Đồ án kết cấu thép 1

Các thông số của thép tấm: f là cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của thép. Theo bảng 4 1 y M f245 f ===222.73MPa 1.1 Với: M1,1 Theo điều 6.1.3 1 f v là cường độ tính toán chịu cắt của thép. Theo bảng 4 1 y v M 0.58f0.58245 f===111.36(MPa) 1.1   c là hệ số làm việc của kết cấu: Theo bảng 3 1  Kết cấu dầm đặc: c0.9  Kết cấu cột: c0.95 1.2.2 Que hàn: Sử dụng que hàn N46, với các thông số như sau: Theo bảng 3 1 2wff20kNcm : cường độ tính toán của đường hàn góc theo kim loại hàn. 2wsuf0.45f18kNcmCác thông số của thép tấm: f là cường độ tính toán chịu kéo, nén, uốn của thép. Theo bảng 4 1 y M f245 f ===222.73MPa 1.1 Với: M1,1 Theo điều 6.1.3 1 f v là cường độ tính toán chịu cắt của thép. Theo bảng 4 1 y v M 0.58f0.58245 f===111.36(MPa) 1.1   c là hệ số làm việc của kết cấu: Theo bảng 3 1  Kết cấu dầm đặc: c0.9  Kết cấu cột: c0.95 1.2.2 Que hàn: Sử dụng que hàn N46, với các thông số như sau: Theo bảng 3 1 2wff20kNcm : cường độ tính toán của đường hàn góc theo kim loại hàn. 2wsuf0.45f18kNcm

THUYẾT MINH KẾT CẤU THÉP



1 Cơ sở thiết kế:

1.1 Số liệu

L CR (ft)

H R (m)

C (T)

Loại cầu trục

Số cầu trục

Bước cột

B (m)

Số bước cột

Vùng địa hình

Loại địa hình

1.1



fv là cường độ tính toán chịu cắt của thép Theo bảng 4 [1]

y v

- 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

1.2.3 Boulon:

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

-   : hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulonb 1 Theo bảng 38 [1]

- ftb 400MPa: cường độ tính toán khi làm việc chịu kéo của boulon

Theo bảng 10 [1]

- fub 400 MPa : cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của boulon

- fba 0.4fub 0.4 400 160 MPa   : cường độ tính toán chịu kéo của boulon neo

- Mođun đàn hồi của bê tông: Es  2 10 MPa5 

2 KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG:

2.1 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 18290 mm  18.29(m)

- Khoảng cách giữa 2 bánh xe cầu trục:W 2900 mm   2.9 m 

- Bề rộng cầu trục: N 3450(mm) 3.45(m) 

- Khoảng cách từ đỉnh ray tới điểm cao nhất của cầu trục:D 1040 mm  

- Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút của cầu trục:H 150 mm  

- Trọng lượng của cầu trục (không kể xe con):BW 8030 kg 

- Trọng lượng của xe con:TW 2500 kg 

 Chiều cao phần cột dưới:

h: chiều cao tiết diện dầm đỡ cầu trục:

 CR wg Column    

e 0.5 BW L   d  0.5 h 0.5 20.5 18.29  0.2 0.5 0.65 0.58 m  

 Giá trị tải trọng quy đổi:

- Phía có Dmax:

Dumin 44.56 kN ;M  min Dumin e 44.56 0.58 25.84 kN.m   

- Lực xô ngang:

Có phương ngang nhà, điểm đặt tại cao trình cánh trên dầm đỡ cầu trục, giá trị lực xô ngang lên cột như sau:

2.3 Nội lực khung ngang:

 Kích thước khung ngang:

- Chiều rộng khung ngang:

2.3.1 Các trường hợp tải:

Hình 1.2: Tĩnh tải

Hình 1.3: Hoạt tải mái

Hình 1.4: DTraimax

Hình 1.5: DPhaimax

Hình 1.6: TTrai

Hình 1.7: TPhai

Hình 1.8: Gió trái

Hình 1.9: Gió phải

2.3.2 Tổ hợp tải trọng:

Hệ Số Tổ Hợp STT T T H T Dmax trái Dmax phải T trái T phải Gió trái Gió phải

 Kiểm tra chuyển vị:

 Chuyển vị ngan tại mép mái (do tĩnh tải + gió/cầu trục):

→ Thỏa chuyển vị ngan ở mép mái

 Chuyển vị đứng tại đỉnh khung (do tĩnh tải + hoạt tải):

 

Hình 1.11: Chuyển vị đứng tại đỉnh khung

Hình 1.1: Biểu đồ bao Moment M (kN.m)

3 Biểu đồ bao lực dọc N (kN)

4.1.2 Tính toán và chọn tiết diện lớn nhất:

4.1.2.1 Kiểm tra theo điều kiện bền uốn:

 Tính cho tiết diệnI650x8x250x10, ta có đặc trưng hình học của tiết diện ngang:

 Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất:

153 2172

82



→ Điều kiện thỏa

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

 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

  theo 5.19 [1], ta có:

→Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể.

4.1.3 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc:

 Tính cho tiết diệnI250x8x250x10, ta cóđặc trưng hình học của tiết diện ngang:

24 

→ Điều kiện thỏa

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

 2toe

 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

4.1.5 Thiết kế mối nối đỉnh của dầm vì kèo :

Chạy lại nội lực ta có:

PHẦ

N TỬ

MẶTCẮT Tổ hợp

min

M(kN.m)

V(kN) Tổ hợp

max

M(kN.m)

V(kN) Tổ hợp

max

V(kN)

- Moment uốn trong mặt bích:

1 b

Tổ hợp Mmin

(kN.m)

V(kN)

Tổ hợp Mmax

(kN.m)

V(kN)

Tổ hợp Vmax

(kN)

 Tính và chọn đường kính boulon: Chọn boulon cường độ cao cấp 8.8, giả thiết số

lượng boulon mỗi bên cánh là: nb 4

- Diện tích tiết diện thực của boulon:

2 f

45 0

4.2.2 Kiểm tra tiết diện:

 Chiều dài tính toán :

- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung :Tra bảng D.1TCVN 5575:2012 với sơ đồ tính như hình

I1I2 L2

2 x

f w

Với: c 0.95 là hệ số điều kiện làm việc của cột ( Bảng 3 – TCVN 5575:2012)

Kiểm tra cho tiết diện I650x8x250x10:

621



→ thỏa điều kiện bền

Kiểm tra bền cho các cặp nội lực còn lại:

N

f

A 



 Tính chi tiết cho cặp nội lực: Mmax 239.12 kN.m ; N  s.max  -143.86 kN 

- Độ lệch tâm tương đối: m 7.8

- Độ lệch tâm quy đổi: me 9.72

Trong đó :

w w

ht

1 w

→Thỏa điều kiện ổn định trong mặt phẳng khung

→ Vậy tiết diện I650x8x250x10 thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung.

Kiểm tra với cặp nội lực còn lại:

ff

N.A

- Độ lệch tâm quy đổi:

2 100.81

0( )

y x

 

- Trong đó giá trị của  lấy theo bảng E.1 TCVN 5575:2012 và phụ

thuộc vào tải trọng và thông số  Trị số của  được tính như sau:

13.63kN / cm f =21.16kN/cm

c .A 0.18 0.81 102   

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

Kiểm tra các cặp nội lực còn lại:

4.2.2.4 Kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng:

 Bản cánh:

o f

bt

b

0.36 0.1 E / f 0.36 0.1 1.98 2 10 / 222.73 16.72t

- Ta bố trí cặp sườn đối xứng, Theo 7.6.1.1, [1].thì chiều rộng của sườn là:

4.2.3 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

Hình 3.6: kích thước sơ bộ của bản đế

 Kiểm tra điều kiện bền nén của bê tông móng, ứng với các cặp nội lực:

2

s.min min

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 y1 2K y K2  30

4.2.4.3 Kiểm tra boulon neo với tổ hợp  Nmax 11.6 kN ; M  s.max 53.25 kN.m :  

 Tổng lực kéo trong 4 boulon neo:

4.2.4.4 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 max 218.3;64.13;342.4  342.4 kN 

Đường hàn góc liên kết bụng cột vào bản đế:

- Nội lực tính toán: Vmax  53.33kN

- Chiều cao đường hàn góc liên kết bụng cột vào bản đế:

   

f

f f c wf f s c ws f

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

Nội lực thiết kế mối nối:

Phần tử Mmax Ns.m ax Mmin Ns.min Vmax

- Tiết diện cột: I650x8x250x10

- Tiết diện kèo: I650x8x250x10

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

- Ta có vị trí trục trung hòa cách trục cơ sở X0Y là:

2

I A.d

(cm 4 )

4 0

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

 Ứng suất kéo trong hàng boulon ngoài cùng:

Tính chiều dày bản nối (mặt bích):

 Lực kéo trong các boulon:

 

w PL.w

- Nội lực tính toán:Tính với lực kéo trong sườn: Tg 39.87 kN 

- Theo tiết diện kim loại đường hàn:

g fg1

608 488

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

 Ứng suất kéo trong hàng boulon ngoài cùng:

4.2.5.2.4 Tính chiều dày bản nối (mặt bích):

 Lực kéo trong các boulon:

o Đối với hệ giằng mái: đường kính 25

o Đối với hệ giằng cột: đường kính 32

- Hệ số khí động: Theo sơ đồ 2, bảng 6[2].

Với

o 1

5.1.2 Nội lực trong các thanh giằng mái và giằng cột:

Hình 4.1: sơ đồ tính hệ giằng mái

 Nội lực trong các thanh giằng mái:

- Các thanh xiên của hệ giằng mái:

 Giả thiết tiết diện các thanh xiên đều nhau là 25 , do đó ta chọn thanh có giá trị

nội lực lớn nhất để kiểm tra: X2 26.53 kN 

 Khả năng chịu lực:

NX2 c0.4f Au n 0.9 0.4 40 (0.75    2.5 / 4) 53.01 kN 2    max X , X 1 2 26.53 kN 

→ Điều kiện thỏa, thanh xiên của hệ giằng mái đủ khả năng chịu lực

- Các thanh chống dọc của hệ giằng mái:

 Các đặc trưng hình học của thanh:

- Các thanh xiên của hệ giằng cột:

 Giả thiết tiết diện các thanh xiên đều nhau là 40 , do đó ta chọn thanh có giá trị

nội lực lớn nhất để kiểm tra: Xb2 71.84 kN 

 Khả năng chịu lực:

NX2 c0.4f Au n 0.9 0.4 40 (0.75 4 / 4) 135.72 kN     2    max X ,X b1 b2 71.84 kN 

→ Điều kiện thỏa, thanh xiên của hệ giằng cột đủ khả năng chịu lực

- Các thanh chống dọc của hệ giằng cột:

 Các đặc trưng hình học của thanh:

     Theo 7.3.2.1[1]

 Khả năng chịu lực:

Nb2  c fA 0.9 0.212 25 20.1 95.88 kN       max P , P b1 b2  71.84 kN 

→ Điều kiện thỏa, thanh chống dọc của hệ giằng mái đủ khả năng chịu lực

 Kết luận: các thanh chống dọc và thanh xiên đều đủ khả năng chịu lực Như vậy

giả thiết sơ bộ tiết diện các thanh chống dọc và thanh xiên là đạt yêu cầu chịu lực

5.2 Kết cấu đỡ cầu trục :

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

Tiết diện chữ I200x12x500x10 thép tổ hợp làm từ thép tấm, kích thước như hình vẽ

Tiết diện chữ C27, thép định hình với kích thước như hình vẽ:

Hình 4.3 Tiết diện ngang giả thiết

 Xác định vị trí trục trung hòa

Giả thiết lấy hệ trục X Y I0 I làm hệ trục cơ sở, ta có hệ đối xứng qua trục OY, vậy ta có:

501.2 0.6 2.47 24.33( )

c w

I X

I X

I X

262 24.33 6.43 35.2 11540

c X

 Q 1.1 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

I là moment quán tính của tiết diện quanh trục X-XX

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

Pmax 82.575(kN)áp lực thẳng đứng lớn nhất của bánh xe cầu trục

Pmin 20.075(kN)áp lực thẳng đứng nhỏ nhất của bánh xe cầu trục

T1 6.25(kN): áp lực hãm ngang

T2 0.1.Pmax 0.1 82.575 8.26(kN)  áp lực hãm dọc

 Tải trọng, nội lực, chuyển vị

Moment uốn quanh trục X-X và Y-Y

2 2

1

*

2 2

- Trường hợp nhà chỉ có 1 cầu trục hoạt động:

 Kiểm tra tiết diện ngang của vai cột:

X

w f

→

4 w

→ Vậy ta không cần gia cường thêm sườn

→ Vậy tiết diện I500x8x200x12 đã chọn là hợp lý.

 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

min f

4.4 KẾT CẤU BAO CHE:

 Các thông số ban đầu:

-TLBT mái (tấm lớp, xà gồ, giằng xà gồ)là: gserr 10(daN / m )2

- Hoạt tải tiêu chuẩn của mái pserr 30(daN / m )2 TCVN 2737-1995

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

 Tải trọng phân bố đều trên mái

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 0.55 83 54.78(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 cos6 )cos 6r    0 0 49.51(daN / m)

TT + GIÓ: qr   1 ( g cos +w ) 1 ( 11cos6r  r    054.78) 43.84(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 0.66 43.8 1.5  2 65.04(daNm) 65.04(kNcm)

Khả năng chịu lực MR Cf Wx 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 49.51 74.27(daN / m) 

TT+ GIÓ: qp 1.5 ( g cos +w ) 1.5 43.84 65.76(daN / m)  r  r   

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