Luận văn Kết cấu thép 2

+++ Luận văn Kết cấu thép 2 Mục Lục Sè LIÖU THIÕT KÕ ThiÕt kÕ khung ngang nhµ c«ng nghiÖp mét tÇng, mét nhÞp víi c¸c sè liÖu cho ë b¶ng sau: STT L(m) H1(m) Q(T) B(m) i(%) Vïng giã §Þa h×nh 16 27 4,8 5 6 1/8 IIA - A B Tõ b¶ng sè liÖu trªn: -NhÞp khung ngang L = 27m -Cao tr×nh ®Ønh ray H1 = 4,8m -Søc n©ng cÇu trôc Q = 5T(nhµ cã 2 cÇu trôc ho¹t ®éng, chÕ ®é lµm viÖc trung b×nh) -B­íc khung B = 6m -§é dèc cña m¸i i = 1/8 = 12,5% = 7,1250 -Ph©n vïng giã IIA-A -chiÒu dµi nhµ: 60 m -VËt liÖu thÐp m¸c CT34s cã c­êng ®é: f = 21 kN/cm2 fv = 12 kN/cm2 fc = 32 kN/cm2 -Hµn tay,dïng que hµn N42. -VËt liÖu bul«ng liªn kÕt vµ bul«ng neo tù chän. -Bª t«ng mãng cÊp ®é bÒn B20 (M250) I.ThiÕt kÕ xµ gå m¸i. 1.CÊu t¹o m¸i: -HÖ thèng m¸i thiÕt kÕ lµ m¸i nhÑ. T¶i träng t¸c dông lªn xµ gå m¸i gåm t¶i träng do c¸c líp m¸i truyÒn xuèng, vµ chÞu c¸c ho¹t t¶i söa ch÷a m¸i khi m¸i h­ háng hoÆc khi m¸i ®­îc b¶o d­ìng. + CÊu t¹o m¸i bao gåm c¸c líp: ·Líp m¸i: Gåm líp t«n ngoµi cïng, ë gi÷a lµ líp b«ng thuû tinh c¸ch nhiÖt vµ trong cïng lµ líp l­íi thÐp bªn trong Líp t«n sãng dµy 5mm. C¸c th«ng sè kü thuËt cña tÊm lîp m¸i(Bao gåm tÊt c¶ c¸c líp) ` Träng l­îng tiªu chuÈn gtc(Kg/m2) g Träng l­îng tÝnh to¸n gtt(Kg/m2) Líp t«n mói dµy 5 mm 4,68 1,05 4,914 Líp b«ng thuû tinh 5 1,2 6 Líp l­íi thÐp bªn trong 5 1,05 5,25 Tæng t¶i träng 14,68 16,164 • Xµ gå: Ta chän xµ gå ch÷ “ C ” lµ lo¹i xµ gå ®­îc chÕ t¹o tõ thÐp c¸n nguéi cho toµn bé dÇm ngang vµ cét. Chän kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c xµ gå lµ 1,5m. Do xµ gå cã ®é cøng bÐ khi chÞu uèn theo ph­¬ng x-x do qy g©y nªn, v× vËy ®Ó t¨ng ®é æn ®Þnh ngoµi mÆt ph¼ng uèn, ta cÊu t¹o hÖ gi»ng xµ gå b»ng thÐp trßn cã t¨ng ®¬ hoÆc bul«ng 16 - 22. HÖ gi»ng chia ®«i nhÞp cña xµ gå. *Tính xà gồ chữ C: Víi b­íc cét B = 6 m ta s¬ bé chän lo¹i xµ gå: 6CS2,5´070 cã c¸c th«ng sè sau: Sè hiÖu Ix (cm4) x0 (cm) Iy (cm4) D (mm) B (mm) ChiÒu dÇy (mm) DiÖn tÝch (cm2) Träng l­îng (kN/m) 6CS2,5´070 195,2 2,04 30,34 150 64 1,8 5,39 0,0419 2. T¶i träng t¸c dông lªn xµ gå: T¶i träng t¸c dông lªn xµ gå gåm: t¶i träng t«n lîp m¸i, t¶i träng líp c¸ch nhiÖt, t¶i träng b¶n th©n xµ gå vµ t¶i träng do ho¹t t¶i söa ch÷a m¸i. · TÜnh t¶i m¸i: Do träng l­îng kÕt cÊu m¸i truyÒn xuèng ®­îc tÝnh to¸n vµ thµnh lËp b¶ng d­íi ®©y: C¸c líp vËt liÖu m¸i HÖ sè v­ît t¶i T¶i träng tiªu chuÈn(kN/m2) T¶i träng tÝnh to¸n(kN/m2) T«n lîp m¸i - 0,1468 0,185 Xµ gå m¸i C 1,05 0,0419 0,044 · Ho¹t t¶i m¸i: Theo tiªu chuÈn TCVN 2737-1995[2],trÞ sè tiªu chuÈn cña ho¹t t¶i thi c«ng hoÆc söa ch÷a m¸i ( m¸i lîp t«n) lµ: , Víi hÖ sè v­ît t¶i n =1,3. T¶i träng tiªu chuÈn t¸c dông lªn xµ gå: víi . T¶i träng tÝnh to¸n t¸c dông lªn xµ gå: 2. KiÓm tra l¹i xµ gå võa chän: Xµ gå d­íi t¸c dông cña líp m¸i, träng l­îng b¶n th©n xµ gå vµ ho¹t t¶i s÷a ch÷a ®­îc tÝnh to¸n nh­ cÊu kiÖn chÞu uèn xiªn.Ta ph©n t¶i träng t¸c dông lªn xµ gå theo hai ph­¬ng. Víi trôc x-x t¹o víi ph­¬ng ngang gãc (®é dèc i = 12,5%).(cosα = 0,992; sinα = 0,124) S¬ ®å tÝnh xµ gå theo ph­¬ng x-x vµ ph­¬ng y-y Ta cã: =407,25 kN.cm =10 kN.cm + KiÓm tra theo ®iÒu kiÖn c­êng ®é: Tho¶ m·n ®iÒu kiÖn c­êng ®é. + KiÓm tra theo ®é vâng: §iÒu kiÖn: Ta cã: NhËn thÊy Tho¶ m·n ®iÒu kiÖn vÒ ®é vâng. VËy xµ gå ®· chän tho¶ m·n yªu cÇu. II. X¸c định kÝch thước chÝnh của khung ngang. 1. Theo phương đứng. *X¸c ®Þnh kÝch theo ph­¬ng ®øng: - ChiÒu cao H2 tõ ®Ønh ray cÇu trôc ®Õn ®¸y xµ ngang: H2 = Hk + b Trong ®ã: - HK: ChiÒu cao cÇu trôc Hk = 870mm - b : Khe hë an toµn gi÷a cÇu trôc vµ xµ ngang, lÊy b = 300 mm Þ H2 = 870 + 300 =1170 (mm) Chän H2= 1,2m - ChiÒu cao phÇn cét trªn tÝnh tõ vai cét ®ì dÇm cÇu trôc ®Õn ®¸y xµ ngang: Htr = H2 + Hdct + Hr hdct = chọn hdct = 0,7 m Trong ®ã: - Hdct: ChiÒu cao cña dÇm cÇu trôc, Hdct = 700 (mm) - Hr : ChiÒu cao cña ray, Hr = 300 (mm) Þ Htr = 1200 + 700 + 300 = 2200 (mm) - ChiÒu cao cét tÝnh tõ cao tr×nh mÆt nÒn ®Õn ®Ønh cét ( d­íi ®¸y xµ ngang) lµ: Hc = H1 + H2+ H3 Trong ®ã: - H1 : ChiÒu cao tõ mÆt nÒn ®Õn cao ®é mÆt ray (®Ò bµi cho H1=4,8m) - H3: PhÇn cét ch«n d­íi mÆt nÒn, lÊy H3 = 0 (mm) Hc = 4800 + 1200 + 0= 6000 (mm) - ChiÒu cao phÇn cét d­íi tÝnh tõ mÆt mãng ®Õn mÆt trªn cña vai cét: Hd = Hc - Htr = 6000 - 2200 = 3800 (mm) 2. Theo phương ngang. V× nhµ cã cÇu trôc víi søc n©ng Q=5T< 30T nªn coi trôc định vị trïng với mÐp ngoài của cột (a = 0) Nhịp của cầu trục là: l = 0,75 m - đối với sức trục < 30 T Chiều cao tiết diện cột chọn theo yªu cầu độ cứng : Chọn h = 40 cm . Kiểm tra khe hở giữa cầu trục và cột khung : (zmin tra theo catalo cÇu trôc) 3. Sơ đồ tÝnh khung ngang. Do sức n©ng của cầu trục kh«ng lớn nªn ta chọn phương ¸n cột tiết diện kh«ng đổi với độ cứng là I1. V× nhịp khung là 27m nªn chọn phương ¸n xà ngang cã tiết diện thay đổi h×nh nªm, dự kiến vị trÝ thay đổi tiết diện c¸ch đầu xà 4,5m. Với đoạn xà dài 4,5m, độ cứng ở đầu xà và cuối xà là I1 và I2 tương ứng (giả thiết độ cứng của xà và cột tại chỗ liªn kết xà-cột như nhau). Với đoạn xà dài 9m, độ cứng ở đầu và cuối xà giả thiết bằng I2 (tiết diện kh«ng đổi). Giả thiết sơ bộ tỷ số độ cứng (I2+I1 )/I1= 1,23 (tức là tiết diện của c¸c cấu kiện xà và cột được khai b¸o trong phần mềm SAP2000 chÝnh là c¸c tiết diện được chọn ). Do nhà cã cầu trục nªn chọn kiểu liªn kết giữa cột khung với mãng là ngàm tại mặt mãng. Liªn kết giữa cột với xà ngang và liªn kết tại đỉnh xà ngang là liªn kết ngàm. Trục cột khung lấy trïng với trục định vị để đơn giản ho¸ tÝnh to¸n và thiªn về an toàn. Sơ đồ tÝnh khung ngang như h×nh vẽ. S¬ ®å tÝnh khung ngang III. Tải trọng t¸c dụng lªn khung ngang. 1.T¶i träng th­êng xuyªn (tÜnh t¶i) Độ dốc m¸i i = 12,5%. T¶i träng th­êng xuyªn (tÜnh t¶i) t¸c dông lªn khung ngang bao gåm träng l­îng cña c¸c líp m¸i, träng l­îng b¶n th©n xµ gå, träng l­îng b¶n th©n khung ngang vµ dÇm cÇu trôc. -Träng l­îng b¶n th©n c¸c tÊm lîp , líp c¸ch nhiÖt, xµ gå m¸i lÊy b»ng 0,15kN/m2 -Trọng lượng bản th©n xµ ngang lÊy sơ bộ b»ng 1 KN/m Tæng tÜnh t¶i ph©n bè lªn t¸c dông lªn xµ ngang : qtt = - Träng l­îng b¶n th©n cña t«n t­êng vµ xµ gå t­êng lÊy t­¬ng tù nh­ víi m¸i chän lµ: 0,15 kN/m2,t¶i träng nµy quy vÒ lùc tËp trung ®Æt ë hai ®Çu ®Ønh cét nh­ sau: = -Träng l­îng b¶n th©n dÇm cÇu trôc chän s¬ bé lµ 1 kN/m .Quy thµnh lùc tËp trung vµ m«men lÖch t©m ®Æt t¹i cao tr×nh vai cét: Lùc tËp chung: Gdct = 1,05.1.6 = 6,3 KN. M« men: =6,3.(l - 0,5.h) = 6,3.(0,75 - 0,5.0,4) =3,465 KNm S¬ ®å tÝnh to¸n khung víi t¶i träng th­êng xuyªn(tÜnh t¶i) 2.Ho¹t t¶i: 2.1 Ho¹t t¶i söa ch÷a m¸i: Theo TCVN, trÞ sè tiªu chuÈn cña ho¹t t¶i thi c«ng hoÆc söa chöa m¸i (m¸i lîp t«n) lµ 0,3kN/m2, hÖ sè v­ît t¶i lµ 1,3. Quy ®æi vÒ t¶i träng ph©n bè ®Òu trªn xµ ngang nh­ h×nh vÏ: q = (kN/m) S¬ ®å tÝnh khung víi ho¹t t¶i m¸i 3. Tải trọng giã. Tải trọng giã t¸c dụng vào khung ngang gồm 2 thành phần là giã t¸c dụng vào cột và giã t¸c dụng trªn m¸i.Theo TCVN 2737-1995[3], ph©n vïng giã IIA-A cã ¸p lực giã tiªu chuẩn W0 = 0,83KN/m2, hệ số vượt tải là 1,2. Căn cứ vào h×nh dạng mặt bằng nhà và gãc dốc của m¸i, c¸c hệ số khÝ động cã thể x¸c định theo sơ đồ trong bảng III.3 phụ lục. Nội suy ta cã: => Néi suy tuyÕn tÝnh ®­îc Ce1 = - 0.195 Ce2 = -0,4 ; Ce3 = -0,5 T¶i träng giã tÝnh theo c«ng thøc: Víi: : lµ hÖ sè v­ît t¶i cña t¶i träng giã lÊy 1,2 : lµ ¸p lùc giã tiªu chuÈn , =0,83 KN/m2 k: HÖ sè quy ®æi xÐt ®Õn sù ph©n bè ¸p lùc giã c: HÖ sè khÝ ®éng B: B­íc khung b»ng 6 m. Tải trọng giã t¸c dụng lªn cột: Víi chiÒu cao cña cét H = 6 m tra b¶ngIII.2 (Cãnéi suy) ta ®­îc k= 1,092 PhÝa đãn giã: q1 = 1,2.0,83.1,092.0,8.6 = 5,22 KN/m PhÝa khuất giã: q2 = 1,2.0,83.1,092.0,5.6 = 3,26 KN/m Tải trọng giã t¸c dụng trªn m¸i: ChiÒu cao tõ nÒn lªn dÕn ®Ønh m¸i H=6,375m tra b¶ng III.2 (Cã néi suy) ta ®­îc k = 1,1 PhÝa đãn giã: q3 = 1,2.0,83.1,1.0,195.6 = 1,28 KN/m. PhÝa khuất giã: q4 = 1,2.0,83.1,1.0,4.6 = 2,629 KN/m. 4. Hoạt tải cầu trục. Theo bảng II.3 phụ lục, c¸c th«ng số cầu trôc søc n©ng 5 tấn nh­ sau: Nhịp Lk(m) Ch.cao Gabarit Hk(mm) Khoảng C¸ch Zmin(mm) Bềrộng Gabarit Bk(mm) Bềrộng иy Kk(mm) Søc trôc G(T) T.lượng Xe con Gxe(T) ¸p.lực Pmax (KN) ¸p.lực Pmin (KN) 25,5 870 180 4500 3800 9,7 0,495 49,8 23,7 Tải trọng cầu trục t¸c dụng lªn khung ngang bao gồm ¸p lực đứng và lực h·m ngang, x¸c định như sau: Áp lực đứng của cầu trục. Tải trọng thẳng đứng của b¸nh xe cầu trục t¸c dụng lªn cột th«ng qua dầm cầu trục được x¸c định bằng c¸ch dïng đường ảnh hưởng phản lực gối tựa của dầm và xếp c¸c b¸nh xe của 2 cầu trục s¸t nhau vào vị trÝ bất lợi nhất, x¸c định được c¸c tung độ yi của đường ảnh hưởng, từ đã x¸c định được ¸p lực thẳng đứng lớn nhất và nhỏ nhất của c¸c b¸nh xe cầu trục lªn cột: Đường ảnh hưởng để x¸c định Dmax, Dmin Ta cã: y1 = 1 Víi: nc lµ hÖ sè tæ hîp, nc = 0,85 khi xÐt t¶i träng do hai cÇu trôc chÕ ®é nhÑ hoÆc trung b×nh. lµ hÖ sè v­ît t¶i cña ho¹t t¶i cÇu trôc, = 1,1 C¸c lực Dmax và Dmin th«ng qua ray và dÇm cầu trục sẽ truyền vào vai cột, do đã sẽ lệch t©m so với trục cột là . Trị số của c¸c m« men lệch t©m tương ứng: Mmax = Dmax.e = 116,4.0,55 = 64,02 KN.m Mmin = Dmin.e = 55,398.0.55 = 30,469 KN.m Sơ đồ tÝnh khung với tải trọng đứng của cầu trục b) Lực h·m ngang của cầu trục. Lực h·m ngang tiªu chuẩn của 1 b¸nh xe cầu trục lªn ray: Víi: T0 lµ lùc h·m ngang cña toµn bé cÇu trôc, lµ hÖ sè ma s¸t, lÊy b»ng 0,1 víi cÇu trôc cã mãc mÒm. lµ sè b¸nh xe ë mét bªn cÇu trôc, =2 Lực h·m ngang của toàn cầu trục truyền lªn cột đặt vào cao tr×nh dầm h·m c¸ch vai cét 0,7 m : ChiÒu cao ®Æt lùc: 3,8+0,7=4,5 (m) S¬ ®å tÝnh khung víi lùc h·m ngang cña cÇu trôc IV. X¸c ®Þnh néi lùc, tæ hîp néi lùc. Nội lực trong khung ngang được x¸c định với từng trường hợp chất tải bằng phần mềm SAP2000 Version 10. Kết quả tÝnh to¸n được thể hiện dưới dạng c¸c biểu đồ và c¸c bảng thống kª nội lực. Dấu của nội lực được lấy theo quy định chung trong Sức bền vật liệu. Quy ước chiều dương của nội lực theo Sức bền vật liệu 1. S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu S¬ ®å tÝnh lµ hÖ khung ph¼ng, c¸c thanh liªn kÕt víi nhau b»ng c¸c nót cøng vµ ch©n cét liªn kÕt ngµm víi mãng: S¬ ®å tÝnh khung 2.Gi¶ thiÕt : TiÕt diÖn cét :hc = 50 cm ; bf = 25 cm; tf = 1,0 cm ;tw = 0,6 cm. TiÕt diÖn xµ 1 :hx = 50 cm ; bf = 25 cm; tf = 1,0 cm ;tw = 0,6 cm. tiÕt diÖn xµ 2 :hx = 28 cm ; bf = 25 cm; tf = 1,0 cm ;tw = 0,6 cm. D­íi ®©y thÓ hiÖn víi c¸c TH chÊt t¶i : Tr­êng hîp chÊt t¶i tÜnh t¶i Ho¹t t¶i m¸i tr¸i chÊt t¶i Ho¹t t¶i m¸i ph¶i chÊt t¶i Ho¹t t¶i c¶ m¸i chÊt t¶i ChÊt t¶i Giã tr¸i sang ChÊt t¶i Giã ph¶i sang ChÊt t¶i Dmax tr¸i ChÊt t¶i Dmax ph¶i ChÊt t¶i Lùc h·m tr¸i ChÊt t¶i Lùc h·m ph¶i *D­íi ®©y thÓ hiÖn h×nh d¹ng biÓu ®å néi lùc cho khung víi c¸c TH chÊt t¶i: Momen do tinh tai (M) Lực dọc do tinh tai (N) Lực cắt do tĩnh tải (V) Momen do hoat tai mái trái (M) Nội lực do hoạt tải mái trái (N) Lực cắt do hoạt tải mái trái (V) Momen do hoạt tải mái phải (M) Lực doc do hoạt tải mái phải (N) Lực cắt do hoạt tải mái phải (V) Momen do hoạt tải cả mái (M) Lực dọc do hoạt tải cả mái(N) Lực cắt do hoạt tải cả mái (V) Momen do hoạt tải gió trái (M) Lực dọc do hoạt tải gió trái (N) Lực cắt do hoạt tải gió trái (V) Momen do hoạt tải gió phải (M) Lực dọc do hoạt tải gió phải (N) Lực cắt do hoạt tải gió phải (V) Momen do Dmax trái (M) Lực dọc do Dmax trái (N) Lực cắt do Dmax trái (V) Momen do Dmax phải (M) Lực dọc do Dmax phải (N) Lực cắt do Dmax phải (V) Momen do lực hãm Tmax trái (M) Lực dọc do lực hãm Tmax trái (N) Lực cắt do lực hãm Tmax trái (V) Momen do lực hãm Tmax phải (M) Lực dọc do lực hãm Tmax phải (N) Lực cắt do lực hãm Tmax phải (V) 3. Tæ hîp néi lùc Tõ kÕt qu¶ tÝnh to¸n néi lùc nh­ trªn ta tiÕn hµnh lËp b¶ng tæ hîp néi lùc ®Ó t×m ra tr­êng hîp néi lùc bÊt lîi nhÊt ®Ó tÝnh to¸n tiÕt diÖn khung. Víi cét ta xÐt 4 tiÕt diÖn: ®Çu cét, vai cét (2 tiÕt diÖn), ch©n cét. Víi xµ ngang ta xÐt 3 tiÕt diÖn: ®Çu r­êng, 1/3 r­êng, ®Ønh r­êng. T¹i mçi tiÕt diÖn cã c¸c trÞ sè M, N, Q. Ta xÐt 2 lo¹i tæ hîp - Tæ hîp c¬ b¶n 1: gåm tÜnh t¶i th­êng xuyªn vµ 1 ho¹t t¶i. - Tæ hîp c¬ b¶n 2: gåm t¶i träng th­êng xuyªn vµ nhiÒu ho¹t t¶i nh©n víi hÖ sè tæ hîp 0.9. V. Thiết kế tiết diện cấu kiện. Thiết kế tiết diện xà ngang. a) Đoạn xà 4,5 m (tiết diện thay đổi). Xác định chiều dài tính toán. Với tỷ số độ cứng của xà và cột đã giả thiết là bằng nhau, ta có: . Vậy chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của xà xác định theo công thức: . Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán: M = - 245,7 KN. N = - 81,63 KNm. V = 56,16KN. Đây là cặp nội lực tại tiết diện đầu xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4 gây ra: Mô men chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức: Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu theo công thức sau với bề dày bản bụng xà chọn sợ bộ 0,6 cm: Chọn h = 50 cm. Kiểm tra lại bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt: Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang xác định theo công thức: Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn như sau: Chọn tf = 1,0 cm; bf = 25 cm. Tiết diện xà 4,5 m Tính lại các đặc trưng hình học: A = 0,6.48 + 2.(1,0.25) = 78,8cm2; ; . Tra bảng phụ lục IV.5 - với loại tiết diện số 5, ta có: ; Với ; nội suy 1,165 Không cần kiểm tra bền. Tại tiết diện đầu xà có mô men uốn và lực cắt cùng tác dụng nên cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: Trong đó: . . Ở trên: Sf là mô men tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x: . Vậy: Kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng: Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp (nên không phải đặt sườn dọc). Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp (nên không phải đặt sườn ngang). Bản bụng không bị mất ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất pháp và ứng suất tiếp (không phải kiểm tra các ô bụng). Vậy tiết diện xà đã chọn là đạt yêu cầu. b) Đoạn xà 9 m (tiết diện không đổi). Từ bảng tổ hợp nội lực chọn cặp nội lực tính toán: M = 71,86 KNm. N = -76,3 KN. V = -9,29 KN. Đây là cặp nội lực tại tiết diện cuối xà, trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1, 4 gây ra: Mô men chống uốn cần thiết của tiết diện xà ngang xác định theo công thức: Chiều cao của tiết diện xà xác định từ điều kiện tối ưu về chi phí vật liệu theo công thức sau với bề dày bản bụng xà chọn sợ bộ 0,6 cm: => Chọn h = 28 cm. Kiểm tra lại bề dày bản bụng từ điều kiện chịu cắt: Diện tích tiết diện cần thiết của bản cánh xà ngang xác định theo công thức: Theo các yêu cầu cấu tạo và ổn định cục bộ, kích thước tiết diện của bản cánh được chọn như sau: Chọn tf = 1,0 cm; bf = 25 cm. Tiết diện xà 9 m Tính lại các đặc trưng hình học: A = 0,6.25 + 2.(1,0.25) = 65cm2; ; . Do xà ngang có độ dốc nhỏ, nên ảnh hưởng của lực dọc thường không đáng kể so với mô men.vì vậy tiết diện sẽ được kiểm tra bền theo công thức sau: Tương tự trên, cần kiểm tra ứng suất tương đương tại chỗ tiếp xúc giữa bản cánh và bản bụng: Trong đó: . . Ở trên: Sf là mô men tĩnh của một cánh dầm đối với trục trung hoà x-x: . Vậy: Do tiết diện xà đã chọn có kích thước nhỏ hơn đoạn xà 4,5 m (tiết diện xà thay đổi) nên không cần kiểm tra ổn định cục bộ của bản cánh và bản bụng. VI. Thiết kế các chi tiết khác. 1. Liên kết cột và xà ngang. Cặp nội lực dùng để tính toán liên kết là cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đầu xà. Từ bảng tổ hợp chọn được: M = -245,74 KNm. N = -81,63 KN. V = 56,16 KN. Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4 gây ra, Trình tự tính toán như sau: Ph©n tÝch liªn kÕt: Liªn kÕt nèi ®Ønh cét vµ r­êng cã thÓ dïng liªn kÕt bul«ng, liªn kÕt hµn, liªn kÕt ®inh t¸n. Do r­êng m¸i cã chiÒu dµi lín nªn th­êng ®­îc khuyÕch ®¹i trªn c«ng tr­êng nªn nÕu dïng liªn kÕt hµn hoÆc ®inh t¸n th× rÊt khã kh¨n cho viÖc thi c«ng vµ chÊt l­îng ®­êng hµn kh«ng ®¶m b¶o. V× vËy ng­êi ta th­êng dïng liªn kÕt bul«ng c­êng ®é cao cã mÆt bÝch. Mét kÕt cÊu khung nhµ c«ng nghiÖp mét tÇng cã tiÕt diÖn ch÷ I ®­îc liªn kÕt khuyÕch ®¹i t¹i c«ng tr­êng b»ng bu l«ng chÞu t¸c dông nh­ h×nh vÏ: Nh­ vËy liªn kÕt chÞu ®ång thêi m«men, lùc c¾t, lùc däc. Qua tham kh¶o sù ph©n tÝch vµ tÝnh to¸n cña mét sè n­íc trªn thÕ giíi thÊy r»ng viÖc tÝnh to¸n chÞu c¾t c¬ b¶n gièng nhau nh­ng tÝnh to¸n liªn kÕt chÞu m«men th× kh¸c nhau nhiÒu. Sau ®©y ta sÏ ph©n tÝch sù lµm viÖc cña liªn kÕt chÞu m«men: Nh­ h×nh vÏ trªn tr×nh bµy mét liªn kÕt mÆt bÝch víi 2 hµng bu l«ng chÞu m«men M. khi ch­a chÞu t¶i träng th× øng suÊt nÐn trªn mÆt bÝch vµ øng suÊt kÐo trong bu l«ng do siÕt chÆt lµ ph©n bè ®Òu. Khi liªn kÕt chÞu m«men th× trªn mÆt bÝch diÖn chÞu øng suÊt nÐn gi¶m. TiÕp tôc t¨ng m«men lín h¬n th× diÖn chÞu øng suÊt nÐn trªn mÆt bÝch cµng bÞ thu hÑp l¹i vµ lµm t¨ng lùc kÐo trong bu l«ng ë d·y ngoµi cïng. Khi øng suÊt trong bul«ng ngoµi cïng ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i giíi h¹n ch¶y, nÕu tiÕp tôc t¨ng m«men ®Õn c¸c bul«ng cßn l¹i trong phÇn chÞu kÐo còng ®¹t giíi h¹n ch¶y. NÕu ph©n tÝch dùa trªn sù ph©n bè ¸p lùc (vïng diÖn tÝch øng suÊt chÞu nÐn vµ vïng øng víi sù chÞu kÐo cña bul«ng) ta cÇn ph¶i x¸c ®Þnh trôc trung hoµ cña liªn kÕt. Trôc trung hoµ n»m trªn ®­êng th¼ng ®i qua träng t©m tiÕt diÖn bao gåm c¸c bu l«ng ë phÝa chÞu kÐo vµ diÖn tÝch phÇn chÞu nÐn ë phÝa ®èi diÖn. Cã nhiÒu c¸ch quan niÖm nh×n nhËn kh¸c nhau vÒ vÞ trÝ trôc trung hoµ. ë ®©y ta tÝnh theo quan ®iÓm cña hiÖp héi kÕt cÊu Anh Quèc (British construction steel works association) vÒ trôc trung hoµ (®ang ¸p dông ë ViÖt Nam). Cho r»ng trôc trung hoµ ®i qua träng t©m cña hµng bu l«ng ngoµi cïng (hµng bu l«ng chÞu kÐo Ýt h¬n). a) Tính toán bu lông liên kết. Chọn bu lông cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bu lông dự kiến là d=24 mm (lỗ loại C). Bố trí bu lông thành 2 dãy với khoảng cách giữa các bu lông tuân thủ các quy định trong bảng I.13 phụ lục (Hình 3.28a). Phía ngoài của cột bố trí một cặp sườn gia cường cho mặt bích với kích thước lấy như sau: Bề dày: chọn ts = tf = 1cm. Bề rộng (phụ thuộc vào kích thước của mặt bích) ® chọn ls = 10,5 cm. Chiều cao: hs =1,5ls = 1,5.10,5 = 15,75 cm ® chọn hs = 16 cm. Khả năng chịu kéo của một bu lông: [N]tb = ftb.Abn = 40.3,52 = 140,8 KN. Trong đó: ftb – cường độ tính toán chịu kéo của bu lông (Bảng I.9 phụ lục), ftb = 400 N/mm2 = 40 KN/cm2; Abn – diện tích tiết diện thực của thân bu lông (Bảng I.11 phụ lục), Abn = 3,52 cm2; Khả năng chịu trượt của một bu lông cường độ cao: . Trong đó: fhb – cường độ tính toán chịu kéo của vật liệu bu lông cường độ cao trong liên kết ma sát, fhb = 0,7fub; fub – cường độ kéo đứt tiêu chuẩn của vật liệu bu lông (Bảng I.12 phụ lục), fub = 1100 N/mm2 = 110 KN/cm2 (với mác thép 40Cr); A – diện tích tiết diện của thân bu lông, ; gb1 – hệ số điều kiện làm việc của liên kết, gb1 = 1 do số bu lông trong liên kết n = 14>10; m,gb2 – hệ số ma sát và hệ số độ tin cậy của liên kết. Với giả thiết là không gia công bề mặt cấu kiện nên theo [1]: m = 0,25, gb2 = 1,7; nf – số lượng mặt ma sát của liên kết, nf = 1. Theo điều 6.2.5 TCXDVN 338-2005[1], trong trường hợp bu lông chịu cắt và kéo đồng thời thì cần kiểm tra các điều kiện chịu cắt và chịu kéo riêng biệt. Ta có, lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy ngoài cùng do mô men và lực dọc phân vào (do mô men có dấu âm nên coi tâm quay trùng với dãy bu lông phía trong cùng): (Ở trên lấy dấu trừ vì N là lực nén). Do Nbmax = 75,81 KN < [N]tb = 140,8 KN nên các bu lông đủ khả năng chịu lực. Kiểm tra khả năng chịu cắt của các bu lông theo công thức sau: . b) Tính toán mặt bích. Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: ; . ® chọn t = 2 cm. c) Tính toán đường hàn liên kết tiết diện cột (xà ngang) với mặt bích. Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả ở sườn): Lực kéo trong bản cánh ngoài do mô men và lực dọc phân vào: . Vậy chiều cao cần thiết của các đường hàn này là: . Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích (coi các đường hàn này chịu lực cắt lớn nhất ở đỉnh cột xác định từ bảng tổ hợp nội lực): . Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn trong liên kết là hf = 7 mm. 2. Mối nối đỉnh xà. Trong bảng tổ hợp chọn cặp gây kéo nhiều nhất cho các bu lông tại tiết diện đỉnh xà (đỉnh mái): M = 71,86 KN N = -76,3 KNm V = -9,29KN. Đây là cặp nội lực trong tổ hợp nội lực do các trường hợp tải trọng 1,4 gây ra. Tương tự trên, chọn bu lông cường độ cao cấp bền 8.8, đường kính bu lông dự kiến là d = 20 mm (lỗ loại C). Bố trí bu lông thành 2 hàng. Ở phía ngoài của 2 bản cánh xà ngang bố trí 2 cặp sườn gia cường cho mặt bích, kích thước như sau: Bề dày: ts = 1 cm. Chiều cao: hs = 10,5 cm. Bề rộng: ls = 1,5hs = 1,5.10,5 = 15,75 cm ® Chọn ls = 16 cm. Lực kéo tác dụng vào một bu lông ở dãy dưới cùng do mô men và lực dọc phân vào (do mô men có dấu dương nên coi tâm quay trùng với dãy bu lông phía trên cùng): (Ở trên: do độ dốc mái i = 1/8 nên sina = 0,124; cosa = 0,992). Khả năng chịu cắt của các bu lông được kiểm tra theo công thức: . Bề dày mặt bích xác định từ điều kiện chịu uốn: ; . ® chọn t = 1cm. Tổng chiều dài tính toán của các đường hàn phía cánh ngoài (kể cả ở sườn): Lực kéo trong bản cánh dưới do mô men, lực dọc và lực cắt gây ra: Vậy chiều cao của các đường hàn này là: . Chiều cao cần thiết của các đường hàn liên kết bản bụng cột với mặt bích: . Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn trong liên kết là hf = 6mm. 3. Mối nối xà (ở nhịp). Việc tính toán và cấu tạo mối nối xà là hoàn toàn tương tự trên. Do tiết diện xà ngang tại vị trí nối giống như tại đỉnh mái và nội lực tại chỗ nối xà nhỏ hơn nên không cần tính toán kiểm tra mối nối. Cấu tạo liên kết như hình vẽ. 6. Liên kết bản cánh với bản bụng cột và xà ngang. Lực cắt lớn nhất trong xà ngang là tại tiết diện đầu xà Vmax = 56,16 KN.Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết giữa bản cánh và bản bụng xà ngang là: . Kết hợp cấu tạo, chọn chiều cao đường hàn hf = 0,6 cm. Tiến hành tương tự, chọn chiều cao đường hàn liên kết bản cánh với bản bụng cột là hf = 0,6 cm.