Xem mẫu
- ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP
THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG
Yêu cầu: Thiết kế cửa van phẳng bằng thép theo phương pháp phân tích k ết c ấu
thành những hệ phẳng.
I/ Tài liệu thiết kế:
Chiều rộng lỗ cống Lo=6.5m
Chiều cao lỗ cống H=7.5m
Vật liệu dùng để chế tạo cửa van là thép CT3.
Kết cấu dùng liên kết hàn.
Hệ số điều kiện làm việc: m=0,75
Hệ số vượt tải: np=1,1
Cường độ tính toán của thép chế tạo van: R= 0,72.2100=1512(daN/cm2)
Rk=Rn=1490(daN/cm2)
Ru=1565(daN/cm2)
II/ Vị trí và bố trí chi tiết các kết cấu:
1.Dầm chính:
- Tính lực tác dụng lên dầm chính:
Lấy H=7.5(m)
Lực tác dụng lên dầm chính:
Ta có Vậy
- Tính nhịp dầm:
Chọn c= 280mm= 0,28m
L=Lo+2c= 6.5+ 2.0,28= 7,06 (m)
Đây là dầm tổ hợp hàn, tiết diện chữ I có: Nhịp tính toán L=7,06(m)
Tải trọng tác dụng q=154,688(KN/m)
Sơ đồ tính toán dầm chính:
q=154,688(KN/m2)
7060
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 1
- Lo=6500
c=280 c=280
2. Xác định sơ bộ vị trí, kích thước dàn ngang:
Chọn số lượng dàn ngang là 5
Nên khoảng cách giữa các dàn ngang B=1,265(m) (Thỏa mãn B
- Vậy bố trí như trên là hợp lý.
III/ Tính toán các bộ phận kết cấu:
1.Tính toán bản mặt:
Trong một hàng ngang nằm giữa hai dầm phụ (i, i+1), ch ỉ cần tính cho m ột ô r ồi l ấy
tương tự cho ô khác. Trường hợp bản mặt hàn lên dầm phụ và thanh trên của dàn
ngang thì bản mặt có sơ đồ tính là bản tựa bốn cạnh. Chiều dày bản m ặt xác đ ịnh
theo công thức sau:
a là cạnh ngắn của ô
k=0,75 là hệ số phụ thuộc vào liên kết
P là cường độ áp lực nước tĩnh tại tâm ô đang xét
R=0,72. 2100=1512(daN/cm2)
n là tỷ số giữa cạnh ngắn và cạnh dài
Kết quả tính toán lập thành bảng như sau:
Ký hiệu ô ai (cm) bi(cm) n Pi(daN/cm2) (cm)
1 111,1 126,5 0,878 0,056 0,3
2 111,1 126,5 0,878 0,167 0,5
3 111,1 126,5 0,878 0,278 0,7
4 83,35 126,5 0,659 0,375 0,7
5 83,35 126,5 0,659 0,458 0,7
6 83,35 126,5 0,659 0,542 0,8
7 83,35 126,5 0,659 0,625 0,9
8 41,65 126,5 0,329 0,688 0,5
9 41,65 126,5 0,329 0,729 0,5
Dựa vào bảng trên đã tính được, chọn chiều dày bản mặt
2. Tính toán dầm phụ:
Dầm đơn, gối tựa là hai dàn ngang, nhịp tính toán B, t ải tr ọng tác d ụng phân b ố đ ều
trên toàn chiều dài dầm là:
Trong đó: pi là áp lực nước tác dụng lên dầm phụ
bi là bề rộng của tải trọng tác dụng lên dầm phụ thứ i
atr là khoảng cách từ dầm phụ thứ i đến dầm trên nó (i-1)
ad là khoảng cách từ dâm phụ thứ i đến dầm dưới (i+1)
Kết quả tính toán lập thành bảng sau:
Tên Pi atr (m) ad(m) Mmax
dầm (KN/m ) 2
(daNcm)
1 11,11 1,111 1,111 1,111 12,34 13,574 27151,8
2 22,22 1,111 1,111 1,111 24,69 27,159 54325,6
3 41,665 0,8335 0,8335 0,8335 34,73 38,203 76416,7
4 50 0,8335 0,8335 0,8335 41,68 45,848 91708,9
5 58,335 0,8335 0,8335 0,8335 48,62 53,482 106979
6 70,835 0,4165 0,4165 0,4165 29,5 32,45 64909,1
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 3
- Mmax= 106979(daNcm) Suy ra Wx=114,3(cm3)
Vậy ta chọn dầm phụ là thép chữ C N0 18 với các đặc trưng hình học như sau:
R(mm
h(mm) b(mm) d(mm) t(mm) ) F
180 70 5.1 8.7 9 2
Jx(cm Jy(cm Wx(c Wy(c rx(cm ry(cm Zo(c
4 4
) ) m3) m3) ) ) Sx m)
1090 86 121 17 7.24 2.04 68.8 1.94
Kiểm tra: khả năng chịu lực của dầm đã chọn kể cả bản mặt:
= .= .= 0,2.10-3 <
Vậy dầm phụ đảm bảo về cường độ và độ cứng.
3. Tính toán dầm chính:
a. Tính toán chọn kích thước dầm chính kể cả bản mặt tham gia chịu lực:
Tính
Trong đó:
2
R=1512(daN/cm )
no=600
L=7,06m
E=2,65.106 daN/cm2
qTC=140,625 KN/m
q=154,688 KN/m
nP=1,1
Ptc=0
P=0
Thế số liệu vào ta được:
Tính Trong đó:
Thế số vào ta được
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 4
- b
Chọn chiều cao bản bụng h =100(cm)
Tính
Ta có biểu đồ momen M và lực cắt Q sau:
546,049
Q (KN)
546,049
M (KNm)
963,776
Ta được Q=39136,16(daN)
2
c
R =0,72.1300=936(daN/cm )
b
Vậy chọn chiều dày bản bụng δ =1cm
c
Chọn δ =20mm=2cm
b c
Chiều cao chính xác của dầm là h=h +2 δ =100+2.2=104(cm)
c b c
h =h + δ =100+2=102(cm)
Vậy chiều rộng cánh là:
b. Kiểm tra lại tiết diện dầm chính đã chọn:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 5
- 690
20
X
126
1000
Xo
10
20
240
-
Kiểm tra cường độ:
Ứng suất pháp lớn nhất xác định được:
Trong đó:
2
F=0,9.69+2.24+1.100+2.24=258,1(cm )
Thế số vào ta được:
Ứng suất tiếp lớn nhất xác định theo:
Trong đó:
Thế số vào ta được:
Kết luận: Dầm ổn định về cường độ.
-
Kiểm tra về độ cứng (độ võng):
Trong đó:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 6
- TC 2
q =140,625(daN/cm )
L=706(cm)
6 2
E=2,65.10 (daN/cm )
4
x
J =462799(cm )
α =0,8
Thế số vào ta được:
Kết luận: Dầm ổn định về độ cứng
-
Tính liên kết hàn góc giữa bản cánh và bản bụng:
Trong đó:
Thế số vào ta được:
h
Vậy lấy h =0,6(cm)
-
Kiểm tra ổn định:
Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm.
Kiểm tra ổn định cục bộ của các ô dầm:
Trong đó:
I II III IV V VI
Lo=6500
c=280 c=280
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 7
- Kiểm tra ô thứ nhất:
Q=39136(daN)
M=3110700(daNcm)
Thế số vào ta tính ra được
Kiểm tra ô thứ 2:
Q=29350(daN)
M=7228000(daNcm)
Thế số vào ta được:
Kiểm tra ô thứ 3:
Q=9784(daN)
M=9444400(daNcm)
Thế số vào ta được:
Kết luận: các ô dầm ổn định.
Kết luận chung: dầm ổn định.
4. Tính toán dàn ngang:
a. Xác định kích thước hình học của dàn ngang:
Kí 01 08 12 18 82 87 72 73 32 34 36 67 64 65 45
hiệu
thanh
dàn
Chiều 166,65 180,75 166,65 50 180,75 180, 100 194, 166, 166,7 194, 333,4 100 130, 83,3
dài 75 39 7 39 15
(cm)
b. Đưa tải trọng phân bố về mắt dàn:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 8
- Đây là dàn hình thang chịu lực tác dụng của t ải trọng phân b ố theo quy lu ật tam giác
của áp lực nước, bề rộng tác dụng của tải trọng là B.
i
Gọi các điểm nút là 0,1,2,3,4,5 ứng với các tải trọng tập trung t ại các m ắt dàn P
i
(i=0,1,2,3,4,5) và cường độ áp lực thủy tĩnh tại các mắt dàn q (i=0,1,2,3,4,5).
qo 0 0
W1
1 8 1
q1 8
W2
7 7
q2
2 2
W3
q3
3 3
W4
q4 4 4
6 W5 6
q5
5 5
Tính áp lực thủy tĩnh tại mắt dàn theo công thức:
i
Tính hợp lực của các lực phân bố tác dụng lên các thanh: W = diện tích của lực phân
bố.
i
Tọa độ trọng tâm của hình thang Z tra theo bảng 7.4 trang 198 giáo trình kết cấu
thép.
Tải trọng phân bố tác dụng lên mỗi thanh giàn được đưa về các mắt dàn theo quy tắc
phân lực song song. Chẳng hạn như:
Áp dụng các công thức trên ta lập được bảng sau:
Mắt dàn 0 1 2 3 4 5 Tổng
i
h (m) 0 1,6665 3,333 5 6,667 7,5
B (m) 1,265 1,265 1,265 1,265 1,265 1,265
0 21,08 42,16 63,25 84,34 94,875
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 9
- 17,56 52,69 87,86 123,02 74,64
i
Z (m) 0,5555 0,74 0,778 0,794 0,41
5,85 35,103 70,298 105,45 101,16 37,9
6,435 38,61 77,33 116 111,276 41,69 391,341
Tổng áp lực tác dụng:
Xác định sai số:
c. Xác định nội lực các thanh dàn:
Sử dụng phương pháp tách nút để tính toán nội lực trong thanh.
Po
P1
P2 RA
P3
P4 RB
P5
RA=RB=195,67(KN)
Tên thanh Nội lực (KN) Trạng thái nội lực Chiều dài thanh (cm)
01 21,04 Chịu kéo 166,65
12 21,04 Chịu kéo 166,65
23 84,18 Chịu kéo 166,7
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 10
- 34 33,22 Chịu kéo 166,7
45 33,22 Chịu kéo 83,3
08 22,01 Chịu nén 173,99
87 88,04 Chịu nén 173,99
76 37,8 Chịu kéo 333,4
65 53,92 Chịu nén 130,15
18 38,61 Chịu nén 50
28 66,03 Chịu kéo 173,8
27 96,63 Chịu nén 104
37 142,32 Chịu nén 194,39
36 82,91 Chịu nén 194,39
46 111,276 Chịu nén 104
d. Chọn tiết diện thanh dàn:
- Chọn tiết diện cho thanh cánh thượng:
Thanh cánh trên thường dùng thép chữ I. Thanh cánh th ượng của dàn ngang ngoài
chịu lực dọc còn chịu uốn do tải trọng ngang trực tiếp của áp lực nước cho nên ta
tính thanh cánh thượng như thanh chịu lực lệch tâm có kể c ả ph ần b ản m ặt cùng
tham gia chịu lực.
Chọn thanh 23 để tính toán vì thanh có lực dọc N=84,18(KN) l ớn nh ất thanh cánh
23
thượng và chiều dài l = 166,7(cm)
Momen uốn là
o
Chọn tiết diện thanh cánh thượng là IN 18
Kiểm tra tiết diện đã chọn khi có sự tham gia chịu lực của bản mặt:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 11
- 540
X
1800
53,8 Xo
90
Thõa mãn điều kiện về cường độ.
o
Vậy ta chọn thép là IN 18 cho tất cả các thanh cánh thượng.
- Chọn tiết diện cho thanh cánh hạ:
Thanh 78 là thanh bất lợi nhất vì thanh này có nội lực lớn nhất trong các thanh cánh
78
hạ N=88,04(KN) và chiều dài l = 173,99(cm)
Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có:
Đối với thanh cánh ta giả thiết:
Chọn tiết diện thanh cánh hạ tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc không đ ều
2
x y 1 x1
cạnh nối với nhau ở cạnh dài (vì r =r ) là 2L80x50x6 có F =7,55(cm ), r =2,55(cm),
y1
r =1,4(cm) với δ=6mm
Kiểm tra cho tiết diện vừa chọn:
Độ mảnh thực của thép:
Vậy ta chọn thép góc 2L80x50x6 cho tất cả các thanh cánh hạ.
- Chọn tiết diện cho thanh bụng:
73 73
Tính cho thanh bụng 73 là thanh có lực nén lớn nhất N =142,32(KN), l =194,39(cm)
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 12
- Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có:
Giả thiết đối với thanh bụng
Chọn tiết diện thanh bụng tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc đ ều c ạnh n ối
2
1 x y
với nhau là 2L70x6 có F =8,15(cm ), r =2,71(cm), r =3,18(cm) với δ=8mm
Kiểm tra cho tiết diện vừa chọn:
Độ mảnh thực của thép:
Vậy ta chọn thép góc đều cạnh 2L70x6 cho tất cả các thanh bụng.
Tổng hợp các thép được dùng trong dàn như trong bảng sau:
BẢNG TỔNG HỢP THÉP:
Tên thanh Trạng thái nội lực Loại thép
o
01 Chịu kéo IN 18
o
12 Chịu kéo IN 18
o
23 Chịu kéo IN 18
o
34 Chịu kéo IN 18
o
45 Chịu kéo IN 18
08 Chịu nén 2L80x50x6
87 Chịu nén 2L80x50x6
76 Chịu kéo 2L80x50x6
65 Chịu nén 2L80x50x6
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 13
- 18 Chịu nén 2L70x6
28 Chịu kéo 2L70x6
27 Chịu nén Dầm chính
37 Chịu nén 2L70x6
36 Chịu nén 2L70x6
46 Chịu nén Dầm chính
5. Tính toán dàn chịu trọng lượng:
0,5Pm Pm Pm Pm Pm Pm 0,5Pm
R=3Pm R=3Pm
G
Vì dầm chính có chiều cao thay đổi nên dàn chịu trọng lượng là một dàn gãy khúc,
nhưng để đơn giản cho việc tính toán ta coi là dàn phẳng có nhịp tính toán = nh ịp tính
toán của dầm chính.
a.Xác định trọng lượng cửa van:
Xác định trọng lượng cửa van theo công thức gần đúng sau:
2
Trong đó: F là diện tích chịu áp lực nước của cửa van tính bằng m
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 14
- 2
F=L.H=7,06.7,5=52,95(m )
G là trọng lượng cửa van được phân bố lên bản mặt và dàn chịu trọng lượng (KN)
1
Gọi G là trọng lượng bản thân cửa van phân cho phần dàn chịu trọng lượng.
tr ph 1
Để an toàn coi a =a nên G =0,5G
tr ph
Trong đó: a , a là chiều dài khoảng mắt dàn ở phía trái và phía phải mắt đang xét
1
G = 0,5.219,91=109,955(KN)
b. Sơ đồ tính toán:
Dàn chịu trọng lượng thực tế không phải là dàn phẳng vì tiết diện dầm chính có thay
đổi từ đầu dầm ra giữa dầm, để đơn giản ta có thể coi là dàn ph ẳng, g ối t ựa c ủa dàn
tại vị trí cột biên, nhịp dàn là L=7,06(m)
1
Tải trọng tính toán: trọng lượng G được đưa về các mắt dàn, trong đó:
9,85 19,7 19,7 19,7 19,7 19,7 9,85
59,1 59,1
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 15
- c. Xác định nội lực trong dàn:
Dùng phương pháp tách nút để tìm nội lực trong thanh.
9,85 19,7 19,7 19,7 19,7 19,7 9,85
1 2 3 4 5
6
0
7
13
12 11 10 9 8
59,1 59,1
Ta tính được bảng sau:
Ký hiệu thanh dàn Chiều dài thanh Nội lực (KN) Trạng thái nối lực
(m)
0-1 1 6,92 Chịu nén
1-2 1,265 12,13 Chịu nén
2-3 1,265 13,87 Chịu nén
3-4 1,265 13,87 Chịu nén
4-5 1,265 12,13 Chịu nén
5-6 1 6,92 Chịu nén
7-8 1 0 0
8-9 1,265 6,92 Chịu kéo
9-10 1,265 12,13 Chịu kéo
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 16
- 10-11 1,265 12,13 Chịu kéo
11-12 1,265 6,92 Chịu kéo
12-13 1 0 0
0-13 7,5 59,1 Chịu nén
1-12 7,5 49,25 Chịu nén
2-11 7,5 29,55 Chịu nén
3-10 7,5 19,7 Chịu nén
4-9 7,5 29,55 Chịu nén
5-8 7,5 49,25 Chịu nén
6-7 7,5 59,1 Chịu nén
0-12 7,57 49,73 Chịu kéo
1-11 7,61 30,01 Chịu kéo
2-10 7,61 10 Chịu kéo
4-10 7,61 10 Chịu kéo
5-9 7,61 30,01 Chịu kéo
6-8 7,57 49,73 Chịu kéo
d. Chọn tiết diện và kiểm tra lại tiết diện đã chọn:
Thực tế chỉ cần tính thanh bụng đứng và xiên vì hệ thanh cánh trên và dưới là bản
cánh của dầm chính.
Chọn tiết diện thanh bụng xiên của dàn chịu trọng lượng:
0-12
Thanh xiên có nội lực lớn nhất là thanh 0-12 có N=49,73 (KN) và l =7,57(m)
Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có:
Giả thiết đối với thanh bụng
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 17
- Chọn tiết diện thanh bụng tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc L đ ều c ạnh
2
1 x y
nối với nhau là 2L80x6 có F =10,6(cm ), r =3,5(cm), r =3,96(cm) với δ=8mm
Kiểm tra cho tiết diện vừa chọn:
Độ mảnh thực của thép:
Vậy ta chọn thép góc đều cạnh 2L80x6 cho tất cả các thanh bụng.
Chọn tiết diện cho thanh bụng đứng cho dàn chịu trọng lượng:
Thanh đứng của dàn chịu trọng lượng bản thân cũng là thanh cánh hạ của dàn ngang
nên ứng suất trong thanh bằng tổng ứng suất do áp lực thủy tĩnh và do trọng lượng
bản thân sinh ra.
2
Trong phần tính dàn ngang ta chọn thanh cánh hạ là 2L80x50x6 với F=15,1(cm )
4. Tính trụ biên:
Trụ biên chịu kéo đồng thời chịu uốn nên được tính như thanh kéo lệch tâm. Chọn
tiết diện chữ I, chiều cao bản bụng trụ biên lấy bằng chiều cao bản bụng dầm chính
tại đầu dầm, lấy chiều dày bản bụng bằng chiều dày bản bụng dầm chính. Bề rộng
bản cánh chọn đủ để bố trí bánh xe chịu lực, thường chọn bc=400mm. Chiều dày
bản cánh bằng chiều dày bản cánh dầm chính. Đường hàn liên kết bản cánh và bản
bụng lấy bằng 6mm.
Kích thước tiết diện đã chọn:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 18
- 20
1000
Xo
10
400 20
Các đặc trưng hình học của tiết diện:
Xác định tải trọng tác dụng lên trụ biên:
i
P là áp lực do dầm phụ truyền tới
B=1,265(m)
t d i
i a (m) a (m) h (m) Pi (KN)
0 0 1,111 0 0
1 1,111 1,111 1,111 7,81
2 1,111 1,111 2,222 15,61
3 0,8335 0,8335 4,1665 21,97
4 0,8335 0,8335 5 26,36
5 0,8335 0,8335 5,8335 30,75
6 0,4165 0,4165 7,0835 18,66
7 0,4165 0 7,5 9,88
Xác định trọng lượng cửa van theo công thức gần đúng sau:
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 19
- 2
Trong đó: F là diện tích chịu áp lực nước của cửa van tính bằng m
2
F=L.H=7,06.7,5=52,95(m )
Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là N=0,5G=0,5.219,91=109,955(KN)
Momen lớn nhất tại gối 0:
Kiểm tra điều kiện cường độ:
Thay vào điều kiện cường độ ta có:
Vậy tiết diện đã chọn thõa mãn điều kiện.
NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 20
nguon tai.lieu . vn
