Nghiên cứu tính toán kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ (luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

VŨ TUẤN NGỌC

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM CẦU TRỤC
TIẾT DIỆN ĐẶC CÓ SỨC TRỤC NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH XDDD&CN

Hà Nội - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

VŨ TUẤN NGỌC
KHÓA: 2017 - 2019

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM CẦU TRỤC
TIẾT DIỆN ĐẶC CÓ SỨC TRỤC NHỎ
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN
Mã số

: 60.58.02.08
LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH XDDD&CN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN HỒNG SƠN

XÁC NHẬN
CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN

Hà Nội – 2019


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả đã đƣợc ngƣời hƣớng dẫn
khoa học là Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hồng Sơn tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn
cũng nhƣ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn của mình. Qua đây
tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy!
Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn kết cấu công trình Trƣờng Đại
học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cƣơng, các thầy cô trong
tiểu ban kiểm tra tiến độ Luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu cho nội dung
Luận văn.
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ của khoa đào
tạo sau đại học thuộc Trƣờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn trong
quá trình học tập và nghiên cứu.
Do thời gian thực hiện luận văn không nhiều, trình độ của tác giả có hạn, mặc
dù đã hết sức cố gắng nhƣng trong nội dung Luận văn sẽ không tránh khỏi những
sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các Thầy cô giáo và
các học viên để Luận văn hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày....., tháng....., năm 2019

Tác giả luận văn

Vũ Tuấn Ngọc


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây dựng công
trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: ―Nghiên cứu tính toán kết cấu dầm cầu
trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ‖ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của
tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có
nguồn gốc rõ ràng.
Hà Nội, ngày...., tháng....., năm 2019
Tác giả luận văn

Vũ Tuấn Ngọc


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục bảng, biểu
Danh mục hình vẽ
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài…………………………………………………………………...1
Mục đích nghiên cứu……………………………………………………………….1
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu…………………………………………………2
Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………………………………..2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài…………………………………………2
NỘI DUNG

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM CẦU TRỤC THÉP
1.1.

Nhà công nghiệp bằng thép ............................................................................3

1.2.

Dầm cầu trục thép ...........................................................................................4

1.2.2.

Khái niệm các bộ phận dầm cầu trục thép ..............................................4

1.2.2.

Cấu tạo chi tiết các bộ phận dầm cầu trục thép......................................8

1.2.3.

Ƣu điểm và nhƣợc điểm dầm cầu trục thép .........................................11

1.3.

Tình hình sử dụng và thiết kế dầm cầu trục thép .....................................12

1.3.1.

Sử dụng dầm cầu trục thép ...................................................................12

1.3.2.

Thiết kế dầm cầu trục thép ...................................................................14

1.4.

Nhận xét chung ..............................................................................................15

CHƢƠNG 2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC THÉP CÓ SỨC
TRỤC NHỎ
2.1.

Cấu tạo chung dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ ....................................16


2.1.1.

Dầm cầu trục treo ..................................................................................16

2.1.2.

Dầm cầu trục tựa. ..................................................................................27

2.2.

Tính toán dầm cầu trục treo ........................................................................27

2.2.1.

Sơ đồ tính, tải trọng tác dụng và nội lực ...............................................28

2.2.2.

Lựa chọn kích thƣớc tiết diện ...............................................................29

2.2.3.

Kiểm tra tiết diện dầm cầu trục .............................................................32

2.2.4.

Quy trình tính toán ................................................................................36

2.3.

Tính toán dầm cầu trục tựa .......................................................................38

2.3.1.

Sơ đồ tính, tải trọng tác dụng và nội lực ...............................................38

2.3.2.

Lựa chọn kích thƣớc tiết diện ...............................................................39

2.3.3.

Kiểm tra tiết diện dầm cầu trục.............................................................42

2.3.4.

Quy trình tính toán ................................................................................47

CHƢƠNG 3. CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC ..............................49
3.1. Dầm cầu trục thép với sức trục nhỏ treo ở xà ngang mái ...........................49
3.1.1.

Thông số đầu vào ..................................................................................49

3.1.2.

Tính toán tải trọng và nội lực................................................................49

3.1.3.

Lựa chọn sơ bộ tiết diện........................................................................49

3.1.4.

Kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của tiết diện ...........................50

3.2. Tính toán dầm cầu trục treo dƣới tạc động của hai cầu trục .....................56
3.2.1.

Thông số đầu vào ..................................................................................56

3.2.2.

Tính toán tải trọng và nội lực................................................................56

3.2.3.

Lựa chọn sơ bộ tiết diện........................................................................57

3.2.4.

Kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của tiết diện ............................60

3.3. Dầm cầu trục điện điều khiển bằng tay, treo trên giàn mái với sơ đồ tính
liên tục trên gối cứng ...............................................................................................62
3.3.1.

Thông số đầu vào ..................................................................................62

3.3.2.

Tính toán tải trọng và nội lực ................................................................62

3.3.3.

Lựa chọn sơ bộ tiết diện .......................................................................63

3.3.4.

Kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của tiết diện ............................63

3.4. Dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ tựa vào vai cột ....................................66


3.4.1.

Thông số đầu vào ..................................................................................66

3.4.2.

Tính toán tải trọng và nội lực ................................................................66

3.4.3.

Lựa chọn sơ bộ tiết diện .......................................................................68

3.4.4.

Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện ..............................................69

3.5. Dầm cầu trục tổ hợp hàn với tiết diện mở rộng cánh trên ........................71
3.5.1.

Thông số đầu vào ..................................................................................71

3.5.2.

Tính toán tải trọng và nội lực ................................................................71

3.5.3.

Lựa chọn sơ bộ tiết diện .......................................................................72

3.5.4.

Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện ..............................................74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................


DANH MỤC BẢNG, BIỂU
Số thứ tự
Bảng 2.1
Bảng 2.2

Tên bảng, biểu
Tải trọng phân bố tính toán tương đương phân bố theo
momen uốn lên giàn mái có cầu trục treo
Các thép định hình cho dầm cầu trục treo nhịp 6-12m

Trang
17
18

Các đặc trưng thép chữ I theo ГОСТ 8239_72* cho dầm
Bảng 2.3

cầu trục treo không gia cường

21

Bảng 2.4

Các đặc trưng thép chữ I theo ГОСТ 8239_72* cùng với
tấm gia cường cánh dưới dùng cho dầm cầu trục treo

22

Bảng 2.5

Các đặc trưng của thép chữ T ở cánh dưới làm từ thép
định hình

23

Bảng 2.6
Bảng 2.7
Bảng 2.8

Các đặc trưng của dầm tổ hợp hai loại thép hàn
Số lượng dầm hàn tổ hợp hai loại thép khuyến cáo cho
dầm cầu trục với sức nâng khác nhau
Các đặc trưng của cầu trục điện treo

23
24
25

Bảng 2.9

Các đặc trưng của thép chữ T ở cánh dưới làm từ thép
định hình

26

Bảng 2.10

Hệ số x, y

33

Bảng 2.11

Các tung độ quy đổi yf

36

Bảng 2.12

Hệ số β

39

Bảng 3.1

Tải trọng của dầm cầu trục

66


DANH MỤC HÌNH VẼ
Số thứ tự
Hình 1.1

Tên hình

Kết cấu khung nhà công nghiệp một tầng

Hình 1.2

Kết cấu đỡ cầu trục

5

Hình 1.3

Dầm cầu trục treo

6

Hình 1.4

Dầm cầu trục côngxon

7

Hình 1.5

Các kiểu tiết diện dầm cầu trục

8

Hình 1.6

Giàn cầu trục

9

Hình 1.7

Tiết diện dầm hãm

10

Hình 1.8

Sơ đồ giàn hãm
Dầm cầu trục trong nhà xưởng

11

Hình 1.9

Hình 1.10 Dầm cầu trục trong nhà máy

Trang
4

13
14

Hình 2.1

Dầm cầu trục treo

16

Hình 2.2

Các dạng tiết diện dầm cầu trục treo

20

Hình 2.3

Sơ đồ kích thước cánh dầm

21

Hình 2.4

27

Hình 2.5

Một số tiết diện dầm cầu trục
Biểu đồ để xác định tải trọng lên dầm cầu trục treo

Hình 2.6

Biểu đồ xác định hệ số K1, K2

34

Hình 2.7

Sơ đồ khối quy trình tính toán dầm cầu trục treo
Xác định mômen và lực cắt lớn nhất trong dầm
cầu trục
Tiết diện dầm cầu trục tổ hợp hàn

37

Hình 2.8
Hình 2.9

Hình 2.10 Sơ đồ quy trình tính toán dầm cầu trục tựa
Sơ đồ tính toán kiểm tra về độ bền của bu lông và
Hình 3.1
gối đỡ
Hình 3.2 Các ô dầm trên đoạn cầu trục treo uốn cong

30

38
40
48
52
53

Hình 3.3

Gối chắn ở cuối của cầu trục treo

54

Hình 3.4

Sơ đồ tính và tiết diện dầm

56

Hình 3.5

Sơ đồ tính và tiết diện dầm

62

Hình 3.6
Hình 3.7

Sơ đồ dầm cầu trục
Tiết diện chữ I tổ hợp hàn mở rộng cánh trên

67
71

Hình 3.8

Sơ đồ dầm cầu trục

72


1

MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài
Hiện nay, kết cấu thép đƣợc sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng, trong
số đó có các nhà công nghiệp. Một yếu tố ảnh hƣởng khá lớn đến sự làm việc của
kết cấu khung chịu lực đó là cầu trục, bởi tải trọng do chúng gây ra là tải trọng
động, lặp đi lặp lại nhiều lần và dễ gây phá hoại cho kết cấu khung. Khi phân loại
cầu trục trong nhà công nghiệp, có cách phân loại theo chế độ làm việc (nhẹ, trung
bình, nặng và rất nặng), theo sức nâng của cầu trục (sức trục trên 75 tấn, dƣới 75 tấn
và sức trục nhỏ), hoặc phân loại theo tiết diện (tiết diện đặc, rỗng), cũng nhƣ việc
phân loại theo vị trí đặt cầu trục (đặt ở vai cột – cầu trục tựa hoặc treo ở kết cấu
mái). Hiện nay, loại cầu trục có sức trục nhỏ (dƣới 20 tấn) đƣợc sử dụng rộng rãi
trong các công trình công nghiệp nhẹ, dầm đỡ cầu trục có thể đặt ở vai cột dùng tiết
diện chữ I định hình có gia cƣờng cánh trên bằng thép bản hoặc thép góc để chịu
lực ngang hoặc tiết diện chữ I không đối xứng tổ hợp hàn. Loại dầm nhƣ thế sẽ khá
đơn giản trong chế tạo, và có tính kinh tế hơn so với dầm cầu trục tiết diện chữ I tổ
hợp hàn có dầm hãm. Đồng thời, để tận dụng không gian kiến trúc của nhà hoặc khu
vực hoạt động của cầu trục, một giải pháp bố trí cầu trục đó là treo chúng vào kết
cấu dầm cầu trục, dầm cầu trục đƣợc liên kết với kết cấu xà ngang (giàn vì kèo).
Theo đó, giải pháp dầm cầu trục treo và dầm cầu trục không có dầm hãm đƣợc sử
dụng cho các nhà xƣởng mà sức nâng của cầu trục nhỏ, đa số trong số đó là các cầu
trục có sức nâng dƣới 5 tấn. Bên cạnh đó, tài liệu về Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu
thép TCVN 5575-2012, cũng nhƣ các tài liệu khác ở trong nƣớc đề cập khá ít về
quy định khi thiết kế loại dầm đỡ cầu trục sức trục nhỏ, thiếu các bảng tra tính toán
và gây khó khăn cho ngƣới thiết kế.
Từ những phân tích nêu trên, đề tài ―Nghiên cứu tính toán kết cấu dầm cầu
trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ‖ có tính cấp thiết và tính thực tiễn cao.
* Mục đích nghiên cứu


2

- Tìm hiểu cách tính toán theo tiêu chuẩn và thực hành tính toán kết cấu dầm
đỡ cầu chạy với sức nâng của cầu trục không lớn, để áp dụng vào tính toán chúng
trong thực tế thiết kế.
- Kiến nghị các nhà chuyên môn về cách tính toán loại dầm cầu trục này trong
thực tế.
* Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Loại cầu trục treo ở xà ngang (giàn vì kèo) và cầu trục tựa (đặt ở vai cột
không có dầm hãm), tiết diện đặc (chữ I định hình hoặc tổ hợp hàn), sử dụng cho
các nhà công nghiệp.
- Nghiên cứu cấu tạo và tính toán dầm cầu trục có sức trục nhỏ (dầm đỡ cầu
chạy có sức nâng không lớn) tiết diện đặc, loại cầu trục treo và cầu trục tựa không
có dầm hãm, của nhà công nghiệp và thực hiện thí dụ tính toán.+
* Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp áp dụng lý thuyết để thực hiện các ví dụ tính
toán từ đó rút ra kết luận.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các lý thuyết tính toán theo tiêu chuẩn từ đó
đƣa ra cách tính toán các loại dầm cầu trục này.
- Ý nghĩa thực tiễn: Vận dụng tính toán kết cấu dầm cầu trục thép trong thực tế
theo các yêu cầu, nhằm chỉ dẫn cho kỹ sƣ thiết kế có phƣơng án thiết kế tối ƣu nhất.


3

NỘI DUNG
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM CẦU TRỤC THÉP
Nhà công nghiệp bằng thép [1]

1.1.

Nhà công nghiệp đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng công
nghiệp. Vật liệu sử dụng trong công trình nhà công nghiệp có thể là bê tông cốt thép
(khi công trình có nhịp nhỏ và tải trọng không lớn lắm); vật liệu thép (khi công trình
có chiều cao lớn, nhịp lớn và sức trục lớn) hoặc hỗn hợp bê tông cốt thép và thép
(công trình có nhịp lớn và sức trục không lớn lắm). Thông thƣờng nhà công nghiệp
thép đƣợc sử dụng khi công trình có chiều cao thông thủy H > 15 m, nhịp lớn L >
24 m, bƣớc cột lớn B > 12 m, cầu trục có sức trục Q > 50 T.
Hệ kết cấu trong nhà công nghiệp bao gồm: cột, xà ngang, móng, kết cấu bao
che và kết cấu cầu trục.
Cầu trục là phƣơng tiện vận chuyển nguyên vật liệu trong nhà công nghiệp.
Cầu trục di chuyển gây ra tải trọng động, tải trọng lặp làm kết cấu bị phá hoại
mỏi . Vì vậy tải trọng cầu trục là tải trọng quan trọng.
Khi nghiên cứu tải trọng động, tải trọng lặp do cầu trục gây nên, cần quan tâm
xem cầu trục có làm việc thƣờng xuyên hay không, cầu trục có hay phải vận chuyển
với sức nâng lớn nhất hay không. Ngƣời ta gọi đó là ―Chế độ làm việc của cầu
trục‖.
Chế độ làm việc của cầu trục khác nhau sẽ gây ảnh hƣởng khác nhau tới kết
cấu. Cần phân loại nhà xƣởng theo chế độ làm việc của cầu trục.
Có thể phân loại nhà xƣởng theo bốn chế độ làm việc của cầu trục:
+ Nhà có cầu trục chế độ làm việc nhẹ: thời gian hoạt động của cầu trục ít, rất
hiếm khi làm việc với sức trục lớn nhất (chỉ có 15% thời gian sử dụng).
+ Nhà có cầu trục chế độ làm việc trung bình: làm việc nhƣ nhà có cầu trục
chế độ làm việc nhẹ, song thời gian sử dụng nhiều hơn (khoảng 20% thời gian sử
dụng).


4

+ Nhà có cầu trục chế độ làm việc nặng: là nhà xƣởng có dây chuyền sản xuất

lớn, xƣởng chế tạo kết cấu v.v… Thời gian hoạt động khoảng 40÷60% thời gian sử
dụng.
+ Nhà có cầu trục chế độ làm việc rất nặng: thời gian làm việc hầu nhƣ liên
tục (hơn 60% thời gian sử dụng). Thƣờng xuyên làm việc với sức nâng lớn nhất.

Hình 1.1. Kết cấu khung nhà công nghiệp một tầng
Khi thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng cần phải thỏa mãn đồng
thời hai yêu cầu cơ bản: yêu cầu sử dụng và yêu cầu về kinh tế.
Yêu cầu về sử dụng thể hiện ở các điểm sau:
+ Thuận tiện trong việc lắp đặt thiết bị máy móc;
+ Đảm bảo cho các thiết bị nâng cẩu làm việc bình thƣờng;
+ Kết cấu bảo đảm độ bền và độ bền lâu;
+ Bảo đảm điều kiện thông gió chiếu sáng cho nhà.
Yêu cầu về kinh tế: Khi thiết kế, cần bảo đảm chi phí thép và công chế tạo nhỏ
nhất trong diều kiện thi công đơn giản và thông thƣờng.
1.2.

Dầm cầu trục thép [1]

1.2.1. Khái niệm và các bộ phận dầm cầu trục thép
a) Khái niệm:


5

Kết cấu đỡ cầu trục là bộ phận để đỡ và làm đƣờng chạy cho cầu trục, nó chịu
toàn bộ lực thẳng đứng và lực hãm ngang của cầu trục để truyền vào khung ngang
(Hình 1.2).

Hình 1.2. Kết cấu đỡ cầu trục

b) Các bộ phận dầm cầu trục thép:
Thông thƣờng kết cấu cầu trục bao gồm: dầm cầu trục (1) chịu tải trọng thẳng
đứng của cầu trục, kết cấu hãm (2) chịu tải trọng nằm ngang và ray cầu trục (3)
(Hình 1.2a).
Dầm cầu trục là bộ phận chịu lực cơ bản của kết cấu cầu trục, tiết diện cầu trục
có thể có các dạng:
+ Tiết diện đặc: Tiết diện chữ I định hoặc tổ hợp từ các bản thép (Hình 1.2b,c)
+ Tiết diện rỗng: Giàn cầu trục, dùng khi sức trục nhẹ (Q ≤ 30t) và nhịp dầm
lớn (Hình 1.2d).


6

Sử dụng giàn cầu trục tiết diện rỗng tiết kiệm đƣợc 15 ÷ 20% vật liệu so với
tiết diện đặc, nhƣng tốn công chế tạo hơn.
Sơ đồ kết cấu của dầm cầu trục có thể làm dầm đơn giản (Hình 1.2b) hoặc
dầm liên tục (Hình 1.2c). Dầm liên tục tiết kiệm khoảng 12 ÷ 15% vật liệu so với
dầm đơn nhƣng lắp ráp khó hơn. Ngoài ra, do là kết cấu siêu tĩnh nên sẽ chịu ảnh
hƣởng lún trong gối tựa gây ứng suất trong dầm.
Nếu nhà có giàn đỡ kèo và cầu trục sức nâng lớn, có thể kết hợp giàn đỡ kèo
và dầm cầu trục thành hệ kết cấu mà thanh cánh dƣới của giàn đỡ kèo là dầm cầu
trục (Hình 1.2e). Các dạng khác của dầm cầu trục là : dầm cầu trục treo và dầm cầu
trục côngxon
*Dầm cầu trục treo
Trong trƣờng hợp, sức nâng không lớn lắm, ngƣời ta dùng cầu trục treo. Khi này
dầm cầu trục đƣợc treo vào nút cánh dƣới của giàn mái (hình 1.3).
Cầu trục treo có thể có:
+ Một đƣờng chạy (mônô ray): sức nâng đến 10T (hình 1.3a), chỉ vận chuyển
hàng theo hƣớng dọc nhà, vận hành cầu trục bằng bảng điều khiển cầm tay.
+ Hai hoặc ba đƣờng chạy: sức nâng đến 30T (hình 1.3b,c) vận hành cầu trục

bằng điều khiển hoặc cabin điều khiển.

Hình 1.3. Dầm cầu trục treo
a) một đường ray ; b) hai đường chạy ; c) ba đường chạy ; d) chi tiết liên kết


7

Sơ đồ của dầm cầu trục có thể là dầm đơn giản hay là dầm liên tục, tiết diện
dầm thƣờng là chữ I định hình đặc biệt hoặc các kiểu tổ hợp.
*Dầm cầu trục congxon
Tùy thuộc vào công nghệ của phân xƣởng, khi vận chuyển hàng theo dọc hàng
cột, ngƣời ta sử dụng cầu trục côngxon (hình 1.4).
Để làm đƣờng chạy cho cầu trục, cần phải có ba dầm đỡ: một dầm đặt thẳng
đứng để chịu áp lực đứng A và hai dầm đặt ngang để chịu áp lực ngang H 1 và H2
của bánh xe.

Hình 1.4. Dầm cầu trục côngxon
Kết cấu cầu trục có một số điều kiện làm việc khác với kết cấu dầm sàn: khi
cầu trục làm việc sẽ sinh ra các lực thẳng đứng ( giá trị lớn đến 600 – 800 kN) và
lực xô ngang ở các bánh xe, những lực này có vị trí di động theo chiều dài dầm, do
đó gây ra trạng thái ứng suất phức tạp ở bụng dầm với giá trị ứng suất lớn. Những
sai số do chế tạo, dựng lắp nhƣ hai đƣờng ray không song song, không phẳng hay
sự nghiêng lệch của cầu trục cũng ảnh hƣởng đến sự làm việc của dầm cầu trục.


8

1.2.2. Cấu tạo chi tiết các bộ phận dầm cầu trục thép
a) Dầm và giàn cầu trục

* Đối với dầm cầu trục:
Dạng tiết diện của dầm cầu trục phụ thuộc vào tải trọng, nhịp và chế độ làm
việc của cầu trục. Khi là dầm đơn giản có nhịp nhỏ và sức nâng không lớn dùng tiết
diện chữ I định hình có gia cƣờng cánh trên bằng thép bản hay thép góc để chịu lực
ngang T (hình 1.5a); hoặc tiết diện chữ I không đối xứng tổ hợp hàn (hình 1.5b).
Khi nhịp dầm và sức nâng của cầu trục lớn hơn, sử dụng dầm tổ hợp hàn tiết diện
chữ I có dầm hãm (hình 1.5c).

Hình 1.5. Các kiểu tiết diện dầm cầu trục
a) Thép định hình ; b-e) Tổ hợp hàn ; g) Hai bản bụng ; h) buloong cường độ cao.
Để giảm chi phí, dầm cầu trục đƣợc thiết kế từ hai loại thép: bụng dầm bằng
thép các bon thấp, cánh dầm bằng thép hợp kim thấp. Trong nhà có chế độ làm việc
nặng, thƣờng xuất hiện sự hƣ hỏng ở vùng phía trên của bụng dầm cầu trục, nên tại
đó đƣợc gia cƣờng bằng bản thẳng đứng hoặc bản chống xiên (hình 1.5e), đôi khi
dùng dầm hai bản bụng (hình 1.5g). Các biện pháp cấu tạo này nhằm giảm ứng suất
cục bộ trong bản bụng dầm do áp lực của bánh xe cầu chạy và tăng độ cứng chống
xoắn của dầm. Dầm bu lông cƣờng độ cao nặng hơn và tốn công chế tạo hơn so với
dầm hàn, nhƣng tiết diện cánh trên khỏe hơn (bao gồm bản đậy và thép góc cánh),


9

lại không có ứng suất hàn, liên kết giữa cánh và bụng bằng bu lông cƣờng độ cao
chịu lực chấn động tốt hơn. Do đó dầm cầu trục bu bông cƣờng độ cao sử dụng cho
các nhà máy luyện kim đen có chế độ làm việc rất nặng (hiện nay rất hiếm) (hình
1.5h)
Khi cầu trục có sức nâng lớn và nhịp dầm lớn (hơn 30m) ngƣời ta còn dùng
kết cấu cầu trục có giàn đỡ phụ hoặc dùng dầm tiết diện kín
* Đối với giàn cầu trục:
Giàn cầu trục thƣờng đƣợc đƣợc sử dụng khi nhịp từ 12m trở lên và cầu trục

có sức nâng không lớn lắm (Q ≤ 30t), chế độ làm việc nhẹ và trung bình (hình 1.6).

Hình 1.6. Giàn cầu trục
a) Sơ đồ ; b) tiết diện thanh cánh trên
Giàn cầu trục thƣờng có dạng cánh song song, hệ thanh bụng tam giác với các
thanh đứng. Chiều cao của giàn hd lấy trong khoảng (1/6 – 1/8) nhịp, khoảng cách
giữa hai nút giàn d = (0,8 ÷ 1,3)hd và không lớn hơn 3m. Thanh cánh trên của dàn
chịu lực nén và uốn cục bộ ( do bánh xe cầu trục đặt ở khoảng giữa hai nút giàn)
nên tiết diện đƣợc thiết kế ở dạng chữ I tổ hợp (cánh rộng) hoặc thép thép định hình
có gia cƣờng thêm thép góc, thép bản (Hình 1.6b), với chiều cao hc không nhỏ hơn
(1/5 – 1/7) khoảng cách hai nút giàn d. Các thanh bụng giàn làm bằng hai thép góc,
trục của chúng hộ tụ tại mép dƣới của thanh cánh trên (Hình 1.6a), thanh cánh dƣới


10

làm bằng thép chữ T hoặc hai thép góc. Chiều dày bản mã không nhỏ hơn 10mm.
do sự di chuyển của cầu trục, nội lực của một số thanh giàn sẽ đổi dấu, do đó phải
lƣu ý đến cấu tạo nút để giảm ứng suất tập trung, đặc biệt là đƣờng hàn giữa thanh
bụng và thanh cánh cánh phải đƣợc thực hiện với chất lƣợng cao. Tại nút giàn liên
kết thanh bụng và thanh cánh, bản bụng của thanh cánh đƣợc gia cƣờng sƣờn cứng
b) Dầm và giàn hãm
* Đối với dầm hãm:
+ Ở nhịp bên: cánh trên của dầm cầu trục, bản dầm hãm và thanh biên (thƣờng
là thép hình chữ C) hoặc là cánh của giàn đỡ phụ (hình 1.7b,c).
+ Ở nhịp giữa: hai cánh trên của hai dầm cầu trục và bản dầm hãm (hình
1.7d,e). Để đảm bảo ổn định cục bộ và tăng độ cứng, mặt dƣới của bản dầm hãm
đƣợc gia cƣờng bằng sƣờn cứng 2 có kích thƣớc 65×6 mm để đặt cách nhau 1,5 –
2m. Để tăng độ cứng ngang cho kết cấu cầu trục, trong trƣờng hợp nhà có cột sƣờn
tác gối mềm trung gian bằng cách dùng bản thép 1 dày 6 – 8mm liên kết thanh biên

chữ U vào cột sƣờn tƣờng (hình 1.7a).

Hình 1.7. Tiết diện dầm hãm
a, b,c) ở nhịp biên ; d,e) ở nhịp giữa;
* Đối với giàn hãm:
Khi bề rộng dầm hãm nhỏ hơn 1,25 – 1,5 m nên dùng bản đặc và khi lớn hơn
1,5 m thì dùng giàn hãm sẽ tiết kiệm vật liệu hơn. Thanh bụng của giàn hãm làm


11

bằng một thép góc, sơ đồ hình tam giác có thanh đứng (Hình 1.8 a,b). Nhằm làm
tăng độ cứng không gian cho hệ giàn hãm và hạn chế sự dao động của cánh dƣới
dầm, ở mặt phẳng cánh cánh dƣới của dầm cầu trục đƣợc bố trí thêm các thanh
giằng với độ mảnh giới hạn (Hình 1.8c). Trong nhà có chế độ làm việc nặng, luôn
luôn dùng giàn hãm mà không phụ thuộc vào bề rộng của kết cấu hãm.

Hình 1.8. Sơ đồ giàn hãm
a - ở dãy cột biên; b - ở dãy cột giữa; c - giằng mặt phẳng cánh dưới
c) Ray
Để làm đƣờng ray cho bánh xe cầu trục, ngƣời ta dùng loại ray chuyên dụng (
ví dụ ray kí hiệu KP theo tiêu chuẩn Nga), số hiệu của ray lấy theo sức nâng Q của
cầu trục. Khi sức nâng Q đến 20 tấn, có thể dùng ray đƣờng sắt ví dụ loại P-38 hoặc
P-43. Liên kết cần bảo đảm sự thẳng của ray. Vì trong quá trình làm việc, ray bị
dịch chuyển, do đó không nên hàn ray vào cánh dầm.
1.2.3. Ưu điểm và nhược điểm dầm cầu trục thép
a) Ƣu điểm
Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao. Cầu trục thép có khả năng chịu lực
lớn, độ tin cậy cao do vật liệu thép có cƣờng độ lớn,lớn nhất trong các vật liệu xây
dựng. Độ tin cậy cao là do cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn hồi và

12

dẻo của thép gần sát với lý thuyết tính toán. Sự làm việc thực tế của cầu trụcthép
phù hợp với lý thuyết tính toán.
-Trọng lƣợng nhẹ. Kết cấu cầu thép nhẹ nhất trong số các loại kết cấu cầu, để
đánh giá phẩm chất ―nhẹ‖ của vật liệu ngƣời ta thƣờng dùng hệ số c là tỷ số giữa
trọng lƣợng riêng và cƣờng độ chịu lực của nó
-Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp. Do trọng lƣợng nhẹ, việc vận chuyển
và lắp dựng các cấu kiện thép dễ giàng và nhanh chóng
-Tính công nghiệp hóa cao. Do sự sản xuất vật liệu hoàn toàn trong nhà máy,
và sự chế tạo cấu kiện thép đƣợc làm chủ yếu trong các nhà máy chuyên ngành hoặc
ít ra cũng dùng những loại máy mọc thiết bị chuyên dụng, thích hợp nhất với điều
kiện cơ giới hóa triệt để.
b) Nhƣợc điểm
Cần độ chính xác cao trong quá trình chế tạo và thi công lắp dựng.
1.3.

Tình hình sử dụng và thiết kế dầm cầu trục thép

1.3.1. Sử dụng dầm cầu trục thép
Hiện nay dầm cầu trục thép đƣợc sử dụng rộng rãi dùng để nâng hạ, di chuyển
những vật, hàng hóa có khối lƣợng cồng kềnh và trọng lƣợng tƣơng đối lớn, để xếp
dỡ hàng hóa tại các cảng biển, các công trình xây dựng, các nhà xƣởng, phân
xƣởng, nhà máy v.v..


13

Hình 1.9. Dầm cầu trục trong nhà xưởng
(a – dầm cầu trục tựa của cho nhà xưởng tôn Đông Á tại KCN Bình Dương; b dầm cầu trục treo của xưởng bảo dưỡng máy bay VNA)


14

Hình 1.10. Dầm cầu trục trong nhà máy
a – dầm cầu trục tựa của cho nhà máy chế tạo thiết bị điện Đông Anh; b - dầm cầu
trục treo của nhà máy tôn Phương Nam
1.3.2. Thiết kế dầm cầu trục thép [2]
Thiết kế dầm cầu trục thép tƣơng tự nhƣ dầm thép thƣờng, cần lƣu ý khi xác
định nội lực cho dầm cầu trục do tải trọng tác dụng là tải trọng động và trình tự thiết
kế nhƣ sau:


15

Bƣớc 1: Xác định tải trọng tác dụng lên dầm cầu trục (bao gồm tải trọng đứng
và lực hãm ngang của cầu trục).
Bƣớc 2: Xác định nội lực.
Bƣớc 3: Thiết kế tiết diện dầm cầu trục (theo điều kiện bền và biến dạng).
Bƣớc 4: Kiểm tra lại tiết diện dầm cầu trục vừa thiết kế (theo điều kiện bền và
biến dạng).
Ngoài ra tác giả cũng làm một cuộc khảo sát nhỏ bằng cách liên lạc bằng điện
thoại hoặc gửi email đến mƣời lăm công ty chuyên thiết kế và sản xuất dầm cầu trục
nhƣ công ty cổ phần cầu trục và thiết bị AVC; công ty TNHH MTV thiết bị CG;
công ty tƣ vấn đầu tƣ phát triển và xây dựng THIKECO, công ty TNHH nhà thép
tiền chế Zamil steel Việt Nam, v.v.. để tìm hiểu xem hiện nay loại dầm cầu trục nào
đang đƣợc sử dụng phổ biến; khách hàng quan tâm nhiều nhất đến cầu trục có sức
nâng bao nhiêu tấn và hiện nay các công ty thiết kế thƣờng hay sử dụng tiêu chuẩn

thiết kế nào để thiết kế dầm cầu trục.
Kết quả cho thấy hiện nay loại dầm cầu trục có sức trục dƣới 5T đang đƣợc sử
dụng rất phổ biến ở các nhà xƣởng, nhà máy, các khu công nghiệp v.v.. Đối với các
đơn vị thiết kế thì tùy theo yêu cầu của chủ đầu tƣ thì đơn vị thiết kế sẽ áp dụng các
tiêu chuẩn thiết kế phù hợp. Thông thƣờng họ sử dụng chủ yếu là Tiêu chuẩn thiết
kế kết cấu thép TCVN 5575-2012. Tuy nhiên tiêu chuẩn này lại đề cập khá ít đến
cầu trục sức trục nhỏ nên họ kết hợp thêm các tiêu chuẩn của Mỹ AISC360-10 –
thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn Mỹ và các tiêu chuẩn của Châu Âu nhƣ EN
1991-5:1998 và EN 1993-6:1999.
1.4.

Nhận xét chung
Phần mở đầu và chƣơng 1 của luận văn đã xác định đƣợc các vấn đề phƣơng

pháp luận nghiên cứu: Từ tính cấp thiết và tình hình nghiên cứu ứng dụng thực tiễn
của đề tài, luận văn đã xác định mục tiêu nghiên cứu, đối tƣợng, phạm vi và phƣơng
pháp nghiên cứu, v.v... Đồng thời làm rõ các vấn đề tổng quan về dầm cầu trục thép
trong tình hình sử dụng và thiết kế. Kết quả đạt đƣợc là cơ sở để thực hiện nhiệm vụ
nghiên cứu ở các chƣơng 2 và 3


16

CHƢƠNG 2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC THÉP CÓ
SỨC TRỤC NHỎ
2.1.

Cấu tạo chung của dầm cầu trục có sức trục nhỏ

2.1.1. Dầm cầu trục treo [4; 6]

Cầu trục treo có thể có một đƣờng ray, sử dụng khi sức nâng đến 10T, chỉ vận
chuyển hàng theo hƣớng dọc nhà và vận hành bằng bảng điều khiển cầm tay; loại
hai hoặc ba đƣờng ray, sử dụng khi sức nâng đến 30T, vận chuyển hàng theo
phƣơng dọc và ngang nhà và vận hành bằng bảng điều khiển hoặc có ca bin điều
khiển (Hình 2.1). Dầm cầu trục đƣợc treo ở nút cánh dƣới của giàn hoặc xà ngang
của khung, nhịp của cầu trục chính là bƣớc giàn hoặc bƣớc khung ngang, thƣờng có
mô đun 6m hoặc 12m.

Q

Q

1

(a)
2
Q
(b)

Hình 2.1. Dầm cầu trục treo
( 1 - giằng giàn; 2 – thanh chống )
Đặc điểm chính của dầm đỡ cầu trục treo là các bánh xe của hệ thống vận
chuyển di động và tỳ lên mặt trên của cánh dƣới dầm, bản chất cánh dƣới dầm chính
là đƣờng ray của cầu trục treo. Khi cầu trục chuyển động nhiều

lần sẽ gây mòn

và tạo sự mỏi cho cánh dƣới dầm, để tăng thời gian sử dụng và độ bền của cánh
dƣới dầm thì tốt nhất nên sử dụng dầm làm từ vật liệu thép có độ bền chịu mài mòn
cao, ví dụ nhƣ thép hợp kim thấp - tƣơng đƣơng loại 09Mn2 theo Phụ lục A Tiêu

chuẩn Việt Nam.[4]