớn nhất ( 26.97 kN/m ), cách mặt nước4.35 m Vậy ta tính toán cho dầm này

* Mô men uốn lớn nhất trong dâm phụ dọc:

= ” = -~ir -= 306520 (daN.cm)

* Mô men chong uốn theo yêu cầu của dầm phụ dọc:

Trang 7

- = 1276.037 daN/cm < R„ = 1565 daN/cm

Hình 5

Từ Wyc, tra thép định hình chữ [ (có xét đến bản mặt tham gia chịu lực), ta chọn thépchữ [ số hiệu N°22 có các đặc trung sau:

h = 22 cm bc = 82 mm z0 = 2.21 cm

F = 26.7 cm2Jx= 2110 cm4wx = 192cm3

Vì dầm phụ hàn vào bản mặt nên phải xét đến bản mặt cùng tham gia chịu lực (hình 6),

bề rộng của bản mặt tham gia chịu lực với dầm phụ lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong cácgiá trị sau đây:

b< 0.5(at + ad) = 0.5(60 +59) = 59.5 cmb< 0.3B = 0.3x 287.5 = 86.25 cm ( B: nhịpdầm phụ )

Trang 8

Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh: hc = hb + 8 = 120 + 2.6 = 124.6 cm

Trang 9

Vì dầm chính hàn vào bản mặt nên phải xét tới bản mặt cùng tham gia chịu uốn với dầm

chính Be rộng b của bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính phải thỏa mãn các

b<0.5(at + ad) = 0.5x (59 + 56) = 57.5 cmb<bc + 50 Sbm = 25 +50x1 = 75 cm

b< 0.3L = 0.3X11.5 = 3.45 m = 345 cmVậy chọn b = 57 cm

Kiêm tra lại tiết diện đã chọn xét đến phần bản mặt

cùng tham gia chịu lực với dâm chính : a/Xác đinh các đăc trung hình huc của tiết diên ghép

Gọi yc là khoảng cách từ trục X (Trục quán tínhchính trung tâm của tiết diện tính toán) đến trục x0 (Trục

XO

F + F J',+ĩ^yl + b -Ệf

tga =

= “ 2 Q-5/,c=°-5 0-5x0.25 = 0_30^ a = 16°41’<30C

1.25

Vậy bản bụng của dầm chính cần phải khoét lồ Diện tích lồ khoét > 20% diện tích bềmặt bản bụng

h/ Thay đôi tiết diên dầm chính:

Đe tiết kiệm thép và để giảm bớt bề rộng rãnh van nên dùng dầm chính có chiềucao thay đổi (Hình 8) Trong cửa van vì yêu cầu giàn ngang không thay đổi nên điểm

Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng:

ho = 0.6h = 0.5x125 = 62.5 cm

(Thường được lấy bằng (0,4 -H),5)h, trong đó h là chiều cao dầm chính giữa

nhịp)

Chọn ho = 62 cm

d Kiêm tra ứnz suât tiếp:

Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chính tính như sau:

: Mô men quán tính của tiết diện đầu dầm

+ Sx: Mô men tĩnh của tiết diện đầu dầm.

Trang 10

200054.81x1Vậy dầm chính không bị phá hoại do ứng suất tiếp

Trang 11

d/ Kiêm tra đô võng

Khi kiêm tra độ võng cần xét tới dầm chính thay đôi tiết diện

/ _ 5 q tc ứ

L 384 EJ X a

/ _ 5 75.625xll.53x io6

Vậy dầm chính thỏa mãn điều kiện về độ võng

e/ Tính ljên kết giữa bản cánh và bản bung dầm:

1

o s°

^max c 2 J3 X R'

Trong đó:

+ Ị3= 0.7 đối với hàn tay hoặc nửa tự động nhiều lượt.

+ s°: Mô men tĩnh của bản cánh tiết diện gối dầm với trục X

+ Jữ x: Mô men quán tính của tiết diện gối đối với trục X

Hình 10

Trang 12

được gia cố bằng các sườn chống đứng với khoảng cách ã<2h h ( hình 11)

- Vì khoảng cách giữa các dàn ngang là : 287.5 cm > 2 h b = 2x 120 = 240 cm —» Phải đặt

thêm các sườn đứng vào giữa các dàn ngang Như vậy khoảng cách giữa các sườn đứng

Trang 13

M: Mô men lấy tại tâm của hình vuông có cạnh là hb lệch về phía mô men lớn

Đối với ô hình thang số 1,2 (Hình 11) ta coi như là hình chữ nhật có chiều cao bàng

chiều cao trung bình ớ giữa ô

Trường hợp tiết diện không đối xứng, h0lấy bàng 2 lần chiều cao vùng nén

+/ Tlh: ứng suất tiếp tới hạn

T lh = (1.25 + ^)(100^)2 X103 daN/cm2

d: Cạnh ngắn hình chừ nhật//: Tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn

Ta cần kiêm tra ôn định cục bộ cho 4 ô dầm 1,2,3,4 Ó đây ô số 1 có mômen

nhỏ và thoả mãn điều kiện bền của ứng suất tiếp do đó không cần kiểm tra ổnđịnh cục bộ cho ô số 1

Xác định các giả trị ứng suât:

: ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm

T b = -0—, với Ọ là lưc cắt tai giữa ô kiểm tra

Trang 14

Trang 15

~ I ( 817,90 )2 +( 49,84 ỹ~ =0,11 <0,72

Ỷcr, h T th V 7994.38 1327.73Vậy ô số 4 không bị mất ốn định

♦> Kiêm tra ôn đinh cuc hô cho ô số 3.

.10 daN/cm2

K

=lcm 2(— -11.70) = 96.60tw+ Tính Tth:

Trang 16

Đồ án môn học Kết cấu thép GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

95 100.5 ,)2-10

287.5

(125 + 95,1) ( f X 10 = 12>21.13daN / cm21.1982/ \ 120 /

Trang 17

725.19 2 , 149.46 -—)~ +( -—)'

7994.38 1327.73Vậy ô số 3 không bị mất ổn định

♦♦♦ Kiêm tra ôn định cục hộ cho ô sổ 2 :

Trang 19

Q

Mb+ Tính Q :

Trang 20

a.Sơđồ tính toán

Hình 12

- Giàn ngang truyền lực lên dầm chính nên dầm chính là gối tựa của giàn ngang-Tải trọng: Giàn ngang chịu tác dụng của áp lực nuớc phân bố theo quy luật tam giác

- Gợi cácđiếm nút là 0,1,2,3,4,5, ứng với các Pj (i=0, 5)

- Xác định Pj theo nguyên tắc phân phối đòn bẩy, áp lực nuớc phân bố giữa hai mắt dànđược đưa về mắt giàn ( Ở đây áp lực nước phải nhân thêm bề rộng B- khoảng cách giữahai dàn ngang)

- Nếu phân các biếu đồ áp lực nước hình tam giác có thê tiến hành như sau:

W| = 0.5 X 12 X 1.2 X 2.875 = 20.700 KN

w2= 12 X 1.2x2.875 = 41.400KNw2’ = w, = 0.5 X 12 X 1.2 X 2.875 = 20.700 KNw3 = 24 x1.27 x2.875 = 87.630 kN

Trang 21

❖kết cấu tập I), sau đó kiểm tra lại nội lực một thanh bằng phương pháp giải tích (mặtcắt, tách mắt )

+ Xác định phản lực ở 2 gối tựa 6 và 7

ZM7 = R6X2.54+ P0X2.4 + P,X 1,2-P3X 1.27 - p4 X 2.54 - P5X 3.1 =0

=>Ré = 216.849 kN.(<—)

=>R7 = 434.844 - 216.849 =217.995 kN(<-)

+/ Xác định nội lực trong các thanh dàn:

Tính chiều dài các thanh dàn và các góc

Co = — ^27 = —— = 0.625m

18 2 27 2

^34 = 1 -27m

^46 = ^27 = 1.25#w

Trang 22

Chọn tiết diện thanh dàn và kiểm tra lại tiết diện chọn:

❖+/ Chọn tiết diện cho thanh cánh thượng:

Thanh cánh trên thường dùng tiết diện chữ I Thanh cánh thượng của dàn ngang ngoàilực chịu lực dọc (thường là chịu kéo) còn chịu uốn do tải trọng ngang trực tiếp của ápChọn thanh 3-4 đê tính toán vì thanh có lực dọc N= 291.548 kN lớn nhất thanh cánh

thượng.và chiều dài lớn: 1,4 = 127 cm

Mô men uốn là: M max _ tb -J_2Ị

Trang 23

1041565Chọn tiết diện thanh cánh thượng là thép: I N°14

Kiểm tra tiết diện đã chọn khi có sự tham gia chịu lực của bản

Thoả mãn điều kiện về cường độ

Chọn thép IN014 cho tất cả các thanh cánh thượng

• Chọn tiết diện thanh cánh hạ: thanh 7-6 là thanh bất lợi nhất.vì thanh này

L^ = 2.54m , N7_6 = 253.583(kN)

+ Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có :

Trang 24

=><J = ——— = —— — -= \2\2{daNIcm') < R n = \49Q(daN/cm 2 )

Vậy ta chọn thép góc 2L 100x63x10 , cho tất cả các thanh cánh hạ

• Chọn tiết diện thanh bụng:

Tính cho thanh bụng 7-3 thanh này có lực nén lớn nhấtN7_3 = 281.466 (kN)

N _ 281.466x10

y / c ~ R.<p ~ 0,6.1490

r y i c = r y i c = ỉ _ 1.78x1 o2 ' ^ 100

- Chọn thanh bụng có mặt cắt chữ T ghép bởi 2 thép góc đều cạnh :

Vậy ta chọn thép góc 2L 90x9 , cho tất cả các thanh bụng

Trang 25

5 Tính toán giàn chịu trọng lượng

Hình 15

Vì dầm chính có chiều cao thay đổi nên giàn chịu trọng lượng là một giàn gãy khúc,nhưng đê đơn giản cho việc tính toán, ta coi là giàn phăng có nhịp tính toán = nhịp

tính toán của dầm chính

a Xác định trọng lượng cửa van:

Xác định trọng lượng cửa van theo công thức gần đúng sau:

Trang 26

thái nộilực

♦> Sơ đồ tính toán:

Dàn chịu trọng lượng thực tế không phải là dàn phăng vì tiết diện dầm chính có thay

đối từ đầu dầm ra giữa dầm, đế đơn giản ta có thế coi là dàn phang, gối tựa của dàn tại

❖Dùng phương pháp đồ giải sau đó kiểm tra lại một thanh bằng phương pháp giải tích

Chọn tiết diện và kiếm tra lại tiết diện đã chọn :

❖

Thực tế chỉ cần tính thanh bụng đứng và xiên vì hệ thanh cánh trên và dưới là bản

cánh của dầm chính (miềm kéo)

Tính thanh bụng đứng phải kế đến ứng suất khi thanh đồng thời nằm trong dàn ngang

đã tính ở phần trên sau đó tổng hợp lại để nằm trong dàn ngang đã tính ở phần trên,sau đó tổng họp lại để xác định ứng suất trong thanh

- Chọn tiết diện cho thanh bụng xiên:

Ni8=101,53(kN)L=4,374(m)

Trang 27

Chọn A.gt=150 => cp=0,32

„ _ 101,53.1 oyc 0,32.14902Chọn thép 2r90x8 (R=10) có F= 13,9 c m2; rx=2,76 cm; ry 4,08cm

K= — = 4 ’ 374A ° 2 = 158,48

r 2,76

i =

4,374.1Q-y rw 4,089=0,29756

=> ơ= 1Q1’53-1Q2 = 1227,3 7(<7aA/7 cm2)<1490(daN/cm2)0,29756.2 13,9

■4> Vậy tiết diện đã chọn là hợp lý

+Kiểm tra thanh đứng: thanh 7-6 thép 2L56x36x5 có F=4,98cm2

_W76 _ 55,52.10- ,

- — = 557,43daN/cm

F 2.4,98

94,72.10- nci J_A r / 2ƠG= —-— — = 95 ỉdaN /

cm

2.4,98

ơ=557,43+951=1508,4daN/cm2

X 1508 4-1490Với sai số = ’ 100% = 1,23% < 5%

1490

Vậy tiết diện đã chọn là hợp lý

để thuận tiện cho việc tính toán ta lập bảng như sau

Qi : áp lực do dầm chính truyền đến chính bằng phản lực gối tựa hai đầu dầm chính

Trang 28

[ ơ- ]nén con lăn=120MN/m2: ứng suất cho phép khi

nén theo đường kính con lăn (MN/m2)

Dx: đường kính bánh xe chịu lực (0,6 - lm)

px = Ra =1015,55 (kN)

=> ơ = 1Q15,55’1Q = 19M(daNI cm2) < [crl = 12m.(daNI cm2 )

16.80 L J

Trang 29

= z - = - : ' = 793,4 daN/cm < [ơ]cbt = 800

Tính toán kích thước của trục và ống bọc trục:

❖-ống bọc trục làm bằng đồng có [ơ]cbt = 250 daN/cm2 Chọn khoảng cách giữa hai

đoạn của ống bọc trục cách nhau 5 = 20 1Ĩ1IĨ1, chiều dài của ống bọc trục c = 250 mm

Trục bánh xe làm bằng thép có đường kính d = 160 mm+ Kiểm tra ứng suất cục bộ do tiếp xúc giữa trục và ống bọc trục:

Trang 30

max 2 2 1

D , <7.125.(—+ 10).l(rồ 30) 1 0"3 -2— -=

8.Vật chán nước và bộ phận cô định:

Vật chắn nước dưới đáy làm bằng gỗ, kích thước thanh gỗ có chiều rộng bằngchiều cao của dầm đáy và dùng bulông d = 18mm liên kết chặt vào dầm đáy, khoảngcách giữa các bulông dọc theo dầm đáy là 500mm

Đường ray của bánh xe chịu lực chế tạo bằng thép đúc CT3, chọn bề rộng của mặtray = 180 mm, bề rộng của đế đường b = 230 mm; độ dày của bụng đường ray

60/77/77; chiều cao h = 280mm; h, = 1 lOmm ( khoảng cách từ mép trên đường ray

đến phần bản bụng hết lượn cong)

ứng suất cục bộ trong bản bụng đường ray:

-2k_ = 1015 ’ 55 - 10 * 512,9 (daN/cm2)< =

Trang 31

ơ - — = - 52,56(daN/cm2) < ícrl = 55(daN / cm2)

Bộ phận cố định dưới vật chắn nước và dưới bánh xe dùng thép chữ IN°20a Tất cả

các bộ phận cố định đều dùng cốt thép 016mm dài 600mm hàn vào cánh thép chữ I

và chôn trong bê tông Khoảng cách giữa các cốt thép neo này là 700mm Trên mặtcủa bộ phận cố định hàn thêm vào một lóp thép không rỉ dày 5mm

Định dạng
Số trang	31
Dung lượng	1,4 MB