Đồ án môn học kết cấu thép 2

h ệ giằng cánh trên được th ể hiện như hình: Đố ới v i các thanh trong h giệ ằng cánh trên ta xác định tiết di n dệ ựa vào độ mảnh giới hạn của các thanh chịu kéo [λ] = 400.. Ở đây để th

1 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph Hố ồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠ I H C QUỐC GIA THÀNH PH H CHÍ MINH Ọ Ố Ồ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

3 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph Hố ồ Chí Minh

MỤC L C Ụ CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG VÀ CÁC THÀNH

PHẦN NỘI LỰC

I CHỌN C U TR Ầ Ụ 6 C

II KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG 6

2.1 Chiều cao cột trên 6

2.2 Chiều cao cột dưới 7

2.3 Kích thước dàn mái và c a mái.ử 7

III KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG. 8

3.1 Chiều cao tiết diện c t trênộ 8

3.2 Khoảng cách t ừ trục ray đến trụ c đ ịnh vị 8

3.3 Chiều cao tiết diện cột dưới 8

IV H Ệ GIẰNG 9

4.1 Hệ gi ng cánh trên.ằ 9

4.2 Hệ giằng cánh dưới 10

4.3 Hệ gi ng c a mái.ằ ử 11

4.4 Hệ giằng đứng 12

4.5 Hệ gi ng cằ ột 13

V TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN KHUNG NGANG 14

5.1 Tải trọng tác d ng lên dàn.ụ 14

5.1.1 Trọng lượng mái 14

5.1.2 Trọng lượng b n thân dàn và h ả ệ giằng 14

5.1.3 Trọng lược kết c u c a trấ ử ời 15

5.1.4 Trọng lượng cánh c a trử ời và bậu c a trử ời 15

5.1.5 Hoạt tải sửa ch a mái.ữ 16

5.1.6 Quy về ả t i phân bố đều trên dàn 16

5.2 Tải trọng tác dụng lên cột 16

5.2.1 Do phản lực của dàn 16

5.2.2 Do trọng lượng d m c u trầ ầ ục 17

5.2.3 Do áp lự c đ ứng c a bánh xe lên c u trủ ầ ục 17

5.2.4 Do lực hãm c a xe conủ 20

5.2.5 Tải trọng gió tác d ng lên khung ngang.ụ 21

VI N ỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG 23

6.1 Nội lực do tĩnh tải 24

6.2 Nội lực do hoạt tải 30

6.3 Nội lực do áp lực đứng c a c u trủ ầ ục lên vai cột 31

6.4 Nội lực do l c hãm ngang c a c u trự ủ ầ ục 35

6.5 Nội lực do tải trọng gió 38 VII.TỔ Ợ H P N P LỘ Ự 41 C

Dàn vì kèo có chiều cao đầu dàn H = 2200 (mm) o

Chiều sâu chôn chột bên dưới cốt nền H -600 (mm) 3=

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG VÀ

s c c u c u tr c Q = 18/5 T, nh p nhà L = 30m, tra catalogue c a c u tr c, ta có s ứ ẩ ầ ụ ị ủ ầ ụ ốliệu sau:

II KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG ĐỨNG

2.1 Chiều cao cột trên

Kích thước H t2 ừ mặt ray đến đáy kế ất c u ch u lị ực (cánh dướ ủi c a dàn) được xác định như sau:

H2 = H + c + f cTrong đó:

• Hclà chiều cao gabarit của cầu trục

• c là khoảng h an toàn giở ữa cầu tr c và vì kèo ụ

• f là độ võng c a kết cấu mái ủ

Chọn c = 580mm; f = 12 mm Ta có:0

H2 2300 + 580 + 120 3000 (mm) = = Chiều cao của xưởng t nừ ền nhà đến đáy vì kèo:

Trọng lượng (T)

15 8 28,5 6500 5000 2300 260 250 KP - 70 22 7 43,5

7 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph Hố ồ Chí Minh

Chiều cao cột trên từ vai đỡ ầ d m c u trầ ục đến đáy vì kèo:

Htr = H + H + H 2 dct rTrong đó:

• H2kích thước từ ặ m t ray đến đáy kết cấu ch u lị ực (cánh dưới của dàn)

• Hdct chiều cao dầm cầu trục

• Hrchiều cao ray và đệm chọn theo catalogue thép ray

Chọn H = 660mm; H = 140mm (ray KP dct r – 70) Ta có chiều cao cột trên như sau:

Htr 3000 + 660 + 140 = 3800 (mm) =

2.2 Chiều cao c t ộ dưới

Chiều cao ph n cầ ột dưới tính t bừ ản đế chân c t (t mộ ừ ặt móng) đến chỗ đổ ết i ti

di n ệ

Hd = H H– tr + H = 12600 3800 + 600 = 9400 (mm) 3 –

2.3 Kích thước dàn mái và c a mái ử

Chiều cao đầu dàn cửa trời lấy theo chiều cao đầu dàn H = 2200mm 0

Chiều dài c a mử ái thường l y t ấ ừ 1/3 đến 1/2 chi u dài nh p ề ị

III KÍCH THƯỚC THEO PHƯƠNG NGANG

3.1 Chiều cao ti ết ệdi n c t trên ộ

• B ph1 ần đầu của cầu trục bên ngoài ray, l y theo catalogue c u trấ ầ ục

3.3 Chiều cao ti ết diện cột dưới

Chiều cao tiết diện cột dưới:

h ệ giằng cánh trên được th ể hiện như hình:

Đố ới v i các thanh trong h giệ ằng cánh trên ta xác định tiết di n dệ ựa vào độ mảnh

giới hạn của các thanh chịu kéo [λ] = 400

Ở đây để thiên về an toàn ta sẽ chọn thanh có độ dài lớn nhất để xác định tiết

4.2 Hệ gi ằng cánh dưới.

Hệ giằng cánh dưới được đặ ạt t i các v trí có gi ng cánh trênị ằ , nghĩa là ở hai đầu

khối nhiệt độ và kho ng giở ả ữa Hệ ằng cánh dưới cùng với hệ ằ gi gi ng cánh trên

t o nên các kh i c ng không gian b t bi n hình H giạ ố ứ ấ ế ệ ằng cánh dướ ại đầi t u hồi nhà dùng làm g i t a cho c t h i, ch u t i tr ng gió thố ự ộ ồ ị ả ọ ổi lên tường h i nên còn ồ

g i là dàn gió M t b ng b trí h giọ ặ ằ ố ệ ằng cánh dưới được bố trí như hình vẽ:

Đối v i các thanh trong h giớ ệ ằng cánh dưới ta xác định ti t di n dế ệ ựa vào độ mảnh

giới hạn của các thanh chịu kéo [λ] = 400

Ở đây ta có 2 chiều dài thanh giằng, để thiên về an toàn ta sẽ chọn thanh có độdài dài hơn để xác định tiết diện

Chiều dài tính toán c a thanh gi ng theo hai phủ ằ ương

11 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

4.3 Hệ gi ng c a mái ằ ử

Đố ới v i các thanh trong hệ giằng cửa mái ta xác định tiết diện dựa vào độ mảnh

giới hạn của các thanh chịu kéo [λ] = 400

Chiều dài tính toán c a thanh giủ ằng theo hai phương

4.4 Hệ gi ằng đứng

Hệ giằng đứng đặt trong m t phặ ẳng thanh đứng, có tác d ng cùng v i các gi ng ụ ớ ằ

n m t o nên kh i c ng b t bi n hình; gi v trí và cằ ạ ố ứ ấ ế ữ ị ố định cho dàn vì kèo khi

d ng lự ắp Thườ g đượn c b trí tố ại các thanh đứng đầu dàn, thanh đứng gi a dàn ữ(hoặc dưới chân cửa trời) cách nhau 12 – 15m theo phương ngang nhà Theo phương d c nhà, chúng được đặt tại nh ng gian có giọ ữ ằng cánh trên và cánh dưới Kết cấu ch u lị ực c a trử ời cũng có hệ giằng cánh trên và h giệ ằng đứng

Đố ới v i các thanh trong h giệ ằng đứng ta xác định ti t di n dế ệ ựa vào độ mảnh giới

13 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

4.5 Hệ gi ng c t ằ ộ

Hệ gi ng cằ ở ột đảm b o s b t bi n hình hả ự ấ ế ọc và độ ứ c ng c a toàn nhà theo ủphương dọc, chịu các tải trọng tác dụng dọc nhà và đảm bảo ổn định của cột Tấm cứng g m có hai cồ ột, d m cầ ầu trục, các thanh ngang và các thanh chéo ch ữthập Giằng c t trên t m t d m c u trộ ừ ặ ầ ầ ục đến mặt dưới dàn vì kèo, lớp dướ ừi t bên dưới d m c u trầ ầ ục cho đến chân c t H gi nộ ệ ằ g được b ố trí ở hai đầu và ở giữa

khối nhiệt độ

Đố ới v i hệ giằng cột: các thanh chữ thập giằng c t trên và cộ ột dưới ta sẽ quan

ni m ch làm vi c ch u kéo nên s ệ ỉ ệ ị ẽ tính toán theo độ m nh gi i h n c a thanh chả ớ ạ ủ ịu kéo [λ] = 400; còn đối với các thanh đầu dàn được chia nh ra ta s ỏ ẽ thực hi n tính ệtoán theo độ mảnh gi i hớ ạn c a thanh ch u nén ủ ị [λ] = 200

Ta sử dụng mái pane BTCT có độ ố d c mái i = 1/10 Nên tan = 1/10

Ta th c hiự ện quy đổi ra t i phân bả ố trên m t b ng b ng cách chia tặ ằ ằ ải trọng cho giá tr ị cos = 0,995

gm = 0,995 3,81 = 3,83 (kN/m2)

5.1.2 Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng

Theo công thức kinh nghiệm ta có:

gdtc = 1,2 × αd × L Trong đó:

• L là nhịp dàn

• d là h s ệ ố trọng lượng bản thân dàn; l y bấ ằng 0,6 đến 0,9 đối v i dàn nhớ ịp

t ừ 24m đến 36m

• 1,2 là h s k n trệ ố ể đế ọng lượng các thanh gi ng ằ

15 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

Với nh p dàn L = 30m ta chị ọn d 0,75= Như vậy ta có k t qu ế ả trọng lượng bản thân dàn và hệ gi ng: ằ

gtcd = 1,2 × 0,7 5 × 30 = 27 daN/m2 = 0,27 kN/m2 Trọng lượng bản thân dàn và hệ giằng tính toán:

5.1.4 Trọng lượng cánh cửa trời và bậu cửa trời

Các t i tr ng này t p trung chân c a tr i phân bả ọ ậ ở ử ờ ố đều d c theo chi u dài cọ ề ủa

mặt bằng nhà, quy đổi thành t i phân b u trên mả ố đề ặt bằng nhà

Trọng lượng của bậu cửa: gcbc = 1,5 × 6/30 0.6 kN= /m

Trọng lượng cánh cửa kính cao 1,2m: gc = 0,4 × 1,2 × 6ck /30 = 0,192 kN/m Tổng trọng lượng b u và cậ ửa kính:

gcck + gbcc = 0,6 0,192 0,792 kN/m + =Trọng lượng tính toán của bậu và c a kính: ử

gck,btt = 1,1 × 0,792 = 0,8712 kN /m

5.1.5 Hoạt t i s ả ửa ch a mái ữ

Theo TCVN 2337:1995 đối ớv i mái bằng không s d ng, ch ử ụ ỉ có người đi l i ạ

sửa ch a thì pữ c = 0,75 kN/m 2

Giá trị ho t t i tính toán: ạ ả

p tt=  × p = 1,3 × 0,75 = 0,975 kN/m c 2

5.1.6 Quy về t i phân b ả ố đều trên dàn

Tải trọng thường xuyên tác dụng phân bố đều trên dàn được tính như sau:

2 87,75 kN.=

Áp l c bánh xe truy n qua d m c u tr c thành l c t p trung vào vai c t T i tr ng ự ề ầ ầ ụ ự ậ ộ ả ọ

đứng c a cầu tr c lên củ ụ ột được xác định do tác dụng của ch hai cầu tr c hoạt ỉ ụ

động trong m t nh p, bấộ ị t k s cầu tr c thực tế ể ố ụ trong nhịp đó

Áp l c l n nh t c a m t bánh xe c u tr c lên ray x y ra khi xe con mang v t n ng ự ớ ấ ủ ộ ầ ụ ả ậ ặ

ở vào v trí sát nh t v i cị ấ ớ ột phía đó Khi đó, phía ra bên kia sẽ có áp l c nh nh ự ỏ ất.Dựa theo catalogue cầu trục ta đã xác định được trị s tiêu chuố ẩn:

• Q là trọng lượng vật cẩu n ng nh t (sặ ấ ức trục của cầu trục)

• G là trọng ượng toàn bộ cầu trục

• n olà số bánh xe m t bở ộ ên ray

Ta có:

Pminc = 150 + 435

2 − 220 = 72,5 kN

Áp l c l n nh t Dự ớ ấ max c a c u tr c lên c t dlo các l c Pủ ầ ụ ộ ự c nh theo

max được xác địđường ảnh hưởng c a phản lựủ a t a c a hai dầm cầu tr c ở hai bên cột ự ủ ụ

Dmax = × × n nc ∑ Pmaxc × yi

Dmin = × × n nc ∑ Pminc × yiTrong đó:

• n là h s ệ ố vượt tải n = 1,2

• n clà hệ ổ ổ ợ s t h p

• Pmaxc , Pminc lần lượt là áp l c tiêu chu n l n nh t, nh ự ẩ ớ ấ ỏ nhất của bánh xe

• y ilà tung độ ủ c a đường ảnh hưởng

Từ các kích thước tra theo catalogue c u ầ trục B = 6500mm; K = 5000 mm ta có c

sơ đồ sau đây:

Từ sơ đồ tung độ đường ảnh hưởng ta có:

19 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

Tổng tung độ đường ảnh hưởng:

∑ yi= y1+ y2+ y3= 1 + 0,75 + 0,167 = 1,917 Xét tải trọng do hai c u trầ ục chế độ làm việc trung bình ta có n = 0,85 cNhư vậy, áp lực của cầu trục lên cột do các lực Pc , Pmaxcmincó giá trị như sau:

Dmax = 1,1 × 0,85 × 220 × 1,917 394,2583 kN =

Dmin = 1,1 × 0,85 × 72,5 × 1,917 = 129,926 kN

5.2.4 Do lực hãm c a xe con ủ

Khi xe con hãm phát sinh l c quán tính tác d ng ự ụ ngang nhà theo phương chuyển

động Lực hãm c a xe con, qua các bánh xe c u tr c, truy n lên d m hãm và vào ủ ầ ụ ề ầcột

21 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

5.2.5 Tải trọng gió tác d ng lên khung ngang ụ

Tải trọng gió tác d ng lên khung bao gụ ồm:

• Gió thổi lên m t bặ ằng tường dọc được chuy n thành l c phân bể ự ố đều trên cột khung

• Gió trong ph m vi mái, t ạ ừ cánh dưới dàn vì kèo tr ở lên, được chuy n thành ể

lực tậ trung nằm ngang đặt ở cao trình cánh dưới vì kèo.p

Công trình đặt tại địa điểm huyện Côn Đảo, vùng áp lực gió IIIA, địa hình A, dựa vào b ng 4 ả – Giá trị áp l c gió theo bự ản đồ phân vùng áp l c gió trên lãnh th ự ổViệt Nam – TCVN 2737:1995 ta xác định được áp l c gió tiêu chu n W = 125 ự ẩ o(daN/m ).2

Đối v i vùng ớ ảnh hưởng của bão được đáng giá là yếu (phụ ụ l c D TCVN –2737:1995), giá tr c a áp l c gió W ị ủ ự ođược giảm đi 15 daN/m 2đối v i vùng IIIA ớ

Áp lực gió tiêu chuẩn sau khi giảm còn Wo = 110 daN/m = 1,1 kN/m 2 2

Dựa vào b ng 6 B ng ch dả – ả ỉ ẫn xác định h sệ ố khí động TCVN 2737:1995 ta –xác định được hệ số khí động ứng với công trình như trong sơ đồ sau:

Chiều cao H nh1 ằm xác định h sệ ố khí động tính t cao trình n n hoàn thi n ừ ề ệNhưng ở đây ta thực hiện tính luôn cho cả đoạn H3bên dưới, điều này làm cho cột cao hơn, nội lực lớn hơn và có thiên hướng an toàn vì đoạn H trong quá trình 3làm việc không có gió

Tải trọng gió phân b u lên cố đề ột được tính bằng công thức:

• c, c’ lần lượt là h s ệ ố khí động phía đón gió và trái gió

• k h s kệ ố ể đến s ự thay đổi áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình Ứng với cao trình đáy vì kèo 12,6m Ta có k = 1,21 1

Ứng với cao trình đỉnh mái 19,91m Ta có k2 = 1,282

Trong ph m vi mái, h s k có th lạ ệ ố ể ấy không đổi là trung bình c ng c a giá tr ộ ủ ị

ứng với cao độ đ áy vì kèo và giá tr nh mái L c tập trung nằm ngang của W ị ở đỉ ựcủa gió mái tính bằng công thức:

W = n × Wo× ktb × B∑cihi

Trong đó:

• h ilà chiều cao từng đoạn có các h s ệ ố khí động c i

Ta có lực tập trung W ở cánh dưới vì kèo:

W = 1,2 × 1,1 × 1,21 + 1,28

2 × 6 × (0,8 × 2,2 - 0,584 × 0,9 + 0,7 × 2,2 - 0,584 × 0,6)

→ W = 23,92 kN

Dấu (-) mang ý nghĩa là gió đi ra.

VI NỘI LỰC TRONG KHUNG NGANG

Ta tính toán n i lộ ực khung theo phương pháp chuyển v Gi s ị ả ử độ c ng c a cứ ủ ột dưới, cột trên và dàn th a t l ỏ ỷ ệ như sau:

6

1 + 1,1 × √η =

6

1 + 1,1 × √7 = 1,53 < ν = 1,76 Như vậy, ta có thể xem dàn có độ cứng bằng vô cùng khi tải trọng tác dụng không trực tiếp lên dàn

 = 6 × B × E × Jcd

K × H2 = 6 × 1,580 × E × Jcd

6,584 × 13,22 = 0,0 83 EJ0 cd

• Moment tại đầu cột:

• Moment ở chân cột:

MABT1 = MBcột + RBBT1 × H = −337,454 + 51,92 × 13,2 = 347,913 kNm.(do tại đầu cột, trị ố phả ực s n l MBT1Bcó giá trị bằng tr s nị ố ội lự Mc BT1B

13,2 = − 11,395 kN

Nội lực trong cột do moment l ch tâm M gây ra: ệ e

29 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

Ta có được biểu đồ nội lực do tĩnh tải gây ra bằng cách cộng hai biểu đồ của hai bài toán

Ta có được biểu đồ moment do hoạt tải gây ra như sau:

31 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

6.3 Nội lực do áp lực đứng c a c u trủ ầ ục lên vai cột.

Dmax, Dminđặt t i nhánh trong cạ ủa cột dư i (tức nhánh cầớ u trục), khi đưa về trục

cột dư i sẽ xuất hiện M lệch tâm đặt tại vai cột ớ

Ta tách thành hai bài toán như sau:

BT1

Dmax+Gdct Dmin+Gdct Dmax+Gdct Dmin+Gdct

Áp lực đ ng cứ ủa cầu trục lên vai cột: Dmax 394,2583 kN; D= min 129,926 kN = Moment lệch tâm do c u trầ ục:

Ta nhận th y các lấ ực Dmax, Dmin t tđặ ại trục cột chỉ ây ra lự g c d c trong ọ

cột dư i chớ ứ không gây ra moment trong khung (với giả thiết bỏ qua

bi n d ng dế ạ ọc trục của thanh) Vì th ế ta chỉ ầ c n gi i bài toán 2 (BT2) ả

❖ Bài toán 2 (BT2)

Vì tải trọng không đặt trực tiếp lên dàn nên ta s d ng giử ụ ả thiết đơn giản hóa xem như dàn có độ ứ c ng vô vùng vì th n sế ẩ ố theo phương pháp chuyển v là chuyị ển v ngang c a nút trên ị ủ

Xác định biểu đồ moment M do moment lP0 ệch tâm ở vai c t: ộ

Phản lực ở đầ u cột trái do moment l ch tâm gây ra: ệ

RBtr = −6 ×(1 − α) × [B − A × (1 + α)]

H =−6 × (1 − 0,288) × [1,58 − 3,015 (1 0,288 ]× + )

13,2 = 22,929 kNm

MAtr

= MBtr

+ RBtr

× H M– max= –31,476 22,929 × 13,2 202,529 + – 68,668 kNm =

Phản lực ở đầ u cột phải do moment l ch tâm gây ra: ệ

33 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

RBph −= 6 ×(1 − α) × [B − A × (1 + α)]

H =−6 × (1 − 0,288) × [1,58 − 3,015 (1 0,288 ]× + )

13,2 = −7,966 kNm

MAph = – MphB– RBph× H + Mmin= −10,935 + 7,966 × 13,2 70,363 – 23,857 kNm =

MA = MtrA × ∆ + MAtr = − 0,0233EJcd × 3131,500EJ

cd + 68,67 = − 4,21 kNm Biểu đồ moment cuối cùng ở cột phải:

M'B = MBph × ∆ + MBph= − 0,00826EJcd × 3131,5008EJ

cd − 10,935 = − 36,813 kNm

35 – Đạ ọi h c Bách Khoa Thành ph H Chí Minh ố ồ

6.4 Nội lực do l c hãm ngang c a c u trự ủ ầ ục.

Lực xô ngang đặt tại cao trình dầm hãm Ta xét trường h p l c hãm ngang T ợ ựtác dụng lên cộ trái, hướng từ t trái sang phải và b qua lỏ ực dọc phát sinh trong cột do rất nh , vì thỏ ế không có moment l ch tâm tệ ại vai cột

Các ph n l c trong c t do chuy n v ả ự ộ ể ị ngang Δ = 1 gây ra được xác định như khi tính n i lộ ực do áp lực đứng của cầu tr c gây ra ụ Ta có:

Moment tại các tiết di n cệ ột phải:

Xét λ = 0,2379 < α = 0,288 Áp dụng công thức đối với λ < α Ta có phản lực

tạ ầi đ u c t do T gây ra trên cộ ột trái:

MtrB = − {(1− λ)2[(2 + λ) × BK − 2 × C] +μ(α − λ)2[(2α + × λ) B − 2 C×