Tính kết cấu kim loại

Tài liệu tham khảo Tính kết cấu kim loại

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI 1) Giới thiệu chung: Kết cấu kim loại cầu trục kết cấu kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp gồm hai nửa cầu. Kết cấu của một nửa cầu là một hệ không gian được cấu tạo từ 4 dàn phẳng: dàn đứng chính, dàn đứng phụ, dàn ngang trên, dàn ngang dưới. Để đảm bảo độ cứng cho dàn không gian, trong dàn có kết cấu thêm các thanh giằng chéo. 2) Đặc điểm tính toán: Kết cấu kim loại cầu trục 4 dàn là một hệ không gian, khi tính toán không tính theo dàn không gian mà tính theo phương pháp gần đúng bằng cách chia dàn không gian thành những dàn phẳng. Coi rằng toàn bộ tải trọng di động của trọng lượng xe con có hàng chỉ tác dụng lên dàn đứng chính. Nội lực trong các thanh của dàn đứng chính dưới tác dụng của các tải trọng chính xác đònh theo phương pháp đường ảnh hưởng. Kết cấu của dàn đứng chính có tính chất đối xứng so với trục thẳng đứng đi qua điểm giữa của khẩu độ nên chỉ cần xây dựng đường ảnh hưởng cho nửa dàn phía bên buồng lái. Sơ đồ hình học của dàn phụ giống dàn đứng chính nên đường ảnh hưởng các thanh trong dàn phụ cũng giống như trong dàn đứng chính tuy nhiên dàn đứng phụ chỉ chòu tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân dàn, trọng lượng cơ cấu di chuyển cầu trục, buồng lái và các thiết bò điện, các hệ thống dây cấp điện cho xe tời, hê trục truyền động cơ cấu di chuyển. Dàn phụ cũng chòu tác dụng của lực quán tính ngang khi phanh cầu (vì các thanh biên của dàn phụ cũng là thanh biên của dàn ngang trên và dàn ngang dưới). Dàn ngang cũng có kết cấu đối xứng nên khi xây dựng đường ảnh hưởng ta cũng xây dựng cho nửa dàn phía bên có buồng lái. 3) Tải trọng tính toán và tổ hợp tải trọng tính toán kết cấu thép: Các trường hợp và tổ hợp tải trọng : Khi máy trục nói riêng, cầu trục nói chung làm việc, nó chòu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu. Các tải trọng có thể tác động thường xuyên hoặc không thường xuyên, theo qui luật hoặc không theo qui luật, tải SVTK: Lê Pháp - 1 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: trọng tónh hoặc động, tải trọng tác động theo phương thẳng đứng hoặc phương ngang… Từ sự phối hợp đa dạng của các loại tải trọng, người ta chia ra ba trường hợp tải trọng tính toán như sau: 3.1) Các trường hợp tải trọng: Bảng tổ hợp tải trọng. Tải Trọng Tính Theo Độ Bền Và Độ Ổn Đònh II c n σ σ = ][ Tổ Hợp Tải Trọng II a II b II c 1 Trọng lượng bản thân cầu G C tính tới hệ số động khi di chuyển K đ. G c G c K đ G c 2 Trọng lượng xe con G X có tính đến hệ số va đập K đ. G x G x K đ G x 3 Trọng lượng hàng Q kể đến thiết bò mang hàng có tính đến hệ số va đập K đ. Ψ II Q QK đ Q 4 Lực quán tính ngang khi hãm cơ cấu di chuyển cầu trục. _ P qt max P qt x a) Trường hợp tải trọng I: - Tải trọng bình thường ở trạng thái làm việc, phát sinh khi máy làm việc ở điều kiện bình thường. Trường hợp này dùng để tính bền các chi tiết theo mỏi. Các tải trọng 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 điều kiện nặng nhất. Các tải trọng này gồm các lực cản tónh cực đại, tải trọng động cực đại khi mở (hoặc phanh) máy (hoặc cơ cấu) đột ngột… Trường hợp này dùng để tính các chi tiết theo điều kiện bền tónh. c) Trường hợp tải trọng III: SVTK: Lê Pháp - 2 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: - Tải trọng lớn nhất ở trạng thái không làm việc của cầu trục. Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cẩu theo độ ổn đònh. 3.2) Các tổ hợp tải trọng. - Ở trạng thái làm việc của máy trục, người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên kết 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 một cách 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 hợp này, các cơ cấu nâng và di chuyển xe con không làm việc hoặc làm việc với gia tốc ổn đònh. - 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 chuyển cầu trục đứng yên hoặc làm việc với gia tốc không đổi. - Đối với cầu trục thuộc đề tài này, kết cấu thép của cầu trục được tính theo điều kiện bền tónh, ứng với ba tổ hợp tải trọng IIa, IIb, IIc. 4) Các kích thước chính và trọng lượng các phần tử kết cấu kim loại: - Chiều cao của dầm đứng chính ở giữa nhòp: 25.16666,120 16 1 12 1 16 1 12 1 ÷=       ÷=       ÷= xxLH - Chọn H = 1600mm SVTK: Lê Pháp - 3 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: Hình 5.1 Sơ đồ kết cấu cầu trục kiểu dàn - Chiều cao dàn ở tiết diện gối tựa: H 0 = (0.4÷ 0.5)xH = (0.4÷÷ 0.5)x1600 = = 640÷800 Chọn H 0 = 800mm - Chiều dài đoạn nghiêng: C = (0.1÷÷ 0.2)xL = (0.1÷÷ 0.2)x20000 = = 2000÷4000mm Chọn C = 2000mm - Chiều dài mỗi đốt của thanh biên khi số đốt lấy bằng 20: mma 1000 20 20000 == - Bề rộng mặt phẳng ngang của dầm lấy bằng b = 1400 mm - Trọng lượng của một dầm đứng chính ( xác đònh sơ bộ theo công thức 8- 15, [1] ): G ch = 10Qx(L-5) +7000 = 10 x 100x(20-5) + 7000 = 22000N - Trọng lượng của một dầm đứng phụ (công thức 8-17 [1] ) G ph = N G ch 11000 2 22000 2 == - Trọng lượng của một dàn ngang: (công thức 8-18 [1] ) N G G ng ng 3,7333 3 22000 3 === - Trọng lượng của các phần khác của kết cấu kim loại lấy như sau: - Trọng lượng một sàn: SVTK: Lê Pháp - 4 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: G s =k.L.b.δ.γ=0.5x20x1,25.0,003x78000=2925(N) Trong đó: + k = 0.5 -Hệ số kể đến các lỗ trên sàn; + L = 20m -Tầm rộng của cầu trục + b = 1,25m –chiều ngang của sàn + δ = 0.003m –chiều dày của sàn; + γ = 78000N/m 3 – trọng lượng riêng của thép - Trọng lượng dầm cuối: G c = 9000N - Trọng lượng cơ cấu di động cầu G d = 34000N - Trọng lượng buồng lái và các thiết bò điện G b = 17000N - Trọng lượng xe lăn G x = 42000N 5) Xác đònh tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính: Tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính được tính phía cơ cấu di động cầu - Tải trọng không di động phân bố đều dọc chiều dài dàn: mN L G G G kq ng s ch /79,1539 20 3,7333 2 2925 22000 0,1 2 1 = ++ = ++ = - Tải trọng tập trung đặt phía dàn có cơ cấu di động: + do trọng lượng cơ cấu di động: N d = k 1 N G d 17000 2 34000 0,1 2 == + do trọng lượng buồng lái và thiết bò điện: N b = k 1 N G b 8500 2 17000 .0,1 2 == - Tải trọng di động: SVTK: Lê Pháp - 5 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: P c ’ = NPk G c x 4563629280.2,1 4 42000 4 2 =+=+ P D ’ = NPk G D 4710030500.2,1 4 42000 4 2 0 =+=+ - Tải trọng quán tính ngang phân bố đều: q ng = 0.1q =0,1.1539,79=153,979N - Tải trọng quán tính ngang tập trung: +do trọng lượng cơ cấu di động gậy ra: N d = 0,1 N G d 1700 2 34000 1,0 2 == + do trọng lượng buồng lái và các thiết bò điện gậy ra: N bng = 0,1 N G b 850 2 17000 1,0 2 == - Tải trọng quán tính ngang của tải trọng động: P’ Cng = 0,1( c P G + 4 0 )= N3978)29280 4 42000 .(1,0 =+ P’ Dng = 0,1( D P G + 4 0 ) = N4100)30500 4 42000 .(1,0 =+ 6) Xác đònh tải trọng tác dụng lên dàn đứng phụ: Đối với dàn đứng phụ chúng ta cũng tính phía biên có cơ cấu di động - Tải trọng phân bố đều: mN L G G G kq ng s ph ph /957 20 3,7333 2 2925 11000 0.1 2 1 = ++ = ++ = - Tải trọng tập trung: + do trọng lượng cơ cấu di động: N d = k 1 N G d 17000 2 34000 0,1 2 == SVTK: Lê Pháp - 6 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: + do trọng lượng buồng lái và thiết bò điện: N b = k 1 N G b 8500 2 17000 0,1 2 == -Tải trọng quán tính ngang phân bố đều: q phng = 0,1q ph = 0,1.957 = 95,7N/m 7) Xác đònh đường ảnh hưởng của dàn: 7.1) Đường ảnh hưởng của dàn đứng chính : - Gọi các thanh biên trên là O, các thanh biên dưới là U, các thanh xiên là D và các thanh đứng là V. Đường ảnh hưởng được thể hiện trong hình vẽ dưới SVTK: Lê Pháp - 7 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: O 2 và 0 3 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y1 y2 y1y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y2 y1 y1 y1 y1 y1 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y1 O 4 và 0 5 O 6 và 0 7 O 8 và 0 9 O 10 và 0 11 U 1 U 2 U 3 U 4 U 5 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 8 D 9 V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 D 10 Nb Nd y4 q = 1539,79 N/m Nb Nd q = 1539,79 N/m Hình 5.2 Đường ảnh hưởng dàn đứng chính SVTK: Lê Pháp - 8 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: - Lực trong các thanh của dàn dừng chính dưới tác dụng của tải trọng chính( tính theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất) được xác đònh theo phương pháp đường ảnh hưởng. Vì dàn đứng chính đối xứng qua trục thẳng đứng ở giữa nhòp nên ta chỉ tính đối với nửa dàn phía bên có buồng lái. - Ở biên của dàn, mắt đầu có hai nhánh O 1 và V 1 không chòu ngoại lực nên lực trong thanh O 1 bằng không. - Tung độ các đường ảnh hưởng dưới tải trọng di động kỳ diệu là y 1 và y 2 , dưới cơ cấu di động đặt giữa nhòp y 3 và buồng lái y 4 . - Lực trong các thanh dưới tác dụng của các tải trọng phân bố đều bằng q Σ F, trong đó q - tải trọng phân bố đều dọc theo chiều dài dàn; Σ tổng diện tích đường ảnh hưởng. - Lực trong các thanh cưới tác dụng của tải trọng tập trung bằng Σ N i y i , trong đó N i tải trọng tập trung ; y i - tung độ đường ảnh hưởng dưới tải trọng tập trung tương ứng. - Lực trong các thanh dưới tác dụng của tải trọng di động xác đònh bằng Σ P i y i , trong đó P i - tải trọng di động; y i - tung độ đường ảnh hưởng dưới tải trọng di động tương ứng. + Đường ảnh hưởng của các thanh biên trên được xây dựng bằng cách đặt dưới gối tựa bên trái tung độ H x , trong đó: x- khoảng cách từ điểm Rite, điểm lấy mômen của thanh đang xét, đến gối tựa; H- chiều cao của dàn chính. Tung độ cựa đại nằm dưới điểm Rite của thanh đó. - Thanh biên trên O 2 và O 3 O 2 và 0 3 Nb Nd Pd Pc y4 y3 y1 y2 q = 1539,79N/m SVTK: Lê Pháp - 9 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: Diện tích đường ảnh hưởng: F = y 1 x 20 = -1,125x22,5 = -22,5N Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x (–22,5) = -34945,3N Tải trọng tập trung = (y 3 x 17000)+(y 4 x 8500) = (- 0,625 x 17000)+(-1,125 x 8500) = -20188N Tải trọng di động = (y 1 x 47100)+(y 2 x 45636) = (-1,125 x 47100)+(-1,014 x 45636) = -99263N Lực trong thanh = (-34945,3) +(-20188)+ (-99263) = -154396,3N - Thanh biên trên O 4 và O 5 O 4 và 0 5 y4 y3 y1y1 y2 Diện tích đường ảnh hưởng: F = y 1 x 20 = -2x 20 = -20N Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x (–20) = -30795,8N Tải trọng tập trung = (y 3 x 17000)+(y 4 x 8500) = (- 1,25 x 17000)+(-1 x 8500) = -29750N Tải trọng di động = (y 1 x 47100)+(y 2 x 45636) = (-2 x 47100)+(-1,778 x 45636) = -175341N Lực trong thanh = (-30795,8) +(-29750)+ (-175341) = -235886,8N SVTK: Lê Pháp - 10 - [...]... thanh chòu tải lớn nhất O 11=-154956N Với mục đích giảm loại thép góc dùng cho kết cấu dàn, tiết diện của thanh biên trên chọn loại thép 100x100x12 mm, Đặc tính hình học của thép góc này gồm: - diện tích tiết diện: F= 2280 mm2 - mômen quán tính nhỏ nhất: Jyo = 869000 mm4 - bán kính quán tính nhỏ nhất: r= J yo F = 869000 = 19,52mm 2280 - Chiều dài tính của thanh l= 1125 mm - Độ mảnh của thanh: λ= l 1000... (-1,25 x 17000)+(-1 x 8500) = -29750N Tải trọng ngang tác dụng = -41482N SVTK: Lê Pháp - 18 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: Lực trong thanh = (-19140) +(-29750)+ (-41482) = -90372N - Thanh biên trên O6 và O7 tính tương tự - Thanh biên trên O8 và O9 tính tương tự - Thanh biên trên O10 và O11 tính tương tự - Thanh biên dưới U1 U y3 y4 1 Diện tích đường ảnh hưởng: F = y1 x 20 = 0,972 x20 = 9,72N Tải... xiên SVTK: Lê Pháp - 22 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép α = 390 nên cos α = 0,78 và GVHD: 1 = cos α 1,287 - Vì dàn ngang phụ chòu tác dụng của các tải trọng từ dàn đứng chính và dàn đứng phụ nên khi tính nó chúng ta cho tải trọng đơn vò di động trên thanh biên trên( khi đó chỉ tính những lực tác dụng từ phía trên, và di động theo thanh biên dưới( khi đó chỉ tính đối với các tải trọng tác dụng phía dưới)... y3 V5 V6 y3 Hình 5.5 Đường ảnh hưởng dàn ngang dưới SVTK: Lê Pháp - 25 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: 8) Tính dàn đứng chính : 8.1)Chọn tiết diện thanh biên trên: Tiết diện của thanh biên chọn theo tiết diện thanh chòu tải lớn nhất O 11 = -369191N và tính theo cả hai trường hợp phối hợp tải trọng - Khi tính theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất, nội lực trong thanh O11=-369191N và mômen... + α =1m - chiều dài đốt Khi tính theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ hai, ngoài tải trọng đã tính trên ta cần thêm: - Nội lực trong thanh O11 do tải trọng quán tính ngang gây ra( bảng5-4) O11ng= -66596N - Mômen uốn trong đốt ở mặt phẳng ngang: M’= P 'D ng α 6 = 4100.1 = 6 683,3Nm Tiết diện của thanh biên trên chọn như hình vẽ SVTK: Lê Pháp - 26 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: Hình 5.6 - Diện... / mm 2 < [σ ]1 ϕ x F 0,895.1630 - Chiều dài tính của thanh ngoài mặt phẳng của dàn bằng chiều dài hình học của nó l1=l=1105 mm - Mômen quán tính của tiết diện đối với trục y-y: J y = ( J y1 + F1 Z 2 ) = 2(376000 + 815.24, 4 2 ) = 1724000mm 4 - Bán kính quán tính đối với trục y-y: r y= SVTK: Lê Pháp Jy F = 1724000 = 32,5mm 1630 - 32 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: - Độ mảnh của thanh đối với trục...Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: - Thanh biên trên O6 và O7 tính tương tự O 6 và 0 7 y1 y4 y2 y3 - Thanh biên trên O8 và O9 tính tương tự - Thanh biên trên O10 và O11 tính tương tự + Đường ảnh hưởng của các thanh biên dưới cũng được xây dựng tương tự Riêng thanh U1 khi xây dựng đường ảnh hưởng... thanh biên dưới gồm hai thanh thép góc 75x75x8mm theo ΓOCT8509-57 Hình 5.7 - Diện tích của tiết diện: Fd=2.F=2.1150=2300 mm2 - Bán kính quán tính nhỏ nhất đối với trục x-x: rx=22,8 mm - Chiều dài tính của thanh l= 2000 mm SVTK: Lê Pháp - 30 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: - Độ mảnh của thanh: λ= l 2000 = = 87,7 < [λ ] = 150 rx 22,8 σ = U 5 361078 = = 157 N / mm 2 < [σ ]1 = 160 N / mm 2 F 2300 -... Hình 5.8 * Tính thanh D1 - Chiều dài hình học của thanh D1 trong mặt phẳng của dàn: l= 1000 2 +800 2 =1280,6mm - Chiều dài tính của thanh: l1=0,8.l=0,8.1280,6=1024,5 mm - Chọn độ mảnh của thanh λ =100, khi đó hệ số giảm ứng suất cho phép ϕ =0,6 Tiết diện cần thiết của thanh theo điều kiện ổn đònh bằng: D 149123 2 1 F= ϕ.[ϕ ] = 0,6.160 = 1553,4mm 1 SVTK: Lê Pháp - 31 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:... - Momen quán tính của tiết diện đối với trục x- x Jx= SVTK: Lê Pháp 150.103 12 +150.10.522 + 101803 12 +180.10.432= - 27 - Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD: =12,395.106mm4 - Mômen chống uốn của tiết diện đối với trục x-x: + đối với cạnh trên của tiết diện: Wx= J x 12,395.106 = =217000mm3 57 e + đối với cạnh dưới của tiết diện: W’x= J x 12,395.106 = 190 −57 =93150mm3 e' - Bán kính quán tính đối với . 10000 2000 1000 O 2 và 0 3 Nb Nd y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 q = 1539,79. y1 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y4 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y3 y1 O 4 và 0 5 O 6 và 0 7 O 8 và 0 9 O 10 và 0 11 U 1 U 2 U 3 U 4