SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP
1. LỜI MỞ ĐẦU:
Trong các máy trục kết cấu kim loại chiếm một phần kim loại rất lớn. Khối
lượng kim loại dùng cho kết cấu kim loại chiếm 60%480% khối lượng kim loại
tồn bộ máy trục, có khi còn hơn nữa. Vì thế việc chọn kim loại thích hợp cho kết
cấu kim loại để sử dụng một cách kinh tế nhất là rất quan trọng.
Kết cấu kim loại của máy trục gồm các thép tấm và thép góc nối với nhau
bằng hàn hay đinh tán. Vì mối ghép hàn gia công nhanh và rẻ nên được dùng
rộng rãi hơn.
Các loại thép góc và thép tấm dùng cho kết cấu kim loại máy trục có thể
được chế tạo bằng thép cácbon, thép kết cấu hợp kim thấp hay hay bằng hợp
kim nhôm.
2. VẬT LIỆU:
Kết cấu dàn của cần trục bánh lốp sức nâng 100T do Liên Xô cũ chế tạo
được làm từ thép cácbon trung bình, loại thép CT3 có các cơ tính cơ bản sau:
_ Môđun đàn hồi: E = 2,1.10
6
KG/cm
2
.
_ Môđun đàn hồi trượt: G = 0,84.10
6
KG/cm
2
.
_ Giới hạn chảy: σ
ch
= (240042800) KG/cm
2

ngang tứ giác. Thanh biên của các tứ giác đó được làm bằng thép góc. Để giảm
nhẹ trọng lượng, các cần được chế tạo theo kiểu dàn có độ cứng thay đổi.
Các thông số cơ bản của kết cấu thép cần:
_ Chiều dài cần: l = 15m.
_ Chiều cao tiết diện cần ở giữa chiều dài chọn phụ thuộc vào chiều dài cần l và
thường lấy trong khoảng:

mlh 937,025,1)
16
1
12
1
(
÷=×÷=
ta chọn h=1m
_ Chiều rộng tiết diện cần ở giữa chiều dài lấy trong khoảng:
Trang 2
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
b = (141,5)h = 1- 1,5 m . (Chọn b = 1h).
_ Khoảng cách giữa hai điểm tựa ở đầu dưới cần lấy trong khoảng:

lb
o
×






phương thẳng đứng hay nằm ngang, tải trọng gió, tải trọng do lắc động hàng trên
cáp,….
Máy trục không làm việc nhưng chịu tác dụng của các tải trọng phát sinh
lớn nhất ví dụ: trọng lượng bản thân, trọng lượng gió (bão), trường hợp này
dùng để kiểm tra kết cấu theo độ, bền độ ổn định.
Bảng tổ hợp tải trọng.
Đối với từng loại cần trục, căn cứ vào điều kiện khai thác của cần trục và các tải
trọng tác dụng lên nó mà ta có bảng tổng hợp tải trọng sau :
Trang 3
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
Ở trạng thái làm việc của cần trục người ta tổ hợp các tải trọng tác dụng lên máy
trục và chia ra thành các tổ hợp tải trọng sau:
tải trọng
tính theo độ bền mỏi:
[ ]
I
rk
n
σ
σ
=
tính theo độ bền và độ ổn
định:
[ ]
II
c
n
σ
σ

hàng(G
m
)
Q
tđ
đ
k'
Q
tđ
Q
đ
k
Q Q
hệ số động
ψ
I
ψ
II
ψ
góc nghiêng của cáp
treo hàng
I
β
II
β
lực căng cáp treo hàng S
h
S
h
S

a
khi cần trục không làm việc chịu tác dụng của tải trọng là trọng
lượng bản thân và tải trọng gió. Tuy rằng gió tác dụng ở cấp cao nhưng vẫn chịu lực
nhỏ hơn khi cần trục làm việc nên trong trường hợp này ta không cần xét đến.
 Đối với trường hợp tải trọng I
a
I
b
thì cần trục làm việc bình thường và chịu tải trọng tác
dụng nhỏ hơn đối với trường hợp tải trọng II
a
II
b
vì trường hợp tải trọng này chịu tải
đột ngột khi bắt đầu nâng hoặc hãm đột cơ cấu nâng hoặc cơ cấu quay nên trường hợp
tải trọng này ta không cần tính đến.
 Đối với trường hợp tải trọng Iia thì chịu lực nhỏ hơn trường hợp tải trọng Iib nên ta
không cần tính đến.
 Đối với tải trọng II
b
ta xét trong cả2 mặt phẳng ngang và mặt phẳng nâng hạ.
5. TẢI TRỌNG TÍNH:
Sức nâng T Tầm với
R(m)
Chiều cao nâng
H(m)
Có chân chống Không có chân chống
100
63
31

1
: trọng lượng cần.
 l: chiều dài cần (l = 15m).
 q
1
: tải trọng phân bố, theo công thức 5.4 [5]:
q
1
= k
1
3q
+ q: tải trọng không di động phân bố dọc theo chiều dài của kết cấu.
+ k
1
: hệ số điều chỉnh kể đến các hiện tượng va đập khi di chuyển máy trục. Vì
vận tốc di chuyển của máy v < 60 m/ph nên lấy k
1
= 1.
⇒ G
1
= q
1
3l
Lấy trọng lượng bản thân cần G
1
= 6T=60000N

mN
l
G

R
N
W
gi
q
gi
q
ng
G
ng
W
h
P
ng
C
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
_ Tải trọng tạm thời gồm trọng lượng vật nâng Q và bộ phận mang vật G
3
, theo
công thức (8.49) [5]: P = Q +G
3
. Tải trọng này đặt ở điểm nối của các puli
(ròng rọc) đầu cần. Khi nâng và hạ sinh ra các tải trọng quán tính, vì thế tải
trọng tạm thời được xác định theo công thức (8.50) [5]:
P
t
= k
2
3(Q + G

⇒ P
t
= 1,23(1000000 +24500) = 1229400N.
_ Lực quán tính ngang do trọng lượng của kết cấu xuất hiện khi mở máy hay khi
phanh cơ cấu quay. Các lực này lấy bằng 0,1 của các tải trọng thẳng đứng
(không kể đến hệ số k
1
), công thức (8.53) [5]:
G
ng
= 0,13G
1
= 0,1360000 = 6000N.
Vì đây là loại cần lớn nên lực quán tính ngang phân bố dọc theo chiều dài
cần hay là đặt vào các mắt của dàn ngang:

mN
l
G
q
ng
ng
/400
15
6000
===
_ Lực quán tính ngang do trọng lượng của vật nâng và bộ phận mang vật cũng
xuất hiện khi mở máy hay khi phanh cơ cấu quay. Lực này bằng 0,1 trọng
lượng của vật nâng và bộ phận mang vật và đặt ở điểm nối các ròng rọc đầu
cần theo công thức (8.54) [5]:

H
3β
Trong đó:
 q
o
: áp lực động của gió ở độ cao 10m so với mặt đất, đối với:
5,16
2
v
q
=
+ Trạng thái làm việc: q
o
= 15 KG/m
2
.
+ Trạng thái không làm việc: q
o
= 70 KG/m
2
.
 n: hệ số điều chỉnh tăng áp lực phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất, tra bảng
1.6 [1] chọn n = 1.
 c: hệ số khí động học, tra bảng 4.6/91 tacó c = (0,35:2,4) ta chọn c = 1,4.
 K
H
: hệ số quá tải (tính theo phương pháp ứng suất cho phép K
H
= 1).
 β: hệ số động lực, do đặc tính mạch động của áp suất động của gió. Khi tính

GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN

2
10151
2
5
1
2
5
mF
o
=×+×+×=
+ k: hệ số kín, đối với dàn chọn k = 0,4 (theo bảng 4.3/ 90)
⇒ F
c
= 1030,4 = 4m
2
.
Do đó tồn bộ tải trọng gió tác dụng lên cần:
+ Ở trạng thái làm việc:
W
c
= 31,534 = 126 KG =1260N
+ Ở trạng thái không làm việc:
W
c
= 14734 = 588 KG =5880N
Tải trọng gió phân bố đều trên mặt I của cần :
+ Ở trạng thái làm việc:


thái làm việc.
 F
h
: diện tích mặt chịu gió của hàng, theo bảng 1.8 [1]:
R
max
: Q = 12T ⇒ F
h
= 10m
2
⇒ W
h
= 31,5310 = 315 KG = 3150 N.
R
tb
: Q = 31T ⇒ F
h
= 20m
2
⇒ W
h
= 31,5320 = 630 KG = 6300 N.
R
min
: Q = 100T ⇒ F
h
= 36m
2
⇒ W
h

η
η
−
−
×=
1
1
1
+ η
h
: hiệu suất của những puli chuyển hướng. Tra bảng 2.2 [1] chọn
η
h
= 0,98

912,098,0
98,01
98,01
5
1
2
5
=×
−
−
×=⇒
p
η
Vậy: Lực căng trong dây cáp nâng hàng:
+ Ở tầm với lớn nhất: P

×
=
Lực trong dây cáp nâng hàng đặt theo phương dây cáp nâng hàng ở các ròng rọc
đầu cần và ròng dẫn hướng.
_ Lực trong dây cáp treo cần xác định theo điều kiện cân bằng cần và đặt ở điểm
nối palăng hay puli treo cần:
hình:5.3
+ Trong mặt phẳng nâng cần:
Tầm với lớn nhất: R
max
= 14m : sức nâng Q = 12T và chiều cao nâng H = 6m:
 Góc nghiêng của cần nhỏ nhất:
Trang 10

h
h
G
1
R
H
R
V
A
R
h
c
Y
S
h


tb
= 9m : sức nâng Q = 31T và chiều cao nâng H=10,7m:
 Góc nghiêng của cần trung bình:

0
45
=
tb
ϕ
 Góc nghiêng của cáp nâng cần so với phương ngang:

0
18
=
tb
δ
 Góc nghiêng của cáp nâng hàng so với phương ngang:
0
11
=
tb
γ
Tầm với nhỏ nhất: R
min
= 4,7m : sức nâng Q = 100T và chiều cao nâng H =
12,3m:
 Góc nghiêng của cần lớn nhất:

o
76

795954
13sin15
8sin153,3802625cos1510.34,1725cos5,710.6
44
=
×
××−××+××
=

*Ở tầm với trung bình:
*Ở tầm với nhỏ nhất:
NS
oo
c
588717
24sin15
14sin153.26960576cos15122940076cos5,710.6
4
=
×
××−××+××
=

∑X = 0 ⇔ R
H
= S
h
3cos(ϕ-γ )+ S
c
3cos(ϕ-δ)

q
giI
2
2
G
ng
R
N
R
ng
R
ng
X
Y
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
R
tb
: ⇒ R
H
= 88026,33cos34
o
+ 9327953cos27
o
= 904103N.
R
min
: ⇒ R
H
= 269605,33cos62

=×+×++×

R
min
:⇒R
V
=
N935363128sin588717118sin3,269605173400106
4
=×+×++×

+ Trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng nâng cần:
hình:5.4
Trang 12
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
∑Y = 0 ⇔ R
N
= P
ng
+ W
h
+ W
gi1
+ G
ng

R
max
: ⇒ R

ng
= 269448(N.m)
R
min
: ⇒ M
ng
= 329332(N.m)
_ Phản lực gối tựa:
R
max
:R
H
= 814925N.; R
tb
: R
H
= 904103N.; R
min
: R
H
= 494616N.
R
V
= 410006N. R
V
= 706104N. R
V
= 935363N.
R
N

σ
ch
= 2400 ÷2800) kg/cm
2
+ n : hệ số an tồn (n = 1,4÷1,6)
⇒ [σ] =(1600÷1800) kg/cm
2
⇒ [σ] = (160÷180) N/mm
2
_ Ứng suất cắt cho phép :
[τ] = 0,6[σ] = (96÷108) N/mm
2
Trang 13
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
Hiện nay người ta đề ra phương pháp tính mới cách đánh giá mới về độ bền
kết cấu kim loại máy trục, có xét đến sự làm việc thực tế của vật liệu ở ngồi giới
hạn đàn hồi, thường là phương pháp tính theo trạng thái giới hạn hay tải trọng
phá hoại.
Theo phương pháp tính này kết cấu kim loại không đặt trong trạng thái làm
việc mà đặt trong trạng thái giới hạn, tức là trong trạng thái kết cấu mất khả
năng chịu tải, không thể làm việc bình thường được nữa, hoặc có biến dạng quá
mức, hoặc do phát sinh ra các vết nứt. Chính vì thế nên kết quả tính theo phương
pháp này tiết kiệm hơn phương pháp ứng suất cho phép. Tuy vậy, đối với yêu
cầu của một số kết cấu, tính theo trạng thái giới hạn đôi khi đưa đến những biến
dạng tương đối lớn, vượt quá mức độ cho phép. Do đó trong phương pháp tính
này người ta đặt biệt chú ý tới biến dạng. Phương pháp tính theo trạng thái giới
hạn chưa được hồn thiện để tính kết cấu kim loại của tất cả các loại máy trục nên
chúng ta chủ yếu tính theo phương pháp ứng suất cho phép vì phương pháp này
đã phát triển khá phong phú và hồn chỉnh .

_ Từ các giả thiết trên ta thấy các thanh trong dàn chỉ chịu lực kéo hoặc nén
nghĩa là chịu lực dọc trục mà không có mômen uốn.
7.2. Tính nội lực trong dàn đứng chính:
a). Xác định nội lực trong các thanh biên:
_ Phản lực R hay là lực nén N ở đầu cần theo công thức (8.60) [5]:

22
VH
RRRN
+==
* Ở tầm với lớn nhất:
.912254410006814925
22
NRN
=+==
* Ở tầm với trung bình:
.1147164706104904103
22
NRN
=+==
* Ở tầm với nhỏ nhất:
.1058087935363494616
22
NRN
=+==
_ Phản lực tựa ngang dưới tác dụng của mômen tựa tổng do các tải trọng ngang
sinh ra M
ng
là một cặp lực được tính theo công thức (8.63) [5]:


5,1
493998
NR
ng
=±=
Trong đó:
 b
o
: khoảng cách giữa hai tâm bản lề b
o
= 1,5m.
b). Xác định nội lực trong các thanh giằng:
Biểu đồ nội lực dưới tác dụng của trọng lượng bản thân cần:
Hình:5.7

M =
ϕ
cos
8
2
ql
;
ϕ
cos
2
ql
Q
=
;
ϕ

= 410006N. R
V
= 706104 N. R
V
= 935363N
S
h
= 38026,3 N. S
h
= 80026,3 N. S
h
=269605,3N.
S
c
= 795954N. S
c
= 932795 N. S
c
= 588717N.
Trang 16
A
B
M
Q
N
q
1
q
1
1

: (ϕ=45°) ; R
min
:

(ϕ=76°). Các tải trọng tác dụng
lên cần có thể phân tích thành hai thành phần:
Trang 17
5
R
H
R
V
3
1
2
4
7 8 11
12
15
6 9 10 13 14
q
1
S
h
S
c
16 19
23
20
24

Cos9 + R
4
= 0
∑ Y = 0 => S
1
Cos81 - S
2
Cos81 + R
v
–
9cos
1
q
= 0
S
2
=
81cos9cos281cos29cos2
4
××
−+−
q
RR
v
2
H
1
S
9Cos
R

S
0
∑ X = 0 => -S
1
Cos9 + S
4
Cos9 = 0
∑ Y = 0 => -S
1
Cos81 + S
4
Cos81 – S
3
-
9cos
2
q
= 0
Trang 18
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
S
4
= S
1
N16,8097
9cos
2
qS
3

q
= 0
( )






+
×
−=
+−
=
9
63
2781
9
274
63
9
2
281
5
26
26
Cos
Cos
CosCos
Cos

9
0
6
S
10
S
q
∑ X = 0 => S
10
Cos9 - S
6
Cos9 = 0
∑ Y = 0 => S
7
+ S
6
Cos81 – S
10
Cos81 -
9cos
2
q
= 0
N
Cos
qS 16,8097
9
2
7
==

5
Cos63 -
9cos
2
q
= 0
9cos
39cos27cos9cos
954
8
SSS
S
−×+×
=
9cos51cos81cos39cos
9cos2)9cos63cos81cos27(cos
75
9
−
−−−
=
SqS
S
R
max
S
8
= - 1182199 N
R
tb

q
- S
8
Cos81 = 0
S
11
= S
8
Cos9
S
57
= - q -
9Cos
q
- S
8
Cos81
R
max
S
11
= - 516764 N S
57
= 76886,8 N
R
tb
S
11
= - 718032 N S
57

9
Cos39 – S
10
Cos9 = 0
∑ Y = 0 => S
12
Cos45+ S
57
+ S
9
Cos51 + S
10
Cos81 -
9cos
q
- q = 0
S
13
= S
9
Cos39 + S
10
Cos9 – S
12
Cos45
S
12
=
45Cos
q

Mắt 8:
S
14
17
SS
13
∑ X = 0 => S
17
= S
13
∑ Y = 0 => S
14
= 2q = 8000 .N
Mắt 9:
S
11
S
15
q
S
16
S
14
S
12
45
0
∑ X = 0 => S
15
- S

15
= -662946N
R
tb
S
16
= 95603,6 N S
15
= -868006 N
R
min
S
16
= 124862,6 N S
15
= -952320 N
Mắt 10:
Trang 22
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
S
S
18
15
S
19
q
∑ X = 0 => S
19
= S

20
Cos45 - 2q = 0
S
20
= - S
16
+ 4q/ Cos45
S
21
= S
17
– S
20
Cos45 + S
16
Cos45 = S
17
+ 2S
16
Cos45- 4q
R
max
S
20
= -92403 N S
21
= 659946 N
R
tb
S

2319
S
20
22
S
S
24
S S
∑ X = 0 => S
23
- S
19
+ S
24
Cos45 – S
20
Cos45 = 0
∑ Y = 0 => - S
22
– S
20
Cos45 – S
24
Cos45 - 2q = 0
S
24
= - S
20
– 4q/ Cos45
S

26
S
S
27
q
∑ X = 0 => S
27
= S
23

∑ Y = 0 => S
26
= – 2q = - 8000 N
Mắt 15:
Trang 24
SVTK: NGUYỄN BẢO TÂM_ MX05048 TKMH: KẾT CẤU THÉP
GVHD: NGUYỄN DANH CHẤN
26
S
S
25
24
S
29
S
28
S
45
0
∑ X = 0 => S

28
= - 158461,9 N S
29
= 733546 N
R
tb
S
28
= -339034,9 N S
29
= 917114 N
R
min
S
28
= -568293,9 N S
29
= 1210264 N
Mắt 16:
29
S
30
S
33
S
∑ X = 0 => S
33
= S
29


Cos45 – 2q = 0
=> S
32
= - S
28
– 4q/ Cos45
Trang 25