Đồ án kết cấu thép

Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép Đồ án kết cấu thép

I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA KHUNG NGANG:

 Tra catalog mã hiệu cầu trục A-1060500 ta có:

- LCR = 18,29 m W = 2,9 m D = 1040 mm H = 150 mm

- BW = 8030 kg TW = 2500 kg Pmax = 7790 kg Pmin = 2240 kg

 Các kích thước sơ bộ của khung ngang:

 Chiều cao phần cột dưới:

.( ) ( ) 8 (0,5 0, 07) 7, 43

Vậy chọn HL = 7,5 m

Trong đó: HR - cao trình đỉnh ray

 - đoạn cột được chôn sâu hoặc đưa lên cao khỏi mặt nền

hC.g - chiều cao tiết diện dầm đỡ cầu trục

HR – chiều cao tiết diện ray, chọn sơ bộ 70 mm

 Chiều cao phần cột trên:

Trong đó: D – khoảng cách từ đỉnh ray đến điểm cao nhất cầu trục

F0 – khoảng cách từ mép khung đến điểm thấp nhất thiết bị treo

F1 – khoảng hở dự phòng

75 mm – khe hở an toản giữa cầu trục và kết cấu bên trên

 Chiều cao tiết diện ngang lớn nhất và bé nhất của dầm vì kèo:

Vậy chọn hRaftermin = 300 mm

 Chiều cao tiết diện ngang của cột:

 Kiểm tra khe hở an toàn giữa cột và đầu cầu trục:

Trong đó: - khoảng cách từ trục định vị tới tim ray

dwd - chiều cao tiết diện xà gồ vách lấy 200mm ứng với bước cột 8m

H – khoảng cách từ tim ray đến đầu mút cầu trục

g = ( ×g × B)×10 = (1, 05×10×8)×10 = 0,84 kN/ m

Trong đó: Q = 1,05 là hệ số vượt tải của tĩnh tải ( vật liệu thép)

groof , gwall : là TLBT của kết cấu mái và vách- tính trên một m2

 Hoạt tải mái:

2 2

Q roof

U girder

p = ( × p × B) ×10 = (1,3× 30×8)×10 = 3,12 kN/ m

Trong đó: Q = 1,3 là hệ số vượt tải của hoạt tải mái

proof = 30 daN/m2 là giá trị tiêu chuẩn hoạt tải mái (TCVN 2737:1995)

 Tải trọng cầu trục:

Áp lực thẳng đứng:

U max

N = 3,45m là bề rộng cầu trục ( tra trong catalog )

wr = 1 kN/m là trọng lượng bản thân dầm đỡ cầu trục và ray

Lực xô ngang:

U LA

T1 : giá trị tiêu chuẩn của lực xô ngang

C = 9000 kg là sức trục ( tra trong catalog )

Tw = 950 kg là trọng lượng của xe con (tra trong catalog)

1

 Dời áp lực thẳng đứng của cầu trục về trọng tâm cột:

Ta phải thêm vào các moment lệch tâm vào trọng tâm cột

Độ lệch tâm của tải trọng thẳng đứng:

U min = U 44,8

 Tải trọng gió:

Áp lực gió tiêu chuẩn của vùng gió III-A , dạng địa hình A: W0 = 110 daN/m3

Hệ số khí động lấy theo sơ đồ 2 – bảng 6 – TCVN 2737 -1995:

III PHÂN TÍCH NỘI LỰC KHUNG NGANG:

Ta sử dụng chương trình SAP-2000 để phân tích nội lực khung ngang

Sơ đồ tính của khung ngang

Tĩnh tải

Hoạt tải mái

Dmax tác dụng vào cột bên trái

Dmax tác dụng vào cột bên phải

Lực hãm ngang tác dụng cột bên trái

Lực hãm ngang tác dụng cột bên phải

Gió trái

Gió phải

Bảng tổ hợp nội lực:

TH1 : 1 TT + 1 HT TH2 : 1 TT + 1 D trái TH3 : 1 TT + 1 D phải TH4 : 1 TT + 1 T trái + 1 D trái TH5 : 1 TT + 1 T phải + 1 D phải TH6 : 1 TT + 1 T trái + 1 D phải TH7 : 1 TT + 1 T phải + 1 D trái TH8 : 1 TT + 1 G trái

TH9 : 1 TT + 1 G phải TH10 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 D trái TH11 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 D phải TH12 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 T trái + 0.9 D trái TH13 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 T phải + 0.9 D phải TH14 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 T trái + 0.9 D phải TH15 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 T phải + 0.9 D trái TH16 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 G trái

TH17 : 1 TT + 0.9 HT + 0.9 G phải TH18 : 1 TT + 1 D trái + 0.9 G trái TH19 : 1 TT + 1 D trái + 0.9 G phải TH20 : 1 TT + 1 D phải + 0.9 G trái TH21 : 1 TT + 1 D phải + 0.9 G phải TH22 : 1 TT + 0.9 T trái + 0.9 D trái +0.9 G trái TH23 : 1 TT + 0.9 T trái + 0.9 D trái +0.9 G phải TH24 : 1 TT + 0.9 T trái + 0.9 D phải +0.9 G trái TH25 : 1 TT + 0.9 T trái + 0.9 D phải +0.9 G phải TH26 : 1 TT + 0.9 T phải + 0.9 D trái +0.9 G trái

TH27 : 1 TT + 0.9 T phải + 0.9 D trái +0.9 G phải TH28 : 1 TT + 0.9 T phải + 0.9 D phải +0.9 G trái TH29 : 1 TT + 0.9 T phải + 0.9 D phải +0.9 G phải

Biểu đồ bao moment

Biểu đồ bao lực dọc

Biểu đồ bao lực cắt

Bảng kết quả tổ hợp nội lực Cấu

kiện Mặt cắt

Mmax (kNm)

Ntu (kN)

Vtu (kN)

Mmin (kNm)

Ntu (kN)

Vtu (kN)

Vmax (kN)

Mtu (kNm)

Ntu (kN)

Cột

Chân cột 380 -16 111 -372 260 -115 -115 -372 260 Dưới vai 239 269 -48 -197 -7 43 -48 239 269 Trên vai 182 65 -36 -224 61 25 48 -133 58

IV THIẾT KẾ TIẾT DIỆN CỘT:

 Xác định chiều dài tính toán:

Chọn phương án cột tiết diện không đổi với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiết là

n n

Chiều dài tính toán của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung lấy bằng khoảng

cách giữa các điểm cố định không cho cột chuyển vị theo phương dọc nhà Giả thiết

bố trí giằng cột nhà bằng thép hình chữ C tại cao trình 3,4m nên ly=3,4 (m)

 Chọn và kiểm tra tiết diện:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán

Trong đó: f : cường độ tiêu chuẩn của thép

c= 0,9 : hệ số điều kiện làm việc

 = 0,8 : hệ số uốn dọc

x (0,35 0, 45)  h (210 270) mm

x x

l i

y y y

l i

 34, 4 27, 54 1, 28

2 10

x x

f E

Với - A diện tích tiết diện cột

- Ix,Iy các momen quán tính của tiết diên đối với các trục chính

- ix,iy các bán kính quán tính của tiết diện đối các trục chính

-  x, y -độ mảnh tính tốn của tiết diện cột theo cả hai phương x và y

-  x, y- độ mảnh quy đổi theo cả 2 phương x và y

- mx độ lệch tâm tương đối

- me độ lệch tâm quy đổi

- - hệ số ảnh hưởng của hình dạng tiết diện

- Wx momen chống uốn theo phương x

-  x, y ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x ,y-y

- e- hệ số uốn dọc của cấu kiện chịu nén lệch tâm

- y-hệ số uốn dọc của cấu kiện chịu nén đúng tâm

- c- hệ số xét dến ảnh hưởng của momen uốn và hình dạng của tiết diện đển khả

năng ổn định ngồi mặt phẳng cột

57, 6

f x

w

A m

A

       tra bảng II.4 phụ lục II sách Kết cấu thép

– Cấu kiện cơ bản ( chủ biên Phạm Văn Hội ) ta cĩ:   1, 25

Từ đĩ m e   m x 1, 25 7,11 8,89  20→ Khơng cần kiểm tra bền

 Kiểm tra ổn định tổng thể trong mặt phẳng uốn:

Với x 1, 28 ,m8,89 tra bảng II.2 phụ lục II sách Kết cấu thép – Cấu kiện cơ bản

( chủ biên Phạm Văn Hội ) ta cĩ: e 0, 0097

Điều kiện ổn định tổng thể của cột trong mặt phẳng khung được kiểm tra theo cơng thức

 Kiểm tra ổn định tổng thể ngồi mặt phẳng uốn:

Theo phương uốn cột cĩ sơ đồ là thanh cơng xơn,nên cĩ 5m x m7,11 10 vậy c

được xác định theo cơng thức:

1(2 0, 2 m x) c2(0, 2 m x 1)

 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh:

Với bản cánh được kiểm tra theo công thức:



 đảm bảo ổn định cục bộ bản cánh

 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng:

Với y 1,372 ,m7,11 1 , và khả năng chịu lực của cột được xác định theo ổn định

tổng thể trong mặt phẳng uốn nên độ mảnh giới hạn của bản bụng được xác định theo

V THIẾT KẾ TIẾT DIỆN DẦM KHÔNG THAY ĐỔI TIẾT DIỆN:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán

V = 5 kN

M = -105 kNm Momen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức

2

105 10

476, 224,5 0,9

yc x

c

M W

1

yc x kt

Kiểm tra bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt:

x x

x w f w f f

h h



→ Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất

tiếp(không phải kiểm tra các ổ bủng)

Vậy tiết diện xà đã chọn là đạt yêu cầu

VI THIẾT KẾ TIẾT DIỆN DẦM THAY ĐỔI TIẾT DIỆN:

Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán

V = 65 kN

M = 230 kNm Momen chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức

2

230 10

104324,5 0,9

yc x

c

M W

Kiểm tra bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt:

x x

x w f w f f

h h



→ Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất

tiếp(không phải kiểm tra các ổ bủng)

Vậy tiết diện xà đã chọn là đạt yêu cầu

VII THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT:

Bu lông neo được chế từ thép JIS-G 3101 – SS 400 có fu = 400 Mpa , fba = 160 Mpa

Bê tông móng/ cổ cột B20 có Rb = 11,5 Mpa

Sử dụng que hàn N42 với fwf = 2000 daN/cm2

A Thiết kế chân cột – liên kết cột với móng:

Ta phân tích được các cặp nội lực (M,N) nguy hiểm tại chân cột:

 Kiểm tra lại diện tích của bản đế:

Ta sử dụng cặp nội lực Mmax = 380 kNm ; Ntu = -16 kN để kiểm tra đầu tiên

Độ lệch tâm của tải trọng:

Trong đó: c = 12 cm là khoảng cách từ trọng tâm nhóm bu lông chịu kéo đến mép bản đế

r = 8 là tỷ số mô đun đàn hồi của thép và bê tông

Tổng lực kéo trong nhóm 4 bu lông kéo là:

Vậy bê tông móng đủ khả năng chịu nén

Moment uốn lớn nhất dưới bản đế được xác định bởi công thức:

4, 20,9 24,5

PL PL

c

M

cm f

T (kN)

Chọn bu lông

T s (kN)

t PL (cm)

 A bl

(cm 2 )

-264 -120 45.5 272.3 24 4.52 48.74 2.70 0.1937 12.952 1.88

260 -372 143.1 276.3 32 8.04 443.87 13.81 0.9922 66.346 4.25

Vậy ta chọn bố trí 8 bu lông 36 (4x2) , bản đế dày 5 cm

 Kiểm tra bu lông neo với tổ hợp N max ; M tu :

Nmax = 260 kN ; Mtu = -372 kNm Tổng lực kéo trong 4 bu lông neo:

Vậy bu lông chọn đã thỏa

 Tính chiều dày bản đế khi chịu nhổ :

Moment uốn trong bản đế do sự nhấc lên của cánh:

dbl = 3,6 là đường kính của bu lông

Chiều dày bản đế do sự nhấc lên của cánh là :

0,9 24,5 30

PL PL

B Thiết kế liên kết dầm với cột:

Nội lực thiết kế mối nối: Mmax = 230 kNm Ntu = 67 kN

Chọn bu lông cường độ 5.8 ; đường kính bu lông dự kiến là d = 27 mm.Bố trí bu lông

thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông đảm bảo yêu cầu truyền lực tốt ,cấu tạo

đơn giản và dễ chế tạo ( sách Kết cấu thép –Cấu kiện cơ bản , chủ biên Phạm Văn Hội)

Phía ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích,với kích thước:

- Bề dày t st wt s 1(cm)

- Bề rộng phụ thuộc vào kích thước mặt bích : l s 9(cm)

- Chiều cao h s 1,5 l s 1,5 9 13,5 (  cm)h s 15cm

140 140

140 278 418 558

Khả năng chịu kéo của một bu lông là:

[ ]N tb  f tbA bn 20 4,59 91,8kN

Trong đó: ftb = 20 kN/cm2 là cường độ tính toán chịu kéo của bu lông

Abn = 4,59 cm2 là tiết diện thật của thân bu lông có d= 27mm

Khả năng chịu trượt của một bu lông là:

1 2

Trong đó: fub = 110 kN/cm2 là cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bu lông

fhb = 0,7fub = 77 kN/cm2 là cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bu lông trong liên kết ma sát

A = 3,8 cm2 là diện tích của thân bu lông có d= 27mm

b11 là hệ số làm việc của liên kết với số bu lông n=10

 0, 25 là hệ số liên kết

b21, 7 là hệ số độ tin cậy của liên kết

nf = 1 là số lượng ma sát của liên kết

( sách tham khảo Kết cấu thép –Cấu kiện cơ bản , chủ biên Phạm Văn Hội)

 Kiểm tra điều kiện chịu kéo của bu lông:

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do moment và lực dọc phân vào là:

max 93,1 tb 91,8

N    Vậy bu lông đủ khả năng chịu kéo

 Kiểm tra điều kiện chịu cắt của bu lông:

Lực cắt tác dụng vào một bu lông ở là:

 max 34 3, 4 64, 77

V N

 Tính toán đường hàn liên kết cột ( xà ngang ) với mặt bích:

Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía cánh ngoài ( kể cả ở sườn ):

1

30 1

4 ( 1) 2 (9 1) 70 2

Với chiều dày mặt bích là t = 12 mm, sử dụng phương pháp hàn tay , ta tra bảng 2.3 tr58

sách tham khảo Kết cấu thép –Cấu kiện cơ bản , chủ biên Phạm Văn Hội:

min 0, 6

Vậy ta chọn chiều cao đường hàn h = 0,6 cm

C Thiết kế liên kết đỉnh xà:

Trong bảng tổ hợp ta chọn cặp nội lực gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện

đỉnh xà:

M= -104 kNm V= -5 kN N= 26 kN Chọn bu lông cường độ 5.8 ; đường kính bu lông dự kiến là d = 22 mm.Bố trí bu lông

thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông đảm bảo yêu cầu truyền lực tốt ,cấu tạo

đơn giản và dễ chế tạo ( sách Kết cấu thép –Cấu kiện cơ bản , chủ biên Phạm Văn Hội)

Ở phía ngoài của 2 bản cánh bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích , kích thước:

 Kiểm tra điều kiện chịu kéo của bu lông:

Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do moment và lực dọc phân vào:

Trong đó: ftb = 20 kN/cm2 là cường độ tính toán chịu kéo của bu lông

Abn = 3,03 cm2 là tiết diện thật của thân bu lông có d= 22 mm

Ta có: N bmax 58, 24kN [ ]N tb 60, 6kN

Vậy bu lông đủ khả năng chịu kéo

 Kiểm tra điều kiện chịu cắt của bu lông:

Khả năng chịu cắt của một bu lông:

1 2

 Tính toán đường hàn liên kết đỉnh xà:

Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía cánh ngoài ( kể cả ở sườn ):

1

20 1

4 ( 1) 2 (9 1) 50 2

Với chiều dày mặt bích là t = 8 mm, sử dụng phương pháp hàn tay , ta tra bảng 2.3 tr58

sách tham khảo Kết cấu thép –Cấu kiện cơ bản , chủ biên Phạm Văn Hội:

min 0, 6

Vậy ta chọn chiều cao đường hàn h = 0,6 cm

D Thiết kế liên kết nối dầm:

Do tiết diện xà ngang tại vị trí nối giống nhau và nội lực tại mối nối giữa dầm nhỏ hơn ở

đỉnh nên việc tính toán và cấu tạo giống như ở trên

E Thiết kế chi tiết vai cột:

Tải trọng từ các dầm đỡ cầu trục truyền xuống vai cột:

wr = 1 kN/m - trọng lượng bản thân ray và dầm đỡ cầu trục

U = 1,5 m – khoảng cách từ tim ray đến đầu mút cầu trục

W = 2,9 m - khoảng các giữa 2 bánh xe cầu trục

nC = 0,85 – hệ số tổ hợp

200 10

TL:1/10

3 18, 29 2,9 1,5

18, 290,85

 Các đặc trưng hình học của vai cột:

x x

→ Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất

tiếp(không phải kiểm tra các ổ bủng)

Vậy tiết diện xà đã chọn là đạt yêu cầu

 Chọn đường hàn liên kết

Theo cấu tạo,chọn chiều cao đường hàn liên kết dầm vai vào cột hf=0,6 cm

Chiều dài tính toán của các đường hàn liên kết dầm vai với bản cánh cột xác định như

sau:

-Phía trên cánh (2 đường hàn) : lw=30-1=29 (cm) chọn lw=29(cm) -Phía dưới cánh (4 đường hàn) : lw=0,5(30-0,8)-1=13,6 (cm) chọn lw=14(cm) -Ở bản bụng (2 đường hàn) : lw=57,6-1=56,6 (cm) chọn lw=57(cm)

 Chọn kích thước cặp sườn gia cường cho bụng dầm vai:

-Chiều cao: hs=hwdv=57,6 cm -Bề rộng: bs=576 40 59, 2( )

30   mm chọn bs=7 cm -Bề dày: ts 2 2.7. 21 4 0, 44( )

VIII THIẾT KẾ HỆ GIẰNG:

Ta chọn độ dốc mái i = 10% với vị trí các trụ vách đầu hồi cho trong hình vẽ:

 Tải trọng gió:

Áp lực gió tiêu chuẩn của vùng gió III-A , dạng địa hình A: W0 = 110 daN/m3

Hệ số khí động lấy theo sơ đồ 2 – bảng 6 – TCVN 2737 -1995: c = 0,8

CHI TIEÁT 2TL:1/10A

(Trong đó k0 = 1 do công trình xây ở địa hình A)

 Nội lực trong các thanh chống dọc giằng mái:

P3 P2 P1

P3P2

X2X1

W3W2

 Nội lực trong các thanh chống dọc giằng cột:

b b b

 Kiểm tra khả năng chịu lực của các thanh giằng mái:

Chọn tiết diện của các thanh chống dọc hệ giằng mái là 114x5,0

Chọn tiết diện của các thanh xiên hệ giằng mái là thép tròn đặc 25

 Các thanh xiên của hệ giằng mái:

Đều có tiết diện như nhau là 25 do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất để kiểm tra:

 Các thanh chống dọc của hệ giằng mái:

Đều có tiết diện như nhau là 114x5 do đó chọn thanh có nội lực lớn nhất

 Kiểm tra khả năng chịu lực của các thanh giằng cột:

Chọn tiết diện của các thanh chống dọc hệ giằng mái là 140x5,0

Chọn tiết diện của các thanh xiên hệ giằng mái là thép tròn đặc 32

Ta làm tương tự như các thanh giằng mái

IX THIẾT KẾ KẾT CẤU BAO CHE:

Ta chọn khoảng cách giữa các xà gồ là sP =1,5m với bước cột B = 8m , độ dốc mái

i=10%

Sử dụng tấm lợp tole sóng vuông cao 25 mm , dày 0,35 mm

Sử dụng xà gồ Z 200x60x2

Cả tôn và xà gồ có giới hạn chảy fy = 345 MPa, cường độ tính toán f = 315 Mpa

 Tải trọng phân bố đều trên mái:

Trong đó: gr = 10 daN/m2 là trọng lượng bản thân của mái

pr = 30 daN/m2 là hoạt tải mái theo TCVN 2737 -1995

wr = 110 daN/m2 là áp lực gió tiêu chuẩn

1, 2, 3

   lần lượt là hệ số tính toán của tĩnh tải , hoại tải ,gió theo TCVN

 Thành phần tải trọng gây uốn tấm lợp bề rộng 1m:

Khả năng chịu lực :  M C f W x0,9 31,5 1,86  52, 7daNmM

Trong đó Wx = 1,86 cm3 theo phục lục loại tôn sóng vuông 25 mm

 Thành phần tải trọng gây uốn xà gồ:

Tĩnh tải + Hoạt tải : q11,5 1 g pcoscos 75daN m/

Tĩnh tải + Gió hút: q2 1,5 1    g cos w82daN m/

 Moment uốn của xà gồ do tĩnh tải + hoạt tải: