Tiểu luận thiết kế cửa van phẳng bằng thép theo phương pháp phân tích kết cấu thành những hệ phẳng

Trang 1

DO AN KET CAU THEP THIET KE CUA VAN PHANG

Yêu cầu: Thiết kế cửa van phẳng bằng thép theo phương pháp phân tích kết câu thành những hệ phăng U Tài liệu thiết kế: Chiều rộng lỗ cống Lu=6.5m Chiều cao lỗ cống H=7.5m Vật liệu dùng để chế tạo cửa van là thép CT3 Kết cầu dùng liên kết hàn

Hệ số điều kiện làm việc: m=0,75 Hệ số vượt tải: n,=1,I

Trang 2

HUYEN Tải trọng tác dụng q=154,688§(KN/m) Sơ đồ tính toán dầm chính: q=154,688(KN/m2) 7060 , Lo=6500 c=280 c=280 2 Xac định sơ bộ vị trí, kích thước dàn ngang: 11 —L =—7.06 31=1 = 1(m (m) Chọn số lượng dàn ngang là 5 Nên khoảng cách giữa các dàn ngang B=1,265(m) (Thỏa mãn B<4m) 3 Xác định sơ bộ vị trí dầm phụ:

Dâm phụ được hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các dàn ngang, nó được tính toán như một dâm đơn, gôi tựa là hai dàn ngang và đỡ tải trọng của bản mặt truyên đên, tại một độ sâu nhât định được co! là phân bô đều

Trang 3

Chọn và bồ trí vị trí dâm chính, dám phụ và các dàn ngang như hình vẽ sau: 1000 1250 1250 1250 1250 1000-r : ] — LÍ ho # VITA AL WAR ` [| |e PO a = 40° >30° a, = 3,333 < 0,45.H, =0,45.7,5 = 3,375 Vậy bố trí như trên là hợp lý

HI/ Tính toán các bộ phận kết cau: 1 Tính toảdn ban mat:

Trong một hàng ngang nằm giữa hai dầm phu (i, i+1), chi cần tính cho một ô rồi lẫy tương tự cho ô khác Trường hợp bản mặt hàn lên dâm phụ và thanh trên của dàn ngang

Trang 4

HUYEN P là cường độ áp lực nước tĩnh tại tâm ô đang xét R=0,72 2100=1512(daN/cm’) n là tỷ số giữa cạnh ngắn và cạnh dài Kết quả tính toán lập thành bảng như sau: Ký hiệu ô a: (cm) b;(cm) n P;(daN/cm^) ở (cm) 1 111,1 126,5 0,878 0,056 0,3 2 111,1 126,5 0,878 0,167 0,5 3 111,1 126,5 0,878 0,278 0,7 é 83,35 126,5 0,659 0,375 0,7 5 83,35 126,5 0,659 0,458 0,7 6 83,35 126,5 0,659 0,542 0,8 7 83,35 126,5 0,659 0,625 0,9 8 41,65 126,5 0,329 0,688 0,5 9 41,65 126,5 0,329 0,729 0,5

Dựa vào bảng trên đã tính được, chọn chiều day ban mat 6,, =0,9(cm) 2 Tinh todn dam phu:

Dam đơn, gối tựa là hai dàn ngang, nhịp tính toan B, tai trong tac dung phan b6 déu trén toàn chiêu dài dâm là: gq, = p,b,

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

b; là bề rộng của tải trọng tác dụng lên dầm phụ thứ 1

+ ` › , ` HÀ rs ak HÀ nr os

b, = “nt a là khoảng cách từ dâm phụ thứ 1 đên dâm trên nó (1-1)

Trang 5

Minax= 106979(daNcm) Suy ra W„=114,3(cm”)

Trang 10

HUYEN L 154,688 0= ” _ 154,688.7,06 _ 546 049(KN) 3 3 3 3 _ 69.0,9 26-2" 238724249 47,271,604 8? 4.38,22.24.2 = 157972(cm') 9 J =- — —+25,257.69.0,0+ 12 S° =2.24.23,8 + 2.24.38,2 = 2976(cm’) B=0,7 R? =1500(daN / cm’) Thê sô vào ta được: 54604,9.2976 tr TT _ = 0,5(em) 157972.2.0,7.1500 Vay lay h,=0,6(cm)

- Kiém tra 6n dinh:

Trang 11

I U II IV Vv vi 4 Lo=6500 2 c=280 c=280 Kiém tra ô thứ nhất: Q=39136(daN) M=3110700(daNcm) Thê sô vào ta tính ra được (z] + (s+) = 0,25 < 0,72 on Tụ Kiểm tra ô thứ 2: Q=29350(daN) M=7228000(daNcm) Thê sô vào ta được: 2] + =] =0,19< 0,72 On Tự Kiểm tra ô thứ 3: Q=9784(daN) M=9444400(daNcm) Thê sô vào ta được: 2 2 [2] + (=) = 0,08 < 0,72 On, Tih

Trang 12

HUYEN a Xác định kích thước hình học của dàn ngang: Kí 01 08 12 18 82 87 72 73 32 34 36 67 64 65 45 hiệu thanh dàn Chiều | 166,65 | 180,75 | 166,65 | 50 | 180,75 | 180, | 100 | 194, | 166, | 166/7 | 194, | 333.4 | 100 | 130, | 83,3 dai 75 39 7 39 15 (cm)

b Đưa tải trọng phân bố về mat dan:

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

Gọi các điểm nút 1a 0,1,2,3,4,5 Ứng với các tải trọng tập trung tại các mắt dàn P; (=0,1,2,3,4,5) và cường độ áp lực thủy tính tại các mắt dàn q; (=0,1,2,3,4,5) qo 0 0 1 Wi ai 8 1 8 7 W2 7 q2 | 2 2 W: q3 3 3 Wa % , | W5 , x] s 6 6 q 5 5 Tính áp lực thủy tĩnh tại mắt dàn theo công thức: q =7 » h,B TC q; = nN, q;

Trang 14

HUYEN Po Pi Po Ra P3 Pa Re Ps Ra=Re=195,67(KN) Tén thanh Nội lực (KN) Trạng thải nội lực Chiêu dài thanh (cm) 01 21,04 Chịu kéo 166,65 12 21,04 Chịu kéo 166,65 23 84,18 Chiu kéo 166,7 34 33,22 Chịu kéo 166,7 45 33,22 Chịu kéo 83,3 08 22,01 Chiu nén 173,99 87 88,04 Chiu nén 173,99 76 37,8 Chiu kéo 333,4 65 53,92 Chịu nén 130,15 18 38,61 Chịu nén 50 28 66,03 Chịu kéo 173,8 27 96,63 Chiu nén 104 37 142,32 Chiu nén 194,39 36 82,91 Chiu nén 194,39 46 111,276 Chiu nén 104

d Chon tiét dién thanh dan:

Trang 15

Thanh cánh trên thường dung thép chit I Thanh canh thugng cua dan ngang ngoai chiu lực dọc còn chịu uôn do tải trọng ngang trực tiép của áp lực nước cho nên ta tính thanh cánh thượng như thanh chịu lực lệch tâm có kê cả phân 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 chiêu dài J;;= 166,7(cm) Momen uốn là 2 M_ = Trp! 03 mg 8 TC gq; = 63,25(KN /m) qa” = 42,16 KN /m) rc—đ; +4; _ 42,16 + 63,25 = Ure = 2 2 =52,705(KN /m) đrạ =f,đr; = L1.52,/705 =57,98(KN / m) 2 => Mam = _ =20,14(KNm) M =>W ,,=—™ = 201400 _ 128,7(cm’*) R, 1565 Chọn tiết diện thanh cánh thượng là IN°18

Trang 16

HUYEN b=b, +506,, =9 + 50.0,9 = 54(cm) F = 23,4 + 54.0,9 = 72(cm’) y= 54.0,9.(0,45 +9) _ 638(em) 72 2 2 54.0,9° 4 J, =1290 + 6,387.23,4 + 3,077.54.0,9 + ae 2703,8(cm*) J W 2 _ 27038 _ 175,8(cm”) my 1538 NM BAL 201400 _ 1263(daN / cm?) < R, =1565(daN /om?) F Ws 712 1158 >o

Thõa mãn điều kiện về cường độ

Vậy ta chọn thép là IN°18 cho tất cả các thanh cánh thượng - Chọn tiết diện cho thanh cánh hạ:

Thanh 78 là thanh bắt lợi nhất vì thanh này có nội lực lớn nhất trong các thanh cánh hạ N=88,04(KN) và chiêu dài J„= 173,99(cm) Xuất phát từ điều kiện ốn định ta có: "5" g.F * omR Đối với thanh cánh ta giả thiết: A =80—— > 9 = 0,75 ye = 8804 - = 7,88(cm’) 0,75.1490 mor ar _ * * A 80 gt

Chọn tiết diện thanh cánh hạ tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc không đều cạnh noi với nhau ở cạnh dài (vì r„7ry) la 2L80x50x6 co Fi=7,55(cm'), r;¡=2,55(cm), tyi=1,4(cm) voi 6=6mm

Kiém tra cho tiét dién vira chon:

Trang 17

_1, 173,99 tờ 2,55 _1, _ 173,99 ry 1,4 = 4 = Â, =124/28———>ø„ = 0,4286 _ N _ 8804 Poi, F 0,4286.7,55.2 = 68,23 = 124,28 y =1360(đaN /em”)< R„ =1490(daN / cm’) >To

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 N;z=142,32(KN), l;;=194,39(cm) Xuất phát từ điều kiện Ổn định ta có: "1 QF „n: Giả thiết đối với thanh bụng Ay =100=> 9 =0,6 N 14232 Fo =——= =15,92(cm’) * @R, 0,6.1490 pe — fos _ 08.194,39 — 1 s6 ym) Âu 100 l r= oy _ 194,39 = 1,94(cm) A gt 100

Chọn tiết diện thanh bụng tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc đều cạnh nỗi với nhau là 2L70x6 có F¡=8,15(cm”), r„=2,71(cm), ty=3,18(cm) voi 6=8mm

Trang 18

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:

BANG TONG HOP THEP: HUYEN Tên thanh | Trạng thái nội lực Loại thép 01 Chịu kéo IN 18

12 Chịu kéo IN°18

23 Chiu kéo IN°18

34 Chiu kéo IN°18

Trang 19

0,5Pm Pm Pm Pm Pm Pm 0,5Pm | R=3Pm R=3Pm G

Vi dam chính có chiều cao thay đổi nên dàn chịu trọng lượng là một dàn gãy khúc, nhưng đê đơn giản cho việc tính toán ta col là dàn phăng có nhịp tính toán = nhịp tính toán của dâm chính

a.Xác định trọng lượng cửa van:

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

G =0,55.F.VF (KN)

Trong do: F 1a dién tích chịu áp lực nước của cửa van tính bằng m F=L.H=7,06.7,5=52,95(m”)

G = 0,55.52,95.\/52,95 = 219,91(KN)

G là trọng lượng cửa van được phân bố lên bản mặt và dàn chịu trọng lượng (KN) Gọi G¡ là trọng lượng bản thân cửa van phân cho phần dàn chịu trọng lượng

G,=G—*

Đề an toàn coi ar=a„p nên G¡=0,5G

Trong đó: az, a„n là chiều dài khoảng mắt dàn ở phía trái và phía phải mắt đang xét

G¡= 0,5.219,91=109,955(KN)

Trang 20

HUYEN

Trang 22

HUYEN 6-7 7,5 59,1 Chiu nén 0-12 7,57 49,73 Chiu kéo 1-11 7,61 30,01 Chiu kéo 2-10 7,61 10 Chiu kéo 4-10 7,61 10 Chiu kéo 5-9 7,61 30,01 Chiu kéo 6-8 7,57 49,73 Chiu kéo

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:

Trang 23

j A, = 0 = 98: PT — 11303 r, 3, ] yas pT = 191,16 r, 3,96 = „„ = Ây =19116———>øØ„„ =0,20768 cơ=—^ 3213 =1129,5(đaN / em”) < R„ =1490(daN / cm’) Óụa Ứ" 7 0,20768.10,6.2 2„„ = 191,16 < Aer =150

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 tông ứng suất do áp lực thủy tĩnh và do trọng lượng bản thân sinh ra o=-0,+0,<R Trong phan tinh dan ngang ta chon thanh canh ha 1a 2L80x50x6 voi F=! 5,1(cm’) N™ 59] Ø,=—“—= 2710 | 391,39(daN F„ 15,1 / cm’) o, = =~ =(daN /em?) Fi,

4 Tinh tru bién:

Trang 25

Xác định trọng lượng cửa van theo công thức gần đúng sau: G =0,55.F VF (KN)

Trong đó: F là diện tích chịu áp lực nước của cửa van tính bằng m F=L.H=7,06.7,5=52,95(m”)

G =0,55.52,95./52,95 =219,91(KN)

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:

M., =P, AL 11+ P,.2,222 = 7,81.1,1 114 15,61.2,222 = 43,36(KNm)

Kiém tra diéu kién cường độ: Thay vào điều kiện cường độ ta có:

_AM_ M, _109,955.10) 4336.10/

FW 220 5369

Vay tiết diện đã chọn thõa mãn điều kiện