ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG

III/ Tính toán các bộ phận kết cấu: 1.Tính toán bản mặt: Trong một hàng ngang nằm giữa hai dầm phụ i, i+1, chỉ cần tính cho một ô rồi lấy tương tự cho ô khác.. Trường hợp bản mặt hàn l

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG

Yêu cầu: Thiết kế cửa van phẳng bằng thép theo phương pháp phân tích kết cấu thành

1 2

2 2

m KN H

Tải trọng tác dụng q=154,688(KN/m)

Sơ đồ tính toán dầm chính:

2 Xác định sơ bộ vị trí, kích thước dàn ngang:

) ( 1 06

độ sâu nhất định được coi là phân bố đều

Bố trí dầm phụ ở phía trên thưa, càng xuống sâu sẽ dầy dần vì áp lực nước tăng lên Dầm phụ chọn loại dầm tiết diện chữ C đặt úp tránh đọng nước

7060q=154,688(KN/m2)

Lo=6500

Chọn và bố trí vị trí dầm chính, dầm phụ và các dàn ngang như hình vẽ sau:

375 , 3 5 , 7 45 , 0 45 , 0 333

H a



Vậy bố trí như trên là hợp lý

III/ Tính toán các bộ phận kết cấu:

1.Tính toán bản mặt:

Trong một hàng ngang nằm giữa hai dầm phụ (i, i+1), chỉ cần tính cho một ô rồi lấy tương tự cho ô khác Trường hợp bản mặt hàn lên dầm phụ và thanh trên của dàn ngang thì bản mặt có sơ đồ tính là bản tựa bốn cạnh Chiều dày bản mặt xác định theo công thức sau:

) 1

P là cường độ áp lực nước tĩnh tại tâm ô đang xét

Trong đó: pi là áp lực nước tác dụng lên dầm phụ

bi là bề rộng của tải trọng tác dụng lên dầm phụ thứ i

b   atr là khoảng cách từ dầm phụ thứ i đến dầm trên nó (i-1)

ad là khoảng cách từ dâm phụ thứ i đến dầm dưới (i+1)

Kết quả tính toán lập thành bảng sau:

a a

Mmax= 106979(daNcm) Suy ra Wx=114,3(cm3)

Vậy ta chọn dầm phụ là thép chữ C N0 18 với các đặc trưng hình học như sau:

72 , 0 )

/ ( 21 , 699 153

106979

) ( 153 552 , 15 2375

) ( 2375 7

, 20 552 , 6 1090 52

9 , 0 898 , 2 12

max

max

3 max

4 2

2 3

cm daN mR

cm daN

W

M

cm y

J

W

cm J

cm y

5 , 126 62 , 48

6

3

= 0,2.10-3 <

250 1

Vậy dầm phụ đảm bảo về cường độ và độ cứng

3 Tính toán dầm chính:

a Tính toán chọn kích thước dầm chính kể cả bản mặt tham gia chịu lực:

Tính

q P

q P

E

RLn h

TC TC

E=2,65.106 daN/cm2

qTC=140,625 KN/m q=154,688 KN/m

nP=1,1

Ptc=0 P=0

688 , 154

625 , 140 10

65 , 2

600 706 1512 24

h

) ( 5902 , 93 516 , 98 95 , 0

Ta được Q=39136,16(daN)

Rc=0,72.1300=936(daN/cm2)

) ( 63 , 0 936 100

16 , 39136

100 1 2

104 1789 , 6374 12

2

4 3

3

cm h

2

248124

2 2

- Kiểm tra cường độ:

Ứng suất pháp lớn nhất xác định được:

R y

5 , 9637758 )

( 963,77585 8

06 , 7 688 , 154 8

2 2

F=0,9.69+2.24+1.100+2.24=258,1(cm2)

) (

6

,

64

) ( 462799 24

2 6 , 63 12

2 24 100 1 6 , 12 12

100 1 24 2 4 , 38 12

2 24 9 , 0 69 85 , 39 12

,

258

45 , 52

3 2

3 2

3 2

3

cm

y

cm J

cm y

/ ( 3 , 1345 6

, 64 462799

5 ,

10

20

20 240

X 126

c b

, 38 24 2 6 , 18

24 2 , 38 12

2 24 60 1 2 , 7 12

60 1 2 24 8 , 23 12

2 24 9 , 0 69 25 , 25 12

,

218

45 , 32

06 , 7 688 , 154

2

3 0

4 2

3 2

3 2

3 2

3

'

2 '

max

cm S

cm J

cm y

cm F

/ ( 873 1

157972

52 , 2525 9 ,

6

3

10 7 , 16 10 6 , 6 8 , 0 462799 10

65

,

2

706 625 , 140

) ( 157972 2

24 2 , 38 12

2 24 60 1 2 , 7 12

60 1 2 24 8 , 23 12

2 24 9 , 0 69 25 , 25 12

06 , 7 688 , 154

2

4 2

3 2

3 2

3 2

3

max

cm J

, 38 24 2 8

R

cm S

.

157972

2976 9 , 54604

cm

Vậy lấy hh=0,6(cm)

- Kiểm tra ổn định:

Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm

Kiểm tra ổn định cục bộ của các ô dầm:

m

th b th

7 ,

) / ( 10 08 , 8 462799

4 , 37

) / ( 2110 )

/ ( 211 ) 8 , 74

1 100 )(

7 , 1

95 125 ( )

100 )(

95

125

(

) / ( 13333 )

/ ( 3 , 1333 4

, 37 2

1 100 746 2

100 100

2

2 5

2 2

2 2

2 2

2 2

2

cm daN Q Q

h

Q

cm daN M

M y

J

M

cm daN m

MN d

cm daN m

MN y

K h

b

b o

b

b o

2 2

2 2

2 2

a Xác định kích thước hình học của dàn ngang:

b Đưa tải trọng phân bố về mắt dàn:

Đây là dàn hình thang chịu lực tác dụng của tải trọng phân bố theo quy luật tam giác của áp lực nước, bề rộng tác dụng của tải trọng là B

Gọi các điểm nút là 0,1,2,3,4,5 ứng với các tải trọng tập trung tại các mắt dàn Pi

(i=0,1,2,3,4,5) và cường độ áp lực thủy tĩnh tại các mắt dàn qi (i=0,1,2,3,4,5)

Tính áp lực thủy tĩnh tại mắt dàn theo công thức:

6

7 8

3

5 45

5

5

45

5 5 34

4 34

4

4

34

4 4 23

3 23

3

3

23

3 3 12

2 12

2

2

12

2 2 01

1 01

l

Z l

KN B

H

Xác định sai số:

% 5

% 0 100 358

,

391

341 , 391

Tên thanh Nội lực (KN) Trạng thái nội lực Chiều dài thanh (cm)

d Chọn tiết diện thanh dàn:

- Chọn tiết diện cho thanh cánh thượng:

Thanh cánh trên thường dùng thép chữ I Thanh cánh thượng của dàn ngang ngoài chịu lực dọc còn chịu uốn do tải trọng ngang trực tiếp của áp lực nước cho nên ta tính thanh cánh thượng như thanh chịu lực lệch tâm có kể cả phần bản mặt cùng tham gia chịu lực Chọn thanh 23 để tính toán vì thanh có lực dọc N=84,18(KN) lớn nhất thanh cánh thượng và chiều dài l23= 166,7(cm)

Momen uốn là

) ( 7 , 128 1565

201400

) ( 14 , 20 8

667 , 1 98 , 57

) / ( 98 , 57 705 , 52 1 , 1

) / ( 705 , 52 2

25 , 63 16 , 42 2

) / (

16

,

42

) / (

2 max

3 2

2

3

2 23

max

cm R

M

W

KNm M

m KN q

n

q

m KN q

q

q

m KN

q

m KN

Chọn tiết diện thanh cánh thượng là INo18

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

540

1800 Xo

X

53,8

90

) / ( 1565 )

/ ( 1263 8

, 175

201400 72

8418

) ( 8 , 175 38 , 15

8 , 2703

) ( 8 , 2703 12

9 , 0 54 9 , 0 54 07 , 3 4 , 23 38 , 6

1290

) ( 38 , 6 72

) 9 45 , 0

4

,

23

) ( 54 9 , 0 50 9 50

2 2

3 max

max

4 3

2 2

2

cm daN R

cm daN

W

M F

N

cm y

J

W

cm J

cm y

cm F

cm b

b

u x

Thõa mãn điều kiện về cường độ

Vậy ta chọn thép là INo18 cho tất cả các thanh cánh thượng

- Chọn tiết diện cho thanh cánh hạ:

Thanh 78 là thanh bất lợi nhất vì thanh này có nội lực lớn nhất trong các thanh cánh hạ N=88,04(KN) và chiều dài l78= 173,99(cm)

Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có:

R m

N F

99 , 173

) ( 88 , 7 1490

r

cm F

gt

x yc

) / ( 1490 )

/ ( 1360 2

55 , 7 4286 , 0

8804

4286 , 0 28

, 124

28 , 124 4

,

1

99 , 173

23 , 68 55

,

2

99 , 173

2 2

min

min 1 5 max

cm daN R

cm daN F

Vậy ta chọn thép góc 2L80x50x6 cho tất cả các thanh cánh hạ

- Chọn tiết diện cho thanh bụng:

Tính cho thanh bụng 73 là thanh có lực nén lớn nhất N73=142,32(KN), l73=194,39(cm) Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có:

n yc n

R

N F

39 , 194

) ( 56 , 1 100

39 , 194 8 ,

0

) ( 92 , 15 1490 6 , 0

14232

6 , 0 100

/ ( 1022 2

15 , 8 85435 , 0

14232

85435 , 0 13

, 61

13 , 61 18

,

3

39 , 194

39 , 57 71

, 2

39 , 194 8

,

0

2 2

min

min 1 5 max

0

cm daN R

cm daN F

Vậy ta chọn thép góc đều cạnh 2L70x6 cho tất cả các thanh bụng

Tổng hợp các thép được dùng trong dàn như trong bảng sau:

BẢNG TỔNG HỢP THÉP:

5 Tính toán dàn chịu trọng lượng:

Tên thanh Trạng thái nội lực Loại thép

Vì dầm chính có chiều cao thay đổi nên dàn chịu trọng lượng là một dàn gãy khúc, nhưng để đơn giản cho việc tính toán ta coi là dàn phẳng 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:

) (

G là trọng lượng cửa van được phân bố lên bản mặt và dàn chịu trọng lượng (KN)

Gọi G1 là trọng lượng bản thân cửa van phân cho phần dàn chịu trọng lượng

ph trái a

Để an toàn coi atr=aph nên G1=0,5G

Trong đó: atr, aph là chiều dài khoảng mắt dàn ở phía trái và phía phải mắt đang xét

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

từ đầu dầm ra giữa dầm, để đơn giản ta có thể coi là dàn phẳng, gối tựa của dàn tại vị trí cột biên, nhịp dàn là L=7,06(m)

Tải trọng tính toán: trọng lượng G1 được đưa về các mắt dàn, trong đó:

) ( 1 , 59 7 , 19

.

3

3

) ( 85 , 9 2

7 , 19

2

1

) ( 7 , 19 265 , 1 06 , 7

91 , 219 5 , 0 5

,

0

1

KN P

R

KN P

P

KN B

Dùng phương pháp tách nút để tìm nội lực trong thanh

910

1112

13

0

d Chọn tiết diện và kiểm 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

Chọn tiết diện thanh bụng xiên của dàn chịu trọng lượng:

Thanh xiên có nội lực lớn nhất là thanh 0-12 có N=49,73 (KN) và l0-12=7,57(m)

Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có:

n yc n

R

N F

757

) ( 056 , 6 100

757 8 ,

0

) ( 56 , 5 1490 6 , 0

4973

6 , 0 100

150 16

,

191

) / ( 1490 )

/ ( 5 , 1129 2

6 , 10 20768 , 0

4973

20768 , 0 16

, 191

16 , 191 96

,

3

757

03 , 173 5

, 3

757 8

,

0

max

2 2

min

min 1 5 max

cm daN F

Vậy ta chọn thép góc đều cạnh 2L80x6 cho tất cả các thanh bụng

Chọn tiết diện cho thanh bụng đứng cho dàn chịu trọng lượng:

Thanh đứng của dàn chịu trọng lượng bản thân cũng là thanh cánh hạ của dàn ngang nên ứng suất trong thanh bằng tổng ứng suất do áp lực thủy tĩnh và do trọng lượng bản thân sinh ra

max

cm daN F

Các đặc trưng hình học của tiết diện:

) ( 5369 32

171813

) ( 171813 12

60 1 2 ) 2 40 31 12

4 3

2 3

2

cm y

J

W

cm J

cm F

2

B h a a

20 10

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

) (

Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là N=0,5G=0,5.219,91=109,955(KN)

Momen lớn nhất tại gối 0:

) ( 36 , 43 222 , 2 61 , 15 111 , 1 81 , 7 222 , 2 111

Kiểm tra điều kiện cường độ:

Thay vào điều kiện cường độ ta có:

) / ( 1512 2100

72 , 0 ) / ( 74 , 130 5369

10 36 , 43 220

10 955 ,

max

cm daN R

m cm daN