Bài giảng kết cấu thép máy xây dựng xếp dỡ trình bày các phương pháp tính kết cấu dầm,cột,dàn và đường lối tính toán kết cấu thép trong nghành máy xây dựng,trang bị cho sinh viên ngành máy xây dựng khối trường kĩ thuật
BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP NGÀNH: Máy xây dựng Giáo viên: ThS Vũ Văn Trung Bộ môn: Máy xây dựng - Xếp dỡ CHƯƠNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.Khái niệm chung kết cấu thép Máy xây dựng xếp dỡ •Kết cấu thép nói chung, Kết cấu thép máy xây dựng nói riêng kết cấu chịu lực tạo nên cách nối ghép loại thép định hình, thép mối liên kết hàn, liên kết định tán liên kết bu lông tạo thành kết cấu có hình dạnh định đủ khả chịu lực dùng cho mục đích chịu lực cụ thể •Kết cấu thép gồm loại sau: Dạng dầm (dầm định hình dầm tổ hợp) Dạng dàn (dàn phẳng dàn không gian) Dạng cột (cột kín cột hở) Dạng khung (khung phẳng khung không gian) Ưu nhược điểm kết cấu thép 2.1 Ưu điểm kết cấu thép: Cũng kết cấu thép công trình xây dựng, kết cấu thép máy xây dựng có ưu điểm sau: •Khả chịu lực độ tin cậy làm việc kết cấu thép cao •Kết cấu thép có khả chịu lực lớn vật liệu thép có cường độ lớn, lớn loại vật liệu chịu lực Do vật liệu thép có cấu trúc đồng đẳng hướng, làm việc đàn hồi dẻo vật liệu thép gần sát với giả thiết tính toán, nên kết cấu thép làm việc với độ tin cậy cao Sự làm việc thực tế phù hợp với lý thuyết tính toán •Trọng lượng kết cấu nhẹ: Kết cấu thép loại kết cấu nhẹ tất loại kết cấu chịu lực Vì tỉ lệ trọng lượng riêng cường độ tính toán nhỏ nhất: Thép có: C = 3,7.10-4 Gỗ có: C = 5.4.10-4 Bê tông có: C = 24.10-4 •Tính công nghiệp hoá kết cấu cao: Thép sản xuất ngành nên chuẩn, phù hợp nghiệp hoá nhà máy cán thép chuyên thép chế tạo theo tiêu với trình xây dựng công •Tính động vận chuyển lắp ráp: Do trọng lượng kết cấu thép nhẹ nên việc vận chuyển lắp ráp kết cấu thép dễ dàng nhanh chóng Kết cấu thép dễ sửa chữa, thay thế, tháo dỡ di chuyển •Tính kín khít kết cấu thép cao: Vật liệu liên kết kết cấu thép có tính kín không thấm nước, không thấm khí nên thích hợp với cho công trình bể chứa chất lỏng, chất khí 2.2 Khuyết điểm kết cấu thép Ngoài ưu điểm trình làm việc kết cấu thép thể rõ khuyết điểm: • Kết cấu thép thường bị xâm thực (ăn mòn điện hóa): Trong môi trường không khí ẩm, môi trường bị xâm thực thép bị ôxy hoá dẫn đến bị gỉ, bị gỉ từ bên bề mặt bị phá huỷ hoàn toàn, tránh dùng thép nơi không khí ẩm ướt, nơi có chất ăn mòn Và dùng kết cấu thép người ta phải sơn bề mặt chất chống ăn mòn cho thép, mà chi phí cho việc bảo dưỡng cao không cháy • Thép chịu lửao kém: Thép o nhiệt độ từ 300 oC đến 600oC thép chuyển sang dẻo, khả chịu lực, kết cấu dễ bị suy sụp Độ chịu lửa kết cấu thép kém, nên không dùng công trình nguy hiểm mặt phòng chống cháy • Giá thành kết cấu thép cao so với loại kết cấu khác Vì ta cần phải tiết kiệm tối đa vật liệu cách cải tiến thiết kế, sáng tạo kết cấu có hình dạng Phạm vi sử dụng 3.1 Dùng cho công trình xây dựng dân dụng •Nhà nhịp lớn nhà có yêu cầu không gian sử dụng lớn như: Rạp hát, nhà thi đấu thể thao, nhà triển lãm công trình có nhịp lớn (khoảng 30-40m hoăc lớn 100m) •Khung nhà nhiều tầng, đặc biệt với loại nhà kiểu tháp, số tầng lớn 15 tầng kết cấu thép có lợi kết cấu bê tông cốt thép 3.2 Dùng cho công trình công nghiệp Kết cấu thép sử dụng nhiều công trình nhà máy, nhà xưởng có nhịp lớn, bể chứa dàn khoan 3.3 Dùng lĩnh vực giao thông vận tải •Kết cấu thép dùng cần thi công nhanh, công trình có nhịp lớn đặc biệt sử dụng làm cầu treo, vượt nhịp 1000m •Kết cấu thép sử dụng Máy xây dựng- xếp dỡ phương tiện giao thông •Ngoài ra,kết cấu thép sữ dụng công trình tháp như: cột điện, tháp truyền hình Những yêu cầu kết cấu thép máy xây dựng xếp dỡ Máy xây dựng xếp dỡ nói chung chịu tải trọng lớn, điều kiện nặng nhọc, tình trạng chịu lực phức tạp, đồng thời chúng thường loại máy di động Do vậy, để đảm bảo cho máy làm việc bình thường kết cấu thép Máy xây dựng xếp dỡ phải thoả mãn số yêu cầu sau: Yêu cầu sử dụng: •Yêu cầu chịu lực: Kết cấu thép phải vững chắc, phải đảm bảo khả chịu lực, tức phải đảm bảo đủ cường độ, độ ổn định độ cứng cần thiết •Yêu cầu tuổi thọ: Hình dáng kết cấu phải đảm bảo thuận tiện cho việc bảo dưỡng, kiểm tra sơn, bảo vệ •Kết cấu dễ sử dụng có tính thẩm mỹ Yêu cầu kinh tế: •Tiết kiệm vật liệu: Do thép có giá thành cao nên đòi hỏi người thiết kế phải có giải pháp để sử dụng thép cách hợp lý •Tính công nghệ xây dựng: Tính công nghệ thể từ việc thiết kế cho phù hợp với công việc chế tạo xưởng đến việc nhanh chóng lắp dựng ⇒ Một phương pháp giúp đạt yêu cầu điển hình hóa kết cấu thép (có thể điển hình hóa cấu kiện dầm,dàn điển hình hóa kết cấu) Phương pháp có ưu điểm tránh việc thiết kế lặp lại, từ giảm thời gian thiết kế Đây tiêu để định lựa chọn dạng kết cấu hợp lý + Điều kiện ổn định: N max M k σ= + ≤ [σ ] ϕ Fng Wng Trong đó: Nmax: lực dọc truc má Mk: mô men uốn khoang Fng: diện tích mặt cắt nguyên Wng: mô men chống uốn nguyên má ϕ: hệ số uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh má đoạn tính -Kiểm tra độ cứng củaf dàn: f ≤ l l Các phương pháp xác định độ võng dàn: + Phương pháp xác: i=n N i N Pi f =∑ li i =1 E.Ei NPi: nội lực dàn thứ i P gây Ni: nội lực dàn thứ i P=1 gây Li: chiều dài dàn thứ i Fi: diện tích mặt cắt dàn thứ i E: mô đuyn đàn hồi n: số dàn + Phương pháp gần (áp dụng 4với dàn giản đơn): q.l f = k 384 EJ tđ q: cường độ tải trọng, q = 8Mđ/l2 Jtđ: mô men quán tính tính đổi CHƯƠNG ĐƯỜNG LỐI TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP MXD-XD ĐƯỜNG LỐI TÍNH TOÁN CHUNG: •Bước Xây dựng sơ đồ tính toán (giản đồ tính toán): -Yêu cầu: + Sơ đồ tính toán phải sơ đồ đơn giản để thuận lợi cho trình tính toán + Phải phản ảnh tình trạng chịu lực thực tế kết cấu làm việc -Trình tự xây dựng sơ đồ tính toán: + Đối với kết cấu thiết kế mới: Phác thảo vẽ ý tưởng kết cấu Phân tích tình hình chịu lực thực tế kết cấu điều kiện làm việc thực tế để từ chọn dạng kết cấu đặc trưng cho khả chịu lực kết cấu (dầm, dàn, cột, khung) Phân tích liên kết để chọn gối đỡ cho sơ đồ tính + Đối với kết cấu thiết kế theo mẫu (theo hình dạng biết có sẵn): Phân tích tình hình chịu lực thực tế kết cấu điều kiện làm việc thực tế để từ chọn dạng kết cấu đặc trưng cho khả chịu lực kết cấu (dầm, dàn, cột, khung) Phân tích liên kết để chọn gối đỡ cho sơ đồ tính Sau thực bước ta xây dựng sơ đồ tính toán mà phản ánh chất chịu lực kết cấu, dùng chúng để tính đem lại kết •Bước Xác định loại tải trọng tổ hợp tải trọng: -Các loại tải trọng tác dụng lến kết cấu thép: + Tải trọng tĩnh (tĩnh tải): loại tải trọng mà giá trị điểm đặt không thay đổi suốt trình tác dụng, trọng lượng kết cấu trọng lượng máy cấu kiện đặt tĩnh kết cấu Khi tính toán tải trọng tính tính toán xác định công thức; Gtt = ψ1 G Trong đó: ψ1: hệ số lực động tĩnh tải gây G: trọng lượng kết cấu + Tải trọng tập trung di động: loại tải trọng mà giá trị không đổi vị trí tác dụng lên kết cấu thay đổi trình tác dụng lên kết cấu, trọng lượng hàng nâng trọng lượng máy cấu kiện đặt xe hàng tác dụng lên dầm chủ cầu trục cổng trục…) Khi tính toán giá trị tải trọng tập trung di động tính toán xác định công thức sau: Ptt = ψ1 P Trong đó: ψ2: hệ số lực động tải trọng tập trung di động gây P: trọng lượng kết cấu + Tải trọng quán tính: loại tải trọng phát sinh trọng lượng cấu trình phanh hãm khởi động Đối với khối lượng chuyển động tính tiến: Ppt = m a Đối với khối lượng chuyển động quay: Mqt = J ε + Tải trọng gió: loại tải trọng lực gió tác dụng lên bề mặt kết cấu gây (thường xác định trạng thái làm việc không làm việc) Pg = α.k.q.F Trong đó: : hệ số độ rỗng kết cấu k: hệ số cản khí động học (phụ thuộc vào dạng kết cấu) q: Áp lực gió (cường độ gió) F: Diện tích bao kết cấu theo hướng chịu gió -Các trường hợp tổ hợp tải trọng tính toán: + Trường hợp 1: Bao gồm tải trọng chủ yếu tải trọng tĩnh tải trọng tập trung di động + Trường hợp 2: Bao gồm tải trọng chủ yếu tải trọng phụ lực quán tính lực gió trạng thái làm việc trọng thái không làm việc + Trường hợp 3: Bao gồm tải trọng chủ yếu tải trọng ngẫu nhiên tải trọng động đất •Bước Xác định các giá trị nội lực vẽ biểu đồ nội lực: Tùy thuộc vào dạng kết cấu (dầm, dàn, cột, khung) loại tải trọng xác định bước 2, tiến hành xác định giá trị nội lực vẽ biểu đồ nội lực để sở xác định giá trị nội lực lớn vị trí để tiến hành lựa chọn mặt cắt cho kết cấu •Bước Tính chọn mặt cắt kiểm tra khả chịu lực kết cấu: Vận dụng kiến thức phần tính chọn mặt cắt dầm, cột, dàn khung vào để lựa chọn mặt cắt hợp lý kiểm tra khả chịu lực mặt cắt trình làm việc thực tế tác dụng tổ hợp tải tiêu •Bước Tính toán liên kết: Trong bước tiến hành tính toán môi liên kết cấu kiện kết cấu thép ví dụ kết cấu mặt cắt dầm liên kết cánh bụng… thiết kế cụm tổng thành kết cấu thép (như tính toán kết cấu thép toàn cổng trục cầu trục) tính toán liên kết cấu kiện mặt cắt phải tính toán mối liên kết dầm chủ dầm đâu Việc tính toán liên kết dựa kiến thức tính toán mối nối liên kết hàn, đinh tán bu lông mà giới thiệu phần trước •Bước Lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật: Sau tính toán xong kết cấu chọn thỏa mãn điều kiện chịu lực phải tiến hành lập hồ sơ thiết kế kỹ thuật gồm hai nội dung: -Phần thuyết minh: Là toàn nội dung trình tính toán lý thuyết minh chứng cho việc kết cấu chọn hoàn toàn đủ khả chịu lực tiến hành chế tạo -Phần vẽ kỹ thuật: Là hệ thống vẽ kỹ thuật nhằm mục đích chuyển đổi toàn nội dung tính toán vẽ để đưa chế tạo kết cấu, hệ thống vẽ kỹ thuật gồm loại vẽ sau: + Bản vẽ tổng thể + Bản vẽ lắp + Bản vẽ chi tiết (chế tạo) •Bước Tính toán giá thành: Sau thực bước nhiệm vụ cuối người thiết kế định sơ giá thành sản phẩm tiến hành chế tạo Đây bước định để xem xét việc có nên hay không nên chế tạo sản phầm sản phẩm sau chế tạo có tính cạnh tranh hay không ĐƯỜNG LỐI TÍNH TOÁN KCT MÁY TRỤC: 2.1 Cần trục tháp: 2.1.1 Đại cương cần trục tháp : Cần trục tháp đến thời điểm đa dạng phong phú chủng loại kết cấu, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà kết cấu chúng cấu tạo thỏa mãn tiêu chí sử dụng cho mục tiêu cụ thể, thông thường có loại sau: -Cần trục tháp kiểu tháp cố định, thay đổi tầm với xe -Cần trục tháp kiểu tháp quay, thay đổi tầm với cách thay đổi góc nghiên cần -Cần trục tháp di động (có hệ thống di truyển lốp) Một số hình ảnh loại cần trục tháp: 2.1.2 Tính toán kết cấu cần cần trục tháp: a Đối với cần trục thay đổi tầm với xe di chuyển: •Bước Xây dựng sơ đồ tính toán kết cấu cần + Phân tích tình hình chịu lực kết cấu: Trong trình làm việc, tải trọng hàng nâng qua xe tác dụng xuống kết cấu cần cần trục làm cho kết cấu cần bị uốn (vì cần giữ trạng thái nằm ngang), mặt khác giằng giữ cần lại bố trí xiên nên chịu lực phản lực giằng giữ cần làm cho cân bị nén vây trình chịu lực kết cấu cần bị uốn nén kết hợp điều kiện chịu uốn bất lợi nén nên chọn dạng sơ đồ tính kết cấu dạng dàn + Phân tích liên kết: •Bước Xác định loại tải trọng tổ hợp tải trọng + Các loại tải trọng: