Số hiệu Lx Ly N- N+ Tiết diện lws lws (m) (m) (kN) (kN) (kN/cm2) (cm) (cm) 1 - - - - 2 3,300 3,300 11,18 4,28 2L60x50x6 2,46 1,06 0,71 3 3,600 3,600 - 122,38 2L60x50x6 9,74 11,66 7,77 4 3,900 3,900 11,36 4,17 2L60x50x6 3,39 1,08 0,72 5 4,200 4,200 - 0,88 2L60x50x6 0,07 0,08 0,06 6 2,250 4,500 12,20 30,87 2L60x50x6 4,90 2,94 1,96 7 1,507 1,507 112,03 8,76 2L60x50x6 11,12 10,67 7,11 8 1,507 1,507 112,04 9,56 2L60x50x6 11,12 10,67 7,11 9 1,507 1,507 223,72 - 2L60x50x6 22,24 21,31 14,20 10 1,507 1,507 223,72 - 2L60x50x6 22,24 21,31 14,20 11 1,507 1,507 194,26 - 2L60x50x6 19,36 18,50 12,33 12 3,000 3,000 85,52 16,79 2L70x50x6 16,26 8,14 5,43 13 3,000 3,000 - 194,81 2L70x50x6 14,14 18,55 12,37 14 3,000 3,000 - 197,97 2L70x50x6 14,37 18,85 12,57 15 3,000 3,000 - 182,30 2L70x50x6 13,23 17,36 11,58 16 3,000 3,000 - 182,30 2L70x50x6 13,23 17,36 11,58 17 2,120 4,240 - 215,27 2L60x50x6 17,14 20,50 13,67 18 2,340 4,680 180,59 - 2L60x50x6 24,45 17,20 11,47 19 2,340 4,680 45,32 30,69 2L60x50x6 6,11 4,31 2,88 20 2,580 5,160 16,49 43,87 2L60x50x6 2,52 4,18 2,78 21 2,580 5,160 41,07 32,61 2L60x50x6 6,26 3,91 2,61 22 1,650 1,650 5,15 2,58 2L50x40x5 1,02 0,49 0,33 23 2,340 2,340 1,51 4,05 2L50x40x5 0,38 0,38 0,26
Số hiệu Lx Ly N- N+ Tiết diện lws lws (m) (m) (kN) (kN) (kN/cm2) (cm) (cm) 24 2,120 2,120 1,35 3,67 2L50x40x5 0,33 0,35 0,23 25 1,650 1,650 5,15 2,58 2L50x40x5 1,02 0,49 0,33 26 1,950 1,950 5,18 2,58 2L50x40x5 1,20 0,49 0,33 27 2,580 2,580 1,38 3,86 2L50x40x5 0,44 0,37 0,24 28 2,340 2,340 1,24 3,50 2L50x40x5 0,38 0,34 0,22 29 1,950 1,950 5,18 2,58 2L50x40x5 1,20 0,49 0,33 30 2,250 2,250 - 19,06 2L50x40x5 2,23 1,82 1,21 31 2,580 2,580 27,45 - 2L50x40x5 8,08 2,62 1,74 32 1,500 1,500 12,32 - 2L50x40x5 2,05 1,18 0,78
Ghi chú: Thanh số 1 biểu thị đoạn cột trên, liên kết với giàn mái.
Dƣới đây, trình bày cách kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện thanh giàn, đƣờng hàn thanh giàn với bản mã tại nút đặc biệt (nút đỉnh giàn), riêng chi tiết liên kết nút có điểm treo cầu trục đƣợc trình bày ở mục 3.3.7.
(1) Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giàn, trƣờng hợp có cầu trục treo xét đến mô men uốn cục bộ tại nút giàn do lực hãm ngang cầu trục:
Khi cầu trục hãm ngang, sẽ gây ra mô men uốn lệch tâm cục bộ lên nút giàn với độ lệch tâm chính là khoảng cách từ điểm treo đến mép dƣới của thanh cánh dƣới giàn, e = 0,3m, lực hãm ngang sẽ phân phối cho đều cho mỗi điểm treo cầu trục, do vậy giá trị mô men lệch tâm M = e.T = 0,3.4,36 = 1,308kNm. Tƣơng ứng có các giá trị mô men uốn trong các thanh, xác định bằng phần mềm SAP2000 hoặc theo cách phân phối mô men theo tỷ lệ độ cứng đơn vị, với thanh cánh dƣới M1 = 0,508kNm và thanh bụng đứng M2 = 0,276kNm.
Vậy tính toán thanh cánh dƣới (thanh số 14) và thanh đứng (thanh số 3) là cấu kiện chịu kéo – uốn, với thanh cánh dƣới có lực dọc N1 = 197,97kN và mô men uốn M1 = 0,508kNm; và thanh đứng có lực dọc N2 = 122,38kN và mô men uốn M2 = 0,276kNm. Với cấu kiện ghép bởi hai thép góc, tra Phụ lục 3.5 ta có hệ số nc = 1,0 và cx = 1,6. Từ công thức (2.6), với vật liệu thanh fy 53kN/cm2, không chịu trực tiếp tác dụng của tải trọng động, khi 0,5fv và N/(Anf) > 0,1) cần kiểm tra theo công thức có kể đến biến dạng dẻo.
- Các đặc trƣng hình học của tiết diện thanh cánh dƣới và thanh bụng: với thanh cánh dƣới dùng thép góc 2L70x50x6 có I1 = 33,4cm4, A1 = 6,89cm2, z0.1 = 2,23cm và có chiều dài là 3,0m; với thanh đứng dùng thép góc 2L60x50x6 có I2 = 21,7cm4, A = 6,28cm2, z0 = 1,84cm và có chiều dài là 3,6m.
- Kiểm tra ứng suất đối với thanh cánh dƣới, ứng với phía mép thép góc Wx.m1 = Ix/(b-z0) = 33,4/(7,0-2,23) = 159,3cm3; ứng với phía sống thép góc Wx.s1 = Ix/z0 = 33,4/2,23 = 14,97cm3. Với thớ chịu kéo (phía mép thép góc):
c n 1 1 1 c x x.m1 c N M 197,9 50,8 0, 73 1 A f c W f 2.6,89.21.0,95 1, 6.159,3.21.0,95
- Kiểm tra ứng suất đối với thanh đứng, ứng với phía mép thép góc Wx.m2 = Ix/(b- z0) = 21,7/(6,0-1,84) = 90,27cm3; ứng với phía sống thép góc Wx.s2 = Ix/z0 = 21,7/1,84 = 11,79cm3. Với thớ chịu kéo (phía mép thép góc):
c n 2 2 2 c x x.m2 c N M 122,38 27, 6 0,50 1 A f c W f 2.6, 28.21.0,95 1, 6.90, 27.21.0,95
Nhƣ vậy, ứng suất trong thanh cánh dƣới và thanh đứng của giàn khi có kể thêm mô men uốn lệch tâm cục bộ do tác dụng của lực hãm ngang cầu trục nhỏ hơn độ bền của tiết diện thanh giàn, có nghĩa chúng đều đảm bảo khả năng chịu lực.
Cũng thấy rằng, ảnh hƣởng của mô men lệch tâm đến ứng suất trong thanh cho trƣờng hợp này là khá nhỏ, khoảng (0,148,00)%. Chính vì vậy, trong tính toán sau này vẫn có thể tính toán kiểm tra tiết diện thanh giàn và liên kết không xét đến mô men lệch tâm cục bộ do lực hãm ngang T, có nghĩa tính toán thanh giàn nhƣ đối với cấu kiện chịu kéo hoặc chịu nén đúng tâm.
(2) Kiểm tra chiều dài đƣờng hàn tại nút đỉnh giàn (nút số 8) khi có cầu trục treo: Lực dùng để tính toán kiểm tra nút có khuếch đại và nối thanh cánh số 11 bằng bản ghép, lấy bằng 1,2 lần nội lực của thanh cánh, Nt = 1,2N11 = 1,2.194,26 = 233,11kN; ứng suất ở diện tích quy ƣớc t = Nt/Aqƣ = 233,11/250 = 0,932kN/cm2, < cf =21.1 = 21 kN/cm2, với liên kết Aqƣ = Agh + 2bg.tbm = 13.10 + 2.60.10 = 250cm2. Với đƣờng hàn liên kết bản ghép vào thanh cánh chịu lực thực tế truyền qua bản ghép, Ngh = t Agh = 0,932.130 = 121,16kN, có nghĩa là đƣờng hàn liên kết thanh cánh với bản mã chịu lực còn lại, Nc = Nt - Ngh = 233,11 - 121,16 = 119,85kN > Nt/2 =
116,55kN. Khi đó, đƣờng hàn sống và mép chịu lực nhƣ nhau, có nghĩa chiều dài đƣờng hàn cần thiết ở sống và mép là: c ws wm f w min c 0,5N 0,5.119,85 l l 2,38cm 2h ( f ) 2.1,0.12,6.1,0
So sánh với chiều dài đƣờng hàn thực tế, lws = lwm = 8,9cm, do vậy chiều dài đƣờng hàn thanh cánh và bản mã đảm bảo khả năng chịu lực. Vậy các đƣờng hàn ở nút đỉnh giàn (nút số 8) không cần phải gia cƣờng.
Cũng có thể kiểm tra khả năng chịu lực của các đƣờng hàn liên kết thanh giàn với bản mã và của các thanh chịu kéo hoặc nén trong giàn theo các công thức ở mục 2.4.3 và 2.4.4. Qua đó, kết quả kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giàn và liên kết nút giàn đƣợc ghi ở Bảng 3.3, ứng với trƣờng hợp kết cấu giàn có cầu trục treo. Đồng thời, qua kết quả ở Bảng 3.3 cho thấy rằng, có 03 đoạn thanh giàn (thanh số 9, 10 và số 18) có ứng suất lớn hơn cƣờng độ tính toán của vật liệu thép CCT34 làm thanh giàn, và có 04 vị trí liên kết thanh giàn với bản mã (liên kết thanh số 17 vào nút liên kết số 1 và nút số 16; thanh giàn số 18 vào nút số 4 và nút số 16), tƣơng ứng các thanh giàn và vị trí nút liên kết ở hai phía của nửa giàn, có chiều dài đƣờng hàn sống và đƣờng hàn mép theo yêu cầu chịu lực lớn hơn so với thực tế chế tạo.
Nhƣ vậy, có 03 thanh giàn và 04 vị trí liên kết các thanh với bản mã cần phải gia cƣờng. Ngoài ra, cần phải lựa chọn giải pháp chi tiết và gia cƣờng nút số 17 để liên kết kết cấu đỡ dầm cầu trục treo tại nút giàn. Ký hiệu vị trí thanh và nút liên kết cần phải gia cƣờng nhƣ ở Hình 3.17. 3,0 3,0x10=30,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 1,5 4,5 01 09 10 N-4 18 11 N-17 N-1 N-16 17 03
Hình 3.17. Vị trí thanh và liên kết thanh với nút giàn cần phải gia cƣờng 3.3.4. Kiểm tra độ võng của kết cấu giàn 3.3.4. Kiểm tra độ võng của kết cấu giàn
Nhƣ đã biết, kết cấu giàn mái sau khi gia cƣờng phải chịu đƣợc tải trọng do cầu trục treo gây ra và phải đảm bảo hoạt động bình thƣờng của cầu trục. Chính vì vậy, độ
võng cho phép của kết cấu giàn đƣợc lấy theo loại cấu kiện giàn đỡ cầu trục [11] và theo Phụ lục 3.6, với cầu trục chế độ làm việc nhẹ lấy [/L] = 1/400. Đồng thời, chiều cao giữa giàn đã chọn là 4,5m, tỷ số chiều cao/nhịp h/L = 4,5/30 = 15, có nghĩa tỷ số này cũng lớn hơn so với yêu cầu chiều cao tối thiểu của giàn h/L = (8-12). Do vậy, cần phải kiểm tra độ võng ở nhịp giàn.
Độ võng theo lý thuyết ở nhịp của giàn đƣợc tính toán với tải trọng tiêu chuẩn, ứng với giá trị chuyển vị thẳng đứng tại nút giữa giàn thuộc thanh cánh dƣới. Kết quả tính toán bằng phần mềm SAP 2000 trong tổ hợp tải trọng thƣờng xuyên và tải trọng cầu trục do tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:
x = 5,77/1,2 + 1,48/1,2 = 6,04cm Kiểm tra độ võng, ta có: x 6,04 0,805 1 L 3000 400 L 400 Vậy giàn đảm bảo độ võng trong giới hạn cho phép. 3.3.5. Lựa chọn giải pháp gia cƣờng thanh và nút liên kết giàn a) Đối với thanh giàn:
Thanh giàn trong quá trình chịu lực, hình dạng hình học của chúng vẫn đảm bảo và không bị cong vênh. Giải pháp gia cƣờng thanh giàn bằng tăng tiết diện cá biệt các thanh không đảm bảo khả năng chịu lực, với thanh giàn cần gia cƣờng đều chịu lực nén và đƣợc ghép bởi hai thép góc, giải pháp tăng cƣờng khả năng chịu lực bằng cách cách sau:
- Cách 1: dùng hai thép góc ghép hàn cánh của chúng với cánh thép góc ban đầu; - Cách 2: dùng thép tròn hoặc thép ống đặt vào góc vuông của thép góc rồi hàn với cánh thép góc.
b) Đối với nút liên kết thanh giàn:
Gia cƣờng chịu lực liên kết thanh giàn với bản mã sử dụng đƣờng hàn, có thể chọn một trong các cách sau: (1) tăng chiều dài đƣờng hàn cũ bằng cách bổ sung thêm đoạn bản mã hoặc hàn bổ sung đƣờng hàn ở đầu thanh thép góc; (2) tăng chiều cao đƣờng hàn bằng đắp cao đƣờng hàn; (3) bố trí thêm bu lông cƣờng độ cao liên kết cánh thép góc với bản mã.
Thấy rằng, khi có cầu trục treo thì chiều dài đƣờng hàn các thanh giàn với bản mã ở 03 vị trí liên kết không đảm bảo khả năng chịu lực. Lý giải việc này, có thể giải
thích bằng việc tăng nội lực khá lớn ứng với trƣờng hợp có cầu trục so với trƣờng hợp không có cầu trục, giải pháp tăng chiều cao đƣờng hàn hoặc bổ sung đƣờng hàn đầu thanh giàn là không phù hợp. Vậy phƣơng án lựa chọn để gia cƣờng đƣờng hàn giữa thép góc với bản mã của chi tiết nút liên kết trong giàn có thể lựa chọn theo cách sau:
- Cách 1: tăng chiều dài đƣờng hàn cũ bằng cách bổ sung thêm đoạn bản mã; - Cách 2: bố trí thêm bu lông cƣờng độ cao liên kết cánh thép góc với bản mã. c) Đối với nút liên kết giàn và dầm cầu trục:
Tại nút số 3, dùng giải pháp bổ sung bản thép có chiều dày bằng chiều dày bản mã, chúng đƣợc hàn với bản mã và thép góc cánh dƣới, sao cho áp lực đứng của cầu trục trùng với trọng tâm của thanh bụng đứng. Ngoài ra, để chi tiết liên kết chịu đƣợc lực hãm ngang của cầu trục, cần gia cƣờng sƣờn ở hai phía bản thép và có vị trí trùng với trục của thanh bụng. Để liên kết chi tiết này với dầm cầu trục treo, cần có bản ngang liên kết bu lông cƣờng độ cao với cánh trên của dầm cầu trục treo.
Việc tính toán chi tiết gia cƣờng thanh và nút liên kết thanh giàn với bản mã, nút liên kết giàn và dầm cầu trục nhƣ ở mục 3.3.6. Hình vẽ chi tiết cấu tạo của chúng đƣợc thể hiện kèm theo.
d) Đối với chiều dày bản mã:
Bản mã liên kết các thanh trong giàn hiện có, sử dụng thép tấm có chiều dày tbm = 1,0cm, dựa vào nội lực lớn nhất trong thanh bụng của giàn [11] ứng với trƣờng hợp kết cấu giàn có cầu trục treo, nội lực trong thanh số 17 là N17 = 215,27kN. Vậy bản mã trong nút liên kết thanh giàn có chiều dày tbm = 1,0cm đáp ứng yêu cầu cấu tạo nhƣ ở Bảng 2.1, không cần gia cƣờng chiều dày bản mã.
3.3.6. Tính toán thiết kế gia cƣờng thanh và nút liên kết giàn a) Tính toán thiết kế gia cƣờng cho thanh giàn: a) Tính toán thiết kế gia cƣờng cho thanh giàn:
Trên cơ sở công thức ở mục 2.5 của Chƣơng 2, xây dựng bản tính bằng phần mềm thƣơng mại Excel để tính toán thiết kế gia cƣờng thanh giàn, kết quả tính gia cƣờng cho các thanh giàn số 9, 10 và số 18 bằng thép góc và thép tròn đƣợc ghi ở các Bảng 3.4 và Bảng 3.5. Qua kết quả tính cho thấy, sử dụng giải pháp gia cƣờng bằng thép góc sẽ cho diện tích tiết diện gia cƣờng cần thiết nhỏ hơn so với trƣờng hợp sử dụng thép tròn, do vậy với trƣờng hợp này nên sử dụng giải pháp gia cƣờng bằng thép góc, xét về mặt kinh tế.