THUYẾT MINH TÍNH TOÁN KẾT CẤU NHÀ XƯỞNG BẮN HẠT KIM LOẠI VÀ SƠN
TÀI LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN 1. TCVN 2737-95: Tải trọng và tác động. NXB Xây dựng, Hà nội 1996 2. TCVN 5575: 1991 - tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép 3. Gs. Đoàn Định Kiến (chủ biên) - Thiết kế kết cấu thép Nhà công nghiệp. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 1998. 4. Ts. Phạm Văn Hội (chủ biên). Kết cấu thép công trình dân dụng và công nghiệp. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 1998. 5. Ts. Đoàn Định Kiến (chủ biên). Kết cấu thép. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà nội 2003.
1
I - VẬT LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG Ứng suất phá huỷ của vật liệu: R = 2100 (Kg/cm2) II - XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN MÁI 1. Hoạt tải (HT): Lấy tiêu chuẩn W0 =30 Kg/m2 MB mái theo bảng 3 (tr13, [1]), hệ số an toàn tải trọng n = 1,3
Tải trọng tác động trên 1m chiều dài vì kèo:
W0*n*6 = 30*1.3*6 = 234 Kg/1m 2. Tĩnh tải (TT) Tĩnh tải do tải trọng của Xà gồ và mái lợp: 25 Kg/m2 => Tải trọng tác động trên 1m chiều dài vì kèo: 25 * 6 = 125 Kg/ 1m 3. Tải trọng do cầu trục gây nên (CT) Khối lượng của hệ thống đường ray : 5344 + 2120 = 7464 (Kg). Khối lượng do đường ray đặt vào vai đỡ là: 7464*6/(42*2) = 533 (Kg) Tải trọng nâng của cầu trục: Q = 5000 (Kg), hệ số tin cậy, n = 1,1 Khối lượng bản thân của dầm Cầu trục: P = 2000 (Kg). Tuỳ vào vị trí của Cầu trục mà có các tổ hợp lực khác nhau tác dụng lên vai cột - Xe con ở vị trí giữa dầm cầu trục và cầu trục ở chế độ có tải: CT1 = 1,1*tải trọng đường ray + 1,1*P/2 +1,1*Q/2= 1,1*533+1,1*1000 + 1,1*2500 = 4436.3 (Kg) Trong trường hợp này lực đặt tại mỗi vai cột là 4436.3 (Kg) -
Xe con ở vị trí đầu vai cột
CT2 = 1,1*tải trọng đường ray + 1,1*P/2 +1,1*Q = 1,1*533+1,1*1000 + 1,1*5000= 7186.3 (Kg) Đối với đầu vai còn lại: 1,1*533+1,1*1000 = 1686 (Kg) 4. Tải trọng gió 2
Công trình được xây dựng trên địa bàn Hà nội, thuộc khu vực IIB. Áp lực gió tiêu chuẩn: W0 = 95 Kg/m2 Hệ số vượt tải: n = 1,2 Cốt cao nhất của mái là 10m = > theo bảng 8(tr22, [1]) ta tra được hệ số ảnh hưởng bởi độ cao k = 1 Xác định hệ số khí động của mái theo sơ đồ 8(tr27,[1]) => Theo công thức tính áp lực do tác động lên mái: W = k*n* W0*c Ta có giá trị áp lực gió lên các vùng khác nhau của mái: W1 = k*n* W0*c1 = 1*1.2*95*0.8 = 91.2 (Kg/m2) W2 = k*n* W0*c2 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m2) W3 = k*n* W0*c3 = 1*1.2*95*0.7 = 79.8 (Kg/m2) W4 = k*n* W0*c4 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m2) W5 = k*n* W0*c5 = 1*1.2*95*(-0.8) = -91.2 (Kg/m2) W6 = k*n* W0*c5 = 1*1.2*95*(-0.6) = -68.4 (Kg/m2) W7 = k*n* W0*c7 = 1*1.2*95*(-0.5) = 57 (Kg/m2) W8 = k*n* W0*c8 = 1*1.2*95*(-0.6) = 68 (Kg/m2)
3
Sơ đồ 1: Áp lực gió tác động lên mái
III - TỔ HỢP TẢI TRỌNG TH1 = HT + TT + CT1 TH2 = HT + TT + CT2 TH3= TT + GIO IV - KẾT QUẢ 1. Tiêu chuẩn kiểm tra -
Ứng suất trong các phần tử vì kèo nhỏ hơn ứng suất cho phép.
-
Ứng suất trong các phần tử cột thoả mãn điều kiện bền và điều kiện
ổn định cho phép. -
Bu lông móng đủ khả năng chịu lực
-
Ứng suất trong đường ray của dầm Cầu trục nhỏ hơn ứng suất cho
phép. 4
2. Kiểm tra điều kiện bền của Vì kèo
Từ các tổ hợp lực ta xác định được từng thành phần lực lớn nhất của phần từ. Sau đó từ các thành phần lực max này ta tiến hành kiểm tra độ bền Vì kèo.
Sơ đồ 2: Các phần tử Vì kèo Momen uốn và lực cắt lớn nhất tác dụng lên từng phần tử Vì kèo: Tên phần tử
M (Kgm)
Q (Kg)
25 26 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
8710 8213 4242.2 5697.9 7612.3 5454.7 3493.7 1729.3 972.52 1728.2 2384.9 3363.3
4137.20 3855.70 2524.90 2728.40 3574.20 3262.80 2951.40 2640.00 2328.60 2017.20 1705.80 1394.40 5
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56
4145.1 4730.3 5068.8 4824.6 4438.4 3910.1 3239.8 2427.4 1473 376.58 1490.3 2783.9 4984.7 4920.8 4797.3 4975
1083.00 771.62 274.38 499.43 724.49 949.54 1174.60 1399.60 1624.70 1849.80 2074.80 2299.90 227.43 367.51 578.27 455.65
Bảng tính ứng suất trong các phần tử Vì kèo: Tên phần tử
M (Kgm)
Q (Kg)
25 26 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
8710 8213 4242.2 5697.9 7612.3 5454.7 3493.7 1729.3 972.52 1728.2 2384.9 3363.3 4145.1 4730.3 5068.8 4824.6 4438.4 3910.1 3239.8 2427.4 1473
4137.2 3855.7 2524.9 2728.4 3574.2 3262.8 2951.4 2640 2328.6 2017.2 1705.8 1394.4 1083 771.62 274.38 499.43 724.49 949.54 1174.6 1399.6 1624.7
B cm 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
Hb cm 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2
δc cm
δb cm
1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
6
A cm2 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76
δx Kg/cm2 1623.279 1317.971 580.457 774.444 1034.152 746.504 487.087 260.291 166.831 248.818 329.042 455.716 558.483 635.872 680.486 647.980 596.635 526.552 438.018 331.754 210.585
1.15R 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415
KL TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM TM
50 51 52 53 54 55 56
376.58 1490.3 2783.9 4984.7 4920.8 4797.3 4975
1849.8 2074.8 2299.9 227.43 367.51 578.27 455.65
20 20 20 20 20 20 20
27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2 27.2
1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76 69.76
96.775 220.418 387.509 669.164 660.714 644.449 668.095
TM TM TM TM TM TM TM
2415 2415 2415 2415 2415 2415 2415
Tất cả các phần tử đều thoả mãn δx < 1.15*R = 2415 => thoả mãn điều kiện bền. 3. Kiểm tra điều kiện bền và ổn định của cột Chiều cao cột 7500mm Mômen và lực nén lớn nhất tác dụng lên cột: M (Kgm) 15800
N (Kg) 11199
Đặc trưng tiết diện cột: B H cm cm
H δc δb A b cm cm cm2 cm
20
41
45
2
1
121
Ix cm4 42750,08
Iy cm4
Rx cm
Ry cm
Wx cm3
Wy cm3
2670,1
18,8
4,7
1900
118,7
Các hệ số trung gian: N (kg) 11199
M (kgm)
H cột
m
19944
7,5
1,965
λ
λtb
58,51
Ac/Ab
1,8503
0,98
η
m1
1,50
4,607
Bảng xác định điều kiện bền và ổn định của cột: N (kg) 11200
M (kgm) 15800
A (cm2 ) 121
Ix (cm4)
Iy (cm4)
42750
2670,0 8
Wx
φlt
δ bền
δ ôđ
0.95* R
1900 0,148 1193,66 625,363 1995
δbền = 1337,3< 0.95*R = 0.95*2100 = 1995 7
KL TM
δôđ = 229,65 < < 0.95*R = 0.95*2100 = 1995 => Cột được thiết kế thoả mãn điều kiện bền và ổn định 4. Kiểm tra khả năng chịu lực của bulông móng Momen và lực cắt lớn nhất tác dụng vào chân cột: M (Kgm) 15800
N (Kg) 11199
Lập phương trình cân bằng momen so với trọng tâm theo ct 4.78 (tr151,[5])
∑ N bl=( M−Na)/ y Nbl: Lực kéo bu lông M: Momen uốn y: Chiều dài cánh tay đòn =>
∑ N bl
= (1580000-11199*21.5)/32,7 = 40954 (Kg)
8
Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])
∑ A bl=N bl /R mk, bl Trong đó Rbk,bl = 2100 Kg/cm2 - Cường độ chịu kéo của bulông móng 5.6.
∑ A bl=
40954/2100 = 19.5 cm2
Số lượng bulông có đường kính d = 36 cần cho liên kết móng là
19.5/10,1736 = 1,91 Số lượng bu lông cho một phía là 2 chiếc => Tổng số bulông cho liên kết móng là 4 chiếc. Vậy với 4 bulông liên kết cường độ 5.6 có d = 36 mm thoả mãn độ bền liên kết giữa cột và móng. 5. Kiểm tra liên kết giữa cột và vì kèo Momen lớn nhất tác dụng tại vị trí liên kết: 1010200(Kgcm) Bulông liên kết M20 có F = 3,14 cm2 Lực kéo max ở bulông ngoài cùng do momen gây ra: Nmax = Mmax*lmax/(m*
∑
2 li
) = 871000*43/(2*(17*17+30*30+43*43))
= 6529 (Kg) Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])
∑ A bl=N bl /R mk, bl Trong đó Rbk,bl = 2100 Kg/cm2 - Cường độ chịu kéo của bulông 5.6. => Abl= 6529/2100 = 3,1 (cm2)< 3,14cm2. Liên kết bulông tại vị trí nối cột và vì kèo thoả mãn điều kiện bền. 6. Kiểm tra liên kết đỉnh kèo Momen lớn nhất tác dụng tại vị trí liên kết: 492000(Kgcm) Bulông liên kết M22 có F = 3,8 cm2 Lực kéo max ở bulông ngoài cùng do momen gây ra:
9
Nmax = Mmax*lmax/(m*
2
∑ li
) = 492000*36/(2*(24*24+36*36))
= 6362 (Kg) Tổng diện tích yêu cầu của bulông chịu kéo xác định theo ct 4.79 (tr151,[5])
∑ A bl=N bl /R mk, bl Trong đó Rbk,bl = 2100 Kg/cm2 - Cường độ chịu kéo của bulông 5.6. => Abl= 6362/2100 = 3,029 (cm2)< 3,8cm2. Liên kết bulông ở đỉnh vì kèo thoả mãn điều kiện bền. 7. Kiểm tra độ bền của ray dầm cầu trục Tải trọng tác dụng lên dầm gồm: -
Khối lượng bản thân của cầu trục: 3000 (Kg)/2 = 1500 (Kg)
-
Khối lượng nâng của cầu trục: Q = 5000 (Kg), hệ số tin cậy n =1.
Khối lượng cầu trục tác dụng lên ray = 1500 + 5000 = 8000 (Kg)
Trường hợp cầu trục ở gần vị trí gối đỡ sẽ gây lực cắt lớn nhất cho ray, khi đó lực cắt Q = 8000 (Kg) Trường hợp cầu trục ở vị trí giữa dầm sẽ gây Momen uốn và chuyển vị lớn nhất cho ray.
Sơ đồ 4:Sơ đồ tính toán khi cầu trục ở giữa dầm
10
7.1. Kiểm tra độ võng của dầm Chuyển vị lớn nhất của dầm: 6,3 mm f/l = 6,3/6000 = 0,42/400< [f/l] = 1/400 => Độ võng của dần nằm trong điều kiện cho phép
Sơ đồ 5: Chuyển vị của dầm 7.2. Kiểm tra độ bền của dầm
11
Sơ đồ 5: Biểu đồ Momen của dầm
Giá trị Momen lớn nhất trong dầm: 0,123E+08Kgmm = 1230000 (Kgcm) Xác định σu suất uốn theo công thức: σu= Mx/Wx: Wx= yo/ Jxo Trong đó Mx là Momen uốn theo trục quán tính x-x của dầm. yo: Là chiều cao lớn nhất tính từ trục quán tính x-x Jxo: Momen quán tính đối với trục chính Bảng các thông số đặc trưng của thép tiết diện dầm: B cm 16
H cm 45
Hb cm 41,8
δc cm 1,6
δb cm 1
A cm2 93
Ix Iy cm4 cm4 30206,71 1095,75
Sxc cm3 347,2
Với các thông số của dầm đã cho ta tra được: Wx = 1342,52 cm3. σu= Mx/Wx = 1230000/1342,52 = 916,18 (Kg/cm2)
Xác định ứng suất tiếp txy theo công thức 3.42 (tr90, [13]) txy= Q*Sc/(Ix*δb) = 8000*347,2/(30206,71*1) = 91 (Kg/cm2) Xác định ứng suất tương đương σtđ theo công thức 3.42 (tr90, [13]) σtđ = =
√ σ 2u+3∗τ 2xy
√ 916,18 +3∗91 2
2
= 931,6 (Kg/cm2)
σtđ < [σ] = 2100 (Kg/cm2) Vậy dầm cầu trục thoả mãn điều kiện bền. 8. Kiểm tra độ bền của vai cột 12
Wx cm3 1342,52
Lực cắt tác dụng lên vai cột: 8000 (Kg) Diện tích liên kết giữa vai cột và cột: 85 cm2 Ứng suất cắt tại vai cột: 8000/85 = 95 Kg/cm2 < 2100 Kg/cm2.
PHỤ LỤC Biểu đồ chuyển vị của TH1
Giá trị chuyển vị lớn nhất: -26mm Biểu của tổ
đồ momen hợp TH1
13
Giá trị Momen uốn lớn nhất: 0.618E7(Kgmm) Giá trị Momen uốn nhỏ nhất: -0.696E7(Kgmm) Biểu đồ lực cắt với tổ hợp tải trọng TH1
Lực cắt lớn nhất: 2859 (Kg) Lực cắt nhỏ nhất: -2627 (Kg) Biểu đồ lực nén với tổ hợp tải trọng TH1
14
Giá nhất:
trị lực nén lớn -8490 (Kg)
Biểu đồ chuyển vị của TH2:
Giá trị chuyển vị lớn nhất: 26,415 mm Biểu đồ momen với tổ hợp tải trọng TH2
15
Giá trị lớn
Momen uốn nhất:
0.774E7(Kgmm) Giá trị Momen uốn nhỏ nhất: -0.676E7(Kgmm) Biểu đồ lực cắt với tổ hợp tải trọng TH2
Lực cắt lớn nhất: 2819 (Kg) Lực cắt nhỏ nhất: -2668 (Kg) Biểu đồ lực dọc trục với tổ hợp tải trọng TH2
16
Lực nén lớn nhất -11199 (Kg) Biểu đồ chuyển vị của TH3
Chuyển 38mm Biểu đồ trong
vị lớn nhất Momen TH3
17
Giá trị lớn nhất: 0.112E8 Giá trị nhỏ nhất: -0.158E8 Biểu đồ lực cắt trong TH3
Lực cắt lớn nhất: 6445 (Kg) Biểu đồ lực dọc trục:
18
Lực lớn nhất: 4592 (Kg)
19