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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI BỘ MễN KẾT CẤU CễNG TRèNH ------o0o------ ĐỒ ÁN MễN HỌC KẾT CẤU THẫP THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG CễNG TRèNH 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 trỡnh ngưỡng: = 0 Vật chắn nước đỏy bằng gỗ, vật chắn nước bờn bằng cao su hỡnh chữ P Vật liệu chế tạo van: - Phần kết cấu cửa: Thộp CT3 - Trục bỏnh xe: Thộp CT5. - Bỏnh xe chịu lực: Thộp đỳc CT35└ - Ống bọc trục bằng đồng. Hệ số vượt tải của ỏp lực thủy tĩnh: nq= 1.1 và của trọng lượng bản thõn: ng= 1.1 Độ vừng giới hạn của dầm chớnh: ; của dầm phụ .(Tra bảng 4-1 trang 61 GT Kết cấu thộp -ĐHTL Cường độ tớnh toỏn của thộp chế tạo van lấy theo the thộp CT3 trang 8 Giỏo trỡnh Kết cấu thộp: - Ứng suất phỏp khi kộo nộn dọc trục: Rk,n= 1490 daN/cm2. - Ứng suất phỏp khi uốn: Ru= 1565 daN/cm2. - Ứng suất cắt: Rc= 895 daN/cm2. - Ứng suất ộp mặt đầu: Remđ=2230daN/cm2. Hệ số điều kiện làm việc: Đối với cửa van chớnh thuộc nhúm 1-4 m=0.72m B. NỘI DUNG THIẾT KẾ: I. Bố trớ tổng thể cửa van: Để bố trớ tổng thể cửa van cần sơ bộ xỏc định vị trớ và cỏc kớch thước cơ bản của dầm chớnh Thiết kế sơ bộ dầm chớnh: Thiết kế cửa van phẳng trờn mặt 2 dầm chớnh. * Xỏc định nhịp tớnh toỏn của cửa van: - Chọn khoảng cỏch từ mộp cống tới tõm bỏnh xe: c = 0.25 m. Nhịp tớnh toỏn cửa van là: L = Lo+ 2c = 11 + 20.25 = 11.5 m * Chiều cao toàn bộ cửa van: H0 = 5.5 m * Vị trớ hợp lực của ỏp lực thủy tĩnh đặt cỏch đỏy van một đoạn: Z = = = 1.83 m * Chọn đoạn cụng xụn phớa trờn a1 - Theo yờu cầu thiết kế: a1 0,45 hv = 0.45= 2.475 m, chọn a1= 2.4 m. - Để hai dầm chớnh chịu lực như nhau thỡ phải đặt cỏch đều tổng ỏp lực nước. → Vậy khoảng cỏch hai dầm chớnh là: a = 2(H0 - a1 - Z) = 2(5.5 – 2.4 – 1.83) = 2.54 m. * Đoạn cụng xụn phớa dưới a2 a2 = H0 – (a1 + a) = 5.5 – (2.4 + 2.54) = 0.56 m. * Khoảng cỏch từ dầm chớnh trờn, dầm chớnh dưới đến tõm hợp lực: atr ; ad - Sơ bộ chọn : atr = ad = a/2 = 2.54/2 = 1.27 m Lực tỏc dụng lờn mỗi dầm chớnh. Tải trọng phõn bố đều tiờu chuẩn: qtc = W/2 = H2/4 = 105.52/4 = 75.625 kN/m Tải trọng phõn bố đều tớnh toỏn: q = n qtc = 1.175.625= 83.188 kN/m. Hỡnh 2. Sơ đồ tớnh toỏn dầm chớnh Xỏc định nội lực dầm chớnh: Mụmen uốn tớnh toỏn lớn nhất: Mmax = - = - = 1372.602 kNm Lực cắt tớnh toỏn lớn nhất: Qmax = = = 457.534 kN Xỏc định chiều cao dầm chớnh: Dựa vào điều kiện kinh tế và điều kiện độ cứng đối với dầm đơn, chịu lực phõn bố đều, cú tiết diện đối xứng: - Theo điều kiện kinh tế: hkt = Trong đú: k = 1.5; = 140 = = = 8770.62 cm3 → hkt = = 122.58 cm Theo điều kiện độ cứng, chiều cao nhỏ nhất của dầm: Trong đú: 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 trớ giàn ngang (4) Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cỏch giữa cỏc giàn ngang B khụng nờn lớn hơn 4m. Bố trớ dàn ngang tuõn theo điều kiện: Bố trớ cỏc dàn ngang cỏch đều nhau. B = Giàn ngang nằm trong phạm vi dầm chớnh khụng thay đổi tiết diện Số giàn ngang nờn chọn lẻ để cỏc kết cấu như dầm chớnh, giàn chịu trọng lượng cú dạng đối xứng. Ở đõy bố trớ 3 giàn ngang và 2 trụ biờn 3. Bố trớ dầm phụ dọc (3) Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và tựa lờn cỏc giàn ngang cú thể tớnh như dầm đơn, gối tựa là 2 giàn ngang và đỡ tải trọng của bản mặt truyền đến. Dầm phụ được bố trớ song song với dầm chớnh, càng xuống sõu dầm càng dầy vỡ ỏp lực nước tăng.Khoảng cỏch giữa cỏc dầm phụ 0.7ữ0.9 m. Dầm phụ chọn tiết diện chữ C đặt ỳp để trỏnh đọng nước. Bố trớ cỏc dầm phụ dọc như hỡnh 3 Hỡnh 3 : Bố trớ cỏc dầm dọc phụ 4. Trụ biờn (6) Trụ biờn ở hai đầu cửa van, chịu lực từ dầm chớnh, dầm phụ và lực đúng mở van. Trụ biờn gắn với gối tựa kiểu trượt hoặc bỏnh xe truyền lực lờn trụ pin. Cỏc thiết bị treo, chốt giữ và múc treo cũng được nối với trụ biờn. Tiết diện trụ biờn của cửa van trờn mặt thường cú dạng chữ I. Để đơn giản cấu tạo chiều cao trụ biờn thường chọn bằng chiều cao dầm chớnh 5. Giàn chịu trọng lượng (5) Giàn chịu trọng lượng bao gồm cỏnh hạ của dầm chớnh, cỏnh hạ của dàn ngang, được bổ sung thờm cỏc thanh bụng xiờn cú tiết diện là cỏc thộp gúc đơn hoặc ghộp. 6. Bỏnh xe chịu lực Để đúng mở cửa van cần bố trớ kết cấu di chuyển cửa van bằng thanh trượt hoặc bỏnh xe chịu lực. Bỏnh xe được bố trớ ở mặt sau trụ biờn, bỏnh xe bờn và bỏnh xe ngược hướng nờn dựng bỏnh xe cao su để giảm chấn động.: 7. Bỏnh xe bờn Để khống chế cửa van khụng bị dao động theo phương ngang và đẩy về phớa trước, người ta thường bố trớ cỏc bỏnh xe bờn. Đụi khi người ta kết hợp sử dụng bỏnh xe chịu lực đồng thời làm bỏnh xe bờn. 8. Vật chắn nước Vật chắn nước hai bờn và vật chắn nước được sử dụng vật liệu bằng cao su bố trớ ở hai bờn và dưới đỏy cống dạng củ tỏi. II. Tớnh toỏn cỏc bộ phận kết cấu van. Tớnh toỏn bản mặt: Bản mặt được bố trớ thành 4 cột giống nhau nờn chỉ cần tớnh cho một dóy cột. Cỏc ụ dầm được tớnh toỏn như tấm hỡnh chữ nhật chịu tải trọng phõn bố.Cú hai trường hợp xảy ra: * Khi ụ cú cạnh dài > 2 lần cạnh ngắn: ễ được tớnh như tấm tựa trờn 2 cạnh. Trường hợp này chiều dầy bản mặt được xỏc định theo cụng thức: = Trong đú: a: Cạnh ngắn của ụ bản mặt (cm) b: Cạnh dài của ụ bản mặt (cm) pi : Cường độ ỏp lực thủy tĩnh tại tõm của ụ bản mặt được xột (daN/cm2) Ru : Cường độ chịu uốn của thộp làm bản mặt (daN/cm2) * Khi ụ cú cạnh dài < 2 lần cạnh ngắn: ễ được tớnh như tấm tựa trờn 4 cạnh. Trường hợp này chiều dầy bản mặt được xỏc định theo cụng thức: = Trong đú: a: Cạnh ngắn của ụ bản mặt (cm) pi : Cường độ ỏp lực thủy tĩnh tại tõm của ụ bản mặt được xột (daN/cm2) Ru : Cường độ chịu uốn của thộp làm bản mặt (daN/cm2) : Hệ số phụ thuộc vào tỷ số b/a Để tớnh toỏn ta lập bảng tớnh như sau: Bảng 1 Số hiệu ụ 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 trờn và xột đến điều kiện ăn mũn ta chọn chiều dày bản mặt: = 10 mm Hỡnh 4 2. Tớnh toỏn dầm phụ dọc Dầm phụ truyền lực lờn dàn ngang. Dầm phụ dọc được tớnh như dầm liờn tục hoặc dầm đơn tựy thuộc cỏch bố trớ dầm phụ. Với cỏch bố trớ dầm phụ dọc bằng mặt với cỏnh thượng của dàn ngang, dầm phụ dọc được tớnh như dầm đơn, nhịp là khoảng cỏch giữa hai giàn ngang và chịu tải trọng phõn bố đều cú cường độ là: qi = pibi = pi daN/cm2 Trong đú: at: Khoảng cỏch từ dầm đang xột đến dầm trờn nú. ad: Khoảng cỏch từ dầm đang xột đến dầm dưới nú. pi: Áp lực thủy tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm2). Chiều dài dầm phụ: Lf = B = 2.875 m → Ta cú bảng kết quả tớnh toỏn 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 trờn, ta thấy dầm số 5 là dầm chịu lực lớn nhất ( 26.97 kN/m ), cỏch mặt nước 4.35 m. Vậy ta tớnh toỏn cho dầm này. * Mụ men uốn lớn nhất trong dầm phụ dọc: (daN.cm) * Mụ men chống uốn theo yờu cầu của dầm phụ dọc: ( cm3 ) Hỡnh 5 Từ Wyc, tra thộp định hỡnh chữ [ (cú xột đến bản mặt tham gia chịu lực), ta chọn thộp chữ [ số hiệu N022 cú cỏc đặc trưng sau: h = 22 cm bc = 82 mm zo = 2.21 cm F = 26.7 cm2 Jx = 2110 cm4 Wx = 192 cm3 Vỡ dầm phụ hàn vào bản mặt nờn phải xột đến bản mặt cựng tham gia chịu lực (hỡnh 6), bề rộng của bản mặt tham gia chịu lực với dầm phụ lấy bằng giỏ trị nhỏ nhất trong cỏc giỏ trị sau đõy: b≤ bc + 2c = bc + 2ì25= 8.2 + 2ì 25ì 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 = 0.3ì 287.5 = 86.25 cm ( B: nhịp dầm phụ ) → Chọn b = 58 cm * Tớnh toỏn đặc trưng hỡnh học của mặt cắt ghộp: Hỡnh 6 +/ F = Fc + Fbm = 26.7+ 58 x1= 84.7 cm2 +/ yc = m = 7.87 cm +/ Jx = Jc + Jbm = + + + = 2110 + 26.7ì 7.872 + = 4532.809 cm4 +/ Wxn = cm3 *Kiểm tra dầm phụ đó chọn: = 1276.037 daN/cm2 < Ru = 1565 daN/cm2 * Kiểm tra độ vừng: KL: Tiết diện dầm phụ [N022 đó chọn ở trờn là hợp lý 3. Tớnh toỏn dầm chớnh Trong mục 1 phần I đó chọn chiều cao dầm chớnh: h = 124 cm * Xỏc định kớch 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 * Xỏc định kớch thước bản cỏnh: - Xỏc định chiều dầy bản cỏnh: = 2 cm Chiều dầy bản cỏnh lấy theo kinh nghiệm: = 2.48 cm → Như vậy chọn cm là hợp lý. (Bội số của 2 mm) → Chiều cao của dầm chớnh: h = hb + 2= 120 + 2ì 2.6 = 125 cm Khoảng cỏch trung tõm giữa hai bản cỏnh: hc = hb + = 120 + 2.6 = 124.6 cm - Xỏc định bề rộng bản cỏnh: Cú: Jc = Wyc - = 9212.1 ì - = 431756.25 cm4 → bc = = 21.39 cm Thụng thường: bc = (= 25 ữ 41.6 cm → Chọn bc = 25 cm * Đặc trưng hỡnh học của dầm chớnh: F1 =+ 2= 120 ì 1 + 2ì 25ì 2.6 = 250 cm2 = = 613010.42 cm4 yc y xo x b bc hb dc d h Vỡ dầm chớnh hàn vào bản mặt nờn phải xột tới bản mặt cựng tham gia chịu uốn với dầm chớnh. Bề rộng b của bản mặt cựng tham gia chịu lực với dầm chớnh phải thỏa món cỏc điều kiện sau: b≤ 0.5(at + ad) = 0.5ì (59 + 56) = 57.5 cm b≤ bc + 50= 25 +50ì1 = 75 cm b≤ 0.3L = 0.3ì11.5 = 3.45 m = 345 cm Vậy chọn b = 57 cm * Kiểm tra lại tiết diện đó chọn xột đến phần bản mặt cựng tham gia chịu lực với dầm chớnh : a/ Xỏc định cỏc đặc trưng hỡnh học của tiết diện ghộp Gọi yc là khoảng cỏch từ trục x (Trục quỏn tớnh chớnh trung tõm của tiết diện tớnh toỏn) đến trục x0 (Trục quỏn tớnh chớnh trung tõm của dầm I đối xứng) yc= = cm Jx= + F1ì + + = 613010.42 + 250 ì11.702 + = 797244.0 cm4 - Kiểm tra kớch thước dầm chớnh đó chọn theo điều kiện về ứng suất phỏp: = 1277.50 daN/cm2 Ta thấy: = 1277.50 daN/cm2 < 0.85Ru = 0.85ì1565 = 1330.25 daN/cm2 Vậy tiết diện dầm chớnh vừa chọn thỏa món điều kiện về ứng suất phỏp. Trong thiết kế ta để dư ra khoảng 15% ứng suất để xột tới bản cỏnh của dầm chớnh cũn phải chịu trọng lượng bản thõn của cửa van khi nú là thanh cỏnh trờn và cỏnh dưới của giàn chịu trọng lượng. - Gúc thoỏt nước: = 0.30→ = 16041’ < 300 Vậy bản bụng của dầm chớnh cần phải khoột lỗ. Diện tớch lỗ khoột ≥ 20% diện tớch bề mặt bản bụng. b/ Thay đổi tiết diện dầm chớnh: Để tiết kiệm thộp và để giảm bớt bề rộng rónh van nờn dựng dầm chớnh cú chiều cao thay đổi (Hỡnh 8). Trong cửa van vỡ yờu cầu giàn ngang khụng thay đổi nờn điểm đổi tiết diện phải bắt đầu từ vị trớ giàn ngang ngoài cựng ở hai bờn. 124 cm 62 cm Hỡnh 8 Chiều cao tiết diện dầm chớnh tại gối dầm lấy bằng: ho = 0.6h = 0.5ì125 = 62.5 cm (Thường được lấy bằng (0,4 á0,5)h, trong đú h là chiều cao dầm chớnh giữa nhịp). → Chọn h0 = 62 cm. c/ Kiểm tra ứng suất tiếp: Kiểm tra ứng suất tiếp tại tiết diện đầu dầm chớnh tớnh như sau: ≤ Rc Trong đú: + : Mụ men quỏn tớnh của tiết diện đầu dầm + : Mụ men tĩnh của tiết diện đầu dầm. Tớnh toỏn cỏc đặc trưng hỡnh học của tiết diện tại gối dầm (hỡnh 9) Hỡnh 9 Ta cú: cm Ta cú : = 23888.41 cm4 = 35749.8cm4 = 101761.20 cm4 = 38655.40 cm4 < Vậy suy ra : cm4 25ì 2.6ì (2.5/2 +31 + 8.06) + (31 + 8.06)ì 1ì (31 + 8.06)ì 0.5 = 3383 cm3 → daN/cm2 < Rc = 895 daN/cm2 Vậy dầm chớnh khụng bị phỏ hoại do ứng suất tiếp d/ Kiểm tra độ vừng Khi kiểm tra độ vừng cần xột tới dầm chớnh thay đổi tiết diện → = < Vậy dầm chớnh thỏa món điều kiện về độ vừng. e/ Tớnh liờn kết giữa bản cỏnh và bản bụng dầm: ≥ Trong đú: += 0.7 đối với hàn tay hoặc nửa tự động nhiều lượt. + : Mụ men tĩnh của bản cỏnh tiết diện gối dầm với trục X + : Mụ men quỏn tớnh của tiết diện gối đối với trục X + : Cường độ của đường hàn gúc (1045 daN/cm2) - Hàn tiờn tiến Hỡnh 10 Ta cú: = 25ì 2.6ì 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 chớnh > 100→ bản bụng dầm chớnh cần được gia cố bằng cỏc sườn chống đứng với khoảng cỏch a ≤ 2( hỡnh 11) - Vỡ khoảng cỏch giữa cỏc dàn ngang là : 287.5 cm > 2= 2ì 120 = 240 cm → Phải đặt thờm cỏc sườn đứng vào giữa cỏc dàn ngang. Như vậy khoảng cỏch giữa cỏc sườn đứng là : 1.4375 m. - Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ụ bản bụng dầm tớnh theo cụng thức sau: ≤ m = 0.72 Trong đú: +/ : Ứng suất phỏp tại mộp nộn của bản bụng dầm. +/ = 62 cm 1 2 4 3 Hỡnh 11 M: Mụ men lấy tại tõm của hỡnh vuụng cú cạnh là hb lệch về phớa mụ men lớn. Đối với ụ hỡnh thang số 1,2 (Hỡnh 11) ta coi như là hỡnh chữ nhật cú chiều cao bằng chiều cao trung bỡnh ở giữa ụ. y x d yb(-) yb Xỏc định cỏc giỏ trị ứng suất: +/ : Ứng suất phỏp trung bỡnh trong bản bụng dầm. = , với Q là lực cắt tại giữa ụ kiểm tra +/ : Ứng suất phỏp tới hạn. = daN/cm2 Trường hợp tiết diện khụng đối xứng, lấy bằng 2 lần chiều cao vựng nộn +/ : Ứng suất tiếp tới hạn daN/cm2 d: Cạnh ngắn hỡnh chữ nhật : Tỷ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn. Ta cần kiểm tra ổn định cục bộ cho 4 ụ dầm 1,2,3,4. Ở đõy ụ số 1 cú mụmen nhỏ và thoả món điều kiện bền của ứng suất tiếp do đú khụng cần kiểm tra ổn định cục bộ cho ụ số 1. Kiểm tra ổn định cục bộ cho ụ số 4. + Tớnh sth : sth = ko( daN/cm2 Lấy ko = 746; db =1cm hb = 2= sth = 746( daN/cm2 = 7994.38daN/cm2 +Tớnh tth : m= db=1cm; d = 120 cm; +Tớnh sb : sb = Trong đú : Jx = 797244.0 cm4 yb(-) = +Tớnh M: Ta cú : Z4M = M4 = = 1357.63 (KN.m) sb = = + Tớnh tb : tb = + Tớnh Q: ZQ4 = -= Q4 = tb = = Thay vào cụng thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được = = 0,11<0,72 Vậy ụ số 4 khụng bị mất ổn định. Kiểm tra ổn định cục bộ cho ụ số 3. + Tớnh sth : sth = ko( daN/cm2 Lấy ko = 746; db =1cm hb = 2= sth = 746( daN/cm2 = 7994.38daN/cm2 + Tớnh tth: m= db = 1cm; d = 120 cm; + Tớnh sb; sb = Trong đú : Jx = 797244.0 cm4 yb(-) = + Tớnh M: Ta cú : Z3M = M3 = = 1200 KN.m sb = = + Tớnh tb : tb = + Tớnh Q: ZQ3 = --= Q3 = tb = = Thay vào cụng thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được = = 0.14 < 0,72 Vậy ụ số 3 khụng bị mất ổn định. Kiểm tra ổn định cục bộ cho ụ số 2 : Theo talet ta cú: → h’ = 62+27.14 = 89.14 cm ễ dầm số 2 là ụ hỡnh thang nờn ta đưa về ụ dầm hỡnh chữ nhật để kiểm tra với chiều cao ụ dầm là htb = Chọn htb = 107 cm. Tớnh đặc trưng hỡnh học của tiết diện: Từ hỡnh vẽ ta cú : yc = Jx = + Tớnh sth : sth = ko( daN/cm2 Lấy ko = 746; db =1cm hb = 2= sth = 746( daN/cm2 = 11517.62 daN/cm2 + Tớnh tth : m= db=1cm; d = 101.8 cm; + Tớnh sb ; sb = + Trong đú : Jx = 575629 cm4 yb(-) = + Tớnh M : Ta cú : Z2M = M2 = = 896.29 KN.m sb = = + Tớnh tb : tb = + Tớnh Q : ZQ2 = -= Q2 = tb = = Thay vào cụng thức kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ ta được = = 0.18 < 0.72 Vậy ụ số 2 khụng bị mất ổn định. Vậy dầm chớnh ổn định cục bộ. 4. Tớnh toỏn giàn ngang a.Sơ đồ tớnh toỏn 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 Hỡnh 12 - Giàn ngang truyền lực lờn dầm chớnh nờn dầm chớnh là gối tựa của giàn ngang - Tải trọng: Giàn ngang chịu tỏc dụng của ỏp lực nước phõn bố theo quy luật tam giỏc - Gọi cỏcđiểm nỳt là 0,1,2,3,4,5, ứng với cỏc Pi (i=0,......5) - Xỏc định Pi theo nguyờn tắc phõn phối đũn bẩy, ỏp lực nước phõn bố giữa hai mắt dàn được đưa về mắt giàn ( Ở đõy ỏp lực nước phải nhõn thờm bề rộng B- khoảng cỏch giữa hai dàn ngang) - Nếu phõn cỏc biểu đồ ỏp lực nước hỡnh tam giỏc cú 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 tỏc dụng vào cỏc mắt dàn: P0= P1= P2=(kN) P3=(kN) P4= P5 == Kiểm tra lại ồPi = 41.4 + 86.043 + 134.000 + 123.726 + 42.772 = 427.941 KN %Sai số = = 1.6 %< 5% → Chấp nhận được Xỏc định nội lực trong cỏc thanh dàn bằng phương phỏp đồ giải Cremona.(cơ kết cấu tập I), sau đú kiểm tra lại nội lực một thanh bằng phương phỏp giải tớch (mặt cắt, tỏch mắt....) + Xỏc định phản lực ở 2 gối tựa 6 và 7. ồM7 = 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 ịR6 = 216.849 kN.(ơ). ịR7 = 434.844 - 216.849 = 217.995 kN(ơ). +/ Xỏc định nội lực trong cỏc thanh dàn: Tớnh chiều dài cỏc thanh dàn và cỏc gúc tga1 = tga2 = tga3 = Dựng phương phỏp tỏch mắt ta sẽ xỏc định được nội lực trong cỏc thanh dàn như sau: Ký hiệu thanh giàn Nội lực (kN) Trạng thỏi nội lực 0-1 13.246 Chịu kộo 1-2 13.246 Chịu kộo 0-8 14.935 Chịu nộn 1-8 41.40 Chịu nộn 8-2 44.805 Chịu nộn 8-7 59.741 Chịu kộo 2-7 48.155 Chịu nộn 2-3 26.492 Chịu nộn 7-3 281.466 Chịu nộn 7-6 253.583 Chịu kộo 3-4 291.548 Chịu nộn 3-6 90.439 Chịu kộo 4-5 291.548 Chịu nộn 4-6 127.726 Chịu nộn 5-6 46.808 Chịu nộn Chọn tiết diện thanh dàn và kiểm tra lại tiết diện chọn: +/ Chọn tiết diện cho thanh cỏnh thượng: Thanh cỏnh trờn thường dựng tiết diện chữ I. Thanh cỏnh thượng của dàn ngang ngoài lực chịu lực dọc (thường là chịu kộo) cũn chịu uốn do tải trọng ngang trực tiếp của ỏp lực nước cho nờn ta tớnh thanh cỏnh thượng như thanh chịu lực lệch tõm cú kể cả phần bản mặt cựng tham gia chịu lưc. Chọn thanh 3-4 để tớnh toỏn vỡ thanh cú lực dọc N= 291.548 kN lớn nhất thanh cỏnh thượng.và chiều dài lớn: l34 = 127 cm. Mômen uốn là: + Vẽ biểu đồ nội lực chúng ta tìm được giá trị mômen lớn nhất tại mặt cắt giữa nhịp có trị số : =9.547 kN.m + Xác định đặc trưng hình học của dầm Chọn tiết diện thanh cánh thượng là thép: I N014 ss Kiểm tra tiết diện đã chọn khi có sự tham gia chịu lực của bản mặt: Thoả mãn điều kiện về cường độ Chọn thép IN014 cho tất cả các thanh cánh thượng. Chọn tiết diện thanh cánh hạ: thanh 7-6 là thanh bất lợi nhất.vì thanh này có nội lực lớn nhất trong các thanh cánh hạ . L7-6 = 2.54 m , N7-6 = 253.583(kN). + Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có : Fyc = Giả thiết: bảng 5-1 + Chọn tiết diện thanh cánh hạ tiết diện chữ T được ghép bởi hai thép góc không đều cạnh :2L 100x63x10 . Tra bảng ta có : F1 = 15.5 cm2; rx1 = 3.15 cm; ry1 = 2.71 cm với Kiểm cho tiết diện vừa chọn: Độ mảnh thực của thép: Tra bảng 5-1 ta được jmin= 0,675 Vậy ta chọn thép góc 2L 100x63x10 , cho tất cả các thanh cánh hạ. Chọn tiết diện thanh bụng: Tính cho thanh bụng 7-3 thanh này có lực nén lớn nhất N7-3 = 281.466 (kN) L7-3 = 1.78 (m). + Xuất phát từ điều kiện ổn định ta có : Fyc = Giả thiết Chọn thanh bụng có mặt cắt chữ T ghép bởi 2 thép góc đều cạnh : 2L90x9,có: Kiểm tra tiết diện vừa chọn: Tra bảng thoả mãn . Vậy ta chọn thép góc 2L 90x9 , cho tất cả các thanh bụng. Tổng hợp các thanh thép được dùng trong giàn như bảng sau . Bảng Tổng hợp thép Ký hiệu thanh giàn lọai thép Trạng thái nội lực 01 I No14 Chịu kéo 08 2L 100x63x10 Chịu nén 12 I No14 Chịu kéo 18 2L90x9 Chịu nén 82 2L90x9 Chịu nén 87 2L 100x63x10 Chịu kéo 23 I No14 Chịu nén 27 Dầm chính Chịu nén 73 2L90x9 Chịu nén 76 2L 100x63x10 Chịu kéo 34 2I No14 Chịu nén 36 2L90x9 Chịu kéo 45 2I No14 Chịu nén 46 Dầm chính Chịu nén 56 2L 100x63x10 Chịu nén 5. Tớnh toỏn giàn chịu trọng lượng Hỡnh 15 Vỡ dầm chớnh cú chiều cao thay đổi nờn giàn chịu trọng lượng là một giàn góy khỳc, nhưng để đơn giản cho việc tớnh toỏn, ta coi là giàn phẳng cú nhịp tớnh toỏn = nhịp tớnh toỏn của dầm chớnh. a. Xỏc định trọng lượng cửa van: Xỏc định trọng lượng cửa van theo cụng thức gần đỳng sau: G = 0.55ì F (kN) Trong đú: F: Diện tớch chịu ỏp lực nước của cửa van, tớnh bằng m2 F = L ì H = 11ì 5.5 = 60.5 m2 → G = 0.55ì 60.5= 258.819 kN G: trọng lượng cửa van được phõn bố lờn mặt phẳng phớa trước (bản mặt) và mặt phẳng phớa sau (dàn chịu trọng lượng) (KN). Gọi G1 là trọng lượng bản thõn cửa van phõn cho phần dàn chịu trọng lượng. Để an toàn coi atr = af nờn G1 = 0,5G Trong đú : atr, af là chiều dài khoảng mắt dàn ở phớa trỏi và phớa phải mắt đang xột; G1 = 0.5 x 258.819 = 129.410 kN. Sơ đồ tớnh toỏn: Dàn chịu trọng lượng thực tế khụng phải là dàn phẳng vỡ tiết diện dầm chớnh cú thay đổi từ đầu dầm ra giữa dầm, để đơn giản ta cú thể coi là dàn phẳng, gối tựa của dàn tại vị trớ cột biờn, nhịp dàn là L = 11.5 m. Tải trọng tớnh toỏn : trọng lượng G1 được đưa về cỏc mắt dàn, trong đú: =. = 16.176 kN. Xỏc định nội lực trong thanh dàn: Dựng phương phỏp đồ giải sau đú kiểm tra lại một thanh bằng phương phỏp giải tớch. 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 thỏi nội lực 1-2 3,125 72,54 Chịu nộn 2-3 3,125 96,72 Chịu nộn 3-4 3,125 96,72 Chịu nộn 4-5 3,125 72,54 Chịu nộn B-6 3,125 0 6-7 3,125 7254 Chịu kộo 7-8 3,125 72,54 Chịu kộo 8-A 3,125 0 1-A 3,06 94,72 Chịu nộn 2-8 3,06 71,04 Chịu nộn 3-7 3,06 47,36 Chịu nộn 4-6 3,06 71,04 Chịu nộn 5-B 3,06 94,72 Chịu nộn 1-8 4,374 101,53 Chịu kộo 2-7 4,374 33,84 Chịu kộo 4-7 4,374 33,84 Chịu kộo 5-6 4,374 101,53 Chịu kộo Chọn tiết diện và kiểm tra lại tiết diện đó chọn : Thực tế chỉ cần tớnh thanh bụng đứng và xiờn vỡ hệ thanh cỏnh trờn và dưới là bản cỏnh của dầm chớnh (miềm kộo). Tớnh thanh bụng đứng phải kể đến ứng suất khi thanh đồng thời nằm trong dàn ngang đó tớnh ở phần trờn sau đú tổng hợp lại để nằm trong dàn ngang đó tớnh ở phần trờn, sau đú tổng hợp lại để xỏc định ứng suất trong thanh. - Chọn tiết diện cho thanh bụng xiờn: + Chọn tiết diện thanh xiờn : + Tớnh toỏn với thanh 1-8: N18=101,53(kN) L=4,374(m) Chọn lgt=150 => j=0,32 Fyc=(cm2) Chọn thộp 2G90x8 (R=10) cú 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 đó chọn là hợp lý +Kiểm tra thanh đứng: thanh 7-6 thộp 2L56x36x5 cú F=4,98cm2 s=sn+ sG≤R Với sn= sG= s=557,43+951=1508,4daN/cm2 Với sai số = Vậy tiết diện đó chọn là hợp lý 6-Tớnh toỏn trụ biên: Trụ biên chịu kéo đồng thời chịu uốn nên được tính như thanh kéo lệch tâm. Chọn tiết diện chữ I, chiều cao bản bụng trụ biên lấy bằng chiều cao bản bụng dầm chính tại đầu dầm, chiều lấy bằng chiều dày bản bụng dầm chính. Bề rộng bản cánh chọn đủ để bố trí bánh xe chịu lực, thường chọn bc = 400 mm. Chiều dày bản cánh bằng chiều dày bản cánh dầm chính. Đường hàn liên kết bản cánh và bản bụng lấy bằng 6 mm. Kích thước tiết diện chọn: y x 400 860 Đặc trưng hình học của tiết diện: Xác định tải trọng tác dụng lên trụ biên: Pi : áp lực do dầm phụ truyền tới. Pi = qi.B/2 = .g.hi.B/2. B= 3,125 (m). để thuận tiện cho việc tính toán ta lập bảng như 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 : áp lực do dầm chính truyền đến chính bằng phản lực gối tựa hai đầu dầm chính. + Q1 = Q2 = q.L/2 = 116,2.12,5/ 2 = 726,25 kN. G: trọng lượng bản thân: trọng lượng cửa van tính theo công thức gần đúng G = 0.55ì78=378,88 kN Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là N = 0,5.G = 0,5.378,88 =189,44kN; Mụ 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. Kiểm tra điều kiện cường độ: Thay vào điều kiện cường độ ta có s = daN/cm2 < R.m = 1512 daN/cm2 Tiết diện đã chọn thoả mãn điều kiện. 7.TÍNH TOÁN BÁNH XE CHỊU LỰC Bánh xe chịu lực là gối tựa di động chịu toàn bộ áp lực nước của van truyền đến, bánh xe cần đảm bảo truyền được áp lực lên trụ pin của công trình và vận hành an toàn .Khi tính toán dùng phương pháp tính toán theo ứng suất cho phép . Tính bề rộng và đường kính bánh xe: Tỉ số giữa đường kính và bề rộng bánh xe vào khoảng 3~5. Bánh xe được chế tạo bằng thép đúc CT35L. ứng suất trong bánh xe: nén con lăn []nén con lăn=120MN/m2: ứng suất cho phép khi nén theo đường kính con lăn (MN/m2 ). Dx: đường kính bánh xe chịu lực (0,6 – 1m). Px : lực tác dụng trên một bánh xe . Chọn: lx = 160 mm; Dx = 800 mm. Px = Ra =1015,55 (kN) Tính toán kích thước của trục và ống bọc trục: -ống bọc trục làm bằng đồng có [s]cbt = 250 daN/cm2 . Chọn khoảng cách giữa hai đoạn của ống bọc trục cách nhau d = 20 mm, chiều dài của ống bọc trục c = 250 mm Trục bánh xe làm bằng thép có đường kính d = 160 mm + Kiểm tra ứng suất cục bộ do tiếp xúc giữa trục và ống bọc trục: s = daN/cm2 [s]cbt = 250 daN/cm2 Ta thấy + Kiểm tra ứng suất ép cục bộ giữa trục và bản đệm . Bề dày của 2 bản thép cố định đầu trục d = 20 mm s = daN/cm2 < [s]cbt = 800 daN/cm2 + Kiểm tra ứng suất của trục : 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. ứng suất pháp: s = 1146,73 daN/cm2 < [s] = 1200 daN/cm2. ứng suất tiếp: t = = daN/cm2 < [t] = 750 daN/cm2 . Bánh xe ngược hướng và bánh xe bên làm bằng cao su đúc có đường kính 200mm và trục bánh xe có đường kính d = 40mm.( trang giỏo trỡnh KCT) 8.Vật chắn nước và bộ phận cố định: Vật chắn nước dưới đáy làm bằng gỗ, kích thước thanh gỗ có chiều rộng bằng chiều cao của dầm đáy và dùng bulông d = 18mm liên kết chặt vào dầm đáy, khoảng cách giữa các bulông dọc theo dầm đáy là 500mm. Đường ray của bánh xe chịu lực chế tạo bằng thép đúc CT3, chọn bề rộng của mặt ray = 180 mm, bề rộng của đế đường b = 230 mm; độ dày của bụng đường ray ; chiều cao h = 280mm; h1 = 110mm ( khoảng cách từ mép trên đường ray đến phần bản bụng hết lượn cong). ứng suất cục bộ trong bản bụng đường ray: ứng suất nén bê tông dưới đáy đường ray: Bộ phận cố định dưới vật chắn nước và dưới bánh xe dùng thép chữ IN020a. Tất cả các bộ phận cố định đều dùng cốt thép dài 600mm hàn vào cánh thép chữ I và chôn trong bê tông. Khoảng cách giữa các cốt thép neo này là 700mm. Trên mặt của bộ phận cố định hàn thêm vào một lớp thép không rỉ dày 5mm.