TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
I. Các thông số cơ bản để tính toán kết cấu thép:
_ Thông số kích thước:
- Chiều dài toàn dầm: 83 (m)
- Khẩu độ ray: 15,55 (m)
- Khoảng cách giữa hai chân: 18 (m)
- Tầm với làm việc max tính từ tâm ray phía biển: 35 (m)
- Tầm với làm việc max tính từ tâm ray phía bờ: 16 (m)
_ Thông số về khối lượng:
- Khối lượng toàn bộ dầm cầu chuyển tải: G
c
= 26,3 (T)
- Khối lượng xe con và cụm tời nâng hàng: G
x
= 22 (T)
- Khối lượng nhà tời nâng cần: 5,54 (T)
_ Thông số về vật liệu kết cấu thép cầu chuyển tải, thép CT3 có các đặc trưng cơ tính :
- Môđun đàn hồi khi kéo: E = 2,1.10
6
kG/cm
2
- Môđun đàn hồi trượt: G = 0,81. 10
6
kG/cm
2
- Giới hạn chảy:
c
σ
= 2400 – 2800 kG/cm
2
- Giới hạn bền:

II. Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán kết cấu thép:
1. Trường hợp tải trọng:
Khi cầu trục làm việc, nó chòu nhiều loại tải trọng khác nhau tác dụng lên kết cấu.
Các tải trọng có thể tác động thường xuyên hoặc không thường xuyên, theo qui luật
hoặc không theo qui luật, tải trọng tónh hoặc động, tải trọng tác động theo phương thẳng
đứng hoặc phương ngang… Từ sự phối hợp đa dạng của các loại tải trọng, người ta chia ra
các trường hợp tải trọng tính toán như sau:
a/ Trường hợp tải trọng I:
Tải trọng bình thường ở trạng thái làm việc, phát sinh khi máy làm việc ở điều kiện
bình thường. Trường hợp này dùng để tính bền các chi tiết theo mỏi. Các tải trọng thay
đổi được qui đổi thành tải trọng tương đương.
b/ Trường hợp tải trọng II:
Tải trọng lớn nhất ở trạng thái làm việc, phát sinh khi cầu trục làm việc ở điều kiện
nặng nhất. Các tải trọng này gồm các lực cản tónh cực đại, tải trọng động cực đại khi mở
(hoặc phanh) máy (hoặc cơ cấu) đột ngột… Trường hợp này dùng để tính các chi tiết
theo điều kiện bền tónh.
c/ Trường hợp tải trọng III:
Tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc. Các tải trọng tác dụng lên cầu chuyển
tải gồm có: trọng lượng bản thân cầu chuyển tải, gió bão tác dụng lên cầu chuyển tải ở
trạng thái không làm. Trường hợp này dùng để tiến hành kiểm tra độ bền kết cấu và tính
ổn đònh cần trục ở trạng thái không làm việc.
2. Bảng tổ hợp các trường hợp tải trọng:
Ở trạng thái làm việc của máy trục, người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên kết
cấu và chia thành các tổ hợp tải trọng sau:
- Tổ hợp I
a
, II
a
: hai tổ hợp này tương ứng với trường hợp cầu chuyển tải và xe con
đứng yên, chỉ có cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng

[ ]
IIIc
n/
σσ
=
Tổ hợp tải trọng
I
a
I
b
II
a
II
b
III
Trọng lượng cầu G
c
G
c
G
c
G
c
G
c
G
c
Trọng lượng xe tời G
x
có tính

II
.
ψ
K
đ
.Q _
Lực quán tính khi hãm cơ cấu di
chuyển xe con P
qt
– P
qt
– P
max
qt
_
Tải trọng gió _ _ P
II
g
P
II
g
P
III
g
3. Xác đònh các thành phần trong bảng tổ hợp tải trọng:
a. Trọng lượng bản thân:
Trọng lượng bản thân dầm cầu chuyển tải bao gồm trọng lượng phần kết cấu thép,
nhà tời nâng hạ dầm, thiết bò điện, cabin điều khiển… Dựa vào tải trọng và khẩu độ
[tr215,KCT], ta ước tính sơ bộ trọng lượng của cầu chuyển tải: G
c

- Hệ số động khi nâng (hạ) hàng:

25,2.025,01 =+= v
I
ψ

3.04,01 =+= v
II
ψ
+ v = 50 m/ph : vận tốc nâng hàng của cơ cấu nâng
d. Lực quán tính ngang khi hãm cơ cấu di chuyển xe con:

jmmP
hxqt
).( +=
+
x
m
= 22 (T): khối lượng xe con
+
h
m
= 50 (T): khối lượng hàng và bộ phận mang
+ j =1,63 (
2
/ sm
): gia tốc khi khởi động (hãm) xe con
Thay vào:

qt

- Diện tích chắn gió của vật nâng: F
v
= 23 m
2
[tr 89,KCT]
- Diện tích chắn gió của kết cấu:
bcC
FkF .=
=1 . 580=580 (m
2
)
+
c
k
=1: hệ số độ kín đối với thép hộp
+
b
F
= 580 m
2
: diện tích bao của kết cấu được tính gần đúng thông qua các
mặt cắt giả đònh trước và kích thước hình học của dầm cầu chuyển tải
 p lực gió tác dụng lên máy trục:
γβ

0
cnqp
g
=
+

P
=38441,25 (KG)
4. Xác đònh nội lực trong kết cấu:
_ Hệ cần của cầu truyền tải là một hệ ghép tónh dònh gồm một dầm chính và một dầm
phụ congxon nên việc tính nội lực theo hệ ghép.
_ Kết cấu dầm quy về hệ ghép:
_ Xét nội lực dầm khi chòu tải trọng bản thân, trọng lượng xe con, và trọng lượng hàng
nâng.tải trọng gió, lực quán tính theo phương ngang của cần trục:
Trọng lượng của buồng máy: 5,54 T , lực phân bố của buồng máy là:
q1 = 5540 / 10 = 554 ( KG/ m)
Tổng trọng lượng của dầm: G = 10Q(L – 5)+ 700 = 400.64 + 700 = 26300 KG
=> lực phân bố trên dầm:

)/(87,3168326300/ mKGLGq ===
Trường hợp tải trọng IIa: (G
c
, G
x
,
td
Q
, P
II
g
)
Xe tời ở tầm với ngoài xa nhất
Trọng lượng hàng tương đương:
QQ
IItd
.

B
R
= 10954 KG

B
R
+
td
Q
+ q.41,5 -
y
R
= 0
=>
y
R
= 84104 KG

x
R
=
y
R
/tg30= 145672,6 KG
Tải trọng tác dụng theo phương ngang: qg = P
II
g
/83 = 463,15 KG/m
B=4442,8
A= 13657,4 KG

+
x
W
=177,1. 10
6
(
3
mm
)
+
y
W
=104,8.10
6
(
3
mm
)
+
x
J
=19,07.10
10
(
4
mm
)
+
F
=200900 (

117600000*10*3,7551
2
.
10
===
δ
τ
x
xx
n
J
SQ
(
2
/ mmN
)
+
25*10*617,6*2
10*1176*10*8,19667
2
.
10
5
==
δ
τ
y
xy
d
J

10*8,104
10*7,42742
10*1,177
10*3,421053
66
=++
(
2
/ mmN
)
=>
=+=+=
2222
92,7.3753,0.3
τσσ
td
13,74 (
2
/ mmN
)
Vậy mặt cắt đảm bảo điều kiện bền do
[ ]
σσ
≤
td
.
Sơ đồ chòu lực dầm chính:
Phản lực tại gối theo phương thẳng đứng
Mc = 10.21.q1 + q.
2

+ q.41,5 + q1.10 = 0
=>
C
R
= 7172 KG
Phản lực tại gối theo phương thẳng ngang
C
D
B
Mc= B.2,5 + qg.
2
2,5
/2 + D.16 - qg.
2
39
/2
=> D =
16
2/436,15.2,55,2.8,44422/436,15.39
22
−−
= 11423 KG
=> C = 11120 KG
Nội lực tác dụng lên dầm chính
Ta thấy mặt cắt nguy hiểm nhất của dầm chính trong trường hợp này là mặt cắt tại gối C
- Các thông số hình học và nội lực của tiết diện:
+
x
S
=129360000 (

10
(
4
mm
)
+
F
=251500 (
2
mm
)
+
y
J
=8,159.
10
10
(
4
mm
)
- Xác đònh ứng suất tương đương trong tiết diện:
+
25.10.31,43.2
129360000.10.8,5586
2
.
10
==
δ

τττ
+=
=3,255 (
2
/ mmN
)
+
251500
2373530
10.6,136
315860
10.3,290
766180
66
++=++=
F
N
W
M
W
M
y
uy
x
ux
σ
=9,44 (
2
/ mmN
)

2
39
*48,568290*545
2
5,3
*48,5685,3*1987
24
39*112800
2
39
*290*
2
5,3
*5,3*
05,3*
2
5,3
*29*10*
2
39
*39*16*
22
2
23
2
2
2
23
2
2

X
XX
gx
y
y
104055,3*1978
2
5,3
*48,5685,3
00
*
2
**
177025,3*278186755,3
186750
*
3968197848,568*5,35,3
19780
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

=⇒=
−=
Xét mặt cắt (2-2)cách m mọt khoảng Z2 (2,5 < Z2 < 18,5)
kgMxZ
z
zqRyZRZMx
kgQZ
KGQZ
qZRQ
kgQyZ
kgQZ
qZRyRQ
A
X
X
II
gXx
y
Ay
10405
2
5,3
*48,5681978*5,35,3
2
**)5,3(
6873278*5,277725,27
201278*5,37725,3
9791348,568*5,2719781155245,27
11155648,568*5,319781155245,3
2

2
5,27
*2785,27
9995,3*772
2
5,3
*2785,3
2
*
2503225
2
5,27
*48,5681978*5,27115524*24
2
5,27
**5,27245,27
2
2
2
2
2
2
2
2
2
22
=−=⇒=
−=−=⇒=
−=
−=++−=

2
*
7106
2
5
*48,568
2
5
*5
00
2
**
1390278*55
00
4,284248,568*55
00
2
2
2
2
2
22
22
2
3
32
2
2
3
2

=
===
==
=
KgQZ
KGQZ
X
X
4726278*1717
00
3
3
===
==
kgmMxZ
MuxZ
z
zq
z
zqM
ux
11496255,12*10*545
2
17
*48,56817
00
)7
2
7
(*)7(*

3
===
==
=
Bieồu ủo noọi lửùc:
Mặt cắt nguy hiểm nhất của dầm chính trong trường hợp này là mặt cắt 2-2:
ứng xuất nguy hiểm của mặt cắt này nằm ngoài về bên phải nên chỗ cần kiểm tra là tại
Z1=15,5:
+
x
Q
=3537*10 (
N
)
+
y
Q
=104735*10 (
N
)
+
uy
M
=21429*10
4
(
Nmm
)
+
ux

y
W
=136,6.10
6
(
3
mm
)
+
x
J
=43,31.10
10
(
4
mm
)
+
F
=251500 (
2
mm
)
+
y
J
=8,159.
10
10
(

=41,5 (
2
/ mmN
)
=>
dn
τττ
+=
=41,76 (
2
/ mmN
)
+
y
uy
x
ux
W
M
W
M
+=
σ
=46 (
2
/ mmN
)
=>
22
.3

=545kg/m
Tính phản lực các gối đỡ:
kgR
RqqqQRM
D
DnBC
28864
05,2*
2
5,2
*2/39*21*10*8*5,2*
2
2
1
−=⇒
=−−+++=
∑
KgR
RRRqqQY
C
DCBn
115524
0)(10*5,41*
1
=⇒
=++−++=
∑
Trong đó
n
Q

X
XX
104055,3*1978
2
5,3
*48,5685,3
00
*
2
**
177025,3*278186755,3
186750
2
1
1
1
1
1
1
1
=+=⇒=
=⇒=
+=
−=+−=⇒=
−=−=⇒=
kgMxZ
kgMuxZ
ZRx
z
zqM

2
2
22
z
zqRyZRZMx
kgQZ
KGQZ
qZRQ
kgQyZ
kgQZ
qZRyRQ
A
X
X
II
gXx
y
Ay
++−−=
=+−=⇒=
=+−=⇒=
+−=
−=++−=⇒=
−=++−=⇒=
++−=
kgMuyZ
KGMZ
ZR
Z
qMuy

2
2
2
2
2
2
2
2
22
2
2
−=−=⇒=
−=−=⇒=
−=
−=++−=
++−=⇒=
=+=⇒=
Xét mặt cắt (3-3)cách B một khoảng Z3 (10,5 < Z3 < 18,5 )
2
**)5,153()5,3(
6873278*5,277725,27
3537278*5,157725,15
1488748,568*5,2711280019781155245,27
806548,568*5,1511280019781155245,15
2
2222
2
2
2
2

5,27
*48,5681978*5,27115524*24
)5,153(*
2
5,27
**5,15245,27
1287340
2
5,15
*48,5681978*5,15115524*125,15
2
2
22
2
2
−=+++−=
−+++−=⇒=
−=++−=⇒=
kgMuyZ
KGMZ
ZR
Z
qMuy
UY
X
II
g
838895,27*772
2
5,27

ux
X
X
gx
y
y
11496255,12*10*545
2
17
*48,56817
00
)7
2
7
(*)7(*
2
**
4726278*1717
00
*
15114545*1048,568*1717
00
)7(*
2
3
3
3
33
3
32

3
3
3
3
==⇒=
=⇒=
=
Biểu đồ nội lực:
Ta thấy mặt cắt nguy hiểm nhất của dầm chính trong trường hợp này là mặt cắt 2-2:
ứng xuất nguy hiểm của mặt cắt tại z=10,5
+
x
Q
=3537*10 (
N
)
+
y
Q
=104735*10 (
N
)
+
uy
M
=21429*10
4
(
Nmm
)

+
y
W
=136,6.10
6
(
3
mm
)
+
x
J
=43,31.10
10
(
4
mm
)
+
F
=251500 (
2
mm
)
+
y
J
=8,159.
10
10

=
=41,5 (
2
/ mmN
)
=>
dn
τττ
+=
=41,76 (
2
/ mmN
)
+
y
uy
x
ux
W
M
W
M
+=
σ
=46 (
2
/ mmN
)
=>
22

tinh và bulông có độ bền cao, đảm bảo cho mối nối có độ tin cậy lớn.
Để đảm bảo khả năng chòu lực và độ tin cậy cao trong suốt quá trình làm việc, ta sử
dụng loại bulông có cường độ cao. Loại bulông này được làm từ thép hợp kim 40X, sau
đó được gia công nhiệt. Giống như các loại buông thường (bulông thô), độ chính xác của
bulông có cường độ cao không cao, nhưng do bulông được làm từ thép có cường độ cao
nên ta có thể vặn đai ốc rất chặt (bằng clê lực) làm cho thân bulông chòu kéo và gây lực
ép rất lớn lên các chi tiết ghép.
Mối ghép bulông được sử dụng để liên kết các chân với các dầm ngang của cần trục.
Mối ghép chòu các lực N, M
x
, M
y
. Do đó, ứng suất trong các bulông lắp ráp được xác đònh
như sau:
1
1
1
1
.
.
.
y
y
x
x
bl
J
xM
J
yM

=128200 (
2
mm
) +
y
J
=7,4615.
10
10
(
4
mm
)
+ n=56 bulông
Lấy tọa độ của bulông xa nhất (960,780) để kiểm tra bền:
210
10.4615,7
960.735298381
10.477,4
780.472086142
128200.56
2424840
++=
bl
σ
=18,02 (N/mm
2
)
- Ứng suất có kể đến tải trọng tính toán của bulông:
( )

rẻ hơn rất nhiều so với các phương pháp khác, có thể nối ghép hầu hết các chi tiết lại với
nhau (chỉ trừ một số chi tiết có kích thước quá bé, chi tiết có bề mặt ghép quá phức tạp,
chi tiết được làm bằng loại vật liệu không thể hàn), khả năng chòu lực của mối ghép hàn
gần như tương đương với khả năng chòu lực của vật liệu chế tạo chi tiết ghép …
_ Như vậy mối ghép hàn cần phải được thực hiện tại một số vò trí sau đây:
Tại vò trí liên kết giữa tấm biên (biên trên, biên dưới) với tấm thành: mối hàn được thực
hiện là mối hàn góc (hàn 2 tấm thép vuông góc nhau).
Mối Hàn Góc
Tại vò trí liên kết nối giữa các tấm thép với nhau : mối hàn được thực hiện là mối hàn
giáp mối, chòu đồng thời lực cắt và mômen uốn.
Mối Hàn Giáp Mối
_ Mối hàn liên kết giữa hai đoạn chân với nhau chòu tác dụng của ứng suất tiếp do lực
cắt và lực dọc gây ra, chòu tác dụng của ứng suất pháp do mômen uốn gây ra. (Phương
pháp tính tham khảo trang 66-67 tài liệu [05])
_ Ứng suất tiếp do lực dọc gây ra:
333,111
7260.3
2424840
.
1
===
∑
hh
lh
N
τ
(N/mm
2
)
_ Ứng suất tiếp do lực cắt gây ra:

6
7260.3.1
6

2
2
==
∑
hh
lh
W
β
=26353800 (mm
3
)
Trong đó:
+
N
=2424840 (
mmN /
)
+
x
Q
=15632 (
N
) +
y
Q
=117012 (

Vậy mối hàn đảm bảo điều kiện bền.
MỤC LỤC
…
I. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN ĐỂ TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP
II. CÁC TRƯỜNG HP TẢI TRỌNG VÀ TỔ HP TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN KẾT
CẤU THÉP:
1_ Trường hợp tải trọng
2_ Bảng tổ hợp tải trọng
3_ Tính toán các thành phần trong bảng tổ hợp tải trọng
3_ Xác đònh nội lực của dầm theo các TH tải trọng
4_Phương pháp bố trí gân tăng cứng cho thành dầm
5. Tính toán và kiểm tra mối ghép bulông
6. Tính toán và kiểm tra mối hàn.
_ HẾT _