ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 1

sở thiết kế: 4 1.1 Số liệu: 4 1.2 Vật liệu: 4 2 Kích thướ sơ bộ và tải trọng: 6 2.1 Kích thước sơ bộ của khung ngang: 6 2.2Tải trọng khung ngang: 8 2.2.1Tĩnh tải: 8 2.2.2Hoạt tải: 8 2.2.4Tải gió: 10 3 Nội lực khung ngang: 10 3.1 Kích thước khung ngang: 10 3.2 Các trường hợp tải: 11 3.3 Tổ hợp tải trọng: 16 3.4 Biểu đồ nội lực: 17 4 Thiết kế kết cấu khung ngang: 18 4.1 Nội lực tính toán: 18 4.2 Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất: 19 4.2.1 Kiểm tra theo điều kiện bền uốn: 19 4.2.2 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc: 20 4.2.3 Tính toán liên kết hàn cánh và bản bụng: 22 4.3 Thiết kế liên kết mối nối: 23 4.3.1 Thiết kế mối nối đỉnh củasở thiết kế: 4 1.1 Số liệu: 4 1.2 Vật liệu: 4 2 Kích thướ sơ bộ và tải trọng: 6 2.1 Kích thước sơ bộ của khung ngang: 6 2.2Tải trọng khung ngang: 8 2.2.1Tĩnh tải: 8 2.2.2Hoạt tải: 8 2.2.4Tải gió: 10 3 Nội lực khung ngang: 10 3.1 Kích thước khung ngang: 10 3.2 Các trường hợp tải: 11 3.3 Tổ hợp tải trọng: 16 3.4 Biểu đồ nội lực: 17 4 Thiết kế kết cấu khung ngang: 18 4.1 Nội lực tính toán: 18 4.2 Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất: 19 4.2.1 Kiểm tra theo điều kiện bền uốn: 19 4.2.2 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc: 20 4.2.3 Tính toán liên kết hàn cánh và bản bụng: 22 4.3 Thiết kế liên kết mối nối: 23 4.3.1 Thiết kế mối nối đỉnh củasở thiết kế: 4 1.1 Số liệu: 4 1.2 Vật liệu: 4 2 Kích thướ sơ bộ và tải trọng: 6 2.1 Kích thước sơ bộ của khung ngang: 6 2.2Tải trọng khung ngang: 8 2.2.1Tĩnh tải: 8 2.2.2Hoạt tải: 8 2.2.4Tải gió: 10 3 Nội lực khung ngang: 10 3.1 Kích thước khung ngang: 10 3.2 Các trường hợp tải: 11 3.3 Tổ hợp tải trọng: 16 3.4 Biểu đồ nội lực: 17 4 Thiết kế kết cấu khung ngang: 18 4.1 Nội lực tính toán: 18 4.2 Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất: 19 4.2.1 Kiểm tra theo điều kiện bền uốn: 19 4.2.2 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc: 20 4.2.3 Tính toán liên kết hàn cánh và bản bụng: 22 4.3 Thiết kế liên kết mối nối: 23 4.3.1 Thiết kế mối nối đỉnh của

PHỤ LỤC:

1 Cơ sở thiết kế: 4

1.1 Số liệu: 4

1.2 Vật liệu: 4

2 Kích thướ sơ bộ và tải trọng: 6

2.1 Kích thước sơ bộ của khung ngang: 6

2.2Tải trọng khung ngang: 8

2.2.1Tĩnh tải: 8

2.2.2Hoạt tải: 8

2.2.4Tải gió: 10

3 Nội lực khung ngang: 10

3.1 Kích thước khung ngang: 10

3.2 Các trường hợp tải: 11

3.3 Tổ hợp tải trọng: 16

3.4 Biểu đồ nội lực: 17

4 Thiết kế kết cấu khung ngang: 18

4.1 Nội lực tính toán: 18

4.2 Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất: 19

4.2.1 Kiểm tra theo điều kiện bền uốn: 19

4.2.2 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc: 20

4.2.3 Tính toán liên kết hàn cánh và bản bụng: 22

4.3 Thiết kế liên kết mối nối: 23

4.3.1 Thiết kế mối nối đỉnh của dầm kèo: 23

4.3.2 Thiết kế mối nối trung gian: 25

4.4 Thiết kế cột thép: 27

4.4.1 Giá trị nội lực và chiều dài tính toán: 27

4.4.2 Kiểm tra tiết diện: 27

4.4.3 Kiểm tra bền: 30

4.4.4 Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung: 31

4.4.5 Kiểm tra điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung: 32

4.4.6 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng: 36

4.4.7 Tính toán đường hàn cánh với bụng cột : 37

5 Thiết kế chân cột – liên kết với móng: 37

5.1 Nội lực tính toán: 37

5.2 Tính và chọn sơ bộ tiết diện bản đế: 37

5.3 Kiểm tra boulon neo với tổ hợp : 40

5.4 Tính chiều dày bản đế khi chịu nhổ: 40

5.5 Tính liên kết hàn: 41

6 Thiết kế liên kết kèo với cột ( nách khung): 42

6.1 Nội lực thiết kế mối nối: 42

6.2 Tính toán boulon cánh ngoài: 43

6.2.1 Nội lực tính toán: 43

6.2.2 Xác định vị trí trục trung hòa và tính moment quán tính: 43

6.2.3 Tính ứng suất trong các phần tử và kiểm tra khả năng chịu lực: 44

6.2.4 Tính chiều dày bản nối (mặt bích): 45

6.2.5 Kiểm tra ứng suất trong cánh kéo và sườn cứng: 47

6.2.6 Tính liên kết hàn: 47

6.3 Tính toán boulon cánh trong: 48

6.3.1 Nội lực tính toán: 48

6.3.2 Xác định vị trí trục trung hòa và tính moment quán tính: 48

6.3.3 Tính ứng suất trong các phần tử và kiểm tra khả năng chịu lực: 49

6.3.4 Tính chiều dày bản nối (mặt bích): 50

6.3.5 Kiểm tra ứng suất trong cánh kéo: 51

6.3.6 Tính liên kết hàn: 51

7 Thiết kế hệ giằng và kết cấu bao che: 52

7.1 Hệ giằng mái và giằng cột: 52

7.1.1 Tải trọng gió: 52

7.1.2 Tải trọng cầu trục: 52

7.1.3 Tải trọng gió tác dụng vào các nút : 52

7.1.4 Nội lực trong các thanh dằng mái: 53

7.1.5 Nội lực trong các thanh giằng cột : 54

7.1.6 Kiểm tra khả năng chịu lực của các thanh dằng mái: 54

7.1.7 Kiểm tra khả năng chịu lực của các thanh giằng cột: 55

7.2 Kết cấu đỡ cầu trục: 56

7.3 Vai cột: 61

7.3.1 Tải trọng và nội lực: 62

7.3.2 Kiểm tra tiết diện ngang của vai cột: 62

7.3.3 Tính liên kết hàn : 63

7.4 Kết cấu bao che: 64

7.4.1 Các thông số ban đầu: 64

C (T)

Loại cầu trục

Số cầu trục Bước cột

Số bước cột

Vùng địa hình

Loại địa hình

- f;s: hệ số để tính toán đường hàn góc theo kim loại đường hàn và theo kim loại

ở đường biên nóng chảy của thép cơ bản

f 0,7; s 1,0

 Boulon:

- Chọn boulon cấp 8.8, chế tạo từ thép tròn cấp SS400 với:

 b 1: hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulon

2 Kích thướ sơ bộ và tải trọng:

1.3 Kích thước sơ bộ của khung ngang:

Tra catalog loại cầu trục TRDG với mã hiệu cầu trục A1060500, ta có:

- Nhịp cầu trục:LCR 21340 mm  21,34(m)

- Khoảng cách giữa 2 bánh xe cầu trục:W 3200 mm   3,2 m 

- Bề rộng cầu trục: N 3660(mm) 3,66(m) 

- Khoảng cách từ đỉnh ray tới điểm cao nhất của cầu trục:D 1090 mm   1,09(m)

- Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút của cầu trục:H 150 mm   0,15(m)

- Trọng lượng của cầu trục (không kể xe con):BW 9340 kg 

- Trọng lượng của xe con:TW 1350 kg 

 Chiều cao phần cột dưới:

t 10   f  222,73 10 



3 w

g 10(daN / m )

 

là hệ số tin cậy của tĩnh tải ( vật liệu thép )

 Tĩnh tải mái tác dụng lên dầm vì kèo:

là hệ số vượt tải của hoạt tải mái.

 Hoạt tải cầu trục:

Trong đó:  Q 1,1 là hệ số tin cậy ( hệ số vượt tải) của cầu trục

nc = 0,85 là hệ số tổ hợp lấy theo điều 5.16 của TCVN 2737-1995

 Độ lệch tâm của tải trọng thẳng đứng:

  là hệ số tin cậy của cầu trục

nc = 0,85 là hệ số tổ hợp lấy theo điều 5.16 của TCVN 2737-1995

 Tải trọng gió tác dụng phân bố đều trên cột:

3 Nội lực khung ngang:

1.4 Kích thước khung ngang:

- Chiều rộng khung ngang:

Hình 3.1: Tiết diện ngang của khung

1.5 Các trường hợp tải:

Hình 3.2: Tĩnh tải.

Hình 3.3: Hoạt tải

Hình 3.4: Dmaxtrái

Hình 3.5: Dmaxphai

Hình 3.6: Ttrái.

Hình 3.7: Tphải

Hình 3.8: Gió trái.

Hình 3.9: Gió phải

1.6 Tổ hợp tải trọng:

Hệ số tổ hợpST

-COMB2

COMB1

41,622,82 COMB1

29,59

-COMB2

COMB1

30,195,64 COMB4

-1 -27,57 -9,33

COMB2

COMB17

19,22

19.222,82 COMB2

4.2 Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất:

1.7.1 Kiểm tra theo điều kiện bền uốn:

- Tiết diệnI600x8x200x10 ta có đặc trưng hình học của tiết diện ngang:

w f

1t

22

→ Điều kiện thỏa.

 Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp lớn nhất:

22

 Không phải gia cường bản bụng dầm bằng sườn cứng ngang.

 Kiểm tra tiết diện theo ổn định tổng thể:

- Bố trí các thanh giằng cánh dưới tại mỗi vị trí xà gồ ( cách nhau 1,5m)

- Tính f

o

l b

→Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể

1.7.2 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc:

- Tiết diệnI250x8x200x10, ta cóđặc trưng hình học của tiết diện ngang:

w f

1t

22

→ Điều kiện thỏa

 Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp lớn nhất:

1t

22

 Kiểm tra tiết diện theo ổn định cục bộ:

- Bản cánh:

5 f

 Không phải gia cường bản bụng dầm bằng sườn cứng ngang

 Kiểm tra tiết diện theo ổn định tổng thể:

- Bố trí các thanh giằng cánh dưới tại mỗi vị trí xà gồ ( cách nhau 1.5m)

- Tính f

o

l b

→Vậy ta chọn hf 4(mm)Kết luận:Vậy ta chọn I600x8x200x10 và I250x8x200x10 cho hai phần tử 1 và 2.

1.8 Thiết kế liên kết mối nối:

1.8.1 Thiết kế mối nối đỉnh của dầm kèo:

PHẦNTỬ

MẶTCẮT Tổ hợp

min

M(kN.m)

V(kN) Tổ hợp

max

M(kN.m)

V(kN) Tổ hợp

max

V(kN)

2 2 f

 Chi tiết mối nối đỉnh vì kèo:

2020

Boulon cu?ng d? cao phi 16

1.8.2 Thiết kế mối nối trung gian:

PHẦ

N TỬ

MẶTCẮT

Tổ hợp Mmin

(kN.m)

V(kN) Tổ hợp

max

M(kN.m)

V(kN) Tổ hợp

max

V(kN)

COMB17

19,22

2 bn

Boulon cu?ng d? cao phi 16

1.9 Thiết kế cột thép:

1.9.1 Giá trị nội lực và chiều dài tính toán:

Phần tử

w f

1t

22

 Chiều dài tính toán :

- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung :

Tra bảng D.1TCVN 5575:2012 với sơ đồ tính như hình:

f w

 Kiểm tra bền,kiểm tra ổn định

 Các cặp nội lực lực còn lại được tính trong bảng sau:

→ thỏa điều kiện bền.

 Kiểm tra bền cho các cặp nội lực còn lại:

M N Ix wx An  c.f

f

A 



- Tính chi tiết cho cặp nội lực: Mmax  280,97 kN.m ; N  s.max  -134,7 kN 

- Độ lệch tâm tương đối: m 11,02

- Độ lệch tâm quy đổi: me 13,55

h

t109,25(cm )

Trong đó :

w w

ht

1 w

→Thỏa điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung

→ Vậy tiết diện I600x8x200x10 thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung.

 Kiểm tra với cặp nội lực còn lại:

ff

N.A

 c.f-200,23 -169,48

 – hệ số lấy theo điều 7.3.2.1, [TCVN5575-2012]

- Tính chi tiết cho cặp nội lực: Ms.max  -169,48 kN.m ; N  max  -200,23 kN 

Trong đó: t: chiều dày bản bụng.

t1 :tổng chiều dày các tấm cánh và của cánh nằm ngang của thép góc cánh

b f :là chiều rộng và chiều dày bản cánh

17,11kN / cm f =21,16 kN/cm

c .A 0,19 0,7 88   

→ Thỏa điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung

 Kiểm tra các cặp nội lực còn lại:

1.9.6 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh và bản bụng:

 Bản cánh:

o f

bt

→ Chọn ts 5 mm .

1.9.7 Tính toán đường hàn cánh với bụng cột :

 Thiết kế đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm với que hàn N46, phương pháp hàn tự động và bán tự động

2.2 Tính và chọn sơ bộ tiết diện bản đế:

3 b

 là tỷ số module đàn hồi của thép và bê tông

- Tổng lực kéo trong nhóm (4 boulon) kéo:

 Kiểm tra lại y:

Giá trị y là nghiệm của phương trình bậc 3: y3 K y 1 2 K y K 2  3  0

2.3 Kiểm tra boulon neo với tổ hợp :

2.4 Tính chiều dày bản đế khi chịu nhổ:

Xem như toàn bộ lực kéo trong Boulon neo đều được truyền từ bản cánh sang (tức là toàn bộ lực kéo do bản cánh chịu)

 Moment uốn trong bản đế - do sự nhấc lên của cánh:

 Đường hàn góc liên kết cánh cột vào bản đế:

- Nội lực tính toán: Tf lg max T ;T ;T 1 2 3 368,13 kN 

Đường hàn góc liên kết bụng cột vào bản đế:

- Nội lực tính toán: Vmax  66,58kN

Hình 5.2 Chi tiết chân cột nối với móng

3 Thiết kế liên kết kèo với cột ( nách khung):

3.1 Nội lực thiết kế mối nối:

Phần tử Mmax Ns.m ax Mmin Ns.min Vmax

Cột trên 182,28 -43,92 -138,3 23,46 25,12

- Tiết diện cột: I600x8x200x10

- Tiết diện kèo: I600x8x200x10

- Chọn kiểu liên kết có 2 boulon ở mỗi hàng, giả sử liên kết gồm 10 boulon, sử dụng

boulon 20có  2

bn

A 2,45 cm

- Kích thước mặt bích:

Hình 6.2: Tọa độ y so với trục cơ sở XOY

I A.d

(cm 4 )

4 0

3.2.3 Tính ứng suất trong các phần tử và kiểm tra khả năng chịu lực:

 Ứng suất kéo trong hàng boulon ngoài cùng:

3.2.4 Tính chiều dày bản nối (mặt bích):

 Lực kéo trong các boulon:

- Lực kéo trong các phần tử tương ứng với tác dụng của mỗi boulon hàng giữa:

 Chiều dày:

 

f PL.f

- Nội lực tính toán:Tính với lực kéo trong sườn: Tg 62, 2 kN 

- Theo tiết diện kim loại đường hàn:

g fg1

g fg2

Hình 6.3 : tọa độ y so với trục cơ sở XOY

(cm 2 )

y (cm)

- Ta có vị trí trục trung hòa cách trục cơ sở XOY là:

3.3.3 Tính ứng suất trong các phần tử và kiểm tra khả năng chịu lực:

 Ứng suất kéo trong hàng boulon ngoài cùng:

3.3.4 Tính chiều dày bản nối (mặt bích):

 Lực kéo trong các boulon:

→ Điều kiện thỏa.

Hình 6.4: Chi tiết nách khung

4 Thiết kế hệ giằng và kết cấu bao che:

4.1 Hệ giằng mái và giằng cột:

4.1.1 Tải trọng gió:

 Áp lực gió tiêu chuẩn: Wo= 83daN m/ 2

 Hệ số khí động của phía đón gió: c = 0,8

4.1.3 Tải trọng gió tác dụng vào các nút :

- Diện tích đón gió của các nút:

 Nút 1:

2 1

Trong đó: ko = 1,00 ứng với độ cao chuẩn 10m - do công trình xây ở địa hình A

Sơ đồ tính hệ giằng mái (giằng gió)( Các thanh vẽ bằng đường nét đứt đã bị trùng hoặc không tham gia chịu lực.)

5750 6000

6000 5750

4.1.5 Nội lực trong các thanh giằng cột :

4.1.6 Kiểm tra khả năng chịu lực của các thanh dằng mái:

-Các thanh xiên của hệ dằng mái:

+Đều có tiết diện như nhau:  = 25mm (Thép trơn SS400)+Do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra:max( ;X X1 2) 50,98 kN

-Các thanh chống dọc của hệ giằng mái:

+Đều có tiết diện giống nhau 114x5 (thép hình)

+Do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra

     +Hệ số uốn dọc: = 0,192 (Bảng D8 TCVN 5575:2012)Bảng D8 TCVN 5575:2012)

KNCL: [N P3] γ φfA0,90,1922517,274,3||52,01fA 0,9 0,192 25 17,2 74,3 c      kN |P3| 52,01 kN

Trong đó : Các thanh chống dọc của hệ giằng mài đều chịu nén nên c = 0.9; f = 250Mpa

4.1.7 Kiểm tra khả năng chịu lực của các thanh giằng cột:

-Các thanh xiên của hệ giằng cột:

+Các thanh đều có tiết diện như nhau:  = 44mm (Thép trơnSS400)+Do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra:

     + Hệ số uốn dọc: = 0,281 (Bảng D8 TCVN 5575:2012)Bảng D8 TCVN 5575:2012 )

KNCL: [N P3] γ φfA0,90,1922517,274,3||52,01fA 0,9 0,281 25 21,2 134,04 c      kN |P b| 64,132 kN

Trong đó: Các thanh chống dọc của hệ giằng cột chịu nén nên: c = 0.9;f = 250Mpa

 Kết luận: Các thanh giằng đều đủ khả năng chịu lực

4.2 Kết cấu đỡ cầu trục:

- Giả thiết tiết diện dầm đỡ trục là dầm đơn giản, có tiết diện như sau:

+ Tiết diện chữ I600x10x200x12 thép tổ hợp làm từ thép tấm, kích thước như hìnhvẽ

+ Tiết diện chữ C33, thép định hình với kích thước như hình vẽ:

là hệ số tin cậy của tải trọng.

+ imp 1.1là hệ số của tải trọng

+ wrw 1(kN / m) là trọng lượng bản thân của dầm đỡ trục ray

+ IX là moment quán tính của tiết diện quanh trục X-X.

+ I là momnet quán tính của chữ C và nữa phần trên chữ I.*Y

+ Pmax 55,1(kN)áp lực thẳng đứng lớn nhất của bánh xe cầu trục

+ Pmin 23,5(kN)áp lực thẳng đứng nhỏ nhất của bánh xe cầu trục

+ T1 3,175(kN): áp lực hãm ngang

+ T2 0,1 P max 0,1 55,1 5,51(kN)  áp lực hãm dọc.

 Tải trọng, nội lực, chuyển vị:

2W+U=2 3,2+0,46=6,86m<B=7m

Moment uốn quanh trục X-X và Y-Y

710,93

2 2

yc 23,1(cm) là khoảng cách từ trục trung hòa của tiết diện đến thớ biên của cánh nén (cánh trên).

w f

→ Vậy ta không cần gia cường thêm sườn.

→ Vậy tiết diện I500x8x200x10 đã chọn là hợp lý.

4.3.3 Tính liên kết hàn :

- Tính chiều cao đường hàn góc liên kết cánh và bụng:

+Chọn que hàn N46, phương phán hàn tay:hminf 6(mm) ( Bảng 43 TCVN 5575-2012)

+ Chiều cao đường hàn thỏa mãn điều kiện sau :

Bảng 43 TCVN 5575-2012 + Theo tiết diện kim loại đường hàn:

max f

Hình 7.1: Liên kết vai cột , đầm đỡ cầu trục với vai cột, chi tiết dầm đỡ cầu trục.

4.4 Kết cấu bao che:

 Các thông số ban đầu:

-TLBT mái (tấm lớp, xà gồ, giằng xà gồ)là: gserr 10daN / m2

-Hoạt tải tiêu chuẩn của mái pserr 30daN / m2 TCVN 2737-1995

-Áp lực gió tiêu chuẩn wserr 83(daN / m )2

-Tĩnh tải gr  Q gserr 1,05 10 11(daN / m )  2

- Hoạt tải pr  Q pserr 1,3 30 39(daN / m )  2

- Gió hút wr   Q ce wserr 1, 2 0,5 83 49,8(daN / m )   2

 Thành phần tải trọng gây uốn tấm lợp(tấm lợp rộng 1000mm):

- TT+HT: qr  1 (grp cos )cos =1 (11+39 cos5,7 )cos 5,7r    0 0 49,56(daN / m)

- TT + GIÓ: qr   1 ( g cos +w ) 1 ( 11cos5,7r  r    049,8) 38,85(daN / m)

 Moment uốn và khả năng chịu lực của tấm lợp( sơ đồ tính dầm liên tục > hơn 5 nhịp):

- Moment uốn: MR kqr sp2 0,107 49,65 1,5  2 11,95(daNm) 11,95(kNcm)

- Khả năng chịu lực MR CfWx 0,9 31,5 1,86 52,7(kNcm)   MR

 Thành phần tải trọng gây uốn xà gồ:

- TT+HT: qp 1,5 (g rp cos )cosr   1,5 49,56 74,34(daN / m) 

- TT+ GIÓ: qp 1.5 ( g cos +w ) 1,5 38,85 58, 28(daN / m)  r  r   

- Trong các công thức tính khả năng chịu lực cảu xà gồ mái lấy:

+ Module chống uốn hữa hiệu: Weff 0,9Wx

+ Tiết diện gối do xà gồ ghép chồng lên nhau nên ta có module chống uồn là

ef

2W f

; tiết diện giữa nhịp có module chống uốn là W eff

+ Tại những vị trí mà cánh dưới của xà gồ chịu nén, khả năng chịu lực của tiết diện giãm đi so với khi chịu kéo, được kể đến bằng cách nhân them hệ số  b 0,7

Vậy tiết diện xà gồ Z200 đã chọn là hợp lý

Phụ lục excel cho nội lực khung: