ĐỒ án kết cấu THÉP KÍCH THƯỚC sơ bộ, tải TRỌNG và nội lực KHUNG NGANG

- 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... Mối nối đỉnh kèo thép 3.1.2.2:Thiết kế mố

Trang 1

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:CƠ SỞ THIẾT KẾ 3

1.1 SỐ LIỆU THIẾT KẾ : 3

1.2 SỐ LIỆU VỀ VẬT LIỆU: 3

CHƯƠNG 2:KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, 5

TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG 5

2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG: 5

2.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG: 8

2.3.NỘI LỰC KHUNG NGANG: 11

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU KHUNG NGANG 23

3.1.THIẾT KẾ DẦM MÁI: 23

3.1.1.Tính toán các tiết diện ngang 23

3.1.2Thiết kế mối nối: 29

3.2 THIẾT KẾ CỘT THÉP: 34

3.2.1Giá trị nội lực tính toán: 34

3.2.2Kiểm tra tiết diện: 34

3.3.THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT LIÊN KẾT: 41

3.3.1 Thiết kế chân cột- liên kết cột với móng: 41

3.3.2.Thiết kế liên kết dầm mái với cột 48

CHƯƠNG 4: HỆ GIẰNG; KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC;CÁC KẾT CẤU THỨ YẾU 59

4.1.HỆ GIẰNG: 59

4.2 KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC: 63

download by : skknchat@gmail.com

Trang 2

4.4 KẾT CẤU BAO CHE: 70

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP CHƯƠNG 1:CƠ SỞ THIẾT KẾ 1.1SỐ LIỆU THIẾT KẾ :

Loại cầu Số cầu Bước cột Số bước Vùng Loại

Trang 8

CHƯƠNG 2:KÍCH THƯỚC SƠ BỘ, TẢI TRỌNG VÀ NỘI LỰC KHUNG NGANG 2.1 CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA KHUNG NGANG:

Trang 10

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) F0 = 0mm

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

Trang 12

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:

tương ứng với bước cột là 7m

Khoảng cách từ tim ray đến đầu mút của cầu trục:

Trang 13

(thõa)Với 75mm là khoảng hở giữa cầu trục và cột.

2.2 CÁC TẢI TRỌNG TÁC DỤNG VÀO KHUNG NGANG:

2.2.1.Tĩnh tải:

(Mái và vách tole dày 0,5mm, xà gồ thép chữ Z với tổng trọng lượng bản thân là:

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 giátrị tính toán được tính như sau :

Trang 14

Trong đó:

: 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: Chọn

wrw = 1 (kN/m)

Giá trị moment lệch tâm ứng với giá trị tải trọng:

Khoảng cách từ tim ray đến tim cột:

Trang 15

Hệ số khí động lấy theo sơ đồ 2, bảng 6 TCVN “ 2737-1995 ”

Phía khuất gió:

Tải trọng phân bố đều trên dầm:

Phía đón gió:

Phía khuất gió:

S

Trong đó:

: hệ số vượt tải gió

:giá trị của k tại độ sâu 10m

2.3.NỘI LỰC KHUNG NGANG:

1.TT ( tĩnh tải)2.HT (hoạt tải)3.Dmax trái ( Dmax bên trái )

4 Dmax phải ( Dmax bên phải )

Trang 16

6.T phải ( TLA từ phải sang trái )7.Gió trái ( gió từ trái sang phải )8.Gió phải ( gió từ phải sang trái )

Trang 18

Hình 2.1 Mô hình khung ngang 2D

Hình 2.2 Mô hình khung ngang 3D

c Phân tích nội lực khung ngang bằng Sap2000:

*Sơ đồ chất tải:

Trang 20

Dmax phải:

T trái:

Trang 21

T phải:

Gió trái:

Trang 22

Gió phải:

Biểu đồ bao moment:

Trang 23

Biểu đồ bao lực cắt:

Biểu đồ bao lực dọc:

Trang 24

Chuyên vi đưng tai đỉnh khung: (tinh tai + hoat tai mai):

Chuyển vị đứng do tỉ̉nh tải gây ra

Trang 25

Chuyển vị đứng do hoạt tải mái gây ra

Ta có:

Chuyển vị ngang tại nách khung (tĩnh tải+ gió trái) :

Chuyển vị ngang do tĩnh tải gây ra

Trang 26

Chuyển vị ngang do gió trái gây ra

Ta có:

Chuyển vị ngang tại vai cột(tĩnh tải+ T trái) :

Trang 27

Chuyển vị ngang tại vai cột do tĩnh tải gây ra

Chuyển vị ngang tại vai cột do T trái gây ra

Trang 28

CHƯƠNG 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, 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.

Trang 29

9.178 -44.19 -7.63 64.18 4.74 -7.63

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:

Trang 31

Liên kết cánh với bụng dầm:

- Đường hàn góc liên kết cánh và bụng dầm có chiều cao như sau trên suốt chiều dài dầm

và không nhỏ hơn giá trị tối thiểu cho trong Bảng 43 của TCVN 5575:2012

- Chiều cao đường hàn tại mọi vị trí phải thỏa điều kiện:

Kiểm tra tiết diện theo điều kiện ổn định cục bộ:

Trang 32

Bản bụng: → thỏa điều kiện yêu cầu.

Ta thấy

→ 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 đỉ̉nh nóc:

Các công thức kiểm tra bền:

+Điều kiện ứng suất pháp lớn nhất:

Trang 33

+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:

→ 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

Trang 34

→ Vậy ta không cần kiểm tra ổn định tổng thể.

Vậy chọn tiết diện I300x8x200x12 làm tiết diện nhỏ nhất của kèo.

→ Chọn 3.1.2Thiết kế mối nối:

3.1.2.1.Mối nối tại đỉ̉nh nóc:

Nội lực tính toán

Lực cắt và lực dọc không đáng kể

Lực dọc quy đổi trong cánh do :

Kiểm tra độ bền của cánh kéo :

Trang 35

→ ThỏaTính 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

→ chọn boulon có Boulon cánh trên chọn (dư khả năng chịu lực)

- 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)

Trang 68

Theo kim loại đường hàn:

Theo kim loại biên nóng chảy:

Hình 3.1 Mối nối đỉnh kèo

thép 3.1.2.2:Thiết kế mối nối trung gian:

Nội lực tính toán

Lực cắt và lực dọc không đáng kể

Lực dọc quy đổi trong cánh do :

Kiểm tra độ bền của cánh kéo :

→ thỏaTính và chọn đường kính boulon

-Chọn boulon cường độ cao cấp 8.8

-Chọn số lượng boulon mỗi bên cánh là 4

→ chọn boulon có

Trang 69

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

Trang 73

Hình 3.2 Mối nối trung gian

Trang 74

3.2.1Giá trị nội lực tính toán:

3.2.2Kiểm tra tiết diện

Chiều dài tính toán

- 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

Trang 75

→ chọn Cột dưới:

Cột trên:

- 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)

→ Tiết diện I700x8x200x12 thỏa điều kiện bền.

 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung:

Trang 77

 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)

Trang 78

Với =>nội suy 1 phương.

- Điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung :

→ Thỏa điều kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung

 Tính tương tự cho các cặp nội lực còn lại, ta có bản tóm tắt sau:

Trang 79

→ 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 7.3.2.1TCVN 5575:2012

 Tính toán chi tiết cho cặp nội lực - Độ mảnh quy ước

Trang 80

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

Trang 81

- Điều kiện

→ 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

→ 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:

Trang 82

Bản bụng có thể bị mất ổn định khi chịu tải, theo điều 7.6.2.6, TCVN 5575:2012, ta

phải gia cường các sườn cứng ngang, khoảng cách giữa các sườn là

3.3.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:

Phần

tử

1

Cột -160.64 -213.03 34.36 -105.64 409.22 22.5 -302.62 -57.58dưới

Lực cắt tại chân cột:

Trang 83

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)

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:

Trang 84

 Kiểm tra lại diện tích bản đế cho cặp nội lực:

=>Ta nhận thấy cặp nội lực này có trị sốlớn 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)

Trang 85

- Diện tích tiết diện cần thiết của mỗi boulon:

→ Chọn boulon có

Áp lực dưới bản đế có dạng hình tam giác

 Kiểm tra lại y:

Giá trị y là nghiệm của phương trình bậc 3:

Trang 86

- Ta có:

- Giải phương trình bậc 3 bằng máy tính:

- Lực kéo và ứng suất trong các boulon:

Trang 87

 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

→ thỏa điều kiện

 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

 Tính liên kết hàn

 Đường hàn liên kết cánh cột vào bản đế:

Trang 89

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:

- Tiết diện cột I700x8x200x12

- Tiết diện dầm mái I700x8x200x12

- Chọn kiểu liên kết 2 boulon mỗi hàng, giả sử liên kết gồm 10 boulon, sử dụng boulon

Trang 90

y

Trang 91

 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):

- Ứng suất trong cánh nén

Trang 93

 Tính chiều dày bản nối (mặt bích): có phân chia tỷ lệ chịu lực hợp lý giữa cánh sườn

Trang 94

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:

Trang 95

→ Chọn chiều dày mặt bích 22(mm)

 Kiểm tra ứng suất trong cánh kéo và sườn cứng:

 Trong cánh kéo

 Trong sườn góc

 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 đượcNội lực tính toán:

Theo tiết diện kim loại đường hàn

Theo tiết diện biên nóng chảy

→ Chọn

 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

 Nội lực tính toán: Theo tiết diện kim loại đường hàn

Trang 96

Theo tiết diện kim loại đường hàn:

Trang 97

Chọn tâm của cánh chịu nén làm hệ cơ sở

 Tính ứng suất trong các phần tử và kiểm tra khả năng chịu lực: - Ứng suất

kéo trong hàng boulon ngoài cùng:

Trang 98

- Ứng suất cắt trong các boulon(10 boulon):

Trang 99

- Moment uốn và chiều dày mặt bích:

Trang 100

Theo tiết diện kim loại đường hàn:

→ Chọn

Trang 102

Tải trọng gió tác dụng vào các nút:

- Diện tích đón gió của các nút

Nút 1:

Nút 2:

Nút 3:

Trang 105

 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

- Khả năng chịu lực:

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:

Trang 106

:

=>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:

- Khả năng chịu lực

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

Trang 107

→ 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:

Trang 108

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:

là hệ số tin cậy của tải trọng

là hệ số của tải trọng

là trọng lượng bản thân của dầm đỡ trục ray

là moment quán tính của tiết diện quanh trục X-X

là momnet quán tính của chữ C và nữa phần trên chữ I

áp lực thẳng đứng lớn nhất của bánh xe cầu trục

áp lực thẳng đứng nhỏ nhất của bánh xe cầu trục: áp lực hãm ngang

áp lực hãm dọc

Tải trọng, nội lực, chuyển vị

Moment uốn quanh trục X-X và Y-Y

Trang 110

Kiểm tra khả năng chịu lực, độ võng

Trang 114

- Moment quán tính

- Moment kháng uốn

- 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:

Trang 116

→ → Vậy ta không cần gia cường thêm sườn.

→ Vậy tiết diện I500x8x200x12 đã chọn là hợp lý Tính liên kết hàn:

 Tính chiều cao đường hàn góc liên kết cánh và bụng:

- Chiều cao đường hàn thỏa mãn điều kiện sau

→ chọn

 Tính chiều cao đường hàn góc liên kết vai cột vào cột: chọn que hàn N46, phương pháp

- Theo tiết diện kim loại đường hàn:

- Theo tiết diện biên nóng chảy

→ Vậy ta chọn hf =6(mm)

Định dạng
Số trang	120
Dung lượng	3,69 MB