Từ thực tế sản xuất ,thiết kế thì khi ta chọn mặt cắt ngang của dầm ta chọn dầm chữ I. Tức là ta phải tính toán kích thước dầm như bản bụng, bản cánh của dầm.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦUNgày nay, cùng với những sự tiến bộ của khoa hoc kĩ thuật trong đó không
thể không nhắc tới chuyên nghành công nghệ Hàn Môn học kết cấu Hàn thực sự
là hành trang không thể thiếu cho người kĩ sư, công nhân có thể dựa vào đó làm cơ
sở tính toán cũng như thiết kế Ngành Hàn của chúng ta càng ngày càng phát triển
cùng với sự chuyên sâu chuyên ngành của giảng viên giảng dạy Đối với mỗi sinh
viên chuyên ngành Hàn thì việc đưa đồ án kết cấu Hàn vào giúp sinh viên làmquen với thực tế công việc thiết kế Đồ án kết cấu Hàn giúp chúng ta sử dụng tàiliệu và so sánh giữa thực tế và lý thuyết Cùng với những kiến thức chuyên ngành
thì việc vận dụng thêm các tài liệu chuyên nghành khác như xây dựng, giao thông
vận tải phục vụ cho việc tính toán
Đồ án môn học kết cấu là cơ hội để em có thể kiểm tra và tổng hợp lại kiến
thức đã học.Trong kỳ học này em được giao đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống
dầm chịu lực cho cầu chịu được tải trọng an toàn” Sau thời gian nghiên cứu
Phần II: Phân tích kết cấu.
Phần III: Tính toán kết cấu.
Phần IV: Kết luận và rút ra kinh nghiệm.
Để hoàn thành việc tính toán thiết kế dầm cầu,em xin chân thành cảm ơn
Trang 2sự giúp đỡ hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thông cùng với các thầy trong
bộ môn Hàn và Gia công tấm Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án Trong quá trình thực hiện thì em
cũng có nhiều thiếu sót Kính mong thầy thông cảm và bỏ qua cho em
Hưng Yên,ngày 30, tháng 06, năm 2010
Sinh viên thực hiện
Lê Mạnh Hà
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.edu.vn 1
Trang 3ẦN I: PH
ÂN TÍC
H KẾ
T CẤ U1.1 Xác định,lựa chọn mặt cắt kết cấu.
Từ thực tế sản xuất ,thiết kế thì khi
ta chọn mặt cắt ngang của dầm ta chọn
dầm chữ I Tức là ta phải tính toán kích thước dầm như bản bụng, bản cánh của
dầm Hình dạng của chữ I thi có thể tiêu chuẩn hóa bằng các catalog của cá hãng
sản xuất chế tạo thép hoặc các sổ tay tra cứu Yêu cầu
kỹ thuật được các kỹ sư thiết
kế sao cho trọng lượng thiết kế là nhỏ nhất
Bản bụng chịu lực cắt là chủ yếu Chiều cao bản bụng thường lấy bằng 1/18
đến 1/20 chiều dài nhịp dầm đối với cầu đường bộ,
Trang 4nhỏ hơn đối với cầu đường sắt.
Bản cánh sẽ cung cấp khả năng chịu uốn Chiều rộng
và bề dày bản cánh
thường được xác định bởi sự lựa chọn diện tích của bản cánh trong phạm vi giới
hạn của tỷ số giữa bề rộng và chiều dày
Các kết cấu phải được thiết kế để được thỏa mãn các yêu cầu vể trạng thái
giới hạn cường độ, mỏi và phá hoại, sử dụng và cực hạn
Hình 1.1: Ba vùng biến đổi cấu kiện thép chịu
uốn
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
2
Trang 5DIỆN NGANG CẦU VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN.
2.1.Tính toán tổng lực tác dụng.
a) Khối lượng dầm:
md
=
Dd.VdTrong đó:
- Dd : Khối lượng riêng 7,85.10-3kG/cm3
Trang 6225600 ( cm3)
Vmh = 1/2.a.K.L = 1/2.0,8.1,6.1200 = 768 (cm3)
→ Vd = 4.768 + 2.108000 + 225600 = 444672 (cm3)
3
Trang 7b) Khối lượng và kích thước của bêtông:
- Đổ lớp bê tông có chiều dày: bbtct = 15 cm
- Khối lượng riêng:
Dbtct = 2500 (kG/
m3) = 25.10-4 (cm3)
Ta có: Vbtct = 15.1400.1200 = 252.105(cm3)
→ mbtct = 252.105.25.10-4 =
63000 (kG)
c) K hố
i lư ợn
g củ
a la
n ca n:
+ Chi
ều ca
o
đế
bệ đỡ:+
Chi
ều cao trên:
+ Chi
ều cao vát:+ Chi
ều rộn
g
đế
bệ đỡ:
+ Chi
ều rộn
g
phần trên:+ Chiều rộng phần vát:
hđ
= 1
0 cmht
= 3
0 cmh
V
= 3
0 cm
bđ = 50 cm
bt = 25 cm
bV = 25 cm
Trang 8bd
bv
Cấu
tạo
lan
can
tay
vịn
mlc = 2(Vlc.Dbtct )
- Vlc = Slc.L
- Vlc = {bt.(hđ + ht +
hV) +
hđ.bV+
.bt.hV}.L
Suy
ra:
= {30
mlc = 2(285.104.25
10-4) = 14250 (kG)
1 2
0 + 10000
0 = 50.104 (kG)
Gv hướng dẫn: Nguyễn
Trọng Thông
Sv thực hiện:
Lê Mạn
h Hà
http://ww w.ebook.e du.vn
Trang 9e) Khối lượng của phụ kiện: Phụ kiện của cầu
- Q
- Q
(md + mbtct + mlc + mpk )(3490 + 63000 + 14250 + 1000) = 14670 (kG)
• Tải trọng của xe tác dụng lên dầm là:
Q.mx = 50.104 = 71428,57 (kG)
• Xe nằm yên trên cầu nên tải trọng mà một dầm phải chịu là:
i trọ
ng phân bố:
q= =
Trang 10= 71,75 kN/m
• Ta có biểu đồ phân bố lực cắt cũng như mômen trên:
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Trang 11Hình 2.1:
Biểu đồ lực cắt và mômen do lực Q gây ra
• Môme lớn nhất tại tiết diện giữa dầm:
M= = 1810,8 kN.m =181.105 da.cm
• Lực cắt lớn nhất tại tiết diện đầu dầm:
V= = 603,36 kN = 6,0336.104 daN
Với γp: hệ số tin cậy
về tải trọng
2.2 Xác định kích thước dầm chữ I
Trang 12Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
6
Trang 132.2.1 Chọn vật liệu dầm:
Chọn vật liệu dầm là thép CCT38 có thông số kỹ thuật như sau:
σvà E = 2,1.106 T/m2
2.2.2 Xác định chiều dày bản sàn thép:
+ Ý nghĩa của tải trọng làn thể hiện tác dụng của các
xe khác trong đoàn xe có thể
xuất hiện cùng một lúc trên cầu
+ Từ những yếu tố kỹ thuật trên, ta chọn cầu có 2 làn đường với chiều rộng cầu là
13000mm, mỗi nửa cầu là 1làn đường Bên cạnh là vai đường với chiều rộng bằng
bề rộng của làn đường dành cho người đi bộ
+ Bản hẫng có chiều cao bằng 0,35 lần bề rộng của làn
+ Ta chọn thiết kế cầu có 7 dầm dọc chiều dài cầu
Bề dày lớp phủ bêtông là 15cm, khối lượng riêng của bêtông là 2500 Kg/m3Tả
i trọng tác động lên
Trang 14sàn: qL =
- Tổng lực tác dụng lên cầu: ΣQ = 860,9857.7 =
6026,8 kN
- Diện tích mặt cầu: A = 14.12 = 168 m2
Suy ra tải trọng tác động lên sàn:
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
7
Trang 15q= = 35,87kN/m2
Theo bảng 3.1[1] với tải trọng tác dụng lên sàn là qL
= 35,87 kN/m2 > 30 kN/m2 nên
ta chọn chiều dày bản thép
là 12mm
Hì
nh 1.2 :
Mô hìn
h tải trọ
ng làn
2.2.3 Xác định chiều cao vách dầm:
Chiều cao dầm là thông số cơ bản khi thiết kế dầm Chiều cao dầm phải đảmbảo yêu cầu sử dụng:
Dầm phải đủ cứng
để không quá độ võng giới hạn,
Trang 16nhưng cao độ trên mặt
giàn bị khống chế bởi yêu cầu công nghệ và kinh tế
Gọi h là chiều cao dầm, h cần thỏa mãn: hmin ≤ h ≤ hmax và h càng gần hkt càng tốt
Trong đó:
+ hmin: Chiều cao đảm bảo dầm đủ cứng vững trong suốt quá trình sử dụng,
nghĩa là độ võng của dầm không vượt quá độ võng giới hạn
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
8
Trang 17+ hmax: Chiều cao lớn nhất có thể của dầm, được quy định trọng nhiệm vụthiết kế, chính là khoảng cách cho phép đủ để bố trí
hệ thống dầm và sàn
+ hkt: Chiều cao của tiết diện dầm ứng với lượng thép làm dầm ít nhất
a) Tính chiều cao h min :
Theo công thức (3.13) [1] giả thiết hệ số vượt tải
trung bính γ tb = 1,2
hn
400
= 91,26 cm
Trong đó: f là cường độ tính toán chịu kéo của thép bản sàn (bảng I.1[1])
b) Tính chiều cao h kt :
Với h ~ h min sử dụng công thức kinh nghiệm (3.31[1])
để xác định chiều dày bảnbụng dầm:
tw = 7+=7+ = 9,73 mm
Để tính h kt , sơ bộ chọn tw
=10mm, dầm hàn chọn hệ
số cấu tạo k =1,15+ Mômen lớn nhất tại tiết diện giữa dầm:
M
= 181.1
Trang 1805 daNm
+ Mômen chống uốn cần thiết:
W=
Với hệ số điều kiện làm việc của dầm γ c =1 bảng I.14[1]
Tử các số liệu trên, thay vào công thức (3.18[1]) tính được
Trang 19Theo điều kiện h max
không bị khống chế Chọn chiều cao h ≥
hmin và càng
gần h kt càng tốt.Vì vậy ta chọn h =100 cm
2.2.4 Chọn chiều dày bản bụng:
Gần đúng cho rằng, tại tiết diện dầm chỉ có riêng bản bụng chịu cắt Vmax
Lực cắt lớn nhất tại tiết diện đầu dầm: Vmax = 603,36 kN = 6,0336.104daN
Cườn
g
độ chị
u cắt: fv
= 0.58
= 0,58.=1325,7 daN/cm
2
Giả thiết chiều dày bản
cánh t f = 20mm, chiều cao bản bụng là :
h
w
=
Trang 20h - 2tf = 1000 - 2.20 = 960mm
Suy ra chiều dày cần thiết của bản bụng là theo công thức (3.30b[1])
tw
Trang 21Chú ý: Tải trọng uốn dùng
để tính ra tiết diện yêu cầu trên chưa kể đến bản thântrọng lượng của dầm, nếu
kể đến tiết diện sẽ lớn hơn
Vì vậy chọn chiều rộng bản
cánh là 38cm > 33,3cm
Tỷ số bf/tf = 38/2 =19 <30, điều kiện ổn
định cục bộ của bản cánh
sẽ dễ dàngthỏa mãn
KL: Kích thước tiết diện của dầm tính
toán như sau:
PHẦN III: KIỂM TRA TIẾT DIỆN DẦM THEO ĐIỀU KIỆN CƯỜNG ĐỘ
VÀ ĐỘ VÕNG 3.1 Kiểm tra tiết diện
dầm theo điều kiện cường độ:
- Tính toán lại chính xác các đặc trưng hình học của tiết diện dầm:
Trang 22Diện tích tiết diện dầm: A = Aw+ Af = 0,8.96 + 2.2,0.38 = 228,8 cm2 = 0,02288 m2
- Mô men quán tính và mômen chống uốn của tiết diện với trục trung hòa x-x:
+ Ix
= Iw+ If =
tw.+ 2(bf + bf.tf )
Trang 23+ W= = 8479 cm3
- Mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm với trục trung hòa x-x:
Sx
= S
w + Sf
=
=
0,8
+ 38
2.
= 4645,6
cm3
Kiểm tra điều kiện cường độ:
- Tải trọng uốn
tính toán kể cả trọng lượng bản thân
dầm
q = pc.γp + A.ρ.γg = 7175.1,4 +
0,02288.7850.1,1 = 10242,568 daN/m
- Tiết diện giữa dầm có:
Mm
ax
= q.l2
/
8
=
Trang 24Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực
hiện:
Lê Mạnh Hà
http://www.ebook.edu.
vn
12
Trang 253.2 Kiểm tra độ võng của dầm với tiết diện đã chọn.
- Dầm chịu tải trọng phân
bố đều tiêu chuẩn kể cả trọng lượng bản thân:
- Tính toán và kiểm tra dộ võng tương đối lớn nhất, tại giữa nhịp theo điều kiện:
=. = . ≈
Giát
rị
nàynh
Trang 26ỏ hơn rất nhiều
so với độ võng
tương đối cho
3.3 Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài dầm.
Tiết diện chọn ở phần trên là tiết diện lớn nhất của dầm, bởi vì nó được chọn
theo mômen uốn lớn nhất Trong mỗi dầm chỉ có một hoặc một ít các tiết diện có
Mmax , nếu giữ nguyên các kích thước này để chế tạo cho mọi tiết diện trên toàn
chiều dài dầm thì sẽ quá lãng phí Vì vậy, nhằm tiết kiệm vật liệu thép thì nên giảm
tiết diện tại chỗ có giá trị mômen bé hơn; công việc ấy gọi là thay đổi tiết diện dầm
theo nguyên tắc mômen kháng uốn phù hợp với dạng biểu đồ mômen Việc thay
đổi tiết diện dầm tiết kiệm được kim loại nhưng sẽ làm tăng chi phí chế tạo dầm,
nên chỉ có hiệu quả kinh tế với những dầm lớn, có nhịp l
Trang 27- Cánh trên dầm cần phẳng và không quá bé
để thuận tiện cho việc lien kết với
các kết cấu khác, đặc biệt với sàn và các dầm phụ
Dựa vào các tiêu chí trên ta chọn giải pháp thay đổi tiết diện dầm
là giảm chiềurộng cánh dầm: Phương pháp này thường áp dụng với dầm hàn vì cấu tạo đơn giản,
mặt dầm vẫn hẳng trên suốt chiều dài dầm Về nguyên tắc có thể giảm lien tục
chiều rộng bản cánh hoặc giảm ở nhiều vị trí trên chiều dài dầm, nhưng làm như
vậy thì cấu tạo dầm them phức tạp, khó chế tạo và lượng thép chênh giữa hai lần
giảm không nhiều Vì vậy, với những dầm đơn giản thông thường, nhịp l < 30m
chỉ nên đổi tiết diện một lần (nghĩa là trên chiều dài dầm có hai tiết diện thay đổi)
Ta thực hiện giảm
Trang 28chiều rộng cánh dầm theo cách sau: Dự tính trước vị trí giảm
bề rông cánh (với dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều thì vị trí cách gối tựa
một đoạn x1 = l/6 là hiệu quả kinh tế nhất).
- Xác định mômen tại vị trí thay đổi tiết diện (tại x1 =
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
14
Trang 29+ b
;để các đặc trưng chịu lực của
tiết diện trước và sau khi thay đổi không
bị chênh nhau quá nhiều
b=190 mm Chọn bf = 200mm
2m
0.2 m
3.4 Tính toán liên kết hàn trong dầm.
Gv hướng dẫn:
Nguyễn Trọng Thông
0,38m
Trang 30Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
15
Trang 31Độ bền của kết cấu phụ thuộc chính vào độ bền của liên kết hàn.Việc chọn kiểu
mối hàn, phương pháp hàn, quy trình công nghệ hàn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đếntuổi thọ của kết cấu
a Liên kết vách và biên dầm:
Chọn tiết diện mối hàn: theo công thức tính
toán sách kết cấu hàn ta có:
Min
a ≥
- 0,5
=
- 0,5 = 2,33mm
Max a ≤ 0,7t = 5,6 mm
⇒ Nên ta chọn a = 5 mm
Tính
các
thô
ng
số
của
mối
hànn
Trang 32Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
16
Trang 33= = = 9,268 kN/cm2
= 9268 T/m
38000 T/m
b Tính toán gân gối tựa:
Gân gối tựa chịu lực cắt
có giá trị bằng phản lực tại gối, giả sử toàn bộ phản lực
được chuyển lên gân gối tựa thông qua lien kết hàn góc.Kích thước tối thiểu của
mối hàn gân gối tựa được tính như sau:
≥
Trong đó :
-là phản lực gối tựa,
= 750Tm
-là cường độ tính toán của thép chịu ép tỳ đầu, theo tài liệu sách kết cấu
thép
tra
ng
105
ta có
= 3100,ℰ
=1
ta được
=24
Trang 34Theo điều kiện đảm bảo tính cục bộ sườn gối :
=( - )/2 =29,5cm.theo quy cách phổ thông
Trang 35ấu tạ
o sư ờ
n gố
i dầ m
7 Gân cứng vững:
Để tăng cường độ cứng vững cho dầm đồng thời đảm bảo
độ ổn định cục bộcủa kết cấu ta sẽ bố trí các gân cứng vững đối xứng nhau qua bản bụng và khoảng
cách giữa các cặp gân cứng vững dọc chiều dài của dầm là 200 (cm)
Trang 36Kích thước của gân cứng vững ta chọn như sau:
- Chiều cao của gân: hg=hv=1360(cm)
-Chiều rộng của gân: bg < bc ta chọn bg =250 (mm) = 25 (cm)
-Chiều dầy của gân: bg<δg<δb 250 <δ<18 g Ta chọn δg=16 mm
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Trang 378.Nối dầm :Trong điều kiện dầm
có yêu cầu vượt nhịp lớn thì phải gia công dầm thành
từng phân đoạn và thực hiện nối dầm bằng liên kết hàn
Như vậy ở đề tài này với dầm 1 nhịp có chiều dài L = 12m thì
ta sẽ phân thành3đoạn dầm có kích thước như hình vẽ dưới đây và sẽ tiến hành nối dầm ngoài công
trường bằng liên kết hàn
Cách nối dầm :
+ Không đươc bố trí phần nối dầm vào vị trí
có mặt cắt nguy hiểm
Vì vậy mối
Trang 38nối cách đầu dầm một đoạn là l =
L(1/3÷1/4)= 12000.(1/3
)= 3000000(mm)
+ Dầm chịu tải trọng lớn vì vậy tiến hành hàn thêm các bản mã ốp vào vị trí nối
để đảm bảo tính liên tục của dầm
+ Dùng phương pháp nối đối đầu với nhau đươc thể hiện như trên hình vẽ
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
19
Trang 39Tại các vị trí mối nối ta tính được:
+ Lực cắt tại vị trí nối:
+ Môme
m uốn tại vị trí mặt cắt :
Mmax= 2250(Tm)
PHẦN III: KẾT LUẬN
&
KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian tìm tòi, tham khảo tài liệu, với sự giúp đỡ tận tình của các bạn,thầy cô trong tổ môn, đặc biệt là giáo viên hướng dẫn chính Nguyễn Trọng Thông đến
nay đồ án của nhóm chúng
em đã cơ bản hoàn thành Thông qua quá trình làm đồ
án mônhọc kết cấu hàn, chúng em đã
đi sâu vào nghiên cứu và nhận ra rằng đây là một đồ án
mang tính chất trí tuệ, qua đây chúng em đã nâng cao kiến thức chuyên ngành rất nhiều,
đồng thời nó cũng đã khẳng định được tầm quan trọng của người kỹ sư, làm sao đảm bảo
Trang 40được cả hai tiêu chí là yêu cầu kỹ thuật và chi phí cho sản xuất là thấp nhất.
Đối với nội dung đề tài của chúng em là “Tính toán thiết
kế hệ thống dầm chịu
lực cho cầu chịu được tải trọng an toàn” sau khi hoàn thành đề
tài của mình chúng em
Gv hướng dẫn: Nguyễn Trọng Thông
Sv thực hiện: Lê Mạnh Hà http://www.ebook.ed
u.vn
20
Trang 41đã cơ bản biết lựa chọn, tính toán và kiểm tra bền cho một kết cấu nói chung và dầm cầu
đường bộ nói riêng
Trong phần đồ án của mình vì là đồ án kết cấu nên chúng em đi sâu vào việc chọn
và tính toán kiểm tra bền cho dầm tổ hợp chữ I Ở đây việc lựa chọn các kích thước bảnbụng, bản cánh, kích thước mối hàn đảm bảo yêu cầu về
kỹ thuật, ngoài ra việc lựa chọn
này phải đảm bảo cả tính thẩm mỹ
Đồng thời với những điều đó chúng em cũng mạnh dạn đề xuất một số kiến nghị của mình trong công tác đào tạo đối với sinh viên chuyên ngành công nghệ hàn như sau:
- Cập nhật thông tin
về sự phát triển của kết cấu thép trên thế giới qua đó định hướng sự phát triển của ngành thép nói chung ở Việt Nam Thông qua công tác này sinh
viên sẽ nhìn nhận được tầm quan trọng của môn học cũng như ý nghĩa thực tiễn của nó.
Từ đó định hướng cho mình một số phương pháp học cho phù hợp.
- Tham khảo thêm nhiều tài liệu về kết cấu thép, nhất là các tài liệu nước ngoài
để qua đó bổ sung thêm nhiều kiến thức cũng như đưa ra được nhiều giáo trình phong
