Tính toán và thiết kế dầm cầu trục

Lời nói đầu

Hiện nay, cùng với sự đi lên của ngành công nghệ hàn môn học kết cấu hànthực sự là hành trang để mỗi một kĩ s, một công nhân có thể dựa vào làm cơ sởthiết kế Môn học kết cấu hàn đợc đa vào giảng dạy ở bộ môn Công nghệ hàn vàcàng ngày không ngừng đợc cải tiến dới sự nghiên cứu của các thầy với kiến thứcsâu rộng và chuyên gia hàng đầu trong ngành Công nghệ hàn Đối với mỗi sinhviên ngành hàn, đồ án môn học Kết cấu hàn là môn học giúp làm quen với việcgiải quyết các vấn đề tổng hợp của kết cấu hàn đã đợc học ở trờng qua các giáotrình cơ bản về kết cấu hàn Khi làm đồ án này ta phải làm quen với cách sử dụngtài liệu, cách tra sổ tay cũng nh so sánh lý thuyết đã học với thực tiễn sản xuất cụthể một sản phẩm điển hình

Để hoàn thành đợc đồ án môn học này, em xin chân thành cảm ơn sự hớng

dẫn của thầy Nguyễn Thúc Hà cùng các thầy thuộc bộ môn Công Nghệ Hàn trờng

Đại Học Bách Khoa Hà Nội Do là lần đầu đợc hoàn thành môn học này, tất nhiênkhông thể tránh khỏi có sai sót Em rất mong có đợc sự chỉ bảo giúp đỡ của cácthầy và các bạn.

 Đề bài : Tính toán và thiết kế dầm cầu trục với các số liệu sau:

 Vật liệu: Chọn vật liệu là thép CT38, có các thông số đặc trng: Giới hạn bền: [] = 16000 (N/cm2).

 Mô đun đàn hồi: E = 20.106 (N/cm2). Nội dung :

I Phần thuyết minh.

1 Xác đinh nội lực xuất hiện trong các tiết diện của dầm từ đó xây dựng biểuđồ nội lực Mu, Q trên tất cả các tiết diện, tìm ra Mumax, Qmax.

2 Xác định tiết diện ngang của dầm (dầm chữ I).

 Xác định chiều cao dầm h1, h2, h3 và chiều dày v Lựa chọn chiều cao chungcủa dầm hdầm, hgt, gân gối tựa.

 Xét mô men uốn do lực phân bố q gây ra

- Mô men uốn do lực phân bố gây ra trên chiều dài dầm đợc thể hiện trên hình ới đây:

d Giá trị mô men do lực phân bố gây ra trên các tiết diện tiêu biểu đợc thể hiệntheo công thức:



i



 Trong đó: xi là khoảng cách từ tiết diện i đến gối tựa.

 Ta có bảng giá trị mô men do lực phân bố đều q gây ra tại các tiết diện đ ợcthể hiện trong bảng sau:

 Mô men uốn do lực tập trung gây ra.

- Mômen do lực tập trung P gây ra tại tiết diện cách gối một đoạn x:

- Ta xét mô men uốn lớn nhất tại các tiết diện là khi vị trí lực tập trung trùng vớitiết diện khảo sát.

- Mô men do lực tập trung P gây ra đợc xác định theo công thức sau:

 Ta có mô men uốn do lực tập trung gây ra tại các tiết diện tiêu biểu đợc xácđịnh theo bảng sau:

iq

- Lực cắt lớn nhất do tải trọng di động gây ra tại các tiết diện đợc xác định theocông thức dới đây:

 Trong đó:

333

Tiết diện max( . ), KNcm

1.1 Xác định chiều cao dầm theo điều kiện cứng – h h1.

- Ta coi độ võng của dầm tại tiết diện trung điểm dầm là lớn nhất khi tải trọng diđộng

- Chiều cao h1 đợc xác định theo công thức sau đây:]

1 Efllh  

 Trong đó hệ số  đợc xác định theo công thức:

=274,4 (T.m) = 2744 (KNm). MP: Mô men do lực tập trung P gây ra tại tiết diện giữa dầm:

MP = max5

M = 180 (T.m) = 1800 (KNm). l: Chiều dài dầm: l = 28 (m).

 a: Khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến đầu dầm:a = (l – h d)/2 = (28 – h 4)/2 =12 (m).

0, 2. [f/l]: Độ võng cho phép của dầm:

[f/l] = 1/700

 []: Độ bền giới hạn của vật liệu:

[] = 16000 (N/cm2) = 160000 (KN/m2). E: Mô đun đàn hồi của vật liệu:

E = 20.106 (N/cm2) = 20.107 (KN/m2). 1 . [.[ ]./ ]

lh   =

 Chọn: h1 = 3 (m)

1.2 Xác định chiều cao dầm theo điều kiện khối lợng bé nhất – h h2.

- h2 đợc xác định theo công thức:

 h1 > h2  Chọn hd = h1=3 (m).

1.3 Xác định chiều cao dầm theo điều kiện bền gối tựa - h3.

- Chiều cao dầm tại gối tựa đợc xác định theo công thức sau:

Qh 

 Qmax: Tổng lực cắt lớn nhất tại tiết diện gối tựa:Qmax =67,057 (T) = 670,57(KN). []: ứng suất tiếp giới hạn:

[] = 0,6 [] = 0,6.160000 = 96000 (KN/m2).

Qh 

   

 Trong đó: hv  0,95 hd = 2,85 (m).6

iii Các kiểm tra bền cơ bản.

1 Các đặc trng hình học tại các tiết diện đã chia nh ở phần trên.

a) Diện tích tại các tiết diện.

- Diện tích các tiết diện đợc xác định theo công thức sau:

Fi = 2.Fbi + Fvi = 2.33+hvi vi= 66 + hvi.1,4(cm2).- Diện tích các tiết diện đợc xác định theo bảng sau:

Bảng diện tích các tiết diện tiêu biểu

Tiết diện Chiều cao vách (Tính gần bằng chiềucao của dầm do b<< v) (cm)

Diện tích tiếtdiện (cm2)

1 hv1=h3 + (hd – h h3).l1/ l

=75 + (300-75).0,1.28/[(1/6).28] = 210

b) Mô men quán tính và mô men chống uốn tại các tiết diện.

- Mô men chống xoắn tại các tiết diện đợc xác định theo công thức sau đây:

J 

 Trong đó:

 hti = hvi + bi  hvi  hdi

 vi = const = 1,4 (cm). Fbi = const = 33cm2).

Đặc trng hình học của các tiết diện tiêu biểu

Tiết diện Mô men quán tính (cm4) Mô men chống uốn (cm3)

2 4635000 30900

2 Kiểm tra theo ứng suất pháp.

- ứng suất pháp lớn nhất xuất hiện trên dầm là tại tiết diện có max

M , chính là tiếtdiện giữa dầm, đợc xác định theo công thức sau:

 Điều kiện bền của dầm theo ứng suất pháp đợc thoả mãn.

3 Kiểm tra bền theo ứng suất tiếp.

- ứng suất tiếp lớn nhất xuất hiện trên dầm là tại tiết diện có max

Q , chính là tiếtdiện gối tựa, đợc xác định theo công thức sau:

 Trong đó:

 Điều kiện bền của dầm theo ứng suất tiếp đợc thoả mãn.

4 Kiểm tra điều kiện bền theo ứng suất tơng đơng.

- Ta xét ứng suất tơng đơng tại tiết diện nguy hiểm là tiết diện số 2 và số 4, ta đãxét các giá trị ứng suất lớn nhất tại tiết diện 0 và 5, trên mỗi tiết diện ta xét tạiđiểm có đờng hàn là điểm 1 nh hình vẽ.

4.1 Xét tại tiết diện số 2.

- ứng suất tiếp lớn nhất tại điểm 1 đợc xác định theo công thức sau đây:Biểu đồ ứng suất tại mặt cắt giuã dầm

1

 Trong đó:

- ứng suất pháp tại điểm 1, đợc xác định theo tỷ lệ sau (dựa vào hình vẽ trên):

- ứng suất tơng đơng lớn nhất tại điểm 1, đợc xác định theo công thức sau đây:

4.2 Xét tại tiết diện số 4.

- ứng suất tiếp lớn nhất tại điểm 1 đợc xác định theo công thức sau đây:

 Trong đó:

- ứng suất pháp tại điểm 1, đợc xác định theo tỷ lệ sau (dựa vào hình vẽ trên):

 

- ứng suất tơng đơng lớn nhất tại điểm 1, đợc xác định theo công thức sau đây:

max),1

4.3 Kiểm tra sự phân bố vật liệu.

- Sự phân bố vật liệu phải thoả mãn điều kiện sau đây:

 v

 Điều kiện phân bố vật liệu không thoả mãn, ta phải tăng diện tích biên dầm bằng cách tăng chiều dày biên dầm b Ta có:

5.1 Xác định chiều dài gối tựa.

- Có chiều dài của cả dầm: ld=lgt+l - Xác định chiều dài gân gối tựa:

+ Đã biết lực cắt tại gối tựa: RA=Qmax= 650,57(KN) +Từ điều kiện bền: [ ]

- Lấy bgt=bdầm=29,6 cm

- Vậy chiều dài gối tựạ: 31,6()6

- Chọn chiều dài gối tựa: lgt=32 (cm).

 Khi đó tổng chiều dài dầm ld=lgt+l=2800 + 32 =2832 (cm) = 28,32 (m)

5.2 Tính toán kích thớc gân gối tựa.

- Coi phần kết cấu của dầm nằm trên gối tựa là một cột tởng tợng.

- Nh vậy đa về sơ đồ tính toán là một cột bị khớp hai đầu Chịu nén đúng tâm, cótiết diện là (2.Fgt 30b2).

- Tơng quan về kích thớc giữa chiều rộng gân và chiều dầy gân phải thoả mãn điềukiện ổn định cục bộ: bg 15.g

 

 Nếu chọn vật liệu làm gân tăng cứng là thép CT38 [ ] 16.10 6Kg m/2

 Diện tích gân yêu cầu:

 

0,65.16.10 71,93( )10

Vậy Fg=17,96 (cm2)

 Mặt khác có Fg bg.g và bg 15.g

lgt2

bg g  Mô men quán tính mặt cắt ngang:

Vì đã bỏ qua thành phần rất nhỏ:

vv 

 Khi đó bán kính quán tính mặt cắt ngang:

 Tra bảng có 1 0,95.

Tính toán lần 2: ( Tơng tự nh tính toán lần 1)

 Diện tích gân yêu cầu

 

0,8.16.10 58,44( )10

Trong đó:

 Tính diện tích gân(Fg):

.(58,4425.1,2)11,22().2

 Khi đó bán kính quán tính mặt cắt ngang



 Tra b¶ng cã: 2 0,945, gi¸ trÞ héi tô KÕt luËn: Fg©n=11,22 (cm2)

b 1310,(5mm(cm).).

4.3 Bè trÝ g©n cøng v÷ng

- Ta xÐt tØ sè: 2001004

56009500

1.2 Độ võng theo phơng y: (Phơng thẳng đứng)

1.3 Độ võng theo phơng z:(phơng ngang)

1.5 Phân bố ứng suất trên bề mặt dầm:

1.4 Các dạng mất ổn định của dầm:

 Mode 1:

 Mode 2:

 Mode 3:

 Mode 4:

 Mode 5:

 Mode 6:

 Mode 7:

 Mode 8:

 Mode 9:

 Mode 10:

Với kết quả nh trên trên, ta thấy dầm bị mất ổn định tông thể Ta có thể khắc phụcbằng cách dựa dầm vào tờng hay dùng các thanh giằng Còn các mode kiểm tra ổnđịnh cục bộ đều đạt yêu cầu Vì vậy ta không cần thêm gân dọc.

V Tính toán kích thớc mối hàn.

1 Lựa chọn quá trình hàn và vật liệu hàn.

- Vì tất cả các mối hàn đều là mối hàn góc nên ta chọn phơng pháp hàn bán tựđộng trong môi trờng khí bảo vệ (GMAW).

- Vật liệu hàn: Chọn dây hàn đặc MIX – h 50S của hãng KOBELCO (Tiêu chuẩnAWS/ASME: A518 – h ER70S – h G).

- Khí bảo vệ: 80% Ar + 20%CO2.- Dòng hàn: DC – h EP.

- Đờng kính dây hàn: 1,4; 1,6 (mm).

2 Kích thớc mối hàn giữa vách và biên.

- Kích thớc mối hàn góc đợc tính theo tiêu chuẩn, dựa vào chiều dày chi tiết hàn:+ Chiều dày của vách: v = 12 (mm).

+ Chiều dày của biên: b = 20 (mm).

 Cạnh mối hàn góc đợc tính nh sau: k  1/4 b = 20/4 = 5 (mm) Lấy: k = 5 (mm).

0-5 45° -0°+10°20

9

Soi đáy 0-

3

3 45° +10°-0°

12

Tµi liÖu tham kh¶o:

1 KÕt cÊu hµn T¸c gi¶: Vò C«ng LuËn.

2 ANSYS vµ M« pháng sè trong c«ng nghiÖp b»ng phÇn tö h÷u h¹n.T¸c gi¶: PGS.TS NguyÔn ViÖt Hïng.

PGS.TS NguyÔn Träng Gi¶ng.3 Mét sè tµi liÖu kh¸c.

Mục lục

IV Kiểm tra ổn định của dầm (sử dụng ANSYS) 16

1 Lựa chọn quá trình hàn và vật liệu hàn 30

Các tài liệu tham khảo.Mục lục.