Thiết kế Kết cấu kim loại cầu trục kết cấu kiểu dàn

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.

Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: MỤC LỤC 1. Giới thiệu chung .trang 1 2. Đặc điểm tính tốn .trang 1 3. Tải trọng tính tốn và tổ hợp tải trọng tính tốn kết cấu thép trang 1 3.1 Các trường hợp tải trọng trang 2 3.2 Các tổ hợp tải trọng .trang 3 4. Các kích thước chính và trọng lượng các phần tử kết cấu kim loại trang 3 5. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính .trang 5 6. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm đứng phụ trang 6 7. Xác định đường ảnh hưởng của dàn trang 7 7.1 Đường ảnh hưởng của dàn đứng chính .trang 7 7.2 Đường ảnh hưởng của dàn đứng phụ trang 16 7.3 Đường ảnh hưởng của dàn ngang trên trang 22 8. Tính dàn đứng chính .trang 26 8.1 Chọn tiết diện thanh biên trên trang 26 8.2 Chọn tiết diện thanh biên dưới .trang 30 8.3 Chọn tiết diện thanh xiên trang 31 SVTK: Lê Pháp - 1 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: 8.4 Chọn tiết diện thanh đứng trang 34 9. Tính dàn đứng phụ trang 34 9.1 Chọn tiết diện thanh biên trên trang 34 9.2 Chọn tiết diện thanh biên dưới .trang 35 9.3 Chọn tiết diện thanh xiên trang 35 9.4 Chọn tiết diện thanh đứng trang 36 10. Tính dàn ngang trên trang 36 10.1 Chọn tiết diện thanh xiên trang 37 10.2 Chọn tiết diện thanh đứng trang 38 11. Kiểm tra độ cứng của kết cấu .trang 38 12. Xác định biên dàn chịu uốn cục bộ trang 39 13.Xác định tiết diện dầm cầu với trường hợp tổ hợp IIc .trang 41 14. Giới thiệu phương pháp liên kết .trang 46 SVTK: Lê Pháp - 2 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: 14.1 Lựa chọn que hàn .trang 46 14.2 Tính kiểm tra mối hàn .trang 47 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 định 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 chịu tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân dàn, trọng lượng cơ cấu di chuyển cầu trục, buồng lái và các thiết bị điện, các hệ thống dây cấp điện cho xe tời, hê trục truyền động cơ cấu di chuyển. Dàn phụ cũng chịu 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: SVTK: Lê Pháp - 3 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: Các trường hợp và tổ hợp tải trọng : Khi máy trục nói riêng, cầu trục nói chung làm việc, nó chịu 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 trọng tĩnh 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 Định 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 bị 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 tĩnh 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 tĩnh. c) Trường hợp tải trọng III: SVTK: Lê Pháp - 4 - Thiết Kế Môn 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 định. 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 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 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 tĩnh, 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 nhịp: 25.16666,120 16 1 12 1 16 1 12 1 ÷=       ÷=       ÷= xxLH - Chọn H = 1600mm 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 = SVTK: Lê Pháp - 5 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: = 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 định 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: 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 SVTK: Lê Pháp - 6 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: + 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 bị điện G b = 17000N - Trọng lượng xe lăn G x = 42000N 5) Xác định 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 bị điện: N b = k 1 N G b 8500 2 17000 .0,1 2 == - Tải trọng di động: 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: SVTK: Lê Pháp - 7 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: +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 bị 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 định 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 == + do trọng lượng buồng lái và thiết bị 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 định đường ảnh hưởng của dàn: 7.1) Đường ảnh hưởng của dàn đứng chính : SVTK: Lê Pháp - 8 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: - 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 - 9 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: O 2 vaø 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 vaø 0 5 O 6 vaø 0 7 O 8 vaø 0 9 O 10 vaø 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 - 10 - [...].. .Thiết Kế Môn 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 định theo phương pháp đường ảnh hưởng Vì dàn đứng chính đối xứng qua trục thẳng đứng ở giữa nhịp nên ta chỉ tính đối với nửa dàn phía bên có buồng lái - Ở biên của dàn, mắt đầu có hai nhánh O1 và V1... y4 y4 y3 y1 y4 y3 V3 V4 U5 y3 V5 V6 y3 Hình 5.3 Đường ảnh hưởng dàn đứng phụ Vì sơ đồ của dàn đứng chính và dàn đứng phụ giống nhau nên đường ảnh hưởng của chúng có những tính chất tương tự nhau Các thanh biên trên của dàn đứng phụ ngoài tải trọng thẳng đứng còn có các tải trọng ngang tác dụng SVTK: Lê Pháp - 19 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: - Thanh biên trên O2 và O3 Nb O 2 vaø 0 Nd y4 3 q... 1,287 - Vì dàn ngang phụ chịu tác dụng của các tải trọng từ dàn đứng chính và dàn đứng phụ nên khi tính nó chúng ta cho tải trọng đơn vị di động trên thanh biên trên( khi SVTK: Lê Pháp - 24 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: 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) Trị số lực trong các thanh của dàn ngang... - Mômen quán tính đối với trục y-y: 10.1503 Jy= 12 180.103 + 12 =2,815.106mm3 - Mômen chống uốn đối với trục y-y: Wy = 2.J y 150 = 2.2,815.106 150 =37500mm3 - Bán kính quán tính đối với trục y-y: ry= Jy Ftr = 2815000 3300 =29mm - Độ mảnh của thanh đối với trục y-y: a λ y= r = y 1125 =38,79 29 - Hệ số giảm ứng suất cho phép ϕ y=0,938 SVTK: Lê Pháp - 30 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: * Kiểm tra... =12,395.106mm4 SVTK: Lê Pháp - 29 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: - 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: J x 12,395.106 = =93150mm3 190 −57 e' W’x= - Bán kính quán tính đối với trục x-x: J 12,395.106 3300 rx= Fx = tr =61,3mm - Độ mảnh của thanh đối với trục x-x: λ x= a rx 1,12 = 61,3... như hình vẽ SVTK: Lê Pháp - 28 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: Hình 5.6 - Diện tích tiết diện bằng: Ftr=150.10 +mm2 - Mômen tĩnh của tiết diện đối với trục x1-x1: Sx1      180 + 10  +150 10 =180.10 2 2      2 = 187500mm3 - Khoảng cách từ trục x1-x1 đến trọng tâm của tiết diện: S 187500 x1 e = F = 3300 = 57 mm tr - Momen quán tính của tiết diện đối với trục x- x 150.103 Jx= 12 +150.10.52... 33 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: F=2F1=2.815=1630mm2 - Độ mảnh của thanh đối với trục x-x: λx = l1 1024,5 = = 47,6 rx 21,5 - Hệ số giảm ứng suất cho phép ϕ x=0,895 - Độ bền của thanh: σ = D1 149123 = = 91,5 N / mm 2 < [σ ]1 = 160 N / mm 2 F 1630 - Độ ổn định của thanh theo trục x-x σ'x = D1 149123 = = 103,26 N / mm 2 < [σ ]1 ϕ x F 0,895.1630 - Chiều dài tính của thanh ngoài mặt phẳng của dàn. .. vaø 0 9 q = 153,797 N/m 1400 y4 O 4 vaø 0 5 Pd Pc Nd 1800 Nb 1400 y4 y4 y3 y4 y3 U2 y3 U3 y4 y3 V1 V2 U4 y4 y1 y4 y3 V3 V4 U5 y3 V5 V6 y3 Hình 5.5 Đường ảnh hưởng dàn ngang dưới SVTK: Lê Pháp - 27 - Thiết Kế Môn 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 chịu tải lớn nhất O 11 = -369191N và tính theo cả hai trường... góc cần mua, tiết diện thanh đứng chúng ta chọn giống như tiết diện SVTK: Lê Pháp - 35 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: thanh xiên, tức là bằng thép góc 70x70x6 … Vì thanh đứng chịu tải ít hơn thanh xiên và chiều dài của nó ngắn hơn nên ở đây chúng ta không phải tính 9) Tính dàn đứng phu:ï Tất cả các thanh của dàn đứng phụ khi làm việc chỉ chịu lực dọc, không chịu mômen uốn Trị số các lực dọc cho... D 2 cũng có điểm Rite C, ta đặt dưới gối tựa A tung độ C h2 và dưới gối tựa B tung độ L +C h2 , trong đó: h2- khoảng cách từ điểm lấy mômen đến thanh D2; L-nhịp cầu - Thanh xiên D2 D 2 SVTK: Lê Pháp y4 y1 y2 y3 - 15 - Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD: Diện tích đường ảnh hưởng: F = F1 + F2 = 7,58 + (-0,76) = 6,82N Tải trọng phân bố đều = q x ∑ F = 1539,79 x 6,82 = 10501,4N Tải trọng tập trung = (y3 . chớnh v dn ng ph ging nhau n n ng nh hng ca chỳng c nhng t nh cht tng t nhau. C c thanh bi n tr n ca dn ng ph ngoi ti trng thng ng c n c c c ti trng. tr c n i chung làm vi c, n ch u nhi u lo i t i tr ng kh c nhau t c d ng l n k t c u. C c t i tr ng c thể t c động thường xuy n ho c không thường xuy n,