BÀI TẬP LỚN KẾT CẤU THÉP

1.1.1.Chọn kích th ớc bản sàn Xác định kích thớc bản sàn có thể theo cách sử dụng đồ thị hoặc xác định gần đúng giá trị tỷ số giữa nhịp lớn nhất và chiều dày s của sàn.. -Chiều cao đờng

B I TÀI T Ậ P L Ớ N: K ẾT CẤU THÉP 2.

(Thiết kế hệ dầm thÐp kiểu phức tạp)

Gi¸o viªn híng dÉn: Vò V¨n HuyÒn

Sinh viªn: §Æng V¨n Qu¶ng

Lớp: XDD47_ĐH1

I-S li u cho tr ố liệu cho trướ ệu cho trướ ước:

KÝch thước

phương1 (m)

KÝch thước phương2 (m)

Hoạt tải tc ph©n

bố đều(daN/m2)

Lực tập trung giữa khoang(daN)

II-Nhiệm vụ thiết kế:

1. Thiết kế chi tiết hệ dầm, s n c«ng t¸c, chi tiàn c«ng t¸c, chi ti ết liªn kết trong kết cấu

III-Yªu cầu về bản vẽ ( thể hiện trªn khổ giấy A2)

1 Mặt bằng hệ dầm thÐp

2 Mặt cắt ngang v màn c«ng t¸c, chi ti ặt cắt dọc của hệ dầm phức tạp

3 Mặt cắt chi tiết dầm s n, dàn c«ng t¸c, chi ti ầm phụ v dàn c«ng t¸c, chi ti ầm chÝnh

4 Thiết kế chi tiết liªn kết trong kết cấu

5 Sơ đồ tÝnh, biểu đồ nội lực

6 Lập bảng thống kª vật liệu

MÆt b»ng hÖ dÇm thÐp.

B

ÀI L ÀM

- 

 -1.1.CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ DẦM SÀN.

1.1.1.Chọn kích th ớc bản sàn

Xác định kích thớc bản sàn có thể theo cách sử dụng đồ thị hoặc xác định gần

đúng giá trị tỷ số giữa nhịp lớn nhất và chiều dày s của sàn

















tc o

o s

s

q n

E n

l

4 1

72 1 15

4



Trong đó:

no =  

f

l

= 150 + E1- Môđun đàn hồi của thép sàn

2

6 2

1

3 , 0 1

10 06 , 2

1   



V

E

E = 2,26.106 (daN/cm2)













6

10 28 150

10 26 , 2 72 1 15

150 4

s

s

l

Với tải trọng tiêu chuẩn q tc = 2800 (daN/m2) = 28.10-2(daN/cm2) ,

chọn chiều dày bản sàn là: S = 12 mm

 lS = 95,90.s = 85,92.1,2 = 103,104 (cm)

Chọn ls=100 (cm) Là khoảng cách giữa các dầm sàn

1.1.2 Kiểm tra sàn

- Cắt một dải bản rộng b =1(m) , tải trọng tác dụng lên sàn có kể đến trọng lợng bản thân sàn là:

qtc = (ptc + gtc)b = (2800 + 0,012.7850).1 = 2894,2 (daN/m)

qtt = (ptc.np+ gtc .ng)b = (2800.1,2 + 0,012.1,1.7850).1 = 3463,62 (daN/m) Với: gtc = 0,012.7850 = 94,2 (daN/m2)

- Độ võng của sàn có sơ đồ là dầm đơn giản





 1

1 f

f o

Trong đó:

+ f0 - Độ võng ở giữa nhịp của bản do riêng tải trọng qtc gây ra

EJ

l q

tc o

4

384

5



J - mômen quán tính dải bản rộng 1 m và dầy 0,012 m

J =

12

012 , 0

=1,44.10-7 (m4)  10 7

4

10 44 , 1 10 06 , 2

1 2 , 2894

384

5





o

+ Hệ số  - đợc xác định theo phơng trình:

(1 + )2 = 2

2

3



o

f

 (1 + )2 = 2

2

012 , 0

0127 , 0 3

= 3,36    0 , 9156

Vậy độ võng của sàn:

f = f0



 1

1 =0,0127 1 0,19156

 = 0,00663 (m)

Mômen lớn nhất của bản sàn: Mmax= M0.



 1 1

Trong đó: M0=

8

1 62 , 3463 8



s

tt

s l

 Mmax= 432,95.1/(1+0,9156) = 226,0127(daN.m)

150

1 4

14 , 3 2 , 1 4

2 2

1

2 2























E l

f

+) Kiểm tra bền của bản sàn:

2

10 4 , 2 6

012 , 0 6







s



(m2); A=  1= 0,012(m)

Mbt = qbt.l2/8= 11 , 775 ( )

8

1 012 , 0 7850 8

.

m daN l

l









012 , 0

23 , 3565 10

4 , 2

775 , 11 0127 ,

5

A

H W

M M

s

bt















Mà R.=2100.104.1(daN/m2) Vậy:  < R.  Thỏa mãn điều kiện bền +)Kiểm tra độ võng của bản sàn: f= 0,00663   f =1/150=0,0067Thỏa mãn

Kết luận : Sàn đảm bảo chịu lực.

-Chiều cao đờng hàn liên kết bản sàn với dầm sàn xác định theo công thức :

( . ) . 0,73565.18.10,236.1 0,28.10 3( ) 0,28( )

min

mm m

g R

H







Theo yêu cầu cấu tạo ta chọn hh = 6 mm

2.1 TÍNH DẦM SÀN.

2.1.1 Tải trọng tác dụng lên dầm s n: àn:

- Sơ đồ tính dầm sàn coi nh là dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều

- Sơ bộ ta chọn khoảng cách giữa các dầm phụ là 2m

- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm s n :àn công tác, chi ti

qtc = (ptc + gtcs) ls = ( 2800 + 94,2 ) 1 = 2894,2 ( daN/m )

- Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm sàn :

qtt = (ptc np +gtc ng) ls = (2800.1,2 + 94,2.1,1) 1 =3463,62 ( daN/m ) +) Mômen lớn nhất Mmax ở giữa dầm:

q ltt 2 2

3463,62 2

+) Lực cắt lớn nhất tại gối tựa:

q ltt 3463,62 2

2.1.2.Chọn kích th ớc tiết diện dầm

Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm (có kể đến biến dạng dẻo):

4 5

( Lấy C1 = 1,12 )

Tra bảng thép cán sẵn , chọn thép I14 có các đặc trng hình học nh sau :

WX = 81,7(cm3)=81,7.10-6(m3) ; g = 13,7 (daN/m)

SX = 46,8 (cm3)=46,8 10-6(m3) ; h = 0,14 (m)

JX = 572 (cm4)=572 10-8(m3) ; d = 0,0049 (m)

2.1.3 Kiểm tra lại tiết diện

Ta kiểm tra bền có kể đến trọng lợng bản thân dầm:

- Nội lực tính toán lớn nhất thực tế :

2 13,7.2.2

8

13,7.2.2

2

- ứng suất pháp lớn nhất :

6 6

max

max = 1908.104 < R. = 2100.104 (daN/m2) Thỏa mãn

- ứng suất tiếp lớn nhất :

6 8





τmax 58,292.104 (daN/m2 ) < Rc = 1500.104 (daN/m2) Thỏa mãn

- Kiểm tra võng theo công thức:















l

f x EJ

3 l tc q 384

5 l

f

Tính tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm:

8

3

10

 

Kết luận: Dầm sàn chọn đạt yêu cầu cả về cờng độ và độ võng Không cần kiểm

tra ổn định tổng thể vì cánh nén của dầm đợc hàn vào tấm sàn nên không thể chuyển dịch theo phơng ngang đợc

3.1 TÍNH DẦM PHỤ.

3.1.1 Tải trọng tác dụng lên dầm ph ụ :

Lực tập trung do dầm sàn tác dụng vào dầm phụ:

Vtc = (qtc

ds + gdstc) lds = (2894,2 + 13,7.2 ) 1 = 2921,6 ( daN/m )

Vtt = (qdstt +gdstt) lds = (3463,62 + 13,7.2.1.1 ) 1 =3493,76 ( daN/m )

-Vì các dầm sàn đặt cách nhau là 1m nên tải trọng do dầm sàn truyền xuống dầm phụ là phân bố đều Vậy ta có: qtc

dp= Vtc; qtt

dp= Vtt

2

q l 3493,76 9

dp

q ltt 3493,76 9

dp

Ta có biểu đồ mômen và biểu đồ lực cắt nh hình vẽ:

3.1.2.Chọn kích th ớc tiết diện dầm

Mô men kháng uốn cần thiết cho dầm (có kể đến biến dạng dẻo):

( Lấy C1 = 1,12 )

Tra bảng thép cán sẵn , chọn thép I55 có các đặc trng hình học nh sau :

WX =2035 (cm3)=2035.10-6(m3) ; g = 92,6 (daN/m)

SX =1181 (cm3)=1181.10-6(m3) ; h = 0,55 (m)

JX =55962 (cm4)=55962.10-8(m3) ; d = 0,011 (m)

3.1.3 Kiểm tra lại tiết diện

Ta kiểm tra bền có kể đến trọng lợng bản thân dầm:

- Nội lực tính toán lớn nhất thực tế :

2 92,6.9.9

8

- ứng suất pháp lớn nhất :

6 6

max = 1922.104 < R. = 2100.104 (daN/m2)  Thỏa mãn

- ứng suất tiếp lớn nhất :

6

4 8

Q S 19472,22.1181.10 max x

J δx b 55962.10 0,11





4

τmax 37,35.10 (daN/m2 ) < Rc = 1500.104 (daN/m2)

- Kiểm tra võng theo công thức:















l

f x EJ

3 l tc q 384

5 l

f

Tính tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm: qtc= 2921,6 + 92,6.9 = 3755(daN)

8

3

10

 

 

Kết luận: Dầm phụ chọn đạt yêu cầu cả về cờng độ và độ võng Không cần

kiểm tra ổn định tổng thể vì không có lực tập trung tác dụng vào dầm phụ

4.1.1.Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính.

Theo cách bố trí mỗi dầm phụ cách nhau là 2m tải trọng do dầm phụ tác dụng lên dầm chính là tải trọng tập trung

- Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm chính:

( dp dp).

tc tc tc

q  q  g l

 q  tc (2921,6 92,6.9).9 33795  (daN/m)

- Tải trọng tính toán tác dụng lên dầm chính:

( dp dp.1,1)

tt tt tt

q  tt (3493,76 92,6.9.1,1).9 39694,5  (daN/m)

4.1.2 Xác định nội lực tính toán.

- Ta có tải trọng tác dụng lên dầm chính là tải trọng tập trung đặt cách đều nhau một đoạn bằng khoảng cách giữa các dầm phụ là 2m, nên Mômen ở tiết diện giữa dầm sẽ là lớn nhất và lực cắt ở gần gối tựa sẽ là lớn nhất Theo Sức bền vật liệu và Cơ học kết cấu ta tính ra đợc: Mmax thuộc đoạn EF và có độ lớn là:

Mmax = 198472,5 - 39694,5.(x + x-2 + x-4 + x- 6 + x- 8)

= 198472,5 – 39694,5.(5x – 20)

Với x = 8m  Mmax = 793890 (daN.m)

Với x = 10m  Mmax = 793890 (daN.m)

Và lực cắt lớn nhất sẽ ở 2 gối tựa với trị số:

Qmax = VA – qtt = 198472,5 – 39694,5 = 158778 (daN)

- Biểu đồ Mômen và lực cắt nh hình vẽ:

4.1.3 Thiết kế tiết diện dầm

4.1.3.1 Chọn chiều cao tiết dầm:

Chiều cao của dầm đảm bảo điều kiện:

min d max

d kt









Trong đó :

- Chiều cao hmin có thể tính theo công thức:

min 5

h

 

   min 5 2100.400.18006

24 2,06.10 1, 2

- Chiều cao hkt của dầm tính theo công thức:

hkt = k

b yc

W

 Trong đó :

+ k-Hệ số phụ thuộc cấu tạo tiết diện dầm , đối với dầm tổ hợp hàn lấy k  1 , 15  1 , 20  Chọn k = 1,15

+ b – Bề rộng bụng dầm chính

Sơ bộ chọn b= 15 (mm) = 0,015(m)

+ Wyc - Mô men kháng uốn yêu cầu (không kể đến biến dạng dẻo của dầm)

4

Mmax 793890

R 2100.10 1

 0,038

0,015

kt

Dựa vào hmin và hkt , sơ bộ chọn chiều cao hd = 1,8(m) = 180(cm),

Chọn chiều dày bản cánh là c= 2(cm) vậy chiều cao bản bụng là :

hb=180 – 4 = 176(cm)

4.1.3.2.Kiểm tra lại chiều dày bụng  b

Kiểm tra chiều dày bản bụng theo khả năng chịu cắt :

max

b

c c

Q

h R

1,5

b

  (cm) > 0,902 (cm)  bản bụng đã chọn thỏa mãn

4.1.3.3.Tính bản cánh dầm.

- Diện tích tiết diện cánh dầm xác định theo công thức:

yc b

c

d

F

h

  ; Tiết diện chữ I hợp lý là tiết diện có Fb = 2Fc

6

158,33

yc

c

d

W

F

h

- Kích thớc cánh dầm phải thoã mãn điều kiện sau :

6 2,06.10

2100

1 1

5 2 3 18( )

c

C

E

R





















 Vậy ta chọn bề rộng cánh : bc = 79 (cm)

Bề dày cánh : c = 2(cm) Thỏa mãn các điều kiện trên

Sửa hình!

380 10

4.1.4.Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài.

Điểm thay đổi tiết diện cách gối tựa một đoạn:

18

3

L

- Mômen tại vị trí thay đổi tiết diện :

MX = 3.198472,5 – 39694,5 – 3.39694,5 = 436639,5 (daN.m)

- Diện tích tiết diện bản cánh cần thiết tại vị trí thay đổi :

4

436639,5.1,80 0,015.1,76 ct

b b X

wt

h

M h



(m2) = 120 (cm2)

Trong đó fwt là cờng độ của đờng hàn đối đầu khi chịu kéo.

Ta chọn : bc = 60 (cm)

Vậy tiết diện dầm sau khi thay đổi là : bc = 60(cm)

c= 2(cm) (hình vẽ)

4.1.5 Kiểm tra tiết diện dầm

- Tải trọng tính toán khi kể đến trọng lợng bản thân dầm chính là:

qtt = 39694,5 + 1,1.7850.( 0,015 1,76 + 2 0,79.0,02) = 40195,33(daN)

Vậy mômen lớn nhất và lực cắt lớn nhất khi kể đến trọng lợng bản thân dầm chính là:

Mmax = 803906,6 (daN/m)

Qmax = 200976,65 – 40195,33 = 160781,32(daN)

Mômen quán tính: I x=

4

35384,593 180

x

I

3) = 35384,593.10-6(m3) -Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp:

6 max

6

803906, 6

22, 7.10 35394,593.10

x

M

W

Có R.= 2100.104.1=21.106(daN/m2) Vậy sai số là không đáng kể (<5%) nên

đợc thỏa mãn

-Kiểm tra ứng suất tiếp tại gối tựa: (Tại vị trí đã thay đổi tiết diện dầm)

' max

'

.

.

x

x b

Q S

I







Trong đó: Sx’ = Sb + Sc = 178 1,5.176 176

3 = 16488.10-6m3

I’

x = Ib + Ic =

4 = 2582512.10-8 m4

 W’

x = 0,0287 (m3)

Vậy :

6 max

6,8.10

x

x b

Q S

I









 = 6,8.106 < RC.=1500.104 (daN/m2). Thỏa mãn điều kiện

- Kiểm tra ứng suất pháp trong đờng hàn đối đầu nối cánh:

Ta có mômen và lực cắt tại vị trí thay đổi tiết diện khi kể đến trọng lợng bản thân dầm chính là: M’

x = 442148,63(daN.m); Qx = 120585,99 daN

'

'

442148, 63

15, 4.10

0, 0287

x

x

x

M

W



    (daN/m2) < R.= 2100.104(daN/m2)

-Kiểm tra ứng suất cục bộ tại nơi đặt dầm phụ: .

.

c

b z

P R L



Trong đó: P = 2.Qmaxdp = 2.19472,22 = 38944,44(daN)

Lz = bcdp + 2.c= 18 + 2.2 = 22 (cm) = 0,22 (m)

6

38944, 44

11,8.10 0,015.0, 22

c



   (daN/m2) < R.=2100.104 (daN/m2)

-Kiểm tra ứng suất tơng đơng tại nơi thay đổi tiết diện dầm:

6

15,06.10

x b

x d

M h

W h

6

5,13.10

x x

x b

Q S

I









(15,06.10 ) (11,8.10 ) 15,06.10 11,8.10 3.(5,13.10 )

td



=16,35.106 (daN/m2) < 1,15.R.=1,15.2100.104 (daN/m2) = 24,15.106(daN/m) Thỏa mãn điều kiện

4.1.6 Kiểm tra ổn định dầm.

4.1.6.1Kiểm tra ổn định tổng thể.

-Kiểm tra tỉ số lo/bc

Điều kiện ổn định là:

0 1 0, 41 0,0032 c (0,73 0,016 c). c

Thay số, ta có :

6

1 0, 41 0,0032 (0, 73 0,016 ).

2,53  18,16

l0 : là khoảng cách giữa các dầm phụ= 2m

Kết luận: Dầm đảm bảo ổn định tổng thể.

4.1.6.2 Kiểm tra bản bụng dầm chịu ổn định cục bộ.

- Ta có ở chính giữa các khoang có các lực tập trung P do các thiết bị công nghệ gây ra vì vậy ta phải kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ:

+) Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh:

- Khi chọn tiết diện bản cánh đã chọn để đảm bảo về ổn định cục bộ.

+) Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng:

z

cb

c

P

R z



  Với z = bc + 2.c= 79 + 2 2 = 83 (cm) = 0,83 m

6 560

0, 0034.10

0, 2.0,83

cb



-Kiểm tra bền tại vị trí có lực tập trung:

1 1 cb 3 1 1,15 .

(15,06.10 ) (0,0034.10 ) 15,06.10 0,0034.10 3.(5,13.10 )

td

= 17,48.106 (daN/m2) < 1,15.2100.104 = 24,15.106 (daN/m2)

4.1.6.3.Kiểm tra ổn định cục bộ của dầm

- Đối với cánh dầm:

6

c

R





 19,375 < 15,66  Không thỏa mãn

Vậy ta phải đặt các sờn đứng

- Đối với bụng dầm gần gối tựa: b  b 3, 2

- Đối với bụng dầm ở vùng giữa: b  b 5,5

1,5 2, 06.10

b

b

b

E





Vậy các điều kiện trên là không đợc thỏa mãn nên ta phải đặt các sờn gia cờng

- Khoảng cách lớn nhất giữa các sờn ngang là : a= 2.hb = 2.176 = 352(cm)

- Chiều dài dầm chính là 18m vậy ta chọn khoảng cách giữa các sờn ngang là

300 cm, vậy sẽ bố trí 5 sờn nh hình vẽ

- Bề rộng sờn: 1760

b s

h

b     = 98,67 (mm)

Ta chọn bề rộng sờn là bs = 10 (cm)

2 2.10.

2,06.10

s s

R b E

Ta chọn chiều dày sờn là s= 7(mm)

- Các sờn đợc hàn vào bụng và cánh dầm bằng đờng hàn theo cấu tạo

H×nh: Bè trÝ sên gia cêng.

+)KiÓm tra øng suÊt trong c¸c «:

+ T¹i ¤1: §iÓm kiÓm tra c¸ch ®Çu dÇm: x1 = 218cm

M - 2,18.40195,33 – 0,18.40195,33 + 2,18.200976,651

= 343268,12(daNm)

Q 1 2.40195,33 – 200976,65 = 120585,99 (daN)

1

8

b

M h

I

    = 11,69.106 (daN/m2) < Rc.=1500.104(daN/m2)

1 120585,99

1, 76.0,015

b b

Q

h





  = 4,57.106(daN/m2)

6 11,8.10

c

  (daN/m2)

- øng suÊt ph¸p tíi h¹n cr :

3

1,7 0,8 1,76

b

a

h    ;

6 6

11,8.10

1, 009 11,69.10

c



176 1,5

c c

b b

b

h



 



Ccr = 30,375 ; 2 30,375.21002 2

3, 75

cr cr

b

C R

daN cm





-øng suÊt côc bé giíi h¹n c cr, :

6

300 2100

3,19

2 2.1,5 2,06.10

a

b

E







300

0,852

2. b 2.176

a

h   vµ  0,85  C1 = 15,632( tra b¶ng 3.6 SGK kÕt hîp víi néi suy)

3 1

3, 23.10 3,19

c cr

a

C R





   (daN/cm2) = 32,3.106(daN/m2)

- øng suÊt tiÕp tíi h¹n  :cr

3,75 1,5 2, 06.10

b

w

b

E







300

1, 704 176

b

a

h

2 0

1,704 3,75

c cr

w

R









= 13,86.106(daN/m2).

,

c

cr c cr cr



= 0,705 <1

Vậy Ô bụng 1 đảm bảo ổn định

+) Kiểm tra ô bụng 2:

- Tại Ô2: Tiết diện cần kiểm tra cách gối tựa dầm 5,2 (m)

Các giá trị nội lực tại tiết diện này :

1

M - 5,2.40195,33 – (5,2 – 2).40195,33 – (5,2 – 4).40195,33 +

5,2.200976,65

= 659203,412(daNm)

Q 1 -3.40195,33 + 200976,65 = 80390,66 (daN)

2

8

b

M h

I

    = 9,108.106 (daN/m2)

< Rc.=1500.104(daN/m2)

2 80390, 66

1, 76.0,015

b b

Q

h





  = 3,05.106(daN/m2)

6 11,8.10

c

  (daN/m2)

- ứng suất pháp tới hạn cr :

3

1,7 0,8 1,76

b

a

h    ;

6 6

11,8.10

1, 29 9,108.10

c



176 1,5

c c

b b

b

h



 



Ccr = 30,375 ; 2 30,375.21002 2

3, 75

cr cr

b

C R

daN cm





Các trị số nh đã tính với Ô1, Vậy ta có:

,

c

cr c cr cr



= 0,607 <1

 Ô bụng 2 đảm bảo ổn định

4.1.7.Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm.

- Ta có dầm chịu tác dụng của lực tập trung tại vị trí dầm phụ kê lên và ở chính giữa khoang có lực tập trung P = 560(daN) Vậy ta có:

176 160781,32.79.2

3184613,333

c

X

Q S

J

560 560

25, 45( / )

2 18 2.2

C

c

P

2 2C 701,972 25, 452 702, 43

min

702, 43

han

g

N

R

Trong đó: ( ) R g min 0,7.1800 1260( daN cm/ 2)

Chọn chiều cao đờng hàn góc theo cấu tạo: hh = 7mm và hàn suốt chiều dài dầm

4.1.8 Tính mối nối dầm:

-Nối dầm tại nơi thay đổi tiết diện bản cánh để then tiện cho việc di chuyển, lắp ghép

-Bản cánh nối bằng đờng hàn đối đầu, bản bụng nối bằng bản ghép và ding đờng hàn góc

Nội lực tại mối nối:

Ta có mômen và lực cắt tại vị trí thay đổi tiết diện khi kể đến trọng lợng bản thân dầm chính là: M’

x = 442148,63(daN.m); Qx = 120585,99 daN Mối nối coi nh chịu toàn bộ lực cắt và phần mômen của bản bụng

b

b

I

I

 Trong đó : Ib = 1,5.1763/12=681472(cm4)

I = 2582512 (cm4)

Vậy: 681472

2582512

b

-Chọn bản ghép có tiết diện (166 x 2) cm, bề rộng 10cm nh hình vẽ:

Kiểm tra tiết diện bản ghép: 2.Abg = 2.166.2 > Ab = 176.1,5

Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực Do vậy có mômen lệch tâm Me

Me = 120585,99.0,05 = 6029,3 (daN.m)

-Chọn chiều cao đờng hàn: hh = 10mm