THUYẾT MINH TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ XƯỞNG BẮN HẠT KIM LOẠI VÀ SƠN docx

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ XƯỞNG BẮN
HẠT KIM LOẠI VÀ SƠN
TÀI LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN
1. TCVN 2737-95: Tải trọng và tác động.
NXB Xây dựng, Hà nội 1996
2. TCVN 5575: 1991 - tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép
3. Gs. Đoàn Định Kiến (chủ biên) - Thiết kế kết cấu thép Nhà công nghiệp. NXB
Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 1998.
4. Ts. Phạm Văn Hội (chủ biên). Kết cấu thép công trình dân dụng và công
nghiệp. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 1998.
5. Ts. Đoàn Định Kiến (chủ biên). Kết cấu thép. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà
nội 2003.
111
I - VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG
Ứng suất phá huỷ của vật liệu: R = 2100 (Kg/cm
2
)
II - XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN MÁI
1. Hoạt tải (HT):
Lấy tiêu chuẩn W
0
=30 Kg/m
2
MB mái theo bảng 3 (tr13, [1]), hệ số an toàn tải
trọng n = 1,3
 Tải trọng tác động trên 1m chiều dài vì kèo:
W
0
*n*6 = 30*1.3*6 = 234 Kg/1m
2. Tĩnh tải (TT)
Tĩnh tải do tải trọng của Xà gồ và mái lợp: 25 Kg/m

2
=> Tải trọng tác động trên 1m chiều dài vì kèo: 25 * 6 = 125 Kg/ 1m
3. Tải trọng do cầu trục gây nên (CT)
Khối lượng của hệ thống đường ray : 5344 + 2120 = 7464 (Kg).
Khối lượng do đường ray đặt vào vai đỡ là: 7464*6/(42*2) = 533 (Kg)
Tải trọng nâng của cầu trục: Q = 5000 (Kg), hệ số tin cậy, n = 1,1
Khối lượng bản thân của dầm Cầu trục: P = 2000 (Kg).
Tuỳ vào vị trí của Cầu trục mà có các tổ hợp lực khác nhau tác dụng lên vai
cột
- Xe con ở vị trí giữa dầm cầu trục và cầu trục ở chế độ có tải:
CT1 = 1,1*tải trọng đường ray + 1,1*P/2 +1,1*Q/2= 1,1*533+1,1*1000 +
1,1*2500 = 4436.3 (Kg)
Trong trường hợp này lực đặt tại mỗi vai cột là 4436.3 (Kg)
- Xe con ở vị trí đầu vai cột
CT2 = 1,1*tải trọng đường ray + 1,1*P/2 +1,1*Q
= 1,1*533+1,1*1000 + 1,1*5000= 7186.3 (Kg)
Đối với đầu vai còn lại: 1,1*533+1,1*1000 = 1686 (Kg)
4. Tải trọng gió
222
Công trình được xây dựng trên địa bàn Hà nội, thuộc khu vực II
B
.
Áp lực gió tiêu chuẩn: W
0
= 95 Kg/m
2
Hệ số vượt tải: n = 1,2
Cốt cao nhất của mái là 10m = > theo bảng 8(tr22, [1]) ta tra được hệ số ảnh
hưởng bởi độ cao k = 1
Xác định hệ số khí động của mái theo sơ đồ 8(tr27,[1])

=> Theo công thức tính áp lực do tác động lên mái:
W = k*n* W
0
*c
Ta có giá trị áp lực gió lên các vùng khác nhau của mái:
W1 = k*n* W
0
*c1 = 1*1.2*95*0.8 = 91.2 (Kg/m
2
)
W2 = k*n* W
0
*c2 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m
2
)
W3 = k*n* W
0
*c3 = 1*1.2*95*0.7 = 79.8 (Kg/m
2
)
W4 = k*n* W
0
*c4 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m
2
)
W5 = k*n* W
0
*c5 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m
2
)

W6 = k*n* W
0
*c5 = 1*1.2*95*(-0.6) = -68.4 (Kg/m
2
)
W7 = k*n* W
0
*c7 = 1*1.2*95*(-0.5) = 57 (Kg/m
2
)
W8 = k*n* W
0
*c8 = 1*1.2*95*(-0.6) = 68 (Kg/m
2
)
333

III - TỔ HỢP TẢI TRỌNG
TH1 = HT + TT + CT1
TH2 = HT + TT + CT2
TH3= TT + GIO
IV - KẾT QUẢ
1. Tiêu chuẩn kiểm tra
- Ứng suất trong các phần tử vì kèo nhỏ hơn ứng suất cho phép.
- Ứng suất trong các phần tử cột thoả mãn điều kiện bền và điều kiện ổn
định cho phép.
- Bu lông móng đủ khả năng chịu lực
- Ứng suất trong đường ray của dầm Cầu trục nhỏ hơn ứng suất cho phép.
Sơ đồ 1: Áp lực gió tác động lên mái
444

2. Kiểm tra điều kiện bền của Vì kèo
Từ các tổ hợp lực ta xác định được từng thành phần lực lớn nhất của phần từ.
Sau đó từ các thành phần lực max này ta tiến hành kiểm tra độ bền Vì kèo.
Momen uốn và lực cắt lớn nhất tác dụng lên từng phần tử Vì kèo:
Tên phần tử M (Kgm) Q (Kg)
25 8710 4137.20
26 8213 3855.70
31 4242.2 2524.90
32 5697.9 2728.40
33 7612.3 3574.20
34 5454.7 3262.80
35 3493.7 2951.40
36 1729.3 2640.00
37 972.52 2328.60
38 1728.2 2017.20
39 2384.9 1705.80
40 3363.3 1394.40
41 4145.1 1083.00
Sơ đồ 2: Các phần tử Vì kèo
555
42 4730.3 771.62
43 5068.8 274.38
44 4824.6 499.43
45 4438.4 724.49
46 3910.1 949.54
47 3239.8 1174.60
48 2427.4 1399.60
49 1473 1624.70
50 376.58 1849.80
51 1490.3 2074.80

52 2783.9 2299.90
53 4984.7 227.43
54 4920.8 367.51
55 4797.3 578.27
56 4975 455.65
Bảng tính ứng suất trong các phần tử Vì kèo:
Tên
phần tử
M
(Kgm)
Q
(Kg)
B
cm
Hb
cm
δc
cm
δb
cm
A
cm
2
δx
Kg/cm
2
1.15R KL
25 8710 4137.2
20 27.2 1.2 0.8 69.76 1623.279 2415
TM

26 8213 3855.7
20 27.2 1.2 0.8 69.76 1317.971 2415
TM
31 4242.2 2524.9
20 27.2 1.2 0.8 69.76 580.457 2415
TM
32 5697.9 2728.4
20 27.2 1.2 0.8 69.76 774.444 2415
TM
33 7612.3 3574.2
20 27.2 1.2 0.8 69.76 1034.152 2415
TM
34 5454.7 3262.8
20 27.2 1.2 0.8 69.76 746.504 2415
TM
35 3493.7 2951.4
20 27.2 1.2 0.8 69.76 487.087 2415
TM
36 1729.3 2640
20 27.2 1.2 0.8 69.76 260.291 2415
TM
37 972.52 2328.6
20 27.2 1.2 0.8 69.76 166.831 2415
TM
38 1728.2 2017.2
20 27.2 1.2 0.8 69.76 248.818 2415
TM
39 2384.9 1705.8
20 27.2 1.2 0.8 69.76 329.042 2415
TM

40 3363.3 1394.4
20 27.2 1.2 0.8 69.76 455.716 2415
TM
41 4145.1 1083
20 27.2 1.2 0.8 69.76 558.483 2415
TM
42 4730.3 771.62
20 27.2 1.2 0.8 69.76 635.872 2415
TM
43 5068.8 274.38
20 27.2 1.2 0.8 69.76 680.486 2415
TM
44 4824.6 499.43
20 27.2 1.2 0.8 69.76 647.980 2415
TM
45 4438.4 724.49
20 27.2 1.2 0.8 69.76 596.635 2415
TM
46 3910.1 949.54
20 27.2 1.2 0.8 69.76 526.552 2415
TM
47 3239.8 1174.6
20 27.2 1.2 0.8 69.76 438.018 2415
TM
48 2427.4 1399.6
20 27.2 1.2 0.8 69.76 331.754 2415
TM
49 1473 1624.7
20 27.2 1.2 0.8 69.76 210.585 2415
TM

50 376.58 1849.8
20 27.2 1.2 0.8 69.76 96.775 2415
TM
666
51 1490.3 2074.8
20 27.2 1.2 0.8 69.76 220.418 2415
TM
52 2783.9 2299.9
20 27.2 1.2 0.8 69.76 387.509 2415
TM
53 4984.7 227.43
20 27.2 1.2 0.8 69.76 669.164 2415
TM
54 4920.8 367.51
20 27.2 1.2 0.8 69.76 660.714 2415
TM
55 4797.3 578.27
20 27.2 1.2 0.8 69.76 644.449 2415
TM
56 4975 455.65
20 27.2 1.2 0.8 69.76 668.095 2415
TM
Tất cả các phần tử đều thoả mãn δx < 1.15*R = 2415 => thoả mãn điều kiện bền.
3. Kiểm tra điều kiện bền và ổn định của cột
Chiều cao cột 7500mm
Mômen và lực nén lớn nhất tác dụng lên cột:
M (Kgm) N (Kg)
15800 11199
Đ ặ c trưng ti ết diện cột:
B

cm
H
cm
Hb
cm
δc
cm
δb
cm
A
cm
2
Ix
cm
4
Iy
cm
4
Rx
cm
Ry
cm
Wx
cm
3
Wy
cm
3
20 45 41 2 1 121 42750,08 2670,1 18,8 4,7 1900 118,7
Các hệ số trung gian:

N (kg)
M
(kgm)
H
cột
m λ λ
tb
Ac/Ab η m1
11199 19944 7,5 1,965 58,51 1,8503 0,98 1,50 4,607
Bả ng xác đ ị nh đi ều kiện bền và ổ n đ ịnh của cột:
N (kg) M (kgm)
A
(cm2)
Ix
(cm4)
Iy
(cm4)
Wx φlt
δ
bền
δ
ôđ
0.95*R KL
11200 15800 121 42750 2670,08 1900 0,148 1193,66 625,363 1995 TM
δ
bền
= 1337,3< 0.95*R = 0.95*2100 = 1995
δ
ôđ
= 229,65 < < 0.95*R = 0.95*2100 = 1995

=> Cột được thiết kế thoả mãn điều kiện bền và ổn định
777
4. Kiểm tra khả năng chịu lực của bulông móng
Momen và lực cắt lớn nhất tác dụng vào chân cột:
M (Kgm) N (Kg)
15800 11199


Lập phương trình cân bằng momen so với trọng tâm theo ct 4.78 (tr151,[5])
yNaMN
bl
/)( −=
∑
N
bl
: Lực kéo bu lông
M: Momen uốn
y: Chiều dài cánh tay đòn
=>
∑
bl
N
= (1580000-11199*21.5)/32,7 = 40954 (Kg)
Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])
m
blkblbl
RNA
,
/=
∑

Trong đó R
b
k,bl
= 2100 Kg/cm
2
- Cường độ chịu kéo của bulông móng 5.6.
888
=
∑
bl
A
40954/2100 = 19.5 cm
2
 Số lượng bulông có đường kính d = 36 cần cho liên kết móng là
19.5/10,1736 = 1,91
Số lượng bu lông cho một phía là 2 chiếc => Tổng số bulông cho liên kết
móng là 4 chiếc.
Vậy với 4 bulông liên kết cường độ 5.6 có d = 36 mm thoả mãn độ bền liên kết
giữa cột và móng.
5. Kiểm tra liên kết giữa cột và vì kèo
Momen lớn nhất tác dụng tại vị trí liên kết: 1010200(Kgcm)
Bulông liên kết M20 có F = 3,14 cm
2
Lực kéo max ở bulông ngoài cùng do momen gây ra:
N
max
= M
max
*l
max

/(m*
∑
2
i
l
) = 871000*43/(2*(17*17+30*30+43*43))
= 6529 (Kg)
Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])
m
blkblbl
RNA
,
/=
∑
Trong đó R
b
k,bl
= 2100 Kg/cm
2
- Cường độ chịu kéo của bulông 5.6.
=> A
bl
= 6529/2100 = 3,1 (cm
2
)< 3,14cm
2
.
Liên kết bulông tại vị trí nối cột và vì kèo thoả mãn điều kiện bền.
6. Kiểm tra liên kết đỉnh kèo
Momen lớn nhất tác dụng tại vị trí liên kết: 492000(Kgcm)

Bulông liên kết M22 có F = 3,8 cm
2
Lực kéo max ở bulông ngoài cùng do momen gây ra:
N
max
= M
max
*l
max
/(m*
∑
2
i
l
) = 492000*36/(2*(24*24+36*36))
= 6362 (Kg)
Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])
m
blkblbl
RNA
,
/=
∑
999
Trong đó R
b
k,bl
= 2100 Kg/cm
2
- Cường độ chịu kéo của bulông 5.6.

=> A
bl
= 6362/2100 = 3,029 (cm
2
)< 3,8cm
2
.
Liên kết bulông ở đỉnh vì kèo thoả mãn điều kiện bền.
7. Kiểm tra độ bền của ray dầm cầu trục
Tải trọng tác dụng lên dầm gồm:
- Khối lượng bản thân của cầu trục: 3000 (Kg)/2 = 1500 (Kg)
- Khối lượng nâng của cầu trục: Q = 5000 (Kg), hệ số tin cậy n =1.
 Khối lượng cầu trục tác dụng lên ray = 1500 + 5000 = 8000 (Kg)
Trường hợp cầu trục ở gần vị trí gối đỡ sẽ gây lực cắt lớn nhất cho ray, khi đó
lực cắt Q = 8000 (Kg)
Trường hợp cầu trục ở vị trí giữa dầm sẽ gây Momen uốn và chuyển vị lớn nhất
cho ray.
7.1. Kiểm tra độ võng của dầm
Chuyển vị lớn nhất của dầm: 6,3 mm
101010
f/l = 6,3/6000 = 0,42/400< [f/l] = 1/400
=> Độ võng của dần nằm trong điều kiện cho phép
7.2. Kiểm tra độ bền của dầm
Giá trị Momen lớn nhất trong dầm: 0,123E+08Kgmm = 1230000 (Kgcm)
Xác định σ
u
suất uốn theo công thức:
111111
σ
u

= M
x
/W
x
:
W
x
= y
o
/ J
xo
Trong đó M
x
là Momen uốn theo trục quán tính x-x của dầm.
y
o
: Là chiều cao lớn nhất tính từ trục quán tính x-x
J
xo
: Momen quán tính đối với trục chính
Bảng các thông số đ ặ c trưng c ủa thép tiết diện dầm:
B
cm
H
cm
Hb
cm
δc
cm
δb

cm
A
cm2
Ix
cm4
Iy
cm4
Sxc
cm3
Wx
cm3
16 45 41,8 1,6 1 93 30206,71 1095,75 347,2 1342,52
Với các thông số của dầm đã cho ta tra được: W
x
= 1342,52 cm
3
.
 σ
u
= M
x
/W
x
= 1230000/1342,52 = 916,18 (Kg/cm
2
)
Xác định ứng suất tiếp t
xy
theo công thức 3.42 (tr90, [13])
t

xy
= Q*S
c
/(I
x
*δ
b
) = 8000*347,2/(30206,71*1) = 91 (Kg/cm
2
)
Xác định ứng suất tương đương σ
tđ
theo công thức 3.42 (tr90, [13])
σ
tđ
=
22
*3
xyu
τσ
+
=
22
91*318,916 +
= 931,6 (Kg/cm2)
σ
tđ
< [σ] = 2100 (Kg/cm2)
Vậy dầm cầu trục thoả mãn điều kiện bền.
8. Kiểm tra độ bền của vai cột

Lực cắt tác dụng lên vai cột: 8000 (Kg)
Diện tích liên kết giữa vai cột và cột: 85 cm
2
Ứng suất cắt tại vai cột: 8000/85 = 95 Kg/cm
2
< 2100 Kg/cm
2
.
PHỤ LỤC
Biểu đồ chuyển vị của TH1
121212
Giá trị chuyển vị lớn
nhất: -26mm
Biểu đồ momen
của tổ hợp TH1
Giá trị Momen uốn
lớn nhất: 0.618E7(Kgmm)
Giá trị Momen uốn nhỏ nhất: -0.696E7(Kgmm)
131313
Biểu đồ lực cắt với tổ hợp tải trọng TH1
Lực cắt lớn nhất:
2859 (Kg)
Lực cắt nhỏ nhất:
-2627 (Kg)
Biểu đồ lực nén với
tổ hợp tải trọng
TH1
141414
Giá trị lực nén lớn
nhất: -8490 (Kg)

Biểu đồ chuyển vị của
TH2:
Giá trị chuyển vị lớn
nhất: 26,415 mm
Biểu đồ momen
với tổ hợp tải trọng
TH2
151515
Giá trị Momen uốn
lớn nhất:
0.774E7(Kgmm)
Giá trị Momen uốn nhỏ nhất: -0.676E7(Kgmm)
Biểu đồ lực cắt với tổ hợp tải trọng TH2
161616
Lực cắt lớn nhất:
2819 (Kg)
Lực cắt nhỏ nhất:
-2668 (Kg)
Biể u đồ lực dọc
trục với tổ hợp tải
trọng TH2
Lực nén lớn nhất
-11199 (Kg)
Biểu đồ chuyển vị
của TH3
171717
Chuyển vị lớn
nhất 38mm
Biểu đồ
Momen trong

TH3
Giá trị lớn nhất:
0.112E8
Giá trị nhỏ nhất:
-0.158E8
Biểu đồ lực cắt
trong TH3
181818
Lực cắt lớn nhất: 6445 (Kg)
Biểu đồ lực dọc trục:
Lực lớn nhất:
4592 (Kg)
191919
202020