Hướng dẫn đồ án môn học kết cấu thép (thiết kế cửa van phẳng bằng thép)

Yêu cầu thiết kế như sau: - Một bản thuyết minh về phương án bố trí chung kết cấu van, các bộ phận chủ yếu như bản mặt, dầm phụ, giàn ngang, dầm chính, giàn chịu trọng lượng, trụ biên, g

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KẾT CẤU THÉP

HÀ NỘI – 2014

MỤC LỤC

CỬA VAN PHẲNG

I KẾT CẤU CỬA VAN PHẲNG

Cửa van có mặt trực tiếp chịu áp lực nước là mặt phẳng hay mặt cong khi đóng mở chuyển động thẳng trong mặt phẳng rãnh van được gọi là cửa van phẳng Của van phẳng được chia thành hai loại chính là cửa van ở trên mặt và cửa van dưới sâu Cửa van phẳng

có hai bộ phận cơ bản là bộ phận động và bộ phận cố định Bộ phận động của cửa van gồm có các cấu kiện sau: 1 Bản mặt, 2 Dầm chính, 3 Dầm phụ dọc, 4 Giàn ngang, 5 Giàn chịu trọng lượng, 6 Trụ biên, 7 Bánh xe chịu lực, bánh xe bên và bánh xe ngược hướng, 8 Vật chắn nước, được thể hiện ở hình 1 và hình 2

Hình 1 – Kết cấu cửa van phẳng

Hình 2 - Hinh vẽ phối cảnh cửa van phẳng

II TÍNH TOÁN KẾT CẤU VAN THEO HỆ PHẲNG

2.1 Nội dung và yêu cầu tính toán

Tính toán đi sâu về mặt thiết kế kỹ thuật Yêu cầu thiết kế như sau:

- Một bản thuyết minh về phương án bố trí chung kết cấu van, các bộ phận chủ yếu như bản mặt, dầm phụ, giàn ngang, dầm chính, giàn chịu trọng lượng, trụ biên, gối đỡ

Các phân tố của phần động được tính theo phương pháp trạng thái giới hạn, còn

bộ phận cố định và các chi tiết máy (bánh xe, đường ray) được tính theo phương pháp ứng suất cho phép

Cường độ tính toán R của thép trong các phân tố của bộ phận động khi kiểm tra về cường độ và ổn định được tính theo công thức sau:

R = ccf

trong đó:

f – ứng suất chảy của vật liệu

c – hệ số độ tin cậy

c - hệ số chuyển từ cường độ chịu kéo dọc trục sang cường độ bất kỳ

Cường độ tính toán R của thép CT3 dùng để chế tạo các kết cấu của bộ phận động cửa van cho trong bảng PL.1 phụ lục

Ứng suất cho phép của thép rèn và thép cán dùng để chế tạo các chi tiết máy của cửa van cho ở bảng PL.2 phụ lục Ứng suất cho phép của thép đúc để chế tạo bánh xe, đường ray cho ở bảng PL.3 phụ lục Ứng suất cho phép của bê tông chịu nén cho ở bảng PL.4 phụ lục

2.3 Bố trí tổng thể kết cấu van

Trong phần bố trí tổng thể cần xác định sơ bộ các kích thước và vị trí các bộ phận sau khi đã xem xét kết cấu van một cách toàn diện Sau đây sẽ trình bày những vấn đề cần chú ý trong khi bố trí tổng thể:

1) Xác định sơ bộ vị trí và kích thước dầm chính - Bố trí dầm chính theo nguyên tắc hai dầm chính chịu tải trọng bằng nhau, nghĩa là vị trí của dầm chính trên và dầm chính dưới phải cách đều phương của hợp lực áp lực thủy tĩnh W như ở hình 3, đồng thời phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Khoảng cách từ dầm chính trên tới đỉnh van phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,45hv, trong đó hv là chiều cao cửa van

Nếu không thỏa mãn các điều kiện trên thì có thể điều chỉnh, nhưng sau khi điều chỉnh thì tải trọng tác dụng lên mỗi dầm chính không được chênh nhau quá lớn

Hình 3 – Bố trí dầm chính Nhịp tính toán của dầm chính:

RLn 5

k – hệ số phụ thuộc liên kết, với dầm hàn k =1,3 ÷ 1,5

160120h

Hn

1

o

 ; E=2,1×108kN/m2

n – hệ số tải trọng của áp lực thủy tĩnh

2) Bố trí giàn ngang - Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách giữa các giàn ngang không nên chọn lớn hơn 4m Bố trí giàn ngang cần phải tuân theo 3 điều kiện sau đây:

- Bố trí cùng khoảng cách (cách đều nhau)

- Giàn ngang nằm trong đoạn dầm chính không thay đổi tiết diện

- Để tiện cho việc bố trí giàn chịu trọng lượng nên đặt một giàn ngang ở giữa van 3) Bố trí dầm phụ dọc (ngang) - Dầm phụ dọc được bố trí song song với dầm chính, càng xuống sâu bố trí càng dày vì áp lực nước càng tăng Tùy theo khoảng cách giữa hai dầm chính, khoảng cách giữa dầm chính trên và dầm đỉnh, giữa dầm chính dưới và dầm đáy mà bố trí một hay hai dầm phụ dọc Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và đặt chồng lên cánh thượng giàn ngang có thể tính như dầm liên tục có gối tựa là các giàn ngang, còn

khi dầm phụ dọc đặt bằng mặt với cỏnh thường giàn ngang thớ cú thể tớnh như dầm đơn cú nhịp là khoảng cỏch giữa hai giàn ngang Dầm phụ thường dựng tiết diện chữ I hay chữ

Khi thiết kế cú thể tham khảo cỏch bố trớ kết cấu van như trỡnh bày ở hỡnh 1

2.4 Tớnh toỏn cỏc bộ phận của kết cấu van theo hệ phẳng

1) Tớnh toỏn bản mặt - Nếu bản mặt hàn vào dầm phụ, giàn ngang, dầm chớnh thỡ được tớnh như tấm tựa lờn bốn cạnh Chiều dày bản mặt được xỏc định theo cụng thức:



 (*) trong đó:

a - cạnh ngắn của ô bản mặt (m)

b - cạnh dài của ô bản mặt (m)

pi - cường độ áp lực thủy tĩnh tớnh toỏn tại tâm của ô bản mặt được xét (kN/m2)

 - hệ số phụ thuộc vào tỷ số b/a cho ở bảng 1

Bảng 1 Giỏ trị hệ số 

Khi ô có cạnh dài b > 2 lần cạnh ngắn a, ô được tính như tấm tựa trên 2 cạnh với

=0,0625 Vậy trong trường hợp này từ cụng thức (*) ta suy ra chiều dày bản mặt được xác định theo công thức:

u

i bm

R

p.a.61,0



chiều dày bản mặt ở cỏc ụ chờnh nhau quỏ lớn thỡ cú thể chọn hai loại chiều dày khỏc nhau, chỗ nối tiếp giữa hai bản mặt phải đặt ở vị trớ dầm chớnh hoặc dầm phụ

2) Tớnh dầm phụ dọc - Dầm phụ dọc bố trớ song song với dầm chớnh, truyền lực từ bản mặt lờn giàn ngang, dầm phụ dọc được tớnh như dầm liờn tục hoặc dầm đơn tựy thuộc cỏch bố trớ dầm phụ, nhịp là khoảng cỏch B giữa hai giàn ngang và chịu tải trọng phõn bố đều cú cường độ:

(daN/cm )

2

aa.pb.p

i i i i





trong đó:

pi – áp lực thủy tĩnh tính toán ở trục dầm thứ i (daN/cm2)

xác định môđun chống uốn yêu cầu:

mặt tham gia chịu lực

Kiểm tra độ võng của dầm phụ theo công thức sau:

600

1n

1EJ

BM48

5B

f

o

c max  



 3) Tính toán dầm chính

- Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính

Vị trí của dầm chính nếu vì xét tới các yêu cầu khác mà phải điều chỉnh nhiều, làm cho vị trí hai dầm chính không còn đối xứng qua phương tác dụng của hợp lực áp lực thủy tĩnh W, thì dầm chính sẽ chịu tải trọng khác nhau Như vậy cần phải tìm tải trọng thực tế của mỗi dầm chính và lấy dầm chịu tải trọng lớn nhất để thiết kế

Gọi W là tổng áp lực thủy tĩnh trên một đơn vị chiều dài van, thì tải trọng tác dụng lên mỗi mét dài dầm chính được xác định theo công thức sau:

d t

d c

t

dd

dWq





d t

t c

d

dd

dWq





trong đó:

Hình 4 – Sơ đồ tính toán dầm chính

Sau khi xác định được tải trọng tính toán tác dụng lên mỗi dầm chính, căn cứ vào

sơ đồ tính toán cho ở hình 4 xác định nội lực Mmax và Qmax

- Xác định kích thước tiết diện dầm chính

Kích thước tiết diện dầm chính ở giữa nhịp được tiến hành tính toán theo trình tự

đã được trình bày trong giáo trình Kết cấu thép

Nếu dầm chính đặt sát bản mặt và hàn vào bản mặt thì phải xét tới bản mặt tham gia chịu lực với dầm chính

Hình 5 – Tiết diện tính toán dầm chính

Bề rộng của bản mặt tham gia chịu uốn với dầm chính phải thỏa mãn điều kiện sau đây:

2

aa

; bbc50; b0,3Ltrong đó:

at và ad – khoảng cách từ dầm chính đang xét tới hai dầm phụ trên và dưới nó

bc – bề rộng của bản cánh dầm chính

 – chiều dày của bản mặt

L – nhịp tính toán của dầm chính

Lúc này tiết diện của dầm chính chỉ có một trục đối xứng (hình 5) Cần xác định

vị trí trục trung hòa x-x và khoảng cách từ trục trung hòa tới mép ngoài cùng của tiết diện

là ymax và ymin Xác định mômen quán tính Jx của tiết diện đối với trục quán tính chính trung tâm x-x và xác định ứng suất pháp lớn nhất:

x

max max y 0,85RJ

M







đỡ bản mặt) còn làm nhiệm vụ thanh cánh của giàn chịu trọng lượng Cho nên về mặt cường độ cần phải có một độ dự trữ nhất định Do đó khi chọn kích thước dầm chính, đầu tiên ta coi như chưa có bản mặt tham gia chịu lực và tiến hành tính toán bình thường như dầm có hai trục đối xứng Sau đó ghép thêm bản mặt và kiểm tra lại cường độ như vừa trình bày ở trên thì có thể thỏa mãn được yêu cầu max 0,85Ru

- Thay đổi tiết diện dầm chính – Để tiết kiệm thép và để giảm bớt bề rộng rãnh van, đề nghị dùng dầm chính có chiều cao thay đổi Nói chung điểm đổi tiết diện cách gối dầm một đoạn L/6 là lợi nhất, nhưng trong cửa van vì yêu cầu giàn ngang nằm trong phần dầm

chính không thay đổi tiết diện, nên điểm đổi tiết diện bắt đầu từ vị trí giàn ngang ở hai đầu như ở hình 6

Hình 6 – Dầm chính thay đổi tiết diện theo nhịp

Chiều cao tiết diện tại gối dầm thường lấy bằng ho=(0,5 ÷ 0,6)h, trong đó h là chiều cao tiết diện dầm tại giữa nhịp

- Kiểm tra ứng suất tiếp – Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm theo công thức:

b

o x

o x max max RJ

S - mômen tĩnh tại tiết diện đầu dầm

- Kiểm tra độ võng – Khi kiểm tra độ võng cần xét tới dầm chính thay đổi tiết diện:

600

1n

1EJ

Lpq384

5L

f

o

3 c

o x

o c max

1hR4,1

1J

SQ

đứng này Sau khi đặt sườn đứng trong các ô bản bụng dầm không có lực tập trung, vậy ta

có thể tiến hành kiểm tra ổn định cục bộ mỗi ô bản bụng dầm theo công thức sau:

c

2

th b 2

b - ứng suất nén tại vị trí tiếp giáp giữa bản bụng và bản cánh

b - ứng suất tiếp trung bình tại giữa ô bản bụng dầm

 - ứng suất pháp tới hạn tính theo công thức sau: th

2

o

b o

chịu nén của bản bụng dầm

th - ứng suất tiếp tới hạn được tính theo công thức sau:

2 b 2

d

10095,025,

thang, khi kiểm tra coi như tấm chữ nhật có chiều cao bằng chiều cao tại giữa ô hình thang

4) Tính toán giàn ngang

Hình thức giàn ngang xem hình 7, giàn ngang chịu áp lực nước do dầm phụ ngang

và bản mặt truyền tới rồi truyền lên dầm chính Vậy dầm chính là gối tựa của giàn ngang

Bề rộng tải trọng mà mỗi giàn ngang phải chịu là khoảng cách B giữa hai giàn ngang Tổng áp lực nước mà mỗi giàn ngang phải chịu bằng tích số giữa hợp lực của biểu đồ áp lực nước hình tam giác với bề rộng tải trọng B (hình 7a)

Hình 7 – Sơ đồ tính toán giàn ngang Tính giàn ngang theo các bước sau đây:

- Vẽ sơ đồ giàn ngang và xác định chiều dài hình học của chúng h1, h2, h3,

- Xác định cường độ áp lực thủy tính tại các mắt giàn p0, p1, p2, (hình 7b)

- Xác định lực tập trung tại các mắt giàn theo quy tắc phân lực song song, ví dụ xác định tải trọng tập trung lên nút i của giàn ngang từ nút 3 đến nút 6:

3

hp3

hp3

hp3

hp

1 i

i i 1 i i 1 i 1 i

- Khi tính cần chú ý một số điếm sau:

1) Thanh cánh thượng ngoài chịu lực dọc còn chịu uốn được tính như một thanh chịu lực lệch tâm Tiết diện thanh cánh thượng thường dùng tiết diện chữ I và có xét tới bản mặt cùng tham gia chịu lực

2) Thanh cánh dùng thống nhất một loại số hiệu, các thanh còn lại ta chọn hai thanh, một thanh có nội lực lớn nhất và một thanh có chiều dài tính toán lớn nhất Tiết diện các thanh được chọn không được nhỏ hơn thép góc số hiệu L63×6

5) Tính toán giàn chịu trọng lượng

Giàn chịu trọng lượng bản thân cửa van đặt ở phía hạ lưu dầm chính, giàn chịu trọng lượng là một giàn song song có thanh bụng xiên, do đó thanh cánh hạ của dầm chính trên và dưới là thanh cánh thượng và cánh hạ của giàn chịu trọng lượng Thanh cánh hạ của giàn ngang là thanh đứng của giàn chịu trọng lượng, do đó ở đây chỉ cần thêm các thanh bụng xiên là tạo thành giàn chịu trọng lượng Nếu dầm chính có chiềù cao thay đổi thì giàn chịu trọng lượng là một giàn gấp khúc, nhưng để cho việc tính toán được đơn giản

ta coi là giàn phẳng có nhịp là nhịp tính toán của dầm chính như ở hình 8

Hình 8 - Sơ đồ tính toán giàn chịu trọng lượng Trình tự tính toán giàn chịu trọng lượng như sau:

- Xác định trọng lượng bản thân cửa van theo công thức sau:

G0,55F F (kN)

- Giàn chịu trọng lượng đặt ở phía hạ lưu van và chịu tải trọng lấy bằng 0,4G Đem 0,4G phân phối lên các mắt giàn như ở hình 8 Tải trọng tác dụng lên mỗi mắt giàn là:

m

Gn,0

- Dùng phương pháp giải tích hoặc đồ giải hay phần mềm SAP2000 để xác định nội lực trong các thanh giàn

- Chọn thanh xiên có nội lực lớn nhất để xác định tiết diện thanh xiên của giàn chịu trọng lượng Dùng thép góc đơn số hiệu không nhỏ hơn L63×6 Các thanh xiên chọn cùng một loại số hiệu

- Chú ý thanh đứng giàn chịu trọng lượng cũng là thanh cánh hạ của giàn ngang, nên ứng suất trong thanh đứng bằng tổng ứng suất do áp lực thủy tĩnh và trọng lượng bản thân van sinh ra:

nước + trọng lượng van  R

6) Tính toán trụ biên

Trụ biên chịu lực dọc đồng thời chịu uốn, nên được tính như một thanh chịu lực lệch tâm Tiết diện trụ biên thường lấy theo yêu cầu về cấu tạo Chiều cao của bản bụng trụ biên bằng chiều cao của bản bụng dầm chính tại đầu dầm, chiều dày bản bụng cũng lấy bằng chiều dày bản bụng dầm chính Bề rộng bản cánh trụ biên chọn đủ để bố trí bánh

xe chịu lực, thường lấy bằng 400mm, chiều dày bản cánh lấy bằng chiều dày cánh dầm chính Đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng lấy bằng 6mm Cần kiểm tra ứng suất trong trụ biên tại tiết diện có mômen và lực cắt lớn

7) Tính toán bộ phận gối đỡ

Bánh xe chịu lực được bố trí ở mặt sau trụ biên, trên mỗi trụ đỡ lắp hai bánh xe Vị trí của bánh xe có thể bố trí theo hai cách, cách thứ nhất là bánh xe đặt ngay sau dầm chính, như vậy trụ biên sẽ chịu mômen uốn nhỏ, khi đó lực tác dụng lên bánh xe bằng phản lực của dầm chính Cách thứ hai là bánh xe đặt đối xứng với tổng áp lực nước tác dụng lên cửa van mà không đặt ngay sau dầm chính, nên trụ biên chịu uốn lớn, nhưng các bánh xe chịu lực bằng nhau Trường hợp này dùng khi dầm chính chịu tải trọng không đều Kích thước của bánh xe có thể tham khảo hình 9

Trình tự tính toán bánh xe chịu lực như sau:

- Xác định bề rộng và đường kính bánh xe - Tỷ số giữa đường kính và bề rộng bánh xe vào khoảng từ 3 đến 5 Bánh xe dùng thép đúc CT35đ, ứng suất cho phép của thép đúc CT35đ tra ở bảng PL.3 phụ lục

Kiểm tra ứng suất trong bánh xe theo công thức sau:

 ncl

x x

c x

DL



trong đó: c

x

P – lực tiêu chuẩn tác dụng lên bánh xe;

Lx – bề rộng bánh xe chịu lực; Dx – đường kính của bánh xe

[]ncl - ứng suất cho phép chịu nén theo đường kính con lăn

- Tính toán trục bánh xe và ống bọc trục - Ống bọc trục (bạc) làm bằng đồng có

bọc trục cách nhau s=20(mm), chiều dài ống bọc trục c=220 (mm), khoảng cách từ mép ống bọc trục tới trung tâm gối đỡ a=30mm Trục làm bằng thép CT5 có ứng suất cho phép cho ở bảng PL.2 phụ lục Đường kính trục bánh xe d (mm)

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

Sơ đồ tính toán trục bánh xe cho ở hình 10,

kiểm tra ứng suất của trục theo công thức sau:

Kiểm tra ứng suất pháp:

M 0,1.d

7) Vật chắn nước và bộ phận cố định

Vật chắn nước hai bên bằng cao su đúc có hình dạng như ở hình 12 Vật chắn nước đáy làm bằng gỗ, kích thước thanh gỗ có chiều rộng bằng chiều rộng thép chữ C của dầm đáy và dùng bu lông có đường kính d =18mm liên kết chặt vào dầm đáy, khoảng cách giữa các bu lông dọc theo dầm đáy là 500mm Cấu tạo của vật chắn nước bên bằng cao su cho ở hình 12

Hình 11 – Bánh xe bên và ngược hướng

Hình 12 – Vật chắn nước bên Hình 13 – Đường ray bánh xe chịu lực

Đường ray của bánh xe chịu lực được chế tạo bằng thép đúc CT35đ cho ở hình 13, bề rộng mặt trên của ray 160mm, bề rộng đế đường ray 230mm, chiều dày của bụng đường

trên đường ray tới phần bản bụng hết lượn cong và chuyển sang thẳng) Đường ray chôn trong bê tông số hiệu I28

Kiểm tra ứng suất cục bộ trong bản bụng đường ray:

x  n

hb3

Vị trí của bánh xe, đường ray và vật chắn nước bên cho ở hình 14 Bộ phận cố

trong bê tông Khoảng cách giữa các cốt thép neo là 700mm Trên mặt của bộ phận cố định hàn thêm vào một lớp thép không rỉ dày 5mm, Cách bố trí các bộ phận cố định xem hình 14

Hình 14 – Cấu tạo bộ phận cố định 8) Tính lực mở cửa van

Lực cần thiết để nâng cửa van phẳng được xác định theo công thức sau:

h

c c

c x

c 1,2(T T ) PG

1,1

ở hình 9 thì lực ma sát trong mỗi bánh xe được xác định theo công thức sau:

x 1

c x c

x R

)ffr(P

f – hệ số ma sát trượt giữa trục và ống bọc trục (bạc) bằng đồng lấy f=0,3

f1 – hệ số ma sát lăn giữa bánh xe và đường ray f1=0,1

fc – hệ số ma sát giữa cao su và đường trượt lấy fc=0,5

Htb – chiều cao trung bình của cột nước thượng lưu

Lc – chiều dài của vật chắn nước bên

2.5 Ví dụ tính toán các bộ phận của kết cấu van theo hệ phẳng

2.5.1 Số liệu tính toán

- Vật chắn nước đáy bằng gỗ, vật chắn nước bên bằng cao su đúc hình chữ P

- Vật liệu chế tạo van:

Phần kết cấu cửa: Thép hợp kim thấp 10 Γ2C, TCVN 3104-1979

Trục bánh xe: Thép CT5

Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT35đ

Ống bọc truc bằng đồng

Liên kết hàn: Que hàn E43A

- Hệ số lệch tải của áp lực thủy tĩnh nq=1,2 và của trọng lượng bản thân ng = 1,1

- Cường độ tính toán của thép chế tạo van:

Ứng suất pháp khi uốn Ru = 2250 daN/cm2

Ứng suất tiếp Rc =1290 daN/cm2

Ứng suất ép mặt đầu Remd =3220 daN/cm2

trong đó đã nhân với hệ số độ tin cậy c=0,72

2.2.2 Nội dung thiết kế

- Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe c=0,20m

- Nhịp tính toán của cửa van: L = Lo+2c = 11 + 2×0,2 = 11,4m

- Chiều cao cột nước thượng lưu Ht = 5,5m

- Độ cao vượt an toàn  = 0,3m

- Chiều cao toàn bộ cửa van hv= Ht +  = 5,5 + 0,3 = 5,8m

Vị trí của hợp lực của áp lực thủy tĩnh (hình 15) cách đáy van một đoạn:

tổng áp lực nước, vậy khoảng cách giữa 2 dầm chính là a = 2 (hv - a1 - Z) = 2,734 m

Từ sơ đồ tính toán cho ở hình 16

xác định nội lực tính toán trong dầm

4,111187,918

qL2

L.2

qLM

2 2

o o

Xác định chiều cao dầm chính dựa vào điều kiện kinh tế và điều kiện độ cứng đối với dầm đơn chịu lực phân bố đều có tiết diện đối xứng:

tc tc

o min

q.nP.n

qP

E

n.L.R24

5htrong đó: no = 600; E = 2,1106 daN/cm2; qtc = 76,56 kN/m; có nq 1,2

4

114

L

c) Bố trí dầm phụ dọc - Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và bố trí bằng mặt với cánh thượng giàn ngang nên có thể tính như dầm đơn có gối tựa là hai giàn ngang và đỡ tải trọng từ bản mặt truyền đến Dầm phụ chọn loại tiết diện chữ C đặt úp xuống, vị trí các dầm phụ dọc như ở hình 17

d) Giàn chịu trọng lượng - Giàn chịu trong lượng bố trí trong mặt phẳng cánh hạ dầm chính, là giàn có thanh cánh song song dùng thanh bụng xiên có tiết diện là thép góc đơn L63×6, cấu tạo giàn chịu trọng lượng như ở hình 17, giàn chịu trọng lượng là giàn gấp khúc, để cho việc tính được đơn giản ta coi là giàn phẳng

thay đổi, tại vị trí dầm chính có chiều cao bằng chiều cao tiết diện đầu dầm chính, tại đỉnh

và đáy trụ biên có chiều cao tiết diện 400mm

cấu tạo như ở hình 9 và được bố trí ở mặt sau trụ biên tại vị trí các dầm chính Bánh xe bên và bánh xe ngược hướng dùng bánh xe bằng thép bọc cao su như ở hình 11 và được

bố trí như ở hình 14b

như ở hình 12, còn vật chắn nước dưới đáy làm bằng gỗ như ở hình 14a





Để dễ dàng cho việc tính toán ta lập bảng 2

B¶ng 2 Tính toán chiều dày bản mặt

Sè hiÖu «

b¶n mÆt

c i

P(kN/m2)

R

P2,

2

aa.pb.p

i i i i







Sơ đồ xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ dọc cho ở hình 19

Kết quả tính toán tải trọng tác dụng lên dầm phụ dọc được ghi trong bảng 3

H×nh 19 - Sơ đố xác định tải trọng lên dầm phụ dọc

BnqM

2 2

c max max     Môđun chống uốn yêu cầu của dầm phụ dọc:

3 u

max

yc 144,19cm

2250

31,324431R

M

h = 18 cm ; bc = 74 mm ; zo = 2,13 cm

F = 22,2 cm2 ; Jx = 1190 cm4 ; Wx = 132 cm3

Vì dầm phụ hàn vào bản mặt nên phải xét đến bản mặt cùng tham gia chịu lực (hình 20) bề rộng của bản mặt tham gia chịu lực với dầm phụ lấy giá trị nhỏ hơn trong các giá trị sau đây:

Hình 20 - Tiết diện tính toan dầm phụ dọc

   

.cm93,512

,60.2

8,0188,04,47F

2

hF

3 bm 2

c c

c x bm c

2

hb12

by.FJJJ

3 2

x 5,93 2429,27cm

2

8,018.8,04,4712

8,04,479,52,221190

,14

27,2429y

.cm/daN2250R

cm/daN92,199371

,162

25,324431W

u 2 xn

max

 Kiểm tra độ võng:

1120h

Chiều cao của dầm chính: h h b  2 c 112 2 2,5 117cm  

Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh:hc hb  c 112 2,5 114,5cm 

Xác định bề rộng bản cánh:

2 c c

c

c h

J.2b

2308182

.2h

c c b b

I          

12

1128,02512

1172512

hb

12

h.b

3 3

3 b b c

3 c

với dầm chính Bề rộng b của bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính phải thỏa mãn các điều kiện sau:

a) Xác định đặc trưng hình học của tiết diện ghép:

Tiết diện dầm chính ở giữa nhịp có xét bản mặt tham gia chịu lực cho ở hình 21a, gọi yc là khoảng cách từ trục x (trục quán tính chính trung tâm của tiết diện ghép) đến trục

xo (trục quán tính chính trung tâm của tiết diện I đối xứng):

Hình 21 - Tiết diện tính toán ở giữa nhịp và ở đầu của dầm chính

10,02cm.

8,0556,214

5,0)8,0117(8,055F

F

5,0)h(F0F

Sy

bm I

bm bm

2 3

xn x

max max 1621,0daN/cm

2

11702,1075,630097

1060,1490y

Vậy tiết diện dầm chính vừa chọn thỏa mãn điều kiện về ứng suất pháp Trong thiết

kế ta để dư ra khoảng 15% ứng suất để xét tới bản cánh dầm chính còn phải chịu trọng lượng bản thân của cửa van khi nó là thanh cánh trên và thanh cánh dưới của giàn chịu trọng lượng

Góc thoát nước:

18,017,1

25,0.5,05,0

*h

b,0a

Vậy bản bụng dầm cần khoét lỗ, diện tích lỗ khoét  20% diện tích mặt bản bụng

b Thay đổi tiết diện dầm chính

Để tiết kiệm thép và để giảm bề rộng rãnh van nên dùng dầm chính có tiết diện thay đổi Trong cửa van do yêu cầu giàn ngang không thay đổi kích thước hình học nên điểm đổi tiết diện của dầm chính phải bắt đầu từ vị trí giàn ngang ngoài cùng ở hai bên như ở hình 22

Hình 22 - Dầm chính thay đổi tiết diện theo chiều dài nhịp c) Kiểm tra ứng suất tiếp

Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chính có xét tới bản mặt tham gia chịu lực cho ở hình 21b theo công thức sau:

b

o x

o x

o max max RJ

SQ

trong đú:

Jo - mụmen quỏn tớnh của tiết diện đầu dầm

So - mụmen tĩnh của tiết diện đầu dầm

1) Tớnh toỏn cỏc đăc trưng hỡnh học của tiết diện tại gối dầm (hỡnh 21b), ta cú:

.cm05,75,22528,0658,055

)8,05,05,2655,0(8,0550F

,0)05,75,32(8,0)05,75,32()05,75,2225,1(5,2

5,3175

EJ

Lq.384

5L

f



trong đú:

1.J

S.Q

g

o x

o c max



trong đó:

17

,204919

255050528R

2

1J

SQ

g

o x

c x max

Hinh 23 – Vị trí sườn đứng gia cố bản bụng dầm chính

Vì khoảng cách giữa các giàn ngang là 2,75m2.hb 21,122,24m nên phải đặt thêm các sườn đứng vào giữa các sườn tại vị trí các giàn ngang Như vậy khoảng cách giữa các sườn đứng là 1,375m, xem hình 23

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

b yJ





Đối với ô hình thang số 1 và 2 (hình 24) ta coi như là hình chữ nhật có chiều cao bằng chiều cao trung bình ở giữa ô

Xác định giá trị ứng suất trong mỗi ô bản bụng:

b - ứng suất tiếp trung bình trong mỗi ô bản bụng:

b o

c o

) ( b o

.h

b.c);

(k

y.2h

các mặt cắt cách gối tựa trái x=1,191m và x=0,875m, xem hình 23 và 24

B¶ng 4 Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm chính

(kNm)

Q (kN)

.J

) ( b x

b     

17,7428

,075,76

1069,455

h

b b