Đề cương thép KCT BKĐN

Câu 1: Đặc điểm làm việc kết cấu thép bản? Thiết lập cơng thức tính tốn kết cấu thép theo lý thuyết phi mômen? Trả lời: Đặc điểm làm việc kết cấu thép bản: - Điều kiện làm việc khác nhau: - (Bể chứa chất lỏng,Bể chứa khí,Silo,Đường ống dẫn dầu,Đường ống dẫn khí) Chơn ngầm mặt đất Áp lực bên chân khơng Tác động nhiệt độ Ăn mòn mơi trường Chịu tải trọng tĩnh động - Thường phải kín - Thương xuyên làm việc trạng thái ứng suất gần tối đa(Nên giảm hệ số điều kiên làm việc xuống 0,8) - Vật liệu sử dụng: - Khi t < 4mm dùng thép cán dạng nguội - Khi t = ÷ 10 mm dùng thép nguội dạng cán nóng - Ống dẫn nước chính, bể chứa chuyên dụng, vỏ lò luyện kim, vỏ lò đốt nóng khí có quy định dùng thép riêng - Bể chứa chất lỏng ăn mòn làm hợp kim nhôm thép thường , mặt phủ kim loại khơng gỉ Thiết lập cơng thức tính tốn thép theo lý thuyết phi mơ men: ( Hình vẽ SGK/187) 1-1 2-2 ϕ α ϕ ϕ α σ σ σ σ σ α σ ϕ 3-3 α 4-4 ϕ σ ϕ α α σ ϕ α ϕ σ ϕ ϕ + Mục tiêu : Xác định σ 1vàσ Yêu cầu : σ ≤ f γ c ; σ ≤ f γ c Để xác định σ ta cắt vỏ theo phương mặt phẳng vng góc với trục( Trên biên mặt cắt σ không đổi) ∑F x =0 σ 1ut sin ϕ − pA = 2πσ sin ϕ − pπ r = σ1 = Hoặc : pπ r pr pR2 = = 2π rt sin ϕ 2t sin ϕ 2t p σ 1.R2 = t - Để xác định σ , ta phải trích phần tử có kích cỡ dS 1dS2 để xem xét - Chiếu hệ lực lên phương pháp tuyến: dϕ dα + 2σ 2tdS1 sin 2 dϕ dα = 2σ 1tdS + 2σ 1tdS1 sin 2 = σ 1tdS dϕ + σ 2tdS1dα pdS1dS2 = 2σ 1tdS2 sin = σ 1tdS dS1 dS + σ 2tdS1 R1 R2 σ σ  = tdS1dS  + ÷  R1 R2  - Từ ta xác định mối quan hệ trình Laplace): σ 1vàσ ( phương P σ1 σ = + t R1 R2 - Thay vào ta có: P σ   2σ σ  σ =  − ÷R2 =  − ÷R2  t R1   R2 R1   R  = σ1  − ÷ R1   - Vỏ cầu : R1= R2 = r σ1 = σ = pr 2t - Vỏ nón có :R1 = ∞ σ1 = pri pri ;σ = 2t cos β t cos β ri : Bán kính mặt cắt ngang β : Góc đường sinh với trục quay Câu 2: Cấu tạo đáy, mái thân bể chứa hình trụ đứng? Trả lời : Cấu tạo đáy bể: - Lấy theo cấu tạo hàn chống ăn mòn a) NỊn d i bể b) Chia đáy bể - Chiều dày nhỏ tmin: tmin= 4mm (khi V ≤ 1000m3) tmin= 5mm(khi V≥ 1000m3) tmin = mm ( Dđáy > 25 m) Khi V ≥ 2000 m3 chiều dày biên lớn 1÷2 mm - Chia đáy bể : Nguyên tắc: Chia thành dải, dải cuộn nhà máy, vận chuyển đến công trường,trải hàn ráp nối Bề rộng dải lấy theo mô dun thép Mỗi dải nối nhiều thép đơn, có chiều dài theo mơ đun thép Mỗi dải lại nối nhiều thép đơn,có chiều dài theo mô đun thép tấm.Các phải hàn đối đầu Các dải hàn đối đầu công trường nên dùng đường hàn đối đầu Các dải trườn lên từ 30 ÷ 60mm Chú ý trình tự hàn Vành biên đáy bể cần chuyển liên kết hàn chống thành đối đầu để thân bể áp sát vào tồn đáy bể - Dường kính đáy bể lớn đường kính thân bể khoảng 100mm Cấu tạo thân bể : - Nguyên tắc : Chia thân bể thành dải nằm ngang, dải cuộn trước nhà máy Khi chiều dài dải lớn 17mm, khơng cuộn để ngun mang n cụng trng hn ni a) Nối đối đầu b) Nối lồng c) Nối dạngbậc a) Nối thâ n vớ i đáy b) Nối thâ n vớ i mái - Chiều dày tối thiểu thân bể : tmin = 4mm - Chủ yếu hàn bể Hàn bể mạng tính chất định vị thi cơng(Dài 100mm, cách 300mm) - Có thể gia cường thân bể thép sợi cường độ cao, băng thép bể lớp Cấu tạo mái bể : + Gồm : Mái nón, mái treo,mái cầu, mái trụ cầu Mái nón : V≤ 5000m3 Độ dốc : i = 1/20 Cột trung tâm thép ống thép góc Chia thành nhiều mái ,mỗi mái gồm sườn thép I C thép dày 2,5 ÷3 mm - Mái treo: V ≤ 5000m3 Khơng có sườn Mái treo chịu kéo,không mô men Tấm biên mỏng Kinh tế mái nón 10÷ 15% - Mái cầu : V > 5000m3 áp lực dư lớn Kết cấu cu pơn sườn vòng - Mái trụ cầu : Áp lực dư lớn Câu 3: Tính tốn thân bể chứa hình trụ đứng theo điều kiện bền? Trả lời: Phần thân bể , cách đáy 300 trở lên, khơng có mơ men - Để xác đinh σ , ta cắt vỏ theo phương mặt phẳng vng góc với trục ( biên mặt cắt, σ không đổi).Áp lực chất lỏng vng góc với thành bể, khơng ảnh hưởng σ thân ∑F x =0 σ 1ut − γ pd A + Gx = 2π rσ 1t − γ pd π r + Gx = σ1 = γ pd π r − Gx γ pd r = − Gx 2π rt 2t Gx : Trọng lượng vỏ bể tính đến mặt cắt x - Áp lực tính tốn độ sâu cách mặt thoáng chất lỏng đoạn x là: px = γ 1γ cl x + γ pd γ , γ :Hệ số độ tin cậy áp lực thủy tĩnh áp lực dư γ = 1,1; γ = 1, γ cl : Trọng lượng riêng chất lỏng bể,với xăng dầu : γ cl = KN/m3 - Cắt hình tròn dày d mỏng vị trí x, sau cắt nửa hỉnh tròn, xét cân mặt phẳng, ta có: 2tdσ − 2rdpx = ⇒ σ2 = 2rdpx px r = 2td t - Nơi yếu vành đường hàn đối đầu tấm, kiểm tra sau: σ2 = γc : px r pr ≤ γ c f wt ⇒ t ≥ x t γ c f wt Hệ số điều kiện làm việc lấy 0,8 Câu 4: Tính tốn thân bể chứa hình trụ đứng theo điều kiện ổn định? Trả lời: - ổn định thân bể ứng suất σ : σ ≤ γ cσ th Với : γ c =1,0 hệ số điều kiện làm việc 3/2 - Khi 0,5≤L/r ≤ 10 σ th = 0,55 E rt  ÷ Lr - Khi 20 ≤L/r σ th t = 0,17 E  ÷ r - Khi 10 ≤ L/r ≤ 20 nội suy - Các tải trọng gây ứng suất σ : Tải trọng gió tác dụng xung quanh bể, coi phân bố quy đổi thành áp lực chân khơng quy ước pgió Pgio = 0,5γ W0 k Tải trọng chân khơng tính Tổng ứng suất nén vòng: σ = ( Pgio + P0 ) nc r t nc: Hệ số tổ hợp lấy 0,9 - Ổn định thân bể ứng suất σ1 σ2 : σ1 σ + ≤ γc σ th1 σ th - Có thể tăng cường vành cứng thép góc để tăng ứng suất tới hạn σ th , với mô men quán tính tiết diện vành cứng Ix thỏa mãn: 3EI x ≥ anc r ( Pgio + P0 ) r2 a:Diện chịu tải vành Câu 5: Bể chứa hình trụ nằm ngang?cấu tạo đáy thân bể chứa hình trụ nằm ngang? Trả lời: - Bể chứa trụ ngang dùng để chứa sản phẩm dầu mỏ áp lực dư pd ≤0,2 Mpa( kG/cm2) hóa lỏng có pd ≤ 1,8 Mpa.(18 kG/cm2), áp lực chân khơng p0 ≤ 0,1 Mpa Thể tích bể V≤ 100m3 với sản phẩm dầu V ≤ 300 m3 hóa lỏng - Đường kính bể : D = 1,4 ÷4 m - Chiều dài bể L =2 ÷ 30 m - Đường kính tối ưu bể: pd ≤ 0, 07 MPa ⇒ Dtu = 0,8 V pd > 0, 07 MPa ⇒ Dtu = 0, V - Ưu nhược điểm: Hình dạng đơn giản Tăng đáng kể áp lực dư Tốn chi phí xây dựng gối tựa - Các phận bể : Thân, đáy, gối tựa - Chiều dày thân bể: t = ÷ 36 mm - Các khoang thân bể dùng đường hàn đối đầu, chiều rộng khoang thép định hình từ 1,5 ÷ m - Khi r/t > 200 phải đặt vành thép góc hàn gia cường thân bể - Phải đặt vành cứng gối tựa - Hình dạng đáy bể: Phẳng, nón,trụ, cầu,elip V ≤ 100m3 ; pd ≤ 0,04 Mpa dùng đáy phẳng Pd ≤ 0,05 dùng đáy nón V = 75 ÷ 150 m3.pd ≤ 0,07 ÷ 0,15 Mpa dùng đáy trụ V= 75 ÷ 150 m3, pd ≤ 0,2 dùng đáy cầu elip Gối tựa hình cong lõm dùng bê tơng , đá hộc,gạch, gối tựa dạng đứng Góc mở từ 60 ÷ 1200 Câu Xác định vị trí gối tựa bể trụ nằm ngang Tính tốn thân bể chứa trụ nằm ngang theo điều kiện bền */Xác định vị trí gối tựa: Coi bể dầm mút thừa Khoảng cách l hai gối tựa xác định từ điền kiện cho mômen gối nhịp nhau(hình vẽ:h4.20-sgk208) Mg =  l c2  qc = M nh = q  − ÷  2 c: độ nhô côngxon q: tải trọng tác dụng lên dầm quy đổi q = γ bt G + γ 1γ c1π r L G:trọng lượng bể L:chiều dài tính tốn bể, L= V π r2 Giải l0=0,586L */Tính toán bể chứa trụ nằm ngang theo điều kiện bền +) ứng suất dọc theo phương đường sinh: σ = σ 1' + σ 1" ≤ f γ c γ c = 0,8 hệ số điều kiện làm việc σ ' : ứng suất uốn bể, tính dầm đơn giản c2   G  L  γ bt + γ 1γ c1π r ÷ − ÷ L M nh    σ1 ' = = W πr t Với: W:mômen kháng uốn tiết diện σ " : ứng suất áp lực dư áp lực thủy tĩnh tác dụng lên đáy bể gây π r ( γ Pd + γ 1γ c1r ) ( γ Pd + γ 1γ c1r ) r σ "= = 2π rt 2t +)ứng suất kéo vòng áp lực thủy tĩnh áp lực dư vùng bể: ( γ P + γ γ 2r ) r ≤ f γ σ = d c1 t c +)Kiểm tra bền theo ứng suất tương đương: σ td = σ 12 + σ 22 − σ 1σ ≤ f γ cηϕ f η hệ số kể đến đặc tính dễ cháy dễ nổ sản phẩm, η = 0,9 γ c = 0,8 ϕf = hệ số điều kiện làm việc f wt =1, f hệ số độ bền liên kết hàn đối đầu hàn tự động có hàn đầy hai phía +)Kiểm tra ổn định thân bể 10 kết hợp lại có trường hợp gió bất lợi trụ hình vẽ Ngồi tổ hợp tải trọng nêu cần phả tính toán kiểm tra trụ với tổ hợp tải trọng bất lợi, dựng lăp Tùy theo chức trụ mà cần xét tới tải bất lợi sinh cố cơng trình ví dụ dây ăng ten phía bị đứt gây uốn xoắn thân trụ Câu 17 : Các bước tính tốn với kết cấu trụ thép * Bước : sơ lựa chọn kết cấu trụ Căn vào tài liệu chun mơn cơng trình tương tự kinh nghiệm chon sơ đồ kết cấu, kích thước tiết diện dây beo thân trụ sau sơ xác định tải trọng kiểm tra lại theo sơ đồ dầm đơn giản nhiểu nhịp khớp vị trí gối tựa Các gối tựa thay cho lớp dây neo xem khơng có chuyển vị ngang Dựa vào nội lực dầm để kiểm tra chọn lại thân trụ Dựa vào phản lưc gối tựa kiểm tra chọn lại dây neo * Bước : xác định tải trọng Sau bước định kết cấu trụ, tiến hành xác định đặc trưng hinh học , trọng lượng , cá dao động riêng , cá chu kỳ dao động T vủa trụ tải trọng tác dụng : thành phần gió tĩnh, thành phần gió động, động đất * Bước : tính tốn nội lực thân trụ dây neo Sử dụng phương pháp tính vòng (hay phương pháp lặp) : 27 Bước đầu sơ tính gần độ cứng gối đàn hồi tính thân có chuyển vị phản lực gối đàn hồi, tiến hành tính dây với tải trọng tác đọng có trải phản lực gối đàn hồi vừa tính, kết chuyển vị nút neo, từ chuyển vị tính độ cứng gối đàn hồi, ∆ν ≤ [ ∆ν ] kết thúc, ngược lại dùng độ cứng gối đàn hồi vừa tính tiếp tục tính thân tiến hành tính vòng , vây thỏa mãn điều kiện ( ∆ν độ chênh lệch độ cứng gối đàn hồi hai lần tính liên tiếp, [ ∆ν ] ≥ độ xác cần thiết đề người tính nhằm đảm bảo an toàn , điều kiện sủ dụng tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình , xác ∆ν = [ ∆ν ] = ) * Bước : Tính tốn kiểm tra thân trụ * Bước : Tính tốn chi tiết trụ Câu 18 : Bản chất hiệu quảu ứng xuất trước kết cấu thép Ứng suất trước tạo nên kết cấu ứng suất ngược dấu với ứng suất tải trọng tính tốn gây để nhằm mục đích :  - Sử dụng cáp cường độ cao làm giảm trọng lượng thép làm kết cấu, giá thành nhờ giảm xuống  Tạo biến dạng ngược cho kết cấu, nên giảm biến dạng kết cấu trình sử dụng * Các phương pháp tạo ứng suất trước :  Căng cấu kiện mảnh có sẵn kết cấu cách thu ngắn chiều dài  Căng thêm cáp, sợi thép cường độ cao  Dịch chuyển gối tựa  Tạo biến dạng ban đầu cho phần cấu kiện Câu 19 : vật liệu , câu tạo dây căng, phận neo kết cấu ứng suất trước I Vật liệu, cấu tạo dây (thanh) căng  Vật liệu: Thép cường độ cao  Hình dạng: Cáp bện, bó sợi thép đặc 28 Cáp thép  Cáp thép bện từ sợi thép cường độ cao có đường kính 0,4 ~ 6mm  Để đề phòng ăn mòn, dsợi ≥ 1,5mm  Sợi thép để sáng mạ kẽm  Cường độ tức thời fu = σb = 1800MPa  Cường độ tính toán f = 0,63fu  Căng cáp trước sử dụng với lực kéo 15 ~ 20 % lực kéo đứt để tăng mô đun đàn hồi E  Chia làm: I Cáp bó từ sợi đường kính II Cáp bó từ sợi đường kính khác đường kính III Cáp bọc, lớp ngồi sợi thép đan dạng lò xo, lớp sợi hình nêm, sợi chịu lực  Khi cáp làm việc trời, nên dùng cáp bọc hay cáp trần có sợi mạ kẽm Dây căng bó sợi cường độ cao  Sợi không bện (mà để song song)  Đường kính sợi từ ~ 8mm  Cường độ cao  Đường kính tăng cường độ giảm Thanh căng thép tròn đặc  Vật liệu thép gia công nhiệt, ATV fu = 1000MPa ATVI fu = 1200MPa  Đường kính 10 ~ 40mm  Rẻ, dễ bảo vệ chống ăn mòn  Chiều dài ≤ 15m nên phải hàn II Bộ phận neo  Neo cốc: Dùng để neo cáp  Neo chêm: Dùng cho bó sợi cường độ cao  Neo đai ốc (êcu): Thanh căng thép tròn  Neo thép ống dập: Thép gai, cáp bó Câu 20 : cấu tạo tính tốn ứng suất trước chịu kéo tâm, Cấu tạo 29  Gồm cứng thép thường dây căng thép cường độ cao  Bố trí vách cứng dọc cứng  Dlỗ = dthanh căng + (1 ~ 2mm) Tính tốn  Tại phải căng trước?  E thép thường thép cường độ cao không giống nhau, với ứng suất ban đầu 0, có biến dạng: σ = E1ε σ E ⇒ =  σ E2 σ = E ε E1 , E2 - Mô đun đàn hồi thép thường làm cứng thép cường độ cao làm dây căng σ1 , σ - Ứng suất cứng dây căng  Khi thép thường đạt đến cường độ chịu kéo, ứng suất dây căng là: σ = σ1 E2 E = f (< 210 MPa)