GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
THIẾT KẾ CẦN TRỤC CHÂN ĐẾ DẠNG CỔNG
SỨC NÂNG Q = 36T.
TÍNH TỐN KẾT CẤU THÉP :
CẦN & VỊI.

GIỚI THIỆU
Các thanh thép đònh hình hoặc thép tấm liên kết với nhau tạo nên những
kết cấu cơ bản, sau đó các kết cấu cơ bản lại được liên kết với nhau tạo thành
một kết cấu chòu lực hoàn chỉnh gọi là kết cấu thép. Kết cấu thép là phần chòu
lực chính của toàn bộ cần trục, đây là phần có tỉ trọng về khối lượng lớn nhất,
khoảng 60
÷
80% tổng khối lượng cần trục. Cho nên việc tính toán kết cấu thép
có ý nghóa rất quan trọng, nó quyết đònh đến sự an toàn khi làm việc của bản
thân cần trục và các cơ cấu khác.
Kết cấu thép cần trục trong luận án này chỉ tính cho kết cấu thép cần và
vòi có dạng thép đònh hình và dạng hộp được cấu tạo từ các tấm thép và các
đoạn dầm liên kết với nhau bằng mối ghép bulông hay hàn.
Các thông số về vật liệu:
Vật liệu kết cấu thép cần trục là thép CT3 có các đặc trưng cơ tính sau:
- 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

(
2
/ mmN
) = 18 (KG/mm
2
)
Các trường hợp tải trọng và tổ hợp tải trọng tính toán kết cấu thép:
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :1
GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
1> Trường hợp tải trọng:
Khi cần 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:

1. Trọng lượng bản thân các
cấu kiện
G G G G G
2. Trọng lượng hàng nâng Q
có tính đến hệ số động
ψ
tdI
Q.
'
ψ
Q
Q
II
.
ψ
Q _
3. Lực quán tính khi khởi động
và hãm cơ cấu thay đổi tầm
với F
tv
qt
_ _ _
F
tv
qt
_
4. Góc nghiêng của cáp treo
hàng
_ α
I

động (hoặc phanh) từ từ (I
b
), hoặc đột ngột (II
b
) cơ cấu thay đổi tầm với.
- Tổ hợp III: cần trục không làm việc, chòu tác dụng của tải trọng gió bão.
CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP VÒI
ξ1.1 NỘI LỰC VÒI TẠI TẦM VỚI LỚN NHẤT R
max
.
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :3
G
v
θ
''
θ
'
θ
Q
R
B
R
C
S
C
A
B
C
γ
β

.cosθ .
+ G
AX
= G
A
.cos 6
0
; + G
AY
= G
A
.sin 6
0

G
B
= G
v
.cosθ’ .
+ G
BX
= G
B
.cos 22
0
+ G
BY
= G
B
.sin 22

điểm A , B , C với phương X tính toán.
 trọng lượng hàng Q
*
= ψ
ΙΙ
.Q = 1,2.36000 =43200 KG.
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :4
R
By
R
Bx
R
Cy
R
Cx
G
Cx
G
Cy
S
Cx
S
Cy
G
Bx
G
By
C
B
A

0
= G
v
.cosθ.cos 6
0
= 10000.cos 50
0
.cos 6
0
= 6392KG
+ G
Ay
= G
A
.sin 6
0
= G
v
.cosθ.sin 6
0
= 10000.cos 50
0
.sin 6
0
= 671 KG
+ G
Bx
= G
A
.cos 22

0
= G
v
.cosθ’’.cos 8
0
= 10000.cos 114
0
.cos 8
0
= -4027 KG
+ G
Cy
= G
A
.sin 8
0
= G
v
.cosθ’’.sin 8
0
= 10000.cos 114
0
.sin 8
0
= -556 KG
+ Q
x
= Q sin γ = 14775 KG
+ Q
y

M
C
= 0 ( Q
y
+G
Ay
).L
v
+ (R
By
-G
By
).b = 0
R
By
= -
By
vAyy
G
b
LGQ

+
).(
= 149549 KG
R
Bx
= R
B
.cos

R
Cy
=
b
aGQ
Ayy
).(
+
+ G
Cy
- S
Cy
= 84246 KG
R
Cx
= R
C
.cos
R
Cy
= R
C
.sin

Cy
Cx
R
R
= tag
R

A
G
Ax
G
Ay
Q
x
Q
y
GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
1. trong mặt phẳng đứng:
các lực tác dụng :
 trọng lượng bản thân vòi: G
v
= 10000 KG
 trọng lượng hàng Q

= 36000 KG.
 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với puly
dẫn
 hướng :
S
H
=
98,0.1
36000
.
=
η
a

= -567 KG
+ G
Cx
= -3898 KG
+ G
Cy
= -548 KG
+ Q
x
= Q sin γ = 12312 KG
+ Q
y
= Q cos γ = 33828 KG
+ S
Cx
= S
c
cos δ = 31812 KG
+ S
Cy
= S
c
sin δ = 18367 KG
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :8
11643
2489
11643
10178
14445
29030

v.
L
v
/2 = 0
R
By
=
By
v
qtvAyy
G
b
L
fLGQ

++
2
.).(
2
= 122988 KG
R
Bx
= R
B
.cos
R
Bx
= R
B
.sin

).b = 0
R
Cy
=
b
b
L
faGQ
v
qtAyy
)
2
.().(
2
++
+ G
Cy
- S
Cy
= 68988 KG
R
Cx
= R
C
.cos
R
Cy
= R
C
.sin

+
-
5290
M
u
(KGm)
Q (KG)
T
T+R
g
M
c
M
g
R
g
ba
GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
2. Trong mặt phẳng ngang
các lực tác dụng :
 lực ngang T = Q.tagα= 36000.tag10
0
= 6348 KG
 tải trọng gió phân bồ đều theo phương ngang:
P
g
v
= P
v
.F

.
P
g
v
= 470 KG
q
g
=
v
v
g
L
P
= 28 KG/m
2
 lực uốn giằng vòi R
g
.
 lực ngang T gây ra các momen xoắn M
c
, M
g
do cần và do giằng chòu
Gọi độ cứng chống uốn của giằng vòi và của cần lần lượt là C
g
và C
c
, độ cứng
chống xoắn lần lượt là G
g

−
1
..
= 35135 KG
M
g
=
c
g
G
G
.M
c
= 17568 KG
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :11
GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
ξ1.2 NỘI LỰC VÒI TẠI TẦM VỚI TRUNG BÌNH R
tb
.
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :12
G
v
θ
''
θ
'
θ
Q
R
B

2. Các lực tác dụng lên vòi gồm:
 trọng lượng bản thân vòi: G
v
= 10000 KG
 trọng lượng hàng Q
*
= ψ
ΙΙ
.Q = 1,2.36000 = 43200 KG.
 lực căng cáp nâng hàng theo hướng cuốn cáp đặt tại đuôi vòi với puly
dẫn hướng :
S
H
=
98,0.1
43200
.
*
=
η
a
Q
= 44081KG
Sơ đồ tính :
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :13
R
By
R
Bx
R

16454
108472
59388
68134
36180
80581
56164
88277
155402
3250
7469
23923
GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
Theo sô ñoà treân ta coù:
+ G
Ax
= G
A
.cos 6
0
= G
v
.cosθ.cos 6
0
= 10000.cos 30
0
.cos 6
0
=8612 KG
+ G

By
= G
A
.sin22
0
= G
v
.cosθ’.sin 22
0
= 10000.cos 121
0
.sin 22
0
= -3176 KG
+ G
Cx
= G
A
.cos 8
0
= G
v
.cosθ’’.cos 8
0
= 10000.cos 135
0
.cos 8
0
= -7002 KG
+ G

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :14
GVHD: Th.S NG.DANH CHN SVTH: Lấ QUANG TIN
TO HễẽP b.
1. Trong maởt phaỳng ủửựng:
N MễN HC : KT CU THẫP Page :15
f
qt
R
By
R
Bx
R
Cy
R
Cx
G
Cx
G
Cy
S
Cx
S
Cy
G
Bx
G
By
C
B
A

F
qt
= 0,1.G
v
= 0,1.10000 = 1000 KG
Coi lực quán tính là phân bố đều trên suốt chiều dài vòi:
f
qt
=
v
qt
L
F
= 54.9 KG/m
Sơ đồ tính :
Theo sơ đồ trên ta có:
+ G
Ax
= 8612 KG
+ G
Ay
= 900 KG
+ G
Bx
= -7862 KG
+ G
By
= -3176 KG
+ G
Cx

θ
Q
R
B
R
C
S
C
A
B
C
δ
β
γ
GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
TỔ HP ΙΙ a
1. Các thông số:
β = 75
0
a = 13 m
δ = 61
0
b = 5.2 m
γ = 85
0
L
v
= 18.2 m
θ = 6
0

By
R
Bx
R
Cy
R
Cx
G
Cx
G
Cy
S
Cx
S
Cy
G
Bx
G
By
C
B
A
G
Ax
G
Ay
Q
x
Q
y

0
.cos 6
0
=9890 KG
+ G
Ay
= G
A
.sin 6
0
= G
v
.cosθ.sin 6
0
= 10000.cos 6
0
.sin 6
0
= 1039 KG
+ G
Bx
= G
A
.cos 22
0
= G
v
.cosθ’.cos 22
0
= 10000.cos 145

0
.cos 8
0
= -9244KG
+ G
Cy
= G
A
.sin 8
0
= G
v
.cosθ’’.sin 8
0
= 10000.cos 159
0
.sin 8
0
= -1298 KG
+ Q
x
= Q sin γ = 43035 KG
+ Q
y
= Q cos γ = 3765 KG
+ S
Cx
= S
c
sin δ = 38553 KG

G
By
C
B
A
G
Ax
G
Ay
Q
x
Q
y
93547
93547
7458
18472
2321
154783
6325
7464
15241
59012
101257
61125
430645
N (KG)
Q (KG)
M(KGm)
220369

f
qt
=
v
qt
L
F
= 54.9 KG/m
Sơ đồ tính :
Theo sơ đồ trên ta có:
+ G
Ax
= 9898 KG
+ G
Ay
= 1039 KG
+ G
Bx
= -7595 KG
+ G
By
= -3068 KG
+ G
Cx
= -9244KG
+ G
Cy
= -1298KG
+ Q
x

M = 238269 ( KGm ) , Q = 18825 ( KG ) , N = 252686 ( KG )
*Kích thước mặt cắt chọn sơ bộ* diện tích tiết diện :
)(1240007200052000
)(7200036000.2
)(3600080.450.
2
)(5200026000.2
)(2600020.1300.
2
2
2
2
021
2
2
21
mmFFFF
mmF
mmHFF
F
mmF
mmBFF
F
tbi
t
ttt
t

3
21
mm
B
JJ
mm
B
JJ
b
yy
b
xx
====
====
δ
δ
Tònh tiến hệ trục (X
1
O
1
Y) và (X
2
O
2
Y) về hệ trục OXY với khoảng cách
trục





2
0
1
472
2
2
02
0
2
0
1
mmFXJJJ
mmFYJJJ
byyy
bxxx
=+==
=+=+==
- Xét 2 tấm thành :
)(84375
12
80.450
12
.
)(10.375,3
12
80.450
12
.
4
3

) về hệ trục OXY với khoảng cách
trục:





=
=
+
=
+
=
0
)(690
2
801300
2
0
0
0
Y
mm
B
X
t
δ
Ta được :
)(10.147.
)(4921875020460.049218750.

1
470
3
0
1
mmJJJ
mmJJJ
yyY
xxX
=+=
=+=
Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X
)(10.213
165
10.352
35
7
max
mm
Y
J
W
X
X
===
Momen chống uốn của tiết diện đối với trục Y
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :23
G - G
GVHD: Th.S NG.DANH CHẤN SVTH: LÊ QUANG TIẾN
)(10.82

X
X
Y
Y
=+=
++=
σ
σ
- Ứùng suất tiếp do Q gây ra :
c
xx
c
xd
Qd
bJ
SQ
.
.
=
τ
Q : lực cắt lớn nhất tại tiết diện giữa vòi trong mặt phẳng nâng
Q = 18825 ( KG )
S
c
x
: Momen tónh các phần bò cắt bỏ đối với trục X
( )
36
10.04,55
2

: Chiều rộng tiết diện bò cắt
b
c
x
= 2.δ
t
= 2.15 = 30 ( mm )
)/(1,6
30.10.325
10.04,55.18825
2
7
6
mmKG
Qd
==
τ
- Ứng suất tương đương
22222
max
/61,101,6.3992,03 mmKG
td
=+=+=
τσσ
< [σ] = 18 KG/mm
2
Vậy tiết diện mặt cắt thỏa mãn điều kiện bền.
3. Tại mặt cắt G –G
M = -27984085,4 ( Nmm ) , Q = -3185,06 ( N ) , N = 1060505,9 ( N )
*Kích thước mặt cắt :

B
JJ
mm
B
JJ
b
yy
b
xx
====
====
δ
δ
Tònh tiến hệ trục (X
1
O
1
Y) và (X
2
O
2
Y) về hệ trục XOY với khoảng cách
trục





=
+

2
02
0
2
0
1
mmFXJJJ
mmFYJJJ
byyy
bxxx
=+==
=+=+==
- Xét tấm thành :
)(44928
12
310.12
12
.
)(30371328
12
310.12
12
.
4
3
3
43
4
3
3

=+=+=
=+=+=
Momen chống uốn của tiết diện đối với trục X
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : KẾT CẤU THÉP Page :25