Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD:
MỤC LỤC
1. Giới thiệu chung...............................................................................trang 1
2. Đặc điểm tính tốn.............................................................................trang 1
3. Tải trọng tính tốn và tổ hợp tải trọng tính tốn kết
cấu thép trang..............................................................1
3.1 Các trường hợp tải trọng................................................................trang 2
3.2 Các tổ hợp tải trọng.........................................................................trang 3
4. Các kích thước chính và trọng lượng các phần tử kết cấu kim
loại ....................................................................................................trang 3
......................................................................................................
5. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm đứng chính.........................trang 5
6. Xác định tải trọng tác dụng lên dầm đứng phụ............................trang 6
7. Xác định đường ảnh hưởng của dàn..............................................trang 7
7.1 Đường ảnh hưởng của dàn đứng chính.........................................trang 7
7.2 Đường ảnh hưởng của dàn đứng phụ............................................trang
16
7.3 Đường ảnh hưởng của dàn ngang trên..........................................trang
22
8. Tính dàn đứng chính.......................................................................trang
26
8.1 Chọn tiết diện thanh biên trên........................................................trang
26
8.2 Chọn tiết diện thanh biên dưới.......................................................trang
30
8.3 Chọn tiết diện thanh xiên................................................................trang
31
SVTK: Lê Pháp - 1 -

Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD:
8.4 Chọn tiết diện thanh đứng..............................................................trang

46
14.2 Tính kiểm tra mối hàn.....................................................................trang
47
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 định 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 chịu tải trọng thẳng đứng do trọng lượng bản thân dàn, trọng
lượng cơ cấu di chuyển cầu trục, buồng lái và các thiết bị điện, các hệ thống dây cấp
điện cho xe tời, hê trục truyền động cơ cấu di chuyển. Dàn phụ cũng chịu 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:
SVTK: Lê Pháp - 3 -


tính tới hệ số động khi di
chuyển K
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 bị mang hàng có tính
đến hệ số va đập K
đ.

- Tải trọng lớn nhất ở trạng thái không làm việc của cầu trục. Trường hợp này
dùng để kiểm tra kết cẩu theo độ ổn định.
3.2) Các tổ hợp tải trọng.
- 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 định.
- 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 tĩnh, 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 nhịp:

25.16666,120
16
1
12
1
16
1
12
1
÷=


Chọn C = 2000mm
- Chiều dài mỗi đốt của thanh biên khi số đốt lấy bằng 20:

mma 1000
20
20000
==
- Bề rộng mặt phẳng ngang của dầm lấy bằng b = 1400 mm
- Trọng lượng của một dầm đứng chính ( xác định 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

b
= 17000N
- Trọng lượng xe lăn G
x
= 42000N
5) Xác định 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
=
++
=
++

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
= 0.1q =0,1.1539,79=153,979N

- Tải trọng quán tính ngang của tải trọng động:
P’
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

+ do trọng lượng cơ cấu di động: N
d
= k
1
N
G
d
17000
2
34000
0,1
2
==
+ do trọng lượng buồng lái và thiết bị điện:
N
b
= k
1
N
G
b
8500
2
17000
0,1
2
==
-Tải trọng quán tính ngang phân bố đều:
q
phng

y3
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

6
vaø 0
7
O
8
vaø 0
9
O
10
vaø 0
11
U
1

U
2

U
3
U
4

U
5
D
1

D
2


5

V
6

D
10
Nb Nd
y4
q = 1539,79 N/m
Nb Nd
q = 1539,79 N/m
Hình 5.2 Đường ảnh hưởng dàn đứng chính
SVTK: Lê Pháp - 10 -

Thiết Kế Môn 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 định theo phương pháp
đường ảnh hưởng. Vì dàn đứng chính đối xứng qua trục thẳng đứng ở giữa nhịp 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 chịu 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


P
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
vaø 0
3
Nb Nd
Pd
Pc
y4

4
và O
5
O
4
vaø 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)

1
khi xây dựng đường ảnh hưởng cần chú ý là cánh tay đòn không phải là
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

= 24982N
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)

SVTK: Lê Pháp - 14 -

Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD:
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
+ Khi xây dựng đường ảnh hưởng của thanh xiên D

+ F
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

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
SVTK: Lê Pháp - 16 -

Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD:
Tải trọng di động = (y
1
x 47100)+(y
2
x 45636)
= (-1,003 x 47100)+( -0,9 x 45636)
= -88314N

= (0,944 x 47100)+(0,84 x 45636)
= 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
SVTK: Lê Pháp - 17 -

Thiết Kế Môn Học Kết Cấu Thép GVHD:
Tải trọng tập trung

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

1000
O
2
vaø 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

6
vaø 0
7
O
8
vaø 0
9
O
10
vaø 0
11
U
1

U
2

U
3
U
4

U
5
D
1

D
2


5

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 - 19 -