Tính toán lập quy trình thiết kế dầm đỡ cầu trục bằng thép tiết diện đặc
Đất nước ta đang trong quá trình đổi mới, hội nhập và bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, xây dựng cơ sở vật chất – kỹ thuật cho sự phát triển nền kinh tế. Việc xây dựng, mở rộng các nhà máy, các cơ sở sản xuất và phát triển các khu công nghiệp đang được tiến hành; hệ thống máy móc hiện đại ngày càng phổ biến và từng bước thay thế dần sức lao động của con người.
Với nhà công nghiệp, yếu tố ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của kết cấu là cầu trục. Tải trọng cầu trục là tải trọng di động, tác dụng ngắn hạn, lặp đi lặp lại … dễ làm cho kết cấu bị phá hoại do hiện tượng mỏi.
Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép hiện hành của Việt Nam TCVN 5575:2012 đã quy định và đang hoàn thiện, hợp lý dần phương pháp tính toán thiết kế hệ thống đỡ cầu trục. Tuy nhiên đối với các kỹ sư thiết kế, việc áp dụng vẫn còn nhiều hạn chế do không quen với loại kết cấu không mới nhưng lạ lẫm: có tiết diện và sự làm việc phức tạp, chịu tải trọng động, lặp, ngắn hạn theo cả ba phương trong không gian.
Đề tài luận văn “Tính toán, lập quy trình thiết kế dầm đỡ cầu trục bằng thép tiết diện đặc ” nhằm tìm hiểu đặc điểm làm việc, ứng xử của các bộ phận, cách tính, quy trình thiết kế cho dầm đỡ cầu trục và các bộ phận cấu thành.
2. Mục tiêu của đề tài
– Tìm hiểu đặc điểm làm việc, ứng xử các bộ phận của kết cấu đỡ cho cầu trục có sức nâng, chế độ làm việc nhẹ và trung bình;
– Tìm hiểu phương pháp tính toán và thiết lập quy trình để thiết kế các bộ phận của kết cấu đỡ cầu trục loại nhẹ và trung bình, nhằm giảm lao động thiết kế, tăng hiệu quả đưa vào sử dụng của công trình.
– Tiêu chí của kết quả là: giảm thiểu lao động thiết kế; giảm nhẹ trọng lượng kết cấu, từ đó giảm giá thành xây dựng mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của công trình.
3. Nội dung nghiên cứu
– Hiện trạng sử dụng hệ thống cầu trục hiện nay trong các công trình công nghiệp cho thấy rằng: hoạt động của cầu trục là ít và chưa hiệu quả. Xuất phát từ yêu cầu công nghệ của ngành công nghiệp nhẹ, việc sử dụng phổ biến các cầu trục có sức nâng nhỏ và trung bình, dẫn đến việc ứng dụng ngày càng nhiều các dầm đỡ cầu trục (dầm cầu trục) tiết diện đặc;
– Phân tích các ảnh hưởng của hệ thống đỡ cầu trục tới hệ thống chịu lực của toàn kết cấu công trình;
– Khảo sát các giải pháp cấu tạo, liên kết chi tiết, lập quy trình tính toán, thiết kế các bộ phận của kết cấu đỡ cầu trục.
4. Phương pháp nghiên cứu
+ Thu thập các tài liệu tổng quan về hiện trạng sử dụng cầu trục có sức nâng nhẹ và trung bình ở nước ta.
+ Thu thập tài liệu trong và ngoài nước về cách tính toán, thiết kế dầm đỡ cầu trục trong các công trình.
+ Tính toán tác động của các dầm đỡ cầu trục lên hệ kết cấu công trình. Các tác động này có thể do một hoặc nhiều cầu trục, có tải hoặc không tải, hoạt động trong một nhịp hoặc nhiều nhịp, di chuyển bình thường hoặc phanh đột ngột, của toàn bộ cầu trục hay của riêng xe con.
+ Đề xuất giải pháp, cách tính toán, lập quy trình các bước thiết kế.
Luận văn này hướng tới việc tính toán, lập quy trình thiết kế hệ thống đỡ cầu trục bằng thép tiết diện đặc, dùng cho cầu trục có sức nâng bé và trung bình; quan tâm đến ảnh hưởng của hoạt động cầu trục đến kết cấu công trình để công trình hoạt động một cách bình thường, hợp lý, tiết kiệm chi phí trong quá trình sản xuất kinh doanh;
Luận văn chỉ giới hạn việc tính toán dầm đỡ cầu trục theo quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575:2012; có tham khảo cách tính của Tiêu chuẩn Anh – British Standards (BS), qua đó đưa ra cách tính toán, lập quy trình thiết kế dầm đỡ cầu trục bằng thép tiết diện đặc trong các nhà xưởng một tầng loại nhỏ và trung bình.
Ngoài phần mở đầu, kết luận. Luận văn gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ VIỆC SỬ DỤNG CẦU TRỤC TRONG CÔNG NGHIỆP
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ VÍ DỤ BẰNG SỐ VỀ TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ VIỆC SỬ DỤNG
CẦU TRỤC TRONG CÔNG NGHIỆP
TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC
1.1.1. Giới thiệu về cầu trục trong nhà công nghiệp
1.1.2. Đặc điểm của cầu trục
1.1.3. Phân loại
Phân loại cầu trục theo công dụng
Phân loại cầu trục theo kết cấu dầm
Phân loại cầu trục theo cách tựa của dầm chính.
Phân loại cầu trục theo bố trí cơ cấu di chuyển
Phân loại cầu trục theo nguồn dẫn động
Phân loại cầu trục theo chế độ làm việc
1.1.4. Cấu tạo chung của cầu trục
1.2. TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU ĐỠ CẦU TRỤC
1.2.1. Dầm (Dàn) đỡ cầu trục
1.2.2. Kết cấu hãm (dầm hãm hoặc dàn hãm)
1.2.3. Đặc điểm của dầm cầu trục tiết diện đặc kết hợp với dầm hãm
1.2.5. Cấu tạo các bộ phận cơ cấu khác
– Gối chặn cầu trục ở đầu dầm cầu trục
– Liên kết ray với dầm cầu trục
– Liên kết đầu dầm cầu trục với vai cột và cánh cột
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC
THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ
2.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5575:2012
2.1.1. Tải trọng – Nội lực
2.1.2. Chọn sơ bộ tiết diện dầm
2.1.3. Kiểm tra dầm cầu trục theo điều kiện bền
2.1.4. Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng và bản cánh
2.1.5. Tính toán dầm cầu trục về bền mỏi
2.1.6. Tính toán độ võng của dầm cầu trục
2.1.7. Tính toán ray cầu trục
b. Kiểm tra độ bền của ray cầu trục
2.1.8. Tính toán gối chặn cầu trục
2.2. TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC THEO TIÊU CHUẨN ANH – BRITISH STANDARDS (BS) 2573-1
2.2.1. Tải trọng tính toán dầm đỡ cầu trục
a. Áp lực thẳng đứng
b. Tải trọng ngang do xe con
c. Lực hãm dọc, theo phương dọc nhà
d. Lực ngang do tác động vặn của xe cẩu
2.2.2. Kiểm tra tiết diện dầm
a. Kiểm tra về bền
b. Kiểm tra về cắt
c. Kiểm tra về oằn do uốn (ổn định tổng thể)
d. Kiểm tra ép cục bộ của bụng dưới bánh xe
2.3. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ DẦM CẦU TRỤC THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5575:2012
2.3.2. Xác định tải trọng và các tác dụng
2.3.4. Chọn tiết diện
2.3.5. Kiểm tra độ bền
2.3.6. Kiểm tra điều kiện bền
2.3.7. Vùng chịu nén của bản bụng
2.3.8. Kiểm tra ổn định cục bộ
2.3.9. Kiểm tra ổn định tổng thể
2.3.10. Tính toán về bền mỏi
2.3.11. Tính toán các cấu kiện phụ khác
2.3.12. Tính toán liên kết
CHƯƠNG 3
MỘT SỐ VÍ DỤ BẰNG SỐ
VỀ TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC
3.1. VÍ DỤ 1
Nhà xưởng nhịp L = 24m; Thiết kế dầm đỡ cầu trục tiết diện đặc, nhịp L1 = 9,0m (bằng bước khung B), có sơ đồ đơn giản. Dầm dùng cho 2 cầu trục chế độ làm việc trung bình, sức nâng 30/5 Tấn. Nhịp của cầu trục Lk = 22,5m. Vật liệu thép CCT34, cường độ tính toán f = 2100 daN/cm2; độ võng giới hạn /L = 1/500. Đường hàn liên kết cánh và bụng dầm đỡ cầu trục dùng hàn tự động. Các đường hàn còn lại dùng hàn thủ công; que hàn N42.
Bài giải:
- Xác định Tải trọng và Nội lực
Áp lực tính toán lớn nhất của một bánh xe cầu trục:
Lực hãm ngang tính toán
* Xác định nội lực
Mômen uốn lớn nhất trong dầm dưới lực P* (Hình 3.1).
Mômen uốn do tải trọng tiêu chuẩn gây ra là:
Mômen uốn do lực hãm ngang gây ra là:
Hình 3.1. Sơ đồ dùng cho tính toán dầm cầu trục
- Sơ đồ tải trọng cầu trục;
- Đặt tải cầu trục để xác định Mmax;
- Đặt tải cầu trục để xác định Vmax;
d) Đường ảnh hưởng xác định mômen uốn ngang trong thanh biên.
Lực cắt lớn nhất ở gần gối tựa như trong Hình 3.1c.
2. Chọn và kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện bền
Xác định chiều cao tối thiểu của dầm, công thức:
Sơ bộ chọn chiều cao dầm h = 100cm, hw = 96cm.
Chiều cao bản bụng:
Theo điều kiện chịu cắt:
Chọn tw = 1cm.
Chiều cao kinh tế của dầm:
Chọn h = 100cm.
Chọn cánh trên:
Chọn cánh dưới: 290 x 16mm ()
Bản dụng: 968 x 10mm (Aw = 96,8 cm2). Tiết diện như Hình 3.2
Kiểm tra tiết diện vừa chọn:
Độ võng tương đối của dầm:
Ứng suất pháp ở cánh trên do tải trọng thẳng đứng gây ra là:
Ứng suất pháp ở cánh dưới do tải đứng gây ra:
Hình 3.2. Tiết diện dầm cầu trục
Ứng suất tiếp lớn nhất (ở gối tựa dầm):
Kiểm tra điều kiện bền của thớ trên bụng dầm dưới tác dụng của áp lực cục bộ của bánh xe cầu trục:
Để chịu lực hãm ngang, cần đặt dầm hãm.
* Dầm hãm
Chọn dầm hãm bằng thép bản, có tiết diện 520 x 6mm và thanh biên chữ U số hiệu U10 (A = 10,9 cm2 ; z0 = 1,4 cm ; Iy = 20,4 cm4) – xem Hình 3.3.
– Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện dầm hãm:
Hình 3.3. Tiết diện tính toán của dầm hãm
- Tiết diện dầm hãm; b) Sơ đồ tải trọng tác dụng lên dầm hãm
Ứng suất pháp:
Ứng suất tiếp:
Kiểm tra:
Kiểm tra bền của cánh ngoài dàn hãm
Mômen uốn trong thanh biên chữ U do tải trọng đứng:
Theo phương ngang, dầm hãm có nhịp 9m.
Ứng suất tại điểm B của thanh biên chữ C (với Wx = 34,8 cm3)
Độ võng tương đối của thanh biên chữ C nhịp 4,5m (Ix = 174cm4) do tải trọng tiêu chuẩn gây ra:
Kiểm tra ổn định cục bộ của bụng dầm cầu trục
Độ mảnh quy ước của bản bụng:
Kích thước sườn cứng ngang theo cấu tạo như sau:
bs > hw /30 + 40 = 968/30 + 40 = 72,3mm; chọn bs = 10cm.
chọn ts = 0,8cm
Chọn khoảng cách sườn a = 150cm (a ≤ 2hw);
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2014\LUAN VAN KY THUAT\LUAN VAN LOP K26 XDDD\NGUYEN QUOC TU
