Tính Toán Thiết Kế Thép Cổng Trục Có Các Thông Số Sau Q= 50 T ; H= 12 M

Chương I: tính toán thiết kế tổng thể 1.1-Sơ lược về các phương pháp lắp đặt dầm : 1.1.1- Phương pháp lắp đặt bằng cần trục: Thực chất của phương pháp này là dùng hai cần cẩu để nâng

Lời mở đầu

Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước thì xây dựng hạ tầng cơ sở trong đó có xây dựng các công trình giao thông đóng vai trò rất quan trọng Nước ta là nước có mạng lưới sông ngòi chằng chịt cắt ngang nhiều tuyến giao thông chính nên việc xây dựng cầu bắc qua sông là rất nhiều và trên mọi miền tổ quốc, trong đó phần lớn là các cầu bê tông cốt thép nhịp vừa và nhỏ Trong thời gian tới nhiều cầu lớn đã và đang xây dựng rất nhiều trong đó số lượng cầu bê tông cốt thép chắc chắn sẽ rất lớn

Cùng với sự lớn mạnh của nhiều ngành khoa học thì kỹ thuật xây dựng cầu bê tông cốt thép cũng không ngừng phát triển Đã xuất hiện nhiều phương pháp xây dựng có hiệu quả đảm bảo chất lượng công trình, rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành xây dựng Trong các công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép thì xây dựng theo phương pháp các dầm đúc sẵn kiểu chữ T có nhịp dài từ 42m trở xuống được áp dụng để xây dựng các cầu vừa

và nhỏ là rất phổ biến Đặc biệt là lao dầm chữ T nhịp từ 40m trở xuống vì

nó phù hợp với đặc điểm thi công, địa chất công trình, vốn đầu tư, địa hình thực tế tại các công trình ở nước ta

Trong công tác lao dầm tức là lấy dầm từ bãi tập trung và đưa dầm vào đúng vị trí là một công việc rất nặng nhọc và khó thi công bằng thủ công Để tạo điều kiện cho công tác lao dầm rút ngắn thời gian thi công thì phải có thiết bị hỗ trợ trong công tác lao, đặt dầm chuyên dùng thay vì làm bằng thủ công

Đáp ứng yêu cầu đó nhà trường cùng bộ môn Máy Xây Dựng khoa Cơ Khí giao cho em đề tài: “Tính toán thiết kế thép cổng trục có các thông

số sau”:

Q = 50 T

H = 12 m

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n!

Hµ Néi, ngµy 18 th¸ng 5 n¨m 2009

Sinh viªn thùc hiÖn

§Æng Quèc H­ng

Chương I:

tính toán thiết kế tổng thể

1.1-Sơ lược về các phương pháp lắp đặt dầm :

1.1.1- Phương pháp lắp đặt bằng cần trục:

Thực chất của phương pháp này là dùng hai cần cẩu để nâng và lắp

đặt dầm.Phương pháp này có những ưu nhược điểm sau:

- Việc lắp đặt khó chính xác cần phải kết hợp với các phương pháp thủ công khác

- Hiệu suất lắp đặt không cao

Ưu điểm:

- Tính chuyên dùng cao vì chỉ dùng một cổng trục

- Năng suất lắp đặt cao

- Lắp đặt thường không liên tục, phải đặt lại ray nhiều lần khi thi công nhiều đoạn của cầu Công đoạn này chiếm rất nhiều thời gian và công sức Từ đó làm giảm năng suất lắp đặt trên toàn tuyến của cầu

Hình vẽ: 1.1.2

Dầm BTDƯL Dầm chủ Palăng làm

công việc phụ

Chân cổng trục

Hình 07 Cổng trục long môn sàng dầm có khẩu độ lớn

1.1.3-Phương pháp lắp đặt dầm bằng cách sử dụng một cổng trục kèm thiết bị nâng phụ trợ (đòn gánh):

Thực chất của phương pháp này là dùng thêm một thiết bị phụ trợ (đòn gánh) để khắc phục nhược điểm của phương pháp (2) Nghĩa là chỉ cần lắp đặt ray một lần Phương pháp này có những ưu, nhược điểm sau:

Đòn gánh dầm Dầm BTDƯL

B∙i đặt dầm

Bệ đúc dầm

Cổng trục

Ray di chuyển cổng trục

- Thời gian thi công nhanh

- Không phải lắp đặt ray nhiều lần

- Độ chính xác khi lắp đặt cao do sự hoạt động độc lập của hai xe con trên hai cổng trục

- Dễ dàng cho việc lắp đặt nhờ tính linh động của cổng trục

Nhược điểm:

- Phải dùng tới hai cổng trục

- Việc phân chia phản lực cho hai cổng trục là khó khăn và dễ gây mất

ổn định cho cổng trục

Tuy vậy các nhược điểm trên sẽ được khắc phục bằng cách dùng hai thanh giằng chân để hai cổng trục có thể di chuyển đồng thời

Hình vẽ: 1.1.4

Dầm chủ được chia làm 4 đoạn Nối ghép với nhau ta dùng liên kết

bu lông tinh và tấm bản giằng, công việc lắp ráp được thực hiện tại công trường Các thanh giằng là thép chữ [ liên kết với dầm chủ bằng liên kết hàn (hàn ngay tại xưởng chế tạo)

Chân cổng cũng liên kết với dầm chủ bằng liên kết bu lông tinh và cũng chế tạo bằng thép hình Các cấu kiện được trở đến công trường sau đó

được lắp dựng tại công trường Phương pháp này có những ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm:

- Với phương pháp này có ưu điểm là đỡ tốn công chế tạo, lắp ráp nhanh vì sử dụng thép hình

- Việc bảo quản và bảo dưỡng duy tu, đại tu cũng rất đơn giản

- Dễ phát hiện các hỏng hóc và sai lệch lắp ráp trong quá trình chế tạo

Nhược điểm:

- Tự trọng bản thân của dầm rất lớn gây ra phí phạm không tiết kiệm vật liệu chế tạo

H×nh vÏ:1.2.1

A _ A

1.2.2- Phương án 2:

Kết cấu dầm chủ có mặt cắt gồm hai thép I và chúng đợc liên kết với

nhau bằng các thanh giằng là thép [ Dầm chủ được khoét lỗ để giảm tự

trọng bản thân

Cấu tạo:

Dầm chủ được chia làm 4 đoạn Nối ghép các đoạn với nhau ta dùng liên kết bằng bulông tinh và tấm bản giằng, công việc lắp ráp được thực hiện tại công trường Các thanh giằng liên kết với dầm chủ bằng liên kết hàn (hàn ngay tại xưởng chế tạo) Chân cổng cũng được liên kết với dầm chủ bằng liên kết bu lông tinh và cũng được chế tạo sẵn bằng thép hình Các cấu kiện được chuyên chở đến công trường sau đó được lắp ráp tại công trường Phương án này có những ưu, nhược điểm sau:

Ưu điểm :

- Với phương án này có ưu điểm là lắp ráp nhanh: Việc bảo quản và bảo dưỡng, duy tu, đại tu cũng đơn giản Dễ tìm thấy hư hỏng trước khi xảy ra hư hỏng lớn

- Phương án này đã phần nào khắc phục nhược điểm của phương án I là

tự trọng bản thân đã giảm đáng kể Đây là ưu điểm lớn nhất của

ph-ương pháp này

Nhược điểm:

- Tự trọng bản thân dầm còn lớn, việc tìm kiếm thép I để chế tạo là rất

khó đối với một số xưởng vì loại thép I này đòi hỏi cao với độ thẳng,

đồng nhất về chất lượng thép, hơn nữa mặt cắt thép I lại rất lớn

th Nếu vì lý do nào đó mà công tác lấy dấu, khoét lỗ không đúng, không

đều thì sẽ dẫn đến tình trạng chịu lực của các mặt cắt không giống nhau, kết quả chịu tải sẽ sai khác so với tính toán thiết kế

- Gây nguy hiểm vì có hiện tượng tập trung ứng suất

Hình vẽ: 1.2.2

A _ A

1.2.3- Phương án III: Cổng trục có mặt cắt dầm chủ là dạng dàn tổ hợp

từ các thép góc:

Cổng trục chế tạo gồm hai dàn chủ và các thanh giằng xiên liên kết các thanh trong dàn chế tạo bằng các thanh thép góc, chúng được liên kết bằng liên kết hàn Dàn chủ chia làm 4 đoạn có chiều dài khác nhau Các

đoạn liên kết với nhau bằng mối ghép bulông nhờ các bản nối phụ là thép tấm

Chân cổng cũng có kết cấu dàn, liên kết với dàn chủ bằng bulông tinh Mỗi chân cổng có hai cụm bánh xe di chuyển, một cụm chủ động và một cụm bị động, cụm bánh xe liên kết với chân cổng còn tuỳ thuộc vào kết cấu của cụm bánh xe

Mặt dàn nơi đặt palăng được gia cố thêm bằng thanh thép hình với liên kết hàn, trên các thanh này có khoan lỗ để bắt bulông với cụm tời

Dàn chủ được liên kết thêm ray ở bụng để chạy hai palăng phục vụ công tác đúc dầm

Ray cũng được chia làm bốn đoạn dài bằng các khúc dàn chủ Liên kết chúng với dàn chủ bằng bulông, việc liên kết này được thực hiện nhờ các tấm ghép phụ bằng thép [ Bản cánh trên của thép [ dùng liên kết hàn

với dàn chủ, bản cánh dưới của thép [ được khoan lỗ để bắt bulông với ray

chạy palăng Phương pháp này có những ưu, nhược điểm sau:

Ưu điểm :

- Cổng trục có tự trọng bản thân nhỏ hơn kết cấu dầm rất nhiều, vật liệu

dễ kiếm, dễ xử lý phôi liệu

- Dàn có độ cứng cao & độ ổn định theo mọi phương lớn hơn kết cấu

- Chế tạo rất tốn công do việc pha các phôi liệu phức tạp và đòi hỏi nhiều nguyên công

- Việc thực hiện nối ghép cũng tốn nhiều công sức

- Khó có thể gia công chính xác

H×nh vÏ: 1.2.3

1.2.4- Phương án 4: Cổng trục có dầm chủ chế tạo bằng thép tấm tổ hợp mặt cắt hình chữ nhật:

Cổng trục có mặt cắt dầm chủ và mặt cắt chân cổng là tổ hợp hình hộp Dầm chủ chia làm bốn đoạn được liên kết với nhau bằng bu lông tinh,

được liên kết tại công trường Hai dầm liên kết với nhau bằng các thanh giằng là thép góc, có thể là liên kết hàn hay bu lông Phương án này có những ưu, nhược điểm sau:

Ưu điểm:

- Với phương án thiết kế này do mặt cắt dầm chủ được tổ hợp từ những tấm thép cho nên rất dễ chế taọ với kích thước hình dáng tuỳ ý

- Vật liệu dễ dàng tìm kiếm

- Đơn giản trong việc chế tạo và nối ghép

- Đơn giản cho quá trình tính toán và thiết kế

- Có thể làm dầm có mặt cắt thay đổi để giảm tự trọng bản thân và tiết kiệm vật liệu

- Thời gian chế tạo và lắp dựng ngắn

Từ các phân tích ưu nhược điểm trên và căn cứ vào yêu cầu của đề tài

ra ta chọn phương án chế tạo dạng dầm và chân là mặt cắt tổ hợp hình hộp

Chương II Sơ đồ tính và tải trọng tính toán

2.1 Sơ đồ tính:

Hiện nay đối với các loại cổng trục nói chung có rất nhiều sơ đồ tính khác nhau, mỗi kiểu lại có những ưu, nhược điểm khác nhau Tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà người ta chọn sơ đồ tính để đạt được hiệu quả trong từng trường hợp Thông thường có hai cách tính đối với cổng trục dạng hộp như sau:

- Kiểu tính khung

- Kiểu tính tách dầm trên theo sơ đồ dầm đơn giản tĩnh định

Tuỳ từng cách liên kết giữa chân và dầm trên mà người ta có cách lựa chọn cho phù hợp Nếu liên kết giữa chân và dầm trên là liên kết “cứng” (hàn, bulong) thì chọn phương án theo kiểu tính khung Trường hợp này chỉ

áp dụng với loại cổng trục có khẩu độ < 30m vì bỏ qua tác dụng của nhiệt

độ Khi khẩu độ > 30m không nên tính theo sơ đồ này vì khi đó tác dụng của nhiệt độ là rất lớn sẽ làm sai lệch kết quả tính toán (Nếu tính theo sơ đồ này phải tính đến tải trọng do nhiệt độ)

- ở điều kiện làm việc bình thường kết cấu có độ cứng lớn hơn kiểu tách khung

Nhược điểm:

- Chỉ áp dụng đối với cổng trục có khẩu độ nhỏ hơn 30m

Nếu liên kết giữa dầm trên và chân có ít nhất một liên kết “mềm” thì người

ta thường chọn phương án tách khung.Trường hợp này có thể áp dụng cho tất cả các loại khẩu độ, đặc biệt là loại có khẩu độ lớn hơn 30m

- Kết cấu “thừa bền”, vì vậy không tiết kiệm vật liệu

Đối với trường hợp này các chi tiết trong cơ cấu máy được tính theo

độ bền tĩnh (theo giới hạn chảy hoặc giới hạn bền) và theo sức bền mỏi (theo giới hạn mỏi) Các chi tiết không quay cũng như không chịu ứng suất thay đổi khi quay thì chỉ tính theo sức bền tĩnh

+ Trường hợp 2: Tải trọng lớn nhất của trạng thái làm việc bao gồm; Trọng lượng danh nghĩa của vật nâng và bộ phận mang, trọng lượng bản thân máy, tải trọng động lớn nhất xuất hiện khi mở máy và phanh đột ngột hoặc khi mất điện có điện bất ngờ, tải trọng gió lớn nhất ở trạng thái làm việc và tải trọng do độ dốc lớn nhất có thể Các trị số tải trọng lớn nhất của trạng thái làm việc thường bị hạn chế bởi những điều kiện bên ngoài như sự trơn trượt của bánh xe trên ray, trị số mô men phanh lớn nhất, mô men giới hạn của khớp nối

Đối với trường hợp này tất cả các chi tiết trong cơ cấu đều tính theo sức bền tĩnh

+ Trường hợp 3: Tải trọng lớn nhất của trạng thái không làm việc của máy

đặt ngoài trời bao gồm: Trọng lượng của bản thân, tải trọng gió lớn nhất trong trạng thái không làm việc và tải trọng do độ dốc của đường

Đối với trường hợp này chỉ tính toán cho các chi tiết của bộ phận hãm gió, các thiết bị phanh hãm và của cơ cấu thay đổi tầm với

Qua 3 trường hợp tải trọng trên ta tính theo tổ hợp tải trọng của trường hợp 2

Bảnglựa chọn các thông số của cổng trục (căn cứ theo điều kiện làm việc của cổng trục)

Tham khảo trọng lượng xe con của một vài cổng trục có sẵn ta sơ bộ chọn:

Tải trọng này phân bố trên các bánh xe như sau:

Sơ bộ chọn kích thước xe con dựa trên các kết cấu có sẵn như sau:

Bề rộng L1 = 2000 mm

Bề ngang L0 = 2400 mm Trọng tâm của vật nâng tác dụng lên bánh xe với các khoảng cách như sau: (Tham khảo sách tính toán máy trục)

Tổng tải trọng do trọng lượng vật nâng tác dụng lên bánh dẫn

400 2

455 1

170000 4

) ( 307954 2400

1455

T¶i träng do vËt n©ng t¸c dông lªn b¸nh D:

) ( 161676 2000

2.3.3 Tải trọng cố định:

Tải trọng cố định tác dụng lên cổng trục bao gồm: Trọng lượng bản thân kết cấu và trọng lượng các thiết bị đặt lên giá cẩu (Cabin dàn kiểm tra hành lang)

Trọng lượng bản thân kết cấu bao gồm:

- Trọng lượng dầm chủ, trọng lượng dầm ngang lề đường đi (vì dầm chủ là dạng dầm nên tải trọng coi như phân bố coi như suốt chiều dài dầm)

Do chưa biết trọng lượng bản thân kết cấu (mặt cắt chưa tính chọn) vì vậy ta cần phải lựa chọn cho thích hợp Có thể lựa chọn theo kết cấu tương

tự có sẵn hoặc dùng công thức giá cầu 2 dầm hoặc có thể lựa chọn theo giản

2.3.4.1 Lực quán tính khi hãm xe con (khi có vật nâng):

Thông qua lực dính bám của bánh xe với đường ray, lực này tác dụng dọc theo phương trục của dầm chủ

Lực dính bám giữa bánh xe con với đường ray (đặt trên dầm chủ)

n: Số bánh chủ động của xe con

n=2

n0: Tổng số bánh của xe con

Lực này coi như phân bố đều trên các bánh xe

2.3.4.2: Lực quán tính sinh ra khi hãm cổng trục:

Lực quán tính sinh ra khi hãm cổng trục bao gồm 2 phần:

- Lực quán tính sinh ra do kết cấu của dầm

60 2

20

m N

Lực quán tính do trọng lượng xe lăn (có cả vật nâng):

t

V Q Q

2

) ( +

20 2

) 170000 500000

(

N

Coi lực này phân bố tập trung tại các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với ray

2.3.5 Tải trọng gió:

Khi cổng làm việc ngoài trời ta phải tính tới ảnh hưởng của gió nếu không khi gió to sẽ gây đổ và gãy cổng trục

Phương: Vuụng gúc mặt phẳng nõng hàng

Chiều: Theo chiều bất lợi cho kết cấu

Pg: áp lực gió tác dụng lên vật nâng Lực này tác dụng lên 2 cổng trục (coi như phân bố đều)

2

. 0 0

2 q k Fg

' 2 1 XC

D D

Q k P k

QXC = 17 tấn = 170000(N)

4

170000

1 161676

2 , 1

Lực tác dụng lên bánh bị dẫn:

4

' 2 1 XC

C C

Q k P k

Trong đó:

PC: Phản lực tác dụng lên bánh bị dẫn do tải trọng hàng nâng tác dụng cùng phía với bánh dấn D

PC = 188778 (N)

) ( 269033 4

170000

1 188778

2 ,

1

Đặt tải trọng tính toán:

L q B

L XC

− +

L

H F L q B L P B L P R

XC C

XC D

b

1

2

2

2

20 6000 2

4 , 2 20 226533 2

4 , 2 20 236511

2

− +

+ +

6 , 2537169 8

Vẽ biểu đồ mô men uốn:

Ta chia làm nhiều đoạn:

Đoạn AC: Cắt mặt cắt 1-1 giữ phần có chiều dài là f

2 1

Y q Y R H H

M II−II = − a + (8,8 ≥ Y ≥ 0)

T¹i Y = 0

MII-II = H x H1 = 25200 12 = 302400 (N.m) T¹i Y = 8,8

2

8 , 8 6000 8 , 8 307241

12 25200

M

=> MII-II = -1515877 (N.m)

§o¹n C1D1:

C¾t mÆt c¾t 3-3 gi÷ phÇn bªn tr¸i

) 8 , 8 '.(

2

MIII-III = MII-IImax =

2

8 , 8 6000 8 , 8 307241

12 25200

11 236 2

2 , 11 6000 12 25200 2

, 11 307241

8 , 8 6000 8

, 8 275803 12

1750

MV-V = Yb Y (12 ≥ Y ≥ 0) T¹i Y = 0

MV-V = 0

T¹i Y = 12

MV-V = 1750 12 = 21000 (N.m)

∑Z = Q(Y) + q Y - Ra

T¹i Y = 0

Q(Y) = Ra = 307241 (N) T¹i Y = 8,8

Biểu đồ lực cắt trong mặt phẳng hàng nâng khi xe con ở giữa dầm:

Sơ đồ đặt lực trong mặt phẳng hàng nâng khi xe con ở sát dầm đầu bên phải

l L P R

C XC D

b

1

2

2

1

'.

1

) (

20 6000 1

8 , 0 20 226533 1

) 4 , 2 8 , 0 ( 20 236511

2

− +

− +

4349433

=

=>R b

Biểu đồ lực cắt trong mặt phẳng hàng nâng khi xe co sát dầm đầu bên phải:

Sơ đồ đặt lực trong mặt phẳng hàng nâng khi xe con ở sát dầm đầu bên trái:

C D b

1

2

2

) '.(

20 6000 )

8 , 0 4 , 2 (

226533 8

, 0 236511

2

− +