SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ
MINH
KHOA CƠ KHÍ
THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP
Đề tài :
.4.1.1.1.1 THIẾT KẾ CẦU TRỤC HAI DẦM SỨC
NÂNG Q=20T, KHẨU ĐỘ L=28M
GVHD : Nguyễn Danh Chấn
SVTH : Phạm Đư
́
c Quô
́
c
Lớp : MX05
Khoa : Cơ Khí
Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 05/2008
- 1 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
MỤC LỤC
1 Giới thiệu chung kết cấu thép cầu trục............................................1
2 Các thông số cơ bản kết cấu thép....................................................2
3 Đặc trưng hình học cua tiết diện......................................................5
3.1 Dầm chính ...................................................................................5
3.2 Dầu dầm chính và dầm đầu..........................................................5
4 Các Tải Trọng Tính.........................................................................6
4.1 Tải trọng không di động...............................................................7

để so sánh với máy mẫu và tìm ra kết cấu hợp lí nhất, tiết kiệm nhất.
Các thông số kĩ 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
- Tốc độ di chuyển xe con : v
*
dc
= 30m/ph
1.2.Chọn vật liệu chế tạo:
- Kết cấu kim loại của máy trục là phần chiếm nhiều kim lọai nhất trong tồn
bộ máy trục. Vì thế để có khối lượng máy trục hợp lý cần phải thiết kế và
tính tốn đúng phần kết cấu kim lọai của nó.
- Khối lượng kim lọai dùng cho kết cấu kim lọai chiếm 60÷80% khối lượng
kim loại của tồn bộ máy trục, có khi còn hơn nữa. Vì vậy việc chọn kim lọai
thích hợp cho kết cấu kim lọai để sử dụng chúng một cách tinh tế nhất là rất
quan trọng. Ngồi việc phải đảm bảo độ bền khi làm việc, kết cấu kim lọai
cần phải dễ gia công, có giá thành thấp, diện tích chịu gió nhỏ, bề mặt ngòai
của kết cấu cần phẳng để dể đánh rỉ và dể sơn.
- Kết cấu kim lọai cổng trục phần lớn dùng thép tấm, có thể liên kết với nhau
bằng hàn hay đinh tán. Vì mối ghép hàn gia công nhanh và rẻ được sử dụng
rộng rãi nên ta chọn cách gia công này.
Vật liệu dùng để chế tạo kết cấu thép rất đa dạng như là thép cácbon
(gồm: thép cácbon thấp, trung bình và cácbon cao) hay thép hợp kim…
Trong chế tạo kết cấu kim loại máy trục người ta sử dụng chủ yếu thép

2
.
+ Độ bền cơ học đảm bảo.
+ Tính dẻo cao.
+ Tính hàn tốt ( dễ hàn ).
Đối với các thanh phụ không chịu tải, dàn bảo vệ, tay vịn, sàn lát… có
thể dùng thép CT
0
,CT
1
,CT
2
.
- 3 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
1.3 Cấu tạo.
Cầu trục gồm 2 dầm ngang kiểu hộp. Dầm được tựa trên các chân đỡ là
các chân của cổng .Ở chân cổng, phía trên có thanh dằng, phía dưới có liên
kết với dầm để đặt hệ thống thủy lực và động cơ diezen.
2. Các Thông Số Kích Thước Cơ Bản Kết Cấu Thép:
- Theo dự kiến thiết kế ban đầu thì cầu sẽ gồm hai dầm hộp. Ray di chuyển
cho xe lăn sẽ bố trí ở thành trên của dầm.
- Mặt trên của cầu sẽ kết hợp làm sàn kiểm tra. Khoảng cách giữa hai dầm
phải tính sao cho cầu đủ ổn định trong mặt phẳng ngang do tác dụng của tải
trọng lệch, vừa phải phù hợp với kích thước của xe lăn và giằng dầm.
- Mục đích cuối cùng là chọn kết cấu nhỏ gọn mà vẫn đủ khả năng làm
việc.
2.1.Các kích thước cơ bản của dầm chính.
- Do hai dầm giống nhau nên ở phần này ta chỉ trình bày kích thước đặc
trưng của một dầm.

=6mm
Chiều dày của thành biên: δ
b
=27mm.
Chiều cao của thành dầm: h
t
=(h-2.δ)=900mm.
Bề rộng tấm biên : B= (0,33
÷
0,5).H=(594
÷
900)
Chọn B = 680mm
Chiều dài đoạn nghiêng : C= ( 0,1
÷
0,2).L=2800
÷
5600
Chọn C=4000mm
- 4 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
27
6
10
600
680
1800
Hình 24: Dầm chính.
2.2Các kích thước cơ bản của đầu dầm chính:
27

2
3
2
1
1
3
1
δδ
δ
+++=
F
B
J
o
x
J
x
=
( )
( )
12
1768.12
.2892.16.680.2
12
12.680
.2
3
2
3
++

y
=
( )
( )
( )
12
680.16
.2303.1768.12.2
12
12.1768
.2
3
2
3
++
J
y
=0,47.10
10
mm
4
- Momen chống uốn của tiết diện:
- 6 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
W
x
=
1800
10.84,2.2
10

giống như dầm chính.
- Momen quán tính của tiết diện:
12
.868
.2)
2
900.(.2
12
.
.2
2
3
2
1
1
3
1
δδ
δ
+++=
F
B
J
o
x
J
x
=
( )
( )

3
2
δ
δδ
o
y
B
FJ
+++=
J
y
=
( )
( )
( )
12
500.16
.2236.868.12.2
12
12.868
.2
3
2
3
++
J
y
=0,15.10
10
mm

=6.10
6
mm
3
.
- 7 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
4. Các Tải Trọng Tính:
Kết cấu kim lọai của cổng trục chịu các lọai tải trọng: tải trọng không di
động, tải trọng di động, lực quán tính, tải trọng lệch do phân bố tải không
đều.
Bảng 3: Bảng tổ hợp tải trọng.
Loại tải trọng
Tính theo độ bền
mỏi
Tính theo bền và ổn
định.
[σ]
rk
=
I
rk
n
σ
[σ]=
II
c
n
σ
Tổ hợp tải trọng

x
G
x
Trọng lượng hàng kể cả thiết bị
mang hàng
ψ
I
.Q
tđ
k
'
T
.Q
tđ
ψ
II
.Q
k
T
.Q Q
Lực quán tính khi hãm cầu trục và xe
con
P
qt
P
qt
max
P
x
qt

,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 đều dọc
- 8 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
theo chiều dài của kết cấu. Còn tải trọng của cơ cấu di chuyển cầu, buồng lái
và các thiết bị điện được xem như tập trung tại điểm đặt của nó.
- Vì có hiện tượng va đập trong quá trình di chuyển trên đường ray có mối
nối, nên tải trọng do trọng lượng bản thân kết cấu kim lọai, của sàn lát, ray
phải tính đến ảnh hưởng của hiện tượng va đập.
- Tải trọng không di động xem như phân bố đều dọc theo chiều dài của dầm
và được xác định như sau:
+ Khối lượng biên trên, biên dưới, bản thành:
m=2.20.7850.(0,6.0,012+1,3.0,008)=5526,4Kg
+ Khối lượng ray: 63,7Kg/m.
+ Trọng lượng phân bố của dầm chính:
q=k
1.






+=




5
2,683
=136,6 kG/m
4.2. Tải trọng di động.
- Các hệ số tải trọng:
- Hệ số va đập k
t
: theo [2]
k
t
= 1,2
- Hệ số động khi nâng hàng: theo [2]
ψ
II
= 1 + 0,04.v
n

= 1 + 0,04.20= 1,8
- Trọng lượng bản thân:
Trọng lượng bản thân của cầu trục (theo kinh nghiệm)
G = 31600 kG
- Trọng lượng bản thân cầu trục có kể đến hệ số va đập k
t

k
t
.G = 1,2 x 31600 = 37920 kG
- Trọng lượng xe con:
G
x

.
t
v
GQP
c
cg
qt
.
+=
(1)
Trong đó :
v : vận tốc di chuyển cầu trục : v = 60m/ph
t : thời gian phanh cổng trục t = (3÷8 )s , ta chọn t = 4 s
G : trọng lượng cổng trục : 31600kG
Q : trọng lượng hàng: 25000 kG
kGP
cg
qt
14150
4.60
60
).3160025000(
=+=
khi gia tốc đột ngột: P
max
qt
= 2.P
cầu
pt
= 2.14150 = 28300 kG

R=0,15xN
N: áp lực của một bánh xe cầu: 21400 kG
R=0,15x21400=3210 kG
5.Xác Định Nội Lực Trong Kết Cấu Thép.
- 10 -
SVTK: Phạm Đức Quốc GVHD:Nguyễn Danh Chấn
5.1.Xác định nội lực theo tổ hợp tải trọng IIa.
 Trường hợp xe con đặt ở giữa dầm là trường hợp nguy
hiểm khi tính cho dầm chính:
Các tải trọng tác dụng lên dầm:
q
dầm
= 434,8 kG/m
Q
hàng+xe
=25000.1,48+ 10000 = 47000 kG
R=47000
q=434,8
Hình 28: Các tải trọng tác dụng lên dầm.
Biểu đồ nội lực trong dầm:
Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra:
245800
308711
3253595
245800
308711
M
X
Q
Hình 30: Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra.

374872,9
280500
28200
28200
Hình 43: Biểu đồ momen do các tải trọng thẳng đứng gây ra.
Biểu đồ momen do tải trọng tác dụng ngang gây ra trên dầm chính bao
gồm tải trọng gió, tải trọng quán tính do trọng lượng bản thân dầm, tải trọng
quán tính do trọng lượng xe con và vật nâng:
- 12 -
R=561000
q=8042
q=426