ĐỒ án môn học THIẾT kế cửa VAN PHẲNG

I Tài liệu thiết kế: ã Cửa van phẳng ở trên mặt thuộc nhóm 4. ã Bề rộng của lỗ cống : Lo=14 m . ã Chiều cao cột nước thượng lưu: H = 7,5 m. ã Hạ lưu không có nước. ã Vật liệu thép CT3, các bộ phận đúc bằng thép CT35đ, trục bánh xe bằng thép CT5, ống bọc trục bằng đồng. Cường độ giới hạn của thép CT3 có xét đến điều kiện làm việc của cửa van: R = 1490 daNcm2 . RU = 1565 daNcm2 RC = 895 daNcm2 Remd = 2230 daNcm2

Đồ án môn học Thiết kế cửa van phẳng trên mặt

I - Tài liệu thiết kế:

 Cửa van phẳng ở trên mặt thuộc nhóm 4

 Bề rộng của lỗ cống : Lo=14 m

 Chiều cao cột nớc thợng lu: H = 7,5 m

 Hạ lu không có nớc

 Vật liệu thép CT3, các bộ phận đúc bằng thép CT35đ, trục bánh xe bằng thép CT5, ống bọc trục bằng đồng

Cờng độ giới hạn của thép CT3 có xét đến điều kiện làm việc của cửa van:

Chọn độ an toàn nớc tràn của cửa van là 0 m,3( )

Chiều cao thiết kế cửa van có tính đến an toàn h v H 7,50,37,8(m)

Vị trí dầm chính bố trí sao cho hai dầm chính chịu tải trọng bằng nhau:Theo yêu cầu thiết kế a1 < 0,45.hv = 0,45.7,8 = 3,51(m)

=> chọn a1 = 3,5 (m)

Vị trí đặt lực của tổng áp lực thuỷ tĩnh : Z = H/3 = 7,5/3 = 2,5 (m)

)(6,3)5,25,38,7(2)(

Chọn chiều cao dầm chímh dựa theo điều kiện kinh tế và điều kiện độ cứng:

Theo điều kiện kinh tế: 3

yc b

.1490.8

15.625,140

8

.R

R

L q

tc tc o

p n q n

p q E

n L R h

24

5min

625,140.10.1,2

600.10.15.1490.24

Chọn chiều cao dầm chính : hdc = max( hkt ; hmin)  160 cm

Chiều dài bản cánh tính sơ bộ theo điều kiện ổn định cục bộ:

)(325

1605

1

cm h

Chọn sơ bộ bc = 32 cm

Ta có tg = (a2 - bc/2)/hdc = (70 - 16)/160 = 0,3375 =>  = 18O 38’< 30OVì vậy cần đục lỗ ở thân dầm chính để tránh rung động khi mở cửa van.

2 Bố trí giàn ngang:

Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách giàn ngang không nên lớn hơn 4m Ta bố trí chính giữa một giàn ngang và mỗi bên một giàn ngang và trụ biên, nh vậy khoảng cách giữa các giàn ngang là :

B = L/4 =15/ 4 = 3,75 m < 4 m

3 Bố trí dầm phụ dọc:

Vì cửa van càng xuống sâu thì áp lực nớc càng lớn nên ta bố trí dầm dọc phụ phía dới gần nhau hơn Ta chọn khoảng cách các dầm phụ dọc nh sau:Khoảng cách từ trên xuống đợc bố trí nh hình vẽ:

III - Tính toán các bộ phận kết cấu van:

1 Tính toán bản mặt:

Tính toán dựa trên cơ sở trong một hàng ngang giữa 2 dầm phụ dọc chỉ cần tính cho một ô, các ô khác có cùng kích thớc, chịu lực nh nhau nên tính toán tơng tự

Vì tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của các ô b/a > 2 nên ta tính toán nh một bản tựa lên hai cạnh

Bản mặt đợc tính nh sau : giả thiết tải trọng phân bố đều

 = M/W  RU => p i a i 2 R U

2

1 12

6

 =>

U

i i bm

R

p

a

.58,0

R

p

a

.61,0

pi : là cờng độ áp lực tại trung tâm mỗi ô.

ai : cạnh ngắn của ô bản mặt

bi : cạnh dài của ô bản mặt

Ru = 1565 ( daN/cm2) : cờng độ chịu uốn của thép làm bản mặt

Theo điều kiện quy phạm   6 mm

Để tiện tính toán ta lập bảng tính sau

tính toán chiều dày bản mặt

Số hiệu

ô bảnmặt

pi(KN/m2) ai (m) bi (m) a/b u

IV 37.5 1,0 3,75 0.267 0.0155 9.443

V 47 1,0 3,75 0.267 0.0173 10.571

VI 56 0,8 3,75 0.213 0.0189 9.231VII 64 0,8 3,75 0.213 0.0202 9.869VIII 71.5 0,7 3,75 0.187 0.0214 9.127

Từ kết quả bảng trên ta chọn chiều dày

bản mặt bm= 1 cm =10 mm

2 Tính toán dầm phụ dọc:

Ta coi dầm phụ dọc nh dầm đơn,

nhịp là khoảng cách giữa hai giàn ngang

và chịu tải trọng phân bố đều có cờng

at : khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm trên nó

ad : khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm dới nó

pi : áp lực thuỷ tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm2)

ad

B

pi

Chiều dài dầm phụ: l f 3,75m

Nhận thấy dầm cuối cùng là dầm chịu lực lớn nhất cách mặt nớc 6 m Nên ta tính cho dầm này

Mômen uốn max trong dầm phụ dọc :

)(375,848

75,3.488

375,

R

M W

Vì dầm phụ đặt sát bản mặt nên phải xét tới bản mặt tham gia chịu lực,

bề rộng chịu uốn phải thoả mãn các điều kiện:

cm F

h F F

4,103

)5,018.(

50.1)2/2/.(

0

     

50,0945,818.(

1.5012

1.50945,8.4,53

)(73,729945.26

max

cm y

5,

119662.10.1,2

375.48,0.384

5

384

5

4

3 3

l q l

f

.Vậy dầm phụ đã chọn thoả mãn điều kiện về cờng độ và biến dạng

47,1.25,281





d t

d t

a a

a W

d t

t d

a a

a W q

yc b

h  

Trong đó : Chọn k = 1,5 ; chọn b = 140

 hkt = 31,5.140.13422,82 141,26 cm.

p

tc q

tc tc o

p n q n

p q E

n L R 24

4 , 102 10

1 , 2

600 10 5 , 13 1490

_Jc = 738861,4

12

.2/

3



 b b yc

h h

=> Fc = 2.738861,4/137,82 = 77,8 cm2 => bc = 77,8/2,8  30 cm

FI = hb.b + 2.bc.c = 135.1 + 2.30.2,8 = 304,2 cm2

JxI = bc.h3/12 - (bc - b).hb /12 = 1008604 cm4

Vì dầm chính đặt sát bản mặt nên phải xét tới

bản mặt tham gia chịu lực, bề rộng bản mặt

tham gia chịu uốn phải thoả mãn các điều kiện:

c



h

) 141 8

, 0 (

80 8 , 0 2

F

) h (

11 2 / 141

1245138 11

2 / h

J y

10 2000 W

Vị trí đặt dầm chính không thoả mãn điều kiện để không bị đọng

n-ớc, vì vậy cần phải đục lỗ phá chân không

c Thay đổi tiết diện dầm chính:

Để tiết kiệm thép và để giảm bớt bề rộng rãnh van, nên dùng dầm chính

có chiều cao thay đổi Vì giàn ngang nằm trong phần dầm chính không thay

đổi tiết diện nên điểm đổi tiết diện phải bắt đầu từ vị trí giàn ngang hai

đầu

Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng : 0,56.h = 80 cm

d Kiểm tra ứng suất tiếp:

max =

b o

o max

J

S Q



Tính toán các đặc trng hình học của tiết diện tại gối dầm:

ho = 80 cm

141 cm

80 cm

Jo = bc.ho3/12 - (bc - b).hb /12 = 286347 cm4

So = bc.c b

2 b c

8

h 2

3956

e Kiểm tra độ võng:

Phải xét tới dầm chính thay đổi tiết diện: hệ số thay đổi tiết diện  = 0,8

600

1 744

1 1245138

10 1 , 2 8 , 0

10 5 , 13 10 2000

48

5 J.

E

L M 48

5 L

f

6

2 4

o c max

R 4 , 1

1 J

S Q

5 , 0

h b

c c

4 , 1

1 286347

3265

10

640 2

 cm

g Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm:

Thanh cánh của giàn ngang đợc liên kết với bản bụng của dầm chính, nên

nó chuyển lực tập trung vào bản bụng dầm, vì thế ở vị trí nối tiếp giữa bản bụng dầm chính và thanh cánh của giàn ngang, bản bụng dầm chính cần đợc tăng cờng bằng sờn gia cố đứng Vì khoảng cách giữa các sờn đó bằng

337,5cm > 2hb= 270 nên phải đặt thêm 1 sờn đứng nữa vào khoảng giữa cácsờn này

Khoảng cách giữa các sờn gia cố là : 337,5/2 = 168,75 cm < 2hb

80 cm

43

Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm chính theo công thức

sau:

Hệ số kiểm tra =

2 th b 2

daN/cm2Lấy ko = 7,46

ho = 2 y(b)

3

2 b 2

d

100 95

, 0 25 ,

ạ C

nhdài

ạ C

d = chiều dài cạnh ngắn của ô

6

78

qn = .B.n

h , B = 3,375 (m) là bề rộng tải trọng trên giàn ngang

Tính hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh trong phạm vi mỗi thanh giàn Wi và

điểm đặt của chúng zi Nếu biểu đồ áp lực nớc trong phạm vi mỗi thanh giàn

là hình thang thì ta phân biểu đồ thành 2 tam giác

Ta tính đợc tải trọng tập trung tác dụng lên các mắt giàn:

P0 = W13 1

3

1 W 3

2 W 3

Trần ánh Dơng - Lớp 42C3

i hi (m)

qi(kN/m2)

105,92

142,39

63,93

71,28

Ký hiệu

thanh

giàn

Nội lực(kN)

Trạng tháinội lực

Chiều dàithanh(cm)

RA = 346,62 kN.

RB = 344,58 kN

d Chọn tiết diện thanh giàn:

Thanh cánh thợng ngoài chịu lực dọc còn chịu uốn cục bộ, tiến hành tínhtoán nh một thanh chịu kéo (nén) lệch tâm, tiết diện dùng là tiết diện chữ I

Thanh cánh thợng nên dùng thống nhất một loại số hiệu, các thanh còn lại

ta chọn 2 thanh đại diện, một thanh có nội lực lớn nhất và một thanh có chiềudài tính toán lớn nhất (dùng thép góc đơn số hiệu không nhỏ hơn L 636)

* Chọn tiết diện của thanh chịu kéo trung tâm:

_Ta tính cho thanh chịu kéo lớn nhất là thanh 28, N28 = 77,8 kN , l = 160 cmDiện tích yêu cầu của thanh chịu kéo: Fyc =

R

N



: hệ số giảm yếu tiết diện do liên kết, lấy  = 1

R: cờng độ giới hạn, R = 1490 daN/cm2

=> Fyc = 5 , 22

1490

1

10 8 ,

77 2

 cm2

Ta có chiều dài tính toán của thanh bụng : lox = 0,8.l ; loy = l

=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 636

10 8 , 77 F

160

; 93 , 1

160 8 , 0 max(

) r

l

; r

l max(

y

oy x

Vậy với thanh chịu kéo trung tâm ta thống nhất dùng tiết diện : 2L 636

6 3

y

x

Chọn tiết diện thanh chịu nén trung tâm:

_Ta tính cho thanh chịu nén lớn nhất đồng thời có chiều dài tính toán lớn nhất

là thanh 37 : N = 196,3 kN , l = 200 cm

Giả thiết gt = 100 =>  = 0,60

1490

60 , 0

10 3 , 196 R

100 3 , 196 F

200

; 13 , 2

160

) =max(75 ; 62) = 75

Tra bảng đợc min = 0,78

4 , 21 78 , 0

100 3 , 196 F

Đối với thanh chịu kéo lệch tâm đều là thanh cánh sát bản mặt, ta chỉ chọnmột loại tiết diện

Giả thiết chọn tiết diện chữ I gồm 2 thanh thép góc C ghép lại : 2C No

=12 Các đặc trng hình học : F1 = 13,3 cm2

Wx1 = 50,6 cm3

7 0

y x

y

5 2

12 0

x

Để an toàn ta không xét tới bản mặt tham gia chịu lực.

N





 < R= 1490 daN/cm2

Trong đó M là mômen uốn tác dụng lên các thanh cánh sát bản mặt, ta

giả thiết thanh chịu tải trọng phân bố đều qtb =

Ký hiệuthanhgiàn

Chiềudàithanh(cm)

Lựcdọc(kN)

Mômen(kNm)

Từ bảng trên ta thấy tiết diện chọn đã phù hợp

Ta lập bảng tổng hợp chọn tiết diện các thanh giàn sau:

Ký hiệu

thanh

giàn

Nội lực(kN)

Trạngtháinội lực

Chiềudàithanh(cm)

lox(cm)

loy(cm)

Tiết diệnthanh max min

(daN/cm

Xác định trọng l ợng cửa van theo công thức gần đúng sau:

G = 0,55.F F (kN)F: diện tích chịu áp lực nớc của cửa van tính bằng m2

R=2.Pm

m

R=2.PmL=13,5m

B=3,375m

G

0

56

78

9

F = L.H = 13,5.6,4 = 86,4 m2

=> G = 0,55.86,4 86 , 4 = 411,7 (kN)

b Xác định tải trọng tác dụng lên giàn ngang:

Giàn chịu trọng lợng ở phía hạ lu cửa van và chịu một tải trong bằng0,5G

Chia 0,5G cho các mắt giàn , mỗi mắt chịu một lực tập trung là :

4

7,411.5,04

G.5,0B.L

G.5,0





c Tìm nội lực trong các thanh giàn:

Ta dùng phơng pháp tách mắt để tính nội lực trong các thanh giàn

Ký hiệuthanhgiàn

Chiềudàithanh(cm)

Nội lực(kN)

Trạngthái nộilực

d họn tiết diện thanh xiên có nội lực lớn nhất:

Các thanh xiên chọn cùng một loại số hiệu (dùng thép góc đơn số hiệu không nhỏ hơn L 606)

Từ bảng tính nội lực trên ta thấy thanh xiên số hiệu 08 chịu nén lớn nhất:

N = 125,49 kN ; l = 447,6 cm

Giả thiết gt = 100 =>  = 0,60

1490

60 , 0

10 49 , 125 R

100 49 , 125 F

6 , 447

; 76 , 2

358

) = max(130 ; 119) = 130

Tra bảng đợc min = 0,4

=> 1128 , 5

8 , 27 4 , 0

100 49 , 125 F

d Chọn tiết diện cho thanh đứng của giàn chịu trọng l ợng:

e Thanh đứng của giàn chịu trọng lợng bản thân cũng là thanh cánh hạcủa giàn ngang nên ứng suất trong thanh bằng tổng ứng suất do áplực thuỷ tĩnh và do trọng lợng bản thân sinh ra

 =n + bt ≤ RTrong phần tính giàn ngang, ta chọn tiết diện thanh là 2L 636: F = 14,56 cm2

56 , 14

10 2 , 51 F

10 42 , 110 F

0

Jx = 368216,6

12

4 , 74 39 12

80 40 12

h ).

b ( 12

h

b b c

3

=> Wx = 9205,4

2 / h

Jx

 cm3

* Xác định tải trọng tác dụng lên trụ biên: tải trọng tác dụng nh hình vẽ

Pi : áp lực do dầm phụ truyền tới

1,1 m0,9 m

R1 =781,82 kN

0,9 m0,85m0,69m

G/

2

54,1

14 kNm

13,7

11,1

M

xác định tải trọng do dầm phụ truyền lên

đúng

G = 0,55.Fbm Fbm = 411,7 (kN)

Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là N = 0,5.G = 205,85 kN

Mômen lớn nhất là tại khớp 1 : Mmax = P1.0,9 + P2.1,8 = 54,1054 kNm

* Kiểm tra điều kiện cờng độ:

4 , 9205

541054 4

, 298

100 085 , 205 W

M F

a Tính bề rộng và đ ờng kính bánh xe:

Tỷ số giữa bề rộng và đờng kính bánh xe vào khoảng từ 35 Bánh xe

đ-ợc chế tạo từ thép đúc CT35d ứng suất cho phép : [] = 1500 daN/cm2

Chọn bề rộng bánh xe Lx = 150 mm

Đờng kính bánh xe Dx = 600 mm

*Kiểm tra :

D L

P

x x

10 065 , 822

2

2



 daN/cm2 < [] = 1500 daN/cm2

b Tính toán kích th ớc của trục và ống bọc trục:

ống bọc trục làm bằng đồng có []cbt = 250 daN/cm2 Khoảng cách giữa hai đoạn của ống bọc trục cách nhau  = 20 mm, chiều dài của ống bọc trục c

= 250 mm

Trục bánh xe làm bằng thép CT5 có đờng kính d = 150 mm.ứng suất chophép của thép CT5: [] = 1200 daN/cm2

[]cbt = 950 daN/cm2 [] = 750 daN/cm2

*Kiểm tra ứng suất cục bộ do tiếp xúc giữa trục và ống bọc trục:

10 250 150

10 065 , 822 c

d

10 065 , 822 )

2 (

d 2

P

d

2 / P

2

2 x

*KiÓm tra øng suÊt cña trôc :

1 , 0

M

1126 < [] = 1200 daN/cm2_ øng suÊt tiÕp:

15 7854 ,

0

10 03 , 411 3

4 d 7854 ,

0

Q

kết chặt với dầm đáy, khoảng cách giữa các bu long dọc theo dầm đáy là 500mm.

Đờng ray của bánh xe chịu lực chế tạo bằng thép đúc CT35d, bề rộng mặt ray 180mm, bề rộng đế đờng ray b = 230 mm, độ dày bản bụng đờng ray  = 60 mm, chiều cao đờng ray h = 280 mm, đờng ray chôn trong bê tông

có số hiệu M170#

10 0 28 0