Tính toán kết cấu thép

TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP
I_ KHÁI NIỆM:
Trong các máy trục kết cấu kim loại chiếm một phần kim loại rất lớn. Khối lượng kim loại
dùng cho kết cấu kim loại chiếm 60%80% khối lượng kim loại toàn bộ máy trục, có khi còn
hơn nữa. Vì thế việc chọn kim loại thích hợp cho kết cấu kim loại để sử dụng một cách kinh
tế nhất là rất quan trọng.
Kết cấu kim loại của máy trục gồm các thép tấm và thép góc nối với nhau bằng hàn hay
đinh tán. Vì mối ghép hàn gia công nhanh và rẻ nên được dùng rộng rãi hơn.
Các loại thép góc và thép tấm dùng cho kết cấu kim loại máy trục có thể được chế tạo bằng
thép cácbon, thép kết cấu hợp kim thấp hay hay bằng hợp kim nhôm.
II_ CÁC THÔNG SỐ KỸTHUẬT CƠ BẢN
Các thông số kỹ thuật của máy được chọn làm thiết kế như sau:
Sức nâng : Q = 3 (T)
Tầm với cần trục : R = 4 ÷ 18 (m)
Chiều cao nâng tối đa : H = 31 (m)
Chiều cao nâng tối thiểu : H = 21 (m)
Vận tốc nâng hàng : V
n
= 20 (m/ph)
Vận tốc quay : V
q
= 0.8 (v/ph)
Vận tốc di chuyển của cần trục : V
c
= 20 (m/ph)
Trọng lượng toàn bộ cần trục : G= 26 (T)
Dẫn động cần trục : điện
Trọng lượng đối trọng : G
đt
=11 (T)

Trong quá trình tính toán, thiết kế cần trục tháp, kết cấu tháp là thành phần chòu lực lớn
nhất chủ yếu khi thiết kế và cần phải đảm bảo các điều kiện sau:
Kết cấu đủ bền và ổn đònh.
Hình dáng phân bố hợp lý để giảm nhẹ trọng lượng cần trục.
Cụ thể ở cần trục tháp phục vụ trong các công trình xây dựng, khi thiết kế phải đảm bảo
tính bền vững và an toàn. Do cần trục tháp phần lớn làm việc ở ngoài trời và chiều cao nâng
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
1
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
rất lớn nên rất cần thiết phải tính toán hình dáng kết cấu để giảm bớt trọng lượng, giảm
moment mất cân bằng do trọng lượng cần giảm khoảng không chắn gió, tính ổn đònh cao khi
hoạt động. Do vậy việc chọn kết cấu dàn là hợp lý. Để liên kết các thanh dàn sử dụng các
thép đònh hình hàn lại với nhau, hàn trực tiếp, dùng bản mã và có thể dùng một số mối ghép
đinh tán tại một số vò trí hợp lý.
III_ VẬT LIỆU:
Kết cấu dàn của cần trục tháp được làm từ thép cácbon trung bình, loại thép CT3 có các cơ
tính cơ bản sau:
_ Môđun đàn hồi: E = 2,1.10
6
KG/cm
2
.
_ Môđun đàn hồi trượt: G = 0,84.10
6
KG/cm
2
.
_ Giới hạn chảy: 
ch
= (24002800) KG/cm

2
.
_ Giới hạn bền: 
b
= (38004700) KG/cm
2
.
_ Độ giãn dài khi đứt: ε = 21%.
_ Khối lượng riêng: γ = 7,83 T/m
3
.
_ Giới hạn bền: σ
b
= (38004200) KG/cm
2
.
_ Độ dai va đập: a
k
= 70 J/cm
2
.
IV_HÌNH THỨC KẾT CẤU:
Cần trục bánh lốp là loại cần trục quay thay đổi tầm với bằng cách nâng hạ cần. Cần là một
dàn có trục thẳng với tiết diện thay đổi theo chiều dài cần. Phần dưới của cần đặt trên bản
lề cố đònh trên phần quay của kết cấu kim loại, đầu trên nối với palăng thay đổi tầm với. Vì
thế cần được xem như một thanh đặt trên hai khớp bản lề.
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
2
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
Các cần thẳng dùng trong trường hợp khi dây cáp dùng để nâng hạ cần nối ở đầu cần.

Các cần này có ưu điểm là nhẹ hơn và kết cấu đơn giản hơn. Tuy nhiên nó không cho phép
nâng vật nặng lên cao ở tầm với nhỏ nhất như là cần có trục gãy.
Đối với các cần trục có trọng tải lớn cần được chế tạo kiểu dàn với tiết diện ngang tứ giác.
Thanh biên của các tứ giác đó được làm bằng thép góc. Để giảm nhẹ trọng lượng, các cần
được chế tạo theo kiểu dàn có độ cứng thay đổi.
Các thông số cơ bản của kết cấu thép cần:
_ Chiều dài cần: l = 19 m.
_ Chiều cao tiết diện cần ở giữa chiều dài chọn phụ thuộc vào chiều dài cần l và thường lấy
trong khoảng:

mlh 95.06.0)
30
1
20
1
(
÷=×÷=
Chọn h=0.8 m
_ Chiều rộng tiết diện cần ở giữa chiều dài lấy trong khoảng:
b = (11,5)h = 0.8 1.2 m Chọn b = 1m.
 Chọn loại tiết diện dàn:
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
3
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
Chọn tiết diện thanh căn cứ vào điều kiện bền và ổn đònh của các thanh:
_ Ở các thanh chòu kéo thì hình dạng tiết diện không ảnh hưởng đến độ bền của chúng, hình
dạng tiết diện đó chọn theo kết cấu thực tế đảm bảo cho sự liên kết của các thanh chòu kéo
này với các cấu kiện khác của dàn theo nguyên tắc đã được tiêu chuẩn hóa về hình dạng
được sử dụng trong dàn.
_ Ở các thanh chòu nén của dàn, ngoài việc bảo đảm sự phù hợp về kết cấu theo chỉ đònh

thiết kế thì hình dạng của tiết diện còn phải chú ý đến điều kiện ổn đònh của thanh để
chống sự uốn dọc làm mất ổn đònh của thanh.
_ Cần cơ bản của cần trục tháp quay,sức nâng 3 tấn gồm 4 đoạn ghép với nhau:2 đoạn giữa
mỗi đoạn dài 6m,đoạn đầu có khớp bản lề dài 4 m,đoạn kia có gắn puly dài3 m.Giao điểm
của các thanh trong dàn gọi là mắt,khoảng cách giữa các mắt thuộc cùng một đường biên
gọi là đốt. Thanh tạo thành chu vi phía trên gọi là thanh biên trên, ở phía dưới gọi là thanh
biên dưới. Ngoài ra còn có các thanh giằng chéo.
V_ CÁC TRƯỜNG HP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HP TẢI TRỌNG:
_ Khi máy trục làm việc nó chòu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu: tải
trọng cố đònh, tải trọng không di động, tải trọng quán tính theo phương thẳng đứng hay nằm
ngang, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàng trên cáp,….
_ Khi tính thiết kế kết cấu kim loại máy trục của cần trục người ta tính toán theo 3 trường
hợp sau:
5.1. Trường hợp tải trọng I:
Các tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên máy trục ở trạng thái làm việc bình thường. Dùng để
tính toán kết cấu kim loại theo độ bền lâu. Các tải trọng thay đổi được tính quy đổi thành tải
trọng tương đương.
5.2. Trường hợp tải trọng II:
Các tải trọng lớn nhất phát sinh khi máy trục làm việc ở chế độ chòu tải nặng nề. Dùng để
tính toán kết cấu kim loại theo điều kiện bền và điều kiện ổn đònh.
5.3. Trường hợp tải trọng III:
Máy trục không làm việc nhưng chòu tác dụng của các tải trọng phát sinh lớn nhất ví dụ:
trọng lượng bản thân, trọng lượng gió (bão), trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo
độ, bền độ ổn đònh.
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
4
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên máy trục và
chia ra thành các tổ hợp tải trọng sau:
_ Tổ hợp Ia, IIa: tương ứng với trạng thái cần trục làm việc, cần trục đứng yên chỉ có một cơ

cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng, khởi động một
cách từ từ tính cho Ia; khởi động (hãm) một cách đột ngột tính cho tổ hợp IIa.
_ Tổ hợp Ib, IIb: máy trục di chuyển có mang hàng đồng thời lại có thêm một cơ cấu khác
đang hoạt động (di chuyển xe con, di chuyển xe tời, quay, thay đổi tầm với), tiến hành khởi
động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp Ib; độ ngột IIb.
 Kết cấu kim loại của cần chòu tải trọng nặng nề nhất tương đương với tập hợp tải trọng
IIa. Khi cần trục đứng yên tiến hành nâng hàng từ mặt nền ở vò trí bất lợi nhất và tiến hành
hãm hàng khi nâng phối hợp với chuyển động quay (các tải trọng tính gồm có: tải trọng
không di động tính + tải trọng tạm thời tính khi treo trọng tải lớn nhất ở tầm với lớn nhất +
lực quán tính ngang + tải trọng gió ở trạng thái làm việc). Do đó ta sử dụng trường hợp tải
trọng IIa để tính kết cấu kim loại của cần.
VI_ TẢI TRỌNG TÍNH:
1_Các tải trọng tính toán :
Khi tính toán cần trục tháp,người ta thương tính toán theo phương pháp trạng thái tới hạn về
độ bền và tính ổn đònh của chúng, không tính đến độ bền mỏi của chúng bởi vì cần trục tháp
thường làm việc ở chế độ nhẹ và trung bình. Khi tính kết cấu kim loại cần của cần trục cần
biết tất cả các loại tải trọng tác dụng lên nó như: tải trọng không di động, tải trọng tạm thời,
lực quán tính, tải trọng gió, đồng thời lực trong dây cáp treo vật và dây cáp treo cần.
Bảng tổ hợp tải trọng
Các dạng tải trọng Tổ hợp tải trọng
II
a
II
b
II
c
II
d
III
a

III
b
Trọng lượng bản thân các 1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.1G 1.5G
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
5
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
bộ phận
Trọng lượng hàng(không kể
tới móc treo)
n
2
Q n
2
Q n
2
Q n
2
Q - -
Tải trọng
quán tính khi
cơ cấu làm
việc
Nâng hoặc
hạ
+ + + + - -
Quay có
hàng
- + - + - -
Lực ngang do
nghiêng cần

trục
Trong mp
treo hàng
- - + + + -
Vuông góc
với mp treo
hàng

+ - - - - -
p lực gió P
g
nP
gII
- nP
gII
nP
gII
nP
gII
nP
gII
Tải trọng lắp ráp và vận
chuyển
- - - - - +
_Các tải trọng tác dụng lên cần trục xác đònh đối với tất cả các trạng thái có thể diễn ra của
cần trục như :trạng thái không làm việc,ký hiệu III
a
;trạng thái không làm việc đang tiến
hành lắp ráp,ký hiệu III
b

và trạng thái làm việc ký hiệu II ù
_Chú thích:
_Các tố hợp tải trọng qui ước dùng cho các bộ phận của kết cấu thép như sau:II
a
,II
b
,II
c
tính
cho các thanh biên của cần,cột tháp,bệ quay;II
c
tính cho các thanh bụng của cần;II
d
tính cho
các thanh bụng của tháp.
_Dấu + chỉ tải trọng có để ý đến và dấu – chỉ tải trọng không cần để ý.
_Chiều của áp lực gió P
g
lấy tương tự như chiều của áp lực ngang sinh ra do cần trục bò
nghiêng.
⇒
Trong trường hợp tính toán kết cấu thép của cần ta chỉ cần tính đến các trường hợp tải
trọng :II
a
,II
c.
_Tổ hợp II
a
:
Tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân,tải trọng này xác đònh theo hình vẽ kết

cấu,xuất phát từ việc so sánh với kết cấu tương tự đã có,cũng có thể có thể xác đònh gân
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
6
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
đúng theo công thức kinh nghiệm hoặc bằng đồ thò.Ở đây,ta có trọng lượng bản thân của
cần tính theo đơn vò chiều dài đối với loại có sức nâng Q= (3
÷
15) tấn là (0,2
÷
0,4) T/m.
⇒
Trọng lượng cần :G
bt
= 5 tấn
_Tải trọng tính toán do trọng lượng bản thân:
+Trọng lượng kết cấu thép cần: G = n
1.
G
bt
= 1,1.5 = 5,5 (T)
+Tải trọng phân bố kết cấu thép :q = n
1
.q
bt
= n
1
.
5
1,1. 0,29
19

bt
G
L
= =
(T/m)
Trong đó : n
1
= 1,1 :hệ số vượt tải
G
bt
, q
bt
:trọng lượng bản thân của kết cấu thép
+Tải trọng tính toán của trọng lượng bản thân bộ phận mang hàng:
Q
m
= 1,1.Q
bt
= 1,1.500 = 550 (kG) = 0,55 (T)
với Q
bt
:trọng lượng bản thân bộ phận mang hàng.
-Tải trọng tính toán do trọng lượng hàng:
Ta có : Q = n
2
.Q
H
trong đó: n
2
:hệ số vượt tải(tra bảng 6.1 trang 305 sách KCKLMT ở chế độ làm việc

trung bình n
2
= 1,2)
⇒
Q = 1,2.Q
H
+ Ở tầm với R
max
thì Q
H
= 1 (T):
⇒
Q = 1,2.1 = 1,2 (T)
+ Ở tầm với R
tb
thì Q
H
= 2 (T):
⇒
Q = 1,2.2 = 2,4 (T)
+ Ở tầm với R
min
thì Q
H
= 3 (T):
⇒
Q = 1,2.3 = 3,6 (T)
_Tải trọng động quán tính tách ra khi tăng hoặc giảm tốc độ trong thời gian hạ hàn hoặc
phanh các cơ cấu cũng như do sự va đập, va chạm lớn ở chỗ nối ray hoặc trong cơ cấu
chuyển động do khe hở của cặp lắp ghép tăng lên vì mài mòn trong quá trình làm việc. Các

tải trọng này gây ra trên các bộ phận của cần trục, ứng suất biến đổi trong một giới hạn
rộng và vượt quá giá trò ứng dụng. Do đó, người ta không áp dụng phương pháp thông
thường là xét đến đặc điểm động lực của tải trọng thẳng đứng bằng cách nhân tải trọng tính
với hệ số động.
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
7
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
_Khi tính toán cần trục tháp ở trạng thái làm việc người ta đề cập trực tiếp đến tải trọng
quán tính trong thời gian nâng hoặc hạ hàng P
o
và khi quay cần trục có hàng P
q
. Tải trọng
quán tính P
qt
tác dụng tại điểm tính toán bằng:
P
qt
= m.
γ
m:khối lượng từng phần của cần trục qui về điểm tính toán

γ
:gia tốc dài tính toán tại điểm này
_Trong trường hợp tính toán tổ hợp II
a
ta chỉ quan tâm đến tải trọng quán tính khi nâng hoặc
hạ hàng. Tải trọng quán tính này xuất hiện do sự dao động của khối lượng cần trục và hàng,
bao gồm:
+Tải trọng nằm ngang do các phần dao động của cần trục mà khối lượng của chúng được

quy đổi về đuôi cần m
1
:
P
10
= m
1
.
γ

với m
1
= m
c
trong đó: m
c
:trọng lượng cần
k :hệ số qui đổi (k = 0,8 )

⇒
m
1
= 5,5.0,8 = 4,4 (T)

γ
:gia tốc tính toán của khối lựợng bất kỳ nào,được xác đònh:
γ
=
ε
.R

R:khỏng cách từ m
1
đến trục quay (R=0,8)

ε
:gia tốc góc tính toán của cần trục,theo bảng 1.11 sách Máy Xếp Dở Cảng thì thời gian
khởi động (hãm) các cơ cấu máy trục, đối với cơ cấu quay:

3 8t = ÷
(s) chọ t = 4 (s)
v
t
= v
o
+at
⇒
a =
0
0,8
0,0034( / )
4.60
t
v v
v s
t
−
= =
⇒
2
2 . 0,021( / )a rad s

ε π
= =
⇒
2
0,021.0,8 0,0168( / )m s
γ
= =
⇒
10
0,0168.4400 73,92( )P kG= =
+Tải trọng thẳng đứng do các phần dao động của cần trục quy đổi về đầu cần m
2
và do
hàng, móc cần qui m
3
:
P
20
= m
2
.
γ
và P
10
= m
3
.
γ

tầm với R

max
,Q
H
= 1,2 (T):
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
8
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
⇒
max
.( ) 0,021.18,8 0,3948( / )R R m s
γ ε
= + = =
và m
2
= 4400 (kG); m
3
= 1750 (kG)
⇒
P
20
= 0,3948.4400 = 1737,12 (kG)
P
30
= 0,3948.1750 = 690,9 (kG)
tầm với R
tb
,Q
H
= 2,4 (T):
⇒

.( ) 0,021.10,8 0,2268( / )
tb
R R m s
γ ε
= + = =
và m
2
= 4400 (kG); m
3
= 2950 (kG)
⇒
P
20
= 0,2268.4400 = 997,92 (kG)
P
30
= 0,2268.2950 = 669,06 (kG)
tầm với R
min
,Q
H
= 3,6 (T):
⇒
max
.( ) 0,021.4,8 0,1008( / )R R m s
γ ε
= + = =
và m
2
= 4400 (kG); m

3
= 4150 (kG)
⇒
P
20
= 0,1008.4400 = 443,52 (kG)
P
30
= 0,1008.4150 = 418,32 (kG)
_Các lực ngang do nghiêng cần trục:
-Các thành phần lực nằm ngang của tất cả các tải trọng sinh ra do sự nghiêng của cần trục
và khi đặt đường ray hoặc chế tạo cần trục không chính xác tạo ra, cũng như do sự biến
dạng đàn hồi của mặt đường và kết cấu cần trục. Tất cả các thành phần lực ngang này được
tính theo công thức, trong đó không kể đến hệ số vượt tải.
+Lực ngang do trọng lượng bản thân cần P
n
= G.i
+Lực ngang do hàng cộng với móc treo P
n
= Q.i
Với: G: Trọng lượng tính toán cho trọng lượng bản thân cần.
Q: Tải trọng tính toán do trọng lượng vật với thiết bò mang vật.
+Lực ngang do trọng lượng bản thân cần.
+Lực ngang do trọng lượng vật nâng và bộ phận mang vật.
+độ nghiêng lớn nhất có thể có của cần trục :
50
i
B
=
(B:chiều rộng bánh xe của cần trục,tra

máy mẫu B = 3200 mm ).
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
9
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
(Q+Q
m
)
P
nc
q
x
y
q
nc
+lực ngang do trọng lượng bản thân cần :
50
5500. 85,9( )
3200
nc
P kG= =
.
+lực ngang do trọng lượng vật nâng và bộ phận mang vật :
tầm với R
max
,Q
H
= 1,2 (T):
50
1750. 27,3( )
3200

nh
P kG= =
tầm với R
tb
,Q
H
= 2,4 (T):
50
2950. 46,1( )
3200
nh
P kG= =
tầm với R
min
,Q
H
= 3,6 (T):
50
4150. 64,8( )
3200
nh
P kG= =
_Tải trọng gió:
-Tải trọng gió tác dụng lên cần trục trong trạng thái làm việc, tải trọng này được đề cập tới
khi tính toán kết cấu thép, cơ cấu quay, công suất động cơ và độ ổn đònh của cần trục. Hệ số
vượt tải lấy bằng 1.
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
10
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
-Chiều của áp lực gió lấy tương tự như chiều của lực ngang sinh ra do cần trục bò nghiêng.

Tức là tải trọng gió tác dụng trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng treo hàng.
*Tải trọng gió phân bố lên hàng:
0
. .
h H
q c k
ω
=
trong đó:
q
o
=15 kG/m
2
: không phụ thuộc vào khu vực đặt cần trục.
c = 1,2: trong trường hợp đường bao của hàng không tìm được.
k
H
: hệ số xét đến sự tăng áp lực gió theo độ cao tính từ mặt đất. Theo bảng 6.2 tính toán cấu
kết thép k
H
= 1,5.
⇒
2
15.1, 2.1,5 27( / )
h
kG m
ω
= =
+Tải trọng gió toàn bộ tác dụng lên các bộ phận của cần trục (hoặc hàng) ở khu vực độ cao
đã cho: P

g
=
.
h
F
ω
trong đó:
h
ω
:tải trọng phân bố của gió (kG/m
2
).
F: diện tích chắn gió của các bộ phận cần trục hoặc của hàng (m
2
). Do đó F có thể
lấy theo thực tế hay theo số liệu thống kê, nếu không có các số liệu này thì ta có thể lấy
theo trọng lượng hàng. Theo bảng 4.2 trang 89 sách KCKLMT thì:
R
max
,Q = 1,2 (T):F = 2,8 m
2
⇒
P
g
= 27.2,8 = 75,6 (kG)
R
tb
,Q = 2,4(T):F = 4m
2
⇒

P
g
= 27.4 = 108 (kG)
R
min
,Q = 3,6 (T):F = 5,6m
2
⇒
P
g
= 27.5,6 = 151,2 (kG)
Suy ra tải trọng gió tính toán tác dụng lên hàng:
P
gII
= n.P
gh
(với n:hệ số hiệu chỉnh áp lực gió,tra theo bảng4.5 trang91 sách KCKLMT n =
1,5):
R
max
:P
gII
= 1,5.75,6 = 113,4 (kG)
R
tb
:P
gII
= 1,5.108 = 162 (kG)
R
max

:P
gII
= 1,5.151,2 = 226,8 (kG)
*Tải trọng gió phân bố tác dụng lên diện tích chắn gió của kết cấu kim loại cần của cần
trục tháp:
0
. . . .
c
q n c
ω β γ
=
trong đó: q
o
: áp lực gió trung bình ở trạng thái làm việc (qo=25kG/m
2
tra bảng 4.4 trang 90
KCKLMT)
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
11
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
n: hệ số điều chính áp lực gió tính đến sự tăng áp lực gió theo chiều cao (tra bảng
4.5 trang 89 sách KCKLMT ).
c: hệ số khí động học của kết cấu (tra bảng 4.6 trang 89 sách KCKLMT c = 0.6).

β
: hệ số kể tới tác dụng động của gió, trong thực nghiệm tính kết cấu đối với cần
trục tháp, hệ số
β
phụ thuộc vào chiều cao, chu kỳ giao động riêng (theo bảng 4.10 trang
92 sách KCKLMT

β
=1,65 ).

γ
: hệ số vượt tải phụ thuộc vào phương pháp tính toán, với phương pháp trạng thái
giới hạn
γ
=1,1.
+Tải trọng gió tác dụng lên cần:
.
gII c
P F
ω
=
trong đó: F: diện tích chắn gió của kết cấu,với
.
c b
F k F=
k
c
: hệ số đôï kín của kết cấu (tra bảng 4.3 trang 90 sách KCKLMT k
c
= 0,3)
F
b
: diện tích hình bao của kết cấu.
3 m
4 m
19 m

2
2
1 1
.4 .3 12 15,5( )
2 2
0,3.15,5 4,65( )
40,8.4,65 189,72( )
b
gII
F m
F m
P kG
= + + =
⇒ = =
⇒ = =

Bảng thống kê các lực tác dụng
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
12
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
Đại lượng Đơn vò R
max
R
tb
R
min
Trọng lượng tính toán cần kG 5500 5500 5500
Trọng lượng tính toán hàng kG 1200 2400 3600
Trọng lượng tính toán bộ phận mang vật kG 550 550 550
Tải trọng quán tính khi cơ cấu nâng làm

việc
P
10
kG 73,92 73,92 73,92
P
20
kG 1737,12 997,92 443,52
P
30
kG 690,9 669,06 418,32
Lực ngang do nghiêng cần trục(vuông
góc với mặt phẳng treo hàng)
Do cần kG 85,9 85,9 85,9
Do vật kG 27,3 46,1 64,8
p lực gió tác dụng lên các bộ phận khi
cần trục làm việc
Lên cần kG 189,72 189,72 189,72
Lên vật kG 113,4 162 226,8

_Tổ hợp II
c
Dựa vào bảng tổ hợp tải trọng đã có, đối với tổ hợp II
c
ta chỉ cần quan tâm đến các dạng tải
trọng sau:
-Trọng lượng bản thân các bộ phận: được xác đònh như tổ hợp II
a
.
-Trọng lượng hàng (không kể đến cơ cấu ngang hàng): xác đònh giống như tổ hợp II
a

.
-Tải trọng quán tính khi các cơ cấu làm việc, chỉ quan tâm đến trường hợp nâng và hạ hàng:
xác đònh giống như tổ hợp II
a
.
-Lực ngang do nghiêng cần trục: trong trường hợp này ta chỉ quan tâm đến lực ngang trong
mặt phẳng treo hàng.
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
13
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
(Q+Q
m
)
P
nc
q
nc
q
x
y
z
Sơ đồ biểu diễn tải trọng ngang và tải trọng do trọng lượng vật
⇒
Các giá trò của lực ngang được xác đònh như trường hợp của lực II
a
nhưng chỉ có mặt
phẳng tác dụng là thay đổi so với II
a
. Tức là lực ngang do kết cấu thép cần trục gây ra có
chiều như hình vẽ, giá trò được xác đònh bằng:P

nc
= 85,9 (kG)
+ Lực ngang của hàng và các bộ phận mang hàng cũng có giá trò như tổ hợp II
a
, chiều như
hình vẽ:
R
max
:P
nh
= 27,3 (kG)
R
tb
:P
nh
= 46,1 (kG)
R
max
:P
nh
= 64,8 (kG)
-Tải trọng gió tác dụng lên hàng và cần có giá trò giống như tổ hợp II
a
và phương nằm trong
mặt phẳng treo hàng. Vì theo qui ước chiều của áp lực gió P
g
lấy tương tự như chiều của lực
ngang sinh ra do cần trục bò nghiêng, mà trong tổ hợp II
c
lực ngang do nghiêng cần trục nằm

trong mặt phẳng treo hàng
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
14
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
(Q+Q
m
)
P
gc
q
nc
q
x
y
z
Sơ đồ biểu diễn tải trọng gió và trọng lượng bản thân cần, vật nâng
+lực gió tác dụng lên cần : P
gc
= 189,72 (kG/m
2
)
+lực gió tác dụng lên vật :
R
max
:P
gv
= 113,4 (kG)
R
tb
:P

gv
= 162 (kG)
R
min
:P
gv
= 226,8 (kG)
Bảng giá trò các đại lượng tính cho tổ hợp II
c
giống như tổ hợp II
a
2_Xác đònh lực căng của cáp treo hàng:
Do đặc điểm của hệ Palăng mà lực căng của cáp treo hàng chỉ phụ thuộc vào trọng lượng
vật nâng và hiệu suất puly. Do đó, lực căng của cáp treo hàng được xác đònh:

h
v
P
S
η
=
trong đó:
P
h
: tải trọng tính toán của hàng và bộ phận mang hàng.

η
: hiệu suất của một puly (
η
=0,98)

SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
15
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
e: số puly dẫn hướng (e=2)
tầm với R
max
:
2
1750
1822,15( )
0.98
v
S kG= =
tầm với R
tb
:
2
2950
3071.6( )
0.98
v
S kG= =
tầm với R
min
:
2
4150
4321,1( )
0.98
v

S kG= =
3_Lực cản của dây cáp xuống cần:
- Tổ hợp II
a
: trong mặt phẳng nâng cần gồm có:
+Trọng lượng tính toán của hàng :Q
h
+Trọng lượng tính toán của vật mang hàng : Q
m
+Lực căng dây cáp nâng vật : S
v
+Lực căng dây cáp nâng cần : S
c
+Trọng lượng do cần : G
c
+Các lực quán tính qui đổi : P
10
, P
20
, P
30
(Q
h
+Q
m
)
P
30
G
c

P
20
P
10
y
B
x
B
S
c
S
v
B
A
x
z
y
Sơ đồ biểu diễn các lực tác dụng lên cần trục
-Dựa vào sơ đồ phân tích lực như hình vẽ, ta lấy tổng Moment tại B:
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
16
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
20 30
20 30
0 . .sin . .sin . .cos ( ). .cos 0
2
. .cos ( ). .cos . .sin
2
.sin
B c v c h m

c h v
c
l
M S l S l G P P Q Q l
l
G P P Q Qm l S l
S
l
α α β β
β β α
α
= ⇔ + − − + + + =
+ + + + −
⇒ =
∑
R
max
:
β
= 18
0
,
α
= 11
0

⇒ 32709,44( )
c
S kG=
R

tb
:
β
= 58
0
,
α
= 7
0

⇒

28961,9( )
c
S kG=
R
min
:
β
= 78
0
,
α
= 4
0

⇒ 18813,34( )
c
S kG=
Tổ hợp II

c:
-Trong mặt phẳng nâng cần gồm có các thành phần:
+Trọng lượng tính toán của cần : G
c
+Trọng lượng hàng :Q
h
+Các lực quán tính qui đổi : P
10
, P
20
, P
30
+Tải trọng gió tác dụng lên : cần P
gc
, lên hàng P
gh
.
+Lực ngang do nghiêng cần trục: do cần P
nc
, do vật P
nh
.
+Các lực căng cáp : nâng hàng S
v
, nâng cần S
c
.
(Q
h
+Q

m
)
P
30
G
c
P
20
P
10
y
B
x
B
S
c
B
A
x
z
S
v
P
nh
P
gh
P
gc
P
nc

Sơ đồ biểu diễn các lực tác dụng lên cần trục
-Dựa vào sơ đồ như hình vẽ ta lấy tổng Moment tại B:
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
17
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
20 30
20 30
0 . .sin . .sin . .cos . .sin . .sin . .sin
2 2 2
( ). .cos 0
. .cos . .sin . .sin . .sin ( ). .cos . .sin
2 2 2
.sin
B c v c nc gc gh
h m
c nc gc gh h m v
c
l l l
M S l S l G P P P l
P P Q Q l
l l l
G P P P l P P Q Q l S l
S
l
α α β β β β
β
β β β β β α
α
= ⇔ + − − − −
− + + + =

+ + + + + + + −
⇒ =
∑
R
max
:
β
= 18
0
,
α
= 11
0

⇒ 33115,93( )
c
S kG=
R
tb
:
β
= 58
0
,
α
= 7
0

⇒

31048, 2( )
c
S kG=
R
min
:
β
= 78
0
,
α
= 4
0

⇒ 23926,8( )
c
S kG=
4_Xác đònh các phản lực gối :
a)Trong mặt phẳng nâng (hạ)ï hàng :
*)Tổ hợp II
a
:
10 20 30
20 30 10
0 .sin .cos ( ).sin ( ) cos 0
.sin ( ).sin ( )cos .cos
B c h m c v
B c h m c v
X X G P P P Q Q S S
X G P P Q Q S S P

β β β α
β β α β
= ⇔ − + − + + + − + =
⇒ = + + + + + + −
∑
R
max
:
β
= 18
0
,
α
= 11
0

⇒ 36817,5( )
B
X kG=
R
tb
:
β
= 58
0
,
α
= 7
0

⇒

40335, 24( )
B
X kG=
R
min
:
β
= 78
0
,
α
= 4
0

⇒ 38445,8( )
B
X kG=
10 20 30
20 30 10
0 .cos .sin ( ).cos ( )sin 0
.cos ( ).cos .sin ( )sin
B c h m c v
B c h m c v
Y Y G P P P Q Q S S
Y G P P Q Q P S S
β β β α
β β β α
= ⇔ − − − + + + + + =

⇒ = + + + + + − +
∑
R
max
:
β
= 18
0
,
α
= 11
0

⇒ 2638, 24( )
B
Y kG=
R
tb
:
β
= 58
0
,
α
= 7
0

⇒

1519,97( )

B
Y kG=
R
min
:
β
= 78
0
,
α
= 4
0

⇒ 287,36( )
B
Y kG=
*)Tổ hợp II
c
:
10
20 30
20 30 10
0 .sin .cos ( ).cos ( ).cos
( ).sin ( ) cos 0
.sin ( ).sin ( ) cos .cos
( ).cos ( ).cos
B c nc gc nc gc
h m c v
B c h m c v
nc gc nc gc

X X G P P P P P
P P Q Q S S
X G P P Q Q S S P
P P P P
β β β β
β α
β β α β
β β
= ⇔ − + + + + +
− + + + − + =
⇒ = + + + + + + −
− + − +
∑
R
max
:
β
= 18
0
,
α
= 11
0

⇒ 36421,57( )
B
X kG=
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
18
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn

R
tb
:
β
= 58
0
,
α
= 7
0

⇒

40879,62( )
B
X kG=
R
min
:
β
= 78
0
,
α
= 4
0

⇒ 38327,92( )
B
X kG=

10
20 30
10
20 30
0 .cos .sin ( ).sin ( ).sin
( ).cos ( )sin 0
.cos .sin ( ).sin ( ).sin
( ).cos ( )sin 0
B c nc gc nc gc
h m c v
B c nc gc nc gc
h m c v
Y Y G P P P P P
P P Q Q S S
Y G P P P P P
P P Q Q S S
β β β β
β α
β β β β
β α
= ⇔ − − − + − +
− + + + + + =
⇒ = + + + + +
+ + + + − + =
∑
R
max
:
β
= 18

0
,
α
= 11
0

⇒ 2858( )
B
Y kG=
R
tb
:
β
= 58
0
,
α
= 7
0

⇒

3332,78( )
B
Y kG=
R
min
:
β
= 78

0
,
α
= 4
0

⇒ 617,59( )
B
Y kG=
b)Trong mặt phẳng ngang :
*)tổ hợp II
a
:
A
B
Z
B
P
nc
P
gc
P
gv
P
nv
z
x
Sơ đồ biểu diễn các lực tác dụng lên cần và hàng
-Trong mặt phẳng ngang (mp vuông góc với mp treo hàng)gồm có các lực :
+lực ngang do nghiêng cần trục :P

nc
, P
nv
.
+áp lực gió : tác dụng lên cần P
gc
,tác dụng lên vật P
gv
-Xét cân bằng theo phương Z :
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
19
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
0 0
B gc nc gv nv
B gc nc gv nv
Z Z P P P P
Z P P P P
= ⇔ − − − − =
⇒ = + + +
∑
R
max
:
453,82( )
B
Z kG=
R
tb
:
483, 72( )

B
Z kG=
R
min
:
529,72( )
B
Z kG=
*)Tổ hợp II
c
: ở tổ hợp này không tồn tại phản lực gối B trong mp ngang ( vuông góc với mp
nâng hạ cần )
5_Xác đònh các lực tác dụng lên dàn :
-Do đặc điểm kết cấu của cần và căn cứ vào tình hình chòu lực của cần ta có thể phân phối
lực cho các dàn của cần như sau :
+Các lực trong mp đúng do hai dàn nằm nghiêng chòu
+Các lực theo phương ngang ( năm trong mp chứa dàn nằm ngang ) thì chỉ có dàn nằm
ngang chòu
⇒
Do vậy khi tính toán hai dàn nghiêng,ta phải phân bố lực trên hai dàn là như nhau tức là
phải chia đôi lực trong mp tác dụngkhi đặt trên mỗi dàn.Đồng thời phải chú ý đến góc
nghiêng của dàn so với phương thẳng đứng
a)Lực tác dụng lên mặt dàn nghiêng trong mp dàn :
*)Tổ hợp II
a
:
-Các tải trọng phân bố ta lấy tổng chia cho tổng số mặt cắt của dàn rồi láy giá trò đó đặt lên
mỗi mắt của dàn :
+Trọng lượng bản thân của cần tác dụng lên mắt :
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang

20
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn

c
G
c
G
c
m
Q
d
Q
d
Q
d
1
Q
d
1
Q
h
Q
h
32
0
B
1
.cos 32.cos
2.30
.sin

2.30
m
c
m
c
G
G
G
G
β
β
=
=
R
max
:
0
18
β
=
73, 93( )
m
c
G kG⇒ =

1
28,32( )
m
c
G kG=

R
tb
:
0
58
β
=

41, 2( )
m
c
G kG⇒ =

1
77,37( )
m
c
G kG=
R
min
:
0
78
β
=
16,16( )
m
c
G kG⇒ =

1
89,66( )
m
c
G kG=
+Trọng lượng tính toán của hàng và bộ phận mang hàng tác dụng lên đầu mỗi dàn :
1
.cos 32.cos
2
.sin
2
m
h m
c
m
h m
c
Q Q
G
Q Q
G
β
β
+
=
+
=
R
max
:

0
18
β
=
705, 72( )
d
Q kG⇒ =

1
270,39( )
d
Q kG=
R
tb
:
0
58
β
=

662,86( )
d
Q kG⇒ =
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
21
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn

1
1250,87( )
d

Q kG=
R
min
:
0
78
β
=
365,86( )
d
Q kG⇒ =

1
2029,65( )
d
Q kG=
+Tải trọng quán tính P
10
:
10
10
1
10
10
.cos
2
.cos 32.sin
2
d
d

P
P
P
P
β
β
=
=
đựơc đặt ở đầu dàn (có khớp bản lề)
R
max
:
0
18
β
=
10
35,15( )
d
P kG⇒ =

1
10
9,86( )
d
P kG=
R
tb
:
0

58
β
=

10
19,58( )
d
P kG⇒ =

1
10
25,58( )
d
P kG=
R
min
:
0
78
β
=
10
7,68( )
d
P kG⇒ =

1
10
30,65( )
d

P kG=
+Tải trọng quán tính P
20
, P
30
:do phương chiều tác dụng cua P
20
, P
30
giống như Q nên cách
xác đònh cũng như Q
d
và tác dụng lên dàn ở đầu mắt puly:
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
22
P10
P10
P10
1d
d
32
0
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
20 30
1
20 30
.cos32.cos
2
sin
2

d
d
P P
P
P P
P
β
β
+
=
+
=
R
max
:
0
18
β
= 979,15( )
d
P kG⇒ =

1
375,15( )
d
P kG=
R
tb
:
0

58
β
=

741,13( )
d
P kG⇒ =

1
706,83( )
d
P kG=
R
min
:
0
78
β
=
76( )
d
P kG⇒ =

1
42,37( )
d
P kG=
*)Tổ hợp II
c
:

-Với tổ hợp II
c
,các lực tác dụng lên một dàn nghiêng trong mp của dàn nghiêng đó,được
xác đònh giống như tổ hợp II
a
,đồng thời ta phải tính đến các lực ngang do nghiêng cần
trục,do lực này nằm trong mp nâng hạ cần và áp lực gió tác dụng lên các bộ phận khi làm
việc.Do đó lực gió có chiều xác đònh như chiều của lực ngang.
+Lực ngang do nghiêng cần trục được chia đều cho các mắt :
1
.cos
2.30
.cos32.sin
2.29
m
nc
nc
m
nc
nc
Q
q
Q
q
β
β
=
=
R
max

:
0
18
β
=
1,36( )
m
nc
q kG⇒ =

1
0,38( )
m
nc
q kG=
R
tb
:
0
58
β
=

0,75( )
m
nc
q kG⇒ =

1
1,06( )

m
nc
q kG=
R
min
:
0
78
β
=

0,15( )
m
nc
q kG⇒ =

1
0,88( )
m
nc
q kG=
+Lực ngang do nghiêng cần trục của vật tác dụng ở đầu cần:
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
23
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn
1
.cos
2
.cos 32.sin
2

d
nv
nv
d
nv
nv
P
p
P
p
β
β
=
=
R
max
:
0
18
β
=
12,98( )
d
nv
p kG⇒ =

1
1,8( )
d
nv

p kG=
R
tb
:
0
58
β
=

12,21( )
d
nv
p kG⇒ =

1
8, 78( )
d
nv
p kG=
R
min
:
0
78
β
=

6,73( )
d
nv

p kG⇒ =

1
5,58( )
d
nv
p kG=
+p lực gió tác dụng lên cần trục được chia đều cho các mắt :
1
.cos
2.29
.cos32.sin
2.29
gc
m
gc
gc
m
nc
P
p
P
p
β
β
=
=
R
max
:

0
18
β
=
3,11( )
m
gc
p kG⇒ =

1
0,81( )
m
gc
p kG=
R
tb
:
0
58
β
=

1,73( )
m
gc
p kG⇒ =

1
1, 24( )
m

gc
p kG=
R
min
:
0
78
β
=

0,21( )
m
gc
p kG⇒ =

1
1,03( )
m
gc
p kG=
+p lực gió tác dụng lên cần trục được chia đều cho 2 dàn đặt ở dầu có mắt puly:
1
.cos
2
.cos 32.sin
2
gv
d
gv
gv

d
gv
P
p
P
p
β
β
=
=
R
max
:
0
18
β
=
53, 92( )
d
gv
p kG⇒ =

1
14,86( )
d
gv
p kG=
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
24
TK CẦN TRỤC THÁP QUAY GVHD:Nguyễn Danh Chấn

R
tb
:
0
58
β
=

42,92( )
d
gv
p kG⇒ =

1
30,87( )
d
gv
p kG=
R
min
:
0
78
β
=

23,58( )
d
gc
p kG⇒ =

1
20( )
d
gv
p kG=
-Để thuận tiện cho việc tính toán ta gộp
m
nc
q
với
m
gc
p
thành q
m
và
1m
nc
q
với
1m
gc
p
thành q
1m
;
d
nv
p

với
d
gv
p
thành p
d
và
1d
nv
p
với
1d
gv
p
thành p
1m
R
max
:
0
18
β
=
1
1
44,7( ); 1,19( )
66,93( ); 16,66( )
m m
m m
q kG q kG

p kG p kG
⇒ = =
= =
R
tb
:
0
58
β
=

1
1
2,48( ); 2,3( )
55,13( ); 39,65( )
m m
m m
q kG q kG
p kG p kG
⇒ = =
= =
R
min
:
0
78
β
=

1

1
0,36( ); 1,91( )
30,31( ); 25,58( )
m m
m m
q kG q kG
p kG p kG
⇒ = =
= =
b)Lực tác dụng lên mặt dàn ngang trong mp dàn :
*)Tổ hợp II
a
:
-Lực ngang do nghiêng cần trục :
+do cần : được chia đều cho các mắt :
29
m
nc
nc
P
p =
R
max
:
0
18
β
=
2,96( )
m

nc
p kG⇒ =
R
tb
:
0
58
β
=

2,96( )
m
nc
p kG⇒ =
R
min
:
0
78
β
=

2,96( )
m
nc
p kG⇒ =
+do vật :
R
max
:

0
18
β
=
27,3( )
d
nv
p kG⇒ =
R
tb
:
0
58
β
=

46,1( )
d
nv
p kG⇒ =
R
min
:
0
78
β
=

64,8( )
d

nv
p kG⇒ =
-p lực gió :
+tác dụng lên cần :
29
gc
m
gc
P
p =
SVTK:Nguyễn Lê Thanh Hoàng trang
25