Thiết kế cầu chuyển tải Container 40T

TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ KEÁT CAÁU THEÙP I. Caùc thoâng soá cô baûn ñeå tính toaùn keát caáu theùp: _ Thoâng soá kích thöôùc: - Chieàu daøi toaøn daàm: 83 (m) - Khaåu ñoä ray: 15,55 (m) - Khoaûng caùch giöõa hai chaân: 18 (m) - Taàm vôùi laøm vieäc max tính töø taâm ray phía bieån: 35 (m) - Taàm vôùi laøm vieäc max tính töø taâm ray phía bôø: 16 (m) _ Thoâng soá veà khoái löôïng: - Khoái löôïng toaøn boä daàm caàu chuyeån taûi: Gc = 26,3 (T) - Khoái löôïng xe con vaø cuïm tôøi naâng haøng: Gx= 22 (T) - Khoái löôïng nhaø tôøi naâng caàn: 5,54 (T) _ Thoâng soá veà vaät lieäu keát caáu theùp caàu chuyeån taûi, theùp CT3 coù caùc ñaëc tröng cô tính : - Moâñun ñaøn hoài khi keùo: E = 2,1.106 kG/cm2 - Moâñun ñaøn hoài tröôït: G = 0,81. 106 kG/cm2 - Giôùi haïn chaûy: = 2400 – 2800 kG/cm2 - Giôùi haïn beàn: = 3800 – 4200 kG/cm2 - Ñoä dai va ñaäp: ak = 50 – 100 J/ cm2 - Khoái löôïng rieâng: = 7,83 T/ m3 - Ñoä daõn daøi khi ñöùt: = 21% - ÖÙng suaát cho pheùp lôùn nhaát: () II. Caùc tröôøng hôïp taûi troïng vaø toå hôïp taûi troïng tính toaùn keát caáu theùp: 1. Tröôøng hôïp taûi troïng: Khi caàu truïc laøm vieäc, noù chòu nhieàu loaïi taûi troïng khaùc nhau taùc duïng leân keát caáu. Caùc taûi troïng coù theå taùc ñoäng thöôøng xuyeân hoaëc khoâng thöôøng xuyeân, theo qui luaät hoaëc khoâng theo qui luaät, taûi troïng tónh hoaëc ñoäng, taûi troïng taùc ñoäng theo phöông thaúng ñöùng hoaëc phöông ngang… Töø söï phoái hôïp ña daïng cuûa caùc loaïi taûi troïng, ngöôøi ta chia ra caùc tröôøng hôïp taûi troïng tính toaùn nhö sau: a/ Tröôøng hôïp taûi troïng I: Taûi troïng bình thöôøng ôû traïng thaùi laøm vieäc, phaùt sinh khi maùy laøm vieäc ôû ñieàu kieän bình thöôøng. Tröôøng hôïp naøy duøng ñeå tính beàn caùc chi tieát theo moûi. Caùc taûi troïng thay ñoåi ñöôïc qui ñoåi thaønh taûi troïng töông ñöông. b/ Tröôøng hôïp taûi troïng II: Taûi troïng lôùn nhaát ôû traïng thaùi laøm vieäc, phaùt sinh khi caàu truïc laøm vieäc ôû ñieàu kieän naëng nhaát. Caùc taûi troïng naøy goàm caùc löïc caûn tónh cöïc ñaïi, taûi troïng ñoäng cöïc ñaïi khi môû (hoaëc phanh) maùy (hoaëc cô caáu) ñoät ngoät… Tröôøng hôïp naøy duøng ñeå tính caùc chi tieát theo ñieàu kieän beàn tónh. c/ Tröôøng hôïp taûi troïng III: Taûi troïng cöïc ñaïi ôû traïng thaùi khoâng laøm vieäc. Caùc taûi troïng taùc duïng leân caàu chuyeån taûi goàm coù: troïng löôïng baûn thaân caàu chuyeån taûi, gioù baõo taùc duïng leân caàu chuyeån taûi ôû traïng thaùi khoâng laøm. Tröôøng hôïp naøy duøng ñeå tieán haønh kieåm tra ñoä beàn keát caáu vaø tính oån ñònh caàn truïc ôû traïng thaùi khoâng laøm vieäc. 2. Baûng toå hôïp caùc tröôøng hôïp taûi troïng: ÔÛ traïng thaùi laøm vieäc cuûa maùy truïc, ngöôøi ta toå hôïp caùc taûi troïng taùc duïng leân keát caáu vaø chia thaønh caùc toå hôïp taûi troïng sau: - Toå hôïp Ia, IIa: hai toå hôïp naøy töông öùng vôùi tröôøng hôïp caàu chuyeån taûi vaø xe con ñöùng yeân, chæ coù cô caáu naâng laøm vieäc, tính toaùn khi khôûi ñoäng (hoaëc haõm) cô caáu naâng moät caùch töø töø (Ia) hoaëc ñoät ngoät (IIa). - Toå hôïp Ib, IIb: hai toå hôïp naøy öùng vôùi tröôøng hôïp caàu chuyeån taûi ñöùng yeân, xe con mang haøng di chuyeån, khôûi ñoäng (hoaëc phanh) töø töø (Ib), hoaëc ñoät ngoät (IIb). Trong tröôøng hôïp naøy, cô caáu naâng khoâng laøm vieäc hoaëc laøm vieäc vôùi gia toác oån ñònh. - Toå hôïp III: caàu chuyeån taûi khoâng laøm vieäc, chòu taùc duïng cuûa taûi troïng gioù baõo. Loaïi taûi troïng Caùc tröôøng hôïp taûi troïng I II III Toå hôïp taûi troïng Ia Ib IIa IIb III Troïng löôïng caàu Gc Gc Gc Gc Gc Gc Troïng löôïng xe tôøi Gx coù tính ñeán heä soá kñ Gx Kñ.Gx Gx Kñ.Gx Gx Troïng löôïng haøng naâng Q (caû thieát bò mang haøng) coù tính ñeán heä soâ kñ, Kñ. Qtd Kñ.Q _ Löïc quaùn tính khi haõm cô caáu di chuyeån xe con Pqt – Pqt – Pmaxqt _ Taûi troïng gioù _ _ PIIg PIIg PIIIg 3. Xaùc ñònh caùc thaønh phaàn trong baûng toå hôïp taûi troïng: a. Troïng löôïng baûn thaân: Troïng löôïng baûn thaân daàm caàu chuyeån taûi bao goàm troïng löôïng phaàn keát caáu theùp, nhaø tôøi naâng haï daàm, thieát bò ñieän, cabin ñieàu khieån… Döïa vaøo taûi troïng vaø khaåu ñoä [tr215,KCT], ta öôùc tính sô boä troïng löôïng cuûa caàu chuyeån taûi: Gc = 26,3 (T). b. Troïng löôïng xe con: Ñaây laø loaïi caàu chuyeån taûi coù keát caáu xe con khaùc haún so vôùi nhöõng caàn truïc tröôùc ñaây. Cuïm tôøi naâng haøng cuûa caàu chuyeån taûi khoâng ñöôïc ñaët coá ñònh leân keát caáu theùp maø ñaët thaúng leân xe con laøm cho troïng löôïng cuûa xe con taêng leân ñaùng keå: Gx = 0,4Q + 6 = 22 (T) c. Troïng löôïng haøng naâng vaø boä phaän mang haøng: - Toång troïng löôïng haøng naâng vaø boä phaän mang haøng: Q= = 50 (T) - Troïng löôïng haøng töông ñöông: = 0,8.50 = 40 (T) + : troïng löôïng haøng töông ñöông khi tính keát caáu theùp + =0,8: soá töông ñöông phuï thuoäc vaøo cheá ñoä laøm vieäc cuûa maùy [tr88, KCT] - Heä soá ñoäng khi naâng (haï) haøng: + v = 50 m/ph : vaän toác naâng haøng cuûa cô caáu naâng d. Löïc quaùn tính ngang khi haõm cô caáu di chuyeån xe con: + = 22 (T): khoái löôïng xe con + = 50 (T): khoái löôïng haøng vaø boä phaän mang + j =1,63 (): gia toác khi khôûi ñoäng (haõm) xe con Thay vaøo: =(22 + 50).10 .1,63 =117360 (N)=11736 (KG) Pmaxqt = 2Pqt = 23472 KG e. Taûi troïng gioù taùc duïng leân keát caáu: Trong ñoù: F=F+=603 (m): dieän tích chaén gioù tính toaùn cuûa keát caáu vaø vaät naâng (trong traïng thaùi laøm vieäc), m - Dieän tích chaén gioù cuûa vaät naâng: F= 23 m [tr 89,KCT] - Dieän tích chaén gioù cuûa keát caáu: =1 . 580=580 (m) + =1: heä soá ñoä kín ñoái vôùi theùp hoäp + = 580 m: dieän tích bao cuûa keát caáu ñöôïc tính gaàn ñuùng thoâng qua caùc maët caét giaû ñònh tröôùc vaø kích thöôùc hình hoïc cuûa daàm caàu chuyeån taûi Aùp löïc gioù taùc duïng leân maùy truïc: +=25: aùp löïc gioù trung bình ôû traïng thaùi TB ñoái vôùi caàn truïc caûng + n = 1,7: hs hieäu chænh aùp löïc gioù tính ñeán söï taêng aùp löïc gioù theo chieàu cao, tra baûng 4.5 [tr 91,KCT] + c = 1,2: heä soá khí ñoäng hoïc cuûa keát caáu, tra baûng 4.6 + = 1,25: heä soá keå ñeán taùc duïng ñoäng cuûa gioù leân keát caáu, tra baûng ñoái vôùi caàn truïc coù ñoä cöùng vöõng cao + =1: heä soá vöôït taûi, laáy ñoái vôùi phöông phaùp öùng suaát cho pheùp Thay vaøo: 63,75 => =38441,25 (KG) 4. Xaùc ñònh noäi löïc trong keát caáu: _ Heä caàn cuûa caàu truyeàn taûi laø moät heä gheùp tónh dònh goàm moät daàm chính vaø moät daàm phuï congxon neân vieäc tính noäi löïc theo heä gheùp. _ Keát caáu daàm quy veà heä gheùp: _ Xeùt noäi löïc daàm khi chòu taûi troïng baûn thaân, troïng löôïng xe con, vaø troïng löôïng haøng naâng.taûi troïng gioù, löïc quaùn tính theo phöông ngang cuûa caàn truïc: Troïng löôïng cuûa buoàng maùy: 5,54 T , löïc phaân boá cuûa buoàng maùy laø: q1 = 5540 / 10 = 554 ( KG/ m) Toång troïng löôïng cuûa daàm: G = 10Q(L – 5)+ 700 = 400.64 + 700 = 26300 KG => löïc phaân boá treân daàm: Tröôøng hôïp taûi troïng IIa: (Gc , Gx , , PIIg) Xe tôøi ôû taàm vôùi ngoaøi xa nhaát Troïng löôïng haøng töông ñöông: = 1,2.50 = 60 (T) (=1,2 heä soá ñoäng khi naâng haøng) Sô ñoà chòu löïc daàm congxon : Phaûn löïc taïi goái MA = RB. 27,5 + q.27,52 /2 - q.142 /2 –6,5.Qtd = 0 => = 10954 KG ++ q.41,5 - = 0 => = 84104 KG = /tg30= 145672,6 KG Taûi troïng taùc duïng theo phöông ngang: qg = PIIg /83 = 463,15 KG/m Noäi löïc cuûa daàm phuï Caùc thoâng soá hình hoïc thieát dieân maët caét daàm coâng son + =177,1. 10 () + =104,8.10 () + =19,07.10 () + =200900 () + =25 () +=6,167. () + =117600000 () Maët caét taïi ñieåm daët giaèng laø maët caét nguy hieåm nhaát cuûa daàm phuï ta kieåm tra öùng suaát taïi maët caét naøy + () + =6,99 () => =0,93 + 6,99 = 7,92 () +=() => 13,74 () Vaäy maët caét ñaûm baûo ñieàu kieän beàn do . Sô ñoà chòu löïc daàm chính: Phaûn löïc taïi goái theo phöông thaúng ñöùng Mc = 10.21.q1 + q./2 - q./2 + 2,5 - .16 = 0 => = KG +-+ q.41,5 + q1.10 = 0 => = 7172 KG Phaûn löïc taïi goái theo phöông thaúng ngang Mc= B.2,5 + qg. /2 + D.16 - qg. /2 => D = = 11423 KG => C = 11120 KG Noäi löïc taùc duïng leân daàm chính Ta thaáy maët caét nguy hieåm nhaát cuûa daàm chính trong tröôøng hôïp naøy laø maët caét taïi goái C - Caùc thoâng soá hình hoïc vaø noäi löïc cuûa tieát dieän: + =129360000 () + =25 () + =290,3. 10 () + =136,6.10 () + =43,31.10 () + =251500 () + =8,159. () - Xaùc ñònh öùng suaát töông ñöông trong tieát dieän: + =0,033 () + =3,22 () => =3,255 () + =9,44 () => =11 () Vaäy maët caét ñaûm baûo ñieàu kieän beàn do Tröôøng hôïp taûi troïng IIb : TH xe tôøi ôû taàm vôùi trong xa nhaát Löïc taùc duïng leân heä chính khoâng aûnh höôûng ñeán daàm phuï. Cho neân tröôøng hôïp naøy ta chæ xeùt bieåu ñoà noäi löïc treân daàm chính: Sô ñoà chòu löïc cuûa daàm chính: Tính phaûn löïc caùc goái ñôõ: (RC, RD) Vaäy caû RA vaø RB ñieàu traùi chieàu qui öôùc treân hình Xeùt maët caét (1-1)caùch m moät khoaûng Z1 (0< Z1< 2,5) Xeùt maët caét (2-2)caùch m moït khoaûng Z2 (2,5 < Z2 < 18,5) Xeùt maët caét (3-3)caùch m moït khoaûng Z3 (0 < Z3 < 7) Xeùt maët caét 4-4 caùch n moät khoaûng z4 ( 7 < Z4 < 23 ): Bieåu ñoà noäi löïc: Maët caét nguy hieåm nhaát cuûa daàm chính trong tröôøng hôïp naøy laø maët caét 2-2: öùng xuaát nguy hieåm cuûa maët caét naøy naèm ngoaøi veà beân phaûi neân choã caàn kieåm tra laø taïi Z1=15,5: + =3537*10 () + =104735*10 () + =21429*10 () + =1287340*10 () Maët caét treân daàm chính : - Caùc thoâng soá hình hoïc vaø noäi löïc cuûa tieát dieän: + =129360000 () + =20 () + =290,3. 10 () + =136,6.10 () + =43,31.10 () + =251500 () + =8,159. () - Xaùc ñònh öùng suaát töông ñöông trong tieát dieän: + =0,26 () + =41,5 () => =41,76 () + =46 () => = 86 () Vaäy maët caét ñaûm baûo ñieàu kieän beàn do TH xe tôøi ôû giöõa khaåu ñoä Löïc taùc duïng leân heä chính khoâng aûnh höôûng ñeán daàm phuï. Cho neân tröôøng hôïp naøy ta chæ xeùt sô ñoà chuïi löïc cuûa daàm chính: Tính phaûn löïc caùc goái ñôõ: Trong ñoù = Kñ.Q = 1.3.40= 52 T Xeùt maët caét (1-1), Z1 (0< Z1< 2,5) Xeùt maët caét (2-2)caùch B moät khoaûng Z2 (2,5 < Z2 < 10,5) Xeùt maët caét (3-3)caùch B moät khoaûng Z3 (10,5 < Z3 < 18,5 ) Xeùt maët caét 4-4 caùch n moät khoaûng z4( 0 < Z4 < 23 ): Bieåu ñoà noäi löïc: Ta thaáy maët caét nguy hieåm nhaát cuûa daàm chính trong tröôøng hôïp naøy laø maët caét 2-2: öùng xuaát nguy hieåm cuûa maët caét taïi z=10,5 + =3537*10 () + =104735*10 () + =21429*10 () + =1287340*10 () Caùc thoâng soá hình hoïc vaø noäi löïc cuûa tieát dieän: + =129360000 () + =20 () + =290,3. 10 () + =136,6.10 () + =43,31.10 () + =251500 () + =8,159. () Xaùc ñònh öùng suaát töông ñöông trong tieát dieän: + =0,26 () + =41,5 () => =41,76 () + =46 () => = 86 () Vaäy maët caét ñaûm baûo ñieàu kieän beàn do 5. Phöông phaùp boá trí gaân taêng cöùng thaønh daàm: Ñoái vôùi daàm hai thaønh (tieát dieän hình hoäp) ñeå taêng cöùng cho taám thaønh vaø caùc taám bieân, ñoàng thôøi taêng ñoä cöùng choáng xoaén tieát dieän ngang cuûa daàm: gaân taêng cöùng ñöôïc boá trí laø caùc vaùch ngaên. Caùc vaùch ngaên laø caùc taám theùp ñöôïc boá trí trong loøng cuûa daàm haøn vôùi caùc taám thaønh vaø taám bieân. Caùc gaân taêng cöùng thaønh daàm seõ chia taám thaønh daàm thaønh caùc khoang nhoû. Khi maát oån ñònh cuïc boä, caùc khoang khoâng aûnh höôûng laãn nhau. Vì vaäy caàn tieán haønh kieåm tra oån ñònh cuïc boä cuûa caùc khoang nhoû ñöôïc giôùi haïn bôûi caùc gaân taêng cöùng vaø taám bieân: caùc khoang coù hình chöõ nhaät, coù kích thöôùc tuøy thuoäc vaøo vieäc boá trí caùc gaân taêng cöùng thaønh daàm goïi laø caùc taám kieåm tra.Taám kieåm tra ñöôïc giôùi haïn bôûi caùc gaân ñöùng vaø hai taám bieân cuûa daàm. Ñeå taêng khaû naêng choáng uoán theo phöông ngang ta boá trí theâm caùc gaân doïc. Tuøy vaøo chieàu cao cuûa thaønh daàm maø ta choïn boá trí moät gaân doïc hay nhieàu gaân. 6. Tính toaùn kieåm tra beàn moái gheùp buloâng: Lieân keát caùc keát caáu theùp cuûa caàn truïc chòu taûi troïng ñoäng vaø dao ñoäng hay duøng buloâng tinh vaø buloâng coù ñoä beàn cao, ñaûm baûo cho moái noái coù ñoä tin caäy lôùn. Ñeå ñaûm baûo khaû naêng chòu löïc vaø ñoä tin caäy cao trong suoát quaù trình laøm vieäc, ta söû duïng loaïi buloâng coù cöôøng ñoä cao. Loaïi buloâng naøy ñöôïc laøm töø theùp hôïp kim 40X, sau ñoù ñöôïc gia coâng nhieät. Gioáng nhö caùc loaïi buoâng thöôøng (buloâng thoâ), ñoä chính xaùc cuûa buloâng coù cöôøng ñoä cao khoâng cao, nhöng do buloâng ñöôïc laøm töø theùp coù cöôøng ñoä cao neân ta coù theå vaën ñai oác raát chaët (baèng cleâ löïc) laøm cho thaân buloâng chòu keùo vaø gaây löïc eùp raát lôùn leân caùc chi tieát gheùp. Moái gheùp buloâng ñöôïc söû duïng ñeå lieân keát caùc chaân vôùi caùc daàm ngang cuûa caàn truïc. Moái gheùp chòu caùc löïc N, Mx, My. Do ñoù, öùng suaát trong caùc buloâng laép raùp ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: + =472086142 () + =735298381 () + =2424840 () + =4,477.10 () + =128200 () + =7,4615. () + n=56 buloâng Laáy toïa ñoä cuûa buloâng xa nhaát (960,780) ñeå kieåm tra beàn: =18,02 (N/mm2) - ÖÙng suaát coù keå ñeán taûi troïng tính toaùn cuûa buloâng: (N/mm2) Trong ñoù: + k0=1,31,5: heä soá döï tröõ ñeå moái noái khoâng bò taùch do taûi troïng ñoäng + k1=1,41,5: heä soá tính ñeán söï phaân boá öùng suaát khoâng ñeàu treân caùc buloâng Vaäy moái gheùp ñaûm baûo ñieàu kieän beàn. 7. Tính toaùn vaø kieåm tra moái haøn: _ Hieän nay, trong ngaønh Cô khí cheá taïo maùy coù nhieàu phöông phaùp lieân keát caùc keát caáu theùp laïi vôùi nhau, nhöng trong ñoù phöông phaùp haøn laø öu vieät nhaát vaø ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát vì noù coù raát nhieàu öu ñieåm: deã daøng trong vieäc gia coâng cheá taïo, giaù thaønh reû hôn raát nhieàu so vôùi caùc phöông phaùp khaùc, coù theå noái gheùp haàu heát caùc chi tieát laïi vôùi nhau (chæ tröø moät soá chi tieát coù kích thöôùc quaù beù, chi tieát coù beà maët gheùp quaù phöùc taïp, chi tieát ñöôïc laøm baèng loaïi vaät lieäu khoâng theå haøn), khaû naêng chòu löïc cuûa moái gheùp haøn gaàn nhö töông ñöông vôùi khaû naêng chòu löïc cuûa vaät lieäu cheá taïo chi tieát gheùp … _ Nhö vaäy moái gheùp haøn caàn phaûi ñöôïc thöïc hieän taïi moät soá vò trí sau ñaây: Taïi vò trí lieân keát giöõa taám bieân (bieân treân, bieân döôùi) vôùi taám thaønh: moái haøn ñöôïc thöïc hieän laø moái haøn goùc (haøn 2 taám theùp vuoâng goùc nhau). Moái Haøn Goùc Taïi vò trí lieân keát noái giöõa caùc taám theùp vôùi nhau : moái haøn ñöôïc thöïc hieän laø moái haøn giaùp moái, chòu ñoàng thôøi löïc caét vaø moâmen uoán. Moái Haøn Giaùp Moái _ Moái haøn lieân keát giöõa hai ñoaïn chaân vôùi nhau chòu taùc duïng cuûa öùng suaát tieáp do löïc caét vaø löïc doïc gaây ra, chòu taùc duïng cuûa öùng suaát phaùp do moâmen uoán gaây ra. (Phöông phaùp tính tham khaûo trang 66-67 taøi lieäu [05]) _ ÖÙng suaát tieáp do löïc doïc gaây ra: (N/mm2) _ ÖÙng suaát tieáp do löïc caét gaây ra: =6,09 (N/mm2) _ ÖÙng suaát phaùp do moâmen uoán gaây ra: =45,81 (N/mm2) =26353800 (mm3) Trong ñoù: + =2424840 () + =15632 () + =117012 () + =472086142 () + =735298381 () _ ÖÙng suaát toång sinh ra trong moái gheùp: =128,47 (N/mm2) _ Ñoä beàn tính toaùn cuûa moái haøn: =0,9.180=162 (N/mm2) Vaäy moái haøn ñaûm baûo ñieàu kieän beàn. MUÏC LUÏC … I. CAÙC THOÂNG SOÁ CÔ BAÛN ÑEÅ TÍNH TOAÙN KEÁT CAÁU THEÙP II. CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP TAÛI TROÏNG VAØ TOÅ HÔÏP TAÛI TROÏNG TÍNH TOAÙN KEÁT CAÁU THEÙP: 1_ Tröôøng hôïp taûi troïng 2_ Baûng toå hôïp taûi troïng 3_ Tính toaùn caùc thaønh phaàn trong baûng toå hôïp taûi troïng 3_ Xaùc ñònh noäi löïc cuûa daàm theo caùc TH taûi troïng 4_Phöông phaùp boá trí gaân taêng cöùng cho thaønh daàm 5. Tính toaùn vaø kieåm tra moái gheùp buloâng 6. Tính toaùn vaø kieåm tra moái haøn. _ HEÁT _