Bài tập lớn kết cấu thép

CHƯƠNG I:CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA HỆ KẾT CẤU 1.Mô tả các bộ phận của hệ kết cấu: Mã số đề bài Bước dầm phụ Bước dầm chính Giá trị n dùng tính Lc Hoạt tải tiêu chuẩn Hệ số vượt tải 61 Ls=1.2(m) Lp=3.8(m) n=8 Pc=1100(kg/m2) np=1.2 -Tỉnh tải có hệ số vượt tải :ng=1.1 -Nhịp của dầm chính :Lc=n*Ls=8*1.2=9.6(m) 2.Tải trọng tác dụng lên sàn: - Tải trọng tác dụng lên sàn gồm hai thành phần :tĩnh tải (tải trọng bản thân)và hoạt tải(tải trọng tạm thời) -Khi tính toán bản sàn và các cấu kiện dầm chính,dầm phụ sẽ dung tải trọng tiêu chuẩn khi xét độ võng,và dung tải tính toán khi xét đến độ bền: 3.Các đặc trưng cơ lý của vật liệu: Bao gồm các vật liệu sau: -Thép:dung thép bản,thép hình…với mác thép :BCt3-nc2 -Que hàn N42. .cường độ chịu kéo tính toán:R=2100(daN/cm2). .cường độ chịu cắt tính toán:Rc=1500(daN/cm2) .moduyn biến dạng đàn hồi: -Gía trị giới hạn của chuyển vị tương đối của sàn-dầm: Đối với: .Dầm chính: .Dầm phụ : .Bản sàn thép: -Trọng lượng riêng của thép: .cường độ kéo đứt tiêu chuẩn: .cường độ tính toán : CHƯƠNG II:THIẾT KẾ BẢN SÀN LOẠI DẦM. 1.Mặt bằng sàn và các số liệu xuất phát. 2.Sơ đồ tính và cách xác định nội lực. -Sơ đồ tính. Để đơn giản ta lấy nhịp tính toán bản sàn bằng với nhịp dầm Ls=1,2m. Tải trọng tác dụng lên sàn có kể đến trọng lượng bản thân sàn Tải tiêu chuẩn:.1 Tải tính toán: Momen uốn cực đại Lực kéo H: 3.Xác định chiều dầy bản sàn. -Sơ bộ chiều dầy bàn sàn. Trong đó : Vậy ta chọn ts=10(mm) 4.Kiểm tra độ võng của bản sàn. Giá trị tải trọng tác dụng lên sàn. Tiêu chuẩn Tính toán Độ võng cực đại của bản sàn Tìm Xác định: Độ võng cực đại: Vậy chiều dầy bản sàn đã chọn là thỏa mãn điều kiện độ võng cho phép. 5.Kiểm tra độ bền bản sàn,tính lien kết của bản sàn vào dầm phụ. Kiểm tra độ bền. ntb:hệ số vượt tải trung bình Momen cực đại tại giữa nhịp bản sàn Wx momen chống uốn của mặt cắt ngang bản sàn. Chọn hệ số điều kiện làm việc: Chiều cao cần thiết của đường hàn: Hàn tay nên ta có Ta chọn hf=20(mm) CHƯƠNG 3:TÍNH DẦM PHỤ. 1.Sơ đồ tính toán 2.Xác định tải trọng-xác định nội lực Giá trị tiêu chuẩn Giá trị tính toán. Momen cực đại giữa dầm. Lực cắt cực đại tại gốc. 3.Chọn tiết diện dầm phụ. Momen kháng uốn yêu cầu. Tra bảng thép hình chữ I ta được. Momen giữa dầm. Lực cắt giữa dầm. Biểu đồ có kể đến tải trọng bản thân. 4.Kiểm tra dầm phụ theo độ bền. Kiểm tra theo ứng suất pháp cực đại tại giữa dầm. Kiểm tra theo điều kiện chịu cắt tại tiết diện đầu dầm. Kiểm tra tại vị trí cách đầu dầm một đoạn. l/4=Lp/4=0,95m Tại tiết diện này ta sẽ kiểm tra bền của phân tố tại điểm giao dầm và cánh dầm. Trong đó. Sc: là momen tĩnh của 1 cánh dầm phụ Kết luận: qua 3 bước kiểm tra .dầm thỏa điều kiện bền khi chịu tác dụng của tải 5.Kiểm tra độ cứng của dầm phụ Độ võng tướng đối cực đại của dầm phải thỏa mãn: Vậy dầm thỏa mãn về điều kiện về độ vỏng cho phép 6.Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể. Trong trường hợp này không cần kiểm tra điều kiện ổn định. 7.Cấu tạo và tính toán chi tiết gối dầm phụ lên dầm chính. Dầm phụ gác lên dầm chính ,giữa hai dầm phụ cùng gác lên dầm chính tại một vị trí ,sẽ co khoảng hở do sai số chế tạo:khoảng hở này là Thường lấy (5:10)mm ta chọn =10mm Hình vẽ: ta lấy đường hàn hf=5mm theo cấu tạo: Để cho dầm phụ còn có thể liên kết với dầm chính ta lấy bf=180mm. Diện tích ép mặt của dầm phụ lên dầm chính: ứng suất truyền xuống dầm chính ứng với Ao. Vậy điều kiện chịu ép mặt thỏa mãn: CHƯƠNG 4.TÍNH TOÁN DẦM CHÍNH. 1.Sơ đồ tính toán. Dầm chính liến kết với cột,ta chọn hình thức liên kết sau cho tại vị trí liên kết là khớp:Khi đó sơ đồ tính toán dầm chính là dầm đơn giản 2 gối tựa 2 đầu. Nhịp tính toán dấm chính lấy bằng Lc=8xLs=8x1,2=9,6m. 2.Xác định tải trọng và xác định nội lực. Gọi là giá trị lực tập trung tại mổi vị trí dầm phụ gác lên dầm chính Ta được: Biểu đồ nội lực của Mx và V: Vdp=64,96KN Giá trị momen cực đại tại giữa dầm . Mmax=632,616KNm Giá trị lực cắt lớn nhất. Vmax=227,36KN 3.Chọn tiết diện dầm chính. Chiều cao dầm. Ta có độ võng cực đại giữa dầm là. được tính bởi công thức. k=1,15 tw:chiều dày bản bụng dầm: w:momen kháng uốn của tiết diện ngang Giả sử cho : Chiều dày bản bụng được xác định theo các điều kiện sau; Dầm phải thỏa mãn được điều kiện chịu lực cắt max tại đầu dầm Giả thiết chỉ có bản bụng chịu cắt: Khi dầm đảm bảo ổn định không cần gia cường sườn dọc thì: Khi dầm cao từ 1 đến 2m thì ta chọn tw theo kinh nghiệm: Từ 3 điều kiện trên ta chọn tw=5mm Dầm không bị khống chế hmax,ta chọn h=0,9m và thỏa 4.Xác định chiều dày bản bụng dầm Đảm bảo chịu được lực cắt Vmax: Không cần gia cường sườn dọc: Vậy ta chọn tw=6mm 5.Xác định kích thước cánh dầm: Tiết diện cánh dầm. Chiều dày bản cánh với dầm thong thường lấy tf=(12:24)mm Ta chọn trước tf=12mm Bản cánh phải có chiều rộng lớn hơn 180mm Ta chọn bf=25cm .Vậy tf=12mm ;bf=250mm Tiết diện đã chọn thỏa các điều kiện ổn định cục bộ của bản cánh Đảm bảo điều kiện ổn định tổng thể 6.Kiểm tra độ bền của dầm chính: Diện tích: Momen quán tính: Momen tĩnh Sx Tải trọng bản thân của dầm chính phân bố đều. Tại đầu dầm ở vị trí gối tựa có lực cắt Vmax Vbt lực cắt tại đầu dầm do gdc gây ra. ứng suất cắt cực đại có kể đến trọng lượng bản thân dầm: Tiết diện giữa dầm: Trong đó M=(Mmax+Mtb) giá trị momen cực đại giữa dầm F giá trị tải cục bộ tại giữa dầm F=Vdp=64,96KN lz chiều dài tính toán của tải tập trung ứng suất pháp do M gây ra tại tiết diện giữa dầm: Điều kiện ứng suất pháp cực đại tại mép dầm: Điều kiện ứng suất tương đương. Kiểm tra tại vị trí cách đầu dầm x=1,2m. Kiểm tra theo điều kiện Trong đó Kết luận 3 lần kiểm tra tại 3 vị trí khác nhau. Dầm thiết kế đã đủ độ bền. 7.Kiểm tra độ cứng của dầm chính. Do dầm được thiết kế với h=0,9m>hmin=0,79m nên không cần kiểm tra 8.Kiểm tra ổn định của dầm chính. ổn định tổng thể :kiểm tra tỉ số lo/bf với lo=Ls=1,2m Vậy dầm chính bảo đảm điều kiện ổn định tổng thể 9.Ổn định cục bộ bản cánh nén. Ta có Vậy điều kiện dầm chính thỏa mãn điều kiện ởn định cục bộ bản cánh nén 10.Ổn định cục bộ bản bụng dầm Độ mảnh quy ước của bản bụng dầm là Để an toàn ta lấy as=Ls=1,2m Chiều rộng sườn bs và chiều dày sườn ts. Vậy ta chọn bs=7cm và ts=5mm. Các sườn được hàn vào dầm theo cấu tạo với chiều cao đường hàn hf=hmin=5mm Trong đó Đồng thời ta cũng có giá trị ứng suất tiếp cực đại tại đầu dầm do V gây ra là Vậy bản bụng sau khi gia cường đã đủ điều kiện ổn định cục bộ Mất ổn định cục bộ do ứng suất pháp,ứng suất tiếp,ứng suất cục bộ. Ta chọn ô bản thứ 2 tứ bên trái qua để kiểm tra. Nhận xét do as>hw nên ta có 2 vị trí kiểm tra. Dựa vào biểu đồ nội lực thấy M1>M2 và V1>V2 Các giá trị nội lực tính toán tại vị trí 1. Vậy ta có Trong phạm vi ô bản không có lực tập trung nên kiểm tra ổn định theo công thức Ta được Ccr phụ thuộc vào Thay vào công thức ta được: Vậy bản bụng thỏa điều kiện do ứng suất tiếp,ứng suất pháp,ứng suất cục bộ tác dụng đồng thời. Kết luận:bản bụng dầm khi chịu tác dụng từ dầm phụ truyền xuống đủ điều kiện để bản bụng không bị mất ổn định cục bộ. 11.Thay đổi tiết diện theo chiều dài dầm: Ta chọn phương án thay đổi tiết diện dầm bằng cách thay đổi bề rộng bản cánh Dầm bf tại vị trí cách gối tựa 1 khoảng x=Lc/6=1,6m Momen tại vị trí thay đổi tiết diện là Momen kháng uốn cần thiết tại vị trí thay đổi tiết diện. Ix’ là momen quán tính đối với trục trung hòa của tiết diện dầm sau khi đổi chiều rộng bản cánh. Đồng nhất Theo yêu cầu cấu tạo chọn b’f=0,18cm Momen kháng uốn Trong đó Dầm chính sau khi thay đổi tiết diện V’ là lực cắt tác dụng tại x do Vdp truyền xuống. Sc’ là momen tĩnh của tiết diện. Kiểm tra điều kiện chịu ứng tiếp tại đầu dầm. V=232,085KN Kiểm tra ứng suất pháp tại mép ngoài bản cánh của đường hàn đối với dầm chịu kéo. Vậy tiết diện thay đổi thỏa điều kiện bền 12.Cấu tạo và tính toán chi tiết dầm chính a.Liên kết cánh dầm với bụng dầm. Ta có công thức xác định chiều cao đường hàn góc giữa bụng và cánh. Chọn phương pháp hàn tay,kiểm tra bằng mắt thường. Chọn hf=5mm theo cấu tạo với thép dày 6-10mm b.Cấu tạo và tính toán mối nối dầm. Chiều dài dầm chính là 9,6m ta chọn nối dầm tại vị trí cách dầm 1,6m (tại vị trí thay đổi tiết diện) như vậy đoạn còn lại là 8m Ta sẽ đi thiết kế nối dầm với 2 phương án sau *Phương án 1.nối dầm bằng liên kết hàn. Trên tiết diện dầm đốt nhất chỉ nên nối dầm một lần.Đồng thời đảm bảo tốt nhất về độ bền của mối nối ,trách ứng suất hàn ,ta có thể chọn nối bản bụng và bản cánh tại 2 vị trí khác nhau. Kiểm tra mối nối. Momen tại vị trí nối Mn=M’=344,01KNm Lực cắt tại vị trí nối.Vn=V’=202,83KN Kiểm tra theo ứng suất tương đương. Điều kiện này đã kiểm tra thỏa trong quá trình thay đổi tiết diện. Giả thiết bản bụng chịu cắt hoàn toàn .với giá trị Vn Hai bản cánh dầm chịu ứng suất pháp cực đại tại tiết diện σ nhưng không kiểm tra Kết luận phương pháp nối dầm bằng liên kết hàn đối đầu thỏa mãn điều kiện Chịu lực. *Phương pháp 2 :nối dầm bằng liên kết bulong. Mối nối hàn tại vị trí nối khuyếch đại dầm gặp khó khăn và khó đảm bảo chất lượng .Vì vậy đối với các công trình lớn thường dung bulong cường độ cao để nối dầm Mối nối bản cánh dung 3 bản ghép ,bản bụng dùng 2 bản ghép. Momen uốn tại vị trí nối dầm M=344,01KNm Lực cắt tại vị trí nối dầm. V=202,83KN. Phân phối lại momen cho bản bụng và bản cánh như sau. Bản cánh chịu Chọn đường kính bulong là d=20,mac thép 40crva đường kính lổ là d1=23cm Không gia công bề mặt,bulong được xiết theo góc quay en pha Khả năng chịu lực của một bulong cường độ cao được xác định Trong đó d=20mm,tra bảng Abn=2,45cm2, thép 40CrVA,được bản thép không gia công bề mặt nên hệ số ma sát là 0,25 Hệ số độ tin cậy tra bảng với Mặt phẳng tính toán là 2 nên nf=2 Ta có Thế vào công thức ta được. Tính toán kiểm tra mối nối bụng dầm Chiều dày bản ghép tw=0,006m Lực cắt V1 mỗi bulong chịu do lực cắt Vphân bổ Với nw là số bulong ở một phía của bản ghép nw=8 momen uốn bản bụng chịu Mw phân bổ cho bản bụng thành các hang không đều cho các bulong ,hang ngoài cũng chịu Nmax. Với m=2 là số cột bulong ở một liên kết. ei:khoảng cách giữa 2 bulong đối xứng nhau qua truc dầm Điều kiện bền cho bulong hang ngoài cùng. Tính toán kiểm tra mối nối cánh dầm Số lượng bulong cần thiết cho một phía mối nối ở mỗi cánh dầm Ta được: Với hbn là khoảng cách trọng tâm tiết diện các bản nối ở hai cánh dầm gần đúng lấy bằng hf Chọn chiều dày bản ghép cánh là t=tf=12mm Bố trí ghép dầm như sau Diện tích bản ghép một cánh Cấu kiện bản ghép bị giảm yếu do số lượng bulong nên cần kiểm tra theo công thức. ta kiểm tra với tiết diện quy ước Ac=1,18An=1048mm2 vậy ta có Do đó cần tăng diện tích bản ghép cánh lên t=20mm Kết luận:vẫn giữ nguyên kích thước bản ghép nhưng tăng diện tích nối cánh lên t=20mm Trong phương án nối dầm trên,tùy thuộc vào điều kiện mà chọn phương án thích hợp .Khi tải trọng động ,tải trọng lớn thì ta dung liên kết bằng bulong -Cấu tạo và tính toán dầm chính là khớp như trong các sơ đồ tính ,chọn kiểu liên kết giữa dầm với cột như hình vẽ.Thép được chọn đở đầu dầm là thép góc không đều cạnh .Các bulong liên kết sườn đầu dầm với cột và dầm với bản thép góc đở dầm chính được lấy theo cấu tạo .Chọn phi bằng 14 Tính toán liên kết như sau Thép góc được hàn vào cột bằng đường hàn góc .Lực cắt V tại đầu dầm sẽ do toàn bộ đường hàn này nhận từ bản thép góc và truyền vào cột Chọn trước chiều cao đường hàn hf=18mm Tổng chiều dài đường hàn cần thiết Tra bảng chọn tiết diện thép được L150.90.15 Chiều dày bản thép là 15mm hmax=1,2.15=18mm vậy thép chọn đã thỏa mãn về đường hàn Tính toán sườn đầu dầm : Sườn đầu dầm có tác dụng cùng với bản bụng chịu và truyền phản lực gối tựa Chọn trước bề dày bản bụng là ts=10mm Thỏa điều kiện ts>tw=6mm Cần phải thỏa điều kiện ổn định cục bộ sau. Để đơn giản dể chế tạo ta chọn bs=bf’=180mm Diện tích bản sàn As=bs.ts=10.180=1800mm2 Kiểm tra bản sàn theo điều kiện ép mặt ở mút dưới của sườn Sườn đầu dầm còn được kiểm tra theo điều kiện ổn định ra ngoài mặt phẳng bản bụng dầm như một thanh quy ước chịu nén đúng tâm.Tiết diện quy ước gần tiết diện sườn gối và một phần bản bụng C1 Kiểm tra theo công thức Phi là số uốn dọc phụ thuộc độ mảnh Thế số vào ta được Vậy bản sườn đầu dầm được chọn là thỏa mãn cả về độ bền và ổn định