bài giảng kết cấu thép bản

BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP BẢN CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG II: BỂ CHỨA CHẤT LỎNG CHƯƠNG III: BỂ CHỨA TRỤ NGANG CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TỐN   TÀI LIỆU THAM KHẢO TCVN 5575-2012: Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 2737-1995: Tải trọng tác động Tiêu chuẩn thiết kế Phạm Văn Hội (chủ biên) Kết cấu thép 2: Cơng trình dân dụng công nghiệp Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1998 Đoàn Định Kiến (chủ biên) Kết cấu thép Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1998 Tuyển tập TCVN: Thép kết cấu thép dùng cho xây dựng Nhà xuất Xây dựng Hà Nội, 2001 CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG   I KHÁI NIỆM II ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO III LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VỎ MỎNG TRÒN XOAY I KHÁI NIỆM Khái niệm Kết cấu thép kết cấu chế tạo chủ yếu từ thép Kết cấu thép thường dùng để chứa, vận chuyển chế biến chất lỏng, chất khí vật liệu hạt Phạm vi sử dụng (phân loại) Bể chứa chất lỏng (nước, sản phẩm hố dầu, ) Bể chứa khí Bunke xilơ: chứa vật liệu hạt (than, cát, ximăng, ) Đường ống dẫn chất lỏng, chất khí (đường kính 0,6m) Lò cao, lò hơi, lò hút bụi, ống khói Hình 1: Bể chứa chất lỏng Hình 2: Bể chứa khí Hình 3: Bể chứa khí Hình 4: Si lơ Hình 5: Đường ống dẫn dầu Hình 6: Đường ống dẫn khí 10 x0 d pd d T = với: d ; 16f Av (44) x y t Tính tốn a Đáy phẳng Ứng suất kéo trọng tâm đáy áp lực dư: T σ d = d ≤ fγ c td y td Hình 27: Liên kết đáy thân bể γ c = 0,8; dd = D - đường kính đáy; f0 - độ võng trọng tâm đáy, xác định công thức thực nghiệm:  (1 - μ)d d dd d d2  A v y 02   3p  f0 = + 1 + ÷ d 2Et 4EA I d v  x   Av - diện tích tiết diện thép góc vành đáy; Ix - mơ men qn tính tiết diện thép góc vành đáy trục x - x (xem 69 hình 27); y0 - xem hình 27; µ = 0,3 - hệ số Poisson b.Đáy nón Ứng suất kéo theo phương đường sinh áp lực dư: σ1 = γ pd r ≤ fγ c 2t d cosβ (45) Ứng suất kéo theo phương vòng áp lực dư: σ2 = γ pd r ≤ fγ c t d cosβ (46) đó: r - bán kính thân bể (đáy hình nón); β - xem hình 28 Kiểm tra đáy nón chịu nén áp lực chân không lực nén theo phương đường sinh: N σ +γ ≤ c (47) Nσcr cr2 70 với: N - lực nén dọc theo trục bể áp lực chân không tác dụng lên đáy bể, ; N = πr12 γ p 0tc Ncr - lực nén tới hạn, r0 Ν N cr = 2πr't d σ1cr cos 2β 0,9r1 + 0,1r0 cosβ cEt σ1cr = r' r' = ( c tra bảng theo r / t ) r0, r1 - xem hình 28; γ p r' td - ứng suất kéo vòng áp lực chân không; σ2 = σ cr2 tc 3/2 r'  t  σ cr2 = 0,55E  d ÷ h  r'  h – chiều cao vỏ nón r1 r Ν r1 r Hình 28: Lực nén lên đáy bể áp lực chân không 71 c Đáy cầu, đáy elip Kiểm tra bền chịu ứng suất kéo đáy áp lực dư: σ= γ p d rc ≤ fγ c 2t d (48) đó: rc = D = 2r - bán kính đáy cầu (elip) Kiểm tra ổn định đáy chịu nén áp lực chân không: γ p0tc rc σ' = ≤ σ cr γ c 2t d với: σ cr - ứng suất nén tới hạn vỏ cầu, σ cr = (49) 0,1Et d ≤ fγ c rc 72 IV CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN GỐI TỰA Cấu tạo Cấu tạo gối tựa tuỳ thuộc vào vật liệu sử dụng thép, BTCT hay gạch đá Tại gối tựa bố trí vành cứng thép L Vị trí đặt gối tựa: trình bày α a) Gối tựa thép, BTCT b) Gối tựa gạch đá Hình 29: Cấu tạo gối tựa 73 Tính tốn Hình 30: Sơ đồ tính vành gối 74 Hình 31: Biểu đồ M N vành cứng gối hình n ngựa góc mở gối 600, 900 1200 75 T lực trượt vỏ thân bể truyền vào vành gối tác dụng áp lực thuỷ tĩnh trọng lượng thân bể: T = 0,5ρ1rlsinθ (50) q ứng suất phản lực gối tựa tác dụng ngược lên: (51) πρ1rl π  q= cos  - ϕ ÷ + π/2 4  θ , ϕ - xem hình 30 Mômen uốn lực kéo vành gối xác định theo công thức: γ1Gr   (52) M = [M].γ ρ1 lr1 +2 ÷   N = [N].γ ρ1 lr1 +2  π  γ1Gr  ÷ π  với: G - trọng lượng thân bể; [M], [N] - nội lực quy đổi vành, giá trị xem hình 31 76 Điều kiện kiểm tra bền vành gối chịu mômen lực dọc: M N σ= + ≤ fγ c Wv Av (53) Av, Wv diện tích tiết diện mơmen chống uốn tiết diện tính tốn vành gối (gồm phần thép L cộng phần vỏ thân bể rộng 30t) Av Hình 32: Tiết diện vành gối CHƯƠNG IV: VÍ DỤ TÍNH TỐN Chọn kiểm tra bề dày thành bể chứa trụ đứng với số liệu sau: pd σ1 σ2 Trọng lượng tiêu chuẩn lớp cách nhiệt: = 25 kG/m2 (γ cn = 1,2) p 0tc Áp lực chân không (áp lực dư) tiêu chuẩn: = 25.10-5 MPa (γ = 1,2) Áp lực gió tiêu chuẩn: w0 = 95 kG/m2 (γ g = 1,2) px σ1 kG/m2 (γ m = 1,1) tc g cn σ2 h Chiều cao thân bể: h = 12 m Đường kính thân bể: D = 15 m Thép CCT38 có: f = 2100 daN/cm2 Hàn tay, que hàn N42 Trọng lượng riêng chất lỏng bể: ρ1 = 900 kG/m3 (γ = 1,1) tc g m Trọng lượng tiêu chuẩn mái bể : = 40 D = 2r px Nx Nx 78 Xác định bề dày Áp lực thuỷ tĩnh độ sâu x = h kể từ mặt thoáng chất lỏng: p x = γ1ρ1x + γ p d = 1,1.900.12 + 1,2.25 = 11910 kG/cm Từ phương trình Laplaxơ: Với vỏ trụ r1 = ∞ , ta có: Vậy: p σ σ = + t r1 r2 σ 2= pr ≤fγtwt= c → t p r > xmm fγwt c 11910.10-4 750 t= = 0,63 cm , chọn t = mm (0,85.2100).0,8 Kiểm tra ổn định thành bể chịu σ G r σ1 = G m + G cn + (P0 - Pg )n c  + t ≤ σ cr1γ c 2t t 79 đó: Trọng lượng thân mái:G m = γ m g mtc = 1,1.40 = 44 (kG/m2) tc Trọng lượng lớp cách nhiệt mái:G cn = γ cn g cn = 1,2.25 = 30 Áp lực chân không:P0 = γ p0tc = 1,2.25 = 30 (kG/m2) Gió hút: Pg = γ w w c = 1,2.95.0,8 = 91,2 (kG/m2) Trọng lượng thân bể lớp cách nhiệt quanh thân: (kG/m2) G t = γ1ρ ti t i h i + γ cn g cni h i = 1,1.7850.0,007.12 + 1,2.25.12 = 1085,34 (kg/m) σ cr1 - ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh, lấy giá trị nhỏ giá trị: ψf = 0,97 -  0,00025 + 0,95 f  r  f     ÷ E  t  210 7,5   = 0,97 - (0,00025 + 0,95 ) .210 = 66,3 MPa = 663 kG/cm  2,1.10 0,007   t 0,007 = 0,075.2,1.105 = 14,7 MPa = 147 kG/cm r 7,5 7,5 1085,34 σ= 44 + 30 + (30 91,2).0,9 + [ ] 2.0,007 0,007 cE Vậy: σ 1= 165184 kG/m2 = 16,5 kG/cm2 < σ cr1γ c = 147 kG/cm2 Thỏa mãn.80 Kiểm tra ổn định thành bể chịu σ r σ= + P )nσγ ≤ cr2 c (P g0 c t Do l / r = h / r = 12 / 7,5 = 1,6 → 0,5 < l / r < 10 nên ứng suất nén tới hạn theo phương vòng xác định theo công thức: r t 7,5  0,007  σ cr2 = 0,55E ( )3/2 = 0,55.2,1.105 = 2,06 MPa = 20,6 kG/cm l r 12  7,5 ÷  Ứng suất nén theo phương vòng gây tải trọng sau:  Tải trọng gió quy đổi thành áp lực chân khơng quy ước: Pg0 = 0,5γ w w k= 0,5.1,2.95.1 = 57 kG/m  P0 = γ p 0tc = 30 kG/m Áp lực chân không (đã tính 7,5 trên): σ = (57 + 30) 0,9 Vậy: → Thoả mãn 0,007 = 83892 kG/m = 8,4 < σ cr2 γ c = 20,6 kG/cm Kiểm tra ổn định thành bể chịu tác dụng đồng thời σ σ σ1 σ 16,52 8,4 + = + = 0,52 < 81 σ cr1 σ cr2 147 20,6 → thoả mãn Tính đường hàn liên kết thân đáy bể Mô men uốn chỗ nối kể đến ảnh hưởng hiệu ứng biên: M = αPrt Coi liên kết thân đáy ngàm đàn hồi (α = 0,1): M = 0,1.(1,1.900.10-6 1200 + 25.10-4 1,2).750.0,7 = 62,53 kG.cm/cm Đường hàn liên kết thân đáy bể kiểm tra theo công thức: M 6.M = Wf 2.β.h f f ≤ fγwf c với: chọn hf = mm; β f = 0,7; fwf - cường độ tính tốn đường hàn góc ⇒ M 62,53.6 = = 536 < fγwf =c 1800.1,6 = 2880 kG/cm Wf 2.(0,7.0,5.1 ) → Thỏa mãn 82 XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN ! 83 ... mòn Kết cấu thường vừa kết cấu chịu lực vừa kết cấu bao che Do kết cấu vừa phải có đủ khả chịu lực vừa cần có tính kín (khơng thấm nước, khơng thấm khí) Liên kết kết cấu chủ yếu liên kết hàn Kết. .. KHÁI NIỆM II ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC VÀ CẤU TẠO III LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VỎ MỎNG TRÒN XOAY I KHÁI NIỆM Khái niệm Kết cấu thép kết cấu chế tạo chủ yếu từ thép Kết cấu thép thường dùng để chứa, vận chuyển... Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1998 Đoàn Định Kiến (chủ biên) Kết cấu thép Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1998 Tuyển tập TCVN: Thép kết cấu thép dùng cho xây dựng Nhà xuất Xây dựng Hà Nội, 2001 CHƯƠNG