ĐỒ ÁN KẾT CẤU THÉP ĐẠI HỌC THỦY LỢI THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN MẶT

Đồ án môn học KếT CấU THéP
đồ án môn học kết cấu thép
thiết kế cửa van phẳng trên mặt
đề số:15.
I - Tài liệu thiết kế:
- Bề rộng lỗ cống: L
0
= 10(m).
- Cao trình ngỡng:

= 0.
- Cột nớc thợng lu: H
1
= 7,5(m).
- Cột nớc hạ lu: H
h
= 0.
- Vật chắn nớc đáy bằng gỗ, vật chắn nớc bên bằng cao su hình chữ P.
- Vật liệu chế tạo van:
+ Phần kết cấu cửa: Thép CT3.
+ Trục bánh xe: Thép CT5.
+ Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT35

.
+ ống bọc trục bằng đồng.
+ Liên kết hàn: Que hàn E42.
- Hệ số vợt tải của áp lực thủy tĩnh và trọng lợng bản thân: n = 1,1.
- Độ võng giới hạn của dầm chính:
600
11
0

=
n
; của dầm phụ:
250
11
0
=
n
.
- Cờng độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo nhóm 4 bảng 1-5 trang
8 Giáo trình KCT:
R = 1490 daN/cm
2
.
R
U
= 1565 daN/cm
2
R
C
= 895 daN/cm
2
R
emd
= 2230 daN/cm
2

GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
1
Đồ án môn học KếT CấU THéP

ii. nội
dung
thiết kế:
1/Sơ bộ xác
định các kích th ớc cơ bản:
* Sơ bộ chọn chiều dày bản mặt là:
bm
= 10(mm) = 1(cm).
* Nhịp tính toán của cửa van:
Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe. Thông thờng chọn c
= 250
ữ
300(mm); ở đây chọn c = 300(mm) = 0,3 (m).
=> Nhịp tính toán cửa van là : L = L
o
+ 2.c = 10 + 2.0,3 = 10,6(m).
* Chiều cao toàn bộ cửa van là: h
v
= H
1
+
H
1
= 7,5(m) Chiều cao cột nớc thợng lu.
- Độ vợt cao an toàn, thờng lấy: = 300
ữ
500(mm).
Lấy = 0,5(m)

h

v
= 7,5 + 0,5 = 8(m).
* Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy một đoạn:
Z =
==
3
5,7
3
H
2,5(m).
* Chọn đoạn công xôn phía trên(a
1
):
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
2
a
2
a
d
a
t
a
1
< 0,45.h

2H/3
H/3
W
h
30

O
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Thờng chọn: a
1


0,45 h
v
= 0,45.8 = 3,6(m).

Chọn a
1
= 3,5(m).
Vị trí dầm chính bố trí theo nguyên tắc chịu tải trọng bằng nhau. Nên để 2
dầm chính chịu lực giống nhau thì phải đặt cách đều tổng áp lực nớc. Nh vậy
khoảng cách 2 dầm chính là:
a = 2(h
v
a
1
Z) = 2(8 - 3,5 2,5) = 4(m).
* Đoạn công xôn phía dới(a
2
):
a
2
= h
v
(a
1

+ a) = 8 (3,5 + 4) = 0,5(m).
Khoảng cách từ dầm chính trên đến tâm hợp lực : a
t
Khoảng cách từ dầm chính dới đến tâm hợp lực : a
d
Sơ bộ chọn a
t
= a
d
= a/2 = 4/2 = 2 (m).
Lực tác dụng lên mỗi dầm chính là:
q=W/2 = .H
2
/4 = 10.7,5
2
/4 =140,625 (kN/m).
- Các dầm phụ dự kiến sử dụng loại thép I22 có bề rộng bản cánh b
f
khoảng 110(mm).
+ Giữa 2 dầm chính đặt 4 dầm phụ, nh vậy khoảng cách giữa các mép
dầm phụ là 690 mm (thoả mãn điều kiện

70
bm
, dự kiến
bm
= 10 mm).
+ Đoạn công xôn phía trên đặt 3 dầm phụ. Khoảng cách từ mép trên cửa
van tới trục dầm phụ gần nhất là 900 mm, khoảng cách giữa các dầm còn lại
là 800 mm.

- Khoảng cách giữa các dàn ngang(nhịp dầm phụ l
f
) thờng chọn là:
h < l
f
<2h.
Dự kiến đặt 3 dàn ngang và 2 dầm biên 2 đầu, nên:
l
f

).(65,2
4
6,10
m==
2/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 t-
ơng 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.
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
3
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Bản mặt đợc tính nh sau(xét một dải có chiều rộng bằng 1):

w
M
=
m.R
U

;
Với: W
bm

6
.1
2
bm

=
; M
16
.
2
i
pb
=
.


U
i
i
bm
Rm
p
b
.
61,0

.
Trong đó:
m Hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1.
p
i
- Là cờng độ áp lực tại trung tâm mỗi ô.
b - Cạnh ngắn của ô bản mặt.
a - Cạnh dài của ô bản mặt.
R
u
= 1565 ( daN/cm
2
) : cờng độ chịu uốn của thép làm bản mặt .
Điều kiện 6 mm.
Để tiện tính toán ta lập bảng tính sau.
tính toán chiều dày bản mặt
Số hiệu ô
bản mặt
p
i
(daN/cm
2
)
a
i
(m) b
i
(m)
b
a

u
i
R
p

bm
(cm)
I
0.020 2.65 0.9 2.94 0.0036 0.20
II
0.085 2.65 0.9 2.94 0.0074 0.40
III
0.175 2.65 0.9 2.94 0.0106 0.58
IV
0.260 2.65 0.8 3.31 0.0129 0.63
V
0.340 2.65 0.8 3.31 0.0147 0.72
VI
0.420 2.65 0.8 3.31 0.0164 0.80
VII
0.500 2.65 0.8 3.31 0.0179 0.87
VIII
0.580 2.65 0.8 3.31 0.0193 0.94
IX
0.660 2.65 0.8 3.31 0.0205 1.00
X
0.725 2.65 0.5 5.30 0.0215 0.66
Từ kết quả bảng trên ta chọn chiều dày bản mặt
bm
= 1(cm) = 10(mm).

3/Tính toán dầm chính.
a/ Chọn thiết diện dầm chính.
- Chọn chiều cao dầm chímh dựa theo điều kiện kinh tế
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
4
Đồ án môn học KếT CấU THéP

3
ycbkt
W kh =
Trong đó : Chọn k = 1,4 ; chọn
b
= 130;
W
yc
=
u
R
Mn
max
n- Hệ số vợt tải, lấy n = 1,1.
R
u
= 1565 (daN/cm
2
)
M
max

=

=






=
2
10
6,10.
4
10.625,140
2
.
4
.
clcl
L
L
Lq
1968,75(kN.m).
W
yc

==
4
10.
1565
75,1968.1,1
13837,9(cm
3
)
=> h
kt
=
=
3
9,13837.130.4,1
136,1(cm).
- Xác định chiều cao dầm chính theo điều kiện độ cứng:
h
min
=
1
2
.

.
.

.
24
5

K
K
pnqn
pq
nE
nLR
tc
p
tc
q
tctc
ou
+
+
Trong đó : n
o
= 600; E = 2,1.10
6
daN/cm
2
; q
tc
= 140,625 kN/m
Chọn n
q
= n
p
= 1;
K
1

= 1,1 Hệ số tính đến ảnh hởng của trọng lợng bản thân;
K
2
= 1,08 Hệ số tính đến sự tăng độ võng do việc thay đổi
chiều cao dầm chính ở gối tựa.
=>
==
1,1
08,1
.
625,140.1
625,140
.
10.1,2.1,1
600.10.6,10.1565
.
24
5
6
2
min
h
88,14(cm).
=> Chọn chiều cao bản bụng: h
b
= 140(cm).
- Chọn chiều dày bản cánh là:
c
= 20(mm) = 2(cm).
- Nh vậy chiều cao dầm chính là:

h = h
b
+2
c
+
bm
= 140 + 2.2 + 1 = 145(cm).
h
c
= h
b
+
2
1
(2
c
+
bm
) = 140 +
2
1
(2.2 + 1) = 142,5(cm).
- Chiều cao đầu dầm chính là:
h
0
= 0,6h = 0,6.145 = 87(cm);

Chọn h
0
= 85(cm).

- Xác định chiều dày bản bụng:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
5
Đồ án môn học KếT CấU THéP
+ Theo điều kiện chống cắt:

b

cb
Rh
Q
.
5,1
=
;
Q
===
2
10.625,140.1,1
2
Lqn
773,4(kN).



b

==
95,8.140
4,773.5,1

0,926(cm).
+ Chiều dày bản bụng khi không đặt sờn dọc:

b

===
130
140
b
b
h

1,076(cm).

Chọn
b
=12(mm) = 1,2(cm).
- Xác định kích thớc bản cánh:
Mô men quán tính yêu cầu của bản cánh:
J
c
yc
=J
yc
J
b
= W
yc
.
==

12
140.2,1
2
145
9,13837
12

2
3
3
bb
h
h

728847,75(cm
4
).

F
yc
).(8,71
5,142
75,728847.2
.2
2
22
cm
h
J
c

yc
===
Với chiều dày cánh đã chọn
c
= 2(cm), ta có chiều rộng cánh là:
b
c

9,35
2
8,71
c
===

c
ỹ
F
(cm).
Theo quy cách của thép ta chọn b
c
= 36(cm) = 360(mm).
- Góc thoát nớc a = arctg
=

45,1
18,05,0
12
0
26 < 30
0

Bản bụng của dầm chính dới phải khoét lỗ.
-Vì bản chính đợc hàn trực tiếp với bản mặt nên cần xét tới bản mặt cùng
tham gia chịu lực. Bề rộng bản bụng tham gia chịu lực đợc xác định từ các
điều kiện sau:
+ b

b
c
+ 50.
bm
= 360 + 50.10= 860(mm).
+ b

(a
tr
+ a
d
)/2 = 800(mm).
+ b

0,3.L = 0,3.10600 = 3180(mm).
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
6
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Vậy chọn b = 800(mm).
Thiết diện cuối cùng của dầm chính nh hình vẽ. Trục trung hoà đi qua
trọng tâm bản bụng.
b/Kiểm tra thiết diện chọn.

Xác định chính xác các đặc trng hình học của thiết diện chọn theo hình vẽ,
ta có:
F = F
I
+ F
bm
= (2.360.20 + 12.1400) + 800.10 = 31200 + 8000
= 39200(mm
2
) = 392(cm
2
).
y
c
=
8,14
392
)5,072.(80
=
+
=


i
i
F
S
(cm).
J
x

= J
xI
+ F
I
.14,8
2
+ b.
12
3
bm

+ F
bm
.
2
)8,145,72(

J
xI
= 1000352(cm
4
).

J
x
= 1000352 + 392.14,8
2
+
+
12

1.80
80.57,7
2
= 1335042,35(cm
4
).

W
xanhất
=
67,15380
8,142/144
35,1335042
1,242/
max
=
+
=
+
=
h
J
y
J
xx
cm
3
- Đối với thiết diện đầu dầm bị thay đổi có h
0
= 0,85(m) có các đặc trng hính

học là:
F = F
I
+ F
bm
= (2.360.20 + 12.810) + 800.10 = 241200 + 8000
= 32120(mm
2
) = 321,2(cm
2
).
y
c
=
7,10
2,321
)5,05,42.(80
=
+
=


i
i
F
S
(cm).
J
0
= J

xI
+ F
I
.10,7
2
+ b.
12
3
bm

+ F
bm
.
2
)7,105,42(

J
xI
= 301196,1(cm
4
).

J
0
= 301196,1 + 321,2.10,7
2
+
+
12
1.80

80.31,8
2
= 418876,2(cm
4
).
S
0
=36.2.41 +
=
4
81
.
2
81.2,1
3936,15(cm
3
).
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
7
Đồ án môn học KếT CấU THéP
- Kiểm tra kích thớc dầm chính đã chọn theo điều kiện ứng suất pháp:

max
=
1408
67,15380
10.75,1968.1,1
4
max
==

xanhất
W
M
(daN/cm
2
).



max
< R
u
= 1565(daN/cm
2
).
- Kiểm tra kích thớc dầm đã chọn theo điều kiện ứng suất tiếp:

max

===
2
0
0
10.
2,1.2,418876
15,3936.4,773
.
.
b
J

SQ

605,6(daN/cm
2
).


max
< R
c
= 895(daN/cm
2
).
- Kiểm tra điều kiện độ võng:
Phải xét tới dầm chính thay đổi tiết diện: hệ số thay đổi tiết diện = 0,8.
600
11
8,1031
1
35,1335042.10.1,2.8,0
10.6,10.10.75,1968
.
48
5

.
.
48
5
0

6
24
max
=<===
nJE
LM
L
f
x
tc

.
- Kiểm tra độ ổn định cục bộ của dầm:

b
.11067,116
2,1
140
>===
b
b
h

Cần thiết đặt sờn chống đứng và kiểm tra ổn định cục bộ bản bụng:
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 265cm
< 2h
b

= 2.140 =280 nên không phải đặt thêm sờn chống đứng.
Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm chính theo công thức
sau:

2
th
b
2
th
b










+

m =1.

b
- ứng suất pháp ở mép nén của bản bụng(trục x đi qua trọng tâm bản
bụng)
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
8
Đồ án môn học KếT CấU THéP

b
=
2
.
b
x
h
J
M

M- Mômen lấy tại tâm của hình vuông(cách gối tựa một đoạn Z) có
cạnh là h
b
, đối với các ô số 1, số 2 không phải là hình chữ nhật thì coi nh hình
chữ nhật có chiều cao trung bình giữa ô.
M = A.Z q.
2
2

CZ
.
ở đây: c
).(3,0
2
106,10
2
m
LL
cl
=

=

=
A
703
2
10.625,140
2
.
===
cl
Lq
(KN)

b
=
bb
.h
Q


Q: lực cắt lấy cho điểm giữa ô:
Q = A q.(Z C) = 703 140,625.(Z 0,3).
- ứng suất pháp tới hạn:

th
= k
o
(
32
10.)
.100
b
b
h

(daN/cm
2
).
K
0
=f(), = C.
3
.

b
c
b
c
h
b


.
ở đây cánh nén hàn cứng vào bản mặt nên C =


> 30

K
0
=7,46
(phụ lục 4).



th

= 7,46(
=
32
10.)
140
2,1.100
5481(daN/cm
2
).
3
2
b
2
th
10.
d
.100
95,0
25,1

à
+=
(daN/cm
2
).
à - Tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn.
d - Chiều dài cạnh ngắn của ô kiểm tra.
Ta lập bảng tính sau:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
9
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Số TT
ô
d (m)
Z
(m)
M
(kNm)
Q (kN)

b
(daN/cm
2
)

b

(daN/cm
2
)

th
(daN/cm
2
)
à

th
(daN/cm
2
)
1
1.11 1.325 894.5 558.9 566.1 332.7 5481 2.39 1655.7
2
1.4 3.975 2320 186.2 1851.5 110.8 5481 1.89 1113.2
Từ kết quả bảng trên ta thấy tất cả ô bản bụng của dầm chính đều thoả
mãn điều kiện ổn định cục bộ.
c/Tính liên kết giữa bản cánh và bản bụng dầm:
h
dh
=
h
g
o
o
c
R

J
SQ
2
1
.
.
max

.
5112
2
240
.2.36
2
. =
+
=
+
=
cb
cc
o
c
h
bS


(cm
3
).

J
o
= 418876,2 cm
4
R
h
g
= 1045 daN/cm
2
=> h
dh
=
65,0
1045.4,1
1
.
2,418876
5112.10.4,773
2
=
(cm).
Chọn h
dh
= 0,7(cm).
4.Chọn kích th ớc cột biên.
L < 20(m) ta chọn cột biên kiểu 1 bản bụng(đối với van gối tựa bánh xe).
Chiều cao cột biên bằng chiều rộng đầu dầm chính h
cb
= h
0

= 850(mm), chiều
rộng cánh cột biên b
cb
= 300(mm), chiều dày cánh cột biên lấy bằng chiều dày
cánh dầm chính
cb
= 20(mm).
5.Tính toán dầm phụ dọc:
Ta coi dầm phụ dọc nh dầm đơn, nhịp là khoảng cách giữa hai dàn ngang và
chịu tải trọng phân bố đều có cờng độ :
q
i
= p
i
.b
i
= p
i
.
2
aa
dt
+
(daN/cm)
a
t
: khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm trên nó .
a
d
: khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm dới nó

p
i
: áp lực thuỷ tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm
2
)
Ta lập đợc bảng tính toán sau:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
10
Đồ án môn học KếT CấU THéP
xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ
Tên dầm phụ
pi
(daN/cm
2
)
a
t
(cm) a
d
(cm) b
i
(cm)
q
i
(daN/cm)
1
0.04 90 90 90 3.6
2
0.13 90 90 90 11.7
3

0.22 90 80 85 18.7
4
0.38 80 80 80 30.4
5
0.46 80 80 80 36.8
6
0.54 80 80 80 43.2
7
0.62 80 80 80 49.6
Từ kết quả tính toán bảng trên ta thấy dầm số 7 chịu lực lớn nhất:
q
TC
7
= 49,6(daN/cm
2
).
- Dầm phụ làm việc nh dầm liên tục 4 nhịp, mômen uốn lớn nhất trong
dầm phụ tập trung ở gối tựa trung gian đầu tiên(l
f
= 2,65 m):
M
max
=
435395
8
10.65,2.6,49
8
.
42
2

max
==
f
lq
(daN.cm).
=> Môđun chống uốn yêu cầu của dầm phụ dọc:
W
yc
=
2,278
1565
435395
max
==
u
R
M
(cm
3
).
Vì trong tiết diện tính toán của dầm phụ còn có phần bản mặt cùng tham
gia chịu lực nên có thể tiếp nhận dầm phụ bằng thép I22 có các đặc trng hình
học:
W
x
=232 cm
3
;
f
x

J
=2550 cm
4
; F
f
= 30,6 cm
2
; b
f
= 11 cm;
Phần bản mặt trong tiết diện tính toán của dầm phụ đợc chọn giá trị nhỏ
nhất trong 3 điều kiện sau:
a


=
+
2
dtr
ll
80(cm).
a

50.
bm
+ b
f
= 50.1 + 11 = 65(cm).
a

0,3.l
f
= 0,3.265 = 79,5(cm).
Tiếp nhận a = 65(cm) để tính toán.
Tính toán các đặc trng hình học của mặt cắt ghép:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
11
Đồ án môn học KếT CấU THéP
F = F
f
+ F
bm
= 30,6 + 65,1 = 95,6(cm
2
).
y
c
=
8,7
6,95
)5,011.(65
=
+
=


i
i
F
S

cm.
J
x
=
f
x
J
+ F
f
.7,8
2
+ a.
12
3
bm

+ F
bm
.
2
)8,75,11(
= 2550 + 30,6.7,8
2
+ 65.
+
12
1
65.1.3,7
2
= 5307(cm

4
).
3,282
8,711
5307
max
min
=
+
==
y
J
W
x
(cm
3
) > W
yc
= 278,2(cm
3
).
- Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm phụ đã chọn:
3,1542
3,282
435395
max
max
===
x
W

M

< R
U
=1565(daN/cm
2
).
- Kiểm tra điều kiện độ võng:
250
11
3,927
1
5307.10.1,2
265.6,49
.
384
5
.
.
.
384
5
0
6
3
3
=<===
nJE
lq
l

f
x
f
tc
f
f
.
Vậy dầm phụ đã chọn thoả mãn điều kiện về cờng độ và biến dạng.
6/Tính dàn ngang:
a.Vẽ sơ đồ dàn ngang và xác định chiều dài của các thanh giàn:
Ta có sơ đồ tính toán nh hình vẽ trên, để tiện tính toán ta lập bảng
tính chiều dài hình học nh sau:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
12
q
1
q
2
q
3
q
4
q
5
0
1
2
3
4
5

6
7
8
W
1
W

2
W

2
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Kí hiệu
thanh dàn
01 08 12 18 23 27 28 34 36 37 45 46 56 67 78
Chiều dài
(cm)
175 188,5 175 70 200 140 188,5 200 244 244 50 140 148,7 400 188,5
b.Đ a tải trọng phân bố về tải trọng tập trung trên mắt giàn:
Tại các mắt dàn tơng ứng ta có các tải trọng tập trung;P
0
, P
1
, , P
7
.
Xác định cờng độ áp lực thuỷ tĩnh tại các mắt giàn : q
1
, q
2

,
q
n
= .L
f
.

n
1
i
h
, L
f
= 2,65 (m) là bề rộng tải trọng trên giàn ngang.
Tính hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh tại các mắt dàn(q
i
). Nếu biểu đồ áp lực
nớc trong phạm vi mỗi thanh giàn là hình thang thì ta phân biểu đồ thành 1
tam giác và một hình chữ nhật. Từ đó ta tính đợc tải trọng tập trung tác dụng
lên các mắt giàn(P
i
):
P
0
=
1
3
1
f=
;

P
1
=
621
3
1
2
1
3
2
fff ++
;

Ta lập bảng tính sau:
Mắt dàn 0 1 2 3 4 5 Tổng
h
i
(m)
1,25 3 5 7 7,5
q
ni
(KN/m
2
)
33,125 79,5 132,5 185,5 198,75
P
i
(KN) 4,93 58,28 153,2 265 215,3 48,6 745,31
Kiểm tra :

=
fi
LHP
2
1
2

= 1/2.10.7,5
2
.2,65 = 745,3 kN
=> Sai số cho phép < 5%
c.Tính nội lực trong thanh giàn ngang:
Giả thiết các thanh giàn liên kết khớp với nhau, ta dùng phơng pháp
tách mắt để xác định nội lực trong các thanh giàn. Kết quả tính toán đợc thể
hiện trong bảng.
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
13
Đồ án môn học KếT CấU THéP
R
A
= R
B
= 372,65 kN.
d.Chọn tiết diện thanh giàn:
Thanh cánh thợng ngoài chịu lực dọc còn chịu uốn cục bộ, tiến hành tính
toán nh một thanh chịu kéo (nén) lệch tâm, tiết diện dùng là tiết diện chữ I
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
Ký hiệu
thanh giàn
Nội lực

(kN)
Trạng thái
nội lực
Chiều dài
thanh (cm)
01 12,33 Chịu kéo 175
12 12,33 Chịu kéo 175
23 85,17 Chịu kéo 200
34 16,72 Chịu kéo 200
45 16,72 Chịu kéo 50
08 13,28 Chịu nén 188,5
87 91,74 Chịu nén 188,5
76 138,35 Chịu kéo 400
65 49,71 Chịu nén 148,7
18 58,28 Chịu nén 70
28 78,46 Chịu kéo 188,5
27 182,34 Chịu nén 140
37 272,69 Chịu nén 244
36 189,17 Chịu nén 244
46 215,3 Chịu nén 140
14
P
1
P
2
P
3
P
4
P

5
P
0
R
B
R
A
l
01
l
12
l
23
l
45
l
34
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Đồ án môn học KếT CấU THéP
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 chiều
dài tính toán lớn nhất.

*Chọn tiết diện của thanh chịu kéo trung tâm:
- Ta tính cho thanh chịu kéo lớn nhất là thanh 76, N
28
= 138,35(kN), l
76
=
400 cm
Diện tích yêu cầu của thanh chịu kéo: F
yc
=
R.
N

: hệ số giảm yếu tiết diện do liên kết, lấy = 1
R: cờng độ giới hạn, R = 1490 daN/cm
2
=> F
yc
=
3,9
1490.1
10.35,138
2
=
(cm
2
).
Ta có chiều dài tính toán của thanh bụng :
l
ox

= 0,8.l = 0,8.400 = 320(cm);
l
oy
= l = 400(cm).
=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 50ì5
- Các đặc trng hình học:
F
1
= 4,8 cm
2
; r
x1
= r
x2
= 1,53 cm ; J
x1
= 11,2 cm
4
=> F = 2.F
1
= 2.4,8 cm
2
= 9,6 cm
2
r
x
= r
x1
= 1,53 cm
Với = 8 mm , r

y
= 2,38 cm .
=> =
15,1441
6,9
10.35,136
2
==
th
F
N
(daN/cm
2
) < R = 1490(daN/cm
2
)

max
=
15,209)
38,2
400
;
53,1
320
max();max( ==
y
oy
x
ox

r
l
r
l
<
gh
= 400
- Vậy với thanh chịu kéo trung tâm ta thống nhất dùng tiết diện : 2L 50ì5
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
15
63
y
x
Đồ án môn học KếT CấU THéP
*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 = 272,69(kN) , l = 244(cm).
Giả thiết
gt
= 100 => = 0,60
Diện tích yêu cầu : F
yc
=
5,30
1490.60,0
10.69,272
.
2
==
R

N

(cm
2
).
Đối với thanh bụng :
gt
= 100 ữ 120.
l
x
= 0,8.l = 0,8.244 = 195,2(cm).
l
y
= l = 244(cm).
- Bán kính quán tính yêu cầu:
r
x
yc
=
952,1
100
2,195
==
gt
x
l

(cm);
r
y

yc
=
44,2
100
244
==
gt
y
l

(cm).
=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 90ì8
- Các đặc trng hình học:
F
1
= 13,9 cm
2
; r
x1
= r
x2
= 2,76 cm ; J
x1
= 106 cm
4
=> F = 2.F
1
= 2.13,9 cm
2
= 27,8 cm

2
r
x
= r
x1
= 2,76 cm, với = 8 mm => r
y
=4,01 cm .
- Kiểm tra tiết diện chọn:
9,980
8,27
100.69,272
===
th
F
N

(daN/cm
2
) < R= 1490(daN/cm
2
).

max
= max(
x
;
y
) = max(
01,4

244
;
76,2
2,195
) = max(70,7; 60,8) = 70,7
Tra bảng đợc
min
= 0,81.
=>
1211
8,27.81,0
100.69,272
.
min
===
F
N


daN/cm
2
< R= 1490 daN/cm
2

GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
16
70
y
x
Đồ án môn học KếT CấU THéP

max
= 70,7
gh
= 150
*Chọn tiết diện thanh chịu kéo lệch tâm:
Đối với thanh chịu kéo lệch tâm đều là thanh
cánh sát bản mặt, ta chỉ chọn một loại tiết diện.
Giả thiết chọn tiết diện chữ I gồm 2 thanh thép
góc C ghép lại : 2C N
o
=
18.
Ta có: F
1
= 20,7cm
2
; W
x1
= 121cm
3
=> F = 2.F
1
= 2.20,7 cm
2
= 41,4 cm
2
;
W
x

= 2.W
x1
= 2.121= 242 cm
3
.
Kiểm tra tiết diện chọn:
*
thth
W
M
F
N
+=
< R= 1490 daN/cm
2
.
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 q
tb
=
2
qq
1ii +
+
=> M = 0,8
8
l.q
2
tb
Kiểm tra cho các thanh, ta lập bảng sau:

Ký hiệu
thanh giàn
Chiều dài
thanh (cm)
Lực dọc
(kN)
Mômen
(kNm)

(daN/cm
2
)
01 175 12,33 5,1 188,0
12 175 12,33 17,2 409,4
23 200 85,17 42,4 1033,5
34 200 16,72 63,6 1197,4
45 50 16,72 4,8 117,9
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)
Trạng thái
nội lực
Chiều dài
thanh
(cm)
l
ox

(cm)
l
oy
(cm)
Tiết diện
thanh
01 12,33 Chịu kéo 175 175 175 2C
o
N
=
18
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
17
y
52
120
x
Đồ án môn học KếT CấU THéP
12 12,33
Chịu nén
175 175 175 2C
o
N
=
18
23 85,17 Chịu kéo 200 200 200 2C
o
N
=
18

34 16,72 Chịu kéo 200 200 200 2C
o
N
=
18
45 16,72 Chịu kéo 50 50 50 2C
o
N
=
18
08 13,28
Chịu nén
188,5 188,5 188,5
2L 90ì8
87 91,74
Chịu nén
188,5 188,5 188,5
2L 90ì8
76 138,35 Chịu kéo 400 400 400
2L 50ì5
65 49,71
Chịu nén
148,7 148,7 148,7
2L 90ì8
18 58,28
Chịu nén
70 56 70
2L 90ì8
28 78,46 Chịu kéo 188,5 150,8 188,5
2L 50ì5

27 182,34
Chịu nén
140 112 140 Dầm chính
37 272,69
Chịu nén
244 195,2 244
2L 90ì8
36 189,17
Chịu nén
244 195,2 244
2L 90ì8
46 215,3
Chịu nén
140 112 140 Dầm chính
7/Tính dầm chịu trọng l ợng:
Vì dầm chính có chiều cao thay đổi nên giàn chịu trọng lợng là một giàn
gãy khúc, nhng để tiện cho việc tính toán ta coi là giàn phẳng có nhịp tính
toán bằng nhịp tính toán của dầm chính.
a.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 m
2
F = L.H = 13,5.6,4 = 86,4 m
2

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

a. Xác định tải trọng tác dụng lên giàn ngang:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
18
0,5.P
m
R=2.P
m
P
m
P
m
P
m
0,5.P
m
R=2.P
m
L=10,6m
L
f
=2,65m
G
0
1
2
3
4
5
6
7

8
9
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Giàn chịu trọng lợng ở phía hạ lu cửa van và chịu một tải trong bằng
0,5G
Chia 0,5G cho các mắt giàn , mỗi mắt chịu một lực tập trung là :
P
m
=
21,55
4
7,411.5,0
4
G.5,0
B.
L
G.5,0
===
(kN)
b. Tìm nội lực trong các thanh giàn:
Ta dùng phơng pháp tách mắt để tính nội lực trong các thanh giàn.
Ký hiệu
thanh giàn
Chiều dài
thanh (cm)
Nội lực
(kN)
Trạng thái
nội lực
01 337,5 93,86

Chịu nén
12 337,5 125,22
Chịu nén
23 337,5 125,22
Chịu nén
34 337,5 93,86
Chịu nén
56 337,5 0
67 337,5 93,86 Chịu kéo
78 337,5 93,86 Chịu kéo
89 337,5 0
09 294 110,42
Chịu nén
18 294 82,82
Chịu nén
27 294 55,21
Chịu nén
36 294 82,82
Chịu nén
45 294 110,42
Chịu nén
08 447,6 125,49 Chịu kéo
17 447,6 41,79 Chịu kéo
37 447,6 41,79 Chịu kéo
46 447,6 125,49 Chịu kéo
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 60ì6).
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.
Diện tích yêu cầu : F
yc
=
14
1490.60,0
10.49,125
R.
N
2
==

cm
2
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
19
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Đối với thanh bụng :
gt
= 100 ữ 120, l
x
= 0,8.l = 0,8.447,6 = 358 cm.
l
y
= l = 447,6 cm.
Bán kính quán tính yêu cầu: r
x
yc

=
58,3
100
358
l
gt
x
==

cm.
r
y
yc
=
48,4
100
6,447
l
gt
y
==

cm.
=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 90ì8
Các đặc trng hình học : F
1
= 13,9 cm
2
; r
x1

= r
x2
= 2,76 cm ; J
x1
= 106 cm
4
=> F = 2.F
1
= 2.13,9 cm
2
= 27,8 cm
2
r
x
= r
x1
= 2,76 cm, với = 8 mm => r
y
= 4,01 cm .
Kiểm tra tiết diện chọn:
*
4,451
8,27
100.49,125
F
N
th
===
daN/cm
2

< R= 1490 daN/cm
2


max
= max(
x
;
y
) = max(
01,4
6,447
;
76,2
358
) = max(130 ; 119) = 130.
Tra bảng đợc
min
= 0,4.
=>
5,1128
8,27.4,0
100.49,125
F.
N
min
==

=
daN/cm

2
< R= 1490
daN/cm
2


max
= 130
gh
= 150
Vậy tiết diện chọn là hợp lý.
c. Chọn tiết diện cho thanh đứng của giàn chịu trọng l ợng:
d. Thanh đứng của giàn chịu trọng lợng bản thân cũng là thanh cánh hạ
của giàn ngang nên ứng suất trong thanh bằng tổng ứng suất do áp
lực thuỷ tĩnh và do trọng lợng bản thân sinh ra.
=
n
+
bt
R
Trong phần tính giàn ngang, ta chọn tiết diện thanh là 2L 63ì6: F =
14,56 cm
2

GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
20
Đồ án môn học KếT CấU THéP

n
=

351,65
56,14
10.2,51
F
N
2
th
==
daN/cm
2


bt
=
,38758
56,14
10.42,110
F
N
2
th
max
bt
==
daN/cm
2
=> = 351,65 + 758,38 = 1110 daN/cm
2
Vậy thanh đứng không bị phá hoại về mặt cờng độ.
4. Tính trụ biên:

Trụ biên chịu kéo đồng thời chịu uốn nên đợc tính nh thanh kéo lệch tâm.
Chọn tiết diện chữ I, chiều cao bản bụng trụ biên lấy bằng chiều cao bản bụng
dầm chính tại đầu dầm, chiều lấy bằng chiều dày bản bụng dầm chính. Bề
rộng bản cánh chọn đủ để bố trí bánh xe chịu lực, thờng chọn b
c
= 400 cm.
Chiều dày bản cánh bằng chiều dày bản cánh dầm chính. Đờng hàn liên kết
bản cánh và bản bụng lấy bằng 6 mm.
Kích thớc tiết diện chọn:
b
c
= 40 cm.
h
b
= 74,4 cm.

b
= 1 cm.

c
= 2,8 cm.
Các đặc trng hình học của tiết diện:
F = 2.b
c
.
c
+ h
b
.
b

= 2.40.2,8 + 74,4.1 = 298,4 cm
2
J
x
=
368216,6
12
4,74.39
12
80.40
12
h).b(
12
h.b
33
3
bbc
3
c
==


cm
4
=> W
x
=
9205,4
2/h
J

x
=
cm
3

* Xác định tải trọng tác dụng lên trụ biên: tải trọng tác dụng nh hình vẽ.
P
i
: áp lực do dầm phụ truyền tới.
P
i
= q
i
.B/2 =
2
aa
dt
+
..h
i
.B/2.
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
21
T
y
x
400
800
Đồ án môn học KếT CấU THéP
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3

22
B
b
i
a
t
a
d
.h
i
0,64m
0,66m
1,1 m
0,9 m
0,76m
P
2
Q
1
P
4
Q
2
P
6
P
0
R
2
=822,065

kN
R
1
=781,82 kN
P
1
P
5
P
3
0,9 m
0,85m
0,69m
G/2
54,1
14 kNm
13,7
11,1
M
Đồ án môn học KếT CấU THéP
xác định tải trọng do dầm phụ truyền lên
i a
t
(cm) a
d
(cm) q
i
(daN/cm) P
i
(daN)

0 0 0
1 100 90 9,26 1563,05
2 90 90 17,10 2885,63
3 85 76 29,20 4927,73
4 76 69 31,85 5373,95
5 69 64 33,83 5709,13
6 66 0 10,02 1690,12
Q
i
: áp lực do dầm chính truyền đến chính bằng phản lực gối tựa hai đầu
dầm chính.
Q
1
= Q
2
= q.L/2 = 102,4.13,5/2 = 691,2 kN = 69120 daN
G: trọng lợng bản thân: trọng lợng cửa van tính theo công thức gần
đúng
G = 0,55.F
bm
bm
F
= 656,28 (kN)
Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là N = 0,5.G = 328,14 kN
Mômen lớn nhất là tại khớp 1 : M
max
= P
1
.0,9 + P
2

.1,8 = 54,1054
kNm
* Kiểm tra điều kiện cờng độ:
=
76,127
4,9205
541054
4,298
100.085,205
W
M
F
N
x
max
=+=+
< R = 1490 daN/cm
2

5. Bộ phận gối đỡ.
Bánh xe chịu lực bố trí ở phía sau trụ biên, mỗi trụ biên lắp 2 bánh xe
chịu lực. Do hai dầm chính đợc bố trí cách đều tổng áp lực nớc nên ta bố trí
bánh xe nằm ngay sau dầm chính, nh vậy hai bánh xe chịu lực đều nhau, trụ
biên chịu mô men uốn nhỏ.
a. Tính bề rộng và đ ờng kính bánh xe:
Tỷ số giữa bề rộng và đờng kính bánh xe vào khoảng từ 3ữ5. Bánh xe đ-
ợc chế tạo từ thép đúc CT35d. ứng suất cho phép : [] = 1500 daN/cm
2

GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
23
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Chọn bề rộng bánh xe L
x
= 150 mm
Đờng kính bánh xe D
x
= 600 mm
*Kiểm tra :
=
][
D.L
P
xx
max
x

P
x
: lực tác dụng vào bánh xe chính bằng phản lực tại hai gối tựa
của trụ biên, P
x
max
= R
2
= 822,065 kN
=> =
34,91
10.600.150

10.065,822
2
2
=

daN/cm
2
< [] = 1500 daN/cm
2
b. Tính toán kích th ớc của trục và ống bọc trục:
ống bọc trục làm bằng đồng có []
cbt
= 250 daN/cm
2
. 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
cho phép của thép CT5: [] = 1200 daN/cm
2

[]
cbt
= 950 daN/cm
2
[] = 750 daN/cm
2
*Kiểm tra ứng suất cục bộ do tiếp xúc giữa trục và ống bọc trục:
=
21,219

10.250.150
10.065,822
c.d
P
2
2
x
==

daN/cm
2
< []
cbt
= 250
daN/cm
2

*Kiểm tra ứng suất ép cục bộ do tiếp xúc giữa trục và các bản thép gối
tựa của trục ở hai đầu trục.
Bề dày của bản 2 thép cố định đầu trục = 20 mm
=
685
10.40.150.2
10.065,822
).2.(d.2
P
.d
2/P
2
2

xx
==

=



daN/cm
2
< []
cbt
= 950
daN/cm
2

GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
24
Đồ án môn học KếT CấU THéP
*Kiểm tra ứng suất của trục :
q = P
x
/c = 822,065/0,25 = 3288 kN/m.
Q
max
= P
x
/2 = 411,032 kN
M
max
=

38
2
10.125.q
10.155.
2
P
62
3
x
=


kNm.
_ ứng suất pháp:
=
==
3
4
3
15.1,0
10.38
d.1,0
M
1126 < [] = 1200 daN/cm
2
_ ứng suất tiếp:
=
310
15.7854,0
10.03,411

.
3
4
d.7854,0
Q
.
3
4
2
2
2
==
daN/cm
2
< [] = 750
daN/cm
2
.
c. Bánh xe ng ợc h ớng và bánh xe bên:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
25
30
30
c/2=125
c/2
20
L = 330
q=P
x
/c

P
x
/2=411,03 kN
M
max
= 38 kN