Đồ án môn học Kết cấu thép Thiết kế cửa van phẳng công trình thủy lợi

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI
BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
------o0o-----ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP
THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
( ĐỀ SỐ 05 )
A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ :
 Bề rộng lỗ cống: Lo= 11.0 m
 Cột nước thượng lưu: Ho= 5.5 m
 Cột nước hạ lưu: Hh= 0
 Cao trình ngưỡng:  = 0
 Vật chắn nước đáy bằng gỗ, vật chắn nước 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.
 Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh: nq= 1.1 và của trọng lượng bản thân: ng= 1.1
 Độ võng giới hạn của dầm chính:

1
1
1
1


; của dầm phụ
.(Tra bảng 4no 600

no 250

1 trang 61 GT Kết cấu thép -ĐHTL
 Cường độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo the thép CT3 trang 8 Giáo trình
Kết cấu thép:
- Ứng suất pháp khi kéo nén dọc trục: Rk,n= 1490 daN/cm2.
- Ứng suất pháp khi uốn: Ru= 1565 daN/cm2.
- Ứng suất cắt: Rc= 895 daN/cm2.
- Ứng suất ép mặt đầu: Remđ=2230daN/cm2.
 Hệ số điều kiện làm việc: Đối với cửa van chính thuộc nhóm 1-4 m=0.72m
SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :1


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

B. NỘI DUNG THIẾT KẾ:
I. Bố trí tổng thể cửa van:
Để bố trí tổng thể cửa van cần sơ bộ xác định vị trí và các kích thước cơ bản của
dầm chính
c

c

Nh×n t õ h¹ l - u

Nh×n t õ t h- î ng l - u

B

G

H

H

A

Nh×n t heo G

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :2


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

1. Thiết kế sơ bộ dầm chính:
Thiết kế cửa van phẳng trên mặt 2 dầm chính.

a1
2 H
3

H = H0

at

wn

ad
H
3

a2

* Xác định nhịp tính toán của cửa van:
- Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe: c = 0.25 m.
Nhịp tính toán cửa van là: L = Lo+ 2c = 11 + 2  0.25 = 11.5 m
* Chiều cao toàn bộ cửa van: H0 = 5.5 m
* Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy van một đoạn:
Z=

H 5 .5
=
= 1.83 m
3
3

* Chọn đoạn công xôn phía trên a1
- Theo yêu cầu thiết kế: a1  0,45 hv = 0.45  5.5 = 2.475 m, chọn a1= 2.4 m.
- Để hai dầm chính chịu lực như nhau thì phải đặt cách đều tổng áp lực nước.
→ Vậy khoảng cách hai dầm chính là: a = 2  (H0 - a1 - Z) = 2  (5.5 – 2.4 – 1.83) = 2.54
m.
* Đoạn công xôn phía dưới a2

a2 = H0 – (a1 + a) = 5.5 – (2.4 + 2.54) = 0.56 m.
* Khoảng cách từ dầm chính trên, dầm chính dưới đến tâm hợp lực: atr ; ad
- Sơ bộ chọn : atr = ad = a/2 = 2.54/2 = 1.27 m
 Lực tác dụng lên mỗi dầm chính.
-

Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn:

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :3


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

qtc = W/2 =  H2/4 = 10  5.52/4 = 75.625 kN/m
-

Tải trọng phân bố đều tính toán:
q = n qtc = 1.1  75.625= 83.188 kN/m.

11

Hình 2. Sơ đồ tính toán dầm chính
 Xác định nội lực dầm chính: Mômen uốn tính toán lớn nhất:
q  L0 L q  L20
83.188  11 11.5 83.188  112


Mmax =
=
= 1372.602 kNm
 2
2
8
8
2
2

 Lực cắt tính toán lớn nhất:
Qmax =

qL0 83.188  11
=
= 457.534 kN
2
2

 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:
-

Theo điều kiện kinh tế:

Trong đó:

hkt =

k = 1.5;

W yc =

kbW yc

 b = 140

M max
1372.602.104
=
1565
R

→ hkt = 3 1.5  140  8770.62
-

3

= 8770.62 cm3

= 122.58 cm

Theo điều kiện độ cứng, chiều cao nhỏ nhất của dầm:

hmin
Trong đó:

p tc   q tc
5 RLn 0

 .

.
24 E n p  p tc  nq  q tc

no = 600,

E = 2.1  106 daN/cm2

qtc = 83.188 kN/m, chọn np= nq = 1.1
→ hmin 

5 1565  11.5  102  600 1
.
= 97.39 cm
24
2.1  106
1.1

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :4


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Do hkt > hmin → Chọn h = hkt = 124 cm
→ hb=0.95 x 124 = 118.37 cm
→ Chọn hb = 120 cm (bội số của 50 mm)
2. Bố trí giàn ngang (4)

Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách giữa các giàn ngang B
không nên lớn hơn 4m. Bố trí dàn ngang tuân theo điều kiện:
-

Bố trí các dàn ngang cách đều nhau.
B=

L 11.5

 2.875m  4m
4
4

-

Giàn ngang nằm trong phạm vi dầm chính không thay đổi tiết diện

-

Số giàn ngang nên chọn lẻ để các kết cấu như dầm chính, giàn chịu trọng
lượng có dạng đối xứng. Ở đây bố trí 3 giàn ngang và 2 trụ biên

3. Bố trí dầm phụ dọc (3)
Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các giàn ngang có thể tính như
dầm đơn, gối tựa là 2 giàn ngang và đỡ tải trọng của bản mặt truyền đến. Dầm phụ được
bố trí song song với dầm chính, càng xuống sâu dầm càng dầy vì áp lực nước
tăng.Khoảng cách giữa các dầm phụ 0.7÷0.9 m. Dầm phụ chọn tiết diện chữ C đặt úp để
tránh đọng nước. Bố trí các dầm phụ dọc như hình 3
Hình 3 : Bố trí các dầm dọc phụ

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :5


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

4. Trụ biên (6)
Trụ biên ở hai đầu cửa van, chịu lực từ dầm chính, dầm phụ và lực đóng mở van.
Trụ biên gắn với gối tựa kiểu trượt hoặc bánh xe truyền lực lên trụ pin. Các thiết bị treo,
chốt giữ và móc treo cũng được nối với trụ biên.
Tiết diện trụ biên của cửa van trên mặt thường có dạng chữ I. Để đơn giản cấu
tạo chiều cao trụ biên thường chọn bằng chiều cao dầm chính
5. Giàn chịu trọng lượng (5)
Giàn chịu trọng lượng bao gồm cánh hạ của dầm chính, cánh hạ của dàn ngang,
được bổ sung thêm các thanh bụng xiên có tiết diện là các thép góc đơn hoặc ghép.
6. Bánh xe chịu lực
Để đóng mở cửa van cần bố trí kết cấu di chuyển cửa van bằng thanh trượt hoặc
bánh xe chịu lực. Bánh xe được bố trí ở mặt sau trụ biên, bánh xe bên và bánh xe ngược
hướng nên dùng bánh xe cao su để giảm chấn động.:
7. Bánh xe bên
Để khống chế cửa van không bị dao động theo phương ngang và đẩy về phía
trước, người ta thường bố trí các bánh xe bên. Đôi khi người ta kết hợp sử dụng bánh xe
chịu lực đồng thời làm bánh xe bên.
8. Vật chắn nước
Vật chắn nước hai bên và vật chắn nước được sử dụng vật liệu bằng cao su bố trí
ở hai bên và dưới đáy cống dạng củ tỏi.
II. Tính toán các bộ phận kết cấu van.

Tính toán bản mặt: Bản mặt được bố trí thành 4 cột giống nhau nên chỉ cần tính cho
một dãy cột. Các ô dầm được tính toán như tấm hình chữ nhật chịu tải trọng phân bố.Có
hai trường hợp xảy ra:
* Khi ô có cạnh dài > 2 lần cạnh ngắn: Ô được tính như tấm tựa trên 2 cạnh. Trường
hợp này chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức:
 bm = 0.61  a 

pi
Ru

Trong đó:
-

a: Cạnh ngắn của ô bản mặt (cm)

-

b: Cạnh dài của ô bản mặt (cm)

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :6


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

-

pi : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (daN/cm2)

-

Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (daN/cm2)

* Khi ô có cạnh dài < 2 lần cạnh ngắn: Ô được tính như tấm tựa trên 4 cạnh. Trường
hợp này chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức:
 bm = 2.19  a 

  pi
Ru

Trong đó:
-

a: Cạnh ngắn của ô bản mặt (cm)

-

pi : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (daN/cm2)

-

Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (daN/cm2)

-

 : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số b/a

 Để tính toán ta lập bảng tính như sau:

Bảng 1
Số hiệu ô bản

 bm (mm)

Pitc(kN/m2)

ai(m)

bi(m)

n=b/a

I

4

0.8

2.875

3.59375

0.0530236 2.58755142

II

12

0.8

2.875

3.59375

0.0918396 4.48177053

III

16

0.8

2.875

3.59375

0.1060472 5.17510285

IV

27.25

0.65

2.875

4.423077 0.1383956 6.75370749

V

33.75

0.65

2.875

4.423077 0.1540196 7.51615768

VI

40.25

0.65

2.875

4.423077 0.1681985 8.20808672

VII

46.45

0.59

2.875

4.872881 0.1806891 8.81762963

VIII

52.2

0.56

2.875

5.133929 0.1915466 9.34747355

mặt

1.1  p itc
Ru

Từ bảng kết quả trên và xét đến điều kiện ăn mòn ta chọn chiều dày bản mặt:
 bm = 10 mm
SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :7


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Hình 4
2. Tính toán dầm phụ dọc
Dầm phụ truyền lực lên dàn ngang. Dầm phụ dọc được tính như dầm liên tục

hoặc dầm đơn tùy thuộc cách bố trí dầm phụ. Với cách bố trí dầm phụ dọc bằng mặt với
cánh thượng của dàn ngang, dầm phụ dọc được tính như dầm đơn, nhịp là khoảng cách
giữa hai giàn ngang và chịu tải trọng phân bố đều có cường độ là:
qi = pibi = pi

at  a d
daN/cm2
2

Trong đó:
-

at: Khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm trên nó.

-

ad: Khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm dưới nó.

-

pi: Áp lực thủy tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm2).

Chiều dài dầm phụ: Lf = B = 2.875 m

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :8


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

→ Ta có bảng kết quả tính toán như sau:
Dầm phụ
1
2
3
4
5

pi

at

ad

bi

qi

(kN/m2)

(m)

(m)

(m)

(kN/m)

8
16
30.5
37
43.5

0.8
0.8
0.65
0.65
0.65

0.8
0.8
0.65
0.65
0.59

0.8
0.8
0.65
0.65
0.62

6.4
12.8
19.825
24.05
26.97

Từ bảng trên, ta thấy dầm số 5 là dầm chịu lực lớn nhất ( 26.97 kN/m ), cách mặt nước
4.35 m. Vậy ta tính toán cho dầm này.
* Mô men uốn lớn nhất trong dầm phụ dọc:
M max 

nq max B 2 1.1  26.97  287.5 2

 306520 (daN.cm)
8
8

* Mô men chống uốn theo yêu cầu của dầm phụ dọc:
W

yc



M max 306520

 195.860 ( cm3 )
Ru
1565

Hình 5

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :9

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Từ Wyc, tra thép định hình chữ [ (có xét đến bản mặt tham gia chịu lực), ta chọn thép
chữ [ số hiệu N022 có các đặc trưng sau:
h = 22 cm

bc = 82 mm zo = 2.21 cm

F = 26.7 cm2 Jx = 2110 cm4 Wx = 192 cm3
Vì dầm phụ hàn vào bản mặt nên phải xét đến bản mặt cùng tham gia chịu lực (hình 6),
bề rộng của bản mặt tham gia chịu lực với dầm phụ lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong các
giá trị sau đây:
b≤ bc + 2c = bc + 2×25  bm = 8.2 + 2× 25× 1 = 58.2 cm
b≤ 0.5(at + ad) = 0.5(60 +59) = 59.5 cm
b≤ 0.3B = 0.3× 287.5 = 86.25 cm ( B: nhịp

h

dầm phụ )
→ Chọn b = 58 cm

b
bc

* Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt ghép:
Hình 6

+/

F = Fc + Fbm = 26.7+ 58 x1= 84.7 cm2

+/

yc =

Fbm (h   bm ) 58  1 (22  1)

 0.787 m
2F
2  84.7









yc
y

x

xo

= 7.87 cm

+/

Jx = Jc + Jbm = J xc + Fc  y c2 +
= 2110 + 26.7× 7.872 +

+/

Wxn =

3
b bm
h 
 yc ) 2
+ b bm (
2
12

58  13
22  1
 58  1  (
 7.87) 2 = 4532.809 cm4
12
2

J x 4532.809

 240.212 cm3
y xn
18.87

*Kiểm tra dầm phụ đã chọn:
 max 

M max
306520
= 1276.037 daN/cm2 < Ru = 1565 daN/cm2

Wxn 240.212

* Kiểm tra độ võng:
tc
B3
f
5 q max
5
26.97  287.53
1
1
1







6
B 384
EJ x
384 2.1  10  4532.809 1141 n0 250

KL: Tiết diện dầm phụ [N022 đã chọn ở trên là hợp lý

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :10


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

3. Tính toán dầm chính
Trong mục 1 phần I đã chọn chiều cao dầm chính: h = 124 cm
* Xác định kích thước bản bụng:
- Chiều cao bản bụng:

hb = 120 cm

- Chiều dày bản bụng:
 b = 140

+/ Chọn độ mảnh:
b 

hb



b

120
 0.86 cm
140

+/ Từ điều kiện chịu cắt:
 b  1.5 

Q
457.534  100
 1.5 
cm = 0.64 cm
hb  Rc
120  895

→ Chọn  b = 1 cm = 10 mm
* Xác định kích thước bản cánh:
- Xác định chiều dầy bản cánh:  c 

h  hb 124  120
= 2 cm

2
2

Chiều dầy bản cánh lấy theo kinh nghiệm:
 c  0.02h  0.02  124 = 2.48 cm

→ Như vậy chọn  c  2.6 cm là hợp lý. (Bội số của 2 mm)
→ Chiều cao của dầm chính: h = hb + 2  c = 120 + 2× 2.6 = 125 cm

Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh: hc = hb +  c = 120 + 2.6 = 124.6 cm
- Xác định bề rộng bản cánh:
Có:
→ bc =

Jc = Wyc

3
125
1  120 3
h  b hb
= 9212.1 ×
= 431756.25 cm4
2
12
12
2

2J c
2  431756.25
= 21.39 cm

2
 c hc
2.6  124.6 2
1
5

1
3

Thông thường: bc = (  )h = 25 ÷ 41.6 cm → Chọn bc = 25 cm
* Đặc trưng hình học của dầm chính:
F1 = hb  b + 2 bc  c = 120 × 1 + 2× 25× 2.6 = 250 cm2
Jx 

bc h 3
h3
25  125 3
120 3
 (bc   b ) b =
 (25  1)
= 613010.42 cm4
12
12
12
12

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :11


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Vì dầm chính hàn vào bản mặt nên phải xét tới bản mặt cùng tham gia chịu uốn với dầm
chính. Bề rộng b của bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính phải thỏa mãn các
điều kiện sau:

h
hb

b≤ 0.5(at + ad) = 0.5× (59 + 56) = 57.5 cm
b≤ bc + 50  bm = 25 +50×1 = 75 cm



b≤ 0.3L = 0.3×11.5 = 3.45 m = 345 cm

yc

Vậy chọn b = 57 cm

y

b
bc

* Kiểm tra lại tiết diện đã chọn xét đến phần bản mặt

c

cùng tham gia chịu lực với dầm chính :
a/ Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện ghép
Gọi yc là khoảng cách từ trục x (Trục quán tính

x

chính trung tâm của tiết diện tính toán) đến trục x0 (Trục

xo

quán tính chính trung tâm của dầm I đối xứng)
yc=

S xo
0  Fbm (h   bm )  0.5 57  1  (125  1)  0.5
 11.70 cm

=
250  57  1
F1  Fbm
F

Jx= J 1x + F1× y c2 +

3
b bm
h   bm
+ Fbm (
 yc ) 2
12
2

= 613010.42 + 250 ×11.702 +

57  13
125  1

 57  1  (
 11.70) 2 = 797244.0 cm4
12
2

- Kiểm tra kích thước dầm chính đã chọn theo điều kiện về ứng suất pháp:
 max 

M max
1372.602  10 4
y xn 
(11.70  125 / 2) = 1277.50 daN/cm2
Jx
797244.0

Ta thấy:  max = 1277.50 daN/cm2 < 0.85Ru = 0.85×1565 = 1330.25 daN/cm2
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 của dầm chính còn phải chịu trọng
lượng bản thân của cửa van khi nó là thanh cánh trên và cánh dưới của giàn chịu trọng
lượng.
- Góc thoát nước:
tg 

a2  0.5bc 0.5  0.5  0.25
= 0.30→  = 16041’ < 300

h
1.25

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :12


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Vậy bản bụng của dầm chính cần phải khoét lỗ. Diện tích lỗ khoét ≥ 20% diện tích bề
mặt bản bụng.
b/ Thay đổi tiết diện dầm chính:
Để tiết kiệm thép và để giảm bớt bề rộng rãnh van nên dùng dầm chính có chiều
cao thay đổi (Hình 8). Trong cửa van vì yêu cầu giàn ngang không thay đổi nên điểm
đổi tiết diện phải bắt đầu từ vị trí giàn ngang ngoài cùng ở hai bên.

62 cm
124 cm

Hình 8
Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng:
ho = 0.6h = 0.5×125 = 62.5 cm
(Thường được lấy bằng (0,4 0,5)h, trong đó h là chiều cao dầm chính giữa
nhịp).
→ Chọn h0 = 62 cm.
c/ Kiểm tra ứng suất tiếp:
Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chính tính như sau:
 max 

Qmax S 0
≤ Rc

J x0 b

Trong đó:
+ J x0 : Mô men quán tính của tiết diện đầu dầm
+ S x0 : Mô men tĩnh của tiết diện đầu dầm.
Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện tại gối dầm (hình 9)

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :13


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Hình 9
Ta có:
yc 

Sx
0  57  1  (62  2  2.5  1)  0.5

 8.06 cm
57  1  62  1  2  25  2.5
F

 Ta có :



Jx1 

Jx2 

1 62 3
12

 8.06 2  62  1 = 23888.41 cm4

25  2.6 3
12
25  2.6 3



Jx2 



Jxbm 

12

(

62

(

62 1
  8.06) 2  25  2.6 = 101761.20 cm4
2 2

2



1
 8.06) 2  25  2.6 = 35749.8cm4
2

67.2  1
57  13
 [(
)  8.06 ]2  57  1 = 38655.40 cm4
12
2

 Vậy suy ra : Jx 0  Jx1  Jx 2  Jx3  Jxbm  200054.81 cm4
S x0  25× 2.6× (2.5/2 +31 + 8.06) + (31 + 8.06)× 1× (31 + 8.06)× 0.5 = 3383 cm3

→  max 

45753.4  3383
 773.7 daN/cm2 < Rc = 895 daN/cm2
200054.81  1

Vậy dầm chính không bị phá hoại do ứng suất tiếp

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :14


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

d/ Kiểm tra độ võng
Khi kiểm tra độ võng cần xét tới dầm chính thay đổi tiết diện
f
5
q tc L3

L 384 EJ x  

→

1
1
1
f
5
75.625  11.53  10 6

=
<



6
L 384 2.1  10  613010.42  0.8 688 n0 600

Vậy dầm chính thỏa mãn điều kiện về độ võng.
e/ Tính liên kết giữa bản cánh và bản bụng dầm:
hdh 

Qmax S c0
1

0
Jx
2  Rgh

≥

1
b
2

Trong đó:
+  = 0.7 đối với hàn tay hoặc nửa tự động nhiều lượt.
+ S c0 : Mô men tĩnh của bản cánh tiết diện gối dầm với trục X
+ J x0 : Mô men quán tính của tiết diện gối đối với trục X
+ Rgh : Cường độ của đường hàn góc (1045 daN/cm2) - Hàn tiên tiến

Hình 10

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :15


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Ta có:
S x0 = 25× 2.6× 32.25 = 2096.25 cm3
J x0 =

25  67.2 3
12  62 3
= 155561.6 cm4
 2
12
12

Thay số vào ta được:
Qmax S c0
45753.4  2096.25
1
1

=
= 0.42 cm
hdh 

0
h

155561.6
1.4  1045
Jx
1.4  Rg

hdh  0.42(cm)


1
1
h

.


 0,5(cm)
dh
b

2
2
Vậy ta chọn hđh = 6 mm
f/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm:
Độ mảnh của bản bụng dầm chính

hb

b



1200
 120 > 100→ bản bụng dầm chính cần
10

được gia cố bằng các sườn chống đứng với khoảng cách a ≤ 2 hb ( hình 11)
- Vì khoảng cách giữa các dàn ngang là : 287.5 cm > 2 hb = 2× 120 = 240 cm → Phải đặt
thêm các sườn đứng vào giữa các dàn ngang. Như vậy khoảng cách giữa các sườn đứng
là : 1.4375 m.
- Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm tính theo công thức sau:

(

b 2 b 2
)  ( ) ≤ m = 0.72
 th
 th

Trong đó:
+/  b : Ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm.
+/  b =

1

M ( )
yb
Jx

2

62 cm
3

4
Hình 11

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :16


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

M: Mô men lấy tại tâm của hình vuông có cạnh là hb lệch về phía mô men lớn.
Đối với ô hình thang số 1,2 (Hình 11) ta coi như là hình chữ nhật có chiều cao bằng
chiều cao trung bình ở giữa ô.
Xác định các giá trị ứng suất:



+/  b : Ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm.
b =

Q
hb b

y

, với Q là lực cắt tại giữa ô kiểm tra

+/  th : Ứng suất pháp tới hạn.
100 b 2
 th = K 0 (
)  10 3 daN/cm2
h0

yb(-)

yb

x

Trường hợp tiết diện không đối xứng, h0 lấy bằng 2 lần chiều cao vùng nén
+/  th : Ứng suất tiếp tới hạn
 th  (1.25 

0.95



2

)(100

b
d

) 2  10 3 daN/cm2

d: Cạnh ngắn hình chữ nhật
 : Tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn.

Ta cần kiểm tra ổn định cục bộ cho 4 ô dầm 1,2,3,4. Ở đây ô số 1 có mômen
nhỏ và thoả mãn điều kiện bền của ứng suất tiếp do đó không cần kiểm tra ổn
định cục bộ cho ô số 1.
 Kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 4.
+ Tính th :
th = ko(

100.δ b 2
) .10 daN/cm2
hb

Lấy ko = 746; b =1cm
hb = 2 .y (b ) = 2(
th = 746(

120
- 11.70)  96.60cm
2

100.1 2
) .10 daN/cm2 = 7994.38daN/cm2
96.60

+Tính th :
SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :17


Đồ án môn học Kết cấu thép

τ th = (125 +

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

100.δ b 2
95
)(
) .10
2
d
μ

287.5
 2  1.198 
120

b=1cm;

d = 120 cm;

95   100.1  2

2
τ th   (125 
)(

) .10  1327.73daN / cm
2  
1.198
120

 


+Tính b : b =

M ()
.y b
Jx

Trong đó : Jx = 797244.0 cm4
yb(-) =

hb
120
- 11.70 
- 11.70  48.30cm
2
2
B=3,125(m)

h0=86

II

III

IV

C=0,25

h0=86
C=0,25

q=116,2

M
Z3M
Z4M

Z3Q

Q

Z3Q

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :18


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

+Tính M:

Ta có : Z4M =

 hb 1150 120

 515cm
2 2
2
2

q tt L0 M q tt ( Z 4M - C ) 2 83.188  11
83.188  (5.15 - 0.25) 2
.Z 4 
 5.15 2
2
2
2

M4 =

= 1357.63 (KN.m)
b =

M (  ) 1357.63  104
 48.03  817.90daN / cm 2
.y b =
797244
.
0
Jx

+ Tính b :

b =

Q
hb . b

+ Tính Q:
ZQ4 =

 B 1150 287.5
 503.1cm  5.031m
- =
2 4
2
4

Q4 =

q tt L0 tt Q
83.188  11
- q ( Z 4 - C) 
- 83.188  (5.031 - 0,25)  59.812kN
2
2

b =

Q
59.812  102

 49.84daN / cm 2
=
120  1
hb . b

Thay vào công thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được
(

b 2 b 2
817.90 2
49.84 2
) ( ) = (
) (
)
7994.38
1327.73
 th
 th

= 0,11<0,72

Vậy ô số 4 không bị mất ổn định.
 Kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 3.
+ Tính th :
th = ko(

100  δ b 2
) .10 daN/cm2
hb

Lấy ko = 746; b =1cm
hb = 2  y b(  ) = 2(
th = 746(

120
- 11.70)  96.60cm
2

100.1 2
) .10 daN/cm2 = 7994.38daN/cm2
96.60

+ Tính th:

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :19


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

100.δ b 2
95
)(
) .10
2
d
μ

τ th = (125 +

287.5
 2  1.198 
120

b = 1cm;

d = 120 cm;

95   100.1  2

2
τ th   (125 
)(
)  10  1327.73daN / cm
2  
1.198
120

 


+ Tính b;
M
 y b(  )
Jx

b =

Trong đó :
Jx = 797244.0 cm4
yb(-) =

hb
120
- 11.70 
- 11.70  48.30cm
2
2

+ Tính M:
Ta có : Z3M =

 hb B 1150 120 287,5
- - 
 371.3cm
2 2 2
2
2
2

q tt L0 M q tt ( Z 3M - C ) 2 83.188  11
83.188  (3.713 - 0,25) 2
.Z 3 
 3.713 2
2
2
2

M3 =

= 1200 KN.m
b =

M (  ) 1200  104
 48.30  725.19daN / cm 2
.y b =
799244.0
Jx

+ Tính b :

b =

Q
hb . b

+ Tính Q:
ZQ3 =
Q3 =

 B B 1150 287.5 287.5
 359.4cm  3.594m
- - =
2 4 2
2
4
2

q tt L0 tt Q
83.188  11
- q ( Z 3 - C) 
- 83.188  (3.594 - 0,25)  179.353kN
2
2

Q
179.353  10 2
 149.46daN / cm 2
b =
=
120  1
hb . b
Thay vào công thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được
SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :20


Đồ án môn học Kết cấu thép

(

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

b 2 b 2
725.19 2
149.46 2

) ( ) = (
) (
)
7994.38
1327.73
 th
 th

= 0.14 < 0,72

Vậy ô số 3 không bị mất ổn định.
 Kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 2 :
156,25

86

h
146
x
25
3,125

Theo talet ta có:
x

60

287.5
2  x  27.14cm
287.5 - 25

( 287.5 - 25) -

→ h’ = 62+27.14 = 89.14 cm
Ô dầm số 2 là ô hình thang nên ta đưa về ô dầm hình chữ nhật để kiểm tra với
chiều cao ô dầm là htb =

h ;  h 89.14  124

 106.6cm
2
2

Chọn htb = 107 cm.
Tính đặc trưng hình học của tiết diện:

49,6

1

78

xc
124

12,4

x0

3

1

35

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :21


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

Từ hình vẽ ta có :
107
 0,5)
2
yc =
 10.66cm
2  25  2.6  101.8  1  57  1
57  1  (

Jx =
1  101.83
2.63
 101.8  2.6
 10.662  101.8  1  2  25 
 (
 10.66) 2  2.6  25 


12
12
2
2


3
101.8 2.6
57  1
107
(

 10.66) 2  2.6  25 
(
 10.66  0,5) 2  57  1  575629.00cm 4
2
2
12
2


+ Tính th :
th = ko(

100.δ b 2
) .10 daN/cm2
hb

Lấy ko = 746; b =1cm

hb = 2 .y (b ) = 2(
th = 746(

101.8
- 10.66)  80.48cm
2

100  1 2
) .10 daN/cm2 = 11517.62 daN/cm2
80.48

+ Tính th :
τ th = (125 +

100.δ b 2
95
)(
) .10
2
d
μ

287.55
 2  1.412 
101.8

b=1cm;

d = 101.8 cm;

95   100  1  2

2
τ th   (125 
)(
) .10  1665.92daN / cm
2  
1.412
101
.
8

 


+ Tính b ;
b =

M ()
.y b
Jx

+ Trong đó :
Jx = 575629 cm4
yb(-) =

hb
101.8
- 10.66 
- 10.66  40.24cm

2
2

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :22


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

+ Tính M :
Ta có : Z2M = B M2 =

hb
101.8
 287.5  236.6cm
2
2

q tt L0 M q tt ( Z 2M - C ) 2 83.188  11
83.188  (2.366 - 0,25) 2
.Z 2 
 2.366 2
2
2
2

= 896.29 KN.m

b =

M (  ) 896.29  104
 40.24  626.56daN / cm 2
.y b =
575629
.
0
Jx

+ Tính b :
b =

Q
hb . b

+ Tính Q :
ZQ2 = B -

B
287.5
 215.6cm  2.156m
= 287.5 4
4

Q2 =

q tt L0 tt Q
83.188  11
- q ( Z 2 - C) 

- 83.188  (2.156 - 0,25)  298.96kN
2
2

b =

Q
298.96  10 2
 293.67daN / cm 2
=
101.8  1
hb . b

Thay vào công thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được
(

b 2 b 2
626.56 2
293.67 2
) ( ) = (
) (
)
11517.62
1665.92
 th
 th

= 0.18 < 0.72

Vậy ô số 2 không bị mất ổn định.

Vậy dầm chính ổn định cục bộ.

4. Tính toán giàn ngang
SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :23


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

a.Sơ đồ tính toán

P0

0
1,2

P1

1

8

3

P2

1,2

2

R7

7

1.27
P3

3
1,27

P4
P5

6

4
5

R6
0,56

Hình 12
- Giàn ngang truyền lực lên dầm chính nên dầm chính là gối tựa của giàn ngang
- Tải trọng: Giàn ngang chịu tác dụng của áp lực nước phân bố theo quy luật tam giác
- Gọi cácđiểm nút là 0,1,2,3,4,5, ứng với các Pi (i=0,......5)
- Xác định Pi theo nguyên tắc phân phối đòn bẩy, áp lực nước phân bố giữa hai mắt dàn
được đưa về mắt giàn ( Ở đây áp lực nước phải nhân thêm bề rộng B- khoảng cách giữa

hai dàn ngang)
- Nếu phân các biểu đồ áp lực nước hình tam giác có thể tiến hành như sau:
W1 = 0.5 x 12 x 1.2 x 2.875 = 20.700 KN
W2 = 12 x 1.2 x 2.875

= 41.400 KN

W2’ = W1 = 0.5 x 12 x 1.2 x 2.875 = 20.700 KN
W3 = 24 x1.27 x 2.875 = 87.630 kN.
W3’ = 0.5 x 12.7 x 1.27 x 2.875 = 23.185 kN
W4 = 36.7 x 1.27 x 2.875 = 134.000 kN
W4’ =W3’ = 0.5 x 12.7 x 1.27 x 2.875 = 23.185 kN
W5 = 49.4 x 0.56 x 2.875 = 79.534 kN
W’5 = 0.5 x 5.6 x 0.56 x 2.875 = 4.508 kN.
Lực tác dụng vào các mắt dàn:
1
1
P0= W1   20.700  6.900(kN )
3
3

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :24


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: Thạc Sỹ Trương Quốc Bình

2
1
1
2
1
1
P1= W1  W2  W ' 2   20.700   41.400   20.700  41.400(kN )
3
2
3
3
2
3

1
2
1
1
1
P2= W2 + W2', + W3 + W3, = 41.400 
2
3
2
3
2
2
1
1
 20.700   87.630   23.185  86.043 (kN)
3

2
3

1
2
1
1
P3= W3 + W3 '+ W4 + W ' 4 =
2
3
2
3
1
2
1
1
 87.630   23.185   134.000   23.185  134.000 (kN)
2
3
2
3

1
2
1
1
P4= W4 + W4 '+ W5 + W ' 5 =
2
3
2

3
1
2
1
1
 134.000   23.185   79.534   4.508  123.726(kN )
2
3
2
3

1
2
1
2
P5 = W5 + W5 ' =  79.534   4.508  42.772(kN ).
2
3
2
3
Kiểm tra lại Pi = 41.4 + 86.043 + 134.000 + 123.726 + 42.772 = 427.941 KN
1
1
 .H 2 B   10  5.5 2  2.875  434.844kN
2
2

%Sai số =

434.844  427.941

= 1.6 % < 5% → Chấp nhận được
434.844

 Xác định nội lực trong các thanh dàn bằng phương pháp đồ giải Cremona.(cơ
kết cấu tập I), sau đó kiểm tra lại nội lực một thanh bằng phương pháp giải tích (mặt
cắt, tách mắt....)
+ Xác định phản lực ở 2 gối tựa 6 và 7.
M7 = R6 x 2.54+ P0 x 2.4 + P1 x 1,2-P3 x 1.27 - P4 x 2.54 - P5 x 3.1 =0
R6 = 216.849 kN.().
R7 = 434.844 - 216.849 = 217.995 kN().
+/ Xác định nội lực trong các thanh dàn:
Tính chiều dài các thanh dàn và các góc

SVTH :Nguyễn Hoàng Anh 49C4

Trang :25