Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học xây dựng
Dơng trờng giang

Nghiên cứu xác định các thông số hợp lý
của kết cấu thép cần trục tháp theo tiêu
chuẩn việt nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật Máy và Thiết bị Xây dựng
Mã số: 62.52.10.01
Tóm tắt Luận án tiến sỹ kỹ thuật
Phản biện 3:

Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc hội đồng chấm luận án cấp trờng họp tại
Trờng Đại học Xây dựng
vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại th viện Quốc Gia và Th viện Trờng Đại học
Xây dựng. 1

Mở đầu
Cần trục tháp là một loại thiết bị xây dựng quan trọng trong việc vận chuyển lên
cao, đặc biệt trong thi công các công trình có chiều cao lớn. Trong cấu tạo chung cần
trục tháp thì kết cấu thép là một bộ phận lớn và quan trọng. Việc tính toán kết cấu thép
cần trục tháp là phức tạp nên các nghiên cứu về xác định các thông số hợp lý đã công bố
đợc biết mới chỉ dừng lại ở một một số bài toán riêng rẽ nh: tải trọng tính toán là cha
đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn, tách riêng các bộ phận kết cấu để tính toán, dùng sơ đồ
tính quy đổi Các hạn chế trên chủ yếu là do cha áp dụng phơng pháp giải bài toán

tin cậy và chính xác, đáp ứng trực tiếp cho thiết kế kỹ thuật.
-
á
p dụng một cách sáng tạo t tởng nguyên lý R.Bellman để giải bài toán có điều
kiện tính toán phức tạp là xác định các thông số hợp lý của kết cấu thép cần trục tháp,
phù hợp với điều kiện thực tế.

2- Luận án xây dựng bài toán dới dạng tổng quát và thiết lập chơng trình tính toán
chuyên dụng, không những có thể xác định trực tiếp các thông số hợp lý theo phơng
pháp luận nghiên cứu, mà còn là cơ sở để khảo sát nhiều bài toán khác nhau, đáp ứng
nhu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất.
- Quá trình thực nghiệm với thiết bị đo hiện đại và qui trình thực nghiệm hợp lý là
cơ sở để xây dựng phơng pháp thực nghiệm trên các Máy xây dựng khác nhau.
Bố cục của luận án:
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 4 chơng với
127 trang thuyết minh và 6 phụ lục ( 55 trang).

Chơng 1
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
1.1. Tổng quan về cần trục tháp xây dựng
Cần trục tháp đợc sử dụng rộng rãi
trong xây dựng, đặc biệt là xây dựng công
trình có độ cao lớn là do có nhiều u điểm so
với cần trục khác: có khoảng không gian
phục vụ rộng, dễ tháo lắp và vận chuyển từ
công trờng này tới công trờng khác, có thể
lắp đặt trực tiếp cạnh công trình hoặc trên

cần ít thay đổi trong toàn bộ chiều dài.

1.2.2. Phân nhóm thông số cơ bản kết cấu thép cần trục tháp
Các thông số kết cấu thép cần trục tháp gồm 4 nhóm cơ bản gồm: kiểu dạng, kích
thớc hình học, thông số vật liệu, thông số động học. Trong đó nhóm thông số kích
thớc hình học là nhóm thông số quan trọng đối với kết cấu thép cần trục tháp với rất
nhiều thông số khác nhau theo loại cần trục tháp, đặc biệt các thông số hình học của tháp
và cần quyết định đến khả năng chịu tải của cần trục cũng nh trọng lợng toàn bộ cần
trục.
1.3. Tiêu chuẩn tính toán kết cấu thép cần trục tháp
Hiện nay ở Việt Nam chỉ có TCVN 4244-2005 là duy nhất có các qui định chung
cho thiết kế, chế tạo, kiểm định các thiết bị nâng nói chung. Tuy nhiên khi áp dụng cho
cần trục tháp cần phải triển khai nhiều bài toán kỹ s khác nhau. Tiêu chuẩn TCVN4244-
2005 mới chỉ đa ra ràng buộc chung cho phơng pháp thiết kế thông thờng mà cha
đa ra phơng pháp thiết kế hợp lý, cơ sở xác định nội lực là phơng pháp PTHH.
1.4. Các sơ đồ tính và phơng pháp tính toán kết cấu thép cần trục tháp
1.4.1. Sơ đồ tính toán và tổ hợp tải trọng
Sơ đồ tính hệ thanh không gian là sơ đồ cho phép mô tả kết cấu cần trục tháp sát với
kết cấu thực tế nhất, với lực theo phơng bất kỳ. Kết quả nhận đợc từ sơ đồ phản ánh
đúng sự làm việc thực tế của kết cấu, tuy nhiên tính toán nội lực là phức tạp.
Kết hợp các qui định chung và đặc điểm làm việc cần trục tháp cho số lợng tổ hợp
tải trọng trong tính toán kết cấu thép cần trục tháp là rất lớn, bởi vậy không thể thiết kế
hợp lý đợc nếu không tự động hoá đợc quá trình tính toán.
1.4.2. Phơng pháp số trong tính toán kết cấu thép cần trục tháp và thiết bị nâng
1.4.3. Các nghiên cứu về tối u kết cấu thép cần trục tháp
Các nghiên cứu đã công bố đợc biết về tối u kết cấu thép cần trục tháp đều coi
tham số đầu vào tính toán là nội lực, ứng suất cho phép
[

]

hàm mục tiêu là khối lợng kết cấu, điều kiện ràng buộc theo TCVN4244-2005: xây
dựng phơng pháp tính, thiết lập thuật toán tính toán, xây dựng chơng trình chuyên
dụng tính toán kết cấu thép cần trục tháp, bài toán xác định vị trí tải trọng nguy hiểm
trên cần.


Nghiên cứu thực nghiệm và thử nghiệm bằng số bài toán xác định các thông số hợp lý
của kết cấu thép cần trục tháp.

Kết luận chơng 1
Qua nghiên cứu tổng quan về cần trục tháp, kết cấu thép cần trục tháp và phơng
pháp tính toán có thể rút ra một số nhận xét và kết luận chủ yếu sau:
- Cần trục tháp là loại cần trục phổ biến trong xây dựng cơ bản, nhất là trong xây
dựng dân dụng. Cần trục tháp loại đầu quay với tháp không quay, cần nằm ngang là loại
cần trục tháp phổ biến hiện nay, phù hợp với xu thế phát triển ở Việt Nam, đây là đối
tợng nghiên cứu của luận án.
- Trong cấu tạo cần trục tháp thì kết cấu thép là bộ phận có khối lợng lớn, có ý
nghĩa quan trọng trong tổng giá thành cần trục. Kết cấu dàn không gian là kết cấu phổ

5

biến cho kết cấu thép cần trục tháp, trong đó tháp có mặt cắt ngang hình vuông không
thay đổi theo độ cao, cần dạng tam giác là dạng kết cấu điển hình phổ biến.
-
ở
Việt Nam hiện nay cũng có nhiều tiêu chuẩn áp dụng cho thiết bị nâng, tuy
nhiên hiện nay TCVN4244-2005 là tiêu chuẩn duy nhất có các qui định chung cho thiết
kế chế tạo và kiểm định. Tiêu chuẩn TCVN4244-2005 chỉ đa ra các qui định chung cho
tính toán thiết kế mà cha đa ra phơng pháp xác định các thông số hợp lý, cơ sở xác
định nội lực là phơng pháp PTHH.

th

) và chiều

6

rộng đáy cần
(a
cg
),
chiều cao cần (
h
cg
), chiều dài đốt biên cần
(l
cg
)
coi không đổi trên suốt
chiều dài.
Chơng 2
Nghiên cứu cơ sở tính toán thiết kế
hợp lý kết cấu thép cần trục tháp
2.1. Cơ sở tính toán xác định các thành phần tải trọng
Các thành phần tải trọng tác động vào kết cấu thép cần trục tháp bao gồm: tải trọng
do trọng lợng bản thân kết cấu
S
G
; tải trọng nâng định mức
S
Li

R
i
và đợc xác định theo đờng đặc tính tải
trọng, do vậy việc xác định nội lực với tải trọng biến đổi là khó khăn. Mặt khác tải trọng
Q
i
cũng liên quan tới nhiều thành phần tải thay đổi, bởi vậy khi tính toán các nhóm tải
trọng đợc chia làm hữu hạn nhiều vị trí tải trọng trên cần là hợp lý
.
Với
n
vị trí tải trọng
cần tính toán trong trạng thái làm việc và
k
vị trí khi thử tải, các nhóm tải trọng cơ bản
trong một sơ đồ tính đợc phân tích thống kê tổng số là (5n+k+5) nhóm tải. Đây là cơ sở
triển khai các bài toán khác nhau cho thiết kế.
2.2.2. Trờng hợp tải trọng tính toán thiết kế
Trờng hợp tải trọng I xem xét khi cần trục tháp làm việc không có gió. Các thành
phần tải trọng đợc viết dới dạng tập hợp:

c
[
S
G
+S
Li
(1+K
n
)+S

G
+S
wmax
, với
S
wmax
thổi dọc theo cần và theo chiều bất lợi.
- Cần trục tháp trong trạng thái thử tải gồm
S
G
+ S
Lj
.

2.2.3. Xây dựng các tổ hợp tải trọng khi không kể đến biến dạng lớn kết cấu thép cần trục
tháp

7

Từ các nhóm tải trọng cơ bản, tính toán số lợng các tổ hợp tải theo 3 trờng hợp tải
trọng ta có số tổ hợp tải trọng cho 1 sơ đồ tính là
(3n+k+1
).
2.2.4. Xây dựng tổ hợp tải trọng khi có kể đến biến dạng lớn kết cấu thép cần trục tháp
Trờng hợp tải trọng I đợc viết dới dạng tập hợp:

S
G
+S
H

S
Li
(1+K
n
) + S
Hi
LT
+ S
w
ss
]
; i=1
ữ
n
(2.11)

Gió thổi vuông góc với cần:

S
G
+S
H
TT
+ S
w
VG
+

II


;
j = 1
ữ
k

(2.13)
Tác động của tải trọng không biến đổi
S
G
và tải trọng biến đổi
S
V
cho biến dạng cùng
hớng xảy ra cho tổ hợp tải trọng trong trạng thái không làm việc thuộc trờng hợp tải
trọng III:
(1+0,1r)S
G
+ 1,1S
wmax

(2.17)
2.3. Tính toán kết cấu thép cần trục tháp theo phơng pháp PTHH

Nội lực trong kết cấu thép cần trục tháp tính theo phơng pháp PTHH và sử dụng
PTHH hệ thanh không gian mô tả kết cấu. Vì tải trọng ở đây là tải tĩnh nên phơng pháp
PTHH đợc trình bày là bài toán tĩnh cho phần tử thanh ba chiều bao gồm xây dựng ma
trận độ cứng phần tử [
k
], ma trận chuyển [
T].

m
- Mô men xoắn M
x
;

IM
y
Mô men quay quanh trục y
m
- Mô men uốn M
y
;
IM
z
Mô men quay quanh trục z
m
- Mô men uốn M
z
.

8

2.4. Cơ sở xác định các thông số hợp lý kết cấu thép cần trục tháp theo lý thuyết tối
u
Trong mục này trình bày các phơng pháp giải và các dạng bài toán tối u kết
cấu. Qua phân tích xác định các đặc điểm cho bài toán xác định các thông số hợp lý của
kết cấu thép cần trục tháp nhận thấy rằng cần phải có phơng pháp hợp lý nhằm làm bớt
sự phức tạp khi tính toán. Lý thuyết quy hoạch động theo nguyên lý R.Bellman phù hợp
với đặc điểm kể trên.
Kết luận chơng 2

trọng gồm (
5n+k+5)
nhóm.
- Các tải trọng và tổ hợp tải trọng cho bài toán thiết kế hợp lý kết cấu thép cần trục
tháp đã đợc thiết lập dới dạng tổng quát. Kết quả nghiên cứu trong chơng này chỉ ra
rằng cần phải tính 2
(3n+k+1)
tổ hợp tải trọng trong 1 sơ đồ tính. Trong thực hành tính
toán số lợng tổ hợp tải trọng không thể quá lớn mà vẫn phải đáp ứng đợc mục đích
thiết kế, do vậy cần xác định các vị trí tải trọng trên cần cho hợp lý. Các phân tích trên là
cơ sở để triển khai các bài toán cho kỹ s thiết kế và là cơ sở bài toán xác định hợp lý
các thông số kết cấu thép cần trục tháp nêu trong chơng 3.
- Kết cấu thép cần trục tháp đợc mô tả bởi hệ thanh không gian, tính toán kết cấu
theo phơng pháp PTHH. Các nội dung phơng pháp PTHH trong chơng này sẽ đợc
áp dụng để xây dựng chơng trình chuyên dụng tính toán kết cấu thép cần trục tháp
trong chơng 3.

9

- Có nhiều lý thuyết tối u khác nhau đợc áp dụng cho tính toán kết cấu hệ dàn,
trong đó chủ yếu sử dụng phơng pháp số. Bài toán xác định hợp lý các thông số kết cấu
thép cần trục tháp sẽ đợc tiến hành thông qua việc vận dụng theo mô hình bài toán tối
u sẽ đợc trình bày cụ thể trong chơng 3
.

Chơng 3
bài toán xác định các thông số
hợp lý của kết cấu thép cần trục tháp
3.1. Nghiên cứu thuật toán hoá quá trình tính toán kết cấu thép cần trục tháp
Thuật toán tính toán kết cấu thép cần trục tháp nhằm tự động hoá quá trình tính

ữ
n
Tải trọng do vật nâng tại tầm với
R
i

QRT
J
j = 1
ữ
k
Tải trọng do vật nâng tại tầm với khi thử tải
R
j

WQSR
i

i = 1
ữ
n
Gió thổi vào vật nâng tại tầm với
R
i

phơng song song với cần
WQVR
i
i = 1
ữ

Hàm ràng buộc trong trờng hợp tổng quát cần thoả mãn điều kiện tính toán số tổ
hợp tải trọng tính toán khi không xét tới biến dạng lớn
m
1

bằng số tổ hợp tải trọng khi xét
tới biến dạng lớn kết cấu thép
m
2
là (
3n+ k+1).
Số nhóm tiết diện là
n
t
.

- Các tổ hợp tải trọng không xét tới biến dạng lớn kết cấu thép cần trục tháp; i
TD
K
ip
S
N
max

[

]

m
1
.
(3.16)
- Các tổ hợp tải trọng kể tới biến dạng lớn lớn kết cấu thép cần trục tháp;

i
TD
K
iq
S
N
max


[

]
i
=

chi
; i = 1
ữ
n
t
; q = 1
ữ
m
2

Nmax


N
ith
; i= 1
ữ
n
t
q = 1
ữ
m
2
. (3.19)

N
ip
Nmax

= f(X

); N
iq
Nmax

= f (X

) .
(3.20)
Do


][
),(
),(
21
21
maxmin


buiuibui
bububui
i
DDDD
LLDL

i = 1
ữ
n
t

(3.23)
Miền ràng buộc biến kích thớc hình học tháp và
cần:
minX
c

X
c



Khối lợng một nhóm thanh trên kết cấu tháp phụ
thuộc 4 biến
(a
th
, h
th
,
L
bui

hoặc
D
bui
,

i
),
với cần là
5 biến
(L
bui

hoặc
D
bui
,

i
,


)
(3.26)
Theo nguyên lý R.Bellman với các điều kiện ràng buộc đã nêu trên ta có:
Giai đoạn 1 tìm
X
1
: f
1
*
= min [A
0
+ z
1
(X
1
)]
(3.27)
Giai đoạn 2 tìm
X
2
:
f
2
*
= min [ z
2
(X
2
) + f
1


xét
n
gđ
giai đoạn từ kết cấu cần
tới tháp.

Hình 3.3
: Mô tả phơng pháp giải bài toán xác định
tiết diện hợp lý của một giai đoạn tính.
3.3. Bài toán xác định tiết diện hợp lý
3.3.1. Phơng pháp giải
Khi đó hàm mục tiêu theo công thức (3.26) đợc viết lại cho bài toán nh sau.
f
BT1
= A
0
+ Z
n
TD

(X

n
) + Z
n-1
TD

(X


Do vậy số giai đoạn tính toán
n
gđ
chính là số nhóm tiết diện
n
t
, hàm mục tiêu từng giai
Phát sinh các thông số

- Đặc tính kỹ thuật
-
Các thông số cho trớc khác

Biến thiên kích thớc
ti
ế
t diện L
ui
, D
ui

Tính chiều dày
i
theo các điều kiện bền, ổn
định và độ mảnh, thoả mãn (m
1
+

m
2





i




max
với


min
=

3mm
theo yêu cầu công nghệ, giá trị

max

xác định theo điều kiện bền và ổn định, độ mảnh tối thiểu của thuật toán.
-

Miền xác định
D
cuả các kích thớc bao tiết diện
L
bui


bui i

max D
bui

Số vòng lặp
[m
TD
]

cho phép xác định theo số gia biến thiên

L
bui
,

D
bui
từ miền giá
trị kích thớc của thép hình theo tiêu chuẩn. Với

L
bui

lấy là
(
5; 10;15)mm;

D
bui

) + Z
C
(X
c1
)
(3.34)
Z
T
(X
c1
) -
Khối lợng kết cấu của cần phụ thuộc biến thiết kế
X
c1
;

Thông số cho trớc: đặc tính kỹ thuật cần
trục, khối lợng cơ cấu, thông số vật liệu
Thông số phát sinh ban đầu
- Các tiết diện: L
ui0,
D
ui0

- Kích thớc tháp, cần: a
cg0
, h
cg0
, l
cg0
Đạt

Khôn
g đạt
Hình 3.7
: Mô tả phơng pháp xác định các kích thớc hình học hợp lý của
một giai đoạn tính. 13

Z
T
(X
c2
) -
Khối lợng kết cấu của tháp phụ thuộc biến thiết kế
X
c2.
.

Quá trình tính toán bắt đầu với các thông số trên cần và sau đó là tháp, trong đó mỗi
một giá trị biến thiên của biến kích thớc hình học lặp lại quá trình tính toán bài toán 1
xác định tiết diện hợp lý trong giai đoạn xét. Nhờ vậy mà trong từng giai đoạn tính kết
cấu thép cần trục tháp đảm bảo đợc các điều kiện ràng buộc về cơ học và hình học.

cg
) của các ràng buộc kích thớc hình
học xác định theo kết quả thống kê từ cần trục thực tế. Kích thớc bao của tháp, cần thoả
mãn điều kiện vận chuyển max X
c
(max a
th
, max a
cg
, max h
cg

) <
28000(mm)
- Số vòng lặp giới hạn
[m]
xác định theo giá trị biên trên
max X
c
,
biên dới
min X
c

và số gia biến thiên

X

,

a
th
,

h
th
,

h
cg
.

l
cg
)

dựa vào kết quả khảo sát chọn

a
th

là (50;100)mm; các số gia còn lại (5; 10; 20)mm.
3.5. Chơng trình tính CraneVN
3.5.1. Giới thiệu chơng trình
Các bài toán xác định các thông số hợp lý kết cấu thép cần trục tháp đợc lồng ghép
vào một chơng trình duy nhất mang tên
CraneVN
với sự kế thừa từ công trình công bố


Hình 3.10
: Sơ đồ tính toán kết cấu thép cần trục tháp trong chơng trình tính
3.6. Bài toán xác định các vị trí tải trọng nguy hiểm trên cần
Xác định vị trí tải trọng nguy hiểm trên cần cho mục đích thiết kế các bộ phận của
kết cấu thép cần trục tháp khác nhau, kết quả thử nghiệm nhằm đa ra các chỉ dẫn cho
kỹ s thiết kế. Dựa trên kết quả thử nghiệm bằng số cho phép làm giảm khối lợng tính
khi xác định các thông số hợp lý trong các bài toán tơng lai. Thử nghiệm bằng số kết
cấu thép cần trục tháp có mô men tải M
tt
là 830KNm, dới tác dụng tải trọng do vật nâng
Phát sinh các tổ hợp tải trọng cơ bản xét đến biến dạng

Các bài toán xác định các thông số hợp lý

Kết thúc

Bài toán
kiểm tra
kết cấu

15

Q
i
tại n = 12,18,25 vị trí và theo 2 dạng đờng đặc tính tải trọng: đờng đặc tính tải trọng
không liên tục (hình 3.12a) và đờng đặc tính tải trọng liên tục (3.12b). Kết quả lực dọc
lớn nhất trong các phần tử của bộ phận kết cấu theo các đồ thị nh sau:
Hình 3.15
: Nội lực lớn nhất của phần tử trong kết cấu cần dới tác dụng tải
Q


Đờng đặc tính tải trọng không liên tục; b) Đờng đặc tính tải trọng liên tục. a)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40 50 60
Ri(m)
Lực dọc (KN)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40 50 60
Ri(m)
Lự c dọ c (KN)
b)

150
200
250
0 10 20 30 40 50 60
Ri (m)
Lực dọc (KN)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30 40 50 60
Ri(m)
Lực dọc (KN)
a)

b)

a)

b)

Hình 3.14
: Nội lực lớn nhất
của phần tử trong kết cấu
tháp dới tác dụng tải


Vị trí tải trên cần và mô men tải
M
tt

Mục đích cho thiết kế
R1
Tầm với nhỏ nhất
R
1
= R
min
,
M
1
= R
1
.(Q
max
+G
xc
)
Cần, chốt chân cần
R2
Vị trí giữa chốt chân cần và vị trí neo cần
thứ nhất,
M
2
= R
2

)
Cần, neo cần, đầu tháp,
chốt neo cần
R5
Vị trí giữa neo cần thứ nhất và thứ hai,
M
5
= R
5
.(Q
5
+G
xc
)

Cần, đỉnh tháp
R6
Vị trí neo cần thứ hai,
M
6
= R
6
.(Q
6
+G
xc
)
Cần, neo cần, đầu tháp,
chốt neo cần
R7


- Trạng thái thử tải chỉ cần tính tại 2 vị trí trên cần cho từng dạng đờng đặc tính tải
trọng: đờng đặc tính tải trọng không liên tục xác định tại R
a
và R
min
; đờng đặc tính tải
trọng liên tục xác định tại R
min
và R
max
.

Kết luận chơng 3
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu chơng 2, nội dung chơng 3 đã xây dựng thành
công bài toán xác định các thông số hợp lý của kết cấu thép cần trục tháp theo điều kiện
ràng buộc của TCVN với mục tiêu là khối lợng kết cấu nhỏ nhất. Chơng trình chuyên
dụng tính toán kết cấu thép cần trục tháp mang tên CraneVN đã đợc xây dựng nhằm
hoàn thiện phơng pháp luận nghiên cứu, chơng trình phục vụ cho thiết kế mới và tính
toán xác định các thông số hợp lý. Các nghiên cứu này

góp phần nâng cao chất lợng
thiết kế, hạ giá thành sản phẩm, chủ động thiết kế chế tạo kết cấu thép cần trục tháp và
các thiết bị nâng khác ở Việt Nam hiện nay.

Những đóng góp mới của chơng là sự phát
triển có cơ sở khoa học và ứng dụng sáng tạo các thành tựu và phơng tiện tính toán hiện
đại nhằm giải quyết những yêu cầu thiết thực của khoa học - công nghệ. Các kết quả
nghiên cứu chơng 3 cũng rút ra các kết luận sau:
- Từ kết quả thống kê các cần trục phổ thông trong thực tế nhận thấy các kích thớc

th
, a
cg
, h
cg
, l
cg
)
theo phơng
pháp luận đã xây dựng, chơng trình CraneVn còn cho phép khảo sát nhiều bài toán phát
sinh trong thực tế nh bố trí điểm neo giằng, khảo sát cơ tính vật liệu
[công trình công
bố số 7].

- Kết quả thử nghiệm bằng số các vị trí tải trọng
Q
i
trên cần theo tầm với
r
i
cho thấy
chỉ cần tính toán tại một số vị trí nhất định cũng đảm bảo các yêu cầu khác nhau khi tính
toán thiết kế, số vị trí này phụ thuộc vào dạng đờng đặc tính tải trọng. Với đờng đặc
tính tải trọng không liên tục trong trạng thái làm việc tính tại 7 vị trí, đờng đặc tính tải
trọng liên tục tại 6 vị trí; trong trạng thái thử tải tại 2 vị trí. Với các vị trí tải trọng nguy
hiểm trên cần xác định đợc, ngoài việc chỉ dẫn cho kỹ s thiết kế còn làm giảm thời

18

Hình 4.3

- Đối tợng thực nghiệm là cần trục
tháp VICOX - CTM 80 lắp đặt tại công
trờng phục vụ thi công công trình
INDOORGAME - Mỹ Đình.- Máy đo biến dạng tĩnh TDS303
của hãng TML (Nhật Bản); ten xơ điện
trở hãng TML loại ZFLA- 6; dây dẫn
sử dụng loại có điện trở trên một mét
là 0,12

; máy toàn đạc điện tử GPT-

19

3000N của hãng Topcon - Nhật Bản có khả năng đo không gơng với khoảng cách xa
250m , thấu kính với độ phóng đại 30; lực kế có thớc đo lớn nhất 10 tấn, thiết bị đo gió
của cần trục thực nghiệm, palăng xích kéo tay, đồng hồ bấm giây, cáp thép.
4.1.2. Các bớc tổ chức thực nghiệm

4.1.2.1. Lựa chọn thông số đo, vị trí và trạng thái cần trục
Các thông số đợc đo: ứng suất tại tiết diện tháp và chuyển vị đầu cần, đầu cần công
xôn của kết cấu thép cần trục tháp.
Bảng 4.1
:Trạng thái cần trục và tải trọng thực nghiệm.
Ký hiệu

Vị trí cần so với tháp
Tải trọng

lập tổ hợp tải trọng
TN0
(do trọng lợng bản thân kết cấu),
TN
(gồm trọng lợng bản
thân kết cấu + tải thực nghiệm). Tính toán các giá trị nội lực tại nút đo tenxơ biến dạng
trên sơ đồ tính cho từng tổ hợp tải trọng
TN0
và
TN. N = N
TN
- N
TN0
; M = M
TN
- M
TN0
(4.1)
- ứ
ng suất tại các điểm đo phải xác định theo công thức sau.

0
Z
J
M
S
N

01
ứng với
Q= 6
tấn
, trạng thái
A
02
, B
02
ứng với
Q= 1,4 tấn
, tầm với

tơng ứng là
R
Ti
:
R
Ti
= R
i




Ri
(4.3)

Các kết quả tính toán theo giá trị tải trọng thực nghiệm bằng chơng trình
CraneV

(tấn)
Tầm
với R
T

(m)
Tầm
với R
(m)
D 1x D1y D2x D2y D3x D3y D4x D4y P1 P2
A
01

6 11,71 12 435 433 -518 -518 -530 -530 433 432 -634 152
A
02

1,4 47,7 48 472 472 -464 -467 -485 -488 470 470 -597 136
B
01

6 11,7 12 -22 -23 814 814 -30 -20 -736 -739 -717 161
B
02

1,4 47,69 48 -21 -30 842 842 -24 -24 -701 -715 -660 153
Ghi chú
: ứng suất: dấu (-) ứng suất nén; dấu (+) ứng suất kéo. Chuyển vị: dấu (-) ngợc chiều oz, dấu (+) cùng chiều oz.
Bảng 4.3
: Kết quả đo ten xơ biến dạng và chuyển vị.

6 12 -9 -20 -377 -383 -19 -10 337 387 -690 147
B
02

1,4 48 -11 -16 -378 -385 -10 -11 351 328 -842 132
Ghi chú: Giá trị ten xơ biến dạng: dấu (-) thanh chịu nén; dấu (+) thanh chịu kéo.
Chuyển vị : dấu (-) chuyển vị ngợc chiều oz; dấu (+) chuyển vị cùng chiều oz.
Bảng 4.4
: Giá trị ứng suất từ thực nghiệm.
Giá trị ứng suất tại các điểm đo (daN/cm
2
)

Trạng
thái cần
trục

Tải Q
(tấn)

Tầm với
R (m)

D1x D1y D2x D2y D3x D3y D4x D4y
A
01

6 12 355 336 -406 -580 -488 -495 499 361
A
02

(m)
Tầm
với
R

(m)
D1x D1y D2x D2y D3x D3y D4x D4y P1 P2
A
01

6 11,7 12 +18 +22 +21 -13 +8 +6,5 -15 +16 -11 -1,5
A
02

1,4 47,7 48 +5 +13 +16 -13 -18 -13 +1,5 +5 -19 -5,5
B
01

6 11,7 12 +14 * +3 +1 -23 0 +4 -9 -4 -8,6
B
02

1,4 47,7 48 +13 -9 +6 +4 +7,5 +3 +5 +4 -22 -13,7
Ghi chú
:
dấu (-) khi giá trị tính bằng chơng trình nhỏ hơn giá trị thực nghiệm; dấu (+) giá trị tính bằng chơng trình lớn hơn giá trị thực
nghiệm,

(*) giá trị không phù hợp.


4.2.2. Xác định các tiết diện hợp lý
- Xác định tiết diện hợp lý với cùng dạng profin theo nhóm thanh cần trục thực tế, so
sánh với cần trục thực tế đã chế tạo theo bảng 4.10.

-

Tính toán cho các dạng tiết diện nhóm thanh khác nhau của tháp, kết quả tiết diện hợp
lý của thép ống khối lợng nhẹ nhất và giảm đợc 23,35%.
Bảng 4.10
: So sánh tổng khối lợng kết cấu thép cần trục tháp trớc và sau khi tính.
Trạng thái cần trục Cần trục ViCOX
đã chế tạo (tấn)
Kết quả với tiết
diện hợp lý (tấn)

% khối lợng
giảm
Khi cần trục đứng tự do 22,68 18,40 18,87
Khi neo vào kết cấu công
trình
32,405 25,287 21,19
4.2.2. Xác định kích thớc hình học hợp lý
Xác định kích thớc hình học hợp lý cho các dạng bố trí thanh bụng khác nhau. Các
thông số hợp lý xác định theo từng dạng bố trí thanh bụng: Dạng 1- dạng tam giác với
các thanh bụng song song là dạng cần trục ViCOX thiết kế; Dạng 2- dạng tam giác với
các thanh bụng gặp nhau tại một nút; Dạng 3- dạng tam giác với các thanh bụng gặp
nhau cùng mặt phẳng; Dạng 4- dạng bố trí hình quả trám; Dạng 5- dạng chữ thập. Mỗi

22


cg
(m) 1,126 1,126 1,126 1,136 1,136
Chiều rộng cần a
cg
(m) 1,175 1,175 1,175 1,175 1,175
Chiều dài đốt biên cần l
cg
(m) 1,314 1,314 1.314 1,314 1,314
Bài toán 1: xác định tiết diện hợp lý; Bài toán 2: xác định kích thớc hình học hợp lý.
Phân tích các kết quả tính toán thu đợc các nhận xét cơ bản sau cho thiết kế kết cấu
thép cần trục tháp:
- Trong 3 dạng bố trí thanh bụng đầu tiên các thông số hợp lý đều cho kết quả tính
toán khối lợng tơng đơng nhau: so với khối lợng của cần trục VICOX- CTM 80 thực
tế giảm đợc 32,31% tới 32,41%, so với kết quả tính bài toán 1 xác định tiết hợp lý trung
bình giảm 16,3%.
- Dạng bố trí thanh bụng 1 và dạng 2 có đợc các thông số hình học hợp lý là nh
nhau: chiều cao cần
h
cg
= 1,126m; c
hiều rộng đáy cần
a
cg
= 1,175m;
chiều dài một đốt
trên biên cần
l
cg
= 1,314m;
kích thớc tháp

. Cả hai dạng này cho thông số kích
thớc tháp
a
th

và chiều dài đốt biến tháp
h
th

là nh nhau
: a
th
= 2,01m; h
th
= 1,116m.
Kích
thớc tháp tăng 17,4% so với dạng bố trí thanh bụng 1 và 2, tăng 23,8% so với dạng bố
trí thanh bụng 3.
Kết luận chơng 4

23

Nội dung chơng 4 đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm và thử nghiệm bằng số
các bài toán xác định thông số hợp lý, từ kết quả nghiên cứu này rút ra các kết luận sau:
- Phơng pháp và qui trình thực nghiệm đã xây dựng là phù hợp đối với kết cấu thép
cần trục tháp. So sánh ứng suất và chuyển vị tại các điểm đo theo thực nghiệm và tính
toán lý thuyết xét khi vận tốc gió là 3m/s có sai lệch lớn nhất 22% tại 2/32 điểm đo ứng
suất, sai lệch tơng đối trung bình đại số các điểm đo với ứng suất là 9,1%, với chuyển
vị là 11%. Kết quả này là chấp nhận đợc trong điều kiện thc nghiệm tại hiện trờng
với các yếu tố khách quan khi thực nghiệm. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm khẳng