Đồ án môn học KếT CấU THéP
đồ án môn học kết cấu thép
thiết kế cửa van phẳng trên mặt
đề số:15.
I - Tài liệu thiết kế:
- Bề rộng lỗ cống: L
0
= 10(m).
- Cao trình ngỡng:

= 0.
- Cột nớc thợng lu: H
1
= 7,5(m).
- Cột nớc hạ lu: H
h
= 0.
- Vật chắn nớc đáy bằng gỗ, vật chắn nớc bên bằng cao su hình chữ P.
- Vật liệu chế tạo van:
+ Phần kết cấu cửa: Thép CT3.
+ Trục bánh xe: Thép CT5.
+ Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT35

.
+ ống bọc trục bằng đồng.
+ Liên kết hàn: Que hàn E42.
- Hệ số vợt tải của áp lực thủy tĩnh và trọng lợng bản thân: n = 1,1.
- Độ võng giới hạn của dầm chính:
600
11
0

ii. nội
dung
thiết kế:
1/Sơ bộ xác
định các kích th ớc cơ bản:
* Sơ bộ chọn chiều dày bản mặt là:
bm
= 10(mm) = 1(cm).
* Nhịp tính toán của cửa van:
Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe. Thông thờng chọn c
= 250
ữ
300(mm); ở đây chọn c = 300(mm) = 0,3 (m).
=> Nhịp tính toán cửa van là : L = L
o
+ 2.c = 10 + 2.0,3 = 10,6(m).
* Chiều cao toàn bộ cửa van là: h
v
= H
1
+
H
1
= 7,5(m) Chiều cao cột nớc thợng lu.
- Độ vợt cao an toàn, thờng lấy: = 300
ữ
500(mm).
Lấy = 0,5(m)

h

O
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Thờng chọn: a
1


0,45 h
v
= 0,45.8 = 3,6(m).

Chọn a
1
= 3,5(m).
Vị trí dầm chính bố trí theo nguyên tắc chịu tải trọng bằng nhau. Nên để 2
dầm chính chịu lực giống nhau thì phải đặt cách đều tổng áp lực nớc. Nh vậy
khoảng cách 2 dầm chính là:
a = 2(h
v
a
1
Z) = 2(8 - 3,5 2,5) = 4(m).
* Đoạn công xôn phía dới(a
2
):
a
2
= h
v
(a
1

- Khoảng cách giữa các dàn ngang(nhịp dầm phụ l
f
) thờng chọn là:
h < l
f
<2h.
Dự kiến đặt 3 dàn ngang và 2 dầm biên 2 đầu, nên:
l
f

).(65,2
4
6,10
m==
2/Tính toán bản mặt.
Tính toán dựa trên cơ sở trong một hàng ngang giữa 2 dầm phụ dọc chỉ cần
tính cho một ô, các ô khác có cùng kích thớc, chịu lực nh nhau nên tính toán t-
ơng tự.
Vì tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của các ô b/a > 2 nên ta tính toán nh
một bản tựa lên hai cạnh.
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
3
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Bản mặt đợc tính nh sau(xét một dải có chiều rộng bằng 1):

w
M
=
m.R
U

.
Trong đó:
m Hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1.
p
i
- Là cờng độ áp lực tại trung tâm mỗi ô.
b - Cạnh ngắn của ô bản mặt.
a - Cạnh dài của ô bản mặt.
R
u
= 1565 ( daN/cm
2
) : cờng độ chịu uốn của thép làm bản mặt .
Điều kiện 6 mm.
Để tiện tính toán ta lập bảng tính sau.
tính toán chiều dày bản mặt
Số hiệu ô
bản mặt
p
i
(daN/cm
2
)
a
i
(m) b
i
(m)
b
a

3/Tính toán dầm chính.
a/ Chọn thiết diện dầm chính.
- Chọn chiều cao dầm chímh dựa theo điều kiện kinh tế
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
4
Đồ án môn học KếT CấU THéP

3
ycbkt
W kh =
Trong đó : Chọn k = 1,4 ; chọn
b
= 130;
W
yc
=
u
R
Mn
max
n- Hệ số vợt tải, lấy n = 1,1.
R
u
= 1565 (daN/cm
2
)
M
max

=


==
4
10.
1565
75,1968.1,1
13837,9(cm
3
)
=> h
kt
=
=
3
9,13837.130.4,1
136,1(cm).
- Xác định chiều cao dầm chính theo điều kiện độ cứng:
h
min
=
1
2
.

.
.

.
24
5

= 1,1 Hệ số tính đến ảnh hởng của trọng lợng bản thân;
K
2
= 1,08 Hệ số tính đến sự tăng độ võng do việc thay đổi
chiều cao dầm chính ở gối tựa.
=>
==
1,1
08,1
.
625,140.1
625,140
.
10.1,2.1,1
600.10.6,10.1565
.
24
5
6
2
min
h
88,14(cm).
=> Chọn chiều cao bản bụng: h
b
= 140(cm).
- Chọn chiều dày bản cánh là:
c
= 20(mm) = 2(cm).
- Nh vậy chiều cao dầm chính là:

- Xác định chiều dày bản bụng:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
5
Đồ án môn học KếT CấU THéP
+ Theo điều kiện chống cắt:

b

cb
Rh
Q
.
5,1
=
;
Q
===
2
10.625,140.1,1
2
Lqn
773,4(kN).



b

==
95,8.140
4,773.5,1

12
140.2,1
2
145
9,13837
12

2
3
3
bb
h
h

728847,75(cm
4
).

F
yc
).(8,71
5,142
75,728847.2
.2
2
22
cm
h
J
c



Bản bụng của dầm chính dới phải khoét lỗ.
-Vì bản chính đợc hàn trực tiếp với bản mặt nên cần xét tới bản mặt cùng
tham gia chịu lực. Bề rộng bản bụng tham gia chịu lực đợc xác định từ các
điều kiện sau:
+ b

b
c
+ 50.
bm
= 360 + 50.10= 860(mm).
+ b

(a
tr
+ a
d
)/2 = 800(mm).
+ b

0,3.L = 0,3.10600 = 3180(mm).
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
6
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Vậy chọn b = 800(mm).
Thiết diện cuối cùng của dầm chính nh hình vẽ. Trục trung hoà đi qua
trọng tâm bản bụng.
b/Kiểm tra thiết diện chọn.

= J
xI
+ F
I
.14,8
2
+ b.
12
3
bm

+ F
bm
.
2
)8,145,72(

J
xI
= 1000352(cm
4
).

J
x
= 1000352 + 392.14,8
2
+
+
12

học là:
F = F
I
+ F
bm
= (2.360.20 + 12.810) + 800.10 = 241200 + 8000
= 32120(mm
2
) = 321,2(cm
2
).
y
c
=
7,10
2,321
)5,05,42.(80
=
+
=


i
i
F
S
(cm).
J
0
= J

80.31,8
2
= 418876,2(cm
4
).
S
0
=36.2.41 +
=
4
81
.
2
81.2,1
3936,15(cm
3
).
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
7
Đồ án môn học KếT CấU THéP
- Kiểm tra kích thớc dầm chính đã chọn theo điều kiện ứng suất pháp:

max
=
1408
67,15380
10.75,1968.1,1
4
max
==

SQ

605,6(daN/cm
2
).


max
< R
c
= 895(daN/cm
2
).
- Kiểm tra điều kiện độ võng:
Phải xét tới dầm chính thay đổi tiết diện: hệ số thay đổi tiết diện = 0,8.
600
11
8,1031
1
35,1335042.10.1,2.8,0
10.6,10.10.75,1968
.
48
5

.
.
48
5
0

= 2.140 =280 nên không phải đặt thêm sờn chống đứng.
Kiểm tra ổn định cục bộ của mỗi ô bản bụng dầm chính theo công thức
sau:

2
th
b
2
th
b










+














CZ
.
ở đây: c
).(3,0
2
106,10
2
m
LL
cl
=

=

=
A
703
2
10.625,140
2
.
===
cl
Lq
(KN)










b
c
b
c
h
b


.
ở đây cánh nén hàn cứng vào bản mặt nên C =


> 30

K
0
=7,46
(phụ lục 4).



th





à
+=
(daN/cm
2
).
à - Tỷ số cạnh dài trên cạnh ngắn.
d - Chiều dài cạnh ngắn của ô kiểm tra.
Ta lập bảng tính sau:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
9
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Số TT
ô
d (m)
Z
(m)
M
(kNm)
Q (kN)

b
(daN/cm
2
)

b

J
SQ
2
1
.
.
max

.
5112
2
240
.2.36
2
. =
+
=
+
=
cb
cc
o
c
h
bS


(cm
3
).

= 850(mm), chiều
rộng cánh cột biên b
cb
= 300(mm), chiều dày cánh cột biên lấy bằng chiều dày
cánh dầm chính
cb
= 20(mm).
5.Tính toán dầm phụ dọc:
Ta coi dầm phụ dọc nh dầm đơn, nhịp là khoảng cách giữa hai dàn ngang và
chịu tải trọng phân bố đều có cờng độ :
q
i
= p
i
.b
i
= p
i
.
2
aa
dt
+
(daN/cm)
a
t
: khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm trên nó .
a
d
: khoảng cách từ dầm đang xét tới dầm dới nó

0.22 90 80 85 18.7
4
0.38 80 80 80 30.4
5
0.46 80 80 80 36.8
6
0.54 80 80 80 43.2
7
0.62 80 80 80 49.6
Từ kết quả tính toán bảng trên ta thấy dầm số 7 chịu lực lớn nhất:
q
TC
7
= 49,6(daN/cm
2
).
- Dầm phụ làm việc nh dầm liên tục 4 nhịp, mômen uốn lớn nhất trong
dầm phụ tập trung ở gối tựa trung gian đầu tiên(l
f
= 2,65 m):
M
max
=
435395
8
10.65,2.6,49
8
.
42
2

J
=2550 cm
4
; F
f
= 30,6 cm
2
; b
f
= 11 cm;
Phần bản mặt trong tiết diện tính toán của dầm phụ đợc chọn giá trị nhỏ
nhất trong 3 điều kiện sau:
a


=
+
2
dtr
ll
80(cm).
a

50.
bm
+ b
f
= 50.1 + 11 = 65(cm).
a


cm.
J
x
=
f
x
J
+ F
f
.7,8
2
+ a.
12
3
bm

+ F
bm
.
2
)8,75,11(
= 2550 + 30,6.7,8
2
+ 65.
+
12
1
65.1.3,7
2
= 5307(cm

M

< R
U
=1565(daN/cm
2
).
- Kiểm tra điều kiện độ võng:
250
11
3,927
1
5307.10.1,2
265.6,49
.
384
5
.
.
.
384
5
0
6
3
3
=<===
nJE
lq
l

6
7
8
W
1
W

2
W

2
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Kí hiệu
thanh dàn
01 08 12 18 23 27 28 34 36 37 45 46 56 67 78
Chiều dài
(cm)
175 188,5 175 70 200 140 188,5 200 244 244 50 140 148,7 400 188,5
b.Đ a tải trọng phân bố về tải trọng tập trung trên mắt giàn:
Tại các mắt dàn tơng ứng ta có các tải trọng tập trung;P
0
, P
1
, , P
7
.
Xác định cờng độ áp lực thuỷ tĩnh tại các mắt giàn : q
1
, q
2

P
1
=
621
3
1
2
1
3
2
fff ++
;

Ta lập bảng tính sau:
Mắt dàn 0 1 2 3 4 5 Tổng
h
i
(m)
1,25 3 5 7 7,5
q
ni
(KN/m
2
)
33,125 79,5 132,5 185,5 198,75
P
i
(KN) 4,93 58,28 153,2 265 215,3 48,6 745,31
Kiểm tra :


(kN)
Trạng thái
nội lực
Chiều dài
thanh (cm)
01 12,33 Chịu kéo 175
12 12,33 Chịu kéo 175
23 85,17 Chịu kéo 200
34 16,72 Chịu kéo 200
45 16,72 Chịu kéo 50
08 13,28 Chịu nén 188,5
87 91,74 Chịu nén 188,5
76 138,35 Chịu kéo 400
65 49,71 Chịu nén 148,7
18 58,28 Chịu nén 70
28 78,46 Chịu kéo 188,5
27 182,34 Chịu nén 140
37 272,69 Chịu nén 244
36 189,17 Chịu nén 244
46 215,3 Chịu nén 140
14
P
1
P
2
P
3
P
4
P

*Chọn tiết diện của thanh chịu kéo trung tâm:
- Ta tính cho thanh chịu kéo lớn nhất là thanh 76, N
28
= 138,35(kN), l
76
=
400 cm
Diện tích yêu cầu của thanh chịu kéo: F
yc
=
R.
N

: hệ số giảm yếu tiết diện do liên kết, lấy = 1
R: cờng độ giới hạn, R = 1490 daN/cm
2
=> F
yc
=
3,9
1490.1
10.35,138
2
=
(cm
2
).
Ta có chiều dài tính toán của thanh bụng :
l
ox

y
= 2,38 cm .
=> =
15,1441
6,9
10.35,136
2
==
th
F
N
(daN/cm
2
) < R = 1490(daN/cm
2
)

max
=
15,209)
38,2
400
;
53,1
320
max();max( ==
y
oy
x
ox

N

(cm
2
).
Đối với thanh bụng :
gt
= 100 ữ 120.
l
x
= 0,8.l = 0,8.244 = 195,2(cm).
l
y
= l = 244(cm).
- Bán kính quán tính yêu cầu:
r
x
yc
=
952,1
100
2,195
==
gt
x
l

(cm);
r
y

2
r
x
= r
x1
= 2,76 cm, với = 8 mm => r
y
=4,01 cm .
- Kiểm tra tiết diện chọn:
9,980
8,27
100.69,272
===
th
F
N

(daN/cm
2
) < R= 1490(daN/cm
2
).

max
= max(
x
;
y
) = max(
01,4


max
= 70,7
gh
= 150
*Chọn tiết diện thanh chịu kéo lệch tâm:
Đối với thanh chịu kéo lệch tâm đều là thanh
cánh sát bản mặt, ta chỉ chọn một loại tiết diện.
Giả thiết chọn tiết diện chữ I gồm 2 thanh thép
góc C ghép lại : 2C N
o
=
18.
Ta có: F
1
= 20,7cm
2
; W
x1
= 121cm
3
=> F = 2.F
1
= 2.20,7 cm
2
= 41,4 cm
2
;
W
x

Ký hiệu
thanh giàn
Chiều dài
thanh (cm)
Lực dọc
(kN)
Mômen
(kNm)

(daN/cm
2
)
01 175 12,33 5,1 188,0
12 175 12,33 17,2 409,4
23 200 85,17 42,4 1033,5
34 200 16,72 63,6 1197,4
45 50 16,72 4,8 117,9
Từ bảng trên ta thấy tiết diện chọn đã phù hợp
Ta lập bảng tổng hợp chọn tiết diện các thanh giàn sau:
Ký hiệu
thanh giàn
Nội lực
(kN)
Trạng thái
nội lực
Chiều dài
thanh
(cm)
l
ox

34 16,72 Chịu kéo 200 200 200 2C
o
N
=
18
45 16,72 Chịu kéo 50 50 50 2C
o
N
=
18
08 13,28
Chịu nén
188,5 188,5 188,5
2L 90ì8
87 91,74
Chịu nén
188,5 188,5 188,5
2L 90ì8
76 138,35 Chịu kéo 400 400 400
2L 50ì5
65 49,71
Chịu nén
148,7 148,7 148,7
2L 90ì8
18 58,28
Chịu nén
70 56 70
2L 90ì8
28 78,46 Chịu kéo 188,5 150,8 188,5
2L 50ì5

a. Xác định tải trọng tác dụng lên giàn ngang:
GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
18
0,5.P
m
R=2.P
m
P
m
P
m
P
m
0,5.P
m
R=2.P
m
L=10,6m
L
f
=2,65m
G
0
1
2
3
4
5
6
7

Chịu nén
12 337,5 125,22
Chịu nén
23 337,5 125,22
Chịu nén
34 337,5 93,86
Chịu nén
56 337,5 0
67 337,5 93,86 Chịu kéo
78 337,5 93,86 Chịu kéo
89 337,5 0
09 294 110,42
Chịu nén
18 294 82,82
Chịu nén
27 294 55,21
Chịu nén
36 294 82,82
Chịu nén
45 294 110,42
Chịu nén
08 447,6 125,49 Chịu kéo
17 447,6 41,79 Chịu kéo
37 447,6 41,79 Chịu kéo
46 447,6 125,49 Chịu kéo
d họn tiết diện thanh xiên có nội lực lớn nhất:
Các thanh xiên chọn cùng một loại số hiệu (dùng thép góc đơn số hiệu
không nhỏ hơn L 60ì6).
Từ bảng tính nội lực trên ta thấy thanh xiên số hiệu 08 chịu nén lớn nhất:
N = 125,49 kN ; l = 447,6 cm.

=
58,3
100
358
l
gt
x
==

cm.
r
y
yc
=
48,4
100
6,447
l
gt
y
==

cm.
=> Chọn tiết diện gồm 2 thanh thép góc L đều cạnh ghép lại : 2L 90ì8
Các đặc trng hình học : F
1
= 13,9 cm
2
; r
x1

< R= 1490 daN/cm
2max
= max(
x
;
y
) = max(
01,4
6,447
;
76,2
358
) = max(130 ; 119) = 130.
Tra bảng đợc
min
= 0,4.
=>
5,1128
8,27.4,0
100.49,125
F.
N
min
==

=
daN/cm

351,65
56,14
10.2,51
F
N
2
th
==
daN/cm
2


bt
=
,38758
56,14
10.42,110
F
N
2
th
max
bt
==
daN/cm
2
=> = 351,65 + 758,38 = 1110 daN/cm
2
Vậy thanh đứng không bị phá hoại về mặt cờng độ.
4. Tính trụ biên:

= 2.40.2,8 + 74,4.1 = 298,4 cm
2
J
x
=
368216,6
12
4,74.39
12
80.40
12
h).b(
12
h.b
33
3
bbc
3
c
==


cm
4
=> W
x
=
9205,4
2/h
J

22
B
b
i
a
t
a
d
.h
i
0,64m
0,66m
1,1 m
0,9 m
0,76m
P
2
Q
1
P
4
Q
2
P
6
P
0
R
2
=822,065

0 0 0
1 100 90 9,26 1563,05
2 90 90 17,10 2885,63
3 85 76 29,20 4927,73
4 76 69 31,85 5373,95
5 69 64 33,83 5709,13
6 66 0 10,02 1690,12
Q
i
: áp lực do dầm chính truyền đến chính bằng phản lực gối tựa hai đầu
dầm chính.
Q
1
= Q
2
= q.L/2 = 102,4.13,5/2 = 691,2 kN = 69120 daN
G: trọng lợng bản thân: trọng lợng cửa van tính theo công thức gần
đúng
G = 0,55.F
bm
bm
F
= 656,28 (kN)
Ta có lực dọc trong mỗi trụ biên là N = 0,5.G = 328,14 kN
Mômen lớn nhất là tại khớp 1 : M
max
= P
1
.0,9 + P
2

GVHD: Đỗ Văn Hứa SV: Vũ Ngọc Lăng Lớp 42C3
23
Đồ án môn học KếT CấU THéP
Chọn bề rộng bánh xe L
x
= 150 mm
Đờng kính bánh xe D
x
= 600 mm
*Kiểm tra :
=
][
D.L
P
xx
max
x

P
x
: lực tác dụng vào bánh xe chính bằng phản lực tại hai gối tựa
của trụ biên, P
x
max
= R
2
= 822,065 kN
=> =
34,91
10.600.150

10.250.150
10.065,822
c.d
P
2
2
x
==

daN/cm
2
< []
cbt
= 250
daN/cm
2

*Kiểm tra ứng suất ép cục bộ do tiếp xúc giữa trục và các bản thép gối
tựa của trục ở hai đầu trục.
Bề dày của bản 2 thép cố định đầu trục = 20 mm
=
685
10.40.150.2
10.065,822
).2.(d.2
P
.d
2/P
2
2

38
2
10.125.q
10.155.
2
P
62
3
x
=


kNm.
_ ứng suất pháp:
=
==
3
4
3
15.1,0
10.38
d.1,0
M
1126 < [] = 1200 daN/cm
2
_ ứng suất tiếp:
=
310
15.7854,0
10.03,411

P
x
/2=411,03 kN
M
max
= 38 kN