ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đồ án môn học Kết cấu thép GVHD: TS Vũ Hoàng Hưng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

------o0o------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP

THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

( ĐỀ SỐ 20)

A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ :

Bề rộng lỗ cống: Lo= 12 m

Cột nước thượng lưu: Ho= 7 m

Cột nước hạ lưu: Hh= 0

Cao trình ngưỡng: Δ= 0,5m

Vật chắn nước đáy bằng gỗ, vật chắn nước bên bằng cao

su hình chữ P

Vật liệu chế tạo van:

- Phần kết cấu cửa: Thép CT3

- Trục bánh xe: Thép CT5.

- Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT35└

- Ống bọc trục bằng đồng.

Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh: nq= 1.1 và của

trọng lượng bản thân: ng= 1.1

Độ võng giới hạn của dầm chính: 1no

=1

600 ; của dầm phụ1no

=1

250 .(Tra bảng 4-1 trang 61 GT Kết cấu thép -ĐHTL

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1 Trang :1

Đồ án môn học Kết cấu thép GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

Cường độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo thép

CT3 Bảng 1-5 trang 10 Giáo trình Kết cấu thép:

- Ứng suất pháp khi kéo nén dọc trục: Rk,n= 2140

daN/cm2.

- Ứng suất pháp khi uốn: Ru= 2550 daN/cm2.

- Ứng suất cắt: Rc= 1290 daN/cm2.

- Ứng suất ép mặt đầu: Remđ= 3220 daN/cm2.

Hệ số điều kiện làm việc: Đối với cửa van chính thuộc

nhóm 1-4 m=0.72m

B. NỘI DUNG THIẾT KẾ:

I. Bố trí tổng thể cửa van:

Để bố trí tổng thể cửa van cần sơ bộ xác định vị trí và

các kích thước cơ bản của dầm chính


1

4 3

7a

6

2

5

B▼0.0

2Ht/3

W

hva 1 ≤ 0

,45h

v

atrad

∆

Ht/330o

7b

7c

L0 C

8

7a

Bè trÝ tæng thÓ cöa van ph¼ng trªn mÆt, hai dÇm chÝnh

aa2


Hình 1: Bố trí tổng thể cửa van phẳng trên mặt, hai dầm

chính

1. B¶n mÆt2. DÇm chÝnh3. DÇm phô däc4. Giµn ngang5. Giµn chÞu träng lîng6. Dầm biên7. Bánh xe

1.Bản mặt:

-Là tấm phẳng tiếp xúc với nước có kích thước : L x Hv x

δbm

+ Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe: c = 0.3

(m).

Nhịp tính toán cửa van là: L = Lo+ 2c = 12 + 2 ¿ 0.3 =

12.6 (m)

+ Chọn khoảng chiều cao an toàn Δ = 0.5 (m)

Chiều cao cửa van là: Hv = Ht + Δ = 7 + 0.5 = 7.5 (m)

+δbm: Bề dày bản mặt

2.Thiết kế sơ bộ dầm chính:

Thiết kế cửa van phẳng trên mặt 2 dầm chính.



H t

H t

23

H t3

a1

atr

ad

a2

W n

H v

Z =

Hình 2: Bố trí hai dầm chính

* Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy van một

đoạn:

Z = Ht3 =

73 = 2.33 (m)

* Chọn đoạn công xôn phía trên a1

- Theo yêu cầu thiết kế: a1 ¿ 0,45 hv = 0.45 x 7.5 = 3.375

(m), chọn a1= 3.3 (m).

- Để hai dầm chính chịu lực như nhau thì phải đặt cách đều

tổng áp lực nước.

Vậy khoảng cách hai dầm chính là: a = 2 ¿ (Ht - a1 - Z) = 2 ¿

(7.5 – 3.3 – 2.33) =3.74 (m)

* Đoạn công xôn phía dưới a2

a2 = Hv – (a1 + a) = 7.5 – (3.3 + 3.74) = 0.46 (m).



* Khoảng cách từ dầm chính trên, dầm chính dưới đến tâm hợp

lực: atr ; ad

- Sơ bộ chọn : atr = ad = a/2 = 3.74/2 = 1.87 (m)

Lực tác dụng lên mỗi dầm chính.

- Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn:

qtc = Wn/2 = γ (Ht)2/4 = 10 ¿ 72/4 = 122.5 (kN/m)

- Tải trọng phân bố đều tính toán:

qtt = n qtc = 1.1 ¿ 122.5= 134.75 (kN/m)

Lo = 12 m c = 0.3m c = 0.3m

Hình 3: Sơ đồ tính toán dầm

chính

Xác định nội lực dầm chính: Mômen uốn tính toán lớn

nhất:

Mmax = qtt×L0

2 ×L2 -

qtt×L02

8 = 134.75×12

2×12.62 -

134.75×1228 =

2668.05 (kNm)

Lực cắt tính toán lớn nhất:

Qmax = qttL02 =

134.75×122 = 808.5 (kN)

Xác định chiều cao dầm chính: Dựa vào điều kiện kinh

tế và điều kiện độ cứng đối với dầm đơn, chịu lực phân

bố đều, có tiết diện đối xứng:



- Theo điều kiện kinh tế: hkt = 3√kλbWycưƯ

Trong đó: k = 1.5; λb = 100

Wyc = MmaxR =

2668.05×1042550 = 10462.94 (cm3)

→ hkt = 3√1.5×100×10462.94ưƯ = 116.21 (cm)

- Theo điều kiện độ cứng, chiều cao nhỏ nhất của dầm:

hmin=524

×RLn0E

×qntc

qntt

= 524

×RLn0E ×

1n

Trong đó:no = 600, E = 2.1 ¿ 106 daN/cm2

qtc = 122.5 kN/m, n = 1.1

→ hmin=

524 ×

2250×12.6×102×6002.1×106

×1

1.1 = 153.41 (cm)

Có h = max ( hkt, hmin )

→ Chọn h = 154 cm 3. Bố trí giàn ngang

Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cáchgiữa các giàn ngang (B) không nên lớn hơn 4 m. Bố trígiàn ngang tuân theo điều kiện:

- Các giàn ngang cách đều nhau.

- Giàn ngang nằm trong phạm vi dầm chính không thayđổi tiết diện.

- Số giàn ngang nên chọn lẻ để các kết cấu như dầmchính, giàn chịu trọng lượng có dạng đối xứng. ở đâybố trí ba giàn ngang và hai trụ biên.



4. Bố trí dầm phụ dọc

Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các giàn

ngang có thể tính như dầm đơn, gối tựa là 2 giàn ngang và

đỡ tải trọng của bản mặt truyền đến. Dầm phụ được bố trí

song song với dầm chính, càng xuống sâu dầm càng dày vì áp

lực nước tăng.Khoảng cách giữa các dầm phụ 0.5÷1 m. Dầm phụ

chọn tiết diện chữ C đặt úp để tránh đọng nước. Bố trí các

dầm phụ dọc như hình 4

Hình 4 : Bố trí các dàn ngang các dầm dọc phụ



0,46

0,70,7

0,750,8

0,80,8

0,80,8

50,8

5

3,3m 3,0m 3,3m 3,0m

5. Trụ biên

Trụ biên ở hai đầu cửa van, chịu lực từ dầm chính, dầm

phụ và lực đóng mở van. Trụ biên gắn với gối tựa kiểu trượt

hoặc bánh xe truyền lực lên trụ pin. Các thiết bị treo,

chốt giữ và móc treo cũng được nối với trụ biên.

Tiết diện trụ biên của cửa van trên mặt thường có dạng

chữ I. Để đơn giản cấu tạo chiều cao trụ biên thường chọn

bằng chiều cao dầm chính

6. Giàn chịu trọng lượng

Giàn chịu trọng lượng bao gồm cánh hạ của dầm chính,

cánh hạ của dàn ngang, được bổ sung thêm các thanh bụng

xiên có tiết diện là các thép góc đơn hoặc ghép.

7. Bánh xe chịu lực

Để đóng mở cửa van cần bố trí kết cấu di chuyển cửa

van bằng thanh trượt hoặc bánh xe chịu lực. Bánh xe được bố SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1 Trang :8


trí ở mặt sau trụ biên, bánh xe bên và bánh xe ngược hướng

nên dùng bánh xe cao su để giảm chấn động.:

8. Bánh xe bên

Để khống chế cửa van không bị dao động theo phương

ngang và đẩy về phía trước, người ta thường bố trí các bánh

xe bên. Đôi khi người ta kết hợp sử dụng bánh xe chịu lực

đồng thời làm bánh xe bên.

9. Vật chắn nước

Vật chắn nước hai bên và vật chắn nước được sử dụng

vật liệu bằng cao su bố trí ở hai bên và dưới đáy cống dạng

củ tỏi.

II. Tính toán các bộ phận kết cấu van.

1.Tính toán bản mặt:

Bản mặt được bố trí thành 4 cột, chỉ cần tính cho một dãy

cột có bề rộng lớn nhất là B = 3.3m. Các ô dầm được tính

toán như tấm hình chữ nhật chịu tải trọng phân bố, như hình

5:



I

III IV VVI VII VIII IXX

II

= 0.5m

7,75

16

32

40

24

47.75

55

62

67.75

0,85

0,85

0,80,8

0,80,8

0,75

0,70,7

0,46

(m)

Hình 5: Sơ đồ tính chiều dày bản mặt

Chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức:

δbm = √6×α×a2×ptbma×Ru

Trong đó:

- a: Cạnh ngắn của ô bản mặt (m)

- b: Cạnh dài của ô bản mặt (m)

- ptb : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt

được xét (kN/m2)

- Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt, Ru =

225000 (kN/m2)

- ma: Hệ số điều kiện làm việc của thép làm bản mặt, ma

= 1.25



- α: Hệ số phụ thuộc tỷ số b/a, tra bảng 7.1 Giáo trình

kết cấu thép,

nếu b/a ≥ 2 thì α = 0.0625

•Để tính toán ta lập bảng tính như sau:

Bảng 1

Ô Zi (m) pi (kN)a (m) b (m)b/a α ptb (kN) δbm (m)I 0 0 0.85 3.3 3.882 0.06251.75 0.0013

0.85 3.5II 0.85 3.5 0.85 3.3 3.882 0.06257.75 0.0027

1.7 12III 1.7 12 0.8 3.3 4.125 0.062516 0.0037

2.5 20IV 2.5 20 0.8 3.3 4.125 0.062524 0.0045

3.3 28V 3.3 28 0.8 3.3 4.125 0.062532 0.0052

4.1 36VI 4.1 36 0.8 3.3 4.125 0.062540 0.0058

4.9 44VII 4.9 44 0.75 3.3 4.4 0.062547.75 0.006

5.65 51.5VIII 5.65 51.5 0.7 3.3 4.714 0.062555 0.006

6.35 58.5IX 6.35 58.5 0.7 3.3 4.714 0.062562 0.0063

7.05 65.5X 7.05 65.5 0.45 3.3 7.333 0.062567.75 0.0043

7.5 70



Chọn δbm tính toán là giá trị lớn nhất trong bảng tính toán

trên, δbm = 6.3 mm

Chọn bề dày bản mặt cần thỏa mãn đồng thời các điều kiện

sau:

+ ≥ δbm tính toán

+ ≥ 8 mm

+ Cộng thêm 1mm phòng chống ăn mòn

+ Chẵn: 8,10,12,14,… mm

Từ điều kiện trên ta chọn được bề dày bản mặt δbm = 8 mm

2. Tính toán dầm phụ dọc

a/ Nguyên tắc tính toán dầm phụ dọc

- Dầm phải thỏa mãn điều kiện cường độ và độ võng

- Tính theo sơ đồ dầm đơn chịu tải trọng hình thang hoặc

dầm liên tục chịu tải trọng phân bố đều

- Các dầm phụ ngang có cùng kích thước mặt cắt, tính

toán với dầm phụ chịu tải trọng lớn nhất

b/ Lựa chọn sơ đồ kết cấu: Dầm liên tục chịu tải trọng

phân bố đều

3.3 m 3 m 3 m 3.3 m

Dầm phụ truyền lực lên dàn ngang. Dầm phụ dọc được tính

như dầm liên tục hoặc dầm đơn tùy thuộc cách bố trí dầm



phụ. Với cách bố trí dầm phụ dọc bằng mặt với cánh thượng

của dàn ngang, dầm phụ dọc được tính như dầm đơn, nhịp là

khoảng cách giữa hai giàn ngang và chịu tải trọng phân bố

đều có cường độ là:

qi = pi

at+ad2 daN/cm2

Trong đó:

- at: Khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm trên nó.

- ad: Khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm dưới nó.

- pi: Áp lực thủy tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm2).

Chiều dài dầm phụ: Lf = 12.6 m

0,85

0,85

0,80,8

0,80,8

0,75

0,70,7

0,46

(m)

234

5678

1

9

= 0.5m

3.5

12

20

36

44

51.5

58.5

70

Hình 2: Bố trí sơ bộ dầm phụ.

→ KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®îc ghi trong b¶ng 2 .

B¶ng 2



Dầm phụ Pi atr ad(atr+ad)/

2qitc

(KN/m)

1 0 0 0.85 0.425 02 3.5 0.85 0.85 0.85 2.983 12 0.85 0.8 0.825 9.94 20 0.8 0.8 0.8 165 36 0.8 0.8 0.8 28.86 44 0.8 0.75 0.775 34.17 51.5 0.75 0.7 0.725 37.348 58.5 0.7 0.7 0.7 40.959 70 0.46 0 0.23 16,1

Ta thÊy dÇm cuèi cïng (dÇm sè 8) lµ dÇm chÞu lùc línnhÊt với qtc = 40.95 kN/m c¸ch mÆt níc 5,84 m nªn tatÝnh cho dÇm nµy.Sử dụng phần mềm Sap2000 ta tính Momen lớn nhất với qtt=n.qtc=1,1.40,95=45,05 kN/m

8

Từ biểu đồ moomen ta được Mmax=44,47 kN.m

- M«®un chèng uèn yªu cÇu cña dÇm phô däc:

Wyc=MmaxRU

=44,47.104

2250=197,65(cm3 )

.



- Tõ Wyc tra b¶ng chän ®îc thÐp ®Þnh h×nh ch÷ [ sè hiÖu No22a cã c¸c ®Æc trng h×nh häc:

h = 22 cm ; bc = 8.7 cm ; zo = 2,46 cm

F = 28.8 cm2 ; Jx = 2330 cm4 ; Wx = 212 cm3.

V× dÇm phô hµn vµo b¶n mÆt nªn ph¶i xÐt ®Õn b¶n mÆtcïng tham gia chÞu lùc (h×nh 7), bÒ réng cña b¶n mÆttham gia chÞu lùc víi dÇm phô lÊy b»ng gi¸ trÞ nhánhÊt trong c¸c gi¸ trÞ sau ®©y.

b thỏa mãn 3 điều kiện sau:

+) b ≤ bc + 2c = 8.7 + 2 ¿ 25 ¿ 0,8 = 48.7(cm)

(c = 25bm = 25 ¿ 0,8 = 20 cm).

+) b ≤ 0,5(atr + ad) = 0,5 ¿ (70 + 70) = 70 (cm).

+) b ≤ 0,3B = 0,3 ¿ 330 = 99 (cm), (B nhịp dàinhất

dầm phụ )

⇒ Chän b = 48.7 cm.

Tính toán các đặc trưng hình học của mặt cắt ghép:

+ F = Fc + Fbm = 28.8 + 48.7 ¿ 0,8 = 67.76 (cm2)

+yc=

Fbm (h+δbm)2F

=48.7×0,8×(22+0,8)

2×67.76=6.55

(cm)

+Jx=Jc+Jbm=Jx

c+Fc.yc2+bδ

bm3

12+bδbm(h+δbm

2−yc)

2

→Jx=2330+28.8×6.552+48.7×0,8312

+48.7×0,8.(22+0,82

−6.55)2=4484.11(cm4 )

Wxn=Jxymax

=4484.1117.55

=255.5(cm3 ).

Kiểm tra dầm phụ đã chọn:


xo x

b

yc

y

b c

bm

h

c

Hình 3


σmax=MmaxWxn

=44.47×104255.5

=1740.5(daN /cm2 )<RU=2250(daN /cm2 ).

Kiểm tra độ võng:

fB=

5384

×qmaxtc ×B3

E×Jx=

5384

×40.95×3303

2,1×106×4484.11=

12111.6

<1n0

=1

250

Như vậy tiết diện dầm phụ [ No22a đã chọn trên là hợplý.

4. Tính toán giàn ngang a. Sơ đồ tính toán

- Dàn ngang truyền lực lên dầm chính nên dầm chính là

gối tựa của giàn ngang. - Tải trọng: Giàn ngang chịu

tác dụng của áp lực nước. Biểu đồ áp lực thủy tĩnh cú dạng

hình tam giác.

Để xác định nội lực trong các thanh giàn ta phảiđưa tải trọng về tác dụng vào mắt giàn. Gọi các điểmnút là 1; 2; 3; 4; 5 ; 6 ứng với các lực Pi.

Xác định Pi theo nguyên tắc phân phối đòn bẩy, áplực nước phân bố giữa hai mắt giàn được chuyển thànhlực tập trung Pi đặt tại mắt giàn. Để đơn giản, biểuđồ áp lực nước được phân thành các hình tam giác vàhình chữ nhật. (ở đây áp lực nước phải nhân với bềrộng B = 3.3 m - khoảng cách giữa hai giàn ngang )



1

23

45

67

89

W 1

W 2W 3

W 4

W 5

W 6W 7

W 8W 9

P1

P2

P3

P4

P5

P6

1

2

3

4

5

6

7

8

9

7.5 m

1.7 m

1.6 m

2.35 m

1.4 m

0.46 m

0.5 m

Hình 4:Sơ đồ tải trọng trên giàn ngang.

Ví dụ xác định P3:

P3=

12

(W2+W4)+13W5+

23W3.

Wi – Diện tích hình số i

Kết quả tính toán ghi trong bảng 3

Bảng 3

W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9

23,76

63,36

42,24

217,14

91,12237,9

332,34

99,43

3,5

P1 P2 P3 P4 P5 P6

(Đơn vị kN)

7,92 61,6198,78

299,06

191,41

52,05

Kiểm tra lại: SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1 Trang :17


P=∑ Pi=810.82KN≈12.γn.Ht2.B=

12

×10×72×3.3=808.5KN

b. X¸c ®Þnh néi lùc trong c¸c thanh giµn.

Sử dụng phần mềm Sap2000 để tính nội lực cho các mắtgiàn ta được bảng 5

Bảng 5


KýhiÖuthanhgiµn

Néilùc(KN)

Tr¹ng th¸ichÞu lùc

ChiÒudµi

thanh(cm)

12 16,97 chÞu kÐo 17023 16,97 chÞu kÐo 16034 80,97 chÞu kÐo 23545 15,55 chÞu kÐo 14056 15,55 chÞu kÐo 4617 18,73 chÞu nÐn 187,687 89,35 chÞu nÐn 176,689 130,4 chÞu kÐo 37596 54,32 chÞu nÐn 160,727 61,6 chÞu nÐn 79,337 71,44 chÞu kÐo 178,6

38 230,52 chÞu nÐn 154

48 252,72 chÞu nÐn 28149 216,97 chÞu nÐn 20859 191,41 chÞu nÐn 154


c. Chọn tiết diện thanh giàn.

Ta chọn hai thanh đại diện: 1 thanh có nội lựclớn nhất, 1 thanh có chiều dài tính toán lớn nhất .

* Chọn tiết diện cho thanh chịu kéo lớn nhất.

Thanh 89 có nội lực lớn nhất và dài nhất: N89 = 130,4 KN ; l = 375 cm.

- Diện tích yêu cầu của thanh chịu kéo:

Tuy nhiên tiết diện các thanh được chọn không được nhỏ hơn thép góc số hiệu L63 x 6 nên ta sẽ chọn thép là 2L63x6

Chọn , tra bảng ta có ry = 2,9 cm

Kiểm tra tiết diện chọn:

- Theo điều kiện bền

- Theo điều kiện độ cứng:

Vậy với thanh chịu kéo 89 chọn tiết diện 2L63x6 là đảm bảo khả năng chịu lực và khả năng chống ăn mòn ( dùng thép có độ dầy ít nhất 6mm). Thanh 76 còn


65y

x

Hình 7.13


là thanh đứng của dàn chịu trọng lượng nên cần kiểmtra bổ sung.

* Chọn tiết diện cho thanh chịu nén lớn nhất.

Tính cho thanh chịu nén lớn nhất đồng thời có chiềudài tính toán lớn nhất là thanh 48, có: N48 = 252,72KN ; l = 281 cm.

- Giả thiết

- Diện tích yêu cầu:

- Bán kính quán tính yêu cầu:

- Chọn tiết diện gồm hai thanh thép góc L đều cạnh ghép lại: 2L75x7 có các đặc trưng hình học:

Chọn

- Kiểm tra tiết diện chọn:



Vậy đối với các thanh chịu nén ta chọn tiết diện 2L75x7.

Ta có bảng lựa chọn tiết diện thanh dàn:

Ký hiệuthanh

Nộilực(kN)

Trạng tháiChiềudài(cm)

L0x

(cm)Loy

(cm)Số hiệuthép

12 16,97 chịu kéo 170 170 170 2L63x623 16,97 chịu kéo 160 160 160 2L63x634 80,97 chịu kéo 235 235 235 2L63x645 15,55 chịu kéo 140 140 140 2L63x656 15,55 chịu kéo 46 46 46 2L63x6

17 18,73 chịu nén 187.6 150.08 187.6 2L75x7

87 89,35 chịu nén 176.6 141.28 176.6 2L75x7

89 130,4 chịu kéo 375 375 375 2L63x6

96 54,32 chịu nén 160.7 128.56 160.7 2L75x7

27 61,6 chịu nén 79.3 63.44 79.3 2L75x7

37 71,44 chịu kéo 178.6 142.88 178.6 2L63x6

38 230,52 chịu nén 154 123.2 154 2L75x7

48 252,72 chịu nén 281 224.8 281 2L75x7

49 216,97 chịu nén 208 166.4 208 2L75x7

59 191,41 chịu nén 154 123.2 154 2L75x7

5. Tính toán dầm chính

Thiết kế dầm chính chịu tải trọng phân bố đều qmaxtc=

ƯWn2 =

122.5 (kN/m)



qmaxtt = n ¿ qmax

tc = 1.1 ¿

122.5=134.75 (kN/m)

Sơ đồ tính toán

Lo = 12 m c = 0.3m c = 0.3m

x

y

qmax

Sử dụng phần mềm SAP2000 ta có biểu đồ nội lực tác dụng lên

dầm

Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang dầm

Wyc = MmaxRu =

2661.33×1042250 =11828 (cm3)



Không có thép định hình thỏa mãn yêu cầu trên, nên ta thiết

kế dầm thép tổ hợp

Xác định kích thước cơ bản của mặt cắt ngang dầm ( chiều

cao h )

Xác định chiều cao dầm chính:

Dựa vào điều kiện kinh tế và điều kiện độ cứng đối với

dầm đơn, chịu lực phân bố đều, có tiết diện đối xứng:

- Theo điều kiện kinh tế: hkt = 3√kλbWycưƯ

Trong đó: k = 1.5; λb = 120

→ hkt = 3√1.5×120×11828ưƯ = 128.64 (cm)

- Theo điều kiện độ cứng, chiều cao nhỏ nhất của dầm:

hmin=524

×RLn0E

×qntc

qntt

= 524

×RLn0E ×

1n

Trong đó: no = 600, E = 2.1 ¿ 106 daN/cm2

qtc = 122.5 kN/m, n = 1.1

→ hmin=

524×

2250×12.6×102×6002.1×106

×1

1.1 = 153.41 (cm)

Có h = max ( hkt, hmin )

→ Chọn h = 154 cm

→ hb=0.95 ¿ 154 = 146.3 (cm)

→ Chọn hb = 145 cm (bội số của 50

mm)

- Chiều dày bản bụng.

δb=

hbλb

=1450120

= 12.08 (mm)



+ Từ điều kiện chịu cắt:

δb=1,5.Q

hb×Rc=1,5×

80850145× 1290

=0.65(cm ).

Chọn

Xác định kích thước bản cánh (Hình 6)

Chiều dày bản cánh lấy theo kinh nghiệm:

δc=0,025×h=0,02.154=3.85 (cm)

Như vậy ở trên chọn δc=4.0cm là hợp lý

Chiều cao của dầm chính:h=hb+2.δc=145+2×4=153(cm ).

Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh:hc=hb+δc=145+4=149(cm).

Xác định bề rộng của bản cánh:

;

Jc=Wyc.h2−

δb.hb3

12 =11828×1532 −

0,8.145312 =701600.33(cm4 ).

→bc=2×701600.33

4×1492=15.8(cm )

Chọn bc=24cm.

Kiểm tra: δc≥

bc−δb300 ×√2100R =

24−0.8300

×√21002140 = 0.08 (cm),thỏa mãn

- Vì dầm chính hàn vào bản mặt nên tiết diệntính toán phải có bản mặt cùng tham gia chịu uốn vớidầm chính. Bề rộng b của bản mặt cùng tham gia chịulực với dầm chính, chọn kích thước như sau:

b = bc + 50. bm = 24 + 50.0,8 = 64 (cm)


.8mmb

2..2

cc

cc h

Jb


⇒Fbm=b×δbm=64×0.8=51.2(cm2).

Đặc trưng hình học của dầm chính: FI=hb.δb+2.bc.δc=145×0,8+2×24×4=308(cm2 ).

JxI=

bc×h3

12−2×

bc−δb2

×hb3

12

=24×153312

−2×

24−0.82

×1453

12=1269145.67(cm4 )

Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm theo

tiết diện tính toán (hình 6).

a/ Xác định các đặc trưng hình học

Gọi yc là khoảng cách từ trục x (trục quán tính

chính trung tâm của tiết diện tính toán) đến

trục xo (trục quán tính chính trung tâm của dầm I đốixứng).

yc=S

∑F=0+Fbm(h+δbm)×0.5

FI+Fbm=0+51.2×(153+0,8)×0.5308+51.2

=10.96 (cm ).

- Kiểm tra kích thước dầm chính đã chọn theo điều kiện về ứng suất pháp.

σmax=MmaxJx

.ymax=2661.33×1041528767

×(10.96+1532 )=1522.53(daN/cm2)


Hình 6

yc

y

xo x

b b c

hb c

bm

h

bm

Fbm


Ta thấyσmax=1522.53daN /cm2< 0,85RU=0.85×2250=1912.5daN /cm2.

Vậy tiết diện dầm chính vừa chọn thỏa mãn điều kiệnvề ứng suất pháp.

b. Thay đổi tiết diện dầm chính.

Để tiết kiệm thép và để giảm bớt bề rộng rãnhvan nên dùng dầm chính có chiều cao thay đổi (Hình7). Trong cửa van vì yêu cầu giàn ngang không thayđổi nên điểm đổi tiết diện phải bắt đầu từ vị trígiàn ngang ngoài cùng ở hai bên.

Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng:hbo=0.6×hb=0.6×145=87(cm )

c. Kiểm tra ứng suất tiếp.

- Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chínhtheo công thức sau:

Trong đó:

+ - Mômen quán tính của tiết diện tính toánđầu dầm.

+ - Mômen tĩnh của tiết diện tính toán đầudầm.


Hình 7

870

1450

...max

max cb

ox

ox R

JSQ

oxJ

oxS


- Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện tínhtoán tại gối dầm

(hình 8).

Ta có:

yc=S

∑F=0+64×0.8×(0.5×0.8+4+0.5×87)64×0.8+2×4×24+87×0.8

=7.84 (cm )

Jx0I =

24×95312

+24×95×7.842−2(11.6×873

12+11.6×87×7.842)=457723.6(cm4)

FIo=87×0.8+2×24×4=261.6(cm2 ).

Jx=JxoI +FIo

.yc2+bδbm3

12+Fbm(h+δbm

2−yc)

2

→Jx=457723.6+261.6×7.842+64×0.8312

+51.2×(95+0.82

−7.84)2=555971.68(cm4 )

Sxo=24×4×(2+0.5×87+7.84 )+(0.5×87+7.84)2×0.8×0.5=6174.96(cm3).

→τmax=80850×6174.96555971.68×0.8

=1122.46(daN /cm2)<Rc=1290(daN /cm2 ).

Vậy dầm chính không bị phá hoại do ứng suấttiếp.


Hình 8

Xyc

x0

640

240

8

40 870

40

8


d. Kiểm tra độ võng.

- Khi kiểm tra độ võng cần xét tới dầm chínhthay đổi tiết diện.

- Điều kiện kiểm tra độ võng:

fL=

5384

.qtcL3EJxα

≤1no

=1

600

Vậy dầm chínhthỏa mãn về điều kiện độ võng.

e. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm.

Độ mảnh của bản bụng dầm chính hbδb

=14508

=181.25>120 nên

bản bụng của dầm cần được gia cố bằng các sườn chốngđứng với khoảng cách (hình 9). Khoảng cách giữacác sườn đứng ở phần tiết diện không đổi là 1.5 m,còn ở phần tiết diện thay đổi ta lấy là 1.65 m


→fL=

5384

.122.5×12603

2.1×106.1528767×0.8=

1805

<1no

=1

600

bha 2


- Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầmchính theo công thức sau:

Trong đó:

+ b: ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm.

.

M: là mômen lấy tại tâm của hình vuông có cạnhlà hb lệch về phía mô men lớn.

Đối với ô hình thang số 1; 2 (Hình 9) ta coi như làhình chữ nhật có chiều cao bằng chiều cao trung bìnhở giữa ô.

Xác định các giá trị ứng suất:

+ b: ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm.

với Q là lực cắt tại giữa ô kiểm tra.

+ th - ứng suất pháp tới hạn.

σth=Ko(100δbhb

)2.103 (daN /cm2 ).


.72,022

mth

b

th

b

)(. bx

b yJM

bbb h

Q

.

3

..);(

b

c

b

co h

bcfK


Cánh nén hàn với bản mặt nên , trabảng 4.7, trang 81, GT kết cấu thép

+ th: ứng suất tiếp tới hạn.

τth=(1,25+0,95μ2 )(100. δbd )

2

.103daN /cm2.

d : cạnh ngắn ô chữ nhật.

m : tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn.

-Tính toán ví dụ ô bản bụng số 4

Ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm.

=2628.47×1041528767

×66.34=1140.61(daN/cm2)

-Ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm

=101.1×102145×0.8

=87.16(daN/cm2 )

- Ứng suất pháp tới hạn

σth=Ko(100δbhb

)2×103 =7.46 (100×0.8145

)2×103=2270.82(daN/cm2).

-Ứng suất tiếp tới hạn: τth=(1,25+

0,95μ2 )(100. δbd )

2

.103

=(1,25+0,951.0342 )(100. 0.8145 )

2.103=650.97(daN/cm2 )

Ta có: √( σbσth )2

+( τbτth )2

=√(1140.612270.82 )2+(87.76650.97 )

2=0.52≤m=0,72.

Kết quả tính toán ghi trong bảng 6.

Bảng 6 ô d M Q yb

(-)σb

b

(daN/σth

(daN/Ãμ

th

(daN/Hệsố


46,730 oKc

)(. bx

b yJM

bbb h

Q

.


(cm) (KNm) (KN) (cm) (daN/2) cm2) cm2) cm2) K

4 1452628.47

101.06

61.54

1058.1

87.122270.8

21.03

653.080.48

3 1452330.33

303.19

61.54

939.28

261.372270.8

21.03

653.080.58

2 1291769.84

515.42

54.32

801.43

499.45 2869.11.28

703.740,76

1 100888.00

737.76

41.38

514.92

922.2 4774.41.35

1133.61

0.82

Ghi chú: xem hình 6 Từ bảng kết quả bảng trên ta thấy:

+ Ô bản bụng số 3 và 4 có K<0.72, vậy hai ô thỏa mãn điều

kiện ổn định cục bộ

+ Ô bản bụng số 1 và 2 có K>0.72, nên hai ô mất ổn định cục

bộ

Biện pháp xử lý: gia cố thêm một sườn đứng tại vị trí

giữa mỗi ô bản bụng

6. Tính toán giàn chịu trọng lượng.

Sơ đồ hình học của giàn chịu trọng lượng xem hình 15. Vì dầm chính có chiều cao thay đổi nên giàn chịu trọng lượng là một giàn gãy khúc. Để đơn giản cho việc tính toán ta coi là giàn phẳng có nhịp tính toán bằng nhịp tính toán của dầm chính.

a) Xác định trọng lượng cửa van:

Giàn chịu trọng lượng cửa van chịu ½ trọng lượng bản thân cửa van và được đưa về các mắt dàn, gối tựa dàn tại vị trí cột biên


by


Sơ đồ tính toán như hình vẽ sau:

Ta có:

trong đó:

F – diện tích chịu áp lưc nươc của cửa van (m2)n – sô khoảng măt dàn

- Hai mắt giàn ở ngoài cùng mỗi mắt chịu lực Pm/2 =26.465 (kN)

- Các mắt giàn trong chịu lực Pm = 53.93 (kN)

b. Tìm nội lưc trong các thanh giàn

Sử dụng phần mềm Sap2000 để tính toán nội lực trongcác thanh giàn:


0,5.Pm

R=2.Pm

Pm Pm Pm 0,5.Pm

R=2.PmL = 12600

Lf = 3150

G

01 2 3 4

56789

Hình 10


- Kết quả được thể hiện ở bảng sau, do tính đối xứng của kết cấu và lực nên ta chỉ xét nửa giàn:

Bảng 7

Ký hiệuChiềudài Nội lực

Trạngthái

thanhgiàn

thanh(cm) (KN) nội lực

01 315 64.67Chịunén

12 315 87.31Chịunén

27 374 50.63Chịunén

78 315 32.36Chịukéo



89 315 32.36Chịunén

90 374 103.11Chịunén

08 489 96.67Chịukéo

17 489 31.54Chịukéo

18 374 75.13Chịunén

Các thanh cánh trên và cánh dưới thực tế là bản cánh chịu kéo của dầm chính nên không cần phải tính toánCác thanh bụng xiên lựa chọn cùng một loại tiết diện,lựa chọn thanh có nội lực lớn nhất để tính toánCác thanh bụng xiên được làm từ các thép góc đơn có số hiệu mặt cắt ngang lớn hơn L60x6Các thanh bụng đứng đồng thời là thanh cánh hạ của dàn ngang nên cần phải kiểm tra ứng suất tổng khi chịu áp lực nước và trọng lượng bản thân

c. Chọn tiết diện thanh xiên có nội lưc lơn nhất.

- Từ bảng tính nội lực trên ta thấy thanh xiên 08chịu kéo lớn nhất

N = 96.67 kN ; l = 489 cm.

- Diện tích yêu cầu : Fyc = Chọn tiết diện theo điều kiện cấu tạo với thép gócL đều cạnh : L63x6. - Các đặc trưng hình học:

F1 = 7,28 cm2; rmin = ryo =1,25cm.- Kiểm tra tiết diện chọn:



Kiểm tra độ bền:

Kiểm tra độ cứng:

Vậy tiết diện chọn đảm bảo điều kiện chịu lực

d. Kiểm tra đọ bền thanh bụng đứng

Thanh 18 và thanh 27 vừa là thanh đứng của dàn chịu trọng lượng vừa là thanh cánh hạ của giàn ngang.Nhưng dấu nội lực có dấu ngược nhau nên không cần kiểm tra tiếp.

6. Tính trụ biên.

Trụ biên chịu kéo đồng thời chịu uốn nên đượctính như thanh kéo lệch tâm (Hình 7.16). Chọn tiếtdiện chữ I. Chiều cao bản bụng trụ biên lấy bằngchiều cao bản bụng dầm chính tại đầu dầm. Bề rộng bảncánh chọn đủ để bố trí bánh xe chịu lực, chọn . Chiều dày bản cánh bằng chiều dày bản cánh của dầmchính. Đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng dày 6mm.Kích thước tiết diện chọn:

Xác định các đặc trưng hình học:


Hình 11

400

8

40

40

870

cmbc 40


460

700

700

750

800

800

800

800

800

850



Tải trọng từ các dầm phụ truyền lên trụ biên Pichính là phản lực của các dầm phụ truyền lên trụbiên (hình 7.17):

n- hệ số vượt tải lấy bằng 1,1.hi - khoảng cách từ mặt thoáng tới dầm đang xét.atr , ad - Khoảng cách từ dầm đang xét tới dầmtrên và dầm dưới.B- nhịp dầm phụ (Khoảng cách từ trụ biên tới giànngang). Kết quả tính toán ghi trong bảng 7.9.

Qi: phản lực từ dầm chính truyền đến.

G: trọng lượng bản thân cửa van: .Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là:

(chưa xét đến lực hút Ph và cáclực ma sát Vi).

Bảng 8Dầmphụ

1 2 3 4 5 6 7 8

Pi(kN)

5.59

18.56

30

54

63.94

70.01

76.78

30.19

Mômen lớn nhất là tại gối 1: .


2.2... BaahnP dtrii


Kiểm tra điều kiện cường độ.

Vậy trụ biên đảm bảo điều kiện cường độ.7. Bộ phận gối đỡ.

Bánh xe chịu lực được bố trí phía sau trụ biên,mỗi trụ biên lắp hai bánh xe chịu lực; do hai dầmchính được bố trí cách đều tổng áp lực nước nên ta bốtrí bánh xe nằm ngay sau dầm chính, như vậy hai bánhxe chịu lực đều nhau, (Hình 7.18).

a. Tính bề rộng và đường kính bánh xe.

Bánh xe được chế tạo từ thép đúc CT35, ứng suất cho phép

- Chọn bề rộng bánh xe: Lx = 150 mm.

Tỷ số giữ bề rộng và đường kính bánh xe lấy vào khoảng 3-5.

- Đường kính bánh xe: Dx = 600 mm.

- Kiểm tra:

Lực tác dụng lên bánh xe:

ứng suất trong bánh xe:

b. Tính toán kích thươc của trục và ông bọc trục: Hình 7. 19

- ống bọc trục làm bằng đồng có [ ]cbt = 250daN/cm2. Khoảng cách giữa hai đoạn của ống bọctrục cách nhau = 20 mm, chiều dài của ốngbọc trục c = 250 mm.


./1500 2cmdaN

KNPx 197,536max

][.max

xx

x

DLP

222

2/1500/85,5510.600.160

10.197,536 cmdaNcmdaN


- Trục bánh xe làm bằng thép CT5 có đường kính d= 150 mm. ứng suất cho phép của thép CT5:

[ ] = 1200 daN/cm2.

[ ] = 750 daN/cm2

[ ]cbt = 950 daN/cm2

- Kiểm tra ứng suất cục bộ do tiếp xúc giữa trụcvà ống bọc trục:


30 30c/2=125 c/220

L = 330

q=Px/c

Px/2

Mmax = 40 kNm

d

./950/99,14210.250.15010.197,536

.22

2

2cmdaNcmdaN

cdP

obtx


- Kiểm tra ứng suất ép cục bộ do tiếp xúc giữatrục và các bản thép gối tựa của trục ở hai đầu trục.

Bề dày của 2 bản thép cố định đầu trục = 10 mm.

- Kiểm tra ứng suất của trục :

+ ứng suất pháp:

+ ứng suất tiếp:

c. Bánh xe ngược hương và bánh xe bên (Hình 7.20).

Bánh xe ngược hướng và bánh xe bên làm bằng cao su đúc (đôi khi làm bằng thép) có đường kính 200mm vàtrục bánh xe có đường kính d = 40 mm.

8. Vật chắn nước và bộ phận cố định.

- Vật chắn nước hai bên làm bằng cao su đúc.(Hình 7.21)

- Vật chắn nước dưới đáy làm bằng gỗ, kích thướcthanh gỗ có chiều rộng bằng chiều cao thép chữC của dầm đáy và dùng bulong có đường kính 18


Hình 12

./950/66,89310.10.2.15010.197,536.5,0

.5,0 22

2

2cmdaNcmdaN

dPx

./788,2144 mKNq

KNQ 1,268max

.40max KNmM

./1200/118515.1,010.40

.1,022

3

4

3 cmdaNcmdaNd

M

./750/20215.7854,010.1,268.3

4.7854,0

.34 22

2

2

2 cmdaNcmdaNd

Q


mm liên kết chặt với dầm đáy, khoảng cách giữacác bu lông dọc theo dầm đáy là 500 mm.


ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Documents

Transcript of ĐỒ ÁN MÔN HỌC