Thiết kế kết cấu thép của cổng trục lắp dầm supeti tải trọng 40 tấn

Đồ án tốt nghiệpTên để tài: “Thiết kế kết cấu thép của cổng trục lắp dầm supeti tải trọng 40 tấn”... 1.1.4- Phơng pháp dùng hai cổng trục:Thực chất của phơng pháp này là dùng hai cổng t

Đồ án tốt nghiệp

Tên để tài:

“Thiết kế kết cấu thép của cổng trục lắp dầm

supeti tải trọng 40 tấn”

Lời mở đầu

Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc thì xây dựng hạ tầng cơ sở trong đó có xây dựng các công trình giao thông đóng vai trò rất quan trọng Nớc ta là nớc có mạng lới sông ngòi chằng chịt cắt ngang nhiều tuyến giao thông chính nên việc xây dựng cầu bắc qua sông là rất nhiều và trên mọi miền tổ quốc, trong đó phần lớn là các cầu bê tông cốt thép nhịp vừa

và nhỏ Trong thời gian tới nhiều cầu lớn đã và đang xây dựng rất nhiều trong

đó số lợng cầu bê tông cốt thép chắc chắn sẽ rất lớn

Cùng với sự lớn mạnh của nhiều ngành khoa học thì kỹ thuật xây dựng cầu bê tông cốt thép cũng không ngừng phát triển Đã xuất hiện nhiều phơng pháp xây dựng có hiệu quả đảm bảo chất lợng công trình, rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành xây dựng Trong các công nghệ thi công cầu bê tông cốt thép thì xây dựng theo phơng pháp các dầm đúc sẵn kiểu chữ T có nhịp dài từ 42m trở xuống đợc áp dụng để xây dựng các cầu vừa và nhỏ là rất phổ biến Đặc biệt là lao dầm chữ T nhịp từ 40m trở xuống vì nó phù hợp với đặc

điểm thi công, địa chất công trình, vốn đầu t, địa hình thực tế tại các công trình ở nớc ta

Trong công tác lao dầm tức là lấy dầm từ bãi tập trung và đa dầm vào

đúng vị trí là một công việc rất nặng nhọc và khó thi công bằng thủ công Để tạo điều kiện cho công tác lao dầm rút ngắn thời gian thi công thì phải có thiết bị hỗ trợ trong công tác lao, đặt dầm chuyên dùng thay vì làm bằng thủ công

Đáp ứng yêu cầu đó nhà trờng cùng bộ môn Máy Xây Dựng khoa Cơ Khí giao cho em đề tài: “Tính toán thiết kế thép cổng trục có các thông số sau”:

Víi sù híng dÉn cña thÇy gi¸o TS NguyÔn BÝnh vµ c¸c thÇy c« trong

- Việc lắp đặt khó chính xác cần phải kết hợp với các phơng pháp thủ công khác

- Hiệu suất lắp đặt không cao

sức Từ đó làm giảm năng suất lắp đặt trên toàn tuyến của cầu

Hình vẽ: 1.1.2

Dầm BTDƯL Dầm chủ Palăng làm

công việc phụ

Chân cổng trục

Hình 07 Cổng trục long môn sàng dầm có khẩu độ lớn

kèm thiết bị nâng phụ trợ (đòn gánh):

Thực chất của phơng pháp này là dùng thêm một thiết bị phụ trợ (đòn gánh) để khắc phục nhợc điểm của phơng pháp (2) Nghĩa là chỉ cần lắp đặt ray một lần Phơng pháp này có những u, nhợc điểm sau:

Đòn gánh dầm Dầm BTDƯL

B∙i đặt dầm

Bệ đúc dầm

Cổng trục

Ray di chuyển cổng trục

1.1.4- Phơng pháp dùng hai cổng trục:

Thực chất của phơng pháp này là dùng hai cổng trục chạy chung một

đờng ray (ray đặt song song với tim cầu), sau đó nâng hai đầu dầm lên đến một độ cao và độ nghiêng nhất định rồi đặt dầm Supeti vào vị trí cần lắp đặt

Phơng pháp này có những u, nhợc điểm sau:

Ưu điểm:

- Tính chuyên dùng rất cao, không cần kết hợp với các phơng pháp thủ công khác

- Năng suất lắp đặt cao

- Thời gian thi công nhanh

- Không phải lắp đặt ray nhiều lần

- Độ chính xác khi lắp đặt cao do sự hoạt động độc lập của hai xe con trên hai cổng trục

- Dễ dàng cho việc lắp đặt nhờ tính linh động của cổng trục

Nh

ợc điểm:

- Phải dùng tới hai cổng trục

- Việc phân chia phản lực cho hai cổng trục là khó khăn và dễ gây mất

ổn định cho cổng trục

Tuy vậy các nhợc điểm trên sẽ đợc khắc phục bằng cách dùng hai thanh giằng chân để hai cổng trục có thể di chuyển đồng thời

Hình vẽ: 1.1.4

Hiện nay để thiết kế một cổng trục ngời ta có rất nhiều phơng án khác nhau tuỳ theo từng yêu cầu cụ thể về địa hình cũng nh đảm bảo tiến độ thi công

1.2.1- Phơng án dùng dầm có mặt cắt gồm hai thép chữ I liên kết với nhau là thanh giằng là thép góc :

Cấu tạo:

Dầm chủ đợc chia làm 4 đoạn Nối ghép với nhau ta dùng liên kết bu lông tinh và tấm bản giằng, công việc lắp ráp đợc thực hiện tại công trờng Các thanh giằng là thép chữ [ liên kết với dầm chủ bằng liên kết hàn (hàn ngay tại xởng chế tạo)

Chân cổng cũng liên kết với dầm chủ bằng liên kết bu lông tinh và cũng chế tạo bằng thép hình Các cấu kiện đợc trở đến công trờng sau đó đợc lắp dựng tại công trờng Phơng pháp này có những u nhợc điểm sau:

Ưu điểm:

- Với phơng pháp này có u điểm là đỡ tốn công chế tạo, lắp ráp nhanh vì

sử dụng thép hình

- Việc bảo quản và bảo dỡng duy tu, đại tu cũng rất đơn giản

- Dễ phát hiện các hỏng hóc và sai lệch lắp ráp trong quá trình chế tạo

A A

Kết cấu dầm chủ có mặt cắt gồm hai thép I và chúng đợc liên kết với nhau bằng các thanh giằng là thép [ Dầm chủ đợc khoét lỗ để giảm tự trọng bản thân.

Cấu tạo:

Dầm chủ đợc chia làm 4 đoạn Nối ghép các đoạn với nhau ta dùng liên kết bằng bulông tinh và tấm bản giằng, công việc lắp ráp đợc thực hiện tại công trờng Các thanh giằng liên kết với dầm chủ bằng liên kết hàn (hàn ngay tại xởng chế tạo) Chân cổng cũng đợc liên kết với dầm chủ bằng liên kết bu lông tinh và cũng đợc chế tạo sẵn bằng thép hình Các cấu kiện đợc chuyên chở đến công trờng sau đó đợc lắp ráp tại công trờng Phơng án này

nhau, kÕt qu¶ chÞu t¶i sÏ sai kh¸c so víi tÝnh to¸n thiÕt kÕ.

- G©y nguy hiÓm v× cã hiÖn tîng tËp trung øng suÊt

các thép góc:

Cổng trục chế tạo gồm hai dàn chủ và các thanh giằng xiên liên kết các thanh trong dàn chế tạo bằng các thanh thép góc, chúng đợc liên kết bằng liên kết hàn Dàn chủ chia làm 4 đoạn có chiều dài khác nhau Các đoạn liên kết với nhau bằng mối ghép bulông nhờ các bản nối phụ là thép tấm

Chân cổng cũng có kết cấu dàn, liên kết với dàn chủ bằng bulông tinh Mỗi chân cổng có hai cụm bánh xe di chuyển, một cụm chủ động và một cụm bị động, cụm bánh xe liên kết với chân cổng còn tuỳ thuộc vào kết cấu của cụm bánh xe

Mặt dàn nơi đặt palăng đợc gia cố thêm bằng thanh thép hình với liên kết hàn, trên các thanh này có khoan lỗ để bắt bulông với cụm tời

Dàn chủ đợc liên kết thêm ray ở bụng để chạy hai palăng phục vụ công tác đúc dầm

Ray cũng đợc chia làm bốn đoạn dài bằng các khúc dàn chủ Liên kết chúng với dàn chủ bằng bulông, việc liên kết này đợc thực hiện nhờ các tấm ghép phụ bằng thép [ Bản cánh trên của thép [ dùng liên kết hàn với dàn chủ, bản cánh dới của thép [ đợc khoan lỗ để bắt bulông với ray chạy palăng Phơng pháp này có những u, nhợc điểm sau:

Ưu điểm :

- Cổng trục có tự trọng bản thân nhỏ hơn kết cấu dầm rất nhiều, vật liệu

dễ kiếm, dễ xử lý phôi liệu

- Dàn có độ cứng cao & độ ổn định theo mọi phơng lớn hơn kết cấu dầm Kết cấu dàn thuận lợi cho việc gia cờng tại những nơi có ứng suất lớn, ứng suất tập trung và tại những nơi có lực bé ta có thể giảm mặt cắt các thanh trong dàn Tóm lại mặt cắt các thanh trong dàn chế tạo có

- ViÖc thùc hiÖn nèi ghÐp còng tèn nhiÒu c«ng søc.

- Khã cã thÓ gia c«ng chÝnh x¸c

Với phơng án này trên thực tế công ty thiết bị cầu trục và palăng Quảng Liên đã chế tạo thành công loại cổng trục có sức nâng 60 tấn khẩu độ 35m Dựa theo kết cấu thực của loại cổng trục trên ta có phơng án thiết kế sau:

Cổng trục có mặt cắt dầm chủ và mặt cắt chân cổng là tổ hợp hình hộp Dầm chủ chia làm bốn đoạn đợc liên kết với nhau bằng bu lông tinh, đợc liên kết tại công trờng Hai dầm liên kết với nhau bằng các thanh giằng là thép góc, có thể là liên kết hàn hay bu lông Phơng án này có những u, nhợc điểm sau:

Ưu điểm:

- Với phơng án thiết kế này do mặt cắt dầm chủ đợc tổ hợp từ những tấm thép cho nên rất dễ chế taọ với kích thớc hình dáng tuỳ ý

- Vật liệu dễ dàng tìm kiếm

- Đơn giản trong việc chế tạo và nối ghép

- Đơn giản cho quá trình tính toán và thiết kế

- Có thể làm dầm có mặt cắt thay đổi để giảm tự trọng bản thân và tiết kiệm vật liệu

- Thời gian chế tạo và lắp dựng ngắn

ta chän ph¬ng ¸n chÕ t¹o d¹ng dÇm vµ ch©n lµ mÆt c¾t tæ hîp h×nh hép.

- Kiểu tính tách dầm trên theo sơ đồ dầm đơn giản tĩnh định.

Tuỳ từng cách liên kết giữa chân và dầm trên mà ngời ta có cách lựa chọn cho phù hợp Nếu liên kết giữa chân và dầm trên là liên kết “cứng” (hàn, bulong) thì chọn phơng án theo kiểu tính khung Trờng hợp này chỉ áp dụng với loại cổng trục có khẩu độ < 30m vì bỏ qua tác dụng của nhiệt độ Khi khẩu độ > 30m không nên tính theo sơ đồ này vì khi đó tác dụng của nhiệt độ là rất lớn sẽ làm sai lệch kết quả tính toán (Nếu tính theo sơ đồ này phải tính đến tải trọng do nhiệt độ)

Nếu liên kết giữa dầm trên và chân có ít nhất một liên kết “mềm” thì ngời ta thờng chọn phơng án tách khung.Trờng hợp này có thể áp dụng cho tất cả các loại khẩu độ, đặc biệt là loại có khẩu độ lớn hơn 30m.

Ưu điểm:

- Kết cấu làm việc an toàn hơn khi ở những nơi có nhiệt độ thay đổi nhiều

- Việc tính toán đối với trờng hợp này đơn giản

- Kết cấu có thể chịu quá tải do phơng pháp tính “thừa bền”

Nh

ợc điểm:

- Kết cấu “thừa bền”, vì vậy không tiết kiệm vật liệu

- Tự trọng bản thân của dầm trên lớn

Khi tính toán các cơ cấu máy trục ngời ta phân biệt 3 trờng hợp tải trọng tính toán với trạng thái làm việc và trạng thái không làm việc.

+ Trờng hợp 1: Tải trọng bình thờng của trạng thái làm việc bao gồm: Trọng lợng danh nghĩa của vật nâng và bộ phận mang, trọng lợng bản thân mái, tải trọng gió ở trạng thái làm việc của máy, các tải trọng động trong quá trình

mở và hãm cơ cấu

Đối với trờng hợp này các chi tiết trong cơ cấu máy đợc tính theo độ bền tĩnh (theo giới hạn chảy hoặc giới hạn bền) và theo sức bền mỏi (theo giới hạn mỏi) Các chi tiết không quay cũng nh không chịu ứng suất thay đổi khi quay thì chỉ tính theo sức bền tĩnh

+ Trờng hợp 2: Tải trọng lớn nhất của trạng thái làm việc bao gồm; Trọng ợng danh nghĩa của vật nâng và bộ phận mang, trọng lợng bản thân máy, tải trọng động lớn nhất xuất hiện khi mở máy và phanh đột ngột hoặc khi mất

l-điện có l-điện bất ngờ, tải trọng gió lớn nhất ở trạng thái làm việc và tải trọng

do độ dốc lớn nhất có thể Các trị số tải trọng lớn nhất của trạng thái làm việc thờng bị hạn chế bởi những điều kiện bên ngoài nh sự trơn trợt của bánh xe trên ray, trị số mô men phanh lớn nhất, mô men giới hạn của khớp nối

Đối với trờng hợp này tất cả các chi tiết trong cơ cấu đều tính theo sức bền tĩnh

+ Trờng hợp 3: Tải trọng lớn nhất của trạng thái không làm việc của máy

đặt ngoài trời bao gồm: Trọng lợng của bản thân, tải trọng gió lớn nhất trong trạng thái không làm việc và tải trọng do độ dốc của đờng

Đối với trờng hợp này chỉ tính toán cho các chi tiết của bộ phận hãm gió, các thiết bị phanh hãm và của cơ cấu thay đổi tầm với

T¶i träng nµy ph©n bè trªn c¸c b¸nh xe nh sau:

S¬ bé chän kÝch thíc xe con dùa trªn c¸c kÕt cÊu cã s½n nh sau:

BÒ réng L1 = 2.000mm

BÒ ngang L0 = 2.200mmTräng t©m cña vËt n©ng t¸c dông lªn b¸nh xe víi c¸c kho¶ng c¸ch nh sau: (Tham kh¶o s¸ch tÝnh to¸n m¸y trôc)

A, D: B¸nh dÉn

Tæng t¶i träng do träng lîng vËt n©ng t¸c dông lªn b¸nh dÉn

200 2

350 1

000 70 4

355

×

=

000 2

VËy t¶i träng lín nhÊt t¸c dông lªn b¸nh xe lµ:

hành lang).

Trọng lợng bản thân kết cấu bao gồm:

- Trọng lợng dầm chủ, trọng lợng dầm ngang lề đờng đi (vì dầm chủ là dạng dầm nên tải trọng coi nh phân bố coi nh suốt chiều dài dầm)

Do cha biết trọng lợng bản thân kết cấu (mặt cắt cha tính chọn) vì vậy

ta cần phải lựa chọn cho thích hợp Có thể lựa chọn theo kết cấu tơng tự có sẵn hoặc dùng công thức giá cầu 2 dầm hoặc có thể lựa chọn theo giản đồ cho trong TTTKMTVC

2.3.4.1 Lực quán tính khi hãm xe con (khi có vật nâng):

Thông qua lực dính bám của bánh xe với đờng ray, lực này tác dụng dọc theo phơng trục của dầm chủ

) (

n

n Q

 F = 0,14 x 235.000 = 32.900(N)

Lực này coi nh phân bố đều trên các bánh xe

2.3.4.2: Lực quán tính sinh ra khi hãm cổng trục:

Lực quán tính sinh ra khi hãm cổng trục bao gồm 2 phần:

- Lực quán tính sinh ra do kết cấu của dầm

Lực quán tính do trọng lợng xe lăn (có cả vật nâng):

t

V Q

Q: tải trọng nâng danh nghĩa

) 000 70 000 400 (

q = 250N/m2 (tra bảng áp lực gió ở trạng thái làm việc sách KCT)

Fg: Diện tích chịu gió tính toán

Đối với kết cấu có thành kín diện tích chịu gió là diện tích giới hạn bởi

đờng viền ngoài của kết cấu Diện tích chịu gió đợc tính theo công thức:

Fg= α x F + Fvn

F: Diện tích đờng bao.

Để tính đợc F ta phải giả thiết chiều cao của dầm

Chiều cao của dầm chính ở tiết diện giữa phụ thuộc vào tầm rộng của cổng đợc xác định theo công thức:

L

18

1 14

1 (

000 19 ) 18

1 14

1 (

000 19 ) 1 1

=

B

Q k P k

Q k P k

Trong đó:

19 316 6 2

2 , 2 19 928 157 2

2 , 2 19 709 172

2

ì

−

ì +

+

ì +

Vẽ biểu đồ mô men uốn:

Ta chia làm nhiều đoạn:

Đoạn AC: Cắt mặt cắt 1-1 giữ phần có chiều dài là f.

Y q Y R H H

M II−II = × − a× + × (8,4 ≥ Y ≥ 0)

T¹i Y = 0

C¾t mÆt c¾t 3-3 gi÷ phÇn bªn tr¸i

) 4 , 8 ( ' 2

2

× +

6 , 10 316 6 18 450 23 6 , 10 760 241

2 (8,4 ≥ Y ≥ 0)T¹i Y = 0

MIV-IV = Yb x H1 = 126.000(N.m)T¹i Y = 8,4

2

4 , 8 316 6 4 , 8 881 208 18 000 7

2

× +

Dïng mÆt c¾t 5-5 gi÷ l¹i phÇn díi.

MV-V = Yb x Y (18 ≥ Y ≥ 0)T¹i Y = 0

MV-V = 0

T¹i Y = 18

MV-V = 7.000 x 18 = 126.000(N.m)

Hình vẽ:

( Biểu đồ mômen trong mặt phẳng hàng nâng cha khai báo mặt cắt)

Dïng mÆt c¾t 1-1 gi÷ l¹i phÇn bªn díi:

∑Z = Q(Y) + q x Y - Ra

T¹i Y = 0

Q(Y) = Ra = 241.760(N)T¹i Y = 8,4

∑Z = 0 = Q(Y) + q x Y - Ra + PD’ T¹i Y = 8,4

Hình vẽ:

(Biểu đồ lực nén trong mặt phẳng hàng nâng cha khai báo mặt cắt)

Biểu đồ lực cắt trong mặt phẳng hàng nâng cha khai báo mặt cắt:

bªn ph¶i:

Biểu đồ lực nén trong mặt phẳng hàng nâng khi xe co sát dầm đầu bên phải:

Biểu đồ lực cắt trong mặt phẳng hàng nâng khi xe co sát dầm đầu bên phải:

Biểu đồ đặt lực trong mặt phẳng hàng nâng khi xe con ở sát dầm đầu bên trái:

bªn tr¸i:

Biểu đồ lực nén trong mặt phẳng hàng nâng khi xe con ở sát dầm đầu bên trái:

ở phần tính toán nội lực đối với mặt phẳng này ta chỉ biểu diễn các lực tác dụng lên cổng trục, còn phần tính toán ta sử dụng Phần mềm SAP 2000

để tính cho đơn giản

Biểu đồ đặt lực trong mặt phẳng song song với mặt đất khi xe con ở giữa dầm :

dÇm:

Biểu đồ lực nén trong mặt phẳng song song mặt đất khi xe con ở giữa dầm:

Biểu đồ lực cắt trong mặt phẳng song song mặt đất khi xe con ở giữa dầm:

Biểu đồ đặt lực trong mặt phẳng song song với mặt đất khi xe con ở sát dầm đầu bên phải :

dÇm ®Çu bªn ph¶i:

Biểu đồ lực nén trong mặt phẳng song song mặt đất khi xe con ở sát dầm đầu bên phải:

Biểu đồ đặt lực trong mặt phẳng song song với mặt đất khi xe con ở sát dầm đầu bên trái :

Biểu đồ lực nén trong mặt phẳng song song mặt đất khi xe con ở sát dầm đầu bên trái:

Biểu đồ lực cắt trong mặt phẳng song song mặt đất khi xe con ở sát dầm đầu bên trái:

Đối với mặt phẳng này ta có giản đồ tính toán nh sau:

Tơng tự nh mặt phẳng song song với mặt đất ta chỉ biểu diễn các lực tác dụng trong mặt phẳng này còn phần tính toán ta sử dụng phần mềm SAP2000 để tính cho đơn giản

Vì khi tính toán thiết kế cổng trục chiều cao nâng thực tế của cổng trục phải lớn hơn chiều cao tính toán một khoảng cách gọi là khoảng cách an toàn tối thiểu để móc câu nâng hàng đến chiều cao tính toán mà không đập vào dầm chính Tuỳ theo kích thớc vật nâng và khối lợng vật nâng mà ngời ta chọn khoảng cách này cho phù hợp Theo kinh nghiệm ta chọn khoảng cách

an toàn là 1m Nh vậy chiều cao chân là 19m

4.2 Chiều dài dầm đầu (khoảng cách 2 chốt liên kết):

Chiều dài dầm đầu (khoảng cách 2 chốt liên kết) đợc tính chọn sao cho

tính cho trờng hợp làm việc độc lập

Vậy chiều rộng B phải đảm bảo cho cổng trục ổn định trong 2 trờng hợp sau:

Tr

ờng hợp 1:

Cổng trục nâng hàng đến điểm cao nhất, đang di chuyển thì phanh

đồng thời có gió thổi cùng chiều

Trờng hợp này, mô men lật cổng do tải trọng quán tính và tải trọng gió còn mô men lật do tải trọng bản thân cổng và tải trọng hàng nâng