ĐỒ án môn học THIẾT kế cửa VAN PHẲNG

Đồ án kết cấu thép

Đồ án môn học
Thiết kế cửa van phẳng trên mặt
I - Tài liệu thiết kế:


Cửa van phẳng ở trên mặt thuộc nhóm 4.



Bề rộng của lỗ cống : Lo=14 m .



Chiều cao cột nớc thợng lu: H = 7,5 m.



Hạ lu không có nớc.



Vật liệu thép CT3, các bộ phận đúc bằng thép CT35đ, trục bánh xe
bằng thép CT5, ống bọc trục bằng đồng.
Cờng độ giới hạn của thép CT3 có xét đến điều kiện làm việc của cửa
van:
R

= 1490 daN/cm2 .

RU

= 1565 daN/cm2

RC

= 895 daN/cm2

a2 ad
0,45.h

at

a1 <

Remd = 2230 daN/cm2

II

trình tự

thiết

2H/3

1. Thiết

W

tổng

van:
a-

h

kế:
kế sơ bộ
thể cửa

H/3
30O

Xác

định

sơ

bộ vị trí dầm chính:


Nhịp tính toán của dầm chính:

Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe c = 0,5 (m).
Chiều rộng cửa van là : L = Lo + 2.c = 14+ 2.0,5 = 15 m.

1
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3

Đồ án kết cấu thép

Chọn độ an toàn nớc tràn của cửa van là 0,3(m)
Chiều cao thiết kế cửa van có tính đến an toàn hv H 7,5 0,3 7,8(m)
Vị trí dầm chính bố trí sao cho hai dầm chính chịu tải trọng bằng nhau:
Theo yêu cầu thiết kế a1 < 0,45.hv = 0,45.7,8 = 3,51(m) .
=> chọn a1 = 3,5 (m).
Vị trí đặt lực của tổng áp lực thuỷ tĩnh : Z = H/3 = 7,5/3 = 2,5 (m).
a at a d 2(hv a1 Z ) 2(7,8 3,5 2,5) 3,6( m)
a 2 hv (a1 a ) 7,8 (3,5 3,6) 0,7( m)
Khoảng cách từ dầm chính trên đến tâm hợp lực : at
Khoảng cách từ dầm chính dới đến tâm hợp lực : ad
Sơ bộ chọn at = ad = a/2 = 3,6/2 = 1,8 (m).
Lực tác dụng lên mỗi dầm chính là: q=W/2 = .H2/4 = 10.7,52/4 =140,625
(kN/m).
Chọn chiều cao dầm chímh dựa theo điều kiện kinh tế và điều kiện độ
cứng:
Theo điều kiện kinh tế: hkt 3 k. b.Wyc
Trong đó : Chọn k = 1,3 ; chọn b = 110
R = 1490 daN/cm2
M max
q.L2 140,625.15 2
W yc


.10 4 26544,14(cm 3 )
R
8.R
8.1490

hkt 3 1,3.110.26544,14 156cm
Theo điều kiện độ cứng: hmin

5 R.L.no
q tc p tc
.
.
24
E
nq .q tc n p . p tc

Trong đó : no = 600, E = 2,1.106 daN/cm2 , qtc = 140,625 kN/m
Chọn nq = np = 1
=> hmin

5 1490.15.10 2.600 140,625
.
.
133(cm)
24
1.140,625
2,1.10 6

Chọn chiều cao dầm chính : hdc = max( hkt ; hmin) 160 cm
Chiều dài bản cánh tính sơ bộ theo điều kiện ổn định cục bộ:
1
160
bc h
32(cm)
5

5
Chọn sơ bộ bc = 32 cm

2
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

Ta có tg = (a2 - bc/2)/hdc = (70 - 16)/160 = 0,3375 => = 18O 38< 30O
Vì vậy cần đục lỗ ở thân dầm chính để tránh rung động khi mở cửa van.
2. Bố trí giàn ngang:
Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách giàn ngang không
nên lớn hơn 4m. Ta bố trí chính giữa một giàn ngang và mỗi bên một giàn
ngang và trụ biên, nh vậy khoảng cách giữa các giàn ngang là :
B = L/4 =15/ 4 = 3,75 m < 4 m
3. Bố trí dầm phụ dọc:
Vì cửa van càng xuống sâu thì áp lực nớc càng lớn nên ta bố trí dầm dọc
phụ phía dới gần nhau hơn. Ta chọn khoảng cách các dầm phụ dọc nh sau:
Khoảng cách từ trên xuống đợc bố trí nh hình vẽ:
0,88
m
0,88
m
0,88
m
0,7m
0,7 m
0,7m

0,7m
0,7m

III - Tính toán các bộ phận kết cấu van:
1. 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 tơng 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.
Bản mặt đợc tính nh sau : giả thiết tải trọng phân bố đều.
= M/W RU =>

pi
pi .ai2 .6
RU => bm 0,58.ai .
,
2
RU
12.1.

Vì tải trọng thực sự phân bố không đều nên bm 0,61.ai .

pi
.
RU

Trong đó:

3

Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

pi : là cờng độ áp lực tại trung tâm mỗi ô.
ai : cạnh ngắn của ô bản mặt.
bi : cạnh dài của ô bản mặt.
Ru = 1565 ( daN/cm2) : cờng độ chịu uốn của thép làm bản mặt .
Theo điều kiện quy phạm 6 mm.
Để tiện tính toán ta lập bảng tính sau.

tính toán chiều dày bản mặt
Số hiệu
ô bản
mặt
I
II
III
IV
V

pi
(KN/m2)

ai (m) bi (m)

a/b
0.400

0.267
0.267
0.267

pi (mm
Ru
)

4.5
17
27
37.5

1,5
1,0
1,0
1,0

3,75
3,75
3,75
3,75

0.0054
0.0104
0.0131
0.0155

47

1,0

3,75 0.267 0.0173

VI
56
0,8
3,75 0.213 0.0189
VII
64
0,8
3,75 0.213 0.0202
VIII
71.5
0,7
3,75 0.187 0.0214
Từ kết quả bảng trên ta chọn chiều dày

4.906
6.358
8.012
9.443
10.57
1
9.231
9.869
9.127

pi

bản mặt bm= 1 cm =10 mm.
2. Tính toán dầm phụ dọc:
Ta coi dầm phụ dọc nh dầm đơn,

at
ad

bi

nhịp là khoảng cách giữa hai giàn ngang
và chịu tải trọng phân bố đều có cờng
độ :
qi = pi.bi = pi.

at ad
(daN/cm)
2

B

at : khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm trên nó
ad : khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm dới nó
pi : áp lực thuỷ tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm2)

4
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

Ta lập đợc bảng tính toán sau:

xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ
Dầm phụ pi (KN/m2)
1
2
3
4
5
Chiều dài dầm phụ: l f

12
22
42
52
60
3,75m

at (m)

ad (m)

bi (m)

1.5
1.0
1.0
1.0
0.8

1.0
1.0
1.0
0.8
0.8

1.25
1.0
1.0
0.9
0.8

qi
(KN/m)
15
22
42
46.8
48

Nhận thấy dầm cuối cùng là dầm chịu lực lớn nhất cách mặt nớc 6 m. Nên ta
tính cho dầm này

Mômen uốn max trong dầm phụ dọc :

M max

q max .l 2f
8

48.3,75 2
84,375( KNm)
8

Môđun chống uốn yêu cầu của dầm phụ dọc:
W yc

M max 84,375

539,137(cm 3 )
Ru
156500

Từ Wyc tra bảng thép định hình chữ C (có xét tới bản mặt tham gia chịu
lực), ta chọn thép chữ C có số hiệu N o 36 có các đặc trng sau:
h = 36 cm ; bc = 11 cm ; zo = 2,68 cm.
F = 53,4 cm2 ; Jx = 10820 cm4 ; Wx = 601 cm3
Vì dầm phụ đặt sát bản mặt nên phải xét tới bản mặt tham gia chịu lực,
bề rộng chịu uốn phải thoả mãn các điều kiện:

h

ct = cd = 25.bm = 25.1=25 cm.

b bc + 50.bm = 11 + 50.1 = 61 cm.
b 0,3.lf = 0,3.3.75 = 112.5 cm.
Vậy sơ bộ ta chọn b = 50 cm.

y

y

c

b
bc

b 0,5(at + ad) = 0,5(0,8+0,8) = 0,8m = 80 cm.

Tính toán các đặc trng hình học của mặt cắt ghép:
F = FC + Fbm = 53,4 + 50.1 = 103,4 cm2

x

x
o

5
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3

Đồ án kết cấu thép

yc

Fc .0 Fbm .( h / 2 / 2) 1.50.(18 0,5)

8,945cm
F
103,4

J x J c J bm J xC FC . y c2

J x 10820 53,4.8,945 2

Wxn

b. 3
b. .(h / 2 y c / 2) 2
12

50.13
50.1.(18 8,945 0,50) 2 19662 (cm 4 )
12

Jx
19662

729,73(cm 3 )
y max 26.945

Kiểm tra dầm phụ đã chọn:

max

M max 8437,5

11,56( KN / cm 2 ) 15,65( KN / cm 2 )
Wx
729,73
3

tc
5 q max .l f
5
0,48.375 3
1
1

.

.


.
4
l f 384 E.J
384 2,1.10 .19662 1253 250

f

Vậy dầm phụ đã chọn thoả mãn điều kiện về cờng độ và biến dạng.
3. Tính toán dầm chính:
a. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm chính:
Tổng áp lực thủy tĩnh trên một đơn vị dài cửa van : W = .H2/2 =
10.7,52/2=281,25(kN/m).
Tải trọng tác dụng lên mỗi mét dài dầm chính trên và dầm chính dới lần lợt
là.
qt W .

ad
1,47
281,25.
102,4 (kN/m) .
at a d
2,94

qd W.

at
= 102,4 (kN/m).
at ad

b. Xác định kích thớc tiết diện dầm chính:
=> Mmax =
Qmax =
=> Wyc =

q.l 2o 102,4.12,52

2000(kNm).
8
8

q.l o 102,4.12,5

640 (kN).
2
2
M max 2000
.104
(cm3).

13422,82
R
565

* hkt 3 k. b.Wyc
Trong đó : Chọn k = 1,5 ; chọn b = 140.

6
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

hkt =

3

1,5.140.13422,82
141,26 cm.

5 R.L .no
qtc ptc
.
.
*hmin =
.
24 E
nq.qtc np.ptc
Trong đó : no = 600, E = 2,1.106 daN/cm2 , qtc = 102,4 kN/m.
Chọn nq = np = 1 .

h
h

2

=> hmin=

5 1490
.13,5.10 .600 102,4
.
.
119,73
24
1.102,4
2,1.106

c

b

cm.

y

=> Chọn chiều cao dầm chính :
b
bc

hchọn = max( hkt ; hmin) 141 cm.

y

c

Tính toán các kích thớc tiết diện dầm chính:
=>

_hb = 0,95.hchọn = 0,95.141 = 133,95
x

x

lấy theo quy cách hb = 135cm

o

_c = 0,02.hchọn = 2,8 cm.
_b = hb/b = 135/140 1 cm.
_hdc = hb + 2.c = 135 + 2.2,8 141 cm.
_bc = Fc/c 30.c
_Fc = 2.Jc / hc2
_hc = hb + c = 135 + 2,8 = 137,8 cm.
_Jc = W yc .h / 2

b .hb3
738861,4 cm4
12

=> Fc = 2.738861,4/137,82 = 77,8 cm2
=> bc = 77,8/2,8 30 cm
FI = hb.b + 2.bc.c = 135.1 + 2.30.2,8 = 304,2 cm2
JxI = bc.h3/12 - (bc - b).hb3/12 = 1008604 cm4
h
h

Vì dầm chính đặt sát bản mặt nên phải xét tới
bản mặt tham gia chịu lực, bề rộng bản mặt
tham gia chịu uốn phải thoả mãn các điều kiện:



b

ct = cd = 25. = 20 cm

y

b 0,5(at + ad) = 87,5 cm

c

b
bc

c

y

b bc + 50. = 30 + 50.0,8 = 70 cm.
b 0,3.Lo = 0,3.1250 = 112.05 cm.
x
7
x
Trần
ánh Dơng - Lớp
42C3
o


Đồ án kết cấu thép

=> Chọn b = 70 cm
Tính các đặc trng hình học cho tiết diện ghép:

F = FI + Fbm = 304,2 + 0,8.70 = 360,2 cm2
yc =

Fbm.( h) 0,8.80.(0,8 141)

11 cm.
F.2
360,2.2

Jx = JxI + FI.112 + b.3/12 + Fbm. (

Wxanhất =

h d
11)2 = 1245138 cm4
2

Jx
Jx
1245138


15312
,6 cm3
ymax h / 2 11 141/ 2 11

Kiểm tra kích thớc dầm chính đã chọn theo điều kiện ứng suất pháp:

M max 2000
.104

1306
,12< 0,85.Ru = 0,85.1565 =1330,25 (daN/cm2)
max=
Wxanhất 15312
,6
Ta kiểm tra lại điều kiện góc đọng nớc:
Ta có tg= (a2 - bc/2)/(hdc -hdp) =(66 -15)/(140-30) = 0,464 => = 25O<
30O
Vị trí đặt dầm chính không thoả mãn điều kiện để không bị đọng nớc, vì vậy cần phải đục lỗ phá chân không.
c. 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. Vì giàn ngang nằm trong phần dầm chính không thay
đổi tiết diện nên điểm đổi tiết diện phải bắt đầu từ vị trí giàn ngang hai
đầu.
Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng : 0,56.h = 80 cm.

80
cm

141
cm
d. Kiểm tra ứng suất tiếp:

Qmax.So
max = o
J . b
Tính toán các đặc trng hình học của tiết diện tại gối dầm:
ho = 80 cm

8
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

Jo = bc.ho3/12 - (bc - b).hb3/12 = 286347 cm4
So = bc.c.

hb c h2b
. b = 3956 cm3
2
8

=> max =

640.3956
884 < Rc = 895 daN/cm2
286347
1

Vậy dầm chính sau khi thay đổi tiết diện ở hai đầu vẫn thoả mãn điều
kiện ứng suất tiếp.
e. Kiểm tra độ võng:
Phải xét tới dầm chính thay đổi tiết diện: hệ số thay đổi tiết diện =
0,8.

f
5 M tc

5 2000
.104.13,5.102
1
1
max.L
.
.


L 48 .E.J x 48 0,8.2,1.106.1245138 744 600
f. Tính liên kết giữa bản cánh và bản bụng dầm:

Qmax.Soc
1
.
1. b 0,5 cm
hdh=
h
Jo
1,4.R g 2
Soc bc. c

hb c
3265cm3
2

Jo = 286347 cm4
Rhg = 1045 daN/cm2

640.102.3265 1

hdh =
.
0,5cm.
286347 1,4.1045

=>

g. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm:
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
337,5cm > 2hb= 270 nên phải đặt thêm 1 sờn đứng nữa vào khoảng giữa các
sờn này.
Khoảng cách giữa các sờn gia cố là : 337,5/2 = 168,75 cm < 2hb

1

2

3

4

80
cm

9
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3

Đồ án kết cấu thép

Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm chính theo công thức
sau:
2


Hệ số kiểm tra = b b

th th
b =

M ( )
.yb
Jx

2

m



M: mômen lấy tại tâm của hình vuông

y

có cạnh là hb, 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.
b =

Q
hb. b

yb(-)

x

yb

Q: lực cắt lấy cho điểm giữa
ô.

=

432

691,2

604,8

2


0,95 100. b
3
th 1,25 2

.10
d

Cạ nhdài
Cạ nhng
ắn

0,00

d = chiều dài cạnh ngắn của ô

1,69

5,06

3,38

6,75

8,44

10,13 11,81 13,50

8,44

10,13

2309,47
2332,80

ho = 2 .y(b )

3,38

86,4

778,31

Lấy ko = 7,46

1,69

2047,03

0,00

259,2

100
. b 2 3
) .10 daN/cm2
ho

1508,07

th = ko(

5,06

6,75

11,81

kiểm tra.
Ta lập bảng tính sau:
Số TT
ô

d (m) M (kNm) Q (kN) yb(-)

4

135

778

605

3

135

1508

432

b

b

th



56,5 353,0 448,1 5842,3 1,25

th

Hệ số
KT

1019,

0,444
5
56,5 684,3 320,0 5842,3 1,25 1019, 0,335

10
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3

13,50


Đồ án kết cấu thép

119,8

2

4

1

89,52

2047
2309

259 49,67
85

36,22

1051,
5
1588,

216,1 7559,5 1,41
95,0

3

14216,
1

1,89

5
1204,

0
1893,
4

0,227
0,122

Từ kết quả bảng trên ta thấy tất cả ô bản bụng của dầm chính đều thoả
mãn điều kiện ổn định cục bộ.
4. Tính dàn ngang:

0

W1
q1

1

8

2

q2
q3

W
W2

7

2

3
6

4
5

q4
q5

a. Vẽ sơ đồ giàn ngang và xác định chiều dài hình học 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.
Kí hiệu
thanh

01

08

12

18

23

27

28

34

36

37

45

46

56

67

78

giàn
Chiều
dài

145 160 145 67,5 147 135 160 147 200 200 66 135 150 294 160

(cm)
b. Đa tải trọng phân bố về tải trọng tập trung trên mắt giàn: P0 , P1, P2,
P3, ...
Xác định cờng độ áp lực thuỷ tĩnh tại các mắt giàn : q1, q2, ....

11
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép
n

qn = .B.

hi , B = 3,375 (m) là bề rộng tải trọng trên giàn ngang
1

Tính hợp lực của áp lực thuỷ tĩnh trong phạm vi mỗi thanh giàn W i và
điểm đặt của chúng zi . Nếu biểu đồ áp lực nớc trong phạm vi mỗi thanh giàn
là hình thang thì ta phân biểu đồ thành 2 tam giác.
Ta tính đợc tải trọng tập trung tác dụng lên các mắt giàn:
P0 =
P1 =
...

1
.W1
3
2
2
1
W1 W2' W2"
3
3

3

qi
i hi (m) (kN/m2 Pi (kN)
)
0

10,25

1 1,35 13,50 65,36
138,3
2
1,45
28,00
W1 W2' W2" W3' W3" W4' W4" W5' W5"
0
30,7
105,9 105,9 142,3 63,9 71,2
211,8
33,03 68,51 69,46
3 1,47 42,70
5
2
2
9
3
8
5
196,6
1

4 1,47 57,40
Kiểm tra :
Pi ..H 2.B = 1/2.10.6,42.3,375 = 691,2
1
2
5 0,66 64,00 68,83
kN
691,2
6,40

=> Sai số cho phép < 5%
0
Ký hiệu
Chiều dài
c. Tính nội lực trong thanh giàn
Nội lực Trạng thái
thanh
thanh
ngang:
(kN)
nội lực
giàn
(cm)
Giả thiết các thanh giàn liên kết khớp
01
22,2 Chịu kéo
145
với nhau, ta dùng phơng pháp tách mắt
12
22,2 Chịu kéo

145
23
93
Chịu kéo
147
để xác định nội lực trong các thanh
34
33,7 Chịu kéo
147
giàn. Kết quả tính toán đợc thể hiện
45
33,7 Chịu kéo
66
trong bảng.
Chịu
08
24,4
160
nén
Chịu
87
102,2
160
P0
nén
0
76
51,2 Chịu kéo
294
h1

Chịu
65
76,5
150
nén
P1
1
8
Chịu
18
65,4
67,5
h2
nén
2
P28
R
77,8 7Chịu kéo A 160
2
Chịu
h3
27
171
135
nén
P3
3
Chịu
200
37

196,3
h4
nén
6
R
P4
4
12
Chịu B 200
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3
36
116
h
5
P5
nén
5
Chịu
46
196,6
135
nén




Đồ án kết cấu thép

RA = 346,62 kN.

RB = 344,58 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
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 (dùng thép góc đơn số hiệu không nhỏ hơn L 636)
* Chọn tiết diện của thanh chịu kéo trung tâm:
_Ta tính cho thanh chịu kéo lớn nhất là thanh 28, N28 = 77,8 kN , l = 160 cm
Diện tích yêu cầu của thanh chịu kéo: Fyc =

N
.R

: hệ số giảm yếu tiết diện do liên kết, lấy = 1
R: cờng độ giới hạn, R = 1490 daN/cm
=>

x

2

77,8.102
Fyc =
5,22 cm2
1.1490

y

6
3

Ta có chiều dài tính toán của thanh bụng : lox = 0,8.l ; loy = l
=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 636
Các đặc trng hình học : F1 = 7,28 cm2 ; rx1 = rx2 = 1,93 cm ; Jx1 = 27,1 cm4
=> F = 2.F1 = 2.7,28 cm2 = 14,56 cm2
rx = rx1 = 1,93 cm
Với = 8 mm , ry = 2,9 cm .
=> =

N 77,8.102

534,34 daN/cm2 < R = 1490 daN/cm2
Fth
14,56
l l oy
0,8.160160
) max(
;
) 66,32 < gh = 400
rx ry
1,93 2,9

ox
max = max( ;

Vậy với thanh chịu kéo trung tâm ta thống nhất dùng tiết diện : 2L 636

13

Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án 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
7
0

Giả thiết gt = 100 =>
Diện tích yêu cầu : Fyc =

= 0,60

N 196,3.102

22cm2
.R 0,60.1490

x

là thanh 37 : N = 196,3 kN , l = 200 cm .

Đối với thanh bụng : gt = 100 120.

y

lx= 0,8.l = 0,8.200 = 160 cm.

ly = l = 200 cm.
Bán kính quán tính yêu cầu : rxyc =

l y 200
l x 160
yc


1
,
6
cm
;
r
=

2 cm.
y
gt
gt 100
100


=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 708
Các đặc trng hình học : F1 = 10,7 cm2 ; rx1 = rx2 = 2,13 cm ; Jx1 = 48,2 cm4
=>

F = 2.F1 = 2.10,7 cm2 = 21,4 cm2

rx = rx1 = 2,13 cm, với = 8 mm => ry = 3,22 cm .

Kiểm tra tiết diện chọn:
*

N 196,3.100

917,3 daN/cm2 <
Fth
21,4

R= 1490 daN/cm2
max = max(x ; y) = max(

160 200
;
) =
2,13 3,22

max(75 ; 62) = 75
Tra bảng đợc min = 0,78.
=>



196,3.100

1176
min.F 0,78.21,4

x

12
0

N

daN/cm2 < R= 1490 daN/cm2

5
2

y

max= 75 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 No=12.
Các đặc trng hình học : F1 = 13,3 cm2
Wx1 = 50,6 cm3

14
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

Để an toàn ta không xét tới bản mặt tham gia chịu lực.
=> F = 2.F1 = 2.13,3 cm2 = 26,6 cm2
Wx = 2.Wx1 = 2.50,6= 101,2 cm3.

Kiểm tra tiết diện chọn:
*

N
M

< R= 1490 daN/cm2 .
Fth Wth

Trong đó M là mômen uốn tác dụng lên các thanh cánh sát bản mặt, ta

qi qi 1
q .l 2
=> M = tb
2
8

giả thiết thanh chịu tải trọng phân bố đều qtb =
Kiểm tra cho các thanh, ta lập bảng sau:
Ký hiệu
thanh
giàn
01
12
23
34
45

Chiều
dài

thanh
(cm)
145
145
147
147
66

Lực
dọc
(kN)
22,2
22,2
93,0
33,7
33,7

Mômen
(kNm)
1,77
5,45
9,55
13,52
3,31


(daN/cm
)

2

258,75
622,33
1293,15
1462,57
453,28

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
Chịu

01

22,2

12

22,2 Chịu
nén
Chịu

93
kéo
Chịu
33,7
kéo
33,7
Chịu

23
34
45

kéo

Chiều
dài
thanh

lox

loy

(cm) (cm)

Tiết diện
thanh

(cm)

max min (daN/cm
)

2

145

145

145 2C N o12

258,75

145

145

145 2C N o12

622,33

147

147

147 2C N o12

1293,15

147

147

147 2C N o12

1462,57

66

66

66

2C N o12

453,28

15
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

08

24,4

87

102,2

76

51,2

65

76,5

18

65,4

28

77,8

27

171

37

196,3

36

116

46

196,6

kéo
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
kéo
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
kéo
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
nén

160

160

160

2L 708

75 0,78 146,18

160

160

160

2L 708

75 0,78 612,27

294

294

294

2L 636

351,65

150

150

150

2L 708

70 0,81 441,33

67,5

54

67,5

2L 708

25 0,96 318,34

160

128

160

2L 636

534,34

135

108

135

200

160

200

2L 708

75 0,78 1176,01

200

160

200

2L 708

75 0,78 694,94

135

108

135

Dầm

51

chính

Dầm

51

chính

0,88
7

0,88
7

900,86

1035,73

Tính giàn chịu trọng lợng bản thân:
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.

0,5.Pm
0

9
G

a.

R=2.P

Pm
1

B=3,37
5m

8

Pm

Pm

m

4

3

2
7

0,5.P

6

L=13,5m

m

5

R=2.P
m

Xác định trọng lợng 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 m2

16
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

F = L.H = 13,5.6,4 = 86,4 m2
=> G = 0,55.86,4. 86,4 = 411,7 (kN)
b. Xác định tải trọng tác dụng lên giàn ngang:
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 :
Pm =

0,5.G
0,5.G 0,5.411
,7

.B

55,21 (kN)
L
4
4

c. Tìm nội lực trong các thanh giàn:
Ta dùng phơng pháp tách mắt để tính nội lực trong các thanh giàn.
Chiều

Trạng

Ký hiệu

dài

thanh

thanh

Nội lực

giàn

(cm)

(kN)

01

337,5

93,86

12

337,5

125,22

23

337,5

125,22

34

337,5

93,86

56

337,5

0

67

337,5

93,86

78

337,5

93,86

89

337,5

0

09

294

110,42

18

294

82,82

27

294

55,21

36

294

82,82

45

294

110,42

thái nội
lực
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
kéo
Chịu

kéo
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu
nén
Chịu

17
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

08

447,6

125,49

17

447,6

41,79

37

447,6

41,79

46

447,6

125,49

nén
Chịu
kéo
Chịu
kéo
Chịu
kéo
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 606).
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 : Fyc =

N 125,49.102

14cm2
.R 0,60.1490

Đối với thanh bụng : gt = 100 120, lx= 0,8.l = 0,8.447,6 = 358 cm.
ly = l = 447,6 cm.
Bán kính quán tính yêu cầu: rxyc =

ryyc=

ly
gt





l x 358

3,58cm.
gt 100

447,6
4,48cm.
100

=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 908
Các đặc trng hình học : F1 = 13,9 cm2 ; rx1 = rx2 = 2,76 cm ; Jx1 = 106 cm4
=>

F = 2.F1 = 2.13,9 cm2 = 27,8 cm2

rx = rx1 = 2,76 cm, với = 8 mm => ry = 4,01 cm .
Kiểm tra tiết diện chọn:
*



N 125,49.100

451
,4 daN/cm2 < R= 1490 daN/cm2
Fth
27,8

max = max(x ; y) = max(

358 447,6
;
) = max(130 ; 119) = 130.
2,76 4,01

Tra bảng đợc min = 0,4.

18
Trần

ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

=>

N

125,49.100

1128
,5 daN/cm2 < R= 1490 daN/cm2
min.F
0,4.27,8

max= 130 gh = 150
Vậy tiết diện chọn là hợp lý.
d. Chọn tiết diện cho thanh đứng của giàn chịu trọng lợng:
e. 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 636: F =
14,56 cm2
n =

N 51,2.102

351,65daN/cm2

Fth
14,56

N max
110,42.102
bt

758,38 daN/cm2
bt =
Fth
14,56
=>

= 351,65 + 758,38 = 1110 daN/cm2
Vậy thanh đứng không bị phá hoại về mặt cờng độ.

5. 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 bc = 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:
bc = 40 cm.
hb = 74,4 cm.
b = 1 cm.
c = 2,8 cm.
Các đặc trng hình học của tiết diện:

x

80
0

F = 2.bc.c + hb.b = 2.40.2,8 + 74,4.1 = 298,4 cm2
40
0

19
y
Trần
ánh Dơng - Lớp
42C3


Đồ án kết cấu thép

Jx =

bc.h3 (bc b ).h3b 40.803 39.74,43
cm4



368216,6
12
12
12
12

=> Wx =

Jx
9205,4cm3
h/ 2

* Xác địnhTtải trọng tác dụng lên trụ biên: tải trọng tác dụng nh hình vẽ.
Pi : áp lực do dầm phụ truyền tới.
Pi = qi.B/2 =

at ad
..hi.B/2.
2
hi

P0
1,1 m

P1

0,9 m

P2
Q1
P3
P4
P5
Q2
P6

R1 =781,82
kN
G/
2

0,9 m

at

bi

ad

14
kNm

M

54,1

0,85m

13,7

0,76m
0,69m
R2
=822,065
kN

0,64m
0,66m

11,1

B

20
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

xác định tải trọng do dầm phụ truyền lên

i
0
1
2
3
4
5
6

at (cm)
100
90
85

76
69
66

ad (cm)
90
90
76
69
64
0

qi
(daN/cm)
0
9,26
17,10
29,20
31,85
33,83
10,02

Pi (daN)
0
1563,05
2885,63
4927,73
5373,95
5709,13
1690,12

Qi : áp lực do dầm chính truyền đến chính bằng phản lực gối tựa hai
đầu dầm chính.
Q1 = Q2 = 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.Fbm Fbm = 411,7 (kN)
Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là N = 0,5.G = 205,85 kN
Mômen lớn nhất là tại khớp 1 : Mmax = P1.0,9 + P2.1,8 = 54,1054 kNm
* Kiểm tra điều kiện cờng độ:
=

N M max 205,085.100 541054



127,76 < R = 1490 daN/cm2
F
Wx
298,4
9205
,4

6. 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 đờng kính bánh xe:
Tỷ số giữa bề rộng và đờng kính bánh xe vào khoảng từ 35. Bánh xe đợc chế tạo từ thép đúc CT35d. ứng suất cho phép : [] = 1500 daN/cm2

Chọn bề rộng bánh xe Lx = 150 mm
Đờng kính bánh xe Dx = 600 mm

21
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

*Kiểm tra :

Pxmax
[]
=
L x .Dx
Px : lực tác dụng vào bánh xe chính bằng phản lực tại hai gối tựa của trụ biên,
Pxmax = R2 = 822,065 kN

822,065.102
=> =
91,34 daN/cm2 < [] = 1500 daN/cm2
2
150.600.10
b. Tính toán kích thớc của trục và ống bọc trục:
ống bọc trục làm bằng đồng có []cbt = 250 daN/cm2 . 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/cm2

[]cbt = 950 daN/cm2
[] = 750 daN/cm2
*Kiểm tra ứng suất cục bộ do tiếp xúc giữa trục và ống bọc trục:

Px 822,065.102
=

219,21 daN/cm2 < []cbt = 250 daN/cm2
2
d.c 150.250.10
*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

Px / 2
Px
822,065.102


685daN/cm2 < []cbt = 950
=
2
d. 2.d.(2.) 2.150.40.10

q=Px/c
daN/cm2
30

c/2=125 20

c/2

30

L = 330

Px/2=411,03
kN

22
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3
Mmax= 38 kN


Đồ án kết cấu thép

*Kiểm tra ứng suất của trục :
q = Px/c = 822,065/0,25 = 3288 kN/m.
Qmax = Px /2 = 411,032 kN
Mmax =

Px
q.1252.10 6

3
.155.10
38 kNm.
2
2

_ ứng suất pháp:
=

M
38.104

1126 < [] = 1200 daN/cm2
3
3
0,1.d 0,1.15

_ ứng suất tiếp:

4
Q
4 411
,03.102
= .
.
310daN/cm2 < [] = 750 daN/cm2
2
2
3 0,7854
3 0,7854

.d
.15
.
c. Bánh xe ngợc hớng và bánh xe bên:
Bánh xe ngợc hớng và bánh
xe bên làm bằng cao su đúc có
đờng kính 200mm và trục bánh
xe có đờng kính d = 40 mm.

8. Vật chắn nớc và bộ phận cố
định:
Vật chắn nớc hai bên làm bằng cao su đúc.
Vật chắn nớc dới đáy làm bằng gỗ, kích thớc thanh gỗ có chiều rộng bằng
chiều cao thép chữ C của dầm đáy và dùng bulong có đờng kính 18 mm liên

23
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3


Đồ án kết cấu thép

kết chặt với dầm đáy, khoảng cách giữa các bu long dọc theo dầm đáy là 500
mm.
Đờng ray của bánh xe chịu lực chế tạo bằng thép đúc CT35d, bề rộng
mặt ray 180mm, bề rộng đế đờng ray b = 230 mm, độ dày bản bụng đờng
ray = 60 mm, chiều cao đờng ray h = 280 mm, đờng ray chôn trong bê tông
có số hiệu M170#.

28

0
10
0

24
Trần
ánh Dơng - Lớp 42C3