Nghiên cứu tính toán kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ (luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI VŨ TUẤN NGỌC NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU DẦM CẦU TRỤC TIẾT DIỆN ĐẶC CÓ SỨC TRỤC NHỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH XDDD&CN Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI VŨ TUẤN NGỌC KHÓA: 2017 - 2019 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KẾT CẤU DẦM CẦU TRỤC TIẾT DIỆN ĐẶC CÓ SỨC TRỤC NHỎ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình DD CN Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH XDDD&CN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỒNG SƠN XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN Hà Nội – 2019 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực Luận văn này, tác giả đƣợc ngƣời hƣớng dẫn khoa học Thầy giáo PGS TS Nguyễn Hồng Sơn tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn nhƣ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành Luận văn Qua tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy! Cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ mơn kết cấu cơng trình Trƣờng Đại học Kiến trúc Hà Nội, thầy cô tiểu ban bảo vệ đề cƣơng, thầy cô tiểu ban kiểm tra tiến độ Luận văn, có ý kiến góp ý quý báu cho nội dung Luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo, cán khoa đào tạo sau đại học thuộc Trƣờng Đại học Kiến trúc Hà Nội giúp đỡ, dẫn trình học tập nghiên cứu Do thời gian thực luận văn không nhiều, trình độ tác giả có hạn, cố gắng nhƣng nội dung Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp Thầy cô giáo học viên để Luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày , tháng , năm 2019 Tác giả luận văn Vũ Tuấn Ngọc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp với đề tài: ―Nghiên cứu tính tốn kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ‖ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, ngày , tháng , năm 2019 Tác giả luận văn Vũ Tuấn Ngọc MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài………………………………………………………………… Mục đích nghiên cứu……………………………………………………………….1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu…………………………………………………2 Phƣơng pháp nghiên cứu………………………………………………………… Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài…………………………………………2 NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ DẦM CẦU TRỤC THÉP 1.1 Nhà công nghiệp thép 1.2 Dầm cầu trục thép 1.2.2 Khái niệm phận dầm cầu trục thép 1.2.2 Cấu tạo chi tiết phận dầm cầu trục thép 1.2.3 Ƣu điểm nhƣợc điểm dầm cầu trục thép 11 1.3 Tình hình sử dụng thiết kế dầm cầu trục thép .12 1.3.1 Sử dụng dầm cầu trục thép 12 1.3.2 Thiết kế dầm cầu trục thép 14 1.4 Nhận xét chung 15 CHƢƠNG CẤU TẠO VÀ TÍNH TỐN DẦM CẦU TRỤC THÉP CÓ SỨC TRỤC NHỎ 2.1 Cấu tạo chung dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ 16 2.1.1 Dầm cầu trục treo 16 2.1.2 Dầm cầu trục tựa 27 2.2 Tính tốn dầm cầu trục treo 27 2.2.1 Sơ đồ tính, tải trọng tác dụng nội lực .28 2.2.2 Lựa chọn kích thƣớc tiết diện .29 2.2.3 Kiểm tra tiết diện dầm cầu trục .32 2.2.4 Quy trình tính tốn 36 2.3 Tính tốn dầm cầu trục tựa .38 2.3.1 Sơ đồ tính, tải trọng tác dụng nội lực .38 2.3.2 Lựa chọn kích thƣớc tiết diện .39 2.3.3 Kiểm tra tiết diện dầm cầu trục 42 2.3.4 Quy trình tính tốn 47 CHƢƠNG CÁC VÍ DỤ TÍNH TỐN DẦM CẦU TRỤC 49 3.1 Dầm cầu trục thép với sức trục nhỏ treo xà ngang mái 49 3.1.1 Thông số đầu vào 49 3.1.2 Tính tốn tải trọng nội lực 49 3.1.3 Lựa chọn sơ tiết diện 49 3.1.4 Kiểm tra khả chịu lực độ võng tiết diện 50 3.2 Tính tốn dầm cầu trục treo dƣới tạc động hai cầu trục .56 3.2.1 Thông số đầu vào 56 3.2.2 Tính tốn tải trọng nội lực 56 3.2.3 Lựa chọn sơ tiết diện 57 3.2.4 Kiểm tra khả chịu lực độ võng tiết diện 60 3.3 Dầm cầu trục điện điều khiển tay, treo giàn mái với sơ đồ tính liên tục gối cứng .62 3.3.1 Thông số đầu vào 62 3.3.2 Tính tốn tải trọng nội lực 62 3.3.3 Lựa chọn sơ tiết diện .63 3.3.4 Kiểm tra khả chịu lực độ võng tiết diện 63 3.4 Dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ tựa vào vai cột 66 3.4.1 Thông số đầu vào 66 3.4.2 Tính toán tải trọng nội lực 66 3.4.3 Lựa chọn sơ tiết diện .68 3.4.4 Kiểm tra khả chịu lực tiết diện 69 3.5 Dầm cầu trục tổ hợp hàn với tiết diện mở rộng cánh 71 3.5.1 Thông số đầu vào 71 3.5.2 Tính tốn tải trọng nội lực 71 3.5.3 Lựa chọn sơ tiết diện .72 3.5.4 Kiểm tra khả chịu lực tiết diện 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số thứ tự Bảng 2.1 Bảng 2.2 Tên bảng, biểu Tải trọng phân bố tính tốn tương đương phân bố theo momen uốn lên giàn mái có cầu trục treo Các thép định hình cho dầm cầu trục treo nhịp 6-12m Trang 17 18 Các đặc trưng thép chữ I theo ГОСТ 8239_72* cho dầm Bảng 2.3 cầu trục treo không gia cường 21 Bảng 2.4 Các đặc trưng thép chữ I theo ГОСТ 8239_72* với gia cường cánh dùng cho dầm cầu trục treo 22 Bảng 2.5 Các đặc trưng thép chữ T cánh làm từ thép định hình 23 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Bảng 2.8 Các đặc trưng dầm tổ hợp hai loại thép hàn Số lượng dầm hàn tổ hợp hai loại thép khuyến cáo cho dầm cầu trục với sức nâng khác Các đặc trưng cầu trục điện treo 23 24 25 Bảng 2.9 Các đặc trưng thép chữ T cánh làm từ thép định hình 26 Bảng 2.10 Hệ số x, y 33 Bảng 2.11 Các tung độ quy đổi yf 36 Bảng 2.12 Hệ số β 39 Bảng 3.1 Tải trọng dầm cầu trục 66 DANH MỤC HÌNH VẼ Số thứ tự Hình 1.1 Tên hình Kết cấu khung nhà cơng nghiệp tầng Hình 1.2 Kết cấu đỡ cầu trục Hình 1.3 Dầm cầu trục treo Hình 1.4 Dầm cầu trục cơngxon Hình 1.5 Các kiểu tiết diện dầm cầu trục Hình 1.6 Giàn cầu trục Hình 1.7 Tiết diện dầm hãm 10 Hình 1.8 Sơ đồ giàn hãm Dầm cầu trục nhà xưởng 11 Hình 1.9 Hình 1.10 Dầm cầu trục nhà máy Trang 13 14 Hình 2.1 Dầm cầu trục treo 16 Hình 2.2 Các dạng tiết diện dầm cầu trục treo 20 Hình 2.3 Sơ đồ kích thước cánh dầm 21 Hình 2.4 27 Hình 2.5 Một số tiết diện dầm cầu trục Biểu đồ để xác định tải trọng lên dầm cầu trục treo Hình 2.6 Biểu đồ xác định hệ số K1, K2 34 Hình 2.7 Sơ đồ khối quy trình tính tốn dầm cầu trục treo Xác định mơmen lực cắt lớn dầm cầu trục Tiết diện dầm cầu trục tổ hợp hàn 37 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Sơ đồ quy trình tính tốn dầm cầu trục tựa Sơ đồ tính tốn kiểm tra độ bền bu lơng Hình 3.1 gối đỡ Hình 3.2 Các dầm đoạn cầu trục treo uốn cong 30 38 40 48 52 53 Hình 3.3 Gối chắn cuối cầu trục treo 54 Hình 3.4 Sơ đồ tính tiết diện dầm 56 Hình 3.5 Sơ đồ tính tiết diện dầm 62 Hình 3.6 Hình 3.7 Sơ đồ dầm cầu trục Tiết diện chữ I tổ hợp hàn mở rộng cánh 67 71 Hình 3.8 Sơ đồ dầm cầu trục 72 MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài Hiện nay, kết cấu thép đƣợc sử dụng rộng rãi công trình xây dựng, số có nhà cơng nghiệp Một yếu tố ảnh hƣởng lớn đến làm việc kết cấu khung chịu lực cầu trục, tải trọng chúng gây tải trọng động, lặp lặp lại nhiều lần dễ gây phá hoại cho kết cấu khung Khi phân loại cầu trục nhà cơng nghiệp, có cách phân loại theo chế độ làm việc (nhẹ, trung bình, nặng nặng), theo sức nâng cầu trục (sức trục 75 tấn, dƣới 75 sức trục nhỏ), phân loại theo tiết diện (tiết diện đặc, rỗng), nhƣ việc phân loại theo vị trí đặt cầu trục (đặt vai cột – cầu trục tựa treo kết cấu mái) Hiện nay, loại cầu trục có sức trục nhỏ (dƣới 20 tấn) đƣợc sử dụng rộng rãi cơng trình cơng nghiệp nhẹ, dầm đỡ cầu trục đặt vai cột dùng tiết diện chữ I định hình có gia cƣờng cánh thép thép góc để chịu lực ngang tiết diện chữ I không đối xứng tổ hợp hàn Loại dầm nhƣ đơn giản chế tạo, có tính kinh tế so với dầm cầu trục tiết diện chữ I tổ hợp hàn có dầm hãm Đồng thời, để tận dụng không gian kiến trúc nhà khu vực hoạt động cầu trục, giải pháp bố trí cầu trục treo chúng vào kết cấu dầm cầu trục, dầm cầu trục đƣợc liên kết với kết cấu xà ngang (giàn kèo) Theo đó, giải pháp dầm cầu trục treo dầm cầu trục khơng có dầm hãm đƣợc sử dụng cho nhà xƣởng mà sức nâng cầu trục nhỏ, đa số số cầu trục có sức nâng dƣới Bên cạnh đó, tài liệu Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCVN 5575-2012, nhƣ tài liệu khác nƣớc đề cập quy định thiết kế loại dầm đỡ cầu trục sức trục nhỏ, thiếu bảng tra tính tốn gây khó khăn cho ngƣới thiết kế Từ phân tích nêu trên, đề tài ―Nghiên cứu tính tốn kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ‖ có tính cấp thiết tính thực tiễn cao * Mục đích nghiên cứu 64 Theo cơng thức Bảng E3 tài liệu [3, trang 122], ta có: n = 1302/(1302+222,3) = 0,8536 < 0,9 Theo công thức Bảng E3 tài liệu [3, trang 122], ta có: 28,3(1302  222,3)  1200  1  0,385  34,3 1302  222.3  40,1  Theo công thức Bảng E3 tài liệu [3, trang 122], ta có  = 0,8536(1 - 0,8536).(9,87 + 34,3) = 5,52; C = 0,330 = 0,330.5,52 = 1,8216 Theo công thức Bảng E4 tài liệu [3, trang 123], ta có:  25    1  49,1  25      0, 47  0,035  x  2.0,8536 – 1  0,3136 49,1   25      0, 072       49,1      Đối với dầm có cánh mở rộng chịu nén, theo công thức Bảng E4 tài liệu [3, trang 123], B =  = 0,8536 + 1,145.0,3136 = 1,213 Khi tải trọng tập trung đặt nhịp, D = 3,265; Theo công thức (E.6) tài liệu [3, tr 120], ta có:    D B  B2  C   3, 265(1, 213  1, 2132  1,8216)  9,885 Theo công thức (E.4) (E.5) tài liệu [3, tr 120], ta có: 1  9,885 1520 2.49,1(49,1  26,6) 30200 12002 210000  0,697 230 1520 2.49,1.26,6 21000 30200 12002 23 Nhƣ vậy, b = 1 = 0,697  0,824  0,85 2  9,885 Ứng suất tính tốn mép cánh chịu nén (tính theo ổn định), ta có: b,sup = 18949.10  202,88 MPa <  c f = 0,9.230=207 MPa 0,697.1340 ( =1,0 khơng có xoắn ) 65 Ở tiết diện gối với mơ men uốn âm cánh chịu kéo, ta xác định b cho tiết diện nhƣ theo tham số sau: B =  - = 1,213 – = 0,213 1520 2.49,1(19,1  26,6) 21000  0, 273 30200 12002 31 1520 2.49,1.26,6 21000 2  5, 23  0,322  0,85 30200 12002 31 1  5, 23 Cho cánh chịu nén nhỏ b = 2 = 0,322, ứng suất cánh dƣới chịu nén (theo ổn định) inf  8202.10 =227 MPa <  cf = 0,9.310=279 MPa 0,322.1130 Cánh chịu nén phía tiếp giáp với bụng: sup  18949.10  202,88MPa   cf  0,9.230  207MPa 0,697.1340 Ứng suất cánh dƣới gây uốn (theo độ bền), inf = 18949.10/1130 = 167,7MPa, để xác định ứng suất cục cánh dƣới ta tính theo Bảng 2.10, với cánh chữ T hẹp x = 1,2 y = 0,7 Áp lực tính toán bánh xe P’1 = 11.1,2 = 13,2kN Ta lấy khoảng cách từ chỗ nối đến điểm tiếp xúc với bánh xe c1 = 15mm; Khi chiều rộng cánh b1 = (b – 1)/2 = (12 – 0,6)/2 = 5,7cm,  = (b1 – c1)/b1 = (5,7 – 1,5/5,7 = 0,74 Theo Hình 2.6 ta có hệ số, K1 = 2,38; K2 =1,35 Ứng suất cục xác định: x,cb  1, 2.1,35.13, 2.10  109,1MPa 1, 42  y,cb  0,7.2,38.13.2.10 =112,2 MPa < 0,9.310=279 MPa 1, 42 Tổng ứng suất cánh dƣới dầm: inf + x,cb = 167,7 + 109,1 = 276,8 MPa < c.f = 0,9.310 = 279 MPa 66 Ta kiểm tra độ võng, sử dụng đƣờng ảnh hƣởng theo Hình 45b tài liệu [6, trang 116], (50  7,55).12002.0,01452.10 0,006.12004  0,0675 210000.30200 210000.30200  2,41cm < [] =L/400  3cm  3.4 Dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ tựa vào vai cột 3.4.1 Thông số đầu vào Chọn tiết diện dầm đỡ hai cầu trục, sức trục Q = 10t, chế độ làm việc 5K nhịp cầu trục Lk = 16,5m, bƣớc cột B = 6m, vật liệu thép CT38n, có f=250Mpa, tiết diện dầm đƣợc lấy từ thép chữ I cán nóng, hệ số an tồn lấy γn = 1,0 3.4.2 Tính tốn tải trọng nội lực Tải trọng dầm cầu trục lấy theo bảng 3.1 Bảng 3.1 Xác định tải trọng dầm cầu trục sức trục nhỏ [5] Q (T) L H B A B1 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 5400 4400 5400 4400 16,5 10 22,5 1900 P P1 m P2 mt 85 230 95 mk Ray 13,0 2,4 15,8 P43, 20/5 28,5 6000 5000 105 21,0 16,5 5600 4400 170 22,0 5600 4400 6200 5000 22,5 2400 28,5 260 16,5 32/5 50/12,5 22,5 2750 6300 5100 300 180 6,3 25,5 200 33,2 235 28,0 260 8,7 KP70 35,0 28,5 280 41,0 16,5 360 41,5 P50 48,5 KP70 59,5 KP80 22,5 28,5 3150 6860 5600 300 380 415 13,5 67 80/20 22 3700 347 367 28 4000 367 392 34 4000 387 412 123,0 402 431 107 440 460 34 460 480 131 22 473 502 112 505 535 526 561 9100 4350 400 22 100/20 28 125/20 28 4000 9600 4000 9400 4600 4600 400 400 34 98,0 33,0 36,0 39,0 110,0 KP100 117 KP120 134 143 Áp lực tiêu chuẩn lên bánh xe Pmax = 85kN, khối lƣợng cầu trục G = 13,0t, khối lƣợng xe Gxc = 2,4t, ray cầu trục KP70 T1  0,05(Q  G xc ) 0,05(9,8.10  9,8.2, 4)   3kN n0 (hệ số 9,8 để chuyển khối lƣợng sang trọng lƣợng) Nội lực tính tốn bánh xe cầu trục: P   n Pmax  f k1  1.85.1,1.1  93,5kN T   n T1 f k  1.3.1,1.1  3,3kN Xác định nội lực tính tốn: Chất tải lên đƣờng ảnh hƣởng mơ men tiết diện gối đỡ hai cầu trục trạng thái bất lợi Hình 3.6a Hình 3.7b (a) (c) P CT-1 P P CT-1 y =0,83 (b) P CT-1 P P CT-2 P y =0,1 y =1,0 (d) y =1,0 P y =1,5 Hình 3.6 Sơ đồ dầm cầu trục P CT-2 P 68 Mơ men tính tốn tải trọng thẳng đứng: Mx   yi P  1,05.2,5.93,5.0,85  208,6kNm Mô men tính tốn tải trọng ngang: M y   yiT  2,5.3,3.0,85  7,01kNm Giá trị tính tốn lực cắt (Hình 3.6b) Qx   yi P  1,05.1,93.93,5.0,85  83, 4kN Qy   yiT  1,93.3,3.0,85  5,41kN 3.4.3 Lựa chọn sơ tiết diện Lựa chọn sơ tiết diện dầm theo công thức, Wx,yc  M x 20860.1, 25   1043cm3  cf 25.1,0 Sơ đồ chất tải việc xác định độ võng dầm, xác định theo Hình 3c Pmax L3 Từ điều kiện độ cứng:    [] , [] = L/400 = 600/400 = 1,5cm (khi 48EI x cầu trục có chế độ nhẹ trung bình) Mơ men qn tính u cầu: I x,yc  Pmax L3 85.6003   12380cm4 48E[] 48.2,06.10 1,5 Từ điều kiện bền Wx  Wx.yc Ix  Ix.yc ta chọn tiết diện cầu trục từ thép I35 lựa chọn tiết diện nhẹ từ I45B1, theo bảng tra Phụ lục [6], có đủ độ bền độ cứng Tuy nhiên, để bảo đảm liên kết ray vào móc chọn bề rộng cánh cầu trục bf  220 mm Xác định đặc trƣng hình học tiết diện: Ix = 19790cm4, Iy = 3260cm4; Wx = 1171cm3, Wy = 261cm3, h = 338mm, tw = 9,5mm, bf = 250mm, tf = 12,5mm, S1/2 = 651cm3 Mơ men qn tính cánh trục y: If ,y  Mô men kháng uốn cánh trên: Wf ,y  Wy  Iy  3260  1630cm4 261  130,5cm3 69 3.4.4 Kiểm tra khả chịu lực độ võng tiết diện Kiểm tra khả chịu lực dầm theo điều kiện bền ứng suất tiếp ứng suất pháp:   M x M y 20860 701     23, 2kN / cm  f  24kN / cm Wx Wfy 1171 130,5 QmaxS1/2 83, 4.651   2,9kN / cm  f v  0,85f  14kN / cm Ix t w 19790.0,95 Độ bền dầm đƣợc đảm bảo Kiểm tra ổn định dầm cần thiết xác định υb, ta tính tham số α (xem trang 123 [2]), 2  600  54 l  I   1,54  o  t  1,54  8   h  Iy  33,8  3260 Ở mô men quán tính chống xoắn tiết diện dầm: It  1,3 1,3 (t w h w  2t 3f bf )  (0,953.31,3  2.1, 253.25)  54cm 3 Chiều cao bụng dầm hw = h – 2tf = 338 - 2.1,25 = 31,3cm Theo Bảng 3.3 [2],  = 1,75 + 0,09 = 1,75 + 0,09.8 = 2,47 (tải trọng tập trung đặt vào cánh trên) Theo công thức 3.28a [2]: 2 Iy  h  E 3260  33,8  2,06.104 1      2, 47  1,064   I x  lef  f 19790  600  25 Bởi υ1 > 0,85 υb = 0,68 + 0,21υ1 = 0,68 + 0,21.1,097 = 0,91 M Mx 20860 701  y    24,9kN / cm   cf  0,95.25  23,75kN / cm b Wx Wfy 0,91.1171 130,5 Nhƣ ổn định dầm không đảm bảo, để đảm bảo ổn định dầm cần gia cƣờng cánh thép thép góc ta lấy tiết diện loại I35a theo tài liệu [5] 70 Các đặc trƣng hình học tiết diện mới: Ix = 21070cm4, Iy = 3650cm4; Wx = 1236cm3, Wfy =146cm3, h = 341mm, tf = 14mm, bf = 250mm, tw = 10mm, hw = 313mm Mô men quán tính cánh trục y, If =73cm4,  = 9,53;  = 2,6; b = 0,943 Ta tiến hành kiểm tra ổn định tiết diện dầm: M Mx 20860 701  y    22,7kN / cm   cf  0,95.25  23,75kN / cm b Wx Wfy 0,943.1236 146 Nhƣ độ ổn định dầm đảm bảo Khả chịu lực cần đƣợc kiểm tra, nhƣng trƣờng hợp đƣơng nhiên đảm bảo Ta tiến hành kiểm tra độ bền theo điều kiện ổn định cục bụng Đối với cầu trục có chế độ làm việc trung bình nhẹ, hệ số γ s = 1,0 Lấy ray KP70 cố định móc (khơng có giảm yếu tiết diện dầm) Đối với dầm thép cán nóng, ứng suất σloc,y cần kiểm tra tiết diện phía dầm Tuy nhiên, mơ men qn tính cánh nhỏ khoảng lần so với mơ men qn tính ray, thế: I1f  Ir = 1489cm4, lef  c I1f / t w  3,25 1489 /1,0  37cm loc  1,1.93,5  2,78kN / cm2  f  25kN / cm 37.1,0 Độ bền bụng dầm bảo đảm Độ ổn định bụng cánh chịu nén, dầm cán nóng khơng cần kiểm tra đƣơng nhiên bảo đảm điều kiện cần Ta lắp thêm sƣờn cứng  hw tw f 27,3 25   0,95  2, E 1,0 2,06.104 theo điều kiện tiêu chuẩn không cần thiết (hw= h – 2tf – 2r = 341 - 2.14 – 2.20 = 273mm) 71 Tổng chi phí thép làm dầm Gb = g.h.ψk = 82,2.6.1,05 = 518 kg (g - trọng lƣợng theo chiều dài; k – hệ số cầu trục tính đến chi phí thép làm chi tiết phụ) 3.5 Tiết diện dầm tổ hợp hàn với việc mở rộng cánh 3.5.1 Thông số đầu vào Theo số liệu phần 3.4.1, chọn tiết diện dầm dạng chữ I tổ hợp hàn với việc mở rộng cánh y x x y Hình 3.7 Tiết diện chữ I tổ hợp hàn mở rộng cánh 3.5.2 Tính tốn tải trọng nội lưc Áp lực tiêu chuẩn lên bánh xe Pmax = 85kN, khối lƣợng cầu trục G = 13,0t, khối lƣợng xe Gxc = 2,4t, ray cầu trục KP70, sơ đồ cầu trục theo Hình T1  0,05(Q  G xc ) 0,05(9,8.10  9,8.2, 4)   3kN n0 (hệ số 9,8 để chuyển khối lƣợng sang trọng lƣợng) Nội lực tính tốn bánh xe cầu trục: P   n Pmax  f k1  1.85.1,1.1  93,5kN T   n T1 f k  1.3.1,1.1  3,3kN Xác định nội lực tính tốn: Chất tải lên đƣờng ảnh hƣởng mô men tiết diện gối đỡ hai cầu trục trạng thái bất lợi Hình 3.8a Hình 3.8b 72 (a) P CT-1 (c) P P CT-1 y =0,83 (b) P CT-1 P P CT-2 P y =0,1 y =1,0 (d) y =1,0 P CT-2 y =1,5 Hình 3.8 Sơ đồ dầm cầu trục Mơ men tính toán tải trọng thẳng đứng: Mx   yi P  1,05.2,5.93,5.0,85  208,6kNm Mơ men tính tốn tải trọng ngang: M y   yiT  2,5.3,3.0,85  7,01kNm Giá trị tính tốn lực cắt: Qx   yi P  1,05.1,93.93,5.0,85  83, 4kN Qy   yiT  1,93.3,3.0,85  5,41kN 3.6.3 Chọn sơ tiết diện dầm Từ điều kiện cân ứng suất cánh cánh dƣới: M x M x  W1x W2x Hệ số không đối xứng: α= W1x h =  = 1,25  W2x h1 W1x W2x – mô men kháng uốn cánh cánh dƣới Chiều cao tối ƣu dầm xác định theo công thức: h opt  3 W2x.yc w (  1) P P 73 M x 20860   834cm3 f 25 W2x.yc  hw  80 tw w  h opt  3.1, 25 869.80  48,5cm (1, 25  1) Chiều cao dầm xác định theo yêu cầu độ cứng tối thiểu: h 5L2f. c M xn (1  ) 5.6002.25.12750.2, 25    34cm 48E[]M x  48.2,06.104.20860.15.1, 25 đó: M xn  Pmax L 85.600   12750kNm - mô men tải trọng tiêu chuẩn 4 cầu trục gây ra, [] = L/400 = 600/400 = 1,5cm – độ võng giới hạn cho phép Ta chọn chiều cao dầm gắn với chiều cao tối ƣu, lấy hb = 45cm, chọn chiều dày cánh tf =10mm, chiều cao bụng hw = hb - 2tf = 45 - 2.1,0 = 43 cm, chiều dày bụng lấy từ điều kiện chịu cắt, tw  1,5Qmax 1,5.83, 42086   0, 21cm h wfv 43.14 Từ điều kiện ổn định cục bộ: tw   hw  5,5 E / f  5,5 43 2,06.10 / 25   0, 25cm; Từ điều kiện bền cục (khi dùng ray KP-70):   F tw   f1 k  c3 I f 1f    1,1.93,5       0, 22cm 3, 25 1489.25    Ta lấy yêu cầu cấu tạo, chiều dày bụng tw = 7mm, đó: w  hw tw f 43 25   2,1  2, E 0,7 2,06.104 74  w  2,1  2,2 đặt sƣờn cứng không cần thiết Khi chiều dày bụng nhỏ cần gia cƣờng bằng sƣờn cứng Điều làm việc chế tạo dầm phức tạp Diện tích cần thiết tiết diện cánh xác định gần A1f ,yc  A 2f ,yc  (2  )h w t w 1, 25  (2  1, 25).43.0,7 W2f ,yc   869   21, 24cm h 45 W2f ,yc h  (2  1)h w t w 869 (2.1, 25  1).43.0,7    13,3cm2 6 45 6.1, 25 Ta lấy tiết diện cánh với độ dự trữ tính tới khả ổn định tổng thể Cánh (280x10)mm, cánh dƣới (150x10)mm Xác định vị trí trọng tâm đặc trƣng hình học tiết diện chọn: A = 28.1+15.1+ 0,7.43 = 73,1cm2 y 28.22  15.22  3,9cm 73,1 Ix = 28.18,12 + 15.25,92 + 0,7.43/12 + 0,7.43.3,92 = 24280cm4 h1 = 22,5 - 3,9 = 18,6cm h2 = 22,5 + 3,9 = 26,4cm W1x  24280  1305cm3 18,6 W2x  24280  920cm3 26, S1/2  28.18,1  0,7.17,6 17,6  615cm3 t1b1f3 1.283 I1f    1830cm4 12 12 W1f ,y i1f ,y  t1f b1f2 1.282    131cm3 6 I1f ,y A1f  1830  8,1cm 28 3.6.4 Kiểm tra khả chịu lực tiết diện 75 Đối với cánh trên,  My Mx 20860 701     21, 4kN / cm  f  25kN / cm W1x W1f ,y 1305 131 Đối với cánh dƣới,  M x 20860   22,7kN / cm  f  25kN / cm W1x 920  QmaxS1/2 83, 4.615   3kN / cm2  f v  0,58f  14kN / cm Ix t w 24280.0,7 Khảo sát cánh nhƣ chịu nén - uốn với lực nén tác dụng N = x Af mô men uốn My, x  M x 20860   16kN / cm W1x 1305 N  16.28  448kN 1f ,y  Io i1f ,y mef   f 600 24   2,53 E 8,1 2,06.104 M y A1f NW1f ,y  1,0 701.28  0,33 448.131 (đối với tiết diện chữ nhật lấy  = 1,0) e = 0,64 N 448   25kN / cm2  f c  25.0,95  23,8kN / cm e Af 0,64.28 Ổn định tổng thể dầm không bảo đảm Ta tăng tiết diện cánh trên, lấy (300x10)mm Các đặc trƣng hình học tiết diện (Hình 4), A = 75,1cm2, y = 4,4cm, Ix = 24970cm4, h1 = 18,1cm, h2 = 26,9cm, W1x = 1380cm3, W2x = 928cm3, I1f.y = 2250cm4, W1f.y = 150cm3, i1f.y = 8,7cm, 1f ,y  2,35 Kiểm tra ổn định tổng thể tiết diện dầm khơng cần thiết, tiết diện lớn tiết diện ban đầu Kiểm tra ổn định dầm: x = 15,1kN/cm2, N = 453kN, e = 0,673 76 N 453   22, 4kN / cm2  f c  24.0,95  22,8kN / cm e Af 0,673.30 Ổn định tổng thể chung dầm đảm bảo Khả chịu lực cục dầm đƣợc bảo đảm lấy chiều dày bụng lớn để đảm bảo sức chịu tải yêu cầu Ổn định cục cánh dầm đƣợc bảo đảm vì: w  hw tw f 43 25   2,1  2, E 0,7 2,06.104 bf (b1f  t w ) 30  0,7 E    14,65  0,5  14,35 t1f 2t1f 2.1 f Kiểm tra ổn định bụng dầm khơng cần thiết Vì vậy, việc lắp đặt sƣờn cứng theo phƣơng ngang không cần thiết theo tiêu chuẩn 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Luận văn đạt làm rõ đƣợc cách tính tốn thực hành tính tốn kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ để áp dụng tính tốn vào thực tế - Với dầm cầu trục với sức trục nhỏ, điều kiện ổn định tổng thể định khả chịu lực dầm Điều lý giải bởi, khơng sử dụng dầm hãm nhịp tính tốn ngồi mặt phẳng lớn, nhịp dầm - Dầm tổ hợp nhẹ so với dầm tiết diện chữ I cán nóng Tuy nhiên cần tính tốn để lựa chọn tiết diện phù hợp - Bổ sung thêm bảng tra tính tốn giúp kĩ sƣ thuận tiện việc tính tốn dầm cầu trục Kiến nghị - Cần có thêm nghiên cứu chuyên sâu tiêu chuẩn Mỹ tiêu chuẩn Châu Âu để làm đầy đủ quy trình tính tốn dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ giúp kĩ sƣ Việt Nam áp dụng dễ dàng vào thực tế tính toán TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tiếng Việt Nguyễn Quang Viên (2011), ―Kết cấu thép nhà dân dụng công nghiệp‖ Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên nnk (2006), ―Kết cấu thép – Cấu kiện bản‖, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Hoàng Văn Quang, (1999), ―Ví dụ tính tốn kết cấu thép‖, Nhà Xuất xây dựng Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam TCVN 5575-2012, ―Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế‖ Tiếng Nga Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В., Белый Б.И., и др (2004), Металлические конструкции, Том Конструкции зданий, Издательство: Высшая школа Сахновский М.М (1984), Легкие конструкции стальных каркасов зданий и сооружений, издательство "Будiвельник" ГОСТ 19425-74 специальные Балки двутавровые и швеллеры стальные ... với đề tài: Nghiên cứu tính tốn kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc... CẦU TRỤC THÉP CÓ SỨC TRỤC NHỎ 2.1 Cấu tạo chung dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ 16 2.1.1 Dầm cầu trục treo 16 2.1.2 Dầm cầu trục tựa 27 2.2 Tính tốn dầm cầu trục treo ... tài Nghiên cứu tính tốn kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ có tính cấp thiết tính thực tiễn cao * Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu cách tính tốn theo tiêu chuẩn thực hành tính