Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
TÍNH KẾT CẤU KIM LOẠI
1) Giới thiệu chung:
Kết cấu kim loại cầu trục kết cấu kiểu dàn là một hệ không gian phức tạp gồm
hai nửa cầu. Kết cấu của một nửa cầu là một hệ không gian được cấu tạo từ 4
dàn phẳng: dàn đứng chính, dàn đứng phụ, dàn ngang trên, dàn ngang dưới. Để
đảm bảo độ cứng cho dàn không gian, trong dàn có kết cấu thêm các thanh giằng
chéo.
2) Đặc điểm tính toán:
Kết cấu kim loại cầu trục 4 dàn là một hệ không gian, khi tính toán không
tính theo dàn không gian mà tính theo phương pháp gần đúng bằng cách chia dàn
không gian thành những dàn phẳng. Coi rằng toàn bộ tải trọng di động của trọng
lượng xe con có hàng chỉ tác dụng lên dàn đứng chính. Nội lực trong các thanh
của dàn đứng chính dưới tác dụng của các tải trọng chính xác đònh theo phương
pháp đường ảnh hưởng.
Kết cấu của dàn đứng chính có tính chất đối xứng so với trục thẳng đứng đi
qua điểm giữa của khẩu độ nên chỉ cần xây dựng đường ảnh hưởng cho nửa dàn
phía bên buồng lái. Sơ đồ hình học của dàn phụ giống dàn đứng chính nên đường
ảnh hưởng các thanh trong dàn phụ cũng giống như trong dàn đứng chính tuy
nhiên dàn đứng phụ chỉ chòu tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân dàn,
trọng lượng cơ cấu di chuyển cầu trục, buồng lái và các thiết bò điện, các hệ
thống dây cấp điện cho xe tời, hê trục truyền động cơ cấu di chuyển. Dàn phụ
cũng chòu tác dụng của lực quán tính ngang khi phanh cầu (vì các thanh biên của
dàn phụ cũng là thanh biên của dàn ngang trên và dàn ngang dưới).
Dàn ngang cũng có kết cấu đối xứng nên khi xây dựng đường ảnh hưởng ta
cũng xây dựng cho nửa dàn phía bên có buồng lái.
3) Tải trọng tính toán và tổ hợp tải trọng tính toán kết cấu thép:
Các trường hợp và tổ hợp tải trọng :
Khi máy trục nói riêng, cầu trục nói chung 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

đ.
G
c
G
c
K
đ
G
c
2
Trọng lượng xe con G
X
có
tính đến hệ số va đập K
đ.
G
x
G
x
K
đ
G
x
3
Trọng lượng hàng Q kể đến
thiết bò mang hàng có tính
đến hệ số va đập K
đ.
Ψ
II

- 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 Ia, IIa: Hai tổ hợp này tương ứng với trường hợp cầu trục đứng yên, chỉ
có cơ cấu nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng một
cách từ từ (Ia) hoặc đột ngột (IIa).
– Tổ hợp Ib, IIb: Hai tổ hợp này ứng với trường hợp cầu trục mang hàng di
chuyển, khởi động (hoặc phanh) từ từ (Ib), hoặc đột ngột (IIb). Trong trường hợp
này, các cơ cấu nâng và di chuyển xe con không làm việc hoặc làm việc với gia
tốc ổn đònh.
- Tổ hợp IIc: Tổ hợp này ứng với trường hợp xe con mang hàng di chuyển, khởi
động hoặc phanh đột ngột. Trong trường hợp này, các cơ cấu nâng và di chuyển
cầu trục đứng yên hoặc làm việc với gia tốc không đổi.
- Đối với cầu trục thuộc đề tài này, kết cấu thép của cầu trục được tính theo điều
kiện bền tónh, ứng với ba tổ hợp tải trọng IIa, IIb, IIc.
4) Các kích thước chính và trọng lượng các phần tử kết cấu kim loại:
- Chiều cao của dầm đứng chính ở giữa nhòp:

25.16666,120
16
1
12
1
16
1
12
1
÷=





mma 1000
20
20000
==
- Bề rộng mặt phẳng ngang của dầm lấy bằng b = 1400 mm
- Trọng lượng của một dầm đứng chính ( xác đònh sơ bộ theo công thức 8-
15, [1] ):
G
ch
= 10Qx(L-5) +7000 = 10 x 100x(20-5) + 7000 = 22000N
- Trọng lượng của một dầm đứng phụ (công thức 8-17 [1] )
G
ph
=
N
G
ch
11000
2
22000
2
==
- Trọng lượng của một dàn ngang: (công thức 8-18 [1] )

N
G
G
ng
ng

- Trọng lượng xe lăn G
x
= 42000N
5) Xác đònh tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính:
Tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính được tính phía cơ cấu di động cầu
- Tải trọng không di động phân bố đều dọc chiều dài dàn:
mN
L
G
G
G
kq
ng
s
ch
/79,1539
20
3,7333
2
2925
22000
0,1
2
1
=
++
=
++
=
- Tải trọng tập trung đặt phía dàn có cơ cấu di động:

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
P
c
’ =
NPk
G
c
x
4563629280.2,1
4
42000
4
2
=+=+
P
D
’ =
NPk
G
D
4710030500.2,1
4
42000
4
2
0
=+=+
- Tải trọng quán tính ngang phân bố đều:
q
ng

Cng
= 0,1(
c
P
G
+
4
0
)=
N3978)29280
4
42000
.(1,0
=+
P’
Dng
= 0,1(
D
P
G
+
4
0
) =
N4100)30500
4
42000
.(1,0
=+
6) Xác đònh tải trọng tác dụng lên dàn đứng phụ:

= k
1
N
G
d
17000
2
34000
0,1
2
==
SVTK: Lê Pháp - 6 -

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
+ do trọng lượng buồng lái và thiết bò điện:
N
b
= k
1
N
G
b
8500
2
17000
0,1
2
==
-Tải trọng quán tính ngang phân bố đều:
q

y3
y3
y3
y3
y3
y3
y1
y2
y1y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1
y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1 y2
y1
y1

vaứ 0
7
O
8
vaứ 0
9
O
10
vaứ 0
11
U
1

U
2

U
3
U
4

U
5
D
1

D
2

D


V
6

D
10
Nb Nd
y4
q = 1539,79 N/m
Nb Nd
q = 1539,79 N/m
Hỡnh 5.2 ẹửụứng aỷnh hửụỷng daứn ủửựng chớnh
SVTK: Lờ Phỏp - 8 -

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
- Lực trong các thanh của dàn dừng chính dưới tác dụng của tải trọng
chính( tính theo trường hợp phối hợp tải trọng thứ nhất) được xác đònh theo
phương pháp đường ảnh hưởng. Vì dàn đứng chính đối xứng qua trục thẳng đứng
ở giữa nhòp nên ta chỉ tính đối với nửa dàn phía bên có buồng lái.
- Ở biên của dàn, mắt đầu có hai nhánh O
1
và V
1
không chòu ngoại lực nên lực
trong thanh O
1
bằng không.
- Tung độ các đường ảnh hưởng dưới tải trọng di động kỳ diệu là y
1
và y

i
y
i
, trong đó P
i
- tải trọng di động; y
i
- tung độ đường ảnh hưởng dưới tải
trọng di động tương ứng.
+ Đường ảnh hưởng của các thanh biên trên được xây dựng bằng cách đặt dưới
gối tựa bên trái tung độ
H
x
, trong đó: x- khoảng cách từ điểm Rite, điểm lấy
mômen của thanh đang xét, đến gối tựa; H- chiều cao của dàn chính. Tung độ
cựa đại nằm dưới điểm Rite của thanh đó.
- Thanh biên trên O
2
và O
3
O
2
và 0
3
Nb Nd
Pd
Pc
y4
y3
y1 y2

5
O
4
và 0
5
y4
y3
y1y1 y2
Diện tích đường ảnh hưởng: F = y
1
x 20 = -2x 20 = -20N
Tải trọng phân bố đều = q x
∑
F = 1539,79 x (–20) = -30795,8N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (- 1,25 x 17000)+(-1 x 8500)
= -29750N
Tải trọng di động = (y
1
x 47100)+(y
2
x 45636)
= (-2 x 47100)+(-1,778 x 45636)
= -175341N

chiều cao H của dàn, mà là khoảng cách từ thanh U
1
đến điểm lấy mômen của
nó.
- Thanh biên dưới U
1
U
1
y4
y3
y1 y2
Diện tích đường ảnh hưởng: F = y
1
x 20 = 0,972 x20 = 9,72N
Tải trọng phân bố đều = q x
∑
F = 1539,79 x 9,72 = 14967N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (0,53 x 17000)+(0,921 x 8500)
= 16839N
Tải trọng di động = (y
1
x 47100)+(y
2

Tải trọng di động = (y
1
x 47100)+(y
2
x 45636)
= (1,594 x 47100)+( 1,427 x 45636)
= 140200N
Lực trong thanh = 24544,2+24982+140200 = 189726,2N
- Thanh biên dưới U
3
U
3
y4
y3
y1 y2

Diện tích đường ảnh hưởng: F = y
1
x 20 = 2,343 x 20 = 23,43N
Tải trọng phân bố đều = q x
∑
F = 1539,79 x 23,43 = 36077,3N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (1,563 x 17000)+( 0,938 x 8500)

- Thanh xiên D
1
y2
y4
y3
Diện tích đường ảnh hưởng: F = y
1
x 20 = -1,24 x 20 = -12,4N
Tải trọng phân bố đều = q x
∑
F = 1539,79 x -12,4 = -19093,4N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (-0,654 x 17000)+( -1,173 x 8500)
= -21089N
Tải trọng di động = (y
1
x 47100)+(y
2
x 45636)
= (-1,24 x 47100)+( -1,123 x 45636)
= -109653N
Lực trong thanh = (-19093,4)+( -21089)+( -109653) = -149835,4N
SVTK: Lê Pháp - 13 -


2
= 7,58 + (-0,76) = 6,82N
Tải trọng phân bố đều = q x
∑
F = 1539,79 x 6,82 = 10501,4N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (0,446 x 17000)+( 0,73 x 8500)
= 13787N
Tải trọng di động = (y
1
x 47100)+(y
2
x 45636)
= (0,73 x 47100)+( 0,667 x 45636)
= 64822N
Lực trong thanh = 10501,4+13787+64822 = 89110,4N
+ Đường ảnh hưởng của các thanh xiên khác khi các thanh xiên song song
nhau( D
3
, D
4
, D
5
, D

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
D
3
y1 y2
y4
Diện tích đường ảnh hưởng: F = F
1
+ F
2
= 0,14+ (-10,10) = -9,96N
Tải trọng phân bố đều = q x
∑
F = 1539,79 x (-9,96)= -15336,3N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (0,59x 17000)+( -0,118 x 8500)
= -9027N
Tải trọng di động = (y
1
x 47100)+(y
2
x 45636)
= (-1,003 x 47100)+( -0,9 x 45636)
= -88314N
Lực trong thanh = (-15336,3)+(-9027)+(-88314) = -112677,3N

SVTK: Lê Pháp - 15 -

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
= 82796N
Lực trong thanh = 14150,6+9027+82796 = 105973,6N
- Thanh xiên D
5
y4
D
5
y1
y2
y3
Diện tích đường ảnh hưởng: F = F
1
+ F
2
= 0,57+ (-7,87) = -7,30N
Tải trọng phân bố đều = q x
∑
F = 1539,79 x (-7,30)= -11240,5N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (-0,59 x 17000)+( 0,118 x 8500)
= -9027N

O
2
và 0
3
Nb Nd
y4
y4
y4
y4
y4
y4
y4
y4
y4
y3
y3
y3
y3
y3
y3
y3
y3
y3
y3
y4
y4
y4
y4
y4
y4

và 0
7
O
8
và 0
9
O
10
và 0
11
U
1

U
2

U
3
U
4

U
5
D
1

D
2

D


V
6

D
10
y4
Hình 5.3 Đường ảnh hưởng dàn đứng phụ
Vì sơ đồ của dàn đứng chính và dàn đứng phụ giống nhau nên đường ảnh
hưởng của chúng có những tính chất tương tự nhau. Các thanh biên trên của dàn
đứng phụ ngoài tải trọng thẳng đứng còn có các tải trọng ngang tác dụng.
SVTK: Lê Pháp - 17 -

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
- Thanh biên trên O
2
và O
3
O
2
và 0
3
Nb Nd
y4
y3
q = 1539,79N/m
Diện tích đường ảnh hưởng: F = y
1
x 20= -1,125x20 = -11,25N
Tải trọng phân bố đều = q x


= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (-1,25 x 17000)+(-1 x 8500)
= -29750N
Tải trọng ngang tác dụng = -41482N
SVTK: Lê Pháp - 18 -

Thiết Kế Mơn Học Kết Cấu Thép GVHD:
Lực trong thanh = (-19140) +(-29750)+ (-41482) = -90372N
- Thanh biên trên O
6
và O
7
tính tương tự
- Thanh biên trên O
8
và O
9
tính tương tự
- Thanh biên trên O
10
và O
11
tính tương tự
- Thanh biên dưới U
1

∑
F = 957 x 15,94 = 15254N
Tải trọng tập trung

= (y
3
x 17000)+(y
4
x 8500)
= (0,938 x 17000)+( 1,063 x 8500)
= 24982N
SVTK: Lê Pháp - 19 -