Thuyết minh đồ án thép 1

Thuyết minh đồ án kết cấu thép 1Vật liệu thép số hiệu CCT38s, có cường độ tính toán:f=230 Nmm ; f = 133 Nmm ; . Độ võng giới hạn cho phép: của bản sàn =1150; của dầm phụ B=1250; của dầm chính L=1400.Hệ số vượt tải: của tĩnh tải =1,05; của hoạt tải =1,2.Hàn tay, dùng que hàn N42.Thiết bị chuyên chở có độ dài 9m.Chiều dài bản thép tối đa nhà máy đang có là 8m

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP P1

ĐỀ BÀI:

Thiết kế hệ dầm sàn bằng thép với các số liệu tính toán kèm theo cho trong bảng:

L (m) B(m) ptc (kN/m2) Sàn

Vật liệu thép số hiệu CCT38s, có cường độ tính toán:

f=230 N/mm2; fv= 133 N/mm2; fu= 380 / N mm f2; w= 180 / N mm2

Độ võng giới hạn cho phép: của bản sàn [ / l]=1/150; của dầm phụ [/B]=1/250;

của dầm chính [/L]=1/400

Hệ số vượt tải: của tĩnh tải gg=1,05; của hoạt tải g P=1,2.

Hàn tay, dùng que hàn N42

Thiết bị chuyên chở có độ dài 9m

Chiều dài bản thép tối đa nhà máy đang có là 8m

I TÍNH TOÁN BẢN SÀN

1 Chọn kích thước bản sàn

Căn cứ vào hoạt tải đó cho ptc=20,8 kN/m2=0,0208 N/mm2 chọn sơ bộ chiều dày bản sàn t s=10mm Xác định nhịp bản sàn theo công thức sau:

s s

l

t =

4 0

.(1 ).

15 ptc

n

+

Trong đó:

s s

l

t là tỷ số cần tìm giữa nhịp sàn và chiều dày sàn.

n0 = [l/] = 150

E1=

5

2,1.10

1 1 0,3

E

- - = 2,307.105 N/mm2+



5 4

s

s

l

=103,1

 lS = 103,1.10 = 1031 (mm)

Ta chọn l S = 1000 mm.

2 Kiểm tra sàn

Cắt 1 dải sàn bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn có sơ đồ tính như sau:

q

f

Hình 1 Sơ đồ tính toán sàn

+ Tải trọng tiêu chuẩn:

qtc s = ( tc .

s

p + t r ).l = (20,8+0,01.78,5).1=21,59 kN/m

+ Tải trọng tính toán:

qtt s =gg

.t s.r +gp

.ptc= (1,05.0,01.78,5+1,2.20,8)=25,78 kN/m

a Kiểm tra độ võng của sàn:

Độ võng do tải trọng tiêu chuẩn và lực kéo H tác dụng: 0

1

1 

 



Trong đó: 0 là độ võng ở giữa nhịp của bản có sơ độ làm việc như dầm đơn giản do q

tc

s gây ra

4 0

1

5 l

384

tc

s s x

q

E I

 

Với Ix =

s

t

=

= 0,83 10- 7

(m)

=>

4

5 21,59.1

384 2,307.10 0,83.10 m

+ Hệ số  xác định từ công thức: a (1 + a )2 = 3

2 0 2

s t



a (1 + a )2 =

2 2

0,0146

0,01 = Bằng cách giải phương trình bậc 3 ta được a = 1,25

 Độ võng của sàn: 0

1

1 

 

 =

1 0,0146.

1 1,25 + = 0,0065 m.

s

l



=

0,0065

1 =0,0065 < L



=

1

150=0,00667

 Bản sàn đảm bảo điều kiện độ võng cho phép

b Kiểm tra cường độ sàn:

Kiểm tra sàn theo điều kiện cường độ:

max . c

f

    

As - diện tích tiết diện sàn rộng 1m: As=1.0,01= 0,01 m2

Ws- mômen kháng uốn của tiết diện dải sàn rộng 1 m

Ws=

s =

=1,67.10- 5

m3

Mômen lớn nhất ở giữa nhịp sàn: max 0

Với

s s 0



Lực kéo H:

H =

8 1

3,14 1 1,2 .2,307.10 0,01 303,3



           

Vậy ứng suất lớn nhất trong sàn:

max

5

303,3 1,43

W 0,01 1,67.10

A

=115958,7 (kN/m2)f.c=230000 (kN/m2)

 Kết luận: Sàn đảm bảo khả năng chịu lực.

c Tính liên kết hàn:

Đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ phải chịu được lực H Chiều cao đường hàn được

xác định theo công thức: f ( ) w min c

H h

f



Với thép CCT38s dùng que hàn N42 có:

fwf =0,85.230=195,5 (N/mm2); fws=0,45.fu=0,45.380=171(N/ mm2)

Dùng phương pháp hàn tay nên: f

=0,7; b s=1.

W min

(  f ) =min (0,7.180; 1.171)=126 (N/ mm2)

Thay số vào ta có:

303,3 126

f

h 

=2,4 mm

Ta lấy chiều cao đường hàn liên kết bản sàn với dầm phụ là h f = 5 mm thoả mãn yêu cầu cấu tạo

q=25,78 kN

Mmax=104,69 kN.m

Vmax=73,49 kN

5700m m

II TÍNH TOÁN DẦM PHỤ

1 Sơ đồ tính toán dầm phụ

Sơ đồ tính toán dầm phụ là dầm đơn giản nhịp B = 5,7 m chịu tác dụng của tải trọng phân

bố đều từ sàn truyền vào

2 Tải trọng

Tải trọng tác dụng lên dầm phụ là tải trọng ptc và trọng lượng của sàn thép

+Tải trọng tiêu chuẩn:

q

tc

dp = (ptc

+t s.).ls= (20,8+0,01.78,5).1=21,59 (kN/m)

+Tải trọng tính toán:

q

tt

dp=(ptc.p+t s..g).ls= (20,8.1,2+0,01.78,5.1,05).1=25,78 kN/m

3 Xác định nội lực tính toán

Mmax=

2 8

tt dp

q B

=

2

25,78.5,7

8 = 104,69kN/m

Vmax=

2

tt dp

q B

=

25,78.5,7

2 = 73,49 kN

`

`

Hình 3 Sơ đồ tính toán dầm phụ.

4 Chọn kích thước tiết diện dầm

Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm có xét đến biến dạng dẻo:

max 1,12

x

c

f 



=

2 104,69.10 1,12.23 = 406,4 cm3

Tra bảng thép cán sẵn, chọn thép chữ I30 có các đặc trưng hình học:

Wx = 472 cm3 g = 36,5 kg/m

bf = 135 mm d=tw=6,5 mm

Sx = 268 cm3 Ix = 7080 cm4

5 Kiểm tra lại tiết diện

a Kiểm tra bền có kể đến trọng lượng bản thân dầm:

M bt=

2 8

g g B



=

2

1,05.36,5.5,7

8 = 1,556 kNm

V bt =

2

g g B



=

1,05.36,5.5,7

2 = 1,092 kN

+ Ứng suất pháp lớn nhất:

max

* max 1,12. X

M

max 1,12.

bt X

W



=

3

104,69.10 1,556.10 1,12.472.10

+

=200,9 N/mm2 max  f c 230 /  N mm2

 Dầm đã chọn đảm bảo điều kiện bền uốn

+ Ứng suất tiếp lớn nhất:

max=

*

max

.d

X X

max (V ).

.d

bt X X

V S I



=

4

(73,49.10 1,092.10 ).268.10

7080.10 6,5

+

=43,4 N/mm2 max =43,4 N/mm2 < c.fv=0,58 fy

/M =0,58.240/1,05= 133 N/mm2

 Dầm đã cho thoả mãn điều kiện chịu cắt

b Kiểm tra võng theo công thức:

3

384

tc tc x



B



 

3

5 (21,59 0,365).5,7

384 2,1.10 7080.10



=0,00356 B



 

  

1

250=0,004.

c Kiểm tra ổn định cục bộ

- Không phải kiểm tra ổn định cục bộ vì: Dầm phụ làm từ thép hình, do đó đã được tính toán tại nhà máy để đảm bảo ổn định cục bộ

d 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 của dầm

Kết luận : Dầm chọn đạt yêu cầu cả về cường độ và độ võng.

III TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH

1 Sơ đồ tính toán của dầm chính: là dầm đơn giản chịu tác dụng của các tải trọng coi

như phân bố đều

2 Tính tải trọng tác dụng

Tải trọng phân bố đều lên dầm chính có xét đến trọng lượng bản thân dầm phụ:

qtc dc=2. tc ( tc tc) (21,59 0,365).5,7 125,12

dp dp dp

kN/m

qtt dc=2. tt ( tt tt ) (25,78 0,365.1,05).5,7 149,15

dp dp dp

kN/m

3 Xác định nội lực tính toán

Mmax =

2

8

tt dc

q L

=

2

149,12.16

4772,8

kN.m

Vmax = 2

.L

q tt dc

=

149,15.16

1193,2

kN

q = 149,15 kN

Vmax=1193,2kN

Mmax=4772,8kN.m

Hình 5 Sơ đồ tính toán dầm chính.

4 Thiết kế tiết diện dầm

a Chọn chiều cao tiết diện dầm h theo điều kiện:

min max

( 20%)

d kt

 





 (Trong đó h max không hạn chế)

+ Chiều cao hmin có thể tính gần đúng theo công thức:

4

.400 .16 1,22

24 tb 24 2,1.10 1,192

 



 

với

149,15

1,192 125,14

dc dc

tt

tb tc

q n

q

m

+ Chiều cao hkt của dầm tính theo công thức: hkt = k

max .

.

k

Hệ số k = 1,15 - tổ hợp dầm hàn

Chọn t =12 mm w

4772,8

23.10 0,012

kt

m

Vậy chọn h =1,6 m

+ Kiểm tra lại chiều dày của bản bụng:

Sơ bộ chọn t f = 0,02 m

2 1,6 2.0,02 1,56

max

3

1193,2

1,56.133.10

w

w v

V

h f

Vậy chiều dày bản bụng đã chọn thỏa mãn điều kiện

b Chọn kích thước bản cánh dầm

- Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức gần đúng sau:

2 max

2 4772,8.10 160 1,2.156 2

W W

f f f

Chọn kích thước tiết diện cánh b f = 53cm, tf = 2cm thoả mãn các điều kiện:

+ b f 18cm

+ 1 1  32 80 

2 5

f

b       h   cm

+ t W 0,012t f 0,02 3. t W 0,036m

+

0,53

26,5 0,02

f

f

b

<

4 2,1.10

30, 22 23

E

5 Thay đổi tiết diện dầm

Do chiều dài dầm thép lớn nhất là 8m, nên chọn đoạn thay đổi tiết diện sẽ gia công trong nhà máy và một đoạn tính từ đầu dầm đến khoảng cách 4m sẽ gia công tại công trường Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa một đoạn: x   1/ 5 1/ 6   L   1 / 5 1 / 6 16  

Ta chọn x = 4 m

Momen tại vị trí tiết diện thay đổi:

3579,6

tt

dc

x

q x L x

kN.m Diện tích tiết diện bản cánh cần thiết tại vị trí thay đổi:

w

.h 2 3579,6.10 160 1,2.156 2

x

f f f

Chọn

'

f

b

= 45 cm

530 200

4000

450

12

12

530 Hình a: Đoạn dầm thay đổi tiết diện Hình b: Tiết diện dầm ban đầu

6 Kiểm tra bền cho dầm

- Tính mô men do trọng lượng bản thân dầm:

w w

16 ( ) (1,56.0,012 2.0,53.0,02).78,5

8

.

8

- Mômen quán tính thực của tiết diện dầm:

4

f

w w

h

t h

 

 

- Mômen kháng uốn thực của dầm:

3 .2 1702733,6.2

21284,17 160

x x

I

h

 Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp:

2 max

4772,8.10 105,29.10

229,2 / 21284,17.10

bt x

N mm W

Vậy thỏa mãn điều kiện ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp

Kiểm tra ứng suất tiếp tại gối tựa:

' max

'

.

bt x

v c

x W

f

I t

16 ( 2 ) (1,56.0,012 2.0.53.0,02).78,5.1,05 26,32

L

.

158 187,2 156

f

x f f

2

.

2 2.45.2 1503021,6

f

h

t h

'

' .2 1503021,6.2 3

160

x

x

I

cm h

max

( ) (1193,2 26,32).10 10760,4.10

72,76 / 133 / 1503021,6.10 12

bt x

v c

x W

I t

Vậy thỏa mãn điều kiện ứng suất tiếp tại gối tựa

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

tt

'

bt

g

2

tt

-=

3,29.4.(16 4)

78,97

-=

3579,6.10 78,97.10

194,7 / 195,5 / 18787,7.10

x bt

x

W

Vậy thỏa mãn điều kiện ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh

 Kiểm tra ứng cục bộ tại nơi đặt dầm phụ:

3

2 2.(73,49 1,092).10

71,03 / 2 (13,5 2.2).12.10

dp dp bt

P

N mm





71,03 / 230 /

Vậy thỏa mãn điều kiện ứng suất cục bộ tại nơi đặt dầm phụ

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

2

( ) (3579,6.10 78,97.10 ).1560

189,86 / 18787,7.10 1600

x bt w

x

N mm

W h

16 ( ) 149,15.( 4) 596,62

16 ( ) 3,29.( 4) 13,16

tt

x dc

tt

bt dc

L

L

2

( ) (596,62.10 13,16.10 ).10760,4.10

36,38 / 1503022.10 12

x bt x

x w

N mm

I t

1 1 3 1 189,86 189,86 3.36,38.10 177,71 /

177,71 / 1,15 264,5 /

Vậy thỏa mãn điều kiện ứng suất tương đương tại nơi tiết dầm thay đổi

7 Kiểm tra ổn định dầm

 Kiểm tra ổn định tổng thể:

- Kiểm tra tỷ số

0 f

l

b :



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

4

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



100

1,89 18,05

60    Dầm đảm bảo ổn định tổng thể.

Với l là khoảng cách giữa các dầm phụ =1,0 m = 100 cm.0

 Kiểm tra ổn định cục bộ:

+ Kiểm tra ổn định bản cánh:

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

Do vậy ta không cần kiểm tra

+ Kiểm tra ổn định cục bộ cho bản bụng:

Kiểm tra theo điều kiện ổn định:

w

w

     

; Ta có

1 2,1.10

Vậy bụng dầm mất ổn định dưới tác dụng của ứng suất tiếp

Do đó bản bụng phải cấu tạo sườn ngang cho bản bụng không bị mất ổn định.

+ Khoảng cách lớn nhất của các sườn ngang là : a2.h w 2.156312(cm)

' 200

a  cm

3000 3000

3000 3000

16000

+ Bề rộng và chiều dày của sườn:

1560

w s

h

=> Chọn b s 100mm10(cm)

Ta chọn ts=7 mm

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

b s =100 ts=7 12

= w

t

600

 Kiểm tra ứng suất trong các ô:

 Kiểm tra ô bụng 1:

- Điểm kiểm tra cách đầu dầm 1 đoạn x có giá trị là:

w 1

1560

h

- Mômen ở ô bụng 1:

M

1

q.x L x



149,15 3, 29 1,22 16 1,22

1374,3kN.m 2

- Lực cắt tại ô bụng 1:

 

V q x 149,15 3,29 1,22 1033,5(kN)

- Ứng suất pháp trong ô bụng 1:

6

2

1 w

x

- Ứng suất tiếp trong ô bụng 1:

3

2 1

1

w w

55, 2(N / mm )

Ta có  c 71, 03(N / mm )2

- Ứng suất pháp cực hạncr:

Ta có:

1, 28 0,8 1,56

w

a

h    với 1

71,03

0,99 71,31

c



 



45 2,0

156 1, 2

f f

w w

       

 

 



cr

cr 2

w

C f

với Ccr - hệ số tính ứng suất giới hạn, phụ thuộc vào 

Tra bảng 27 mục 7.6.1.4 ta có: C  cr 31,6

2 2

2

31,6.230

392,9(N/ mm ) 4,3

cr

cr

w

C f



- Ứng suất cục bộ giới hạn là:

1

'

;

2

w a

   



2.1,2 2,1.10

  

;

0,64

2 w 2.1,56

a

Giá trị C1 đối với dầm hàn là C 1 12,88

2 1

12,88.230

389,49( / ) 2,75

c cr

a

C f

N mm



- Ứng suất tiếp cực hạn cr:

ow   

4 w

t E 1, 2 2,1.10

' 200

1, 28 156

w

a

h

   

2 2

1,28 4,3

v cr

ow

f

N mm

  

Ta có:

,

71,31 71,03 55, 2

0,625 1 392,9 389, 49 108,4

c

c

cr c cr cr

Vậy ô bụng 1 đảm bảo ổn định.

 Kiểm tra ô bụng 2:

- Điểm kiểm tra cách đầu dầm 2 đoạn x có giá trị là:

w 2

1560

h

x    a a     mm

- Mômen ở ô bụng 2:

2

q.x L x M

149,15 3,29 4,22 16 4,22  

3789,1( )



- Lực cắt tại ô bụng 2:

V q x 149,15 3, 29 4, 22 576, 2(kN)

- Ứng suất pháp trong ô bụng 2:

6

2

2 w

x

- Ứng suất tiếp trong ô bụng 2:

3

2 2

2

576,2.10

w w

V

N mm

h t

Ta có  c 71, 03(N / mm )2

- Ứng suất pháp cực hạncr:

Ta có:

3 1,92 0,8 1,56

a

h    với

71, 03

0,36 196,6

c



 



3 3

53 2,0

156 1,2

f f

w w

       

 

 



cr

cr 2

w

C f

với Ccr - hệ số tính ứng suất giới hạn, phụ thuộc vào 

Tra bảng 27 mục 7.6.1.4 ta có: C  cr 31,9

2 2

2

31,9.230

397,2(N/ mm ) 4,3

cr

cr

w

C f



- Ứng suất cục bộ giới hạn là:

   



1

c,cr 2 a

w a

;

2t E

2.1,2 2,1.10

  

;

3 0,96

2 w 2.1,56

a

Giá trị C1 đối với dầm hàn là C 1 17,95

2 1

17,95.230

241,24( / ) 4,173

c cr

a

C f

N mm



- Ứng suất tiếp cực hạn cr:

ow   4 

w

t E 1, 2 2,1.10

300

1,92 156

w

a

h

   

2 2

1,92 4,3

v cr

ow

f

N mm

  

Ta có:

,

196,6 71,03 30,78

0,86 1 397,2 241, 24 89,48

c

c

cr c cr cr

Vậy ô bụng 2 đảm bảo ổn định.

8 Tính liên kết giữa cánh dầm và bụng dầm

Đường hàn liên kết cánh và bụng dầm chịu lực trượt do V gây ra Liên kết giữa cánh và bụng là đường hàn nên ta tính chiều cao đường hàn theo công thức:

 

' x

V.S

Với : V V  max  Vbt  1193,2 26,32 1219,52   kN

2 13,5 2.2 17,5

dp dc

 tt dp 2  73,47 1,092 2 149,124 

dp bt

f

1 1219,52.10760,4 149,124

2.12, 6.1 1503021, 6 17, 5

Vậy chọn chiều cao đường hàn theo điều kiện cấu tạo là h f 7(mm), hàn suốt chiều dài dầm

9 Tính mối nối đầu dầm

- 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

q.x L x (149,15 3, 29).4 16 4

         

1

V q x (149,15 3, 29) 4 609,76kN

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

Với:

4

w w

b

x

Chọn bản ghép có tiết diện: Chiều cao bản ghép bằng chiều cao bản bụng trừ đi 10cm Vậy ta có hg 156 10 146(cm)

Chọn tiết diện bản ghép là (146x10)mm, chiều rộng 10cm:

100

Kiểm tra tiết diện bản ghép: 2.Abg 2.146.1292Aw 156.1 156

Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực, do đó có momen lệch tâm là:

e 1

M V 5 609, 76.5 3048, 75(KN.cm)

Chọn chiều cao đường hàn hf 11mm thoả mãn:

h 5mm h 1, 2t 1,2.1=12mm

Ta có:

f

2 h 1 h 2 146 1 1,1

A 2 h 1 h 2 146 1 1,1 319cm

Kiểm tra ứng suất đường hàn:

 

 

w min c

Vậy mối hàn đã chọn đạt yêu cầu

10 Tính sườn đầu dầm

Sườn đầu dầm chịu phản lực gối tựa: V =1193,2+26,32 = 1219,52 (kN)

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

Bề rộng sườn đầu dầm lấy bằng bề rộng của bản cánh:bs b'f 45(cm)

Ta có

 u  

c



s

s c c

b f 45.36,19.1

Chọn ts=1,6cm

Chọn sườn có kích thước : b t s s (45 1, 6) cm

+ Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ:

4 w

s

13,75 0,5 0,5 15,11

os s

s

4

2

3

2,1.10

23 (45.1,2) 28,2 82,2( )

9115,89( )

9115,89 10,5( ) 82,2

156

10,5

s qu

w

s s

s

s

s

w

s

E

f

b t

I

A

h

i

3

max

2

1219,52.10

V

A



 Kết luận: Vậy sườn đã chọn đảm bảo ổn định.

 Sườn được liên kết với dầm bằng các đường hàn góc và đường hàn cấu tạo: h f = 11mm

 Các sườn đầu dầm được liên kết với nhau bằng liên kết bu lông

 Bu lông được chọn theo cấu tạo đường kính M20

100

6M20

100

hf = 7

250

16

450

450