ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢOCHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG 3.1.THIẾT KẾ DẦM MÁI: 3.1.1.Tính toán các tiết diện ngang - Từ kết quả phân tích nội lực khung ngang,
SỞ THIẾT KẾ
SỐ LIỆU VỀ VẬT LIỆU
Loại thép Số hiệu thép E
Các thông số của thép tấm
Cường độ tính toán chịu kéo,nén,uốn của thép theo giới hạn chảy: f = f y γ M $.5
Với γ M =1.1 là hệ số tin cậy về vật liệu lấy theo mục 6.1.4,TCVN 5575:2012 Cường độ tính toán chịu cắt của thép
Hệ số làm việc của kết cấu: (Bảng 3, TCVN 5575:2012)
Sử dụng que hàn N46 (bảng 8, TCVN 5575: 2012), với các thông số như sau:
) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
: cường độ tính toán khi làm việc chịu kéo của boulon (bảng 10, TCVN 5575:2012)
: hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulon( bảng 38, TCVN 5575:2012) Boulon neo được chế tạo từ thép JIS-G3101-SS400, có
Bê tông móng/ cổ cột: B20 có ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
THƯỚC SƠ BỘ,
CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG
Nhịp cầu trục: LCR = 75 ft = 22.86(m)
Cao trình đỉnh ray: HR = 6(m)
Sức nâng cầu trục: C = 7.5(tấn)
Tra catalog của cầu trục (mã hiệu cầu trục A0785300) ta được các số liệu sau:
2.1.1Các kích thước sơ bộ của khung ngang: a/ Cột dưới:
Chiều cao phần cột dưới:
Phần cột chôn sâu xuống nền:
Chiều cao tiết diện dầm đỡ cầu trục: hrp h C.g P0 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chiều cao tiết diện ray (và miếng đệm):
D: Khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất của cầu trục
F0: Khoảng cách từ nách khung đến điểm thấp nhất của các thiết bị hay kết cấu treo
( ví dụ: thiết bị chiếu sang, lối đi lại dọc hoặc ngang nhà)
75mm: Là khe hở an toàn giữa khe trục (hoặc xe con) và kết cấu bên trên của nó
F1: Khoảng hở dự phòng, lấy bằng nhưng không nhỏ hơn 100mm (khi mà không có thiết bị treo tức F0 = 0 thì có thể lấy F1= 0).
Chọn c/Chiều cao tiết diện ngang lớn nhất và bé nhất của dầm mái : ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Bề rộng cánh dầm mái:
Chọn d/ Chiều cao tiết diện ngang của cột:
Chọn e/Bề dày cánh, bụng của dầm mái:
Ta có: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chọn f/Bề dày cánh, bụng của cột:
Khoảng cách từ trục định vị đến tim ray:
Kiểm tra khe hở ngang an toàn giữa cột và đầu cầu trục:
(chọn trục định vị nằm tại mép ngoài của xà gồ vách)
Chiều cao tiết diện xà gồ vách: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
(thõa)Với 75mm là khoảng hở giữa cầu trục và cột.
CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG
(Mái và vách tole dày 0,5mm, xà gồ thép chữ Z với tổng trọng lượng bản thân là: và )
Tĩnh tải mái tác dụng lên dầm mái ( giá trị tính toán ):
Tĩnh tải vách tác dụng lên cột ( giá trị tính toán ):
Hệ số vượt ải của tĩnh tải(vật liệu thép):
2.2.2.Hoạt tải mái: Đối với mái nhẹ,theo TCVN 2737:1995 quy định giá trị tiêu chuẩn của hoạt tải mái là:
Hệ số vượt tải của hoạt tải mái: ; cos α ≈1 :với α :là góc nghiêng của mái so với phương nằm ngang.
2.2.3.Tải trọng cầu trục tác dụng lên khung ngang: ( trường hợp có 1 cầu trục)Tải trọng thẳng đứng :lớn nhất Dmax và bé nhất Dmin do cầu trục truyền lên vai cột giá trị tính toán được tính như sau : ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
: là hệ số vượt tải của cầu trục ( )
B: là nhịp đỡ của dầm cầu trục (bước cột).
W: là khoảng cách giữa 2 bánh xe cầu trục
Trọng lượng dầm đỡ cầu trục và ray:
Giá trị moment lệch tâm ứng với giá trị tải trọng:
Khoảng cách từ tim ray đến tim cột:
Tải trọng gió: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hệ số khí động lấy theo sơ đồ 2, bảng 6 TCVN “ 2737-1995 ”
Tải trọng phân đố đều trên cột
Tải trọng phân bố đều trên dầm:
: hệ số vượt tải gió
:giá trị của k tại độ sâu 10m
NỘI LỰC KHUNG NGANG
1.TT ( tĩnh tải) 2.HT (hoạt tải) 3.D trái ( D bên trái ) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
5.T trái ( TLA từ trái sang phải ) 6.T phải ( TLA từ phải sang trái ) 7.Gió trái ( gió từ trái sang phải ) 8.Gió phải ( gió từ phải sang trái )
Bảng tổ hợp nội lực:
Tổ Hợp Hệ Số Tổ Hợp
0. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
9 0.9 0.9 0.9 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hình 2.1 Mô hình khung ngang 2D
Hình 2.2 Mô hình khung ngang 3D ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Dmax trái: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
T trái: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Gió trái: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Biểu đồ bao moment: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Biểu đồ bao lực cắt:
Biểu đồ bao lực dọc: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chuyển vị đứng tại đỉnh khung: (tĩnh tải + hoạt tải mái):
Chuyển vị đứng do tỉnh tải gây ra ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chuyển vị đứng do hoạt tải mái gây ra
Chuyển vị ngang tại nách khung (tĩnh tải+ gió trái) :
Chuyển vị ngang do tĩnh tải gây ra ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chuyển vị ngang do gió trái gây ra
Chuyển vị ngang tại vai cột(tĩnh tải+ T trái) : ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chuyển vị ngang tại vai cột do tĩnh tải gây ra
Chuyển vị ngang tại vai cột do T trái gây ra ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG
THIẾT KẾ DẦM MÁI
3.1.1.Tính toán các tiết diện ngang
- Từ kết quả phân tích nội lực khung ngang, ta lựa chọn các giá trị nội lực gây nguy hiểm cho dầm mái.
- Mỗi phần tử cần chọn giá trị nội lực tại ít nhất 3 vị trí:2 phần tử đầu đoạn và 1 phần tử giữa.Và các giá trị nội lực là:
3.1.1.1Giá trị nội lực tính toán.
4.59 -63.23 -30.21 71.51 21.58 32.06 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
3.1.1.2 Thiết kế và kiểm tra tiết diện tại nách khung:
Module kháng uốn yêu cầu:
- Chiều cao hợp lý của bảng bụng:
Chiều dày hợp lý của bản bụng: (áp dụng cho dầm có )
Các đặc trưng hình học của tiết diện ngang:
- Moment quán tính: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Kiểm tra bền của tiết diện dầm tại nách khung:
- Ứng suất pháp lớn nhất:
- Ứng suất tiếp lớn nhất:
Trong đó: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Liên kết cánh với bụng dầm:
Đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm có chiều cao được duy trì trên suốt chiều dài dầm và không nhỏ hơn giá trị tối thiểu quy định tại Bảng 43 của TCVN 5575:2012, nhằm đảm bảo độ bền và an toàn cho cấu kiện.
- Chiều cao đường hàn tại mọi vị trí phải thỏa điều kiện:
Sử dụng que hàn N46 (bảng 8, TCVN 5575: 2012), với các thông số như sau:
Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định cục bộ: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Bản bụng: → thỏa điều kiện yêu cầu.
→ Vậy ta không cần gia cường thêm sườn cứng ngang.
Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định tổng thể:
- Bố trí thanh giằng cánh dưới với 2 bước xà gồ, mỗi xà gồ cách nhau 1.5m
- Tính theo công thức Bảng 13 TCVN 5575:2012;
→ Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể.
Vậy chọn tiết diện I700x8x200x12 làm tiết diện lớn nhất của kèo.
3.1.1.3 Tính toán và chọn tiết diện tại đỉnh nóc:
M kNm h w mm w t mm b f mm t f mm I x 4 cm x 3
W cm c kN/cm f 2 kN/cm c f 2 max 2 kN/cm
Các công thức kiểm tra bền: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
+Kiểm tra tiết diện theo ứng suất tiếp lớn nhất:
Thỏa điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất.
+Kiểm tra tiết diện ứng suất tương đương:
Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định cục bộ:
- Bản cánh: → Thỏa điều kiện yêu cầu.
- Bản bụng: → Thỏa điều kiện yêu cầu.
→ Vậy ta không cần gia cường thêm sườn cứng ngang.
Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định tổng thể:
- Bố trí thanh giằng cánh dưới với 2 bước xà gồ,mỗi xà gồ cách nhau 1.5m
- Tính theo công thức Bảng 13 TCVN 5575:2012 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
→ Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể.
Vậy chọn tiết diện I300x8x200x12 làm tiết diện nhỏ nhất của kèo.
3.1.1.4 Tính toán liên kết hàn cánh và bụng:
Thiết kế đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm với que hàn N46, phương hàn tay,bề dày thép 12 mm.
3.1.2.1.Mối nối tại đỉnh nóc:
Lực cắt và lực dọc không đáng kể ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Tính và chọn đường kính boulon
- Chọn boulon cường độ cao cấp 8.8
-Chọn số lượng boulon mỗi bên cánh là 4.
-Tính và chọn đường kính boulon
Boulon cánh trên chọn (dư khả năng chịu lực).
Tính và chọn chiều dày mặt bích: bc aa cb g
- Chiều rộng của mặt bích:
- Moment uốn trong mặt bích:
Chiều dày của mặt bích:
Chọn chiều dày bản mặt bích
Tính chiều cao đường hàn giữa mặt bích và cánh dầm:(hàn tay) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Theo kim loại đường hàn:
Theo kim loại biên nóng chảy:
→ Vậy ta chọn đường hàn
Hình 3.1 Mối nối đỉnh kèo thép
3.1.2.2:Thiết kế mối nối trung gian:
Lực cắt và lực dọc không đáng kể
Lực dọc quy đổi trong cánh do :
Kiểm tra độ bền của cánh kéo :
Tính và chọn đường kính boulon
-Chọn boulon cường độ cao cấp 8.8
-Chọn số lượng boulon mỗi bên cánh là 4. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Tính và chọn chiều dày mặt bích bc aa cb g Các khoảng cách boulon:
Chiều rộng của mặt bích:
Moment uốn trong mặt bích:
Chiều dày của mặt bích: chọn Tính chiều cao đường hàn giữa mặt bích và cánh dầm(hàn tay):
Theo kim loại đường hàn:
Theo kim loại biên nóng chảy:
→ Vậy ta chọn đường hàn ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hình 3.2 Mối nối trung gian ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
THIẾT KẾ CỘT THÉP
3.2.1Giá trị nội lực tính toán:
TT+HT+Dtr+Tph TT+Gph TT+Gtr TT+HT+Dph+Tph+Gph
TT+HT TT+Gph TT+HT TT+Gtr
Lực cắt lớn nhất (tính liên kết cánh và bụng)
- Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung (dùng phụ lục D-TCVN 5575:2012):
- Xác định hệ số chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung:
Nếu xem đầu trên là “ngàm trượt” tra bảng D3, ta được hệ số tính toán cho chiều dài cột dưới la
Nếu xem đầu trên là “tự do” tra bảng D2, ta được hệ số tính toán cho chiều dài cột dưới la
Thực tế đàu trên của cột vừa chuyển vị xoay vừa chuyển vị ngang, do đó liên kết ở đầu trên la “trung gian” của “ngàm trượt” và “tự do”
Ta lấy ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng khung là khoảng cách giữa các điểm kiềm chế
Kiểm tra điều kiện bền:
Với là hệ số điều kiện làm việc của cột (Bảng 3 TCVN 5575:2012)
Kiểm tra tiết diện (chỉ cần kiểm tra phần cột dưới)
- Diện tích mặt cắt ngang
W cm c 2 f kN / cm c f 2 kN / cm
→ Tiết diện I700x8x200x12 thỏa điều kiện bền. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Diện tích mặt cắt ngang cột:
Tính chi tiết cho cặp nội lực
- Độ lệch tâm tương đối
- Độ lệch tâm quy đổi
Trong đó là hệ số hình dạng tiết diện (Bảng D.9 TCVN 5575:2012) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Tra Bảng D.10 phụ lục D TCVN 5575:2012, ta được :
- Do theo Bảng 33, TCVN 5575:2012 ta có:
Xét → Một phần bản bụng bị mất ổn định
Theo điều 7.3.2.1 TCVN 5575:2012, kiểm tra ổn định trong mặt phẳng khung với tiết diện A được thay bởi:
- Điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung :
→ Thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
→ Vậy tiết diện I 700x8x200x12 thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung.
Kiểm tra ổn định ngoài mặt phẳng khung:
Trong đó c là hệ số lấy theo điều 7.4.2.5, TCVN 5575:2012 là hệ số uốn dọc quanh trục y-y lấy theo điều 7.3.2.1
Tính toán chi tiết cho cặp nội lực
- Độ lệch tâm tương đối
- Hệ số c : với , ta có
Trong đó: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Các hệ số được lấy theo Bảng 16, TCVN 5575:2012 hệ số uốn dọc đối với trục y – y phụ thuộc vào và cường độ chịu nén tính toán f
Khi Để xác định cần tính giá trị của hệ số :
Giá trị được lấy theo bảng E.1 của TCVN 5575:2012 và phụ thuộc vào tải trọng cùng các thông số liên quan; trị số được tính như sau: Đồ án Kết cấu thép GVHD: Th.S Nguyễn Hữu Bảo.
→ Thỏa điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung
Tính tương tự cho các cặp nội lực còn lại, ta có bảng kết quả như sau
W cm m c y kN / cm c f 2 kN / cm N / c A y 2
→ Vậy tiết diện I 700x8x200x12 thỏa điều kiện ổn định ngoài mặt phẳng khung.
Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng:
- Với là hệ số xác định theo Bảng 35 TCVN 5575:2012:
→ Bản cánh đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Khi chịu tải, bản bụng có thể mất ổn định Theo điều 7.6.2.6, TCVN 5575:2012, cần gia cố các sườn cứng ngang để tăng cường độ ổn định của kết cấu Khoảng cách giữa các sườn được quy định là a, và nên chọn a = 00 mm (bằng khoảng cách xà gồ vách) để đảm bảo sự đồng bộ giữa các chi tiết và tối ưu hiệu suất chịu tải.
- Ta bố trí cặp sườn đối xứng, theo điều 7.6.1.1, TCVN 5574:2012
Tính toán đường hàn cánh và bụng cột
- Thiết kế đường hàn góc liên kết cánh và bụng với que hàn N46, phương pháp hàn tay.
THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT
3.3.1 Thiết kế chân cột- liên kết cột với móng:
3.3.1.1Giá trị nội lực tính toán:
-160.64 -213.03 34.36 -105.64 409.22 22.5 -302.62 -57.58 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Cường độ tính toán của bê tông:
Mođun đàn hồi của bê tông:
Chọn boulon cấp 8.8, chế taọ từ thép tròn cấp SS400 với:
- :hệ số điều kiện làm việc của liên kết boulon (Bảng 38,TCVN 5575:2012)
- :cường độ tính toán khi làm việc chịu kéo của boulon (Bảng 10,TCVN 5575:2012)
- ;cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của boulon
- :cường độ tính toán chịu kéo của boulon neo
- :cường độ tính toán chịu cắt của boulon neo
Tính toán và chọn sơ bộ tiết diện bản đế:
- Chọn sơ bộ kích thước bản đế:
Hình 3.3.Kích thước sơ bộ của bản đế
Kiểm tra điều kiện bền nén của bê tông móng , ứng với cặp nội lực: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Kiểm tra lại diện tích bản đế cho cặp nội lực:
=>Ta nhận thấy cặp nội lực này có trị số lớn và độ lệch tâm cũng lớn nên chọn cặp này để kiểm tra đầu tiên:
- Độ lệch tâm của tải trọng
→ Có vùng kéo dưới bản đế, áp lực dưới bản đế phân bố dạng tam giác (trong khoảng y)
- là khoảng cách từ trọng tâm của nhóm boulon chịu kéo đến mép bản đế (phương án chân cột có 8 boulon )
- là tỷ số modul đàn hồi của thép và bê tông. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Diện tích tiết diện cần thiết của mỗi boulon:
→ Chọn boulon có Áp lực dưới bản đế có dạng hình tam giác
Giá trị y là nghiệm của phương trình bậc 3: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Giải phương trình bậc 3 bằng máy tính:
- Lực kéo và ứng suất trong các boulon:
- Ứng suất nén lớn nhất dưới bản đế:
- Moment uốn lớn nhất dưới bản đế:
- Chiều dày bản đế tính với áp lực dưới bản đế:
→ chọn bản đế dày 4 cm.
- Kiểm tra tiết diện bản đế ứng với các cặp nội lực còn lại ta có bảng kết quả sau:
M N kN cm e K 1 K 2 K 3 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Kiểm tra boulon neo với tổ hợp
- Tổng lực kéo trong 4 boulon neo
:là khoảng cách giữa 2 trục của bản cánh:
- Ứng suất kéo trong boulon
Tính chiều dày bản đế khi chịu nhổ:
- Moment uốn trong bản đế do sự nhất lên của cánh
- Chiều dày của bản đế- do sự nhất lên của cánh
Đường hàn liên kết cánh cột vào bản đế:
Lực kéo lớn nhất trong cánh cột , trong đó: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chiều dày cấu kiện lớn nhất:40mm
Phương pháp hàn tay=>lấy
- Chiều cao đường hàn góc liên kết cánh cột và bản đế:
Đường hàn góc liên kết bụng và bản đế
- Chiều cao đường hàn góc liên kết bụng cột vào bản đế
→ Chọn ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hình 3.4.Chi tiết cấu tạo chân cột
3.3.2.Thiết kế liên kết dầm mái với cột
3.3.2.1.Giá trị nội lực tính toán:
TT+HT TT+Gph TT+HT TT+Gtr
Lực cắt tại nách khung:
- Chọn kiểu liên kết 2 boulon mỗi hàng, giả sử liên kết gồm 10 boulon, sử dụng boulon có
- Bố trí boulon như hình vẽ: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
3.3.2.2.Tính toán boulon cánh ngoài
Xác định vị trí trục trung hòa và moment quán tính
Xác định vị trí trục trung hòa
Chọn tâm của cánh chịu nén làm hệ cơ sở
612 492 782 y ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Ta có vị trí trục trung hòa
- Xác định moment quán tính của các phần tử vừa nêu trên đối với trục trung hòa:
Boulon hàng 1 4.9 58.2 16597.48 Boulon hàng 2 4.9 41.2 8317.46 Boulon hàng 3 4.9 29.2 4177.94
Tính ứng suất trong các phần tử và kiểm tra khả năng chịu lực:
- Ứng suất kéo trong hàng boulon ngoài cùng:
- Ứng suất cắt trong các boulon(10 boulon): ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Tính chiều dày bản nối (mặt bích): có phân chia tỷ lệ chịu lực hợp lý giữa cánh sườn góc, bản bụng.
- Lực kéo trong các boulon:
- Lực kéo trong các phần tử tương ứng với tác dụng của mỗi boulon hàng ngoài
- Lực kéo trong các phần tử tương ứng với tác dụng của mỗi boulon hàng giữa
Trong bản bụng ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Lực kéo trong các phần tử tương ứng với tác dụng của mỗi boulon hàng trong
Do ở xa bản cánh, nên bỏ qua phần lực truyền vào cánh( xem toàn bộ đều truyền vào bụng) → lực kéo trong bụng
- Moment uốn và chiều dày mặt bích:
Với là bề rộng cánh dầm.
Chiều dày: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
→ Chọn chiều dày mặt bích 22(mm)
Kiểm tra ứng suất trong cánh kéo và sườn cứng:
Tính chiều cao đường hàn:
Hàn sườn góc vào mặt bích:chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay, có bề dày lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCVN 5575:2012 ta được
Theo tiết diện kim loại đường hàn
Theo tiết diện biên nóng chảy
Hàn cánh vào mặt bích:chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay,có bề dày lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCVN 5575:2012 ta được
Theo tiết diện kim loại đường hàn ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hàn bụng vào mặt bích: chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay,có bề dày lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCVN 5575:2012 ta được
Theo tiết diện kim loại đường hàn:
Theo tiết diện biên nóng chảy
3.3.2.3.Tính toán boulon cánh trong
Xác định vị trí trục trung hòa và moment quán tính ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Chọn tâm của cánh chịu nén làm hệ cơ sở
- Ta có vị trí trục trung hòa
- Xác định moment quán tính của các phần tử vừa nêu trên đối với trục trung hòa:
Boulon hàng 4 4.9 39.2 7529.54 Boulon hàng 5 4.9 51.2 12845.06 sườn góc 11.04 20.9 4822.38
I cm ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Ứng suất cắt trong các boulon(10 boulon):
- Ứng suất trong cánh nén
Tính chiều dày bản nối (mặt bích): có phân chia tỷ lệ chịu lực hợp lý giữa cánh sườn góc, bản bụng.
- Lực kéo trong các boulon:
Hàng ngoài cùng (boulon hàng 5)
Hàng trong cùng (boulon hàng 4)
- Lực kéo trong các phần tử tương ứng với tác dụng của mỗi boulon hàng ngoài
Trong cánh kéo boulon hàng 5
Trong cánh kéo boulon hàng 4
Trong bản bụng boulong hàng 5 ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Moment uốn và chiều dày mặt bích:
Với là bề rộng cánh dầm.
→ Chọn chiều dày mặt bích 22(mm)
Kiểm tra ứng suất trong cánh kéo và sườn cứng:
Tính chiều cao đường hàn: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hàn cánh vào mặt bích:chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay,có bề dày lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCVN 5575:2012 ta được
Theo tiết diện kim loại đường hàn
Theo tiết diện biên nóng chảy
Hàn bụng vào mặt bích: chọn que hàn N46,phương pháp hàn tay,có bề dày lớn nhất 20mm.Tra bảng 43-TCVN 5575:2012 ta được
Theo tiết diện kim loại đường hàn:
Theo tiết diện biên nóng chảy
→ Chọn ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hình 3.6 Cấu tạo mối nối nách khung. ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
HỆ GIẰNG; KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC;CÁC KẾT CẤU THỨ YẾU
HỆ GIẰNG
Giả thiết sơ bộ tiết diện các thanh chống và thanh giằng: o Các thanh chống dọc:
Tiết diện CHS 140x5 o Các thanh giằng xiên:
Làm từ thép SS400,có
+Đối với hệ giằng mái:đường kính
+ Đối với hệ giằng cột: đường kính
- Áp lực gió tiêu chuẩn
- Hệ số khí động mặt đón gió (TCVN 2737:1995)
- Áp lực tiêu chuẩn thẳng đứng của bánh xe
Tải trọng gió tác dụng vào các nút:
- Diện tích đón gió của các nút
Nút 3: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
( Trong đó lấy ứng với độ cao 10m – do công trình xây ở địa hình A)
Hình 4.1 sơ đồ hệ giằng mái
Hình 4.2 Sơ đồ hệ giằng cột
Nội lực trong các thanh giằng mái:
- Các thanh chống dọc: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Nội lực trong các thanh giằng cột:
Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giằng mái:
Các thanh xiên của hệ giằng mái:
- Giả thiết tiết diện các thanh xiên là như nhau là , do đó ta chọn thanh có giá trị nội lực lớn nhất để kiểm tra
Không đủ khả năng chịu lực, cần thay thế thanh có đường kính lớn hơn
(Tuy nhiên trong một vài trường hợp thẩm định thiết kế, người ta cho phép dùng thanh vừa nêu, vì sai số dưới )
→ Vậy chọn tiết diện thanh xiên là
Các thanh chống dọc của hệ giằng mái: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
- Các đặc trưng hình học của thanh
- Hệ số uốn dọc (Bảng D8 TCVN 5575:2012)
=>Thỏa điều kiện khả năng chịu lực của thanh chống dọc: o Kiểm tra khả năng chịu lực của thanh giằng cột:
Các thanh xiên của hệ giằng cột:
- Giả thiết tiết diện các thanh xiên là như nhau là do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra:
Không đủ khả năng chịu lực, cần thay thế thanh có đường kính lớn hơn
(Tuy nhiên trong một vài trường hợp thẩm định thiết kế, người ta cho phép dùng thanh vừa nêu, vì sai số dưới )
Các thanh chống của hệ giằng cột:
- Giả sử các thanh có tiết diện như nhau là 140x5
- Các đặc trưng hình học của thanh
- Độ mảnh ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
→ Các thanh giằng cột đủ khả năng chịu lực.
4.2 KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC:
- Giả thiết tiết diện dầm đỡ trục là dầm đơn giản, có tiết diện như sau:
Tiết diện chữ I200x12x500x10 thép tổ hợp làm từ thép tấm, kích thước như hình vẽ. Tiết diện chữ C27, thép định hình với kích thước như hình vẽ:
Hình 4.3 Tiết diện ngang giả thiết
Xác định vị trí trục trung hòa
Giả thiết lấy hệ trục làm hệ trục cơ sở, ta có hệ đối xứng qua trục OY, vậy ta có:
Với : ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Thép chữ I : AI = 2bftf + hwtw= 2×1.2×20 + 50×1 = 98 (cm 2 ).
Moment quán tính của tiết diện quay quanh trục X-X là:
Moment quán tính quanh trục Y – Y của chữ C và nửa trên chữ I
Các kí hiệu dầm đỡ cầu trục thể hiện các đại lượng thiết yếu cho thiết kế và vận hành: hệ số tin cậy của tải trọng dùng để đánh giá độ an toàn khi chịu tải; hệ số của tải trọng áp dụng trong các bài toán tính toán và thiết kế; trọng lượng bản thân của dầm đỡ trục ray là khối lượng của dầm; moment quán tính của tiết diện quanh trục X-X (lấy từ moment quán tính của chữ C và phần trên chữ I) cho biết khả năng chống uốn và xoắn; áp lực thẳng đứng lớn nhất của bánh xe cầu trục và áp lực thẳng đứng nhỏ nhất của bánh xe cầu trục liên quan đến phân bố tải lên bánh xe khi dầm hoạt động.
: áp lực hãm ngang áp lực hãm dọc
Tải trọng, nội lực, chuyển vị
Moment uốn quanh trục X-X và Y-Y ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Ta có: ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Kiểm tra khả năng chịu lực, độ võng
- Ứng suất pháp ở cánh dưới(kéo)
Khi không cần kiểm tra mỏi (số chu kì của tải trọng ) x x
- Ứng suất pháp ở cánh trên(nén) Điều kiện bền Điều kiện ổn định ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Trong đó, d là khoảng cách từ trục trung hòa của tiết diện đến thớ biên của cánh nén (cánh trên) Giá trị d được coi bằng với bề rộng của cánh trên Diện tích chịu nén được quy ước bằng tiết diện hình chữ C.
Hệ số xác định theo TCVN 5575:2012
- Ứng suất tiếp trong bụng (chữ I & chữ C)
- Độ võng ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Hình 4.5 Liên kết vai cột, dầm đỡ cầu trục với cột, chi tiết dầm đỡ cầu trục
Giả thiết tiết diện vai cột I200x12x500x8, tiết diện chữ I tổ hợp thép tấm SS400.
Tải trọng và nội lực
- Trường hợp nhà chỉ có 1 cầu trục hoạt động:
Moment Với ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Kiểm tra tiết diện ngang của vai cột:
- Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất tại thớ ngoài cùng của tiết diện:
- Điều kiện ứng suất tiếp lớn nhất tại thớ giữa bụng
- Kiểm tra điều kiện ứng suất tương đương :
- Kiểm tra ổn định cục bộ:
Bản cánh =>thỏa điều kiện.
Bản bụng ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
→ → Vậy ta không cần gia cường thêm sườn.
→ Vậy tiết diện I500x8x200x12 đã chọn là hợp lý.
Tính chiều cao đường hàn góc liên kết cánh và bụng:
- Chọn que hàn N46, phương phán hàn tay: Bảng 43 TCVN
- Chiều cao đường hàn thỏa mãn điều kiện sau
Tính chiều cao đường hàn góc liên kết vai cột vào cột: chọn que hàn N46, phương pháp hàn tay Bảng 43 TCVN 5575:2012
- Theo tiết diện kim loại đường hàn:
- Theo tiết diện biên nóng chảy ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Các thông số ban đầu:
-TLBT mái (tấm lớp, xà gồ, giằng xà gồ)là:
- Hoạt tải tiêu chuẩn của mái TCVN 2737-1995
-Áp lực gió tiêu chuẩn
-Hệ số khí động , hệ số điều chỉnh cao độ
- Khoảng cách giữa các xà gồ
-Tấm lợp tole sóng vuông cao 25mm, dày 0.35mm(độ dày thép nền là 0.3mm)
- Cả tole và xà gồ đều có giới hạn chảy , cường độ tính toán
Tải trọng phân bố đều trên mái
Thành phần tải trọng gây uốn tấm lợp(tấm lợp rộng 1000mm)
Moment uốn và khả năng chịu lực của tấm lợp được phân tích qua sơ đồ tính dầm liên tục trên mái có hơn 5 nhịp, nhằm làm rõ phân bố moment uốn và biến dạng dưới tải trọng khác nhau Moment uốn là tham số chủ đạo quyết định độ bền của tấm lợp thép, đòi hỏi phân tích kỹ các trường hợp tải và liên kết giữa các nhịp dầm để chọn kích thước và vật liệu phù hợp Đồ án Kết cấu thép do Th.S Nguyễn Hữu Bảo hướng dẫn trình bày phương pháp tính dầm liên tục với hơn 5 nhịp và cách xác định giới hạn chịu lực, từ đó tối ưu hiệu quả chịu lực và đảm bảo an toàn cho kết cấu mái.
Thành phần tải trọng gây uốn xà gồ
Khả năng chịu lực của xà gồ:
Khả năng chịu lực tại gối(cánh dưới chịu nén)
Khả năng chịu lực tại nhịp biên (cánh trên chịu nén) ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU BẢO
Khả năng chịu lực tại gối (cánh trên chịu nén)
Khả năng chịu lực tại nhịp biên ( cánh dưới chịu nén)
- Trong các công thức tính khả năng chịu lực của xà gồ mái lấy:
Module chống uốn hữa hiệu:
Tiết diện gối do xà gồ ghép chồng lên nhau nên ta có module chống uồn là ; tiết diện giữa nhịp có module chống uốn là ;
Ở những vị trí mà cánh dưới của xà gồ chịu nén, khả năng chịu lực của tiết diện giảm đi so với khi chịu kéo Để mô tả sự suy giảm này trong tính toán thiết kế, người ta dùng một hệ số điều chỉnh được nhân vào khả năng chịu lực của tiết diện khi nén Hệ số này phản ánh ảnh hưởng của nén đến cường độ và độ ổn định của cấu kiện, từ đó giúp xác định kích thước, vật liệu và biện pháp gia cố phù hợp để đảm bảo an toàn chịu tải và tối ưu hiệu suất của kết cấu.
Vậy tiết diện xà gồ Z200 đã chọn là hợp lý.