Thuyết minh đồ án kết cấu thép

Số liệu thiết kế: Nhịp khung L = 30m, bước khung B = 6m, chiều dài nhà 17B, sức trục Q = 75T, số cầu trục làm việc trong xưởng là 2, chế độ làm việc trung bình, cao trình đỉnh ray H1 = 8.3m, địa điểm xây dựng vùng B, Vật liệu thép BCT3, tấm mái panel sườn 1.5x6m, bê tông móng mác M200, Xác định các kích thước cơ bản của khung ngang nhà

Thuyết minh đồ án kết cấu thép ii

Địa điểm xây dưng : vùng B

Vật liệu thép BCT3, hàn tay que hàn N46

Tấm mái panen sườn 1.5x6m

Bêtông móng mac M200# , tường gạch tự mang

Xác định các kích thước cơ bản của khung ngang nhμ :

A.Xác định kích thước theo phương ngang nhà:

I.Theo phương đứng:

Chọn cốt nền nhà trùng với cốt +0.00 để tính các thông số chiều cao.Ta có cao trình đỉnh ray là chiều cao từ mặt nền đến mặt ray cầu trục H1= 8,3cm (theo đề bài) Kích thước cơ bản là nhịp khung L = 30m Mặt khác, do tải trọng cầu trục: Q=75T nên trục định vị trùng với mép ngoài cột một khoảng : a= 250 mm.Trong trường hợp này, để cho cầu trục khi chuyển động không chạm vào cột, khoảng cách λ

từ trục ray đến trục định vị phải đảm bảo đủ lớn λ≥B1 +(h t ưa)+D λ lấy chẵn 250mm , ta chọn λ =750 mm khi cầu trục Q =75T

Suy ra nhịp của cầu trục là khoảng cách giữa 2 tim ray:

H2=(HC+100)+ƒ

Trong đó : HC=4000mm

100 mm là khe hở an toàn giữa cầu trục và dàn vì kèo

ƒ : là khe hở phụ xét tới độ võng của dàn vì kèo và việc bố trí hệ giằng thanh dưới , ta chọn ƒ=300mm

Trong đó : HDCT - chiều cao dầm cầu trục cho trọng đề bài HDCT = 0,7m

HR - chiều cao ray và các lớp đệm, chọn sơ bộ HR=0,2m

Suy ra , bề rộng cột dưới : hd=a+λ=250+750=1000 mm

Lúc này khe hở giữa cầu trục và mặt trong cột trên:

III.Lựa chọn dàn mái:

Chọn dàn mái dạng hình thang, liên kết cứng với cột Chiều cao đầu dàn

hdd=2,2m, chọn độ dốc là 10% Suy ra chiều cao giữa dàn là: hgd=3,7m

m L

chiếu sáng ta chọn cửa trời chạy suốt theo chiều dài nhà Chọn kích thước :

+ Chiều cao cánh cửa là hk = 1500 phù hợp với cánh cửa tiêu chuẩn

+ Chiều cao bậu cửa trên và bậu cửa dưới hb = 1000

=> Chiều cao cửa trời là 2.5m Bề rộng cửa trời 12m, độ dốc mái cửa trời 10% Cửa trời được bố trí một tầng cửa kính 1500mm

18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

2.Giằng trong mặt phẳng cánh dưới:

Được đặt tại các vị trí có giằng cánh trên Với nhà xưởng có Q = 75T, để tăng độ cứng cho nhà cầncó thêm hệ giằng cánh dưới theo phương dọc nhà Bề rộng của hệ giằng lấy bằng chiềudài khoang đầu tiên của cánh dưới dàn

Biểu diễn hệ giằng đứng giữa dàn :

H.g đúng mái H.g cột trên

B.TÝnh to¸n khung ngang nhµ:

I.T¶i träng t¸c dông lªn khung ngang nhµ:

1.T¶i träng t¸c dông lªn dµn:

T¶i träng t¸c dông lªn dµn bao gåm träng l−îng b¶n th©n cña m¸i, cña cöa trêi,

cña b¶n th©n kÕt cÊu vµ ho¹t t¶i.C¸c t¶i träng nµy ®−îc tÝnh ra N/m2 mÆt b»ng nhµ, sau

8 , 487 cos

8 , 487

) / ( 68 , 335 995 , 0

334 cos

334

2

2

m daN g

m daN g

*Tải trọng do trọng lượng kết cấu cửa trời :

Theo công thức kinh nghiệm :

1650.26.12.8,19

2

m daN Cos

B L

g B l g

α b.Hoạt tải mái :

Theo tiêu chuẩn tải trọng và tác động 2737-95, hoạt tải mái áp dụng cho trường hợp mái bằng mái dốc bằng bê tông cốt thép không có người đi lại ,chỉ có người đi lại sửa chữa chưa kể các thiết bị điện nước nếu có được lấy bằng 75 daN/m2 mặt bằng nhà, với hệ số vượt tải n=1,3

Ptt=1,3.75=97,5 (daN/m2)

c.Tải trọng phân bố đều trên dàn :

*Tải trọng thường xuyên :

) / ( 22 , 3254 6

).

38 , 26 74 , 25 25 , 490

g B

30.22,32542

daN L

g

*Do hoạt tải :

)(87752

30.5852

b.Do trọng l−ợng dầm cầu trục :

Theo công thức kinh nghiệm : Gdct=1,2.L2dct.αdct

Trong đó :

αdct - hệ số trọng l−ợng bản thân chọn αdct=36

Ldct - nhịp dầm cầu trục Ldct=6 m

Suy ra : Gdct=1,2.62.35=1555 (daN)

c.Do áp lực đứng của bánh xe cầu trục :

Với sức trục Q=75T và Lc=28,5m, tra bảng ta có :

Dựa vào tam giác đồng dạng ta tính đ−ợc các giá trị sau :

1.01

P2P2

60006000

Dmax = n.nc.( Pc1max Σy+ Pc2max Σy)

Pc 1max = 38 14,5( ) 14500( )

4

13575

daN

=

ư+

Pc2min = + ư

0

n

G Q

Pc2max = 39 13,5( ) 13500( )

4

13575

daN

=

ư+

Tương ứng phía bên kia có áp lực

Dmin = n.nc.( Pc

1min Σy+ Pc

2min Σy) = 1,2.0,85.[14500.(0,1+0,433+0,573)+13500(0,86+1)]

= 41970(daN)

ở đây do Dmax,Dminđặt vào trục nhánh cầu trục, nên lệch tâm so với trục cột dưới một khoảng xấp xỉ bằng bd/2 Mô men lệch tâm tại vai cột :

Mmax=Dmax.e = 116860 1,0/2 = 58430(daNm)

Mmin=Dmin.e = 41970.1,0/2 = 20985(daNm)

Mdct=Gdct.e = 1555.1,0/2 = 777,5(daNm)

d.Do lực hãm của một bánh xe con :

Khi xe con hãm , phát sinh lực quán tính tác dụng ngang nhà theo phương chuyển

động Lực hãm của xe con qua các bánh xe cầu trục , truyền lên dầm hãm và vào cầu trục Lực hãm ngang tiêu chuẩn của một bánh xe cầu trục do hãm :

) ( 413 , 1 4

) 38 75 ( 05 , 0 4

) (

05 ,

Tải trọng gió tác dụng lên khung bao gồm :

- Gió thổi lên mặt tường dọc được chuyển về thành lực phân bố trên cột khung

- Gió thổi trong phạm vi mái, từ cánh dưới dàn vì kèo trở lên, được chuyển về thành lực tập trung tại cao trình cánh dưới dàn vì kèo

C - hệ số khí động học

n - hệ số v−ợt tải của tải trọng gió = 1,2

w0- áp lực gió tiêu chuẩn , theo đề bài thuộc vùng B

H=15m -> k = 1,08 từ đó nội suy H = 13,5m -> k = 1,056

Trong phạm vi mái, hệ số k có thể lấy không đổi, là trung bình cộng của giá trị ứng với cao độ đáy dàn vì kèo và giá trị ở độ cao lớn nhất của mái

*Với độ cao h=13,5 m, nội suy được k=1,056

*Với độ cao h=19,7 m, nội suy được k=1,127

Vậy trong khoảng từ độ cao đáy dàn vì kèo lên điểm cao nhất của mái nhà :

0915,12

127,1

W=1,2.155.1,0915.6 ( 0,8.2,2 - 0,546.0,9 + 0,7.2,5 - 0,586.0,6 + 0,427.0,6 +2,5.0,6 +0,5.0,9 + 0,505.2,2) = 7290 (daN)

II.Tổ hợp nội lực và xác định nội lực tính toán:

+ Sau khi tính toán xong nội lực khung ( tính được M , N , Q tại các tiết diện) với từng loại tải trọng , sẽ tiến hành tổ hợp các tải trọng bất lợi nhất đấic định được các nội lực tính toán để chọn tiết diện khung

+ Lực dọc N trong cột được xácđịnh như là khi dàn liên kết khớp với cột ( có thể xác định được N dựa vào biểu đồ Q nhưng mất khá nhiều công mà kết quả sai khác không quá 1% ) Như vậy để xác định N chỉ cần dồn tải trọng đứng về cột một cách bình thường

1>Néi lùc do tÜnh t¶i m¸i :

MA =117.61 KNm

QA = 11.68 KN

7>Nội lực do tải trọng gió ( từ trái sang ) :

W=59.51

Q=6.02 Q=9.31

W=59.51

MB = -191.26 KNm MCt = 99.27 KNm MCd = 99.27 KNm

MA = 882.14 KNm

QA = 120.17 KN

+ Kết quả nội lực khung được ghi trong bảng tổ hợp Với mỗi cột , xét 4 tiết diện tiêu biểu , tại mỗi tiết diện có ghi trị số M , N do từng loại tải gây ra, riêng tiết diện chân cột thi ghi thêm lực cắt Q để tính móng

+ Tổ hợp cơ bản 1 :Bao gồm các nội lực do tải trọng tĩnh ,do các hoạt tải dài hạn

và do một hoạt tải tạm thời gây ra giá trị nội lực lớn nhất Khi tổ hợp thì các tải trọng này lấy hệ số tổ hợp c = 1

+ Tổ hợp cơ bản 2 :Gồm nội lực do tĩnh tải và do các hoạt tải với hệ số tổ hợp 0.9 + Tại mỗi tiết diện ta cần tìm 3 tổ hợp tải trọng sau :

- Tổ hợp gây momen dương lớn nhất và lực nén tương ứng

- Tổ hợp gây momen âm lớn nhất và lực nén tương ứng

- Tổ hợp gây lực nén lớn nhất và trị số M tương ứng Nhiều tải trọng không gây thêm N nhưng gây M ( gió , lực hãm ) thì cũng kể vào sao cho cùng với Nmax

có được M tương ứng lớn nhất

+ Nguyên tắc tổ hợp như sau :

- Tĩnh tải luôn được kể đến trong mọi trường hợp

- Không thể lấyđồng thời nội lực do DMax bên cột phải và DMax bên cột trái , gió trái và gió phải , TMax bên cột phải và TMax bên cột trái

- Khi đã kể đến nội lực do TMax thì phỉa kể đến DMax DMin

Tiến hành tổ hợp nội lực được kết quả ghi trong bảng sau :

W=59.51

R K

- K là hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen làm tăng tiết diện cột, K=0,4

- R là cường độ tính toán của vật liệu thép làm cột, R=2100 daN/cm2

- ϕ là hệ số cấu tạo trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột, ϕ=1,8

- γ là trọng lượng riêng của thép , γ =7850.10-6daN/cm3

Suy ra :

)

(29,22,8.2793,0

58807

R K

N

Trong công thức trên:

- N là lực dọc lớn nhất trong bảng tổ hợp tại tiết diện CT

- K là hệ số kể đến ảnh hưởng của mômen làm tăng tiết diện cột, K=0,25

- R là cường độ tính toán của vật liệu thép làm cột, R=2100 daN/cm2

- ϕ là hệ số cấu tạo trọng lượng các chi tiết làm tăng tiết diện cột, ϕ=1,8

- γ là trọng lượng riêng của thép , γ =7850.10-6daN/cm3

Suy ra :

)

(839,03,5.1583,0).(

cot

2.Từ bảng nội lực ta chọn ra các cặp nội lực nguy hiểm dùng để tính toán

Đối với tính toán phần cột trên ta dùng cặp nội lực :

3,579

.04,678

KNm M

Đối với tính toán phần cột dưới ta dùng 2 cặp nội lực :

.493,1509

KN N

KNm M

.231,665

KN N

KNm M

Kết hợp ở trên ta có:

3,5

221,03,5.7

2,8

83,214,580

125,1642

2

1 1

1

2 1

2 1

2 1

J H

H

C

H

H J

J i

t d

.04,678

KN N

KNm M

Tiết diện cột trên là cột tổ hợp cấu tạo từ 3 bản thép ,đối xứng.Chọn chiều cao tiết diện

ht=500 mm

Tính độ lệch tâm:

.1687,114,580

04,678

m N

,0

1687,1.2,225,121

2 Y/C

2

Y/C

cm A

h

e R

Chiều dày bản bụng:

2.Tính các thông số chuẩn bị kiểm tra:

☺ Tính các đặc tr−ng hình học của tiết diện vừa chọn :

- Diện tích bản bụng: Ab=2.(50-2,4.2)=72,32 cm2

- Diện tích bản cánh: Ac=25.2,4=60 cm2

- Diện tích tiết diện: A=2.Ac+Ab=2.60+72,32=192,32 cm2

- Mômen quán tính và bán kính quán tính của tiết diện theo trục x-x:

.439,2032

,192

121,80343

.121,803438

,23.4,2.2525.4,2.12

1.26,1.2,45.12

cm A

J r

cm J

x x

4,6265

.4,62656

,1.2,45.12

14,2.25.12

1

cm A

J r

cm J

y y

=

- Độ mảnh và độ mảnh quy −ớc của cột trên:

61,110.1,2

2100

0,51

6,80708,5460

0,51439,201043

,3213

32,192.88,116

.7,321350

121,80343.22/

J

W

368,102,04,11

Khi

: 83

,032

A

m

λη

λ

có

ta II.4ngbả

ra

,

1

25,15

η

3.Kiểm tra tiết diện vừa chọn:

Cột kiểm tra theo trường hợp cột tổ hợp chữ H, tiết diện đối xứng chịu nén lệch tâm

a.Kiểm tra bền:

Do cột không có tiết diện bị giản yếu, độ lệch tâm tính đổi m1< 20 và giá trị của các mômen uốn dùng để kiểm tra bền và ổn định là như nhau cho nên theo quy phạm điều 5.24 ta không cần kiểm tra bền

b.Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn trùng mặt phẳng đối xứng:

./2100

/212832

,192.1418,0

58014

2000

: 1418,061

1

cm daN R

cm daN A

N m

ng lt

lt x

σ

ϕ

λ tra bảng II.2ta có

Vậy cột đã chọn bảo đảm ổn định trong mặt phẳng uốn

c.Kiểm tra ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng uốn :

ở ngoài mặt phẳng uốn cột được kiểm tra như cột chịu nén đúng tâm có kể tới ảnh hưởng của mômen trong mặt phẳng uốn (trùng với mặt phẳng đối xứng)

Công thức kiểm tra:

γϕ

Trong đó :

M là mômen lớn nhất trong 1/3 đoạn giữa của đoạn cột đang xét

M1 , M2 là mômen ở hai đầu đoạn cột đang xét lấy theo cùng một tổ hợp tt

ở đây M1= -678,04 KNm (tổ hợp 1,2,4,6,8)

M2=114,569 KNm

KNm M

M M

M

KNm M

max

837 , 413 2

3

569 , 114 04 , 678 569

, 114 2 3

2 1

2 1 2

=

ư +

=

Vậy độ lệch tâm tuyệt đối, độ lệch tâm tương đối và hệ số C:

α,β xác định theo bảng II.5 phụ lục II :

1

1).1/(

13

,992100

10.1,214,314

,

3

671,0269,4.005,065,0005,065

,

0

).1/(

*

.5269,47

,3213

32,192.334,71'

'

.334,7158014

10.7,41383'

6 2

=+

=+

=+

x x X

ng x

X

m C

R E m

m C

W

A e

m

m N

M

e

αβ

βλλ

α

αβ

Điều kiện ổn định ở ngoài mặt phẳng khung:

2

/162532

,192.718,0.259,0

58014

Vậy đảm bảo điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung

d.Kiểm tra ổn định cục bộ:

5,162100

10.1,2)

61,1.1,036,0()

.1,036,0(

b

b

x C

c

o c

o

λδ

, 4

88 , 4 4 , 2 2

6 , 1 25

2

0 C

b b

b

b

δδ

δ

δδ

*Kiểm tra ổn định bản bụng:

ổn định cục bộ của bản bụng cột chịu nén lệch tâm không chỉ phụ thuộc vào độ mảnh của cột , vật liệu cột , hình dáng tiết diện cột mà còn phụ thuộc vào độ lệch tâm tương đối m và hệ số đặc trưng phân số ứng suất pháp trên bản bụng

của cột thì điều kiện ổn định theo tỉ số :

, 1

4 , 2 2 50

,

28

)1288

,

9

(

.03,982100

10.1,2.1,398,532100

10.1,2)

61,1.5,09,0()

.5,09

,

0

(

0 0

1

6 6

=+

λδ

h h

m

do

R

E h

b

o

gia cường cho bụng cột khi bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp Kết luận : Cột đã chọn thoả mãn các yêu cầu về chịu lực và ổn định

III.Thiết kế phần cột dưới:

1.Chọn cặp nội lực tính toán:

Cột dưới được thiết kế rỗng gồm hai nhánh , liên kết với nhau bằng các thanh nối

Đối với tính toán phần cột dưới ta dùng 2 cặp nội lực :

KNm M

125 , 1642

493 , 1509

KNm M

15 , 1563

231 , 665

1

2.Chọn tiết diện nhánh cột :

Sơ bộ giả thiết khoảng cách giữa hai trục nhánh C=hd=100 cm Trục trung hoà của tiết diện nằm vào khoảng giữa hai nhánh của cột Nhận thấy cặp nội lực gây nén cho nhánh mái lớn hơn cặp nội lực gây nén cho nhánh cầu trục nên vị trí trục trung hoà

sẽ lệch về phía nhánh mái Giả thiết diện tích nhánh tỉ lệ với lực dọc của nhánh , thành lập được phương trình xác định vị trí trọng tâm tiết diện :

7

,

0

0114,19.573

,

26

0)

2 1

2 1

2 1

↔

=

ư++

N N

C M y

C N

M C

y N

1

231 , 665 1

3 , 0 15 , 1563

1

Lùc nÐn lín nhÊt trong nh¸nh m¸i:

KN C

M C

y N

1

493 , 1509 1

7 , 0 125 , 1642

265900

.

60 2100 9 , 0

113400

.

2 2

2

2 1

1

cm R

N A

cm R

N A

nh ycnh

nh ycnh

γϕ

Chän thÐp tæ hîp ë nh¸nh cÇu trôc víi c¸c th«ng sè chän nh− sau:

DiÖn tÝch tiÕt diÖn: A=2.Ac+Ab=2.18+30,4=66,4cm2

M«men qu¸n tÝnh vµ b¸n kÝnh qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn theo trôc y-y:

2 , 16 4 , 66 17350

17350 )

5 0 20 (

1 18 18 1 12

1 2 8 , 0 38 12

m A

J r

cm J

y y

.9748

,0.38.12

11.18.12

1

cm A

J r

m J

x x

=

Các thông số chuẩn bị kiểm tra:

Atg

z g 0

913

cm2

cm

cm4

Xác định trục trung hoà của tiết diện nhánh mái :

Gọi z 0 là khoảng cách từ trục trọng tâm tiết diện đến mép mgoài của bản bụng có phương trình sau :

cm z

A

Z A z

i

i i

87,34

,156

)4,239,4.(

4,37.22/4,2.6,

.27913)

39,420(4,37913.24,2.34.12

1

.44,34,1561854

.1854)

87,34,239,4.(

4,37913)

2,187,3.(

34.4,234.4,2.12

1

nh2

2 2

4 2

3 2

nh2

2 2

4 2

2 3

2

cm A

J r

cm J

cm A

J r

cm J

y y

y

x x

+

ư+

=

Khoảng cách thực tế giữa hai trục nhánh :

C=h-z0=100-3,87 = 96,13 cm

Khoảng cách từ trục trọng tâm toàn bộ tiết diện tới nhánh cầu trục:

.48,6713,96.6,814,156

4,156

37,433528

.37,43352865

,28.4,15648

,67.4,661854974

cm A

J r

cm y

A J

J

x x

i nhi xi

x

=+

=

=

⇒

=+

++

=+

,96

,195

13,

Sin

a

C

tg

Sơ bộ chọn thanh giằng xiên L80x6 mm Có các thông số sau:

- Diện tích tiết diện : A=9,38 cm2

- Bán kính quán tính nhỏ nhất xét cho tất cả các trục: rmin tx =1,58

- Vậy độ mảnh lớn nhất của thanh xiên là :

08,8658,1

136

min min

Nội lực nén trong thanh xiên do lực cắt thực tế Q=12921,4 daN gây ra :

Thanh kiểm tra như thanh chịu nén đúng tâm, tra bảng II.1 ta có ϕmin tx=0,68

Trong đó hệ số điều kiện làm việc γ=0,75 do có kể đến sự liên kết lệch trục giữa trục liên kết và trục thanh:

daN

Q

7113,0.2

4,12921sin

7 , 1898 38

, 9 68 , 0 75 , 0

9083

.

2

cm daN A

=> Vậy thanh xiên đảm bảo sự ổn định

*Độ mảnh của toàn cột theo phương trục ảo x-x:

0 1

1 , 44

,10.2

604,156.36.30179

,

37

.2

Theo độ mảnh của toàn cột ,tra bảng II.1 ta có ϕmin = 0,9

Tính lực cắt qui ước:

.9,17349

,0

125,1642)

2100

10.1,22330.(

6

daN Q

N R

E Q

Chọn thanh bụng ngang L50x5mm chịu lực cắt Qqư khá bé Ta chỉ kiểm tra độ mảnh

Ta có, thanh bụng ngang có L50X5 mm nên rmin= 0,98

1,9898.0

13,96

5.Kiểm tra tiết diện:

Kiểm tra tiết diện cột đã chọn :

+ Chọn chiều cao dầm vai :

231 , 665

1

KN N

KNm M

Lực nén trong nhánh cầu trục:

KN C

M C

y

N

13,96

231,66513,96

48,67.15,1563

.728,50726

,288,

3

110

728,502,16

820

min max1

λ

λ

cã II.1ngb¶

3 1

min

4 , 66 861 , 0

895 , 1157

N

cm daN R

cm daN

KNm M

125 , 1642

493 , 1509

2

Lùc nÐn trong nh¸nh m¸i:

.049,2723100

.13,96

493,150913

,96

65,28.125,1642

.38,61λ

953,3144,

3

110

λ

38,6136,13

820

λ

min max2

3 2

min

4 , 156 8151 , 0

049 , 2723

N σ

c.KiÓm tra toµn cét theo trôc ¶o x-x:

*Víi cÆp g©y nguy hiÓm cho nh¸nh cÇu trôc:

6652310

1

daN N

daNcm M

2 1

18568

,222.378,0

15,1563

2100175

,41

476,148,67.37,433528

8,222.6,42

.6,4215,1563

1,66523

cm daN R

A N

E

R

y J

A

e

m

cm N

σϕ

λ

λ

cã

ta II.3

ng

b¶

Tra

Vậy với cặp nội lực gây nguy hiểm cho nhánh cầu trục thì cột vẫn đảm bảo ổn

15094930

2

daN N

daNcm M

Ta tiến hành kiểm tra:

2 2

19018

,222.388,0

5,16421

2100175

,41

423,1)4,287,3656,28.(

37,433528

8,222.9,91

.9,91125,1642

3,150949

cm daN R

A N

E

R

y J

A

e

m

cm N

σϕ

λ

λ

có

ta II.3

ng

bả

Tra

d.Tính liên kết thanh giằng vào nhánh cột :

Đường hàn liên kết thanh giằng xiên vào nhánh cột chịu lực Ntx= 9834daN

Thanh xiên là thép góc L80x7 Giả thiết, chọn hhs=8mm, hhm=6mm

Vậy chiều dài cần thiết là cho đường hàn sống :

cm R

1260 75 , 0 8 , 0

9834 7 , 0 )

h

N k

l

g hm

1260 75 , 0 6 , 0

9834 3 , 0 )

.(

IV.Thiết kế các chi tiết cột:

1.Nối hai phần cột trên và dưới :

a.Chọn phương án nối :

Mối nối khuếch đại cao hơn mặt trên vai cột 500mm do yêu cầu của việc hàn ở hiện trường Mối nối cánh ngoài và cánh trong và bụng được tiến hành trên cùng một tiết diện

1516420

1

1

daN N

daNcm M

1300150

2

2

daN N

daNcm M

, 47

1516420 2

M N

S

t

6 , 47

1300150 2

*Mối nối cánh ngoài :

Cánh ngoài cột nối bằng đường hàn đối đầu, chiều dài đường hàn bằng bề rộng cánh phần cột trên, chiều cao đường hàn bằng chiều dày bản thép ở cánh cột trên ứng suất trong đường hàn đối đầu ở cánh ngoài là :

./2100/

8,1181)

4,2.225.(

4,2

57293)

.2

.(

2

cm daN l

h

S

nh h

*Mối nối cánh trong:

Cánh trong của phần cột trên nối đối đầu với bản thép K , bản K chọn có cùng chiều dày và chiều rộng với bản cánh phần cột trên tức là có tiết diện : 250x24 mm

Bản K được xẻ rãnh và lồng vào dầm vai Chiều cao đường hàn : hh=24mm (hmax=1,2.24=28,8mm)

Kiểm tra:

./2100/

252,1169)

4,2.225.(

4,2

56699)

.2

.(

2

cm daN l

h

S

nh h

Do nội lực trong cánh trong và cánh ngoài luôn chịu nén nên ta không cần kiểm tra trường hợp đường hàn đối đầu chịu kéo Bản K liên kết vào dầm vai bằng 4 đường hàn góc cao 8mm Chiều dài đường hàn được xác định theo công thức :

cm l

cm h

R

S

h Min

g

trong

1.8,0.1260.4

566991

)

(

=

γβ

*Mối nối bụng cột tính đủ chịu lực cắt tại tiết diện nối.Vì lực cắt cột trên là khá bé nên đường hàn đối đầu lấy theo cấu tạo : hàn suốt chiều dài và chiều cao đường hàn bằng chiều dày bản thép

2.Tính toán dầm vai:

Dầm vai đóng vai trò liên kết hai nhánh của cột dưới rỗng , liên kết hai đoạn có tiết diện khác nhau và làm chỗ tựa cho dầm cầu trục Dựa theo sự làm việc của dầm vai , nên dầm vai được tính toán như một dầm đơn giản có nhịp l=hd = 1000mm, kê lên hai gối tựa là nhánh trong và nhánh ngoài cột dưới Dầm chịu lực tập trung Strong=56699 daN truyền từ cánh cột trên xuống

• Bản bụng thẳng đứng nối liền bản bụng nhánh mái với bản bụng nhánh trục Bản bụng dầm vai được kéo dài vượt qua bụng nhánh cầu trục một đoạn khoảng 20cm Khi đó bụng nhánh cầu trục phải xẻ rãnh để bụng dầm vai xuyên qua

• Cánh trên dầm vai gồm hai bản thép : một là bản đậy lên nhánh cầu trục và sườn lót giữa bụng cột trên với bụng dầm vai Hai bản thép này nằm ngang về hai phía của bản K

• Cánh dưới dầm vai là một bản thép nằm ngang lọt giữa hai nhánh cột dưới liền bản bụng của hai nhánh

• Mômen lớn nhất là mômen tại vị trí đặt lực tập trung Strong:

Mdv max= Strong/4= 1417500 daNcm

Chọn chiều dày bản đậy mút nhánh cầu trục của cột δbđ=20mm, bề rộng sườn gối dầm cầu chạy bS=300mm

-> Chiều dày bản bụng dầm vai được xác định từ điều kiện ép mặt cục bộ của lực tập trung (Dmax+GDCT) =117570 daN truyền xuống từ sườn gối dầm cầu chạy

Chiều dài truyền lực ép cục bộ đến bụng dầm vai:

z=bS+2.δbđ=30+2.2=34 cm

Chiều dày cần thiết của bản bụng dầm vai :

99 , 0 3500 34

117570

R z

G D

.6,0.4

28394117570

).(

R G D

l

g h

B dct

β-> Chiều cao bản bụng dầm vai phải đủ chứa 4 đường hàn góc liên kết bản bụng dầm vai với bản K.Giả thiết chiều cao đường hàn góc là :hh=8mm

Cả 4 đường hàn này chia nhau chịu lực Strong

cm R

h

S l

g h

trong K

1260.8,0.4

56699)

Cả 2 đường hàn này chia nhau chịu lực RA

.06,141260.8,0.2

28349)

.(

R l

g h

A m

βγTheo yêu cầu về cấu tạo: hdv≥0,5.bd=0,5.1000=50cm

Tóm lại chọn:

Chiều cao dầm vai hdv

Chiều dày bản cánh dưới dầm vai δcdv

Chiều dày bản bụng dầm vai δbdv

Chiều cao bản bụng dầm vai hbdv

☺ Kiểm tra điều kiện chịu uốn của dầm vai:

- Dầm vai có tiết diện chữ I không đối xứng Cánh dưới dầm vai thường là một bản thép nằm ngang nối bản bụng của hai nhánh cột dưới

- Cánh trên của dầm vai là hai bản thép (bản đậy nhánh cầu trục và bản sườn lót ) thường là có chiều dày khác nhau

Để kiểm tra về uốn của dầm vai đủ chịu M dv

max, cần phải tính mômen chống uốn của hai tiết diện hai bên điểm đặt lực của Strong và phải tìm vị trí của trục trọng tâm x-x Khi điều kiện này được thoã mãn, cần phải tính liên kết giữa cánh và bản bụng tiết diện chữ I không đối xứng

Xác định trục trung hoà của tiết diện , z0 là khoảng cách từ trục trọng tâm bản bụng

đến trục trung hoà :

cm

4740

50

24.405

ư

=

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện :

3 3

3 3

4

2

3 2

3 2

3

36,1077)

934,124.(

1

40

3,1153)

934,15,24.(

2

25

85,13602

)934,15,23(.1)

934,15,23()934,15,24

,15,25

83,61211

83

,

61211

934.1.47.112

47.1)934,124 (

1.4012

1.40)934,15,24.(

2.2512

2

25

cm S

cm S

cm S

cm r

J

W

cm J

++

ư+

1417500

cm daN R

cm daN W

/ 25 , 631 1

83 , 61211

85 , 1360 28394

.

.

cm daN R

cm daN J

S

Q

c dv

ChiÒu dµi ®−êng hµn lµ : lh = 4.(25-2) = 92cm

ChiÒu cao ®−êng hµn :

cm

92.1800

canh

dv

1260.83,61211.2

3,1153.28394)

• Để tính chân cột ta dùng cặp nội lực ở tiết diện A

• Cặp gây nén nhánh cầu trục :

cb

m cb

A

A m

N A

ncb

nh yc

N A

ncb

nh yc

Chọn bề rộng bản đế theo yêu cầu về cấu tạo:

B=bc+2.δdd+2.C1

Trong đó :bc - bề rộng của cột dưới 40cm

δdd - chiều dày của dầm đế ( 8-14 mm) , chọn 10mm

C1 - phần nhô ra ra của conxon bản đế (40-80 mm), chọn 60mm

-> B=bc+2.δdd+2.C1 = 40+2.1+2.6 = 54cm

Chiều dài cần thiết của từng bản đế :

cm

yc yc

yc yc

7 , 46 54

2521 B

A L

9 , 19 54

1072 B

A L

m 2

ct 1

1,10548

.54272305

./1082,1.90/

5,9722.54115789

2 2

2

2

2 2

1

1

cm daN R

cm daN A

N

cm daN R

cm daN A

1_§èi víi nh¸nh m¸i , « cã m«men g©y nguy hiÓm nhÊt :

+ « sè 1 lµ « b¶n conxon :Momen uèn lín nhÊt cña « b¶n tÝnh theo c«ng thøc :

daNcm d

Xét tỷ số 1 , 014 0 , 049

192

7 , 194

M m 2 0,073.105,1.141,32 1521,3

Vậy momen uốn lớn nhất trong các ô bản đế ở nhánh mái là :1912,4daNcm

Chiều dày cần thiết của bản đế nhánh mái :

cm R

M

m

1.2100

1897.6

=

γδ

2_Đối với nhánh cầu trục, ô có mômen nguy hiểm nhất :

+ ô số 1 là ô bản conxon :Momen uốn lớn nhất của ô bản tính theo công thức :

daNcm d

M

ct

1.2100

92,2418.6

=

γδ

Chọn chung chiều dày bản đế cho cả hai nhánh: δbđ= 2,8cm

☺ Tính các bộ phận của chân cột :

Toàn bộ lực Nnh truyền từ nhánh cột truyền xuống bản đế thông qua hai dầm đế

và đôi sườn hàn vào bụng của nhánh Vì vậy dầm đế chịu tác dụng của phần phản lực

σnh từ móng lên thuộc diện truyền tải của nó

1_Tải trọng phân bố đều lên dầm đế ở nhánh mái:

q2dd= σnh2.Bchịu tải= 105,1.( 6+1+19,22) = 1743,93daN/cm

cm R

h b

a N l

cm R

h b

a b N l

g hm g

g hm

g hs g

g g hs

1,61260.1

1.16

47,1.56,83708)

(

1

71,371260.6,1

1.16

)47,116.(

56,83708)

(

1

).(

min

dd 2

min

dd 2

Trong đó: bg=16cm là bề rộng cánh thép góc của nhánh mái

ag=3,87- 2,4=1,47cm là khoảng cách từ trục trọng tâm nhánh mái tới đường hàn sống thép góc

Chọn kích thước dầm đế : 550x10mm

2_Tải trọng phân bố đều lên dầm đế ở nhánh cầu trục :

q1dd=σnh1.Bchịu tải=97,5.( 6+1+19,2/2)=1618,5daN/cm

Tổng phản lực truyền lên mỗi dầm đế:

N1dd=q1dd.l=1618,5.22=35607daN

Lực này phân ra cho hai đường hàn sống và mép của thép góc tiết diện nhánh cầu trục với dầm đế chịu Giả thiết chiều cao đường hàn là 10mm Ta có chiều dài cần thiết của các đường hàn là :

cm R

h

N l

g h

1260.1

1.2

35607)

(

1

Vì dầm đế có tiết diện rất lớn mà nhịp conxon dầm đế lại bé nên không cần kiểm tra về uốn và cắt

*Tính sườn ngăn :

1_Sườn ngăn nhánh mái :

Tải trọng phân bố đều lên sườn A :

qA= σnh2.Bchịu tải=105,1.(1,6+19,2) = 2185,2daN/cm

Kiểm tra cho tiết diện nguy hiểm :

daN l

q Q

daNcm l

q M

s s s

s s s

5565747

,25.2,2185

46,7087922

47,25.2,21852

2 2

cm R

M

2100.6,1

4,708792

6

.6

3 2

2

3 2

2

6 , 777 6

54 8 , 0 1 2 6 2

32 , 544 6

54 8 , 0 7 , 0 2 6 2

cm

l h W

cm

l h W

h h t gt

h h h gh

24

,8654.8,0.1.2 2

48,6054.8,0.7,0.2 2

cm l

h A

cm l

h A

h h t gt

h h h gh

Độ bền đường hàn được kiểm tra theo ứng suất :

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

/ 5 , 1642 /

16 , 1116

) 4 , 86

55657 ( ) 6 , 777

46 , 708792 (

) ( ) (

/ 1800 /

52 , 1594

) 48 , 60

55657 ( ) 32 , 544

46 , 708792 (

) ( ) (

cm daN R

cm daN A

Q W

M

cm daN R

cm daN A

Q W

M

gt tdt

gt gt

tdt

gh tdh

gh gh

Tải trọng phân bố đều lên sườn B :

qB= σnh2.Bchịu tải=105,1.(5+1+19,47/2) = 1653,75daN/cm

Kiểm tra cho tiết diện nguy hiểm :

daN l

q Q

daNcm l

q M

s s s

s s s

317522

,19.75,1653

2,3048192

2,19.75,16532

2 2

cm R

M

2100.1

2,304819

6

.6

2_Sườn ngăn nhánh cầu trục :

Tải trọng phân bố đều lên sườn A :

qA= σnh1.Bchịu tải=97,5.(1,6+19,2) = 2028daN/cm

Kiểm tra cho tiết diện nguy hiểm :

daN l

q Q

daNcm l

q M

s s s

s s s

8,214966

,10.2028

04,1139332

6,10.20282

2 2

M

2100.6,1

04,113933

6

.6

A vào bụng nhánh cầu trục chịu Q và M nhỏ hơn nhánh mái nên ta không cần tính toán kiểm tra

*Tính chiều cao các đường hàn ngang :

Sườn đế và dầm đế , sườn ngang , bụng nhánh cột đều liên kết với bản đế bằng hai đường hàn ngang suốt chiều dài ở hai bên Chiều cao đường hàn cần thiết cho mỗi liên kết cụ thể là :

+ Liên kết giữa dầm đế và bản đế :