Đồ án Môn học kết cấu thép thiết kế cửa van phẳng công trình thủy lợi

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 05 ) A. TÀI LIỆU THIẾT KẾ : Bề rộng lỗ cống: Lo= 11.0 m Cột nước thượng lưu: Ho= 5.5 m Cột nước hạ lưu: Hh= 0 Cao trình ngưỡng: = 0 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 Độ võng giới hạn của dầm chính: ; của dầm phụ .(Tra bảng 4-1 trang 61 GT Kết cấu thép -ĐHTL Cường độ tính toán của thép chế tạo van lấy theo the thép CT3 trang 8 Giáo trình Kết cấu thép: - Ứng suất pháp khi kéo nén dọc trục: Rk,n= 1490 daN/cm2. - Ứng suất pháp khi uốn: Ru= 1565 daN/cm2. - Ứng suất cắt: Rc= 895 daN/cm2. - Ứng suất ép mặt đầu: Remđ=2230daN/cm2. Hệ số điều kiện làm việc: Đối với cửa van chính thuộc nhóm 1-4 m=0.72m B. NỘI DUNG THIẾT KẾ: I. Bố trí tổng thể cửa van: Để bố trí tổng thể cửa van cần sơ bộ xác định vị trí và các kích thước cơ bản của dầm chính Thiết kế sơ bộ dầm chính: Thiết kế cửa van phẳng trên mặt 2 dầm chính. * Xác định nhịp tính toán của cửa van: - Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe: c = 0.25 m. Nhịp tính toán cửa van là: L = Lo+ 2c = 11 + 20.25 = 11.5 m * Chiều cao toàn bộ cửa van: H0 = 5.5 m * Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy van một đoạn: Z = = = 1.83 m * Chọn đoạn công xôn phía trên a1 - Theo yêu cầu thiết kế: a1 0,45 hv = 0.45= 2.475 m, chọn a1= 2.4 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(H0 - a1 - Z) = 2(5.5 – 2.4 – 1.83) = 2.54 m. * Đoạn công xôn phía dưới a2 a2 = H0 – (a1 + a) = 5.5 – (2.4 + 2.54) = 0.56 m. * Khoảng cách từ dầm chính trên, dầm chính dưới đến tâm hợp lực: atr ; ad - Sơ bộ chọn : atr = ad = a/2 = 2.54/2 = 1.27 m Lực tác dụng lên mỗi dầm chính. Tải trọng phân bố đều tiêu chuẩn: qtc = W/2 = H2/4 = 105.52/4 = 75.625 kN/m Tải trọng phân bố đều tính toán: q = n qtc = 1.175.625= 83.188 kN/m. Hình 2. Sơ đồ tính toán dầm chính Xác định nội lực dầm chính: Mômen uốn tính toán lớn nhất: Mmax = - = - = 1372.602 kNm Lực cắt tính toán lớn nhất: Qmax = = = 457.534 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: hkt = Trong đó: k = 1.5; = 140 = = = 8770.62 cm3 → hkt = = 122.58 cm Theo điều kiện độ cứng, chiều cao nhỏ nhất của dầm: Trong đó: no = 600, E = 2.1106 daN/cm2 qtc = 83.188 kN/m, chọn np= nq = 1.1 → = 97.39 cm Do hkt > hmin → Chọn h = hkt = 124 cm → hb=0.95 x 124 = 118.37 cm → Chọn hb = 120 cm (bội số của 50 mm) 2. Bố trí giàn ngang (4) Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách giữa các giàn ngang B không nên lớn hơn 4m. Bố trí dàn ngang tuân theo điều kiện: Bố trí các dàn ngang cách đều nhau. B = 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 3 giàn ngang và 2 trụ biên 3. Bố trí dầm phụ dọc (3) 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 dầy vì áp lực nước tăng.Khoảng cách giữa các dầm phụ 0.7÷0.9 m. Dầm phụ chọn tiết diện chữ C đặt úp để tránh đọng nước. Bố trí các dầm phụ dọc như hình 3 Hình 3 : Bố trí các dầm dọc phụ 4. Trụ biên (6) 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 5. Giàn chịu trọng lượng (5) 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. 6. 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.: 7. Bánh xe bên 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. 8. 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. Tính toán bản mặt: Bản mặt được bố trí thành 4 cột giống nhau nên chỉ cần tính cho một dãy cột. Các ô dầm được tính toán như tấm hình chữ nhật chịu tải trọng phân bố.Có hai trường hợp xảy ra: * Khi ô có cạnh dài > 2 lần cạnh ngắn: Ô được tính như tấm tựa trên 2 cạnh. Trường hợp này chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức: = Trong đó: a: Cạnh ngắn của ô bản mặt (cm) b: Cạnh dài của ô bản mặt (cm) pi : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (daN/cm2) Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (daN/cm2) * Khi ô có cạnh dài < 2 lần cạnh ngắn: Ô được tính như tấm tựa trên 4 cạnh. Trường hợp này chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức: = Trong đó: a: Cạnh ngắn của ô bản mặt (cm) pi : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (daN/cm2) Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (daN/cm2) : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số b/a Để tính toán ta lập bảng tính như sau: Bảng 1 Số hiệu ô bản mặt Pitc(kN/m2) ai(m) bi(m) n=b/a (mm) I 4 0.8 2.875 3.59375 0.0530236 2.58755142 II 12 0.8 2.875 3.59375 0.0918396 4.48177053 III 16 0.8 2.875 3.59375 0.1060472 5.17510285 IV 27.25 0.65 2.875 4.423077 0.1383956 6.75370749 V 33.75 0.65 2.875 4.423077 0.1540196 7.51615768 VI 40.25 0.65 2.875 4.423077 0.1681985 8.20808672 VII 46.45 0.59 2.875 4.872881 0.1806891 8.81762963 VIII 52.2 0.56 2.875 5.133929 0.1915466 9.34747355 Từ bảng kết quả trên và xét đến điều kiện ăn mòn ta chọn chiều dày bản mặt: = 10 mm Hình 4 2. Tính toán dầm phụ dọc 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: qi = pibi = pi 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 = B = 2.875 m → Ta có bảng kết quả tính toán như sau: Dầm phụ pi at ad bi qi (kN/m2) (m) (m) (m) (kN/m) 1 8 0.8 0.8 0.8 6.4 2 16 0.8 0.8 0.8 12.8 3 30.5 0.65 0.65 0.65 19.825 4 37 0.65 0.65 0.65 24.05 5 43.5 0.65 0.59 0.62 26.97 Từ bảng trên, ta thấy dầm số 5 là dầm chịu lực lớn nhất ( 26.97 kN/m ), cách mặt nước 4.35 m. Vậy ta tính toán cho dầm này. * Mô men uốn lớn nhất trong dầm phụ dọc: (daN.cm) * Mô men chống uốn theo yêu cầu của dầm phụ dọc: ( cm3 ) Hình 5 Từ Wyc, tra thép định hình chữ [ (có xét đến bản mặt tham gia chịu lực), ta chọn thép chữ [ số hiệu N022 có các đặc trưng sau: h = 22 cm bc = 82 mm zo = 2.21 cm F = 26.7 cm2 Jx = 2110 cm4 Wx = 192 cm3 Vì dầm phụ hàn vào bản mặt nên phải xét đến bản mặt cùng tham gia chịu lực (hình 6), bề rộng của bản mặt tham gia chịu lực với dầm phụ lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau đây: b≤ bc + 2c = bc + 2×25= 8.2 + 2× 25× 1 = 58.2 cm b≤ 0.5(at + ad) = 0.5(60 +59) = 59.5 cm yc y xo x b bc d bmbmbm h b≤ 0.3B = 0.3× 287.5 = 86.25 cm ( B: nhịp dầm phụ ) → Chọn b = 58 cm * Tính toán đặc trưng hình học của mặt cắt ghép: Hình 6 +/ F = Fc + Fbm = 26.7+ 58 x1= 84.7 cm2 +/ yc = m = 7.87 cm +/ Jx = Jc + Jbm = + + + = 2110 + 26.7× 7.872 + = 4532.809 cm4 +/ Wxn = cm3 *Kiểm tra dầm phụ đã chọn: = 1276.037 daN/cm2 < Ru = 1565 daN/cm2 * Kiểm tra độ võng: KL: Tiết diện dầm phụ [N022 đã chọn ở trên là hợp lý 3. Tính toán dầm chính Trong mục 1 phần I đã chọn chiều cao dầm chính: h = 124 cm * Xác định kích thước bản bụng: - Chiều cao bản bụng: hb = 120 cm - Chiều dày bản bụng: +/ Chọn độ mảnh: = 140 cm +/ Từ điều kiện chịu cắt: cm = 0.64 cm → Chọn = 1 cm = 10 mm * Xác định kích thước bản cánh: - Xác định chiều dầy bản cánh: = 2 cm Chiều dầy bản cánh lấy theo kinh nghiệm: = 2.48 cm → Như vậy chọn cm là hợp lý. (Bội số của 2 mm) → Chiều cao của dầm chính: h = hb + 2= 120 + 2× 2.6 = 125 cm Khoảng cách trung tâm giữa hai bản cánh: hc = hb + = 120 + 2.6 = 124.6 cm - Xác định bề rộng bản cánh: Có: Jc = Wyc - = 9212.1 × - = 431756.25 cm4 → bc = = 21.39 cm Thông thường: bc = (= 25 ÷ 41.6 cm → Chọn bc = 25 cm * Đặc trưng hình học của dầm chính: F1 =+ 2= 120 × 1 + 2× 25× 2.6 = 250 cm2 = = 613010.42 cm4 yc y xo x b bc hb dc d h Vì dầm chính hàn vào bản mặt nên phải xét tới bản mặt cùng tham gia chịu uốn với dầm chính. Bề rộng b của bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính phải thỏa mãn các điều kiện sau: b≤ 0.5(at + ad) = 0.5× (59 + 56) = 57.5 cm b≤ bc + 50= 25 +50×1 = 75 cm b≤ 0.3L = 0.3×11.5 = 3.45 m = 345 cm Vậy chọn b = 57 cm * Kiểm tra lại tiết diện đã chọn xét đến phần bản mặt cùng tham gia chịu lực với dầm chính : a/ Xác định các đặc trưng hình học của tiết diện ghép Gọi yc là khoảng cách từ trục x (Trục quán tính chính trung tâm của tiết diện tính toán) đến trục x0 (Trục quán tính chính trung tâm của dầm I đối xứng) yc= = cm Jx= + F1× + + = 613010.42 + 250 ×11.702 + = 797244.0 cm4 - Kiểm tra kích thước dầm chính đã chọn theo điều kiện về ứng suất pháp: = 1277.50 daN/cm2 Ta thấy: = 1277.50 daN/cm2 < 0.85Ru = 0.85×1565 = 1330.25 daN/cm2 Vậy tiết diện dầm chính vừa chọn thỏa mãn điều kiện về ứng suất pháp. Trong thiết kế ta để dư ra khoảng 15% ứng suất để xét tới bản cánh của dầm chính còn phải chịu trọng lượng bản thân của cửa van khi nó là thanh cánh trên và cánh dưới của giàn chịu trọng lượng. - Góc thoát nước: = 0.30→ = 16041’ < 300 Vậy bản bụng của dầm chính cần phải khoét lỗ. Diện tích lỗ khoét ≥ 20% diện tích bề mặt bản bụng. 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 8). 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. 124 cm 62 cm Hình 8 Chiều cao tiết diện dầm chính tại gối dầm lấy bằng: ho = 0.6h = 0.5×125 = 62.5 cm (Thường được lấy bằng (0,4 ¸0,5)h, trong đó h là chiều cao dầm chính giữa nhịp). → Chọn h0 = 62 cm. c/ Kiểm tra ứng suất tiếp: Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chính tính như sau: ≤ Rc Trong đó: + : Mô men quán tính của tiết diện đầu dầm + : Mô men tĩnh của tiết diện đầu dầm. Tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện tại gối dầm (hình 9) Hình 9 Ta có: cm Ta có : = 23888.41 cm4 = 35749.8cm4 = 101761.20 cm4 = 38655.40 cm4 < Vậy suy ra : cm4 25× 2.6× (2.5/2 +31 + 8.06) + (31 + 8.06)× 1× (31 + 8.06)× 0.5 = 3383 cm3 → daN/cm2 < Rc = 895 daN/cm2 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 → = < Vậy dầm chính thỏa mãn điều kiện về độ võng. e/ Tính liên kết giữa bản cánh và bản bụng dầm: ≥ Trong đó: += 0.7 đối với hàn tay hoặc nửa tự động nhiều lượt. + : Mô men tĩnh của bản cánh tiết diện gối dầm với trục X + : Mô men quán tính của tiết diện gối đối với trục X + : Cường độ của đường hàn góc (1045 daN/cm2) - Hàn tiên tiến Hình 10 Ta có: = 25× 2.6× 32.25 = 2096.25 cm3 = = 155561.6 cm4 Thay số vào ta được: = = 0.42 cm Vậy ta chọn = 6 mm f/ Kiểm tra ổn định cục bộ của bản bụng dầm: Độ mảnh của bản bụng dầm chính > 100→ bản bụng dầm chính cần được gia cố bằng các sườn chống đứng với khoảng cách a ≤ 2( hình 11) - Vì khoảng cách giữa các dàn ngang là : 287.5 cm > 2= 2× 120 = 240 cm → Phải đặt thêm các sườn đứng vào giữa các dàn ngang. Như vậy khoảng cách giữa các sườn đứng là : 1.4375 m. - Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm tính theo công thức sau: ≤ m = 0.72 Trong đó: +/ : Ứng suất pháp tại mép nén của bản bụng dầm. +/ = 62 cm 1 2 4 3 Hình 11 M: Mô men lấy tại tâm của hình vuông có cạnh là hb lệch về phía mô men lớn. Đối với ô hình thang số 1,2 (Hình 11) ta coi như là hình chữ nhật có chiều cao bằng chiều cao trung bình ở giữa ô. y x d yb(-) yb Xác định các giá trị ứng suất: +/ : Ứng suất pháp trung bình trong bản bụng dầm. = , với Q là lực cắt tại giữa ô kiểm tra +/ : Ứng suất pháp tới hạn. = daN/cm2 Trường hợp tiết diện không đối xứng, lấy bằng 2 lần chiều cao vùng nén +/ : Ứng suất tiếp tới hạn daN/cm2 d: Cạnh ngắn hình chữ nhật : Tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn. Ta cần kiểm tra ổn định cục bộ cho 4 ô dầm 1,2,3,4. Ở đây ô số 1 có mômen nhỏ và thoả mãn điều kiện bền của ứng suất tiếp do đó không cần kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 1. Kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 4. + Tính sth : sth = ko( daN/cm2 Lấy ko = 746; db =1cm hb = 2= sth = 746( daN/cm2 = 7994.38daN/cm2 +Tính tth : m= db=1cm; d = 120 cm; +Tính sb : sb = Trong đó : Jx = 797244.0 cm4 yb(-) = +Tính M: Ta có : Z4M = M4 = = 1357.63 (KN.m) sb = = + Tính tb : tb = + Tính Q: ZQ4 = -= Q4 = tb = = Thay vào công thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được = = 0,11<0,72 Vậy ô số 4 không bị mất ổn định. Kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 3. + Tính sth : sth = ko( daN/cm2 Lấy ko = 746; db =1cm hb = 2= sth = 746( daN/cm2 = 7994.38daN/cm2 + Tính tth: m= db = 1cm; d = 120 cm; + Tính sb; sb = Trong đó : Jx = 797244.0 cm4 yb(-) = + Tính M: Ta có : Z3M = M3 = = 1200 KN.m sb = = + Tính tb : tb = + Tính Q: ZQ3 = --= Q3 = tb = = Thay vào công thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được = = 0.14 < 0,72 Vậy ô số 3 không bị mất ổn định. Kiểm tra ổn định cục bộ cho ô số 2 : Theo talet ta có: → h’ = 62+27.14 = 89.14 cm Ô dầm số 2 là ô hình thang nên ta đưa về ô dầm hình chữ nhật để kiểm tra với chiều cao ô dầm là htb = Chọn htb = 107 cm. Tính đặc trưng hình học của tiết diện: Từ hình vẽ ta có : yc = Jx = + Tính sth : sth = ko( daN/cm2 Lấy ko = 746; db =1cm hb = 2= sth = 746( daN/cm2 = 11517.62 daN/cm2 + Tính tth : m= db=1cm; d = 101.8 cm; + Tính sb ; sb = + Trong đó : Jx = 575629 cm4 yb(-) = + Tính M : Ta có : Z2M = M2 = = 896.29 KN.m sb = = + Tính tb : tb = + Tính Q : ZQ2 = -= Q2 = tb = = Thay vào công thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được = = 0.18 < 0.72 Vậy ô số 2 không bị mất ổn định. Vậy dầm chính ổn định cục bộ. 4. Tính toán giàn ngang a.Sơ đồ tính toán P1 3 P2 P3 P4 P5 P0 R6 R7 1,2 1,2 1.27 0,56 1,27 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 12 - Giàn 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 phân bố theo quy luật tam giác - Gọi cácđiểm nút là 0,1,2,3,4,5, ứng với các Pi (i=0,......5) - Xác định Pi theo nguyên tắc phân phối đòn bẩy, áp lực nước phân bố giữa hai mắt dàn được đưa về mắt giàn ( Ở đây áp lực nước phải nhân thêm bề rộng B- khoảng cách giữa hai dàn ngang) - Nếu phân các biểu đồ áp lực nước hình tam giác có thể tiến hành như sau: W1 = 0.5 x 12 x 1.2 x 2.875 = 20.700 KN W2 = 12 x 1.2 x 2.875 = 41.400 KN W2’ = W1 = 0.5 x 12 x 1.2 x 2.875 = 20.700 KN W3 = 24 x1.27 x 2.875 = 87.630 kN. W3’ = 0.5 x 12.7 x 1.27 x 2.875 = 23.185 kN W4 = 36.7 x 1.27 x 2.875 = 134.000 kN W4’ =W3’ = 0.5 x 12.7 x 1.27 x 2.875 = 23.185 kN W5 = 49.4 x 0.56 x 2.875 = 79.534 kN W’5 = 0.5 x 5.6 x 0.56 x 2.875 = 4.508 kN. Lực tác dụng vào các mắt dàn: P0= P1= P2=(kN) P3=(kN) P4= P5 == Kiểm tra lại åPi = 41.4 + 86.043 + 134.000 + 123.726 + 42.772 = 427.941 KN %Sai số = = 1.6 %< 5% → Chấp nhận được Xác định nội lực trong các thanh dàn bằng phương pháp đồ giải Cremona.(cơ kết cấu tập I), sau đó kiểm tra lại nội lực một thanh bằng phương pháp giải tích (mặt cắt, tách mắt....) + Xác định phản lực ở 2 gối tựa 6 và 7. åM7 = R6 x 2.54+ P0 x 2.4 + P1 x 1,2-P3 x 1.27 - P4 x 2.54 - P5 x 3.1 =0 ÞR6 = 216.849 kN.(¬). ÞR7 = 434.844 - 216.849 = 217.995 kN(¬). +/ Xác định nội lực trong các thanh dàn: Tính chiều dài các thanh dàn và các góc tga1 = tga2 = tga3 = Dùng phương pháp tách mắt ta sẽ xác định được nội lực trong các thanh dàn như sau: Ký hiệu thanh giàn Nội lực (kN) Trạng thái nội lực 0-1 13.246 Chịu kéo 1-2 13.246 Chịu kéo 0-8 14.935 Chịu nén 1-8 41.40 Chịu nén 8-2 44.805 Chịu nén 8-7 59.741 Chịu kéo 2-7 48.155 Chịu nén 2-3 26.492 Chịu nén 7-3 281.466 Chịu nén 7-6 253.583 Chịu kéo 3-4 291.548 Chịu nén 3-6 90.439 Chịu kéo 4-5 291.548 Chịu nén 4-6 127.726 Chịu nén 5-6 46.808 Chịu nén Chọn tiết diện thanh dàn và kiểm tra lại tiết diện chọn: +/ Chọn tiết diện cho thanh cánh thượng: Thanh cánh trên thường dùng tiết diện chữ I. Thanh cánh thượng của dàn ngang ngoài lực chịu lực dọc (thường là chịu kéo) còn chịu uốn do tải trọng ngang trực tiếp của áp lực nước cho nên ta tính thanh cánh thượng như thanh chịu lực lệch tâm có kể cả phần bản mặt cùng tham gia chịu lưc. Chọn thanh 3-4 để tính toán vì thanh có lực dọc N= 291.548 kN lớn nhất thanh cánh thượng.vµ chiÒu dµi lín: l34 = 127 cm. M«men uèn lµ: + VÏ biÓu ®å néi lùc chóng ta t×m ®­îc gi¸ trÞ m«men lín nhÊt t¹i mÆt c¾t gi÷a nhÞp cã trÞ sè : =9.547 kN.m + X¸c ®Þnh ®Æc tr­ng h×nh häc cña dÇm Chän tiÕt diÖn thanh c¸nh th­îng lµ thÐp: I N014 ss KiÓm tra tiÕt diÖn ®· chän khi cã sù tham gia chÞu lùc cña b¶n mÆt: Tho¶ m·n ®iÒu kiÖn vÒ c­êng ®é Chän thÐp IN014 cho tÊt c¶ c¸c thanh c¸nh th­îng. Chän tiÕt diÖn thanh c¸nh h¹: thanh 7-6 lµ thanh bÊt lîi nhÊt.v× thanh nµy cã nội lực lín nhÊt trong c¸c thanh c¸nh h¹ . L7-6 = 2.54 m , N7-6 = 253.583(kN). + XuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn æn ®Þnh ta cã : Fyc = Gi¶ thiÕt: b¶ng 5-1 + Chän tiÕt diÖn thanh c¸nh h¹ tiÕt diÖn ch÷ T ®­îc ghÐp bëi hai thÐp gãc kh«ng ®Òu c¹nh :2L 100x63x10 . Tra b¶ng ta cã : F1 = 15.5 cm2; rx1 = 3.15 cm; ry1 = 2.71 cm víi KiÓm cho tiÕt diÖn võa chän: §é m¶nh thùc cña thÐp: Tra b¶ng 5-1 ta được jmin= 0,675 VËy ta chän thÐp gãc 2L 100x63x10 , cho tÊt c¶ c¸c thanh c¸nh h¹. Chän tiÕt diÖn thanh bông: TÝnh cho thanh bông 7-3 thanh nµy cã lùc nÐn lín nhÊt N7-3 = 281.466 (kN) L7-3 = 1.78 (m). + XuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn æn ®Þnh ta cã : Fyc = Gi¶ thiÕt Chän thanh bông cã mÆt c¾t ch÷ T ghÐp bëi 2 thÐp gãc ®Òu c¹nh : 2L90x9,cã: KiÓm tra tiÕt diÖn võa chän: Tra b¶ng tho¶ m·n . VËy ta chän thÐp gãc 2L 90x9 , cho tÊt c¶ c¸c thanh bông. Tæng hîp c¸c thanh thÐp ®­îc dïng trong giµn nh­ b¶ng sau . B¶ng Tæng hîp thÐp Ký hiÖu thanh giµn läai thÐp Tr¹ng th¸i néi lùc 01 I No14 ChÞu kÐo 08 2L 100x63x10 ChÞu nÐn 12 I No14 ChÞu kÐo 18 2L90x9 ChÞu nÐn 82 2L90x9 ChÞu nÐn 87 2L 100x63x10 ChÞu kÐo 23 I No14 ChÞu nÐn 27 DÇm chÝnh ChÞu nÐn 73 2L90x9 ChÞu nÐn 76 2L 100x63x10 ChÞu kÐo 34 2I No14 ChÞu nÐn 36 2L90x9 ChÞu kÐo 45 2I No14 ChÞu nÐn 46 DÇm chÝnh ChÞu nÐn 56 2L 100x63x10 ChÞu nÐn 5. Tính toán giàn chịu trọng lượng Hình 15 Vì dầm chính có chiều cao thay đổi nên giàn chịu trọng lượng là một giàn gãy khúc, nhưng để đơn giản cho việc tính toán, ta coi là giàn phẳng có nhịp tính toán = nhịp tính toán của dầm chính. a. Xác định trọng lượng cửa van: Xác định trọng lượng cửa van theo công thức gần đúng sau: G = 0.55× F (kN) Trong đó: F: Diện tích chịu áp lực nước của cửa van, tính bằng m2 F = L × H = 11× 5.5 = 60.5 m2 → G = 0.55× 60.5= 258.819 kN G: trọng lượng cửa van được phân bố lên mặt phẳng phía trước (bản mặt) và mặt phẳng phía sau (dàn chịu trọng lượng) (KN). Gọi G1 là trọng lượng bản thân cửa van phân cho phần dàn chịu trọng lượng. Để an toàn coi atr = af nên G1 = 0,5G Trong đó : atr, af là chiều dài khoảng mắt dàn ở phía trái và phía phải mắt đang xét; G1 = 0.5 x 258.819 = 129.410 kN. Sơ đồ tính toán: Dàn chịu trọng lượng thực tế không phải là dàn phẳng vì tiết diện dầm chính có thay đổi từ đầu dầm ra giữa dầm, để đơn giản ta có thể coi là dàn phẳng, gối tựa của dàn tại vị trí cột biên, nhịp dàn là L = 11.5 m. Tải trọng tính toán : trọng lượng G1 được đưa về các mắt dàn, trong đó: =. = 16.176 kN. Xác định nội lực trong thanh dàn: Dùng phương pháp đồ giải sau đó kiểm tra lại một thanh bằng phương pháp giải tích. 0,5.Pm R=2.Pm Pm Pm Pm 0,5.Pm R=2.Pm L=11.5m B=2.875m G 1 2 3 4 5 B 6 7 8 A0 Ký hiệu thanh giàn Chiều dài thanh (m) Nội lực (kN) Trạng thái nội lực 1-2 3,125 72,54 Chịu nén 2-3 3,125 96,72 Chịu nén 3-4 3,125 96,72 Chịu nén 4-5 3,125 72,54 Chịu nén B-6 3,125 0 6-7 3,125 7254 Chịu kéo 7-8 3,125 72,54 Chịu kéo 8-A 3,125 0 1-A 3,06 94,72 Chịu nén 2-8 3,06 71,04 Chịu nén 3-7 3,06 47,36 Chịu nén 4-6 3,06 71,04 Chịu nén 5-B 3,06 94,72 Chịu nén 1-8 4,374 101,53 Chịu kéo 2-7 4,374 33,84 Chịu kéo 4-7 4,374 33,84 Chịu kéo 5-6 4,374 101,53 Chịu kéo Chọn tiết diện và kiểm tra lại tiết diện đã chọn : Thực tế chỉ cần tính thanh bụng đứng và xiên vì hệ thanh cánh trên và dưới là bản cánh của dầm chính (miềm kéo). Tính thanh bụng đứng phải kể đến ứng suất khi thanh đồng thời nằm trong dàn ngang đã tính ở phần trên sau đó tổng hợp lại để nằm trong dàn ngang đã tính ở phần trên, sau đó tổng hợp lại để xác định ứng suất trong thanh. - Chọn tiết diện cho thanh bụng xiên: + Chọn tiết diện thanh xiên : + Tính toán với thanh 1-8: N18=101,53(kN) L=4,374(m) Chọn lgt=150 => j=0,32 Fyc=(cm2) Chọn thép 2G90x8 (R=10) có F= 13,9 cm2 ; rx=2,76 cm; ry=4,08cm lx= ly= lmax=158,48 => j=0,29756 s=<1490(daN/cm2) Vậy tiết diện đã chọn là hợp lý +Kiểm tra thanh đứng: thanh 7-6 thép 2L56x36x5 có F=4,98cm2 s=sn+ sG≤R Với sn= sG= s=557,43+951=1508,4daN/cm2 Với sai số = Vậy tiết diện đã chọn là hợp lý 6-Tính toán trô biªn: Trô biªn chÞu kÐo ®ång thêi chÞu uèn nªn ®­îc tÝnh nh­ thanh kÐo lÖch t©m. Chän tiÕt diÖn ch÷ I, chiÒu cao b¶n bông trô biªn lÊy b»ng chiÒu cao b¶n bông dÇm chÝnh t¹i ®Çu dÇm, chiÒu lÊy b»ng chiÒu dµy b¶n bông dÇm chÝnh. BÒ réng b¶n c¸nh chän ®ñ ®Ó bè trÝ b¸nh xe chÞu lùc, th­êng chän bc = 400 mm. ChiÒu dµy b¶n c¸nh b»ng chiÒu dµy b¶n c¸nh dÇm chÝnh. §­êng hµn liªn kÕt b¶n c¸nh vµ b¶n bông lÊy b»ng 6 mm. KÝch th­íc tiÕt diÖn chän: y x 400 860 §Æc tr­ng h×nh häc cña tiÕt diÖn: X¸c ®Þnh t¶i träng t¸c dông lªn trô biªn: Pi : ¸p lùc do dÇm phô truyÒn tíi. Pi = qi.B/2 = .g.hi.B/2. B= 3,125 (m). ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n ta lËp b¶ng nh­ sau . i at (m) ad (m) hi (m) P i (kN). 1 0 1 0 0,00 2 1 0,9 1 14,84 3 0,9 0,9 1,9 26,72 4 0,8 0,8 3,6 45,00 5 0,8 0,76 4,4 53,63 6 0,76 0,7 5,16 58,86 7 0,64 0 6,5 32,50 Qi : ¸p lùc do dÇm chÝnh truyÒn ®Õn chÝnh b»ng ph¶n lùc gèi tùa hai ®Çu dÇm chÝnh. + Q1 = Q2 = q.L/2 = 116,2.12,5/ 2 = 726,25 kN. G: träng l­îng b¶n th©n: träng l­îng cöa van tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng G = 0.55×78=378,88 kN Ta cã lùc däc trong mçi trô biªn lµ N = 0,5.G = 0,5.378,88 =189,44kN; Mô men lớn nhất là tại gối 1: Mmax = P2.0,9 + P3.1,8 = 14,84.0,9 + 26,72.1,8 =61,452 kNm . b. KiÓm tra ®iÒu kiÖn c­êng ®é: Thay vµo ®iÒu kiÖn c­êng ®é ta cã s = daN/cm2 < R.m = 1512 daN/cm2 TiÕt diÖn ®· chän tho¶ m·n ®iÒu kiÖn. 7.TÍNH TOÁN BÁNH XE CHỊU LỰC B¸nh xe chÞu lùc lµ gèi tùa di ®éng chÞu toµn bé ¸p lùc n­íc cña van truyÒn ®Õn, b¸nh xe cÇn ®¶m b¶o truyÒn ®­îc ¸p lùc lªn trô pin cña c«ng tr×nh vµ vËn hµnh an toµn .Khi tÝnh to¸n dïng ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n theo øng suÊt cho phÐp . TÝnh bÒ réng vµ ®­êng kÝnh b¸nh xe: TØ sè gi÷a ®­êng kÝnh vµ bÒ réng b¸nh xe vµo kho¶ng 3~5. B¸nh xe ®­îc chÕ t¹o b»ng thÐp ®óc CT35L. øng suÊt trong b¸nh xe: nÐn con l¨n []nÐn con l¨n=120MN/m2: øng suÊt cho phÐp khi nÐn theo ®­êng kÝnh con l¨n (MN/m2 ). Dx: ®­êng kÝnh b¸nh xe chÞu lùc (0,6 – 1m). Px : lùc t¸c dông trªn mét b¸nh xe . Chän: lx = 160 mm; Dx = 800 mm. Px = Ra =1015,55 (kN) TÝnh to¸n kÝch th­íc cña trôc vµ èng bäc trôc: -èng bäc trôc lµm b»ng ®ång cã [s]cbt = 250 daN/cm2 . Chän kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®o¹n cña èng bäc trôc c¸ch nhau d = 20 mm, chiÒu dµi cña èng bäc trôc c = 250 mm Trôc b¸nh xe lµm b»ng thÐp cã ®­êng kÝnh d = 160 mm + KiÓm tra øng suÊt côc bé do tiÕp xóc gi÷a trôc vµ èng bäc trôc: s = daN/cm2 [s]cbt = 250 daN/cm2 Ta thấy + KiÓm tra øng suÊt Ðp côc bé gi÷a trôc vµ b¶n ®Öm . BÒ dµy cña 2 b¶n thÐp cè ®Þnh ®Çu trôc d = 20 mm s = daN/cm2 < [s]cbt = 800 daN/cm2 + KiÓm tra øng suÊt cña trôc : q = Px / c = 1015,55/ 0,25 = 4062,2 kN/m. Qmax = Px / 2 = 507,775 kN l = lC - 2.30 = 330 - 60 = 270 mm. Mmax == = kNm. øng suÊt ph¸p: s = 1146,73 daN/cm2 < [s] = 1200 daN/cm2. øng suÊt tiÕp: t = = daN/cm2 < [t] = 750 daN/cm2 . B¸nh xe ng­îc h­íng vµ b¸nh xe bªn lµm b»ng cao su ®óc cã ®­êng kÝnh 200mm vµ trôc b¸nh xe cã ®­êng kÝnh d = 40mm.( trang giáo trình KCT) 8.VËt ch¾n n­íc vµ bé phËn cè ®Þnh: VËt ch¾n n­íc d­íi ®¸y lµm b»ng gç, kÝch th­íc thanh gç cã chiÒu réng b»ng chiÒu cao cña dÇm ®¸y vµ dïng bul«ng d = 18mm liªn kÕt chÆt vµo dÇm ®¸y, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c bul«ng däc theo dÇm ®¸y lµ 500mm. §­êng ray cña b¸nh xe chÞu lùc chÕ t¹o b»ng thÐp ®óc CT3, chän bÒ réng cña mÆt ray = 180 mm, bÒ réng cña ®Õ ®­êng b = 230 mm; ®é dµy cña bông ®­êng ray ; chiÒu cao h = 280mm; h1 = 110mm ( kho¶ng c¸ch tõ mÐp trªn ®­êng ray ®Õn phÇn b¶n bông hÕt l­în cong). øng suÊt côc bé trong b¶n bông ®­êng ray: øng suÊt nÐn bª t«ng d­íi ®¸y ®­êng ray: Bé phËn cè ®Þnh d­íi vËt ch¾n n­íc vµ d­íi b¸nh xe dïng thÐp ch÷ IN020a. TÊt c¶ c¸c bé phËn cè ®Þnh ®Òu dïng cèt thÐp dµi 600mm hµn vµo c¸nh thÐp ch÷ I vµ ch«n trong bª t«ng. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cèt thÐp neo nµy lµ 700mm. Trªn mÆt cña bé phËn cè ®Þnh hµn thªm vµo mét líp thÐp kh«ng rØ dµy 5mm.