Đồ án Kết Cấu Thép Cửa Van Phẳng

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS:Vũ Hoàng Hưng

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 BẰNG THÉP
CỦA CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
( ĐỀ SỐ 05-C )

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quang Thanh
Lớp: 53C-TL1
Mã sinh viên: 1151010668
Số thứ tự : 45

Hà Nội - 2014

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :1


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

CHƯƠNG 1: TÀI LIỆU THIẾT KẾ :

 Bề rộng lỗ cống: Lo= 10,5 m
 Cột nước thượng lưu: Ho= 5,2 m
 Chiều cao cửa van: H= 5,5 m
 Cột nước hạ lưu: Hh= 0
 Cao trỡnh 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 CT35đ
- Ống bọc trục bằng đồng.
 Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh: nq= 1.2 và của trọng lượng bản thân: ng= 1.1



1
1
1
1


Độ võng giới hạn của dầm chính: no 600 ; của dầm phụ no 250 .(Tra bảng 4-

1 trang 61 GT Kết cấu thép -ĐHTL
 Cường độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo thép CT3 Bảng 1-5 trang 10
Gíao 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 Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :2


ỏn mụn hc Kt cu thộp

GVHD: TS: V Hong Hng

CHNG 2. NI DUNG THIT K:
2.1 : B trớ tng th ca van:
b trớ tng th ca van cn s b xỏc nh v trớ v cỏc kớch thc c bn ca
dm chớnh

2 Dm chớnh

1. Bn mt

3.Dm ph dc

6.Dầm biên

4. Giàn ngang
5. Giàn chịu trọng lợng

7. Bỏnh xe

Hình phối cảnh cửa van hai dầm chớnh

Cu to: Theo phng ngang ( dc theo phng dng chy ) ca van chu ỏp lc
nc, ỏp lc truyn lờn bn mt MNHG, t bn mt truyn lờn h dm ph bao gm
SVTH :Nguyn Quang Thanh. Lp 53C-TL1

Trang :3


ỏn mụn hc Kt cu thộp

GVHD: TS: V Hong Hng

dm ph nh, dm ph ỏy v cỏc dm ph ngang. p lc t h dm ph s truyn lờn
h gin ngang ( t vuụng gúc vi dm ph ) gin ngang cú s mt ct hỡnh 2.2. Cỏc
gin ngang ny ta vo dm chớnh nờn s truyn ti trng cho 2 dm chớnh v ti trng
ca dm chớnh s c truyn lờn 2 ct biờn v cỏc ti ny c truyn lờn cỏc bỏnh xe
ri cui cựng truyn vo tr pin.
Theo phng thng ng ca van chu trng lng bn thõn, lt cu trng lng
bn thõn ny l h gin.
2.1.1 : Thit k s b dm chớnh:
Thit k ca van phng trờn mt 2 dm chớnh.
1

4

3

0.3

6

7
5

a1 =0,45hv

2
2Ht/3

atr
ad

W

Ht/3
B

8

hv

30o

a2

7c
Bố trítổng thểcửa van phẳng

L0

C

7b
7a

trên mặt, hai dầmchính

a2

2

at

2Ht/3

ad

1

hv
a1 < 0,45.h v

W
Z = Ht/3

0.0

30o

Hình 7.1. Sơ đồ vị trí dầm chính

SVTH :Nguyn Quang Thanh. Lp 53C-TL1

Trang :4


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

 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 = 10,5 + 2 0.25 = 11 m

-

Chiều cao toàn bộ cửa van: Hv = Ht + ∆=5.5 m

-

Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy van một đoạn:
Z

H t 5, 2

 1, 733m.

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=2,45 m

-

Để hai dầm chính chịu lực như nhau thỡ phải đặt cách đều tổng áp lực nước.

-

Vậy khoảng cách hai dầm chính là:
a = 2 (Hv - a1 - Z) = 2 (5,5 – 2.45 – 1.73) = 2.64 m.

 Đoạn công xôn phía dưới a2
 a2 = Hv – (a1 + a) = 5,5 – (2.45 + 2.74) = 0.41 m->chọn a2=0,45 m
 Khoảng cách từ dầm chính trên, dầm chính dưới đến tâm hợp lực: atr ; ad
-

Sơ bộ chọn : atr = a/2 = 2.64/2 = 1,32 m, ad =1,28 m

-

Tải trọng nước tiêu chuẩn:
qtc = W =  H2/2 = 10 5,22/2 = 135,2 kN/m

-

Lực tác dụng lên mỗi dầm chính.
Wn
1, 2.135, 2.1, 28
.a d 
 79,872
2, 6
qtr = a
kN/m
Wn
1, 2.135, 2.1,32
.a tr 
 82,368
d
a
2,
6
q =
kN/m

chọn tải trọng lớn hơn để tính toán nên qtt=82,368 kN/m
-

Tải trọng phân bố đều tính toán:
q = n qtc = 82,368 kN/m.

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :5

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

Hình 2. Sơ đồ tính toán dầm chính
 Xác định nội lực dầm chính: Mômen uốn tính toán lớn nhất:
M max 

q .L0 L q .L20 82,368.10,5.11 82,368.10,52
. 


 1243, 24 KNm.
2 2
8
4
8

 Lực cắt tính toán lớn nhất:
qL0 82,368.10,5

8
Qmax = 2 =
432,432 kN

 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: k = 1.5;
Wyc 

hkt =

3

kbW yc

b = 140

M max 1243, 24.104

 7944, 02cm3 .
R
1565

3
→ hkt  1,5.140.7944, 02  118, 6cm.

-

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

hmin
Trong đó:

p tc   q tc
5 RLn0


 .
.
24 E n p  p tc  nq  q tc

no = 600,

E = 2.1 106 daN/cm2

qtc = 62,5 kN/m,
→

hmin 

chọn np= nq = 1.1

5 1565.11.102.600 82,368
.
.
 93,15cm.
24
2,1.106
1,1.82,368

Do hkt > hmin → Chọn h = hkt = 118 cm
→ hb=0,95 x 118= 112,1 cm
→ Chọn hb = 110 cm (bội số của 50 mm)
Do xét tới bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính, phần diện tích bản mặt tang
lên chiếm khoảng 20% diện tích dầm chính làm cho độ cứng EJ x của dầm tang lên
SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :6


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

khoảng 20-25% nên chiều dài dầm chính thực tế chọ bằng 80-90% giá trị tính toán. Ở
đây chọn: hb  110cm,  c  25mm  h  115cm
2.1.2 : 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 giàn ngang tuân theo điều kiện:
-

Bố trí các giàn ngang cách đều nhau.
L 11
  2.75m  4m
B= 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
2.1.3. 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 với ỏp lực nước

tăng.Khoảng cách giữa các dầm phụ 0.7÷0.9 m. Dầm phụ chọn tiết diện chữ C đặt úp để

45

260

245

45 60 65 65 70 80 80

85

tránh đọng nước. Bố trí các dầm phụ dọc như hình 3

275

275

275

275

2.1.3. 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.
SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :7

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

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
2.1.4. Giàn chịu trọng lượng (5)
Giàn chịu trọng lượng bao gồm cánh hạ của dầm chính, cánh hạ của giàn ngang,
được bổ sung thêm các thanh bụng xiên có tiết diện là các thép góc đơn hoặc ghép.
2.1.5. 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.:
2.1.6. 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.
2.1.7. 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.
2.2. Tính toán các bộ phận kết cấu van.
2.2.1.Tính toán bản mặt:
- Bản mặt được bố trí thành 4 cột giống nhau nờn chỉ cần tớnh cho một dóy cột. Các ụ
dầm được tính toán như tấm hình chữ nhật chịu tải trọng phõn bố.Cú 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)

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :8


ỏn mụn hc Kt cu thộp

*

GVHD: TS: V Hong Hng

-

b: Cnh di ca ụ bn mt (cm)

-

pi : Cng ỏp lc thy tnh ti tõm ca ụ bn mt c xột (daN/cm2)

-

Ru : Cng chu un ca thộp lm bn mt (daN/cm2)

Khi ụ cú cnh di < 2 ln cnh ngn: ễ c tớnh nh tm ta trờn 4 cnh. Trng

hp ny chiu dy bn mt c xỏc nh theo cụng thc:
bm =

2.19 a

pi
Ru

Trong ú:
-

a: Cnh ngn ca ụ bn mt (cm)

-

pi : Cng ỏp lc thy tnh ti tõm ca ụ bn mt c xột (daN/cm2)

-

Ru : Cng chu un ca thộp lm bn mt (daN/cm2)
: H s ph thuc vo t s b/a



tớnh toỏn ta lp bng tớnh nh sau:

S hiu Pitc(kN/m2)

ụ1
1,25
2
9,5
3
17,5
4
25
5
31,75
6
38,25
7
44,5
8
49,75

ai(m)

bi(m)

n=b/a

0,85
0,8
0,8
0,7
0,65
0,65
0,6

0,45

2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75
2.75

3.235
3.348
3.348
3.929
4.321
4.321
4.583
6.111

0,0031
0,0085
0,0116
0,0138
0,0156
0,0171
0,0185
0,0195

(mm)

1,61
4,17
5,65
5,91
6,19
6,79
6,76
5,36

T bng kt qu trờn v xột n iu kin n mũn ta chn chiu dy bn mt:
bm = 8 mm
Ghi chú: (*) Tất cả các ô đều làm việc nh tấm tựa trên 2 cạnh
(b>2a)

SVTH :Nguyn Quang Thanh. Lp 53C-TL1

Trang :9


9.5
17.5
25
31.75
38.25
44.5
49.75

I
II

b

III
IV
V
VI
VII
VIII

450600650 650 700 800 800 850

1.25

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

a

Đồ án môn học Kết cấu thép

2750

2.2.2. Tính toán dầm phụ dọc

Dầm phụ truyền lực lên giàn 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 giàn 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:
at  a d
qi = pibi = pi 2
daN/cm2

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 = 2,75 m
→ Ta có bảng kết quả tính toán như sau:

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :10


Đồ án môn học Kết cấu thép
Dầm
phụ
1
2
3
4
5

6
7

pi
(kN/m2)
0
5,5
13,5
28,5
35
41,5
52

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng
at
(m)
0
0,85
0,8
0,7
0,65
0,65
0,45

ad
(m)
0,85
0,8
0,8
0,65

0,65
0,6
0

bi
(m)
0,425
0,825
0,8
0,675
0,65
0,625
0,225

qi
(kN/m)
0
4,54
10,8
19,238
22,75
25,94
11,7

Từ bảng trên, ta thấy dầm số 6 là dầm chịu lực lớn nhất ( 25,94 kN/m ), cách mặt nước
4,15 m. Vậy ta tính toán cho dầm này.
* Mô men uốn lớn nhất trong dầm phụ dọc:
M max 

tc

nqmax
.B 2 1, 2.25, 94. 2, 752

 29, 426(kn .m)
8
8

* Mô men chống uốn theo yêu cầu của dầm phụ dọc:
M max 29, 426.10 4

 188, 03(cm3 )
RU
1565

800
700
450 600 650

52

41.5 35

650

28,5

800

13,5

5,5

850

Wyc 

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
SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :11


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

Với 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× 0,8 = 48,2 cm
b≤ 0.5(at + ad) = 62,5 cm
b≤ 0.3B = 0.3× 275= 82,5 cm ( B: nhịp dầm

h

phụ )
d bmbmbm

→ Chọn b = 48,2 cm

yc

* Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt ghép
+/
+/

+/

bc

b
Hình 6

y

F = Fc + Fbm = 26,7+ 48,2 x0,8= 65,1 cm2
yc 

Fbm  h   bm 
2F



48, 2.0,8.(20  0,8)

 6,16cm.
2.65,1

x

xo

3
b bm
h 
b bm (
 yc ) 2
J xc Fc y c2
12
2
Jx = Jc + Jbm =
+
+
+
2

48, 2.0,83
� 30  0,8
�
� J x  2110  26, 7.6,16 
 48, 2.0,8. �
20
 6,16 � 3818, 42cm4
12
2

�
�
2

+/

Wxn 

Jx
3818, 42

 222, 52cm3 .
ymax
17,16

*Kiểm tra dầm phụ đó chọn:
 max 

M max 29, 426.104

 1322, 4daN / cm 2  1, 25.RU  1956, 25daN / cm 2 .
Wxn
222,52

* Kiểm tra độ vừng:
tc
.B 3
f
5 qmax
5

25,94.2753
1
1
1

.

.

 
6
B 384 E.J x
384 2,1.10 .3818, 42 1141 n0 250

KL: Tiết diện dầm phụ [N022 đó chọn ở trờn là hợp lý
2.2.3. Tính toán dầm chính
Trong mục 1 phần I đó chọn chiều cao dầm chính: h = 116 cm
* Xác định kích thước bản bụng:
- Chiều cao bản bụng:

hb = 110 cm

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :12


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

- Chiều dày bản bụng:
+/ Chọn độ mảnh:
b 

b = 140
hb 110

 0.79
b 140
cm

+/ Từ điều kiện chịu cắt:
 b  1,5.

Q
432, 432.102
 1,5.
 0, 65cm.
hb .Rc
110.895

→ Chọn  b = 0,8 cm = 8 mm
* Xác định kích thước bản cánh:
- Xác định chiều dầy bản cánh:

c 

h  hb 115  110


2
2
= 2,5 cm

Chiều dầy bản cánh lấy theo kinh nghiệm
 c  0, 025h  0,025.112, 67  2,82 cm,

→ Như vậy chọn  c  3 cm là hợp lý. (Bội số của 2 mm)
→ Chiều cao của dầm chính: h = hb + 2  c = 110 + 2× 3 = 116 cm
Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh: hc = hb +  c = 110+ 3 = 113 cm
- Xác định bề rộng bản cánh:
Wyc .h   b .h3b / 6

bc =

 c .(hb   c )2



7943,98.116  1103.0,8 / 6
 19, 42
3.(110  3) 2

1 1
 )h
Thông thường: bc = ( 5 3 = 23,2 ÷ 38,8 cm → Chọn bc = 26 cm

* Đặc trưng hình học của dầm chính:
F1 = hb  b + 2 bc c = 110 × 0,8 + 2× 26× 3 = 244 cm2
bc .h3

hb3 26.1163
1103
Jx 
  bc   b 

  26  0,8 
 586841,33cm 4 .
12
12
12
12

Với dầm chính hàn vào bản mặt nờn phải xét tới bản mặt cựng tham gia chịu uốn với
h
hb

dầm chính. Bề rộng b của bản mặt cựng tham gia chịu
lực với dầm chính phải thỏa món các điều kiện sau:

dc

d

yc
bc

b

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

y

Trang :13

x

xo


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng
b≤ bc + 50  bm = 26

b≤ 0.5(at + ad) = 0,5× (45 + 60) = 52,5 cm
+50×0,8 = 66 cm
b≤ 0.3L = 0,3×11 = 0,3.2,75 m = 82,5 cm
Vậy chọn b = 52,5 cm

* Kiểm tra lại tiết diện đó chọn xét đến phần bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm
chính :
a/ Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện ghộp
Gọi yc là khoảng cách từ trục x (Trục quán tính chính trung tâm của tiết diện tính
toán) đến trục x0 (Trục quán tính chính trung tâm của dầm I đối xứng)
yc 

S

�F



0  Fbm (h   bm ).0,5 52,5.0,8.(116  0,8).0,5

 8,58cm.
FI  Fbm
244  52,5

3
b bm
h   bm
F
(
 yc ) 2
bm
J
y
2
Jx=
+ F1× + 12 +
1
x

2
c

2

52, 5.0,83
116  0,8

�
�
 52,5.0,8. �
 8,58 � 709051,33cm 4 .
12
� 2
�
= 586841,33 + 244 ×8,58 2 +

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

M max
1243, 243.104
. ymax 
.  8,58  116 / 2   1167, 41daN / cm 2
Jx
709051,33

Ta thấy:  max = 1167,41 daN/cm2 < 1,25.Ru = 1,25×1565 = 1956.25 daN/cm2
Vậy tiết diện dầm chính vừa chọn thỏa món 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 cũn 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, 45  0,5.0, 26

 0, 276 �   15, 420  30 0

h
1,16

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:

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :14


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

Để tiết kiệm thép và để giảm bớt bề rộng rónh van nờn dựng dầm chính cú chiều
cao thay đổi (Hình 8). Trong cửa van với yờu cầu giàn ngang khụng thay đổi nên điểm
đổi tiết diện phải bắt đầu từ vị trí giàn ngang ngoài cùng ở hai bên.

60

110

Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng:
ho = 0,6h = 0,6×116 = 69,2 cm
(Thường được lấy bằng (0,4 0,5)h, trong đó h là chiều cao dầm chính giữa
nhịp).
→ Chọn h0 = 60 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
J x0 b ≤ R
c

52,5

30

0,8

X

600

yc

30

0,8

x0

26

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :15

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

Trong đó:
0
+ J x : Mô men quán tính của tiết diện đầu dầm
0
+ S x : Mô men tĩnh của tiết diện đầu dầm.

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện tại gối dầm
Ta có:
yc 



S

�F



0  52,5.0,8.(66  0,8).0,5
 5, 7cm.
52,5.0,8  60.0,8  2.26.3

3
b bm

h   bm
F
(
 yc ) 2
1
2
bm
J
y
2
Jx= x + F1× c + 12 +



2

52,5.0,83
�66  0,8
�
 52,5.0,8. �
 5, 7 � 208164,38cm 4 .
2
12
� 2
�
= 169308 + 204 ×5,7 +

S x0 

26× 3× (3/2 +30 + 5,7) + (30 + 5,7)2× 0,8.0.5 = 3411,4 cm3

�  max 

432, 432.102.3411, 4
 844, 56daN / cm 2  nRc  895.1, 25  1118, 75daN / cm 2 .
208464,38.0,8

Vậy dầm chính không bị phá hoại do ứng suất tiếp
d/ Kiểm tra độ cứng
Khi kiểm tra độ vừng cần xét tới dầm chính thay đổi tiết diện
f
5
q tc L3

L 384 EJ x 
�

f
5
68,64 .113.106
1
1
1

.

 
6
L 384 .2,1.10 .709051,33.0,8 1000 no 600

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

Qmax S c0
1

0
Jx
2 R gh

1
b
≥ 2

Trong đó:
+  = 0.7 đối với hàn tay hoặc nửa tự động nhiều lượt.
0
+ S c : Mômen tĩnh của bản cánh tiết diện gối dầm với trục X

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :16


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

0

+ J x : Mômen quán tính của tiết diện gối đối với trục X

+

R gh

: Cường độ của đường hàn góc (1045 daN/cm2) - Hàn tiên tiến
26
3

60

3

Ta có:
S x0 = 26× 3× 31,5 = 2457 cm3

J xo 

26.663 25, 2.603

 169308cm 4 .
12
12

Thay số vào ta được:

h �0,3(cm)
�
1

1
h
�
.


 0, 4(cm)
dh
b
�
�
2
2

Qmax .Sco
1
43243, 2.2457
1
�dh
hdh 
.

.

0,3
cm
.
�
�
J xo

2  .Rgh
169308
2.0, 7.1500

Vậy ta chọn hđh = 4 mm
f/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm:
hb 1100

 137,5
8
Độ mảnh của bản bụng dầm chính  b
> 100→ bản bụng dầm chính cần

được gia cố bằng các sườn chống đứng với khoảng cách a ≤ 2 hb ( hình 11)
- Với khoảng cách giữa các giàn ngang là : 275 cm > 2 hb = 2× 110 = 220 cm → Phải đặt
thêm các sườn đứng vào giữa các giàn ngang. Như vậy khoảng cách giữa các sườn đứng
là : 1,375 m.
- Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm tính theo công thức sau:

(

b 2 b 2
) ( )
 th
 th

≤ m = 0.72

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :17


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

Trong đó:
+/  b : Ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm.
M ( )
yb

J
b
x
+/ =

M: Mô men lấy tại tâm của hình có cạnh là hb lệch về phía mô men lớn.
Đối với ô hình thang số 1,2 ta coi như là hình chữ nhật có chiều cao bằng chiều cao
trung bình ở giữa ụ.

d

Xác định các giá trị ứng suất:
y

+/  b : Ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm.
Q
 b = hb  b , với Q là lực cắt tại giữa ô kiểm tra

+/  th : Ứng suất pháp tới hạn.
 th =

K0 (

100 b 2
) 10 3
h0
daN/cm2

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
)(100 b ) 2 10 3
2
d

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.

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :18


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

275
60
25
137,5
72,5

110

110

60

110

91,25

254,38

262,54

43 2,4

123,75

38 6,1

494,94

883,33

1 2 3 9,5

137,5

1127,69

382,5

520

36,04

149,3

506,25
368,75
231,25
81,25

Ô
bản

d

M

(cm)

Q

(KNm

(KN)

yb(-)

b

b

th

σth

μ

(daN/cm)

(daN/cm2

(daN/cm2

2

46,42 881,5

)
40,95

)
5539,2

)
1,25 982,7

0,16

46,42 738,3

169,7

5539,2

1,25 982,7

0,22
0,3

(cm)

(daN/cm2

4

110

)
1239.5 36,04

3

110

1127.7 149,3

2

91,25 883.3

262,54

38,04 696,4

359,6

8248,6

1,5

1

72,5

386,1

29.74 485,77

665,7

13495,12

1,89 1843,77

494.7

-

hệ số

1285,3

Từ kết quả trên bảng tính ta thấy tất cả ô bản bụng của dầm chính không

bị mất ổn định cục bộ: k < m = 0,72

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :19

K

0,36


ỏn mụn hc Kt cu thộp

GVHD: TS: V Hong Hng

2.2.4. Tớnh toỏn gin ngang
a. Sơ đồ tính toán (hình 7.12).
- Dàn 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 nớc. Biểu đồ
áp lực thủy tĩnh có dạng hình tam giác .
Để xác định nội lực trong các thanh giàn ta phải đa tải trọng
về tác dụng vào mắt giàn. Gọi các điểm nút là 1; 2; 3; 4; 5 ; 6 ứng
với các lực Pi.
Xác định Pi theo nguyên tắc phân phối đòn bẩy, áp lực nớc
phân bố giữa hai mắt giàn đợc chuyển thành lực tập trung Pi đặt
tại mắt giàn. Để đơn giản, biểu đồ áp lực nớc đợc phân thành các
hình tam giác và hình chữ nhật. (ở đây áp lực nớc phải nhân với
bề rộng B =3,6 m - khoảng cách giữa hai giàn ngang )
P1

W1

1

6

7

W7
9

8

3
P4

130 450

W6

7
8

P3

130

4

5

2
550

3

W3
W4
W5

2

P2
80

W2

1

165

300

P5
P6

nH. B

4
5
9
6

Hỡnh 7.12

Ví dụ: Xác định P4

1
W1 .h 2 .l.B 0,5.37,125.1,35 25, 06 kn
2
W2 .h 2 .l23 .B 29, 7 KN
Wi Diện tích hình số i vd:

W3 0,5. .l 2 23 .B 8,8 KN

Kết quả tính toán ghi trong bảng 7.5.
SVTH :Nguyn Quang Thanh. Lp 53C-TL1

Trang :20


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

B¶ng 7-5
W1

W2

W3

W4

W5

W6

W7

W8

W9

25,06

29,7

8,8

76,86

23,24

123,34

23,24

58,78

2,78

P1

P2

P3

P4

P5

P6

6.84

36.01

66.89

123.34

107.48

31.24

(§¬n vÞ kN)

KiÓm tra l¹i:

1
1
P  �nPi  1, 2.371,8 KN � . .n.H 2 .B  .10.1, 2.5, 22.2, 75  446,16 KN
2
2

b. Xác định nội lực trong các thanh giàn.
Giả thiết các thanh giàn liên kết khớp với nhau, sử dụng Phần mềm SAP2000
để xác định nội lực trong các thanh giàn. Kết quả tính toán như bảng :

Ký hiệu
thanh
giàn
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
1-7
2-7
3-7
3-8
4-8
4-9
5-9
6-9
7-8

Nội lực
(KN)

Trạng thái
chịu lực

Chiều dài

thanh (cm)

18,27
18,27
49,69
15,34
15,34
20,02
43,21
42,83
109,38
137,07
92,07
128,98
40,51
54,47

chịu kéo*
chịu kéo*
chịu kéo*
chịu kéo*
chịu kéo*
chịu nén
chịu nén
chịu kéo
chịu nén
chịu nén
chịu nén
chịu nén
chịu nén

chịu nén

165
80
130
130
45
180,8
74,1
109,1
110
170,3
170,3
110
118,8
87,8

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :21


Đồ án môn học Kết cấu thép
8-9

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

54,94

chịu kéo

260

Ghi chu: (*)Ngoài lực dọc trong thanh giàn cũng chịu momen do chịu trực tiếp
của áp lực nước
c. Chọn tiết diện thanh giàn.
Chọn tiết diện thanh giàn và kiểm tra lại tiết diện chọn:
+/ Chọn tiết diện cho thanh cánh thượng (thanh chịu kéo lệch tâm )
Thanh cánh trên thường dùng tiết diện chữ I. Thanh cánh thượng của giàn
ngang ngoài lực chịu lực dọc (thường là chịu kéo) cũn chịu uốn do tải trọng
ngang trực tiếp của áp lực nước cho nên ta tính thanh cánh thượng như thanh
chịu lực lệch tâm có kể cả phần bản mặt cùng tham gia chịu lưc.
Chọn thanh 3-4 để tính toán với thanh có lực dọc N= 49,69 kN lớn nhất thanh
cánh thượng.và chiều dài lớn: l34 = 130 cm.
Mômen uốn là:
qtb  n

M max 

qtb .l342
8

q3  q4
21,5  34,5
.B  1, 2
.2, 75  97,35kN / m.
2
2

+ Vẽ biểu đồ nội lực chúng ta tìm được giá trị mômen lớn nhất tại mặt cắt giữa

nhịp có trị số :
M max 

qtt .l342
8 =20,56 kN.m

+ Xác định đặc trưng hình học của dầm
� Wyc 

M mac 20,56.104

 131,37cm3
Ru
1565

-Gỉa thiết : Chọn tiết diện thanh cánh thượng là thép: I N 022 để cùng chiều

cao với dầm phụ dọc

SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :22


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

220

81

510

110

Kiểm tra tiết diện đã chọn khi có sự tham gia chịu lực của bản mặt:

b  bc  50.δ bm  11  50 �0,8  51cm
F  30, 6  51�0,8  71, 4(cm 2 )
51�(11  0, 4)
yc 
�8,1(cm)
71, 4
51�0,83
J x  8,1 �30, 6  2550  2,9 �51 
 4988,8(cm 4 )
12
J
4988,8
Wx max  x 
 261, 2(cm3 )
ymax
19,1
2

σ

2

N
M
49, 69 �102 20,56 �104
 () 

�857( daN / cm 2 )  nR.u  1956, 25( daN / cm 2 )
F Wx
71, 4
261, 2

- Thoả mãn điều kiện về cường độ
 Chọn thép IN022 cho tất cả các thanh cánh thượng.

+) Chọn tiết diện thanh cánh hạ ( thanh chịu kéo trung tâm )
thanh 89 là thanh bất lợi nhất. Vì thanh này có nội lực lớn nhất trong các
thanh cánh hạ .
L89 = 2,6m , N89= 54,94 (kN).
- DiÖn tÝch yªu cÇu cña thanh chÞu kÐo:
SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :23


Đồ án môn học Kết cấu thép
Fyc 

-

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng
N

5494

 3, 69cm2 .
 R 1.1490

Chọn tiết diện thanh cánh hạ tiết diện chữ L được ghép bởi hai thép
góc đều cạnh :2L 63x6 . Hình 7.13
Tra bảng ta có :
-F1 = 7,28 cm2; F=14,56 cm2 rx1= 1,93 cm; ry1 = 1,24 cm

  8mm
- Độ mảnh thực của thép:

x

�

x 

lx 260
63

y134, 71
rx 1,93
Hình 7.13


  8mm � ry  ry21  ( z0  ) 2  2,5cm
2
� y 

loy
ry



260
 103, 67
2,51

Kiểm tra tiết diện chọn:
- Theo ®iÒu kiÖn bÒn



N
5494

 377,34daN / cm 2  nR  1862,5daN / cm 2
Fth 14,56

- Theo ®iÒu kiÖn ®é cøng

� max  max  x ;  y   134, 71  gh  400
Vậy với thanh chịu kéo 89 chọn tiết diện 2L63x6 là theo yêu cầu chống ăn
mòn ( dùng thép có bề dầy ít nhất 6mm). Thanh 89 còn là thanh đứng của
dàn chịu trọng lượng nên cần kiểm tra bổ sung.Chọn thép góc 2L 63x6 cho

tất cả các thanh cánh hạ.
+) Chọn tiết diện thanh bụng ( thanh chịu nén trung tâm )

- Tính cho thanh bụng 4-8 thanh này có lực nén lớn nhất
N-48 = 137,07 (kN)
L4-8= 1,703(m).
SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :24


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD: TS: Vũ Hoàng Hưng

+ Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có :
σ=

N
N
≤ Rn
 F = .R n
.F
yc

- Giả thiết

0,6

137, 07 �102
N

 12, 27(cm 2 )

R � 0, 6 �1, 25.1490

Fyc 

-

λ gt 100 ⇒

- Bán kính quán tính yêu cầu :
lx
0,8.170,3

 1,36cm
gt
100

rxyc 
ryyc 

ly
100



170,3
 1.7cm.
100

- Chọn tiết diện gồm hai thanh thép góc L đều cạnh ghép lại: 2L63x6 có các
đặc trưng hình học:

F1 7,28cm 2  F  2 F1  2.7,28 14,56cm 2 .
rx 1,93cm.

Chọn

 8mm  ry  2,9cm.

- Kiểm tra tiết diện chọn:
x 

l y 170,3
lx 0,8 �170,3
 58, 72

 70,59  y  
ry
2,9
rx
1,93
,

max  max  x ;  y   70,59 min  0,82



N
13707

 1148, 07 daN / cm 2  nR  1862,5daN / cm 2
min �F 0,82 �14,56

- Vậy ta chọn thép góc 2L 63x6 , cho tất cả các thanh bụng.
Tổng hợp các thanh thép được dùng trong giàn như bảng sau .
SVTH :Nguyễn Quang Thanh. Lớp 53C-TL1

Trang :25