đò án thép dại hoc thuy loi

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 11 )
A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ :
• Bề rộng lỗ cống: Lo= 12 m
• Cột nước thượng lưu:H = 8 m
• Cao trình ngưỡng: ∇ = 0
• Thiết kế trong trường hợp hạ lưu không có nước.
• 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, liên kết hàn
- Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT 35
• Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh: nq= 1,1 và của trọng lượng bản thân: ng= 1,1
•

1
1
1
1
=
=
Độ võng giới hạn của dầm chính:
; của dầm phụ no 250 .
no 600

• Cường độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo thép CT3
- Ứng suất pháp khi kéo nén dọc trục: R = 1490 daN/cm2
- Ứng suất pháp khi uốn: RU =1565 daN/cm2
- Ứng suất cắt: RC = 895 daN/cm2

- Ứng suất ép mặt đầu: Remd = 2230 daN/cm2
• Hệ số điều kiện làm việc: Đối với cửa van chính thuộc nhóm 1-4 lấy m=0,72


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

2 Dầm chính

1. Bản mặt

3.Dầm phụ dọc

6.Trụ biên

4. Giàn ngang
5. Giàn chịu trọng lượng
7. bánh xe

Hình 1: Hình phối cảnh cửa van hai dầm chính


4

3

1

∆
o

2

0,4
5H

2H/3

a1
≤

6
7a
5

W

atr

ad

H/3
▼0.0
B

α≥ 30o

8

7c

L0
Bản mặt
Dầm chính
Dầm phụ dọc
Giàn ngang

7b
7a

5.
6.
7.
8.

Hình 2: Bố trí tổng thể cửa van
phẳng trên mặt, hai dầm chính

Giàn chịu trọng lực
Dầm bên
Bánh xe
Mút ngăn nước

1. Thiết kế sơ bộ dầm chính:
Thiết kế cửa van phẳng trên mặt 2 dầm chính (Hình 3):
∆

a1 ≤ 0,45Ho

1.
2.
3.
4.

C

2H/3

atr

W

ad

H/3
▼0.0

Ho

α≥300

a2

Ho

a2 a


Hình 3: Van phẳng

* 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 = 12 + 2 × 0,25 = 12,5 m.
* Chiều cao toàn bộ cửa van: Ho = H + ∆
Δ: Độ vượt cao an toàn, sơ bộ lấy ∆ = 0,5 m.
→ Ho = 8 + 0,5 = 8,5 m.
* Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy van một đoạn:
Z=

H 8
= = 2,667 m
3 3

* Chọn đoạn công xôn phía trên a1
- Theo yêu cầu thiết kế: a1 ≤ 0,45 Ho = 0,45 × 8,5= 3,825 m, chọn a1= 3,6 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 × ( Ho - a1 - Z) = 2 × (8,5 - 3,6 -2,667) = 4,466 m.
→ Chọn a = 4,2 m

* Đoạn công xôn phía dưới a2
a2 = Ho – (a1 + a) = 8,5 – (3,6 +4,2 ) = 0,7 m.
Vậy a2 = 0,6 m.
* Khoảng cách từ dầm chính trên, dầm chính dưới đến tâm hợp lực: a tr ; ad
- Sơ bộ chọn : atr = ad =

a
4, 2
=
= 2,1 m

2
2

• Lực tác dụng lên mỗi dầm chính.
-

Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn:

Wn γ H 2 10 × 82
q =
=
=
= 160 kN/m.
2
4
4
tc

-

Tải trọng phân bố đều tính toán:
q = n × q tc = 1,1 × 160= 176 kN/m.


b

bc

δ bm
δc

δb

q

hbb

C

L0

L= 12,5
m
=

C

δc

Hình 4: Sơ đồ tính toán dầm chính
• Xác định nội lực dầm chính: Mômen uốn tính toán lớn nhất:
Mmax =

q × L0 L q × L20 176 ×12 12,5 176 ×12 2
× ×
−
=
= 3432 kNm
2
2

8
2
2
8

• Lực cắt tính toán lớn nhất:
Qmax =

qL0 176 ×12
=
=1056 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:
-

hkt = 3 1,5λbWyc

Theo điều kiện kinh tế:

Trong đó:

λb = 100
W yc =

M max 3432 ×104
=
R

1565

= 21929,712 cm3

→ hkt = 3 1,5 ×100 × 21929, 712 = 148,72 cm
-

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

hmin
Trong đó:

p tc + ∑ q tc
5 R × L × n0
∑
= .
.
24
E
n p ∑ p tc + nq ∑ q tc

no = 600,

E = 2.1 × 106 daN/cm2

qtc = 160 kN/m,
→ hmin =

chọn np= nq = 1.1

5 1565 ×12,5 × 102 × 600 1
×
×
= 105,858cm
24
2,1× 106
1,1

Do hkt >hmin → Chọn h = hkt = 148.72 cm→ hb=0,95 x 148.72= 141.28 cm


→ Chọn hb = 140 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
nên chọn nhỏ hơn 4m. Bố trí giàn ngang tuân theo điều kiện:
-

Bố trí các giàn ngang cách đều nhau.

-

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.

Khoảng cách giữa các giàn ngang: B =

L 12,5
=
= 3,125m < 4m , giàn ngang có thể
4
4

bố trí dạng đặc hoặc dạng rỗng.
3. Bố trí dầm phụ dọc (3)
Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các giàn ngang , nó được tính toán
như một dầm đơn, gối tựa là 2 giàn ngang và đỡ tải trọng của bản mặt truyền đến, tại
một độ sâu nhất định được coi là tải trọng phân bố đều. Bố trí dầm phụ ở phía trên thưa,
càng xuống sâu sẽ càng dày dần vì áp lực nước tăng lên, khoảng cách giữa các dầm phụ
thường từ 0,7-0,9m. Muốn có vị trí hợp lí phải lựa chọn vài phương án bố trí vì nó ảnh
hưởng đến chiều dày của bản mặt, phương án tối ưu là trọng lượng của bản mặt và dầm
phụ là nhỏ nhất. Dầm phụ chọn loại dầm tiết diện [ đặt úp để tránh đọng nước.

Hình 5 : Bố trí các dầm dọc phụ


4. Trụ biên (6)
Trụ biên ở hai đầu cửa van, chịu lực từ dầm chính, dầm phụ và lực đóng mở van,
thông qua hệ thống gối tựa di động ( bánh xe) và tải trọng này được truyền lên trụ pin.
Trụ biên gắn với đầu của dầm chính và có tiết diện chữ I, theo phương dọc trục
trụ biên chịu kéo do tải trọng bản thân. Trụ biên được tính như thanh chịu kéo uốn đồng
thời.
5. Giàn chịu trọng lượng (5)
Giàn chịu trọng lượng dùng để chịu tải trọng bản thân cửa van khi kéo lên cửa.
Tải trọng G của toàn bộ cửa van được phân lên mặt nước ( bản mặt) và mặt phẳng sau
(bản cánh miền chịu kéo của dầm chính). Đây là giàn song song có thánh cánh trên là
bản cánh miền kéo của dầm chính dưới và 2 gối tựa là 3 trụ biên, cần phải bố trí thêm

hệ thanh bụng đứng và thanh bụng xiên .
6. Gối đỡ di động ( bánh xe )
Có tác dụng truyền tải từ cửa van lên trụ pin của công trình đồng thời di chuyển
dọc theo khe van khi nâng hạ cửa van. Bánh xe được gắn với trụ bên và tính toán theo
phương pháp ứng suất cho phép.
II. Tính toán các bộ phận kết cấu van.
1. 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:
δ bm = 0.61× a ×

pitt
Ru

Trong đó:
-

a: Cạnh ngắn của ô bản mặt (cm)

-

b: Cạnh dài 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)


*

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:
δ bm = 2.19 × a ×

α × pitt
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)

-

α : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số b/a (Bảng 1)

Áp lực nước tác dụng vào bản mặt


• Để tính toán ta lập bảng tính như sau:
Bảng 2: tính toán chiều dày bản mặt
Số hiệu ô
Bản mặt
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
XIII

Z(m)

Pitc(kN/m2)

ai(m)

0,85
1,75

2,65
3,4
4
4,6
5,2
5,8
6,4
7
7,5
7,85

8,5
17,5
26,5
34
40
46
52
58
64
70
75
78,5

0,9
0,9
0,9
0,6
0,6
0,6

0,6
0,6
0,6
0,6
0,4
0,3

pitt
(m)
Ru

δ bm = α × a ×

0,0038
0,0055
0,0067
0,005
0,0054
0,0059
0,0063
0,0066
0,0069
0,0072
0,0049
0,0039

Từ bảng kết quả trên và xét đến điều kiện ăn mòn ta chọn chiều dày bản mặt:
δ bm = 10 mm

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:
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 = 3,125 m


→ Ta có bảng kết quả tính toán như sau:
Dầm phụ

pi

at

ad

qi


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

(kN/m2)

(m)

(m)

(kN/m)

4
13
22

37
43
49
55
61
67
77
80

0.9
0.9
0.9
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.4
0.3

0.9
0.9
0.9
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6

0.3
0

3,6
11,7
19,8
22,2
25,8
29,4
33
36,6
40,2
26,95
12

Từ bảng trên, ta thấy dầm số 5 là dầm chịu lực lớn nhất ( 40,2 kN/m ) tại vị trí dầm số
10 vậy tính toán cho dầm này.
* Mô men uốn lớn nhất trong dầm phụ dọc:
M max

n.qmax .B 2 1,1× 40, 2 × 312.52
=
=
= 539794,92 (daN.cm)
8
8

* Lực cắt lớn nhất trong dầm phụ dọc:
Qmax =

n × qmax × B
1,1× 40, 2 × 312,5
=
= 6909,38 (daN)
2
2

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

M max 539794,92
=
= 344,9 ( cm3 )
mRu
1565

Từ Wyc, tra thép định hình chữ [ (có xét đến bản mặt tham gia chịu lực), ta chọn thép
chữ [ số hiệu N030 có các đặc trưng sau:
h = 30 cm

bc = 10 mm zo = 2,52 cm d = 0,65 cm

Fc = 40,5 cm2 Jx = 5810 cm4 Wx = 387 cm3

So = 224 cm2

Vì dầm phụ hàn vào bản mặt nên phải xét đến bản mặt cùng tham gia chịu lực (hình
7), 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 δ bm = 10 + 2× 25× 1,0 = 60 cm

b≤ 0,5× (at + ad) = 0,5× (60 +60) = 60 cm
b≤ 0,3×B = 0,3× 312,5 = 93,75 cm

h

( B: nhịp dầm phụ )

δ
β
µ
β
µ
β
µ

→ Chọn b = 60 cm

yc

y

b
bc

* Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt ghép:
+ F = Fc + Fbm = 40,5+60 × 1= 100,5 cm2
+ yc =

0 + Fbm (h + δ bm ) 60 ×1× (30 + 1)
=
= 9,25 cm
2 ×100,5
2F

x

xo

2

+ Jx = Jc + Jbm = J xc + yc2 × Fc +
= 5810 + 9, 252 × 40,5 +
+ Wxn =
+ Sx =

60 ×13 30 + 1
− 9, 25) 2 × 60 ×1 = 11624,03 cm4
+(
2
12

( y + y ) × Fc
(9, 25 + 11, 06) × 40,5
d × yc2
0, 65 × 9, 252
+ c o
=
+

= 450,02 cm2
2
2
2
2
S0
2

224

= 40,5

2

= 11,06cm

Kiểm tra dầm phụ đã chọn:

σ max =

τ max =
-

Hình 8

11624, 03
Jx
= 30 + 9, 25 = 479,34 cm3
y xn
2

+ y0 = Fc
-

3
bδ bm
 h +δ

+
− yc ÷ × b × δ bm
12
 2


M max 539794,92
=
= 1126,12 daN/cm2 < mRu = 1 × 1565 = 1565 daN/cm2
W xn
479,34
Q × Sx
6909,38 × 450, 02
=
= 411,53 daN/cm2 < mRc =1 × 895 = 895 daN/cm2
Jx × d
11624, 03 × 0, 65

Kiểm tra độ võng:
tc
.B 3
f

5 qmax
5
40, 2 × 312,53
1
1
=
.
×
=
= 6,54 ×10−4 < =
=4. 10 −3
6
B 384 EJ x
n 250
384 2,1× 10 ×11624, 03

KL: Tiết diện dầm phụ [ N030 đã chọn ở trên là hợp lý.
3. Tính toán dầm chính
Trong mục 1 phần I đã chọn chiều cao dầm chính: h = 148,72 cm
* Xác định kích thước bản bụng:


- Chiều cao bản bụng: hb = 140 cm
- Chiều dày bản bụng:
+/ Chọn độ mảnh:
δb =

λb = 100

hb

140
=
= 1,4 cm
λb
100

+/ Từ điều kiện chịu cắt:
Q
1056 ×102
δ b = 1, 5 ×
= 1,5 ×
= 1,26 cm
hb × Rc
140 × 895

→ Chọn δ b = 1,4 cm = 14 mm
* Xác định kích thước bản cánh:
Chiều dầy bản cánh lấy theo kinh nghiệm:
δ c =0,02.h =0,02.148,72= 2,97 cm

→ Như vậy chọn δ c = 3 cm là hợp lý. (Bội số của 2 mm)
→ Chiều cao của dầm chính: h = hb + 2 δ c = 140 + 2× 3 = 146 cm
Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh: hc = hb + δ c = 140 + 3 = 143 cm
- Xác định bề rộng bản cánh:
Có:

h δ b hb3
146 1, 4 × 1403
21929, 712 ×
2 Jc = Wyc 2 - 12 =

12
= 1280735,643 cm4

→ bc =

2J c

δ c .hc

2

=

2 × 1280735, 643
= 41,75 cm
3 × 1432
1
5

1
3

Thông thường: bc = ( ÷ )h = 29,2÷ 48,6 cm → Chọn bc= 42 cm
Kiểm tra δ c ≥

bc − δ b
2100
42 − 1, 4
2100
×

⇔ 3≥
×
=1,567
30
R
30
1565

( Thỏa mãn)

Vì dầm chính hàn vào bản mặt nên phải xét tới bản mặt

h

cùng tham gia chịu uốn với dầm chính. Bề rộng b của bản

hb

mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính phải thỏa mãn

δ

các điều kiện sau:

yc

b≤ 0,5(at + ad) = 0,5× (90+60) = 75 cm

y
b

bc

b≤ bc + 50 δ bm = 42 +50×1 = 92 cm

δc

x

xo


b≤ 0,3L = 0,3×12,5 = 3,75 m = 375 cm
Vậy chọn b = 75 cm
* Kiểm tra lại tiết diện đã 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 ghép
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)
F1 = hb × δ b + 2 × ( bc × δ c ) = 140 × 1,4+2 × (42 × 3) = 448 cm2
J x0 =

yc=

bc h3 (bc − δ b ) × hb3 42 ×1463 (42 − 1, 4) ×1403
−
−
=
= 1608609,33 cm4
12
12

12
12

S xo
0 + Fbm (h + δ bm ) × 0.5 75 × 1× (146 + 1) × 0,5
=
=
= 10,54 cm
F1 + Fbm
448 + 75 ×1
∑F

Jx= J x0 + y c2 ×F1+

3
h + δ bm
bδ bm
− yc ) 2 × Fbm
+(
2
12

= 1608609,33 + 10,542×448 +

75.13 146 + 1
− 10,54) 2 × 75 ×1
+(
2
12

= 1955681,74 cm4
- Kiểm tra kích thước dầm chính đã chọn theo điều kiện về ứng suất pháp:
σ max =

M max
3432 × 104
146
y xn =
×(
+ 10,54) = 1466,032 daN/cm2
Jx
1955681, 74
2

Ta thấy: σ max = 1466,032 daN/cm2 < mRu = 1 × 1565 = 1565 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:
tgα =

a 2 − 0,5bc 0, 7 − 0,5 × 0, 42
=
= 0,3356→ α = 18033’ < 300
1, 46
h

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 10). Trong cửa van vì yêu cầu giàn ngang không thay đổi nên điểm

146

70

đổi tiết diện phải bắt đầu từ vị trí giàn ngang ngoài cùng ở hai bên.

Hìnhbằng:
10: dầm chính
Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy

ho = (0,4 ÷ 0,6) × h = (0,4 ÷ 0,6) × 146 =58,4 ÷ 87,6 cm
→ Chọn h0 = 70 cm.
c. Kiểm tra ứng suất tiếp.
Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chính tính như sau:
τ max =

Qmax S 0
≤ Rc
J x0δ b

Trong đó:

3

+ J x0 : Mô men quán tính của tiết diện đầu dầm

140

+ S x0 : Mô men tĩnh của tiết diện đầu dầm.

75

1

3

Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện tại gối dầm (hình 11)

X
yc
x0
14

42

Hình 11: Mặt cắt tiết
diện tại gối dầm


Ta có:
yc = 10,54 cm

J x0 = 1955681, 74 cm 4

Sx =
=

δ b × ( yc + hb 2) 2
+ (hb 2 + δ c / 2 + yc ) × F
2

1, 4 × (10,54 + 140 2) 2
+ (140 / 2 + 3 / 2 + 10,54) × 3 × 42 = 14877,72 cm3
2

→ τ max =

1056 ×102 ×14877, 72
= 573,82 daN/cm2 < mRc = 895 daN/cm2
1955681, 74 ×1, 4

Vậy dầm chính không bị phá hoại do ứng suất tiếp
d. Kiểm tra độ võng.
Khi kiểm tra độ võng cần xét tới dầm chính thay đổi tiết diện
f
5
qtc × L3
=
.
L 384 α × E × J x

f
5
160 × (12,5 ×102 )3

=
.
= 0,138 × 10 −3
L 384 0,8 × 2,1×106 ×1955681, 74
1
1
f
= 1, 67 ×10−3
= 0,138 × 10 −3 < =
n0 600
L

Với α = 0,8

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

Qmax Sc0
1
×
0
Jx
β × Rgh

≥

1
δb
2

Trong đó:
+ β = 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


3

140

3

h
+ R g : Cường độ của đường hàn góc (1045 daN/cm2) – Hàn tiên tiến

Ta có:

X
δ b × hb2 hb δ c
1, 4 × 1402 140 3
S =
+ ( + ) × Fc =
+(
+ ) × 3 × 42 = 12439 cm3
8
2 2
8
2 2
0

x

J x0 = 1608609,33 cm

4

Thay số vào ta được:
hdh =

42

Hình 12

Qmax × Sc0
1
1056 × 102 × 12439
1
×
×
= 0,555 cm
0
h =
Jx
0, 7 × Rg
1608609,33
0, 7 × 2100

hdh ≥ 0,555

suy ra 

1
1
hdh ≥ 2 .δ b = 2 ×1, 4 = 0,7cm

Vậy ta chọn hđh = 8 mm
f.Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm.
Mất ổn định do ứng suất tiếp
Độ mảnh của bụng đầm chính là λ = 100 =

hb
2100
> 70 ×
= 81, 08
δb
R

⇒ Bản bụng bị mất ổn định do ứng suất tiếp ⇒ ta cần phải gia cường bằng các

sườn đứng để tăng độ cứng cho bản bụng. Chọn khoảng cách đặt các sườn đứng là a
Vậy amax = 2,5 hb = 350 cm
Vì khoảng cách giữa các dàn ngang là : 312,5 cm > 2 hb = 2× 140 = 280 cm →
Phải đặt thêm các sườn đứng vào giữa các dàn ngang. Như vậy khoảng cách giữa các
sườn đứng là : 1,5625 m.
Mất ổn định do ứng suất pháp


Độ mảnh của bụng đầm chính là λ = 100 =

hb
2100

< 160 ×
= 185,34
δb
R

Vậy bản bụng k bị mất ổn định do ứng suất pháp
Mất ổn định do tổng ứng suất tiếp và ứng suất pháp

Mx =

ql 0
q ( x − c) 2
.x −
;
2
2

Qy =

ql 0
− q ( x − c) với (x ≥ c )
2

Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm tính theo công thức sau:
K= (

σb 2 τb 2
) + ( ) ≤ γ c = 0.72
σ th
τ th

Trong đó:
+ σ b : Ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm.
M

(− )
+ σ b = J yb
x


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 13) ta coi như là hình chữ nhật có chiều cao bằng
chiều cao trung bình ở giữa ô.
-

δ

Xác định các giá trị ứng suất:

+ τ b : Ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm.
y

Q
τb =
, với Q là lực cắt tại giữa ô kiểm tra
hbδ b

+ σ th : Ứng suất pháp tới hạn.
100δ b 2
) × 10 3 daN/cm2

σ th = K 0 (
h0

yb(-)

yb

x
h
Trường hợp tiết diện không đối xứng, 0 lấy bằng 2 lần chiều cao vùng nén.

Ví dụ đối với ô 3 và 4:
−
h 0 = 2 y b = 2(

hb
140
− yc ) = 2.(
− 10,54) = 118,92 cm
2
2

b δ 
K o = f (γ ); γ = c. c . c 
hb  δ b 

3

Cánh nén hàn với mặt bản nên c = ∞ → γ > 30 → K o = 7,46 .
+ τth: ứng suất pháp tới hạn.

τ gh = (1, 25 +

0,95 100δ b 2
)×(
) × 103 daN/cm2
2
u
d

d : cạnh ngắn hình chữ nhật.
µ : tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của ô bản bụng dầm.
-

Kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 4.
Ô số 4 là ô hình chữ nhật có chiều cao bằng h b = 140 cm có đặc trưng

hình học Jx =1955681,74 cm4, yb(-) = 59,46 cm, µ = 1,07. Nội lực tại mặt cắt
tính toán M1= 3385,1 kNm và Q1 = 137,46 kN .
Vậy ta có:
σb =

M (− ) 3385,1×104
.yb =
×59, 46 = 1029,19 daN/cm 2
1955681, 74
Jx


τb =

Q
137, 46 × 102
=
= 70,133 daN/cm 2
140 × 1, 4
hb.δ b

σ th = k ( 100δ×
o
hb

µ =

100 × 1, 4 2
) ×103 =7,46. (
) × 103 = 7150,3 daN/cm2
140

b 2

1,5625
= 1,07
1, 46
2


0,95   100.δb 
3
τth =  1, 25 + 2 ÷. 

÷ .10
μ  d 

2
0,95   100.1, 4 

3
3
τ th =  1, 25 +
.
÷ .10 = 1912,3daN / cm
2 ÷
1,
07
146




K= (

2
2
σb 2 τb 2
) + ( ) =  1029,19 ÷ +  70,133 ÷
σ th
τ th
 7150,3   1912,3 

Vậy ô số 4 có K= 0,1485<

γc

= 0,1485 <

γc

= 0,72.

= 0,72 nên không bị mất ổn định cục bộ. Các ô

khác cũng được thực hiện tương tự, giá trị nội lực và đặc trưng hình học của
các ô trong bảng 4. Kết quả tính toán được ghi trong bảng này.
Bảng 4: Kết quả tính toán ổn định cục bộ ô bản bụng của dầm chính
Q
(KN)

yb(-)
(cm)

σb

τb

σ th

τ th

«

d
(cm)

M
(KNm)

4

146

33851

137,46 59,46

1029,2

70,133

7150,3

1,07

1912,3

0,14

3

146

2968,3

412,3

59,46

902,47

210,48

7150,3

1,07

1912,3

0,17

2

127

2091,5

687,46

54

786,3

405,82

9509,4

1,23

2282,1

0,2

1

99

721

359,65

743,27

16032

1,62

3256,5

0,23

962,45 41,45

(daN/cm)2 (daN/cm2) (daN/cm2)

µ

Hệ
(daN/cm2) số K

Chú thích: J 4 = J 3 =1955681,74 cm4 ; J2=1436365,65 cm4; J1= 831397,5cm4
yc 2 = 8,5cm; yc1 = 8, 05cm

Từ kết quả tính toán cho ở bảng 4 ta thấy tất cả các ô bản bụng của dầm chính
không bị mất ồn định cục bộ: K<

γc

= 0,72.

4. Tính toán giàn ngang
a.Sơ đồ tính toán.
Giàn ngang chịu tác dụng của áp lực nước phân bố theo quy luật tam giác.


Để xác đinh nội lực trong các thanh giàn ta cần đưa tải trọng phân bố về tải trọng
tập trung tại mắt giàn. Ký hiệu các nút giàn là 1,2,3,4,5,6 ứng với các lực nút là P 1, P2,
P3, P4, P5, P6.
Xác định Pi theo nguyên tắc phân bố đòn bẩy, áp lực nước phân bố giữa hai mắt
giàn được chuyển thành lực tập trung Pi đặt tại mắt giàn . Để đơn giản, biểu đồ áp lực
nước được phân thành các hình tam giác và hình chữ nhật ( ở đây áp lực nước phải nhân
vơi bề rộng B=3,125 m – khoảng cách giữa hai giàn ngang).
Áp lực nước Wi = (γ n B).

Nút
1
2
3
4
5
6

B(m)
3.125
3.125
3.125
3.125
3.125
3.125

tính toán trong bảng 5

Chiều
dài(m)
1.8
1.8
2.1
2.1
0.7

(l12 − ∆ ) 2
2

Witc (kN )

Wi'tc (kN )

Pi tc (kN )

Pi (kN )

73.125
203.44
341.25
159.69

26.4
50.63
68.9
68.9
7.66

6.35
73.49
195
341.25
298.94
84.952

6.99
80.8
214.5
375.37

328.83
93.447

Kết quả


Áp lực nước tác dụng vào giàn ngang
b. Xác định nội lực trong các thanh giàn.
Xác định nội lực trong các thanh dàn bằng phần mềm SAP2000 Kết
quảtính toán nội lực trong các thanh giàn ngang cho ở bảng


Bảng 6: Kết quả tính nội lực trong các thanh giàn
Ký hiệu
thanh giàn
12
23
34
45
56
67
57
47
78
48
38
89
91
29
39

Nội lực
(KN)
19,67
34,65
93,64
32,67
42,34
116,72
322,38
255,1
0
328,85
266,5
111,1
20,95
73,37
70,66

Trạng thái
chịu lực
Chịu kéo*
Chịu kéo*
Chịu kéo*
Chịu kéo*
Chịu kéo*
Chịu nén
Chịu nén
Chịu nén
Chịu nén

Chịu nén
Chịu nén
Chịu nén
Chịu nén
Chịu kéo

Chiều dài
thanh (cm)
180
180
210
210
70
161,9
164
255,8
420
255,8
146
194,2
194,2
73
194,2

Ghi chú: (*)Ngoại lực dọc thanh giữa dàn có momen do chịu trực tiếp của áp
lực nước.
c. Chọn tiết diện thanh giàn
 Chọn tiết diện cho thanh cánh hạ.
Xét thanh 6-7 thanh chịu nén đúng tâm có lực dọc là 116,72 kN chiều dài là
161,9cm

Giả thiết λ = 100 ⇒ ϕ = 0, 6
Diện tích yêu cầu Fyc =

N
116, 72 ×102
=
= 13, 055cm 2
ϕ×R
0, 6 ×1490

Bán kính quán tính yêu cầu
rxyc =

lx
0,8 ×161,9
=
= 1,3cm
λgt
100

ryyc =

ly

λgt

=

161,9
= 1, 6cm

100


Chọn tiết diện thép là 2L63 × 6
F1 = 7, 28cm 2 → F = 2 F1 = 7, 28 × 2 = 14,56cm 2 .
rx = rx1 = 1,93cm

Chọn δ = 8mm → ry = 2,9cm

Kiểm tra tiết diện chọn:
λx =

lx 0,8 ×161,9
=
= 67,1
rx
1,93

λmax = max(λx ; λy ) = 67,1

σ=

λy =

ly
ry

=

161,9

= 55,83
2,9

φ min = 0,825

N
161, 9 ×102
=
=1347,82daN/cm 2 < R=1490 daN/cm 2
ϕmin .F 0,825 ×14,56

Vậy các thanh cánh hạ đặt 2L63 × 6 là thoản mãn yêu cầu.
 Tính toán tiết diện cho thanh ở giữa.
Xét thanh 3-9 có N=70,66 kN L= 194,2 cm
Diện tích yêu cầu của thanh kéo:
Fyc =

N
70, 66 × 10 2
=
= 4,72 cm 2
β .R
1×1490

Vậy chọn tiết điện thép chứ L63 × 6

F1 = 7, 28cm 2
rmin = ry = 1, 24cm → λmax =

loy

ry

=

194, 2
= 156, 62
1, 24

Kiểm tra tiết diện chọn:
-

Theo điều kiện bền

σ=

N 70, 36 ×102
=
= 966, 48daN / cm 2 Fđh
7, 28


-

Theo điêu kiện độ cứng

→ λmax = 156, 62 < λgh = 400
Vậy với thanh chịu kéo 3-9 chọn tiết diện ghép bằng L63x6 đảm bảo yêu cầu.
*Chọn tiết diện cho thanh chịu nén trung tâm.
Tính cho thanh chịu nén lớn nhất, đồng thời có chiều dài tính toán lớn nhất là

thanh (48), có: N48 = 328,85 KN ; L= 255,8 cm.
- Giả thiết λgt = 100 → ϕ = 0,6.
- Diện tích yêu cầu: Fyc =

N
328,85 ×10 2
=
= 36, 78cm 2
ϕ .R
0, 6 ×1490

- Bán kính quán tính yêu cầu.
rxyc =

ryyc =

lx 0,8 × 255,8
=
= 2,05 cm
λgt
100
ly
100

=

255,8 = 2,56 cm
100

- Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại: 2L90 × 9 có đặc

trưng hình học:
F1 = 15, 6cm 2 → F = 2 F1 = 15, 6 × 2 = 31, 2cm 2 .
rx = rx1 = 2, 76cm

Chọn δ = 8mm → ry = 4, 04cm
Kiểm tra tiết diện chọn:
λx =

lx 0,8 × 255,8
=
= 74,14
rx
2, 44

λmax = max(λx ; λ y ) = 74,14

σ=

λy =

ly
ry

=

255,6
= 63,3
4, 04

φ min = 0,786

N
328,85 ×102
=
=1340,97daN/cm 2 < R=1490 daN/cm 2
ϕmin .F 0, 786 × 31, 2