Bài Tập Lớn Kết Cấu thép II

Dùng cách bố trí phổ thông,dầm phụ đặt trên dầm chính trực tiếp đỡ bản sàn hình 1 Hình 1.Phương án bố trí hệ dầm sàn q stt M max Hình 2.. II.Dầm phụ1.Tính toán dầm phụ Hình 3.Sơ đồ bố

Que hàn N50 w 2150daN 2

� Thép CCT42 w 0, 45 4200 1890daN 2

Phương pháp hàn tay : 0,7

1

f

s









I.Tính toán bản sàn

1.Chọn phương án bố trí hệ dầm sàn.

Dùng cách bố trí phổ thông,dầm phụ đặt trên dầm chính trực tiếp đỡ bản sàn ( hình 1 )

Hình 1.Phương án bố trí hệ dầm sàn

q stt

M max

Hình 2 Sơ đồ tính bản sàn

2.Tính bản sàn

Căn cứ vào hoạt tải đã cho ptc= 2900 kg/m2 = 29 kN/ m2 chọn sơ bộ chiều dày bản sàn ts=10 mm

Xác định nhịp bản sàn :

4 0

1 15

s

tc s

6

6

2,1 10

2,3077 10

E E



�

150

150 1

n � �� ��n 

6

4 150 72 2,1875 10

s

s

l

Chọn l s 80cm

Số dầm phụ : 12000 1 14

800

Cắt 1 dải sàn bề rộng 1cm theo phương cạnh ngắn.Tải trọng tác dụng trên sàn :

 

7850 10 1 1 7,85 10

cm s

 

1,05 7850 10 8, 243 10

cm s

Tải trọng tác dụng trên sàn có kể đến trọng lượng bản thân của sàn :

 

29 10 7,85 10 0, 298

cm s

 

1, 2 29 10 8, 243 10 0,356

cm s

Độ võng của bản sàn có sơ đồ là dầm đơn giản : 0

 

6 1

0,826 1.1

2,3077.10

12

tc

s s

q l

cm

E I

Trong đó

3

1.1

12

I 

Xác định hệ số  qua phương trình Ơle

 

2

s

t

   � �� �

� �

 2 0,826 2

1

   ��� ���

Độ võng lớn nhất của bản sàn :

 

0

Lực kéo H tại gối tựa :

 

6 1

3,14 1

1, 2 2,1875.10 1 287,572

l



� �

ax

287,572.0, 48 146,76

tt

s s m

q l

Kiểm tra độ bền cho bản sàn :

 2

ax

2

146,76 287,572

1168,132 1.1

6

A

1168,132 daN 2450.1 daN

Vậy bản sàn đủ bền

Kiểm tra độ võng của bản sàn :

3

0, 48

6.10 80

l



3

1 6,67.10 150

l





� �

� �

Vậy bản sàn đủ cứng

Chiều cao đường hàn liên kết giữa sàn và dầm phụ :

287,572

0,168 1715.1

f

fw c

H

�

Trong đó :

 2

w 0,7 2150 1505 daN

 2

w 1 w 1 1890 1890 daN

 wmin wf 1505daN 2

Theo yêu cầu cấu tạo chọn h f 5mm.

II.Dầm phụ

1.Tính toán dầm phụ

Hình 3.Sơ đồ bố trí dầm phụ

Hình 4.Sơ đồ tính dầm phụ Tải trọng tác dụng lên dầm phụ

 

0,168 80 23,84

cm

dp s s

 

0,356 80 28, 48

cm

dp s s

Momen lớn nhất Mmax ở giữa dầm :

1 ax

21,76.600

1281600

tt dp m

q L

Lực cắt lớn nhất Vmax tại gối tựa :

 

1 ax

28, 48.600

8544

tt dp m

q L

2.Chọn tiết diện dầm phụ.

Momen chống uốn của dầm phụ có kể đến sự phát triển biến dạng dẻo trong tiết diện :

 3

ax 1281600

2450.1

m x

c

M

cm

�

Chọn thép hình I N36 có các thông số :

 3

Wx 743 cm

 4

13380

x

 3

423

x

 

48,6 daN

m dp

 

7.5

145 Hình 5.Tiết diện dầm phụ

3.Kiểm tra tiết diện dầm phụ

Kiểm tra bền :

 2

ax

48,6.10 600

1281600 1,05

cm x









1755,8 daN 2450.1 2450 daN

c

2 ax

w

600

8544 1,05.48,6.10 423

366

cm x

I t





366 daN 0,58.2450.1 1421 daN

v c

Vậy dầm đủ bền

Kiểm tra độ võng :

3 6

384 384 2,1.10 13380

tc dp

x

q l



250

  � �� �  

Vậy dầm đủ cứng

Kiểm tra ổn định tổng thể

Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm phụ vì phía trên dầm phụ có bản sàn thép hàn chặt với cánh dầm

III Dầm chính.

1.Chọn chiều cao dầm.

Sơ bộ tiết diện dầm chính :

h � �h h

kt

h h�

Trong đó :

min

h : Chiều cao nhỏ nhất của dầm để đảm bảo cho dầm có đủ độ cứng trong quá trình sử dụng ,không

võng quá độ võng cho phép

 

2

� �



� �

ax

m

h : Chiều cao lớn nhất của dầm được xác định theo yêu cầu kiến trúc.

kt

h : Chiều cao kinh tế của dầm nghĩa là số lượng thép trong dầm là ít nhất.

ax

w

m kt

M

f t



Với h h� sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định chiều dày bản bụng dầm :kt

 

min w

h

Sơ bộ chọn tw 12mm, dầm hàn , chọn hệ số cấu tạo k 1, 2

Tải trọng do phản lực dầm phụ đặt trên dầm chính :

1

23,84 48,6.10 600 14595,6

tc tc tc

dp dp dp

1

28, 48 48,6.10 1, 05 600 17394,18

tt tt tt

dp dp dp

Vì các dầm phụ đặt gần nhau nên tải trọng do dầm phụ truyền xuống dầm chính là phân bố đều

1

2

14 23,84 48, 6.10 600

170, 28 1200

tc

dp dp

cm dc

q

L



1

2

14 28, 48 48,6.10 1,05 600

202,93 1200

tt

dp dp g

cm dc

q

L

Trong đó : n là số dầm phụ.n=14

Momen lớn nhất tại vị trí giữa dầm :

6 2

ax

202,93.1200

36,527.10

tt dc m

q L

Lực cắt lớn nhất tại vị trí đầu dầm :

 

3 2

ax

202,93.1200

121,758.10

tt dc m

q L

Momen kháng uốn cần thiết :

 

6

3

ax 36,527.10

m xct

c

M

cm

f 

Chiều cao kinh tế :

 

w

1, 2

xct kt

t

Chọn h140 cm t; w 1, 2 cm

t  cm h   h t   cm

2.Kiểm tra chiều dày bản bụng dầm.

 2 0,58 0,58.2450 1421 daN

 

3 ax

w

w

3 3 121,758.10

0,946

2 2 136.142.1

m

v c

V

�

Chọn chiều dày bản bụng tw 1, 2 cm

3.Xác định kích thước tiết diện bản cánh dầm

 

2

2 36,527.10 130 1.136 2

m

f f f

Chọn b f 50 cm

Hình 6.Tiết diện dầm chính

4.Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài.

Điểm để thay đổi kích thước bản cánh dầm cách gối tựa một khoảng 2 12  

2

L

Momen tại vị trí thay đổi :

202,93.200 1200 200

20, 29.10

tt dc x

Diện tích tiết diện bản cánh cần thiết tại vị thay đổi :

 

w

2 20, 29.10 130 1, 2.136 2

x

f f f

Trong đó : f : Cường độ của đường hàn đối đầu khi chịu kéo wt

 2

w 0,85 0,85.2450 2082,5 daN

Chọn '  

28

f

2000

500

i=1/5

i=1/5

Hình 7.Thay đổi tiết diện cánh dầm

5.Kiểm tra tiết diện dầm.

Momen do trọng lượng bản thân dầm

f f

bt g

 

t h

 

6

3

2 2.1, 234.10

140

x x

I

cm h

Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp

6 ax

ax

36,527.10 5982,08.100

x

f

Kiểm tra ứng suất tiếp tại gối tựa

ax ' w

v c x

f

I t

Trong đó :

w w

12 2 1,05.78,5 0,012.1,36 2.0,5.0,02 17,96 1796

L

 

fk

x f f

 

w

w

fk

 

'

140

x x

I

cm h

' ax

' w

(121758 1796).6358, 4

921,68

cm x

I t

789, 49 daN 0,58.2450.1 1421 daN

v c

Kiểm tra ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh

 w w 2  1,05.78,5 0,012.1,36 2.0,02.0,5  2,99  2,99 

29,9.10

tt dc bt

 2

' '

' 10147,11 2029,05 W

x

Kiểm tra ứng suất cục bộ tại nơi đặt dầm phụ

w z

P f

t l

 ax   

2 600

2

m

dp dp bt

 

2 14,5 2.2 18,5

dp

17379,6

1, 2.18,5

w z

P

f

t l

Kiểm tra ứng suất tương đương tại nơi thay đổi tiết diện dầm

2

w

20, 29.10 29,9.10 136

1971,08

cm x

h

'

w

81172 1196 6358, 4

614, 45 710297,6.1, 2

cm x

I t

Trong đó :

 

202,93 200 81172

tt

x dc

L

 

tt

bt dc

L

       

1971,08 782,86 1971,08.782,86 3.614, 45

td

2021,78 daN 1,15 1,15.2450.1 2817,5 daN

6.Kiểm tra ổn định dầm.

6.1 Kiểm tra ổn định tổng thể

Kiểm tra tỉ số 0

f

l b

0 1 0, 41 0,0032 f 0, 73 0,016 f f

6

1 0, 41 0,0032 0,73 0,016

1,33 18, 25�

0

l khoảng cách giữa các dầm phụ l0 800mm

Dầm đảm bảo ổn định tổng thể

6.2.Kiểm tra ổn định cục bộ

- Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh

Khi chọn tiết diện bản cánh đã chọn để đảm bảo về ổn định cục bộ

- Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng

Bản bụng phải đặt các sườn ngang và kiểm tra ổn định

Khoảng cách lớn nhất của sườn ngang : a2hw 2.136 272  cm

Chọn a=240 cm

Chiều rộng và chiều dày sườn

 

s

h

Chọn b s 9 cm

 

6

2450

2,1.10

f

�

Chọn t s 6mm

Bố trí như hình vẽ :

Hình 8.Bố trí sườn ổn định trong dầm

Các sườn được hàn vào bụng và bản cánh dầm bằng đường hàn theo cấu tạo

Kiểm tra ứng suất trong các ô :

Kiểm tra ô bụng 1

Điểm kiểm tra cách đầu dầm x1 172 cm :

1

202,93 2,99 172 1200 172

18, 2.10

tt tt

dc dc

1200

tt tt

dc dc

L

 2

6 w

1 18, 2.10 136

2 710297,6 2

daN cm

h M

I

 2

3 1

w w

88,13.10

540,01 136.1, 2

daN cm

V

h t

 2

17379,6

782,86

1, 2.18,5

daN

w z

P

t l

Ứng suất pháp tới hạn  :cr

w

240

1,76 0,8 136

a

782,86

0, 45 1742,37

c



60 2

136 1, 2

f f

  � �� � � �� �

� �

� � 32,35

cr

 2

2 2

w

32,17.2450

5262,54 3,87

C f





Ứng suất cục bộ giới hạn : c cr,

6 w

240 2450

3, 42

2 2.1, 2 2,1.10

a

w

0,88

2h  2.136  và  1,63 �C117, 44

 2

1

17, 44.2450

3653,09

3, 42

daN

a

C f





Ứng suất tiếp tới hạn : cr

w

126 2450

1, 2 2,1.10

w

240 1,76 136

a

h

 2

ow

1,76 3,87

f



,

1742,37 782,86 540, 01

0,56 1 5262,54 3653,09 4704,66

c

cr c cr cr



Vậy ô bụng 1 đảm bảo ổn định

Kiểm tra ô bụng 2 :

  2 2 2     6 

2

202,93 2,99 412 1200 412

33, 43.10

tt tt

dc dc

1200

tt tt

dc dc

L

 2

6 w

2 33, 43.10 136

2 721297,6 2

daN cm

h M

I

 2

3 2

w w

38,712.10

237, 206 136.1, 2

daN cm

V

h t

 2

17379,6

782,86

1, 2.18,5

daN

w z

P

t l

Ứng suất pháp tới hạn  :cr

w

240

1,76 0,8 136

a

782,86

0, 245

3200, 4

c



60 2

136 1, 2

f f

  � �� � � �� �

� �

� � 32,17

cr

 2

2 2

w

32,17.2450

5262,54 3,87

C f





Ứng suất cục bộ giới hạn : c cr,

6 w

240 2450

3, 42

2 2.1, 2 2,1.10

a

w

0,88

2h  2.136  và  1,63 �C117, 44

 2

1

17, 44.2450

3653,09

3, 42

daN

a

C f





Ứng suất tiếp tới hạn : cr

w

126 2450

1, 2 2,1.10

w

240 1,76 136

a

h

 2

ow

1,76 3,87

f



2 2 2 2

,

3200, 4 782,86 237, 206

0,824 1 5262,54 3653,09 4704, 66

c

cr c cr cr



Vậy ô bụng 2 đảm bảo ổn định

Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm :

 

2 2

min

1 2

f

h

� �

� �

� � � �

121758 1796 6358, 4

0, 498

f

0, 498

f

Trong đó :

 2

w 0, 7.0,85.2450 1457,75 daN

f

 2

ws 1.0, 45.4200 1890 daN

cm

f

 wmin w 1457,75daN 2

�

Chiều dày đường hàn cần thiết theo tính toán khá bé,bằng 0,45cm ; nhưng bản thép liên kết dày nhất

t  t mm; vì vậy chọn chiều cao đường hàn góc h theo điều kiện cấu tạo f h f 7mmvà hàn suốt

chiều dài dầm

Tính mối nối dầm :

Nối dầm tại nơi thay đổi tiết diện bản cánh để thuận tiện cho việc di chuyển,lắp ghép

Bản cánh nối bằng đường hàn đối đầu,bản bụng nối bằng bản ghép và dùng đường hàn góc

Nội lực tại mối nối :

1 20, 29.10 29,9.10 20,59.10

 

1 81172 1196 82368

Mối nối coi như chịu toàn bộ lực cắt và phần momen của bản bụng :

w 251545,6

710297,6

b

I

I

Trong đó :

 

3

4 w

1, 2.136

251545,6 12

 4

710297, 6

Chọn chiều rộng bản nối b bn b f 2.5 136 10 126    cm

 

1, 2

bn

Bề rộng 12cm

Hình 9.Mối nối dầm Kiểm tra tiết diện bản ghép : 2A bg 2.126.1, 2 302, 4  Aw 136.1, 2 163, 2

Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực.Do vậy có momen lệch tâm M e

82368.6 494208

e

Chọn chiều cao đường hàn :

Chọn h f 12mm

f

 

1, 2 1, 2.1, 2 1, 44

f

126 1, 22  3

6

2 126 1, 2 269,6

f

Kiểm tra ứng suất trong đường hàn :

td

  ��� � � �� � �� � �  ���  � � �� � �� � �

 2

6

7,3.10 494208 82368

1358, 44

daN

  ��  �� �� ��

1301,84 daN 1457,75 daN

Tính sườn đầu dầm

Sườn đầu dầm phải chịu phản lực gối tựa

 

3

ax 121,758.10 1796 123544

m bt

Dùng phương án sườn đặt ở đầu dầm,dầm đặt phía trên gối khớp với cột.

Bề rộng của sườn đầu dầm chọn bằng bê rộng của bản cánh

 

'

28

s f

Tiết diện của sườn đầu dầm đảm bảo về điều kiện ép mặt:

 

123544

1,103 28.4000.1

s

s c c

V

b f

Trong đó cường độ chịu ép mặt tỳ đầu của thép CCT38,theo cường độ bền f tính được : u

 2

4200

4000 1,05

M

f

f



Chọn sườn gối có kích thước b t s s 28 1, 2�   cm

12

280

Hình 10.Chi tiết sườn đầu dầm

Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ :

0,5

f

s

28 1, 2 2.1.106

11,17 0.5 14, 64



Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định tổng thể :

 

6

w

2.1.10

2450

qu

E

f

 

6

3

2,1.10

2198, 49

s

s

s

E t

 

2198, 49

6 61

s s

I

A

22,65 6

s

h

i

Tra bảng XII phụ lục sách”Thiết kế hệ dầm sàn thép” ta có : 0,95

123554

0,95.61

c

V

f A



Vậy hệ sườn ổn định