Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN MẶT A- TÀI LIỆU THIẾT KẾ - Bề rộng lỗ cống : Lo = 11m - Cao trình ngưỡng : ∇ = - Cột nước thượng lưu : Ht = 5,5m - Cột nước hạ : Hh = - Vật chắn nước đáy gỗ cao su; vật chắn nước bên cao su hình chữ P - Vật liệu chế tạo van: • Phần kết cấu cửa: thép hợp kim thấp 10Γ2C, TCVN 3104-1979 • Trục bánh xe: Thép CT5 • Bánh xe chịu lực :Thép đúc CT35 • Ống bọc trục đồng • Liên kết hàn: Que hàn E43A, 9467-60 - Hệ số vượt tải áp lực thuỷ tĩnh trọng lượng thân n = 1,1 - Độ võng giới hạn dầm = ;và dầm phụ = - Cường độ tính toán thép chế tạo van lấy theo nhóm bảng 1-5 trang 10 Giáo trình Kết cấu thép sau: • Ứng suất pháp kéo,nén dọc trục : R = 2140 daN/cm2 • Ứng suất pháp uốn : Ru = 2250 daN/cm2 • Ứng suất cắt : Rc = 1290 daN/cm2 • Ứng suất ép mắt đầu : Repmđ = 3220 daN/cm2 B- NỘI DUNG THIẾT KẾ: *Bố trí tinh toán kết cấu & Bản vẽ mô tả kết cấu cửa van *Thời gian thực hiện: 18/09/2008 đến 08/10/2008 I- BỐ TRÍ TỔNG THỂ CỬA VAN • Cửa van phẳng gồm bô phận bản: phận động (kết cấu chịu tải trọng) phận cố định Ngoài có máy nâng để đóng mở cửa van • Bộ phận động cửa van gồm có: mặt, ô dầm, dầm chính, dàn ngang, dàn chịu trọng lực,cột biên, gối đỡ, thiết bị định hướng, vật chắn nước, thiết bị treo • Bộ phận cố định gồm có: đường ray chính, đường ray ngược hướng đường ray bên,các phận cố định vật chắn nước thẳng đứng nằm ngang,các thép góc gia cố khe van dầm tường ngực • Bộ phận động cửa van phẳng thiết kế sơ sau: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án a1 hv at W ad 7a C α > 30 a2 7a 7b 7a Hình Lo • Các kich thước bản: -Nhịp tính toán cửa van: Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe c=0,3m Vậy nhịp tính toán cửa van L=Lo+2.c=11+2.0,3=11,6m -Chiều cao toàn cửa van: Chọn độ cao an toàn ∆=0,5m.Vậy chiều cao toàn cửa van hv=Ht+∆=5,5+0,5=6m II- TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CỬA VAN • Biểu đồ áp lực thủy tĩnh tác dụng lên cửa van mặt biểu thị hình • Hợp lực vị trí hợp lực áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên cửa van tính theo công thức sau: W= γHt2= Z= 10.5,52=151,25 (KN) = = 1,8 (m) • Cửa van chế tạo loại vật liệu Thép 10Γ2C có cường độ tính toán vượt giới hạn 1400~1600 daN/cm2,dầm đặc,kiên kết hàn,vì trọng lượng phần động cửa van tính theo công thức Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án G=K 10 Với K= = 0,82; Vậy G= 210,3 (KN) • Cơ chế truyền lực: Theo phương ngang, cửa van chịu áp lực nước,truyền lên mặt 1,từ mặt truyền lên hệ dầm phụ 3,lên dàn ngang 4, áp lực từ hệ dàn ngang tác dụng lên dầm 2,truyền lên dần biên 6,lên trụ biên,rồi lên bánh xe 7a III- BỐ TRÍ KẾT CẤU VÀ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA CỬA VAN Hình a2 ad at a1 < 0,45.h 1) C h ọ n 2H/3 h W H/3 α≥30O số lượng dầm Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 Kết cấu thép = Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa án = 1,93 >1 nên bố trí hai dầm (có ưu điểm Kết cấu đơn giản,dễ tháo lắp) 2) Bố trí dầm Bố trí theo điều kiện dầm chịu tải trọng nhau, kích thước mặt cắt ngang dầm giống nhau, dễ dàng cho việc chế tạo Vị trí dầm phải cách hợp lực áp lực thuỷ tĩnh Theo hình vẽ ta có: at=ad Để đảm bảo độ cứng cửa van mặt côngxôn, đoạn côngxôn phía a thường chọn 30o Nhưng theo tính toán điều kiện không thoả mãn,nên khoét lỗ dọc theo đường trục dầm dưới, tổng diện tích lỗ > 0,2 tổng diện tích bụng 3) Hình thức dầm Van có nhịp không lớn lắm,chiều cao cột nước lớn nên dùng dầm ghép 4) Dầm phụ dàn ngang + Dầm phụ dọc: -Khoảng cách dầm khoảng 60-70δbm -Càng xuống sâu dày -Chiều cao giống Dầm dọc phụ bố trí tương tự hình vẽ1: Giữa dầm đặt dầm phụ dọc, khoảng cách trục dầm 800mm (thoả mãn điều kiện thuộc khoang 60-70 δbm, dự kiến δbm = 1cm) Đoạn côngxôn phía đặt dầm phụ,khoảng cách từ mép cửa van tới dầm phụ gần 900mm,và khoảng cách dầm lại 850mm Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép 0,5m 0,9m I 0,85m II 0,85m III 0,8m IV 0,8m V 0,8m VI 0,8m VII 0,2m VIII án Hình + Dàn ngang: phận chủ yếu truyền áp lực lên dầm phân áp lực W, chịu xoắn vặn lực phát sinh Khoảng cách dàn dự kiến lf=L/4=11,6/4=2,9 m +Dầm phụ đứng: cánh dàn ngang 5) Giàn chịu trọng lượng Chịu trọng lực cửa van nước tràn qua van Bố trí giàn mặt phẳng cánh hạ dầm chính,chiều cao khoảng cách dầm IV- TÍNH TOÁN KẾT CẤU 1) Tính toán mặt Dựa sở hang ngang hai dầm dọc phụ cần tính cho ô,các ô khác có kích thước, chịu lực giống nên tính toán tương tự Vì tỉ số cạnh dài cạnh ngắn b/a > nên tính toán tựa hai cạnh.Xét dải có bề rộng 1,bản mặt tính toán sau: M= αPia2 Theo điều kiện cường độ: σ = ⇒ δbm = = < mb Ru = 0,61a Trong Pi áp lực thuỷ tĩnh trọng tâm ô mặt, Ru cường độ tính toán chịu uốn vật liệu làm mặt,Ru=2250 daN/cm2 Để tiện tính toán, lập bảng tính sau: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY BẢN MẶT Số hiệu ô mặt Pi (daN/cm2) bi (m) δ (mm) (m) II 0.081 2.9 0.85 3.4 0.0060 3.1 III 0.166 2.9 0.85 3.4 0.0086 4.5 IV 0.250 2.9 0.8 3.6 0.0105 5.1 V 0.330 2.9 0.8 3.6 0.0121 5.9 VI 0.410 2.9 0.8 3.6 0.0135 6.6 VII 0.490 2.9 0.8 3.6 0.0148 7.2 VIII 0.540 2.9 0.2 14.5 0.0155 1.9 Từ kết từ bảng tính trên, chọn chiều dày mặt δbm= 8mm 2) Tính toán dầm dọc phụ pi bi at ad q Coi dầm phụ dọc làm việc dầm đơn, nhịp khoảng cách hai giàn ngang, chịu tải trọng phân bố có cường độ: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép qi=pi.bi =pi án (daN/cm) Trong đó: at khoảng cách từ dầm xét tới dầm ad khoảng cách từ dầm xét tới dầm pi áp lực thuỷ tĩnh dầm xét Ta lập bảng tính sau: TẢI TRỌNG XÁC ĐỊNH LÊN DẦM PHỤ Dầm phụ pi (daN/cm2) at (m) ad (m) bi (m) qi (KN/cm) 0.040 0.9 0.85 0.88 0.0350 0.125 0.85 0.85 0.85 0.1063 0.290 0.8 0.8 0.80 0.2320 0.370 0.8 0.8 0.80 0.2960 0.450 0.8 0.8 0.80 0.3600 Chiều dài tính toán dầm phụ lf = 2.9 (m) Theo bảng tính ta thấy dầm phụ dọc số dầm chịu lực lớn nên ta cần tính cho dầm Mômen uốn lớn dầm phụ dọc: Mmax= k.qmax.lf2 = =3209(kNcm) Môđun chống uốn yêu cầu dầm phụ dọc: Wyc= =157 (cm3) = Từ Wyc tra bảng thép chữ C (có xét tới phần mặt tham gia chịu lực nên chọn nhỏ cấp) chọn thép chữ C có số hiệu N020 có đặc trưng sau: h = 20cm; bc = 7,6cm; zo = 2,07cm; h 2 F = 23,4cm ; Jx = 1520cm ; Wx = 152cm3 *Kiểm tra khả chịu lực dầm phụ dọc xét tới tham gia chiu lực mặt δ Phần mặt tiết diện tính toán dầm phụ chọn giá trị nhỏ điều kiện yc sau: = 80cm bc 1.b = b y Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 xo x Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án 2.b=bc+2c=bc+2.20δbm=8+2.20.0,8=40cm 3.b=0,3lf =0,3.290= 87cm Vậy sơ chọn b= 40cm Tính đặc trưng hình học mặt cắt ghép: F= Fc + Fbm=23,4+40.0,8=55,4cm2 yc = = = 6,01cm Jxo= 1520+23,4.6,012 + 40.0,8.4,392 + Wmin= =2966 cm4 =185cm3 = Kiểm tra khả chịu lực dầm phụ chọn: бmax = = 1778 daN/cm2 < m.Ru = 2250 daN/cm2 = = < Vậy dầm phụ chọn thoả mãn điều kiện cường độ biến dạng 3) Tính toán dầm a) Tải trọng tác dụng lên dầm chính: Tổng áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên 1đơn vị chiều dài cửa van: W= γ.H2=151,25(KN/m) Tải trọng tác dụng lên mét dài dầm dầm dưới: qt = Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh W = 75,625 (KN/m) Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép qd = án W = 75,625 (KN/m) Lo L b) Chọn kích thước tiết diện: +Xác định chiều cao dầm theo điều kiện độ cứng: hmin = = =131,9 (cm) Trong đó: n = 1,1 – Hệ số vượt tải K1=1,1 – Hệ số có tính đến ảnh hưởng tải trọng thân K2=1,08-Hệ số tính đến tăng độ võng việc thay đổi chiều cao dầm chình gối +Xác định chiều cao kinh tế dầm chính: hkt = Trong đó: Mmax= (L - )=1269(KNm)→Wyc= = 10 = 6204(cm3) K =1,4 Chọn λb=135 Vậy hkt = = 105,45 (cm) Nhận xét: hkt < hmin → chọn chiều cao dầm h= 132 (cm) +Chiều cao bụng dầm thường lấy hb =0,95h; lấy hb=127 (cm) +Chiều cao đầu dầm chính: ho =0,6h =79,2 (cm) Chọn ho=80 (cm) +Xác định chiều dày bụng -Theo điều kiện chịu cắt: δb= Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh = = = 0,42 (cm) Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép -Theo điêu kiện ổn định cục bộ: δb= = = 0,94 (cm) -Theo công thức kinh nghiệm: δb= 7+0,003.h=10,96 (mm) Vậy chọn δb = 12 (mm)= 1,2 (cm) +Xác định kích thước cánh bc δc -Ta có h=hb+2δc→ δc= (h – hb)/2=25 (mm) h hb δc δ yc -Kích thước bc δc phải thoả mãn điều kiện cục cánh: bc=δb+2a1 x với a1 m =1 (*) Trong : + σth = Ko 10 Với Ko = f(γ) , γ = C ; Ở cánh nén hàn cứng vào mặt nên C=∞ → γ >30 ⇒Ko = 74,6.Vậy σth = 74,6 10 = 66,6 106 (daN/cm2) + τth = (1,25 + ).( )2.103 = (1,25 + 0,95/(1,45/2)2).(100.1,2/145)2.103 = 1,36.103(daN/cm2) +Kiểm tra với ô số II III, σb τb tính theo công thức: σb = τb= Ta lập bảng sau để tiện tính toán: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 13 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép Ô số Qô Mô σb τb II 357 1214 631.4 234.5 0.17275 III 306 875.6 455.3 201.3 0.14823 án 2.265m 3.751m M 2.715m 3.625m Q Nhận xét : ô thỏa mãn điều kiện (*) Vậy dầm ổn định cục bụng d)Tính liên kết cánh bụng hdh = = = 0,78 (cm) Sử dụng bảng sau để chọn chiều cao đường hàn: Phương pháp hhmin chiều dày thép dày hàn Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 14 Kết cấu thép Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa án 4-6 - 10 11 - 16 17 - 22 23 - 32 Hàn tay, nửa tự động tự -Chọn chiều cao đường hàn liên kết cánh bụng hh = (cm) 4) Tính toán dàn ngang Cửa van thiết kế có chiều cao không lớn Htl = 5,5 m L= 11m nên chọn sơ đồ giàn ngang hình vẽ sau Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 15 [...]... hàn Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 14 Kết cấu thép Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa án 4-6 7 - 10 11 - 16 17 - 22 23 - 32 Hàn tay, nửa 4 5 6 7 8 tự động và tự 3 4 5 6 7 -Chọn chiều cao đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng là hh = 8 (cm) 4) Tính toán dàn ngang Cửa van thiết kế có chiều cao không lớn lắm Htl = 5,5 m và L= 11m nên chọn sơ đồ giàn ngang như hình vẽ sau Sinh viên thực hiện: Hà... τb= và Ta lập bảng sau để tiện tính toán: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 13 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép Ô bản số Qô Mô σb τb II 357 5 1214 4 631.4 8 234.5 8 0.17275 III 306 9 875.6 455.3 1 201.3 8 0.14823 án 2.265m 3.751m M 2.715m 3.625m Q Nhận xét : cả 2 ô bản đều thỏa mãn điều kiện (*) Vậy dầm ổn định cục bộ bản bụng d)Tính liên kết bản cánh và bản bụng hdh = = = 0,78 (cm)... < mRc = 0,9.2250 = 2025 (daN/cm2) Vậy mặt cắt đã chọn thoả mãn điều kiện về cường độ Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 11 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép 2900 2900 1320 800 2900 án 1320 1270 800 25 8 700 380 25 12 +Kiểm tra độ cứng (nếu bỏ qua sự ảnh hưởng của việc thay đổi tiết diện) = = = < +Kiểm tra ổn định cục bộ dầm: - Ổn định cục bộ bản cánh: a1 = (bc – δb)/2 = (380-12)/2 = 184... vẽ sau: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 12 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án I II III IV 1,45 m 1 Ổn định của bản bụng dầm có bản cánh chịu nén hàn chặt vào bản mặt được kiểm tra theo công thức: > m =1 (*) Trong đó : + σth = Ko 10 3 Với Ko = f(γ) , γ = C ; Ở đây cánh nén được hàn cứng vào mặt nên C=∞ → γ >30 ⇒Ko = 74,6.Vậy σth = 74,6 10 3 = 66,6 106 (daN/cm2) + τth = (1,25 + ).(.. .Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép Wxn= án = 16210,86 (cm3) = +Đối với tiết diện đầu dầm có ho=80cm có đặc trưng hình học: =327583(cm4) Jo = So = (2,5.38.38,75).2 + 75.1,2.18,75 = 11750 (cm3) +Kiểm tra về cường độ: -Ứng suất pháp lớn nhất ở giữa dầm chính: бmax=... bản cánh -Ổn định cục bộ bản bụng: λb = = 106 >70 ⇒ Dầm mất ổn định cục bộ do ứng suất tiếp τ → phải gia cố bằng các sườn chống đứng 1 để tăng độ cứng của dầm Để phát huy tác dụng của sườn chống đứng 1,khoảng cách lớn nhất giữa các dầm được chọn như sau: amax=2.hb = 2.1,27 = 2,54 (m) Vậy bố trí sườn chống đứng như hình vẽ sau: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 12 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết ... độ tính toán chịu uốn vật liệu làm mặt,Ru=2250 daN/cm2 Để tiện tính toán, lập bảng tính sau: Sinh viên thực hiện: Hà Thị Tuyết Minh Lớp 47Đ2 Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án TÍNH TOÁN CHIỀU... đứng: cánh dàn ngang 5) Giàn chịu trọng lượng Chịu trọng lực cửa van nước tràn qua van Bố trí giàn mặt phẳng cánh hạ dầm chính,chiều cao khoảng cách dầm IV- TÍNH TOÁN KẾT CẤU 1) Tính toán mặt.. .Đồ GVHD: Đỗ Văn Hứa Kết cấu thép án a1 hv at W ad 7a C α > 30 a2 7a 7b 7a Hình Lo • Các kich thước bản: -Nhịp tính toán cửa van: Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe c=0,3m