Đồ án môn kết cấu thép

-Tính toán đờng hàn liên kết bản sàn với dầm đỡ.. Tính toán thiết kế dầm phụ - Chọn sơ đồ tính toán - Xác định tải trọng tính toán - Xác định nội lực tính toán - Chọn kích thớc tiết diện

THUY T MINH ẾT MINH

ĐỒ ÁN KẾT CẤU THẫP SỐ I

Thiết kế hệ dầm sàn bằng thộp bao gồm sàn thộp đặt lờn dầm phụ và dầm chớnh chịu tải trọng phõn bố đều theo phương ỏn hệ dầm phổ thụng liờn kết chồng với nhịp dầm chớnh L(m), nhịp dầm phụ B(m), tải trọng Ptc (T/m2) với cỏc số liệu tớnh toỏn kốm theo cho trong bảng:

Vật liệu thộp số hiệu CCT38s, cú cường độ tớnh toỏn:

f=230 N/mm2; fv= 133,4 N/mm2; fu=380 N/mm2

E=2,1.105 N/mm2, trọng lượng riờng của thộp  = 78500 N/m3

Độ vừng giới hạn cho phộp:

 của bản sàn [/ l]=1/150

 của dầm phụ [/B]=1/250

 của dầm chớnh [/L]=1/400

Hệ số vượt tải:

 của tĩnh tải g=1,05

 của hoạt tải P=1,2

Hệ số kể đến biến dạng dẻo C1=1,12

Hàn tay, dựng que hàn N42

A.Tính toán kích thớc bản sàn

-Chọn kích thớc bản sàn (bề dày, nhịp)

-Kiểm tra bản sàn theo điều kiện cờng độ và điều kiện biến dạng

-Tính toán đờng hàn liên kết bản sàn với dầm đỡ

B Tính toán thiết kế dầm phụ

- Chọn sơ đồ tính toán

- Xác định tải trọng tính toán

- Xác định nội lực tính toán

- Chọn kích thớc tiết diện dầm

- Kiểm tra kích thớc dầm theo điều kiện cờng độ và điều kiện biến dạng

C Tính toán thiết kế dầm chính

- Chọn sơ đồ tính toán

- Xác định tải trọng tính toán

- Xác định nội lực tính toán

- Chọn tiết diện dầm

- Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài và kiểm tra tiết diện dầm đã chọn

- Tính toán đờng hàn liên kết bản cánh với bản bụng dầm

- Thiết kế sờn đầu dầm

- Thiết kế mối nối dầm

- TÝnh liªn kÕt dÇm phô víi dÇm chÝnh (nÕu cÇn).

BÀI LÀM

A TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC BẢN SÀN

1.Xác định kích thước bản sàn:

Kích thước bản sàn có thể xác định theo cách sử dụng đồ thị hoặc xác định gần đúng giá trị tỷ số giữa nhịp lớn nhất và chiều dày t của sàn

4 0

1 15

s

tc s

Trong đó: (ls/ts ) là tỉ số cần tìm giữa nhịp sàn và chiều dày sàn

n0 = [l/] = 150; ptc = 16 kN/m2 = 16.10-2daN/cm2

5

2,1.10

E

 - Hệ số Poátxông, có  = 0,3

5 4

4.150 72.2,308.10

15 150 0,016

s s

l t

Với tải trọng tiêu chuẩn ptc =16 kN/m2<20 kN/m2 nên ta chọn ts= 9mm

=> s

s

l

t = 122,05  ls = 9.122,05 =1098 mm Chọn ls = 1000 mm

2 Tính toán bản sàn thép

Cắt 1 dải bản bề rộng 1m theo phương cạnh ngắn của nhịp sàn Do được hàn với dầm bằng đường hàn thẳng góc, dưới tác dụng của tải trọng sàn bị ngăn cản biến dạng, tại gối tựa sẽ phát sinh ra lực kéo H và mômen âm Bỏ qua ảnh hưởng của mômen âm ta có sơ đồ tính của bản coi như 1 dầm đơn giản chịu lực phân bố Tải trọng tác dụng trên sàn có kể đến trọng lượng bản thân sàn:

tc tc

tt tc

2 3

b

c

cét dÇm phô

dÇm chÝnh

mÆt b»ng dÇm sµn (tl: 1/100)

i

500500 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 500500

i ii

ii

17000

Hình 1.Mặt bằng dầm sàn

2.1 Kiểm tra bản sàn theo độ võng.

Độ võng do tải trọng tiêu chuẩn và lực kéo H tác dụng:

0

1

 



Trong đó:

4 0

1

5

tc

s s x

q l

E I

 

Ix - mômen quán tính dải bản rộng 1m

Ix = 1ts3/ 12 = 60750 mm4

4

16,7065.1 12 5

384 2,308.10 0,009 m

Hệ số a xác định từ phương trình Ơle

 ( 1 + )2 = 3(0/ts)2

 ( 1 + )2 = 30,0152/0,0092 = 8,3 giải phương trình có =1,418

Độ võng của sàn:

0

m



 

  Bản sàn đảm bảo điều kiện độ võng cho phép

2.2 Kiểm tra bản sàn theo điều kiện độ bền

- Kiểm tra cường độ sàn:

h h

Hình 2 Sơ đồ tính toán sàn

Mômen lớn nhất của bản sàn:

max 0

1 1 1, 418



Trong đó 0 .2 19,94.12 2, 49

tt

s s

q l

Lực kéo H tác dụng trong bản tính theo công thức:

H = p

2 2

 

  E1 ts

H = 1,2

2 2

150

1 4

14 , 3







 2,308.105.9 = 273,04N Ứng suất lớn nhất trong sàn:

6

2 3

273,04 1, 031.10

9000 13,5.10

c

c

A

    

max s

2

M H W

/ mm

A – diện tích tiết diện dải sàn rộng 100 cm Với A=100.ts =100.0,9 =90 cm2,

3

100 100.0,9

13,5

S S

t

Kết luận: Sàn đảm bảo chịu lực

2.3 Chiều cao đường hàn liên kết giữa sàn và dầm chịu lực kéo H

Chiều cao đường hàn liên kết giữa sàn và dầm phụ

273,07

2,167

0, 7.180.1

f

H h

f

Trong đó:

2

0,7.180 126 /

2 1.0, 45.380 171 /

2 min

( f W) (f Wf f ;S WS f ) 126 / N mm

Đường hàn liờn kết bản sàn với dầm phụ phải thỏa món điều kiện

h = 5mm ≤ hf= 5 mm ≤ 1,2tmin = 1,2.9,8 = 11,76mm

Vậy chọn đường hàn là đường hàn cấu tạo cú hf = 5mm

B TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM PHỤ

1 Sơ đồ tính toán dầm phụ

Sơ đồ tính toán dầm phụ là dầm đơn giản nhịp l = 6,5 m chịu tác dụng của tải trọng phân bố

đều từ sàn truyền vào:

Hỡnh 3 Sơ đồ tớnh toỏn dầm phụ

2 Tải trọng tỏc dụng lờn dầm phụ:

tc tc

tt tc

Mụmen lớn nhất ở giữa dầm:

max

19,94.6,5

105,308

tt dp

q l

Lực cắt lớn nhất tại gối tựa: max . 19,94.6,5 64,805

tt dp

q l

3 Chọn kớch thước tiết diện dầm phụ:

Mụ men khỏng uốn cần thiết cho dầm cú kể đến biến dạng dọc:

Wx =

2 max 105,308 10

408,805 1,12 c 1,12 23

Tra bảng thộp cỏn sẵn chọn thộp I30a; (Bảng1.6 tr 296 SGK ) cú cỏc đặc trưng hỡnh học:

WX = 518 cm3; g = 39,2 kg/m; b = 145 mm; t = 10,7 mm

SX = 292 cm3; IX = 7780 cm4; d = 6,5 mm

tt

max

V =64,805kN 6,5m

q =19,94kN/m

H×nh 4 TiÕt diÖn dÇm phô

4 Kiểm tra tiết diện dầm phụ

a, Kiểm tra võng theo công thức:

3

tc dp x

q g l



  Tính toán tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên dầm phụ:

4

650 778

b, Kiểm tra tiết diện dầm phụ theo điều kiện độ bền:

 Kiểm tra ứng suất pháp:

Mômen và lực cắt do trọng lượng bản thân dầm:

Mbt =

39, 2 1,05.6,5

217,38

bt g

Vbt =39, 2.1, 05.6,5 133, 77

Kiểm tra ứng suất pháp lớn nhất:

max

105,308.10 217,38.10

185, 26

bt x

W

max = 185,26 N/mm < c = 230 N/mm2

 Kiểm tra ứng suất tiếp:

τ=

4

x w

( ) (64,805.10 1,34.10 ).292.10

b

t



=38,19 N/mm2 ≤ fv c = 133,4N/mm2

Kết luận: Dầm đạt yêu cầu về cường độ và độ võng.

c, Kiểm tra ổn định tổng thể:

6,5

145

Không cần kiểm tra ổn định tổng thể của dầm vì phía trên dầm phụ có bản sàn thép hàn chặt với cánh dầm

C TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DẦM CHÍNH

Chọn loại dầm tổ hợp hàn từ thép CCT38s có:  = 2300 daN/cm2

1 Sơ đồ tính của dầm chính và tải trọng tác dụng: là dầm đơn giản chịu tác dụng của các tải

trọng coi như phân bố đều

Hình 5 Sơ đồ tính toán dầm chính

Lực tập trung do tải trọng dầm phụ đặt lên dầm chính

2 tc tc tc (16, 7065 0,392).6,5 111,14

dp dp dp

2 tt tt tc (19,94 0,392.1,05).6,5 132, 29

dp dp dp g

Vì các dầm phụ đặt cách nhau 1 m nên tải trọng do dầm phụ truyền lên dầm chính là phân bố đều

111,14

tc dc

q  KN ; tt 132, 29

dc

q  KN Mômen và lực cắt lớn nhất ở dầm chính:

max

132, 29.17

4778,98

tt dc

q L

max

132, 29.17

1124, 47

tt dc

q L

2 Chọn tiết diện dầm.

a Chọn chiều cao dầm.

Chiều cao dầm đảm bảo điều kiện

17m

V =1124,47kN max

max

M =4778,98 kN.m tt

q =132,29kN/m

min d max







 (Trong đó hmax chưa xác định được vì phụ thuộc kiến trúc) Chiều cao hmin có thể tính gần đúng theo công thức:

min

5 24

E

 



  tb

1 n

24 2,1.10 132, 29

Chiều cao kinh tế tính theo công thức:

max 4778,98.100

23.1, 2

kt

w

M

ft

Sơ bộ chọn tw= 12 mm; hệ số k = 1,15

Dựa vào hmin và hkt sơ bộ chọn chiều cao hd = 150 cm

Chọn sơ bộ tf = 2 cm; hw=150 – 4 = 146 cm;

b Kiểm tra lại chiều dày t w :

Tạm thời lấy chiều cao bụng dầm:

tw = 1cm > max

w

1,5 1124, 47

146.133, 4

v

V

h f



c Chọn kích thước bản cánh dầm:

Diện tích bản cánh dầm xác định theo công thức:

2 max

4778,9

8

8



Chọn bf = 60cm, tf = 2 cm Thoả mãn các điều kiện sau:

3 (1/ 2 1/ 5) 30 75 /10 15

180

f f

f

E



















Hình 6 Kích thước tiết diện dầm chính

3 Thay đổi tiết diện dầm theo chiều dài.

Để tiết kiệm thép và giảm trọng lượng bản thân dầm, khi thiết kế nên giảm kích thước của tiết diện dầm đã chọn ở phần dầm có mômen bé cụ thể là giảm bề rộng cánh dầm (giữ nguyên chiều dày).Điểm để thay đổi kích thước bản cánh dầm cách gối tựa 1 khoảng x=(L/6÷L/5)=(2,83÷3,4)

m Ta chọn x= 3m Tại chỗ thay đổi sẽ nối hai phần cánh bằng đường hàn đối đầu dùng các que hàn N42 có fwf=180 N/mm2

Tính Mx: .( ) 132, 29.3.(17 3) 2778,09

tt x

q x L x

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

2

M h t h

Chọn b’f =36 cm

12

600

Hình 7.Mối hàn đối đầu nối cánh trên khi thay đổi tiết diện

4 Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ và độ võng.

Mômen do trọng lượng bản thân dầm:

( 2 ) (0,12.1, 46 2.0, 6.0, 02).17

3

2.60.2.( ) 1625453, 6

x

Wx=Ix.2/h = 21672,71 cm3

 Kiểm tra ứng suất pháp tại tiết diện giữa nhịp.

max

4778,98.10 123,63.10

21672,71.10

bt

c x

W

Vậy dầm chịu được ứng suất chính => kích thước chọn đã hợp lý

 Kiểm tra ứng suất tiếp tại gối tựa.

c v w

x

x

t I

S V V



'

' ) ( max







.( 2 ) / 2 1,05.78,5.(0,12.1, 46 2.0,6.0,02).17 / 2 29,089

3

148 1, 2.146 146

2

4

fk

h

t h

W’x= 14663,43 cm3

=>

2 max

4

( ) ' (1124, 47 29,089).10 8525, 4.10

74,52 133, 4 /

v c

x w

I t

Kiểm tra ứng suất pháp trong đường hàn đối đầu nối cánh.

(1, 46.0,012 0,02.0,6.2).78,5.1,05 3,84 /

tt

dc

600

3000

i=1/5

12

.( ) 3,84.3.(17 3)

tt dc bt

g x L x

3

2778,09.10 71,87.10

x

W

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

c z

w

l t

P



  

Tại mỗi vị trí dầm chính có 2 dầm phụ gối lên 2 bên dầm chính nên:

Phản lực của dầm phụ và sàn:

P=2.(Vmaxdp + Vbtdp) = 2.(64,805 +1,34) =132,285 kN

Chiều dài truyền tải trọng nén bụng dầm

lz = bfdp +2.tf =14,5 +2.2 = 18,5 cm

3

132, 285.10

12.185

w z

P

t l

 Kiểm tra ứng suất tương đương tại nơi thay đổi tiết diện dầm.

2

( ' ) (2778,09.10 71,87

14663, 4

10 ).1460

189,18 /

x

N mm

2

( ' ) (727,6 18,82).10 5328.10

30,13 /

x w

N mm

I t

Trong đó:

Vx=qdctt(L/2- x) =132,29.(17/2 – 3) = 727,6 kN

V’bt = gdctt.(L/2 – x) =3,42.( 17/2 – 3) = 18,82 kN

1 3.1 189,18 3.30,13 196, 24 /

       

196, 24 1,15 264,5

Không cần kiểm tra võng cho dầm vì đã lấy chiều cao h > hmin Tiết diện thay đổi đủ khả năng chịu lực

5 Kiểm tra ổn định của dầm.

a Kiểm tra ổn định tổng thể.

Kiểm tra tỉ số l0/bf

f

E h

b t

b t

b b

l

fk

f f

f f

f





































1 0,41 0,0032 0,73 0,0,16

0

4

1 0, 41 0,0032 0, 73 0,016

'' ' 5328 3

2

fk

h

60  18,35 với l0 là khoảng cách giữa các dầm phụ, bằng 1m

Dầm đảm bảo ổn định tổng thể

b Kiểm tra ổn định cục bộ

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản cánh

Khi chọn tiết diện đã chọn để đảm bảo về ổn định cục bộ

 Kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng

  4

1, 2 2,1.10

w w

w

Bản bụng phải đặt các sườn ngang và kiểm tra ổn định Hình 8 Sườn ngang

Khoảng cách lớn nhất của các sườn ngang:

a ≤ 2.hw=2.146=292 cm

Chọn a= 250 cm và bố trí 6 sườn

Bề rộng và chiều dày sườn

1460

w s

h

b      mm chọn bs=90 mm

4

2 / 2.90 23 / 2,1.10 5, 29

Các sườn được hàn vào bụng và cánh dầm bằng đường hàn theo cấu tạo

 Kiểm tra ứng suất trong các ô

 Kiểm tra ô bụng 1

Điểm kiểm tra tại vị trí đặt dầm phụ cách đầu dầm: x 1 =50cm

M1= 1( 1) (132, 29 3, 42).0,5.(17 0,5)

559,8

qx l x

KN m

1 1

( 2 ) (132, 29 3, 42).(17 2.0,5)

1085,7

q l x

4

6

2 1

'

559,8.10 1460

37,16 / 2 1099757,6.10 2

w x

M h

N mm I

3

2

1 1085,7.10

61,97 / 1460.12

w w

V

N mm

h t

2 59,6 /

 

Ứng suất giới hạn cr :

2,5

1, 712 0,8

1, 46

w

a

37,16

c



  

80

5,6

3 36 2 3 ( ) 0,8 ( ) 0,9132

146 1,2

b t

h t

2 2

2

37,3.230

528, 23 / 4,03

cr cr

w

C f

N mm





ứng suất cục bộ giới hạn c, cr :

4

6,89

1, 2 2,1.10

a

w

a f

250

1,712 0,8 146

w

a

h    và  0,9132=> C1=31,016

2 1

31,016.230

150, 27 / 6,89

c cr

a

C f

N mm





ứng suất tiếp tới hạn cr:

4

4,03

1, 2 2,1.10

ow

w

d f

250

1, 712 146

w

a

h

0

1, 712 4,03

v cr

w

f



,

0,746 1

528, 23 150,27 106,54

c



  

Ô bụng 1 đảm bảo ổn định

 Kiểm tra ô bụng 2

Điểm kiểm tra tại vị trí đặt dầm phụ cách đầu dầm: x 2 =277 cm

M2= 2( 2) (132, 29 3, 42).2,77.(17 2,77)

2674,65

qx l x

KN m

2 2

( 2 ) (132, 29 3, 42).(17 2.2, 77)

777,62

q l x

4

6

2 2

'

2674,65.10 1460

177,53 / 2 1099757,6.10 2

w x

M h

N mm I

3

2

2 777,62.10

44,385 / 1460.12

w w

V

N mm

h t

2 59,6 /

 

2 2 2 2

,

177,53 59,6 44,385

0,8428 1

528, 23 150, 27 106,54

c



  

Ô bụng 2 đảm bảo ổn định

 Kiểm tra ô bụng 3

Điểm kiểm tra cách đầu dầm: x 3 = 527 cm.

M3= 3( 3) (132, 29 3, 42).5, 27.(17 5, 27)

4194,6

qx l x

KN m

V3 = ( 2 )3 (132, 29 3, 42).(17 2.5, 27)

438,34

q l x

KN

4

6

2

3 4194,6.10 1460

188,38 / 2 1625453,6.10 2

w x

M h

N mm I

3

2

3 438,34.10

25, 02 / 1460.12

w w

V

N mm

h t

2 59,6 /

 

2,5 1, 712 0,8

1, 46

w

a

3 60 2 3 ( ) 0,8 ( ) 1,522

146 1, 2

b t

h t

2 2

2

67,97.230

962,57 / 4,03

cr cr

w

C f

N mm





ứng suất cục bộ giới hạn c, cr :

4

6,89

1, 2 2,1.10

a

w

a f

250

1,712 0,8 146

w

a

h    và  1,522=> C1=35,68

2 1

35, 68.230

172,87 / 6,89

c cr

a

C f

N mm





ứng suất tiếp tới hạn cr:

4

4,03

1, 2 2,1.10

ow

w

d f

250

1, 712 146

w

a

h

2 2 2 2 0

1, 712 4,03

v cr

w

f



,

188,38 59,6 25,02

0,589 1 962,57 172,87 106,54

c



  

Ô bản bụng 3 đảm bảo ổn định

6 Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm.

Tại vị trí đặt dầm phụ đầu tiên: x =0,5m

2 1

min

0, 454

f

Trong đó:

2

0,7.180 126 /

2 1.0, 45.380 171 /

2 min

( f W) (f Wf f ;S WS f ) 126 / N mm =12,6 kN/cm2 Chọn hf theo điều kiện cấu tạo hf=7 mm hàn suốt chiều dài dầm

f

h =7mm

f

h =7mm

Hình 9 Liên kết bản bụng và cánh dầm chính

600

7 Tính mối nối dầm.

Nội lực tại mối nối: M = Mx+M’bt = 2778,09+71,87 = 2849,96 kNm

V = Vx+V’bt = 727,6+18,82= 746,42 kN Mối nối coi như chịu toàn bộ lực cắt và phần mômen của bản bụng

2

.2849,96.10 80649, 2 1099757,6

b

I

I

Trong đó: Iw = tw.hw3/12=311213,6 cm4

Chọn bản ghép có tiết diện (136x1); bề rộng 10 cm

Kiểm tra tiết diện bản ghép: 2.Abg = 2.136.1 > Aw = 146.1,2 = 175,2 cm

Mối hàn đặt lệch tâm so với vị trí tính nội lực

Do vậy có mômen lệch tâm Me

Me = 746,42.(146-136).0,5 =3732,1 kN.m

Hình 10.Mối nối dầm phụ với dầm chính

360

3

5

10

b

10

100

10

Chọn chiều cao đường hàn hf = 10 mm.

hf > hmin = 5 mm

hf < 1,2t = 1,2.10 = 12 mm

Wf = 2(136-1)2.1/6 = 6075 cm3

Af = 2(136-1).1= 270 cm3

Kiểm tra ứng suất trong đường hàn

54566,08.10 3732,1.10 746, 42.10

99,87

b

td

            

N/mm2

< (bfw)min = 126 N/mm2

8 Tính sườn đầu dầm.

Sườn đầu dầm chịu phản lực gối tựa V tt = 1124,47+29,089=1153,559 kN.

Dùng phương án sườn đặt ở đầu dầm, dầm đặt phía trên gối khớp với cột Bề rộng của sườn đầu dầm chọn bằng bề rộng của bản cánh bs= b’f = 36 cm

Tiết diện của sườn đầu dầm đảm bảo về điều kiện ép mặt

1153,559

0,8854 36.36,1905 1

tt s

s c c

V

b f 

Trong đó: fc= fu/1,05 = 36,1905kN/cm2

Chọn sườn có kích thước bsxts= 36x 1,2 cm

 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định cục bộ:

4 0,5 / 0,5 2,1.10 / 23 15,108

s

b

(36-1,2)/(1,2.2) =14,5 < 15,108 mm

 Kiểm tra sườn theo điều kiện ổn định tổng thể:

23

E

f

2

1, 2.36 28, 283 71, 483

4

3

36 1, 2 0,65.1, 2 2,1.10 / 23

4669

w

s s

s

t E f

b t

4669

8,082

71, 483

s s

I

A

8,082

w s

h i

    => =0,9873

3

max

2

1124, 47.10

V

A



Vậy sườn đảm bảo ổn định tổng thể