SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh
Chấn
TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP
1. Sơ Lược Về Vật Liệu Và Cấu Tạo Kết Cấu Của Cầu Trục
1.1 Giới thiệu chung kết cấu thép:
Kết cấu thép là các kết cấu chòu lực của công trình làm bằng thép
hoặc bằng kim loại khác nói chung. Kết cấu thép ngày càng được sử dụng
rộng rãi trong ngành công nghiệp hiện đại . Chính là nhờ kết cấu thép có
những ưu điểm nổi bật: bền, gọn nhẹ, năng động dễ lắp ráp hoặc vận
chuyển, tính công nghiệp hóa cao, không thấm nước, chất lỏng và không
khí. Bên cạnh đó khi làm việc trong không khí ẩm, hay nhiệt độ cao thì
cần quét thêm lớp sơn chống rỉ, chống cháy hoặc lớp bêtông bảo vệ bên
ngoài.
Phạm vi sử dụng của kết cấu thép rất rộng rãi: trong xây dựng nhà
cửa, cầu đường, trong các kết cấu khung tháp cao, dùng làm bể chứa… và
đặt biệt là dùng trong khung sàn, bệ đỡ của các máy nâng chuyển…
Khi sử dụng kết cấu thép phải đáp ứng các yêu cầu về độ bền, độ
cứng khả năng chòu lực. Hình dáng kết cấu phải hợp lí và tính thẩm mỹ
cao. Về mặt kinh tế thì kết cấu thép phải đảm bảo tiết kiệm vật liệu, tính
công nghệ khi chế tạo và tính lắp ráp cơ động. Chính vì thế ta phải tính
toán kết cấu thép để so sánh với máy mẫu và tìm ra kết cấu hợp lí nhất,
tiết kiệm nhất.
Các thông số kó thuật cơ bản vật liệu chế tạo:
- Khẩu độ : L = 28m
- Sức nâng : Q = 20T
- Chiều cao nâng : H = 10 m
- Trọng lượng cầu :G=22T
- Vận tốc nâng :Vn=20m/phút
- Tốc độ di chuyển cổng : v
dc
= 60 m/ph

2
.
+ Môđun đàn hồi trượt : G = 0,81.10
6
KG/cm
2
.
+ Giới hạn chảy : σ
ch
= 2800 KG/cm
2
.
+ Độ giãn dài khi đứt : ε = 21%.
+ Khối lượng riêng : γ = 7,83 T/m
3
.
+ Giới hạn bền : σ
b
= 4200 kG/cm
2
.
+ Độ dai va đập : a
k
= 100 J/cm
2
.
+ Độ bền cơ học đảm bảo.
+ Tính dẻo cao.
+ Tính hàn tốt ( dễ hàn ).
Đối với các thanh phụ không chòu tải, dàn bảo vệ, tay vòn, sàn lát… có

20
1
10
1
20
1
10
1






÷=






÷ L
Chọn h=1800m
Chiều dày tấm thành:δ
t
=6mm
Chiều dày của thành biên: δ
b
=27mm.
Chiều cao của thành dầm: h


Hình 25: Dầm dưới.
2.3. Các kích thước cơ bản của dầm đầu.
27
6
10
1800
600
680
Hình 26: Chân cổng phía trên.
- 4 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh
Chấn
3. Đặc Trưng Hình Học Của Tiết Diện:
3.1 Dầm chính
- Tấm biên trên và biên dưới được chế tạo từ các tấm thép có chiều
dày 16mm, chiều dài 7000mm và chiều rộng 1400mm.
- Tấm thành được chế tạo từ các tấm thép có chiều dày 12mm, chiều
dài 7000mm và chiều rộng 1800mm.
- Momen quán tính của tiết diện:
12
.1768
.2)
2
680.(.2
12
.
.2
2
3

10
mm
4
.
12
.
.2)
2
270.(.2
12
.1768
.2
1
3
2
2
2
3
2
δ
δδ
o
y
B
FJ +++=
J
y
=
( )
( )

=31,56.10
6
mm
3
W
y
=
680
10.47,0.2
10
=
B
J
y
W
y
=13,8.10
6
mm
3
.
3.1 Đầu dầm chính và dầm đầu
- Dầm đầu có kết cấu hộp giống như dầm chính, chiều dài dầm đầu là
1800mm, chiều cao la 900mm và cũng được chế tạo từ các tấm thép
giống như dầm chính.
- 5 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh
Chấn
- Momen quán tính của tiết diện:
12

16.500
.2
3
2
3
++
J
x
=0,44.10
10
mm
4
.
12
.
.2)
2
270.(.2
12
.868
.2
1
3
2
2
2
3
2
δ
δδ

900
10.44,0.2
10
=
H
J
x
W
x
=9,8.10
6
mm
3
W
y
=
500
10.15,0.2
9
=
B
J
y
W
y
=6.10
6
mm
3
.

II
a
II
b
II
c
Tải trọng bản thân cấu kiện G G k
'
T
.G G k
T
.G G
Trọng lượng xe con: G
x
G
x
k
'
T
.G
x
G
x
k
T
.G
x
G
x
Trọng lượng hàng kể cả thiết bò

a
: Cầu trục đứng yên, nâng hàng từ mặt nền hoặc hãm khi đang
hạ hàng với nửa tốc độ(I
a
) và cả tốc độ(II
a
).
•I
b
,II
b
: Cầu trục mang hàng di chuyển tiến hành phanh cầu trục từ
từ(I
b
) và phanh đột ngột (IIb).
•II
c
: Cầu trục đứng yên, khởi động hoặc hãm xe con mang hàng trên
cầu. Trường hợp này dùng để tính dầm đầu.
- Trong trường hợp này ta sẽ tính kết cấu kim loại cầu trục theo độ bền
và ổn đònh.
- Với các trường hợp cần phải tính là II
a
,II
b
,II
c
4.1. Tải trọng không di động.
- Tải này do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát,hàng rào
kiểm tra, ray, trục truyền của cơ cấu di chuyển… được xem như phân bố


+ 7,63
20
2,1*4,5526
1,1
20
2,1*
ray
m
m
q=434,8 kG/m.
Với K
1
=1,1: hệ số điều chỉnh kể đến hiện tượng va đập khi di chuyển
theo trang 96,[1] ứng với V
c
=60m/ph.
Sơ bộ tính trọng lượng bản thân dầm đầu cầu trục:
m
c
=2.5.7850.(0,3.0,012+0,868.0,008)
m
c
=683,2 kG.
=>q
c
=
5
2,683
=136,6 kG/m

:
k
t
.G
x
= 1,2 x 10000 = 12000 kG
- Trọng lượng hàng nâng có kể đến hệ số động ψ
II
:
ψ
II
.Q = 1,48 x 25000 = 37000 kG
Trọng lượng hàng nâng có kể đến hệ số va đập k
t
:
- 8 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh
Chấn
=> k
t
.Q = 1,2 x 25000 = 30000 kG
- Lực quán tính khi di chuyển cầu trục có gia tốc:
Khi cần trục di chuyển có gia tốc ( khởi động , hãm , thay đổi vận tốc )
sẽ làm phát sinh lực quán tính . Tải trọng quán tính lớn nhất có thể xảy ra
trong trường hợp này có phương trùng với phương chuyển động của cổng
trục, có giá trò được xác đònh bằng P
qt
max
.
t

QGP
xecon
qt
).( +=
(2)
Trong đó :
v : vận tốc di chuyển xe con: v = 25m/ph
t: thời gian phanh xe con t = (3÷8 )s , ta chọn t = 4 s
G : trọng lượng xe con : 10000 kG
Q : trọng lượng hàng: 25000 kG
)(3646
4.60
25
).1000025000( kGP
xecon
qt
=+=
P
xe con
qt
: có phương dọc theo dầm chính.
- Lực sườn R:
- Khi cầu trục di chuyển lệch trên đường ray sẽ xuất hiện lực sườn R.
Lực này đặt vào gờ bánh xe theo phương vuông góc với phương di
chuyển của cổng trục. Giá trò R được xác đònh : theo [5]
R=0,15xN
N: áp lực của một bánh xe cầu: 21400 kG
- 9 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh
Chấn

Sơ đồ tính:
- 10 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh
Chấn

Hình 42: Sơ đồ tính do các tải trọng thẳng đứng gây ra
Xác đònh các phản lực liên kết do các tải trọng thẳng đứng gây
ra:
H
A
=H
B
=
N2,381252
2
56100047,23.8042975,14.426.2
=
++
28200
374872,8
381252,2
M
374872,8
381252,2
N
422295
3423105,1
Q
374872,9
280500

Q
X
240720,7
Hình 44: Biểu đồ momen do các tải trọng ngang gây ra.
Ngoài ra còn có do lực quán tính dọc khi phanh xe lăn:
P'
qt
P'
qt
P'
qt
P''
qt
h
1
P''
qt
P''
qt
Hình 45: Lực quán tính dọc
M
u
=P’’
qt
.h
1
=34821.0,855=29772Nm.
- 12 -