ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

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 CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
( ĐỀ SỐ 20)
A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ :
•

Bề rộng lỗ cống: Lo= 12 m

•

Cột nước thượng lưu: Ho= 7 m

•

Cột nước hạ lưu: Hh= 0

•

Cao trình ngưỡng: Δ= 0,5m

•

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

•

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
Giáo trình Kết cấu thép:
- Ứng suất pháp khi kéo nén dọc trục: Rk,n= 2140 daN/cm2.
- Ứng suất pháp khi uốn: Ru= 2550 daN/cm2.
- Ứng suất cắt: Rc= 1290 daN/cm2.
- Ứng suất ép mặt đầu: Remđ= 3220 daN/cm2.

•

Hệ số điều kiện làm việc: Đối với cửa van chính thuộc nhóm 1-4 m=0.72m

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

Trang :1


a2

ỏn mụn hc Kt cu thộp

GVHD:TS V Hong Hng

a

B. NI DUNG THIT K:
I. 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

Bố trí tổng thể cửa van
trên mặt, hai dầm chín
7a

Hỡnh 1: B trớ tng th ca van phng trờn mt, hai dm chớnh
1.
2.

3.
4.
5.
6.
7.

Bản mặt
Dầm chính
Dầm phụ dọc
Giàn ngang
Giàn chịu trọng lợng
Dm biờn
Bỏnh xe

1.Bn mt:
-L tm phng tip xỳc vi nc cú kớch thc : L x Hv x bm
+ Chn khong cỏch t mộp cng ti tõm bỏnh xe: c = 0.3 (m).
Nhp tớnh toỏn ca van l: L = Lo+ 2c = 12 + 2 ì 0.3 = 12.6 (m)
+ Chn khong chiu cao an ton = 0.5 (m)
SVTH :V Kim Chung 52C-TL1

2

Trang :2


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

Chiều cao cửa van là: Hv = Ht + Δ = 7 + 0.5 = 7.5 (m)
+δbm: Bề dày bản mặt
2.Thiết kế sơ bộ dầm chính:
Thiết kế cửa van phẳng trên mặt 2 dầm chính.

a

1

2 Ht
3

Ht

Hv

a

tr

Wn

a

d

Ht
Z=
3

a

2

Hình 2: Bố trí hai dầm chính
* Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy van một đoạn:
Ht
7
Z = 3 = 3 = 2.33 (m)

* Chọn đoạn công xôn phía trên a1
- Theo yêu cầu thiết kế: a1 ≤ 0,45 hv = 0.45 x 7.5 = 3.375 (m), chọn a1= 3.3 (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 × (Ht - a1 - Z) = 2 × (7.5 – 3.3 – 2.33) =3.74 (m)
* Đoạn công xôn phía dưới a2
a2 = Hv – (a1 + a) = 7.5 – (3.3 + 3.74) = 0.46 (m).
* Khoảng cách từ dầm chính trên, dầm chính dưới đến tâm hợp lực: atr ; ad
SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

3

Trang :3


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

- Sơ bộ chọn : atr = ad = a/2 = 3.74/2 = 1.87 (m)
•

Lực tác dụng lên mỗi dầm chính.
-

Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn:
qtc = Wn/2 = γ (Ht)2/4 = 10 × 72/4 = 122.5 (kN/m)

-

Tải trọng phân bố đều tính toán:
qtt = n qtc = 1.1 × 122.5= 134.75 (kN/m)

Lo = 12 m
c = 0.3m

c = 0.3m

Hình 3: Sơ đồ tính toán dầm chính
•

Xác định nội lực dầm chính: Mômen uốn tính toán lớn nhất:
134.75 × 12 12.6 134.75 × 12 2
q tt × L0 L q tt × L20
×
×
2
2 8
2
2 8
Mmax =

=
= 2668.05 (kNm)

•

Lực cắt tính toán lớn nhất:
q tt L0 134.75 × 12
2
Qmax = 2 =
= 808.5 (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:

hkt =

3

kλbWyc

λb = 100

k = 1.5;

M max
2668.05 × 10 4
W yc
2550
= R =
3
→ hkt = 1.5 × 100 × 10462.94

-

= 10462.94 (cm3)

= 116.21 (cm)

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

hmin =

5 RLn0 qn
×
× tt = 5 × RLn0 × 1
24
E
qn
24
E
n

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

4

Trang :4


Đồ án môn học Kết cấu thép
Trong đó:

no = 600,

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng
E = 2.1 × 106 daN/cm2

qtc = 122.5 kN/m,
→

hmin =

n = 1.1

5 2250 × 12.6 × 10 2 × 600 1
×
×
24
2.1 × 106
1.1 = 153.41 (cm)

Có h = max ( hkt, hmin )

→ Chọn h = 154 cm
3. Bố trí giàn ngang
Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách giữa các giàn ngang
(B) không nên lớn hơn 4 m. Bố trí giàn ngang tuân theo điều kiện:
- 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 ba giàn ngang và hai trụ biên.
4. Bố trí dầm phụ dọc
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 dày vì áp lực nước tăng.Khoảng
cách giữa các dầm phụ 0.5÷1 m. Dầm phụ chọn tiết diện chữ C đặt úp để tránh đọng
nước. Bố trí các dầm phụ dọc như hình 4

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

5

Trang :5


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

Hình 4 : Bố trí các dàn ngang các dầm dọc phụ
3,0m

3,0m

3,3m

0,46 0,7 0,7 0,75 0,8 0,8 0,8 0,8 0,85 0,85

3,3m

5. Trụ biên
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
6. Giàn chịu trọng lượng
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.
7. 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.:
8. Bánh xe bên
SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

6

Trang :6


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

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.
9. 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.
1.Tính toán bản mặt:
Bản mặt được bố trí thành 4 cột, chỉ cần tính cho một dãy cột có bề rộng lớn nhất là B
= 3.3m. Các ô dầm được tính toán như tấm hình chữ nhật chịu tải trọng phân bố, như

I
II

7,75
16

III

24

IV

32

V

40

VI

47.75

VII
VIII
IX
X

55
62
67.75

0,46

= 0.5m

0,7 0,7 0,75 0,8 0,8 0,8 0,8 0,85 0,85 (m)

hình 5:

Hình 5: Sơ đồ tính chiều dày bản mặt
Chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức:
δ bm =

6 × α × a 2 × ptb
ma × Ru

Trong đó:

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

7

Trang :7


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

-

a: Cạnh ngắn của ô bản mặt (m)

-

b: Cạnh dài của ô bản mặt (m)

-

ptb : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (kN/m2)

-

Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt, Ru = 225000 (kN/m2)

-

ma: Hệ số điều kiện làm việc của thép làm bản mặt, ma = 1.25

-

α: Hệ số phụ thuộc tỷ số b/a, tra bảng 7.1 Giáo trình kết cấu thép,
nếu b/a ≥ 2 thì α = 0.0625

•Để tính toán ta lập bảng tính như sau:
Bảng 1
Ô
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X

Zi (m)
0
0.85
0.85
1.7
1.7
2.5
2.5
3.3
3.3

4.1
4.1
4.9
4.9
5.65
5.65
6.35
6.35
7.05
7.05
7.5

pi (kN)
0
3.5
3.5
12
12
20
20
28
28
36
36
44
44
51.5
51.5
58.5
58.5

65.5
65.5
70

a (m)
0.85

b (m) b/a
3.3
3.882

α
ptb (kN) δbm (m)
0.0625 1.75
0.0013

0.85

3.3

3.882

0.0625 7.75

0.0027

0.8

3.3

4.125

0.0625 16

0.0037

0.8

3.3

4.125

0.0625 24

0.0045

0.8

3.3

4.125

0.0625 32

0.0052

0.8

3.3

4.125

0.0625 40

0.0058

0.75

3.3

4.4

0.0625 47.75

0.006

0.7

3.3

4.714

0.0625 55

0.006

0.7

3.3

4.714

0.0625 62

0.0063

0.45

3.3

7.333

0.0625 67.75

0.0043

Chọn δbm tính toán là giá trị lớn nhất trong bảng tính toán trên, δbm = 6.3 mm
Chọn bề dày bản mặt cần thỏa mãn đồng thời các điều kiện sau:
+ ≥ δbm tính toán
+ ≥ 8 mm
+ Cộng thêm 1mm phòng chống ăn mòn
+ Chẵn: 8,10,12,14,… mm
SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

8

Trang :8


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

Từ điều kiện trên ta chọn được bề dày bản mặt δbm = 8 mm
2. Tính toán dầm phụ dọc
a/ Nguyên tắc tính toán dầm phụ dọc
-

Dầm phải thỏa mãn điều kiện cường độ và độ võng

-

Tính theo sơ đồ dầm đơn chịu tải trọng hình thang hoặc dầm liên tục chịu tải
trọng phân bố đều

-

Các dầm phụ ngang có cùng kích thước mặt cắt, tính toán với dầm phụ chịu tải
trọng lớn nhất
b/ Lựa chọn sơ đồ kết cấu: Dầm liên tục chịu tải trọng phân bố đều

3.3 m

3m

3m

3.3 m

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 + ad
qi = 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 = 12.6 m

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

9

Trang :9


= 0.5m

GVHD:TS V Hong Hng
0,46 0,7 0,7 0,75 0,8 0,8 0,8 0,8 0,85 0,85 (m)

ỏn mụn hc Kt cu thộp

1
2

3.5
12

3

20

4

36

5

44

6

51.5

7
8

58.5

9

70

Hỡnh 2: B trớ s b dm ph.
Kết quả tính toán đợc ghi trong bảng 2 .
Bảng 2
tc
(atr+ad)/2 qi (KN/m)

Dm ph

Pi

atr

ad

1

0

0

0.85

0.425

0

2

3.5

0.85

0.85

0.85

2.98

3

12

0.85

0.8

0.825

9.9

4

20

0.8

0.8

0.8

16

5

36

0.8

0.8

0.8

28.8

6

44

0.8

0.75

0.775

34.1

7

51.5

0.75

0.7

0.725

37.34

8

58.5

0.7

0.7

0.7

40.95

9

70

0.46

0

0.23

16,1

Ta thấy dầm cuối cùng (dầm số 8) là dầm chịu lực lớn nhất vi
qtc = 40.95 kN/m cách mặt nớc 5,84 m nên ta tính cho dầm này.
S dng phn mm Sap2000 ta tớnh Momen ln nht vi
qtt=n.qtc=1,1.40,95=45,05 kN/m

SVTH :V Kim Chung 52C-TL1

10

Trang :10


ỏn mụn hc Kt cu thộp

GVHD:TS V Hong Hng

8

T biu moomen ta c Mmax=44,47 kN.m
-

Môđun chống uốn yêu cầu của dầm phụ dọc:

c

W yc =

Hỡnh 3

M max 44,47.10 4
=
= 197,65(cm 3 )
RU
2250
.

- Từ Wyc tra bảng chọn đợc thép định hình chữ [ số hiệu
No22a có các đặc trng hình học:
h = 22 cm ; bc = 8.7 cm ; zo = 2,46 cm
F = 28.8 cm2 ; Jx = 2330 cm4 ; Wx = 212 cm3.
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.

h
bm

yc

b tha món 3 iu kin sau:

bc

b

+) b bc + 2c = 8.7 + 2 ì 25 ì 0,8 = 48.7(cm)
(c = 25bm = 25 ì 0,8 = 20 cm).
+) b 0,5(atr + ad) = 0,5 ì (70 + 70) = 70 (cm).

x

+) b 0,3B = 0,3 ì 330 = 99 (cm), (B nhp di nht
dm ph )
Chọn b = 48.7 cm.

Tớnh toỏn cỏc c trng hỡnh hc ca mt ct ghộp:
+ F = Fc + Fbm = 28.8 + 48.7 ì 0,8 = 67.76 (cm2)

+

yc =

Fbm ( h + bm ) 48.7 ì 0,8 ì ( 22 + 0,8)
=
= 6.55
2F
2 ì 67.76
(cm)
b bm
h + bm

+ b bm
yc
12
2

3

+

J x = J c + J bm = J xc + Fc . yc2 +

SVTH :V Kim Chung 52C-TL1

11

2

Trang :11


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

2

48.7 × 0,83
 22 + 0,8

→ J x = 2330 + 28.8 × 6.55 +

+ 48.7 × 0,8.
− 6.55 = 4484.11(cm 4 )
12
2


2

Wxn =

Jx
4484.11
=
= 255.5(cm 3 ).
y max
17.55

Kiểm tra dầm phụ đã chọn:
σ max =

M max 44.47 × 10 4
=
= 1740.5(daN / cm 2 ) < RU = 2250(daN / cm 2 ).
Wxn
255.5

Kiểm tra độ võng:
tc
qmax
× B3

f
5
5
40.95 × 3303
1
1
1
=
×
=
×
=
<
=
6
B 384
E × Jx
384 2,1 × 10 × 4484.11 2111 .6 n0 250

Như vậy tiết diện dầm phụ [ No22a đã chọn trên là hợp lý.

4. Tính toán giàn ngang
a. Sơ đồ tính toán
- 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 nước. Biểu đồ áp lực thủy tĩnh
cú dạng hình tam giác.
Để xác định nội lực trong các thanh giàn ta phải đưa 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 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 với bề rộng B = 3.3 m - khoảng cách giữa hai
giàn ngang )

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

12

Trang :12


GVHD:TS V Hong Hng

W1

2

W9

0.46 m 1.4 m

5

W8
9

P3

3

P4

4

P5

5

7

8

2.35 m

4

6

7

2

7.5 m

3

W4

W7

P2

1.6 m

W2

W6

1

1

W3

W5

P1

1.7 m

0.5 m

ỏn mụn hc Kt cu thộp

8

P6

9

6

Hỡnh 4:S ti trng trờn gin ngang.
Vớ d xỏc nh P3:
1
1
2
P3 = (W2 + W4 ) + W5 + W3 .
2
3
3

Wi Din tớch hỡnh s i

Kt qu tớnh toỏn ghi trong bng 3
Bng 3
W1

W2

W3

W4

W5

W6

W7

W8

W9

23,76

63,36

42,24

217,14

91,12

237,93

32,34

99,43

3,5

P1

P2

P3

P4

P5

P6

7,92

61,6

198,78

299,06

191,41

52,05

(n v kN)

Kim tra li:
1
1
2
P = Pi = 810.82 KN . n .H t .B = ì 10 ì 7 2 ì 3.3 = 808.5 KN
2
2

b. Xác định nội lực trong các thanh giàn.
SVTH :V Kim Chung 52C-TL1

13

Trang :13


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

Sử dụng phần mềm Sap2000 để tính nội lực cho các mắt giàn ta được bảng 5

Néi lùc
(KN)

Tr¹ng th¸i
chÞu lùc

12
16,97
23
16,97
c. Chọn tiết
34
80,97
thanh giàn.
45
15,55
56
15,55
Ta
17

18,73
thanh
đại
87
89,35
thanh có nội
89
130,4
nhất,
1
96
54,32
chiều
dài
27
61,6
lớn nhất .
37
71,44
38
230,52
SVTH :Vũ Kim Chung
52C-TL1
48
252,72
49
216,97
59
191,41

chÞu kÐo
chÞu kÐo
chÞu kÐo
chÞu kÐo
chÞu kÐo
chÞu nÐn
chÞu nÐn
chÞu kÐo
chÞu nÐn
chÞu nÐn
chÞu kÐo
14
chÞu nÐn
chÞu nÐn
chÞu nÐn
chÞu nÐn

Bảng 5

Ký hiÖu
thanh
giµn

ChiÒu
dµi
thanh
(cm)
170
160
diện

235
140
46
chọn hai
187,6
diện:
1
176,6
lực
lớn
375
thanh có
160,7
tính toán
79,3
178,6
154 Trang :14
281
208
154


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

* Chọn tiết diện cho thanh chịu kéo lớn nhất.
Thanh 89 có nội lực lớn nhất và dài nhất:

N89 = 130,4 KN ; l = 375 cm.

- Diện tích yêu cầu của thanh chịu kéo:
Fyc =

N
13040
=
= 6, 09cm 2 .
β R 1.2140

Tuy nhiên tiết diện các thanh được chọn không được nhỏ hơn thép góc số hiệu
L63 x 6 nên ta sẽ chọn thép là 2L63x6
F1 = 7, 28cm 2 → F = 2 F1 = 2.7, 28 = 14,56cm 2 .
rx = rx1 = 1,93cm → λx =

lox 375
=
= 194,3
rx 1,93

Chọn δ = 8mm , tra bảng ta có ry = 2,9 cm
⇒ λy =

loy
ry

=

375
= 129,3

2,9

Kiểm tra tiết diện chọn:
- Theo điều kiện bền
σ =

N
13040
=
= 895, 6daN / cm 2 ≤ R = 2140daN / cm 2
Fth
14, 56

- Theo điều kiện độ cứng:

→ λmax = max ( λx ; λ y ) = 194,3 ≤ λgh = 400
Vậy với thanh chịu kéo 89 chọn tiết diện 2L63x6 là đảm bảo khả năng chịu
lực và khả năng chống ăn mòn ( dùng thép có độ dầy ít nhất 6mm). Thanh
76 còn là thanh đứng của dàn chịu trọng lượng nên cần kiểm tra bổ sung.
* Chọn tiết diện cho thanh chịu nén lớn nhất.

Hình 7.13

Tính cho thanh chịu nén lớn nhất đồng thời có chiều dài tính toán lớn nhất là
thanh 48, có: N48 = 252,72 KN ; l = 281 cm.
- Giả thiết

λgt = 100 → ϕ = 0,6.

- Diện tích yêu cầu:

Fyc =

N
25272
=
= 19, 68cm 2 .
φ R 0, 6.2140

- Bán kính quán tính yêu cầu:
SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

15

y

Trang :15


Đồ án môn học Kết cấu thép
rxyc =
ryyc =

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

lx
0,8.281
=
= 2, 25cm
λgt

100
ly
100

=

281
= 2,81cm.
100

- Chọn tiết diện gồm hai thanh thép góc L đều cạnh ghép lại: 2L75x7 có các
đặc trưng hình học:
F1 = 10,1cm 2 → F = 2 F1 = 2.10,1 = 20, 2cm 2 .
rx = 2, 29cm.

Chọn

δ = 8mm → ry = 3, 4cm.

- Kiểm tra tiết diện chọn:
•
•

lx 0,8.281
=
= 98,17
rx
2, 29

λx =

λy =

→

ly
ry

=

281
= 82, 65
3, 4

λmax = max ( λx ; λ y ) = 98,17 → ϕmin = 0, 616

σ =

N
25272
=
= 2030,99daN / cm 2 < R = 2140daN / cm 2 .
φmin .F 0, 616.20, 2

Vậy đối với các thanh chịu nén ta chọn tiết diện 2L75x7.
Ta có bảng lựa chọn tiết diện thanh dàn:

Ký hiệu
thanh

Nội lực

(kN)

12
23
34
45
56
17
87
89
96
27
37

16,97
16,97
80,97
15,55
15,55
18,73
89,35
130,4
54,32
61,6
71,44

Trạng thái

Chiều
dài

(cm)

L0x
(cm)

Loy
(cm)

Số hiệu
thép

chịu kéo
chịu kéo
chịu kéo
chịu kéo
chịu kéo
chịu nén
chịu nén
chịu kéo
chịu nén
chịu nén
chịu kéo

170
160
235
140
46
187.6
176.6

375
160.7
79.3
178.6

170
160
235
140
46
150.08
141.28
375
128.56
63.44
142.88

170
160
235
140
46
187.6
176.6
375
160.7
79.3
178.6

2L63x6

2L63x6
2L63x6
2L63x6
2L63x6
2L75x7
2L75x7
2L63x6
2L75x7
2L75x7
2L63x6

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

16

Trang :16


Đồ án môn học Kết cấu thép
38
48
49
59

230,52
252,72
216,97
191,41

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

chịu nén
chịu nén
chịu nén
chịu nén

154
281
208
154

123.2
224.8
166.4
123.2

154
281
208
154

2L75x7
2L75x7
2L75x7
2L75x7

5. Tính toán dầm chính
Thiết kế dầm chính chịu tải trọng phân bố đều

tc

qmax

W n
= 2 = 122.5 (kN/m)

tt
tc
qmax
= n × qmax = 1.1 × 122.5=134.75 (kN/m)

Sơ đồ tính toán
qmax
x

Lo = 12 m
c = 0.3m

c = 0.3m
y

Sử dụng phần mềm SAP2000 ta có biểu đồ nội lực tác dụng lên dầm

Lựa chọn kích thước mặt cắt ngang dầm
SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

17

Trang :17

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

M max
2661.33 × 10 4
2250
Wyc = Ru =
=11828 (cm3)

Không có thép định hình thỏa mãn yêu cầu trên, nên ta thiết kế dầm thép tổ hợp
Xác định kích thước cơ bản của mặt cắt ngang dầm ( chiều cao h )
•

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 =

3

kλbWyc

λb = 120

k = 1.5;

3
→ hkt = 1.5 ×120 ×11828

= 128.64 (cm)

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

-

tc

hmin

5 RLn0 qn
= ×
× tt = 5 × RLn0 × 1
24
E
qn
24
E
n

Trong đó: no = 600,

E = 2.1 × 106 daN/cm2

qtc = 122.5 kN/m,
→

hmin

n = 1.1

5 2250 × 12.6 × 10 2 × 600 1
=
×
×
24
2.1 × 10 6
1.1 = 153.41 (cm)

Có h = max ( hkt, hmin )
→ Chọn h = 154 cm
→ hb=0.95 × 154 = 146.3 (cm)
→ Chọn hb = 145 cm (bội số của 50 mm)
-

Chiều dày bản bụng.
δb =

hb 1450
=
=12.08
λb 120
(mm)

+ Từ điều kiện chịu cắt:

δ b = 1,5.

Chọn

Q
80850
= 1,5 ×
= 0.65(cm).
hb × Rc
145×1290

δ b = 8mm.

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

18

Trang :18


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

Xác định kích thước bản cánh (Hình 6)
Chiều dày bản cánh lấy theo kinh nghiệm:
δ c = 0,025 × h = 0,02.154 = 3.85 (cm)

Như vậy ở trên chọn δ c = 4.0cm là hợp lý
→ Chiều cao của dầm chính: h = hb + 2.δ c = 145 + 2 × 4 = 153(cm).
Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh: hc = hb + δ c = 145 + 4 = 149(cm).
Xác định bề rộng của bản cánh:
;

2.J c
bc =
δ c .hc2
h δ .h 3
153 0,8.1453
J c = W yc . − b b = 11828 ×
−
= 701600.33(cm 4 ).
2
12
2
12
→ bc =

Chọn

2 × 701600.33
= 15.8(cm)
4 × 1492

bc = 24cm.

Kiểm tra:

δc ≥

24 − 0.8
bc − δ b
2100
2100
×
×
300
R =
300
2140 = 0.08 (cm), thỏa mãn

- Vì dầm chính hàn vào bản mặt nên tiết diện tính toán phải có bản mặt
cùng tham gia chịu uốn với dầm chính. Bề rộng b của bản mặt cùng tham gia
chịu lực với dầm chính, chọn kích thước như sau:
b = bc + 50.δ bm = 24 + 50.0,8 = 64 (cm)
⇒ Fbm = b × δ bm = 64 × 0.8 = 51.2(cm 2 ).

Đặc trưng hình học của dầm chính:

h

FI = hb .δ b + 2.bc .δ c = 145 × 0,8 + 2 × 24 × 4 = 308(cm 2 ).
b × h3
J xI = c
− 2×
12

bc − δ b
× hb3
2
12
2
12

yc

× 1453

y
bc

24 − 0.8

c

bm

b

24 × 1533
− 2×
= 12

hb

yb−

= 1269145.67(cm 4 )
Fbm

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

19

x

xo

Trang :19

Hình 6


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

Kiểm tra khả năng chịu lực của dầm theo
tiết diện tính toán (hình 6).
a/ Xác định các đặc trưng hình học
Gọi yc là khoảng cách từ trục x (trục quán tính
chính trung tâm của tiết diện tính toán) đến
trục xo (trục quán tính chính trung tâm của dầm I đối xứng).
yc =

S

∑F

=

0 + Fbm (h + δ bm ) × 0.5 0 + 51.2 × (153 + 0,8) × 0.5
=
= 10.96(cm).
FI + Fbm
308 + 51.2

2

3
bδ bm
 h + δ bm

J x = J + FI . y +
+ Fbm 
− yc ÷
12
 2

I
x

2
c

2

64 × 0.83
 153 + 0,8

→ J x = 1269145.67 + 308 × 10.96 +
+ 51.2 × 
− 10,96 ÷ = 1528767(cm4 )
12
2


2

- Kiểm tra kích thước dầm chính đã chọn theo điều kiện về ứng suất pháp.
σ max =

M max
2661.33 × 10 4 
153 
2
. y max =
× 10.96 +
 = 1522.53(daN / cm )
Jx
1528767
2 


2
2
Ta thấy σ max = 1522.53daN / cm < 0,85RU = 0.85 × 2250 = 1912.5daN / cm .

Vậy tiết diện dầm chính vừa chọn thỏa mãn điều kiện về ứng suất pháp.
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 7). 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.

Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng:
SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

20

Trang :20


40

Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

870

hbo = 0.6 × hb = 0.6 × 145 = 87(cm)
Hình 7

c. Kiểm tra ứng suất tiếp.
40

- Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chính theo công thức sau:
τ max

Qmax .S xo
= o
≤ Rc .
J x .δ b

Trong đó:
+
+

J xo

- Mômen quán tính của tiết diện tính toán đầu dầm.

S xo

- Mômen tĩnh của tiết diện tính toán đầu dầm.

- Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện tính toán tại gối dầm
(hình 8).
Ta có:
yc =

J xI0 =

S

∑F

=

0 + 64 × 0.8 × (0.5 × 0.8 + 4 + 0.5 × 87)
= 7.84(cm)
64 × 0.8 + 2 × 4 × 24 + 87 × 0.8

24 × 953
11 .6 × 87 3
+ 24 × 95 × 7.84 2 − 2(
+ 11 .6 × 87 × 7.84 2 ) = 457723.6(cm 4 )
12
12

FI o = 87 × 0.8 + 2 × 24 × 4 = 261.6(cm 2 ).

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

21

Trang :21

1450

870

8


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

3
bδ bm
 h + δ bm

J x = J + FI o . y +
+ Fbm 
− yc 
12
 2

I
xo

2

2
c

64 × 0.83
95 + 0.8
→ J x = 457723.6 + 261.6 × 7.84 +
+ 51.2 × (
− 7.84) 2 = 555971.68(cm 4 )
12
2
2

S xo = 24 × 4 × (2 + 0.5 × 87 + 7.84) + (0.5 × 87 + 7.84) 2 × 0.8 × 0.5 = 6174.96(cm 3 ).
→ τ max =

80850 × 6174.96
= 1122 .46( daN / cm 2 ) < Rc = 1290(daN / cm 2 ).
555971.68 × 0.8

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.

-

Điều kiện kiểm tra độ võng:
f
5 q tc L3
1
1
=
.
≤
=
L 384 EJ xα no 600
→

Vậy
thỏa
kiện độ võng.

f
5
122.5 × 1260 3
1
1
1
=
.
=
<
=
6
L 384 2.1×10 .1528767 × 0.8 805 no 600

dầm
chính
mãn về điều

e. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm.
hb 1450
=
= 181.25 > 120
8
Độ mảnh của bản bụng dầm chính δ b
nên bản bụng của

dầm cần được gia cố bằng các sườn chống đứng với khoảng cách

a ≤ 2hb

(hình

9). Khoảng cách giữa các sườn đứng ở phần tiết diện không đổi là 1.5 m, còn ở
phần tiết diện thay đổi ta lấy là 1.65 m

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

22

Trang :22


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

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

2

 σb   τb 

 +   ≤ m = 0,72.
σ
 th   τ th 

Trong đó:
+ σb: ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm.

M (−)
σb =
. yb
Jx

.

M: là mômen lấy tại tâm của hình vuông có cạnh là h b lệch về phía mô
men lớn.
Đối với ô hình thang số 1; 2 (Hình 9) 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:
+ τb: ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm.
Q
τb =
hb .δ b

với Q là lực cắt tại giữa ô kiểm tra.

+ σth - ứng suất pháp tới hạn.

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

23

Trang :23


Đồ án môn học Kết cấu thép

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

100δ b 2 3
σ th = K o (
) .10 (daN / cm 2 ).
hb
b δ 
K o = f (γ ); γ = c. c . c 
hb  δ b 

Cánh nén hàn với bản mặt nên

3

c = ∞ → γ > 30 → K o = 7,46

, tra bảng 4.7, trang

81, GT kết cấu thép
+ τth: ứng suất tiếp tới hạn.
2


δ 
0,95 
τ th = 1,25 + 2 100. b  .103 daN / cm 2
µ 
d 

.

d : cạnh ngắn ô chữ nhật.
µ : tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn.
-Tính toán ví dụ ô bản bụng số 4
Ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm.

σb =

M (−)
. yb
Jx

2628.47 ×10 4
× 66.34 = 1140.61(daN / cm 2 )
= 1528767

-Ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm

τb =

Q
hb .δ b

101.1×10 2
= 87.16(daN / cm 2 )
= 145× 0.8

- Ứng suất pháp tới hạn
100δ b 2
100 × 0.8 2

σ th = K o (
) × 10 3 = 7.46(
) × 10 3 = 2270.82(daN / cm 2 ).
hb
145
2


δ 
0,95 
τ th = 1,25 + 2 100. b  .10 3
µ 
d 

-Ứng suất tiếp tới hạn:
2

0,95 
0.8 

3
2
= 1,25 +
100.
 .10 = 650.97(daN / cm )
2 
1.034 
145 


SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1

24

Trang :24


Đồ án môn học Kết cấu thép
2

Ta có:

GVHD:TS Vũ Hoàng Hưng

2

2
2
 σb   τb 

 +   =  1140.61  +  87.76  = 0.52 ≤ m = 0,72.
 σ th   τ th 
 2270.82   650.97 

Kết quả tính toán ghi trong bảng 6.
Bảng 6
ô

9

d
(cm)

4

145

3

145

2

129

1

100

Ghi chú:

M8
(KNm)

Q
(KN)

2628.4
7
2330.3

3
1769.8
4

101.0
Hình 10
6
303.1
9
515.4
2
737.7
6

888.00

yb−

yb(-)
7(cm)

τb

σb

σth

(daN/cm2 (daN/cm
)
)

(daN/2)
6

5

2

61.54

1058.1

87.12

61.54

939.28

261.37

2270.82

54.32

801.43

499.45

2869.1

41.38

514.92

922.2

4774.4

2

3

2270.82
4

́μ
1.0
3
1.0
3
1.2
8
1.3
5

(daN/cm2
)

Hệ
số

K

653.08

0.48

653.08

0.58

703.74

0,76

1133.61

0.82

τth

xem hình 6
1

Từ bảng kết quả bảng trên ta thấy:
0

+ Ô bản bụng số 3 và 4 có K<0.72, vậy hai ô thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ
+ Ô bản bụng số 1 và 2 có K>0.72, nên hai ô mất ổn định cục bộ
Biện pháp xử lý: gia cố thêm một sườn đứng tại vị trí giữa mỗi ô bản bụng

G

6. Tính toán giàn chịu trọng lượng.

Sơ đồ hình học của giàn chịu trọng lượng xem hình 15. Vì dầm chính có
chiều cao thay đổi nên giàn chịu trọng lượng là một giàn gãy khúc. Để đơn
giản cho việc tính toán ta coi là giàn phẳng có nhịp tính toán bằng nhịp tính
toán của dầm chính.
a) Xác định trọng lượng cửa van:
Giàn chịu trọng lượng cửa van chịu ½ trọng lượng bản thân cửa van và được
đưa về các mắt dàn, gối tựa dàn tại vị trí cột biên
Sơ đồ tính
toán như hình vẽ
0,5.Pm
Pmsau:

Lf = 3150

SVTH :Vũ Kim Chung 52C-TL1
R=2.Pm

Pm

25

L = 12600

Pm

0,5.Pm

Trang :25
R=2.Pm