GVHD:Nguyễn Danh Chấn
TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP
Đề tài:Thiết kế cần trục tháp bánh lốp truyền động thủy lực sức nần Q=40 tấn,lấy mẫu ở
cảng KHÁNH HỘI.
1.1. Giới thiệu và các kích thước cơ bản của cần:
8
7
6
5
4 3 2
9
1
1.1.1. Giới thiệu:
- Kết cấu thép cần của cần trục tháp bánh lốp có kết cấu dạng dàn không gian và tiết diện ngang
của dàn là hình tam giác.
- Các thanh dàn làm bằng thép ống, liên kết với nhau nhờ các mối hàn. Cần gồm có ba thanh
biên, giữa các thanh biên có các hệ thanh xiên không có thanh chống đứng ở giữa. Cần là một
dàn có trục thẳng và tiết diện thay đổi theo chiều dài cần.
- Trong mặt phẳng nâng hàng, cần là một thanh tổ hợp có 2 điểm liên kết tựa: 1 điểm liên kết với
bộ phận quay (tháp) qua khớp bản lề cố định ở đuôi cần, 1 điểm liên kết với xilanh thủy lực thay
đổi tầm với tương đương một liên kết thanh. Phương của liên kết thanh có phương của xilanh
thủy lực.
- Trong mặt phẳng ngang, đuôi cần được liên kết với tháp bởi 2 khớp bản lề cố định, còn đầu cần
thì tự do.Vì vậy trong mặt phẳng ngang, cần được coi là một thanh ngàm cứng có đầu cần là tự
do. Do đó hình dáng bao cần có dạng hình thang, đầu cần có kích thước nhỏ nhất, đuôi cần tại 2
khớp liên kết với tháp có kích thước lớn nhất.
- Xét điều kiện làm việc của cần ta nhận thấy rằng: cần được coi là bộ phận chịu lực chủ yếu của
cần trục. Cần làm việc ở trạng thái chịu nén và uốn ngang phẳng trong 2 mặt phẳng.
- Ở các thanh chịu nén của dàn ngoài việc đảm bảo sự phù hợp của kết cấu: cần dài, mảnh còn
chú ý đến điều kiện ổn định của thanh để chống lại sự uốn dọc làm mất ổn định của thanh, dàn
sử dụng thép ống có nhiều ưu điểm đáp ứng điều kiện này.

5 Mét
Tốc độ quay của cần trục n
q
1,5 Vòng/phút
7.1.2. Các kích thước cơ bản của dàn :
Hình 7.1: Kết cấu thép cần.
- Chiều dài của cần : L = 30 (m).
- Chiều cao mặt cắt giữa cần:
Lh .
30
1
20
1






÷=
(bảng 5-1) [10]
Chọn h = 1,5 (m).
- Chiều rộng mặt cắt của cần ở giữa cần:
B = (1
÷
1,5).h (bảng 5-1) [10]
=> B = (1
÷
1,5) x 1,5
Chọn B = 1,5 (m).

B
Chọn B
o
= 2,5 (m).
1.2. Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép kết cấu thép của cần
Chọn vật liệu chế tạo kết cấu thép cần là thép CT3, có cơ tính:
STT Cơ tính vật liệu Kí hiệu Trị số Đơn vị
1 Môđun đàn hồi E 2,1.10
6
KG/cm
2
SV:Trần Văn Tư MX05 - 2 -
( )
)(15,130
30
1
20
1
mh
÷=×






÷=⇒
GVHD:Nguyễn Danh Chấn
2 Môđun đàn hồi trượt G 0,84.10
6

- Tổng hợp các tải trọng khác nhau tác dụng lên cần trục có thể chia ra 3 trường hợp:
+ Trường hợp tải trọng I :
Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng tiêu chuẩn ở trạng thái làm việc và ở những điều
kiện sử dụng tiêu chuẩn. Dùng để tính toán kết cấu kim loại theo độ bền và độ bền mỏi. Khi tải
trọng thay đổi, trong đó có trọng lượng hàng thay đổi thì không tính theo trị số tải trọng cực đại
mà tính theo trị số tải trọng tương đương.
+ Trường hợp tải trọng II :
Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái làm việc và ở điều kiện nặng
nhất, làm việc với trọng lượng vật nâng đúng tiêu chuẩn. Dùng để tính toán kết cấu kim loại theo
độ bền và độ ổn định.
+ Trường hợp tải trọng III :
Các tải trọng tác dụng lên máy trục là tải trọng cực đại ở trạng thái không làm việc. Các tải trọng
đó gồm có: trọng lượng bản thân cần trục và gió bão tác dụng lên cần trục ở trạng thái không làm
việc. Trường hợp này dùng để kiểm tra kết cấu theo điều kiện độ bền, độ ổn định ở trạng thái
không làm việc.
- Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên cần trục và chia
thành các tổ hợp tải trọng sau :
+ Tổ hợp I
a
, II
a
: Tương ứng trạng thái cần trục làm việc, cần trục đứng yên chỉ có một cơ cấu
nâng làm việc, tính toán khi khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách từ từ tính cho tổ
hợp I
a
; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp II
a
.
+ Tổ hợp I
b

b
II
a
II
b
Trọng lượng bản thân của
cần.
G
c
G
c
G
c
G
c
Trọng lượng hàng (Q
h
) và
thiết bị mang hàng (G
m
). Q
tđ
Q
tđ
Q Q
Hệ số động
ψ
.
I
ψ

qt
F
lt
qt
F
Tải trọng gió. - -
II
g
P
II
g
P
+ Tổ hợp I
a
, II
a
: Cần trục đứng yên chỉ có một cơ cấu nâng làm việc. Tính toán khi khởi động
(hoặc hãm) cơ cấu nâng hàng một cách từ từ tính cho tổ hợp I
a
; khởi động (hoặc hãm) cơ cấu
nâng hàng một cách đột ngột tính cho tổ hợp II
a
.
+ Tổ hợp I
b
, II
b
: Cần trục đứng yên có mang hàng đồng thời cơ cấu quay hoạt động. Tiến hành
khởi động (hoặc hãm) cơ cấu đó một cách từ từ tính cho tổ hợp I
b

Q (T) R (m)
α
(°)
R
min
40 5 80
R
tb
30 15 60
R
max
15 25 33
Hình 7.2:
Các vị trí tính toán của cần.
1.4.2. Sơ đồ tính toán:
Sơ đồ tính cần được đưa về dạng sơ đồ một thanh có liên kết tựa như sau:
SV:Trần Văn Tư MX05 - 4 -
T
B
A
S
h
Q
X
H
A
V
A
Z
q

15 25 33
Trong đó:
+ Q : Tải trọng nâng bao gồm trọng lượng hàng và thiết bị mang hàng.
+ R : Tầm với.
+ α : Góc nghiêng của cần so với phương ngang.
+ R
max
: Tầm với lớn nhất của cần.
+ R
tb
: Tầm với trung bình của cần.
+ R
min
: Tầm với nhỏ nhất của cần.
7.5.3. Các tải trọng tính toán:
* Trọng lượng bản thân của cần: G
c
(kG)
- Trọng lượng cần G
c
có:
+ Điểm đặt: trung điểm chiều dài của cần.
+ Phương, chiều: có phương thẳng đứng, chiều ngược chiều dương trục Z.
+ Độ lớn: G
c
= 12 (T) =12.10
3
( (Kg).
- Trọng lượng cần G
c

ψ
.(Q
h
+ G
m
) [10]
Trong đó:
+ Q
h
: Trọng lượng ctác dngj lên caủa hàng.
+ G
m
=1530 Trọng lượng móc.
+
II
ψ
= 1,2 : Hệ số động học khi nâng theo chế độ làm việc trung bình.
Tải trọng
Vị trí
Q
h
(kG) G
m
(kG) Q (kG)
R
min
15000 1600 49530
R
tb
30000 1600 37530

i
=⇒
Cbi
KFF *
=
∑
Fb diện tích bao của kết cấu
Kc=0.5 hệ số đọ kín của kết cấu
2
5.22 mF
i
=⇒
Tải trọng gió tác dụng lên cần trục là
7.119092.52*5.22*
===
iIg
FPW
Tải trọng gó tác dụng lên cần trục trong mặt phẳng nâng hạ cần
β
sin*
g
WW
=
β
góc tạo bởi của cần theo phương ngang
Rmax=25m
0
33
=
β

[10]
Trong đó:
+ Q : Sức nâng định mức.
Q = Q
h
+ G
m
- Q
h
: Trọng tải của hàng.
- G
m
: Trọng lượng móc.
SV:Trần Văn Tư MX05 - 6 -
GVHD:Nguyễn Danh Chấn
+ m = 2 : Bội suất palăng.
+ η
P
: Hiệu suất chung của palăng.
( )
( )
λ
λλ
η
−
−
=
1.
.1
a

tb
37530 19752
R
max
19530 10279
Trong mặt phẳng nâng cần có các lực tác dụng gồm có:
 Trọng lượng bản thân cần Gc.
 Trọng lượng vật nâng có tính đến hệ số động .
 ứng lực trong xi lanh thủy lực nâng cần Sc.
 lực căng trong dây cáp nâng vật Sv.

Ta có sơ đồ như sau:
Xác định Sc:
Ta lấy moomen ở chốt đuôi cần ta
có :
0..1..1.
=−−++=
aScbSvHWgLcGcLQoM
Xác dịnh các phản lực chốt đuôi cần:
Xác định RH:
Tsin6 + Wg + RH- Sc * cos(c) – Sv* cos(d)=0
Xác định Rv:
⇒
Qo+Gc+Tcos6+Sc*sin(c) + Sv*sin (d)=0
Ta tính được thông số sau:
SV:Trần Văn Tư MX05 - 7 -
a
T
B
X

sin*
g
WW
=

β
W
SV:Trần Văn Tư MX05 - 8 -
Vị trí
Tay đòn
R
max
(kG) Rtb(kG) Rmin(kG)
a (mm) 2.88 3.76 2.74
b (mm) 8.6 6.37 5.5
Gc (kg) 12000 12000 12000
Wg (kg) 648.5 1031 1172
T 2052 3944 5205
Qo 19530 37530 49530
Sv(kg) 36000 69132 91238
H1(mm) 8.6 13 14.77
c 33-21=12 36 60
d 33-16=17 48 73
Lực Gía trị
R
max
(kG) Rtb(kG) Rmin(kG)
Sc(kG) 118034 295384 73165
RH(kG) 149019 283785 61541
RV(kG) 68034 273333 222710

η
Tải trọng
Vị trí
Qo (kG) S
h
(kG)
R
min
41530 21858
R
tb
31530 16595
R
max
16530 8700
Lực quán tính ngang do tọng lượng kết cấu xuất hiện khi mở máy hoặc phanh cơ cấu quay.các
lực này lấy bắng 0.1 của các tải trọng thẳng đứng tương ứng :
kGG
ng
1200012000*1.0
==
Lực này phân bố đều theo các mắt của dàn ngang cần

kG
Lc
G
q
ng
ng
40

h
.
+ Trọng lượng bản thân cần: G
c
.
+tải trọng gió
g
W
+lực do nghiêng cáp treo hàng T=Qo*tag
0
6
- Khi đặt các tải trọng tính toán lên cần trong mặt phẳng nâng hạ (mặt phẳng đứng) ta phải chia
đôi các tải trọng vì ta chỉ tính cho một mặt của dàn. Vậy các tải trọng tác dụng lên một bên dàn
trong mặt phẳng đứng ở các vị trí là:
Tải trọng phân bố lên các mắt dàn do trọng lượng bản thân cu
Trong đó:
SV:Trần Văn Tư MX05 - 9 -
GVHD:Nguyễn Danh Chấn
+ G
c
= 12000 (kG): Trọng lượng bản thân của cần.
+ n = 23 (mắt) : Số mắt của một bên dàn trong mặt phẳng nâng hàng.
267
232
12000
=
×
=⇒
c
q

Sv(kg) 8700*3.5=30450 58082 76503
H1(mm) 8.6 13 14.77
c 33-21=12 36 60
d 33-16=17 48 73
a
T
B
X
Sh
Qo
Y
b
L1
A
RV
RH
Gc

H1
Lc
6
1
6
GVHD:Nguyễn Danh Chấn
 Kết Cấu Thép Cần
a
với sơ dồ tính toán đã nêu
Giả thiết được sủ dụng khi tính toán dàn:
• Mắt của dàn phải nằm tại giao điểm của các trục thanh và đuoẹc xem là khớp lý tưởng
(tức là có thể quay tự do không ma sát)

q
c
N23
N24
21
3
7
GVHD:Nguyễn Danh Chấn
II.5.53. Xác định nội lực các thanh trong dàn cuả tổ hợp IIa:
• Mắt 1:
ΣX = N
13
.cosb

+ N
12
.cosc + H
A
= 0
ΣY = N
13
.sinb

+ N
12
sinc + R
V
– q
c
= 0

=> N
12
= 373707 (kG)
N
13
= 20945 (kG)
Ở tầm với R
min
: b = 80
o
, c = 63
o
,
R
v
= 61541 (N), H
A
= 222710 (N).
=> N
12
= 919527 (kG)
N
13
=-769784(kG)
• Mắt 2:
ΣY = N
23
.sin37
o


24
= 373773(kG)
Ở tầm với R
min
:
 N
23
= 93(kG)
 N
24
= 919773(kG)
• Mắt 3:
ΣY =- N
34
.sin37
o

+ N
32
.sin45
o
– q
c
.sina = 0
ΣX = -N
31

+ N
36
+ N

34
= 467(kG)
N
36
= -769400 (kG)
• Mắt 5:
ΣY =
08105456
=−−
SCNqSINaN
ΣX =
0579cos54
=−+−
qCOSaNN
SV:Trần Văn Tư MX05 - 12 -
c
q
X
Y
4
9
N45
N43
N42
N
4
6
N63
N67
N68

• Mắt 4:
ΣY =
0cos244520434946
=−−+−
aqNNCOSNCOSN
ΣX =
0sin20sin4349sin46
=−−
aqNN
Ở tầm với R
max
:
=> N
46
= 580 (kG)
N
45
= 90685 (kG)
Ở tầm với R
tb

=> N
46
= 3841 (kG)
N
45
= 374284(kG)
Ở tầm với R
min
N

68
=90604(kG)
Ở tầm với R
min
=> N
67
=-213695(kG)
N
68
=-916785(kG)
• Mắt 7:
ΣY = N78.C0S45+N76.C0S45-qSINa=0
ΣX = -N75+N79- N76.SN45+N78.SIN45-qCOSa=0
Ở tầm với R
max
:
=> N78=21206(kG)
N79=59140(kG)
SV:Trần Văn Tư MX05 - 13 -
N75
N67
N78
N79
q
q
N911
N910
N98
N97
N89

ΣX =-N97 + N911 - N98.C0S45- N910.C0S45-qCOSa=0
ΣY = N98. C0S45+ N910COS45 -qSINa=0
Ở tầm với R
max
:
=> N911=50945(kG)
N910=8990(kG)
Ở tầm với R
tb
N911=173771(kG)
N910=98229(kG)
Ở tầm với R
min
N911=382174(kG)
N910=154480v
• Mắt 10:
ΣX =-N108 + N1012 - N109.C0S45+ N1011.C0S45-qCOSa=0
ΣY = -N109. C0S45- N1011COS45 -qSINa=0
Ở tầm với R
max
:
=> N1011=-11500(kG)
N1012=81596(kG)
Ở tầm với R
tb
N1011=-100534(kG)
N1012=97413(kG)
Ở tầm với R
min
SV:Trần Văn Tư MX05 - 14 -

Ở tầm với R
tb
=> N1112=102839(kG)
N1113=32787(kG)
Ở tầm với R
min
=> N1112=156080(kG)
N1113=384418(kG)
• Mắt 12:
ΣX =-N1210 + N1214 - N1211.C0S45 -qCOSa=0
ΣY = -N1211. C0S45- N1213 -qSINa=0
Ở tầm với R
max
:
=> N1213=-11685 (kG)
N1214=97836(kG)
Ở tầm với R
tb
=> N1213=-73348 (kG)
N1214=172954(kG)
Ở tầm với R
min
=> N1213=-110931 (kG)
N1214=-800946(kG)
• Mắt 13:
ΣX =N1315 – N1311 - qCOSa=0
Thay gia tri vao ta dc:
Ở tầm với R
max
:

Mắt 14:
ΣX =N1417 - N1412 + N1416.Cos45 -qCosa=0
ΣY = -N1415 - N1416.Cos45 -qSina=0
Ở tầm với R
max
:
=> N1417=103798 (kG)
N1416=-4565(kG)
Ở tầm với R
min
=> N1417=178742 (kG)
N1416=-4194(kG)
Ở tầm với R
tb
=> N1417=-796706 (kG)
N1416=-1455(kG)
Mắt 15:
ΣX =-N1513 + N1516 - qCosa=0
ΣY = N1514 -qSina=0
Thay gia tri vao ta dc:
Ở tầm với R
max
:
 N1514=1755 (kG)
 N1516=41197(kG)
Ở tầm với R
tb
 N1514=1630(kG)
 N1516=38433 (kG)
Ở tầm với R

N1816
q
N1917
N1920
N1922
N1918
GVHD:Nguyễn Danh Chấn
ΣX =-N1615 + N1618 - N1614.Cos45+ N1716.Cos45-qCosa=0
ΣY = N1614. Cos45+ N1617Cos45 -qSina=0
Ở tầm với R
max
:
=> N1716=5003 (kG)
N1618=37165 (kG)
Ở tầm với R
tb
=> N1716=4593 (kG)
N1618=35042(kG)
Ở tầm với R
min
=> N1716=1594 (kG)
N1618=391892(kG)
• Mắt 18:
ΣX =N1820 - N1618 - N1817.Cos45+ N1819.Cos45-qCosa=0
ΣY = N1817. Cos45+ N1819Cos45 -qSina=0
Ở tầm với R
max
:
=> N1819=10024 (kG)
N1820=27498 (kG)

max
:
=> N2021=28465 (kG)
N2022=-10024 (kG)
Ở tầm với R
tb
SV:Trần Văn Tư MX05 - 17 -