Đồ án mô học kết cấu thép

Thông LỜI NÓI ĐẦU Qua những lần được nhà trường và khoa liên hệ cho đi thực tập ngoài trường tại các công ty, chúng em là ky sư công nghệ hàn nhận biết được rang ngoài những môn h

Thông

LỜI NÓI ĐẦU

Qua những lần được nhà trường và khoa liên hệ cho đi thực tập ngoài trường tại

các công ty, chúng em là ky sư công nghệ hàn nhận biết được rang ngoài những môn

học như: Công nghệ hàn, Thiết bị hàn thì môn Kết cấu hàn cũng là mỘt trong những môn học được ứng dụng rất nhiều trong thực tế mà chúng em cần nắm vữỮng và phát triển

Kết cấu hàn là môn học được đưa vào trong chương trình đào tạo sinh viên

nghành hàn, với mục tiêu trang bị cho sinh viên một lượng kiến thức và vận dụng một

cách linh hoạt các kiến thức đã học của chuyên nghành hàn vào việc chế tạo các kết cấu cụ thể.Đồ án kết cấu hàn là một bài toán cần giải quyết các vấn đề về kết cấu bao

gồm: thiết kế kết cấu, kiểm tra độ bền kết cấu, thiết kế mối hàn và kiểm tra độ bền

mối hàn

Đồ án môn học kết cấu là cơ hội để chúng em có thể kiểm tra và tống hợp lại kiến thức đã học.Trong kỳ học này chúng em được giao đề tài “Tính toán, thiết kế hệ

thống dầm chịu lực cho cầu chịu được tải trọng an toàn” Sau thỜi gian nghiên cứu,

đồ án của chúng em đã hoàn thành và được trình bày gồm 5 phần như sau:

Phần I: Tổng quan

Phần II: Phân tích kết cấu

Phần III: Tính toán thiết kế kết cấu

Phần IV: Xây dựng qui trình hàn

Phần V: Kết luận- kiến nghị

Trong quá trình thực hiện đồ án tuy đã cố tìm tòi, nghiên cứu tài liệu và được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong tổ môn đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn trực tiếp Nguyễn Trọng Thông Nhưng do những hạn chế về mặt kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót.Chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đồ án có được tính chính xác và

hoàn thiện hơn

Chúng em chân thành cảm Ơn!

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP SỬ DỤNG TRONG XÂY

DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM

Thép là một trong hai loại vật liệu quan trọng nhất trong xây dựng ở Việt Nam

hiện tại, cùng với vật liệu bê tông cốt thép Đặc biệt trong các năm gần đây, việc sử dụng thép đã phát triển nhanh chóng, thay thế cho bê tông cốt thép (BTCT) trong phần lớn nhà xưởng, nhà nhịp lớn và nhiều công trình công cộng khác Bài viết này nhấn mạnh sự phát triển của kết cấu thép qua nhiều thời kỳ và xu thế cỦa nó trong tương lai

từ đó định hướng về việc học tập môn học kết cấu thép như thế nào để đạt hiệu quả Cao

I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KẾT CẤU THÉP Ở VIỆT NAM

Thời kỳ cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20

Mọi công trình xây dựng, công nghệ chế tạo và thi công liên quan đến thép đều là của Pháp Do bê tông cốt thép chỉ được áp dung ở Việt Nam từ những năm 30 và hầu như không có kết cấu nhịp lớn, nên hầu hết các nhà công nghiệp và công trình nhịp lớn như hội trường, rạp hát đều dùng kết cấu thép, ít ra là hệ mái Các nhà xưởng lớn bằng

thép đáng kể là: nhà máy xe lửa Gia Lâm, nhà máy rượu Hải Dương, các hàng ga máy

bay Ởở Gia Lâm va Bạch Mai Công nghệ và hình thức kết cấu là ở vào trình độ đương đại: thép cacbon thấp, liên kết đinh tán, thép cán cỡ nhỏ, sơ đồ kết cấu cổ điển.(Cầu

long biên)

Sau khi hoà bình lập lại ở Đông Dương, miền Bắc Việt Nam bắt đầu xây dựng

cơ sở cho nền công nghiệp hoá, trước hết là các nhà máy công nghiệp nặng và công

nghiệp nhẹ Lúc đó, thép là vật liệu hiếm có và rất quý giá, do hoàn toàn nhập tỪ các nước xã hội chủ nghĩa mà tại các nước này, thép cũng rất quý và hiếm Phương châm thiết kế kết cấu thép là: tiết kiệm ở mức cao nhất Do đó, chỉ dùng thép cho những nhà

xưởng lớn, có cầu trục nặng, cột cao và nhịp rộng Điển hình là các nhà xưởng của Khu

Liên hợp Gang thép Thái Nguyên Tại đó, có những khung toàn thép với dàn nhịp 30 đến

40m, cột rỗng bậc thang đỡ cầu trục 20 đến 75tấn, dầm cầu trục nhịp 18m cao tới 2m Lượng thép tính cho một mét vuông sàn là khá lớn: 70 đến 100kg/m? Một công trình đáng kể nữa là nhà máy Supe Phốt phát Lâm Thao: phần lớn các phân xưởng nhiều tầng hay một tầng đều dùng kết cấu thép Do việc sử dụng thép nhiều mà nhà máy này đã được hoàn thành nhanh hơn 1 năm so với viẹc dùng kết cấu bê tông, việc này đã mang lại lợi ích không nhỏ cho nền công nghiệp lúc đó, (theo ý kiến phát biểu của một vị lãnh đạo ngành xây dựng) Sơ đồ hệ thống kết cấu thông dụng là: dàn gồm các thép góc, cỘt

và dầm tổ hợp tấm và thép cán; liên kết hàn, không dùng đỉnh tán

Trang 3

Khu liên hợp gang thép thái nguyên

1.2.Thời kỳ những năm 70 và 80:

Bắt đầu sử dụng nhiều kết cấu thép tiền chế nhập từ nước ngoài Điển hình là loại khung kho Tiệp Đó là khung nhịp 12 đến 15m, dàn bằng thép Ống, cột thép cán tổ hợp và xà gồ là cấu kiện thành mỏng cán nguội Khung này là nguyên là để làm kho cỏ, sang đến Việt Nam đã được cải tạo để làm kết cấu cho nhà xưởng có các cửa trời và cầu trục, nhà thể thao, và thậm chí cả ga hàng không Ngoài ra, nhiều công trình dân

dụng như trường học, bệnh viện do các tổ chức nhân đạo trợ giúp nhập từ nước ngoài,

được làm bằng kết cấu thép tiền chế 1 tầng và 2 tầng Phương châm tiết kiệm thép không còn sức mạnh nữa; các yếu tố thuận tiện cho vận chuyển, cho thi công, cho việc hoàn thành nhanh đã trở nên quyết định

Ở miền Nam Việt Nam trong các thời kỳ đó, kỹ thuật xây dựng đã được phát

triển nhanh với sự hỗ trợ của công nghệ của các nước tiên tiến Các xu hướng thiết kế

là giống như của phương Tây: thép được áp dụng rộng rãi trong các công trình công

nghiệp, xưởng đóng tàu, nhà cao tầng (tới 16 tầng), hang øa máy bay và cả nhà chung cư nhiều tầng

1.3.Thời kỳ những năm 90 đến nay:

Cùng với sỰ phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và của ngành xây dựng, việc

sử dụng thép đã tăng nhanh chưa từng thấy Hầu như 100% nhà xưởng là làm hoàn toàn hay đại bộ phận bằng thép Những mái nha nặng nề bằng bê tông cốt thép đã biến mất, thay thế bằng mái tôn nhẹ đặt trên xà gồ thành mỏng Không thấy ở đâu dàn BTCT, dầm mái BTCT đúc sẵn một thời phát triển

Trang 5

Với cách sử dụng tiết diện dầm thép thì việc thi công sẽ đơn giản hơn,thời gian thi công nhanh ( vì chủ yếu chỉ là các liên kết bằng mối hàn và bu lông) công trình nhanh chóng được đưa vào sử dụng

Ngày nay, với xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật thì kết cấu thép ngày càng được nghiên cứu, phát triển, hoàn thiện hơn, sử dụng ngày càng rộng rãi hơn trong

nhiều công trình khác nhau từ nhỮng công trình nhỏ như nhà ở, nhà máy, xí nghiệp cho

đến các công trình đòi hỏi vượt nhịp lớn như nhà thi đấu, sân vận động, hănga máy bay, các cầu

Dầm thép có rất nhiều loại tiết diện khác nhau như dầm hình ( chữ I, C,hình tròn), dầm tổ hợp, dầm hộp,dầm có sườn lượn sóng,

Mỗi loại dầm đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó tùy thuộc các điều kiện về loại kết cấu công trình, về giải pháp kiến trúc, thi công, điều kiện về kinh

tế kỹ thuật, mà sử dụng các loại dầm khác nhau.Chẳng hạn với những công trình cần vựơt nhịp nhỏ ( thường là < 6m) thì có thể sử dụng dầm thép hình, với những công trình lớn hơn ( < 18 m) thì có thể sử dụng loại dầm tổ hợp, với những công trình vượt nhịp >

36 m thì người ta có thể sử dụng dầm hộp

Sau một thời gian nghiên cứu đề tài của mình, chúng em tự nhận thấy rằng đối với kết cấu cầu và không có đường sắt chạy qua và với tải trọng như kết cấu chủ yếu chịu mômen uốn vậy thì chúng ta sẽ lựa chọn kết cấu là dầm hàn tổ hợp chữ I vì:

Là dầm được làm từ các bản thép hoặc từ các bản thép và các thép hình.Vì dùng liên kết hàn để liên kết các bộ phận của dầm thì dầm được gọi là dầm tổ hợp hàn

Dầm tổ hợp hàn gồm 3 bản thép, 2 bản đặt nằm ngang gọi là 2 cánh dầm, bản

đặt thẳng đứng gọi là bụng dầm

Với dầm thép chữ I do có tiết diện đối xứng, lại có mômen chống uốn đối với trục x-x khá lớn nên rất hợp lý với những dầm chịu uốn phẳng như dầm sàn nhà,dầm sàn công tác, dầm cầu

Tính toán chỉ tiết của dầm như liên kết cánh với bụng, cụ thể như sau:

+ Chọn tiết diện dầm

+ Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài, dày

+ Kiểm tra độ bền, độ võng, độ ổn định của dầm tổ hợp

hợp sẽ rộng rãi hơn

wl wl

II.PHÂN TicH kK ET CAU

IT.1.Các thông sO:

-Số lượng xe nằm yên trên cầu n=6xe

-Các xe duc nam dàn đều trên nhịp cầu

I1I.2.Phân tích ,chỌn tiết diện dầm

ghép

Dầm tổ hợp được tạo bởi các bản thép, liên kết với nhau bằng hàn hoặc đinh tán Dầm hàn dễ chế tạo, do đó thường hay dùng Dầm tổ hợp có thể chế tạo các kết cấu có kích thước lớn, tiết diện dầm có thể thay đổi theo chiều dài, do đó có thể tiết kiệm được vật liệu Dam chữ 1 có nhược điểm là chịu uốn trong mặt phẳng kém, chịu

xoắn kém và dễ gây mất ổn định tổng thể, do đó cần phải có các liên kết theo phương

ngang

Trong quá trình chế tạo kết cấu việc tính toán và lựa chọn các kích thước hợp lý

sẽ tạo cho kết cấu sự hoàn hảo nhất đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế

Thường trong quá trình chế tạo kết cấu dầm chữ I chúng ta thường phải tính toán nhiều lần mới đảm bảo được yêu cầu về độ bền.Thông thường giữa các lần đó thì

ta phải thay đổi các kích thước của bản cánh và bung Tuy nhiên sự thay đổi này vẫn phải đảm bảo các kích thứớc tối thiểu đã được quy định

Các kết cấu phụ

° Sàn cầu: Được thiết kế thi công đảm bảo điều kiện đủ bền với tải trọng tác dụng ( gồm 6 ôtô và các kết cấu phụ ) Do đó ta chọn sàn cầu bằng bê tông cốt thép nhằm đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế

° Lan can tay vịn: Đây là hệ thống ngăn cách giỮa phần mép biên cầu và phần không gian ngoài của cầu

° Hệ thống biển báo: Đây là những chỉ tiết không thể thiếu khi thiết kế một kết cấu cầu

° Gân tăng cường cho dầm chữ I Các gân tăng cường thường là thép tấm hoặc thép góc được hàn hoặc liên kết bằng bulông vào hai bên bản bụng của dầm chữ

I Gan tang cường có tác dụng tăng tính ổn định của dầm

Hệ số an toàn

Trong quá trình thiết kế bất kỳ kết cấu nào, chúng ta luôn phải chú ý đến hệ số

an toàn ( hệ số vượt tải) n

HỆ sốỐ an toàn giúp cho kết cấu vẫn ổn định khi làm việc quá công suất đã thiết

kế khi chúng ta chọn hệ số an toàn cần phải chú ý đến các vấn đề:

- Tích chất của vật liệu sử dụng chế tạo

- Điều kiện làm việc và phương pháp tính toán, yêu cầu mức độ tính toán

- Tính chất quan trọng của kết cấu và yêu cầu về tuổi thọ

- Tính chất của tải trọng tác dụng (nh hay động) và mức độ phản ánh

chính xác

Với yêu cầu của kết cấu của chúng ta chọn hệ sỐ an toàn n = 1,5 ( theo TCVN 2737-

1995)

- Qua khảo sát thực tế và căn cứ vào trọng tải của xe, số lượng nguy hiểm nhất

có thể gây ra tải trọng lớn nhất trên một nhịp cầu ta chọn cầu có kích thước, và sỐ lượng dầm

na

Vậy cầu có thước như sau:

Bề rộng của cầu : B=10 (m)

a) Chon sơ bộ khối lượng dầm mụ = 5000 (kG)

b) Khối lượng và kích thước của bê tông:

- Đổ lớp bê tông có chiều dày t„„ = 20 (cm)

- Khối lượng riêng D,„„= 2500 (kG/ m3)= 25.10-“(kG/cm°)

e) Khối lượng của phụ kiện:

Phụ kiện của cầu như : cột đèn, đường Ống,

Ta lấy khoảng 1000 (kG)

> m= 1000 (kG)

Gan ding xem: h* h, * hy * hạ

a Xác định chiều cao tiết diện dầm h (theo CT 3.13 T115 KCT) với hệ số

vượt tải Y;;= 1,5

I 5 2,3.10Ê 18uU

(A = 55 400 Fs = 109.5 cm

f: CuOng d6 tinh todn thép C (TCVN 5709 : 1993) Bang I.1 Tr285 [I]

E: Mô đun đàn hồi của thép 1: chiều dài nhịp

4 Z A 7 ?

[;]: Tỷ số d6 vong trén nhip gidihan Bang 1.15 Tr307 [I]

Thông

Mômen kháng uốn cần thiết :

#„a„ — 2BHH18/5

W= Fy =22.100003 = 12986 cm?

¥-: Gid tri hé s6 diéu kién lam việc Bảng 114 Tr306 [I]

Từ các số liệu trên thay vào công thức 3.19 Tr116 KCH, tính được chiều cao kinh tế :

Chiều day bản cánh đã chọn ổ; = 2 cm, tính được chiều rộng bản cánh :

b = 72/2 = 36 cm Chọn b = 50 cm

Bảng thống kê dầm:

D„ạ: Khối lượng riêng

V¿ạ: Thể tích dầm:

Da = 7,85.103 kG/cm?

Vạ= 2V.+ Vỹ Ve= 2.50.1800 = 180 000 (cm?)

V»= 1,5.130.1800 = 351 000 (cm)

+ V,= 2.180 000 + 351 000= 711 200 (cm*)

> Ma= 711 200.7,85 10°= 5580 (kG)

> chọn mạ = 5000 (kG) như ban đầu là hợp lý

HI.2 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn

Kiểm tra bền tiết diện:

+) Ứng suất do mô men uốn sinh ra:

Do m6 men uOn gay ra:

Thông

V6i Wy, = a ( là mô men chồng uốn)

L= I.+ I, (m6 men quán tính bậc hai của tiết diện)

S : La m6 men quán tính cỦa nửa tiết diện

- Khi hàn đối đầu góc xiên nên chọn góc từ 45° 60% Ở đây ta sử dụng hàn đối

đầu góc xiên 45° cho bản bụng

- Trình tự hàn như sau:

> Để giảm ứng suất và biến dạng, khi hàn đường hàn góc liên kết cánh và bụng ,Ở đầu đoạn dầm chỗ gần mối nối cần để lại một đoạn khoảng 500 mm

> Hàn đường hàn nối bản bụng dầm trước (đường hàn số 1)

> Tiếp theo là các đường hàn nối bản cánh dầm (đường hàn số 2) vì các đường này

có tiết diện và đỘ co ngót ngang lớn

> Cuối cùng hàn bổ sung các đoạn hàn liên kết (đương hàn số 3).các đường hàn số

3 có co ngót dọc không lớn nên không gấy ứng suất phụ

Do độ bền chịu nén của đường hàn đối đầu không nhỏ hơn của thép làm dầm nên đường hàn nối bản cánh chịu nén và bản bụng dùng đường hàn đối đầu thẳng góc

và được nối trên cùng một tiết diện