Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án kết cấu thép: Thiết kế cửa van phẳng
ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG Yêu cầu: Thiết kế cửa van phẳng bằng thép theo phương pháp phân tích kết cấu thành những hệ phẳng. I/ Tài liệu thiết kế: Chiều rộng lỗ cống L o =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: n p =1,1 Cường độ tính toán của thép chế tạo van: R= 0,72.2100=1512(daN/cm 2 ) R k =R n =1490(daN/cm 2 ) R u =1565(daN/cm 2 ) II/ Vị trí và bố trí chi tiết các kết cấu: 1.Dầm chính: - Tính lực tác dụng lên dầm chính: Lấy )/(10 3 mKN = γ H=7.5(m) Lực tác dụng lên dầm chính: )/(625,1405.7.10 4 1 4 1 2 22 mKNH W q n ==== γ Ta có 1.1 = p n Vậy )/(688,154625.140.1,1 mKNqnq TC p === - Tính nhịp dầm: Chọn c= 280mm= 0,28m L=L o +2c= 6.5+ 2.0,28= 7,06 (m) NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 1 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN 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: 7060 q=154,688(KN/m2) Lo=6500 c=280 c=280 2. Xác định sơ bộ vị trí, kích thước dàn ngang: )(106.7 7 1 7 1 mL == Chọn số lượng dàn ngang là 5 Nên khoảng cách giữa các dàn ngang B=1,265(m) (Thỏa mãn B<4m) 3. Xác định sơ bộ vị trí dầm phụ: Dầm phụ được hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các dàn ngang, nó được tính toán như một dầm đơn, gối tựa là hai dàn ngang và đỡ tải trọng của bản mặt truyền đến, tại một độ sâu nhất định được coi là phân bố đều. Bố trí dầm phụ ở phía trên thưa, càng xuống sâu sẽ dầy dần vì áp lực nước tăng lên. Dầm phụ chọn loại dầm tiết diện chữ C đặt úp tránh đọng nước. NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 2 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN Chọn và bố trí vị trí dầm chính, dầm phụ và các dàn ngang như hình vẽ sau: 1100 11001100833 833 417 833 833 417 1000 1250 1250 1250 1250 1000 375,35,7.45,0.45,0333,3 3040 1 ==<= >= o oo Ha α 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), chỉ cần tính cho một ô rồi lấy 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 mặt xác định theo công thức sau: NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 3 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN )1(2 2 nR kP a + = δ 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/cm 2 ) n là tỷ số giữa cạnh ngắn và cạnh dài Kết quả tính toán lập thành bảng như sau: Ký hiệu ô a i (cm) b i (cm) n P i (daN/cm 2 ) δ (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 )(9,0 cm bm = δ 2. Tính toán dầm phụ: Dầm đơn, gối tựa là hai dàn ngang, nhịp tính toán B, tải trọng tác dụng phân bố đều trên toàn chiều dài dầm là: iii bpq = Trong đó: p i là áp lực nước tác dụng lên dầm phụ b i là bề rộng của tải trọng tác dụng lên dầm phụ thứ i 2 dtr i aa b + = a tr là khoảng cách từ dầm phụ thứ i đến dầm trên nó (i-1) a d là khoảng cách từ dâm phụ thứ i đến dầm dưới (i+1) NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 4 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN Kết quả tính toán lập thành bảng sau: Tên dầm P i (KN/m 2 ) a tr (m) a d (m) 2 dtr i aa b + = iii bpq = iptt qnq = M max (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 M max = 106979(daNcm) Suy ra W x =114,3(cm 3 ) Vậy ta chọn dầm phụ là thép chữ C N 0 18 với các đặc trưng hình học như sau: h(mm) b(mm) d(mm) t(mm) R(mm ) F 180 70 5.1 8.7 9 2 J x (cm 4 ) J y (cm 4 ) W x (c m 3 ) W y (c m 3 ) r x (cm ) r y (cm ) S x Z o (c 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: )/(15122100.72,0)/(21,699 153 106979 )(153 552,15 2375 )(23757,20.552,6109052.9,0.898,2 12 9,0.52 )(552,6 7,2052.9,0 45,9.52.9,0 22 max max 3 max 422 3 cmdaNmRcmdaN W M cm y J W cmJ cmy x x x x c ==<=== === =+++= = + = σ NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 5 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN L f = 384 5 . EJ lq 3 . = 384 5 . 2375.10.65,2 5,126.62,48 6 3 = 0,2.10 -3 < 250 1 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 qP qP E RLn h TCTC o ∑+∑ ∑+∑ = 24 5 min Trong đó: R=1512(daN/cm 2 ) n o =600 L=7,06m E=2,65.10 6 daN/cm 2 q TC =140,625 KN/m q=154,688 KN/m n P =1,1 P tc =0 P=0 Thế số liệu vào ta được: )(77,45 688,154 625,140 10.65,2 600.706.1512 24 5 6 min cmh == Tính 3 5,1 ycbkt Wh λ = Trong đó: 100 = b λ )(5,9637758)(963,77585 8 06,7.688,154 8 2 2 max daNcmKNm qL M ==== NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 6 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN )(1789,6374 1512 5,9637758 3 max cm R M W yc === Thế số vào ta được )(516,981789,6374.100.5,1 3 cmh kt == )(516,98 min cmhhh kt =⇒> )(5902,93516,98.95,095,0 cmhh b === Chọn chiều cao bản bụng h b =100(cm) Tính )(1 100 100 cm h b b b === λ δ cb b Rh Q 5,1= δ Ta có biểu đồ momen M và lực cắt Q sau: Q (KN) M (KNm) 546,049 546,049 963,776 Ta được Q=39136,16(daN) R c =0,72.1300=936(daN/cm 2 ) NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 7 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN )(63,0 936.100 16,39136 5,1 cm b ==⇒ δ Vậy chọn chiều dày bản bụng δ b =1cm Chọn δ c =20mm=2cm Chiều cao chính xác của dầm là h=h b +2 δ c =100+2.2=104(cm) h c =h b + δ c =100+2=102(cm) )(248124 12 100.1 2 104 1789,6374 122 4 3 3 cm h h WJ bb ycc =−=−= δ Vậy chiều rộng cánh là: )(24)(9,23 102.2 248124.2 2 22 cmcm h J b cc c c ≈=== δ b. Kiểm tra lại tiết diện dầm chính đã chọn: 690 Xo 1000 10 20 20 240 X 126 NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 8 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN - Kiểm tra cường độ: Ứng suất pháp lớn nhất xác định được: Ry J M x ≤= max max max σ Trong đó: )(5,9637758)(963,77585 8 06,7.688,154 8 2 2 max daNcmKNm qL M ==== F=0,9.69+2.24+1.100+2.24=258,1(cm 2 ) )(6,64 )(46279924.2.6,63 12 2.24 100.1.6,12 12 100.1 24.2.4,38 12 2.24 9,0.69.85,39 12 9,0.69 )(6,12 1,258 45,52.9,0.69 max 42 3 2 3 2 3 2 3 cmy cmJ cmy x c = =+++++++= == Thế số vào ta được: )/(1512)/(3,13456,64 462799 5,9637758 22 max cmdaNRcmdaN =<== σ Ứng suất tiếp lớn nhất xác định theo: c bo o R J SQ ≤= δ τ max max max Trong đó: )(52,25252,38.24.26,18.2,37.1 )(1579722.24.2,38 12 2.24 60.1.2,7 12 60.1 2.24.8,23 12 2.24 9,0.69.25,25 12 9,0.69 )(2,7 1,218 45,32.9,0.69 )(1,21824.260.124.269.9,0 )(049,546 2 06,7.688,154 2 3 0 42 3 2 3 2 3 2 3 ' 2' max cmS cmJ cmy cmF KN qL Q o c =+= =+++++++= == =+++= === NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 9 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN Thế số vào ta được: )/(936)/(873 1.157972 52,2525.9,54604 22 max cmdaNRcmdaN c =<== τ Kết luận: Dầm ổn định về cường độ. - Kiểm tra về độ cứng (độ võng): α x TC JE Lq l f .384 5 3 = Trong đó: q TC =140,625(daN/cm 2 ) L=706(cm) E=2,65.10 6 (daN/cm 2 ) J x =462799(cm 4 ) α =0,8 Thế số vào ta được: 44 6 3 10.7,1610.6,6 8,0.46279910.65,2 706.625,140 384 5 −− <== l f Kết luận: Dầm ổn định về độ cứng - Tính liên kết hàn góc giữa bản cánh và bản bụng: h go c o h RJ SQ h β 2 max = Trong đó: NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 10 [...]... Tính toán dàn chịu trọng lượng: 0,5Pm Pm R=3Pm Pm Pm Pm Pm 0,5Pm 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 = nhịp tính toán của dầm chính a.Xác định trọng lượng cửa van: NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 22 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN Xác định trọng lượng cửa van theo... HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 12 V VI c=280 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN Thế số vào ta được: 2 2 σb τb σ + τ = 0,19 < 0,72 th th Kiểm tra ô thứ 3: Q=9784(daN) M=9444400(daNcm) Thế số vào ta được: 2 2 σb τb σ + τ = 0,08 < 0,72 th th Kết luận: các ô dầm ổn định Kết luận chung: dầm ổn định 4 Tính toán dàn ngang: a Xác định kích thước... = 9,85 ( KN ) 2 2 R = 3Pm = 3.19,7 = 59,1( KN ) Pm = NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 23 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 9,85 19,7 19,7 GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN 19,7 19,7 59,1 9,85 59,1 c Xác định nội lực trong dàn: Dùng phương pháp tách nút để tìm nội lực trong thanh NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 19,7 Page 24 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP 9,85 19,7 GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN 19,7 19,7 3 2 1 19,7 19,7 9,85 5 4 6 0 7 13 12... 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: G = 0,55.F F ( KN ) 2 Trong đó: F là diện tích chịu áp lực nước của cửa van tính bằng m NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 29 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN 2 F=L.H=7,06.7,5=52,95(m ) G = 0,55.52,95 52,95 = 219,91( KN ) Ta có lực dọc trong... 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: NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 14 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP Po = W 1 P2 = W 2 P3 = W 3 P4 = W 4 P5 = W Z1 l 01 1 P1 = W GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN 5 (l 01 − Z 1 ) +W... NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 16 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN 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 thượng của dàn ngang ngoài chịu lực... 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: Thanh xiên có nội lực lớn nhất là thanh 0-12 có N=49,73 (KN) và l Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có: σ= N N ≤ R n ⇒ F yc = ϕF ϕRn Giả thiết đối với thanh bụng NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 26 0-12 =7,57(m) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN λ gt... 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... 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 cả phần bản mặt cùng tham gia chịu lực Chọn thanh 23 để tính toán vì thanh có lực dọc N=84,18(KN) lớn nhất thanh cánh 23 thượng và chiều dài l = 166,7(cm) Momen uốn là NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 17 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN 2 qTB l 23 8 = 63,25( KN / m) M max... x = = 2,17(cm) λ gt 80 Chọn tiết diện thanh cánh hạ tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc không đều cạnh x y 1 2 x1 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 NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 19 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN Kiểm tra cho tiết diện vừa chọn: Độ mảnh thực của thép: λx = l x 173,99 = = 68,23 rx 2,55 λy = ly . ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: TH.S PHẠM CAO HUYÊN ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG Yêu cầu: Thiết kế cửa van phẳng bằng thép theo phương pháp phân tích kết cấu thành những hệ phẳng. I/. được: 44 6 3 10.7,1610.6,6 8,0.46279910.65,2 706.625,140 384 5 −− <== l f Kết luận: Dầm ổn định về độ cứng - Tính liên kết hàn góc giữa bản cánh và bản bụng: h go c o h RJ SQ h β 2 max = Trong đó: NGUYỄN THỊ HẢI ĐĂNG LỚP 50C1 Page 10 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD:. thành những hệ phẳng. I/ Tài liệu thiết kế: Chiều rộng lỗ cống L o =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: