Đồ án Thiết kế cửa van phẳng trong kết cấu thép môn Kết cấu thép | Trường Đại học Thủy Lợi

lOMoAR cPSD| 58448089
BỘ NÔNG NGHIỆP & PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
PHÂN HIỆU TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỒ ÁN MÔN HỌC KẾT CẤU THÉP GVHD : Đặng Tuấn Phong SVTH : Mai Tấn Phong LỚP : S25-64C MSSV : 2251018054
TP. Hồ Chí Minh tháng 12/2024 lOMoAR cPSD| 58448089
THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG TRÊN MẶT
1. TÀI LIỆU THIẾT KẾ Bề rộng lỗ cống: 13,5 (m) Cột nước thượng lưu: 5,5 (m) Cột nước hạ lưu: (m) Cao trình ngưỡng: (m) Độ vượt cao an toàn: (m)
Vật chắn nước đáy bằng gỗ, vật chắn nước bên bằng cao su hình chữ P
Vật liệu chế tạo cửa van:
Phần kết cấu cửa van: Thép CT3 Trục bánh xe: Thép CT5
Bánh xe chịu lực: Thép đúc CT35 ∧
Ống bọc trục bằng đồng
Liên kết hàn với que hàn E42
Hệ số vượt tải của áp lực thủy tĩnh và trọng lượng bản thân:
Độ võng giới hạn của dầm chính , của dầm phụ
Cường độ của thép chế tạo van: , , ,
2. NỘI DUNG THIẾT KẾ
2.1. Bố trí tổng thể cửa van. lOMoAR cPSD| 58448089
Để bố trí tổng thể cửa van cần sơ bộ xác định vị trí và các kích thước cơ bản của dầm chính
2.1.1. Thiết kế sơ bộ dầm chính : Cửa van phẳng trên mặt có hai dầm chính 2 Dầm chính 1 . Bản mặt 3 .Dầm phụ dọc 6 .Dầm biên 4 . 5 . 7 . bánh xe
Hình phối cảnh cửa van hai dầm chính lOMoAR cPSD| 58448089 1. Bản mặt 2. Dầm chính 3. Dầm phụ dọc 4. Giàn ngang . Giàn chịu 5 trọng lượng 1 2 2 Ht/ 3 hv W Z = Ht/3 0. 0 o 30
-Xác định nhịp tính toán của cửa van:
Chọn khoảng cách từ mép cống tới tâm bánh xe: C= 0,25 m .
Nhịp tính toán cửa van là : L= Lo + 2C = 13.5 + 2.0,25 = 14 (m) lOMoAR cPSD| 58448089
- Chiều cao toàn bộ cửa van là: hv = Ht + ∆ Trong đó : Ht
=5.5 (m) là chiều cao cột nước thượng lưu
: ∆ là độ vượt cao an toàn, sơ bộ lấy ∆= 0,3 m hv = 5,5 + 0,3 = 5,8 (m)
-Vị trí hợp lực của áp lực thủy tĩnh đặt cách đáy van một đoạn :
- Chọn đoạn công xôn phía trên: a1 ≤ 0,45Hv = 0,45.5,8 =2.61 (m) Chọn a1 = 2,6m.
- Xác định vị trí dầm chính bên dưới
Khoảng cách hai dầm chính: a = 2.(Hv – a1 – Z) = 2.( 5,8 -2.6 -1.9) = 2.6 (m)
- Xác định đoạn công xôn phía dưới: a2 = Hv-a1-a = 5,8 – 2,6 – 2,6 =0.6 (m).
- Khoảng cách từ dầm chính trên, dầm chính dưới đến tâm hợp lực : atr, ad. Sơ bộ chọn
atr = ad = a/2 = 2.6 / 2 =1.3 (m).
- Xác định lực tác dụng lên dầm chính:
Tải trọng phân bố tiêu chuẩn: qtc = W/2 = γHt 2 /4 = 10.5,52 / 4 =75.625 (KN/m).
Tải trọng phân bố đều tính toán : q = n.qtc = 1,1 . 76,625 =83,2 (KN/m). b b c h L 0 bb C C L= 14m δ c q
Sơ đồ tính toán dầm chính
- Xác định nội lực lớn nhất tác dụng lên dầm chính
Momen uốn tính toán lớn nhất : lOMoAR cPSD| 58448089
Lực cắt tính toán lớn nhất
- Xác định chiều cao dầm chính : Dựa vào điều kiện kinh tế và điều kiện độ cứng đốivới
dầm đơn , chiệu lực phân bố đều , có tiết diện đối xứng :
Theo điều kiện kinh tế : hkt . Trong đó :
Theo điều kiện độ cứng , chiều cao nhỏ nhất của dầm : hmin R 24 E o . nP
.∑∑PPtctc++∑nq.q∑tc qtc .n
Trong đó: no = 600 , E= 2,1.106 daN/cm2 , qtc = 75.625 KN/m , np =nq =1.1
So sánh : hkt > hmin h = hkt = 139,8 (cm)
Chọn h = 140 cm hb = 135 cm (Lấy bội số của 5 cm ) ; = 2.8 cm
2.1.2. Bố trí giàn ngang
Để đảm bảo độ cứng ngang của cửa van, khoảng cách giữa các giàn ngang (B) không
nên lớn hơn 4m . Bố trí giàn ngang tuân theo điều kiện :
+ Các giàn ngang cách đều nhau
+ Giàn ngang nằm trong phạm vi dầm chính không thay đổi tiết diện
+ Số giàn ngang nên chọn lẻ để các kết cấu như dầm chính, giàn chịu trọng lượng có
dạng đối xứng . Ở đây bố trí ba giàn ngang và hai trụ biên lOMoAR cPSD| 58448089
L 14 Khoảng cách giữa các giàn ngang : B= 4 = 4
=3,5 (m)Giàn ngang có thể dạng đặc hoặc dạng rỗng
2.1.2. Bố trí dầm phụ dọc
Dầm phụ dọc hàn chặt vào bản mặt và tựa lên các giàn ngang có thể tính từ dầm đơn,
gối tựa là hai giàn ngang và đỡ tải trọng của bản mặt truyền đến. Dầm phụ được bố trí
song song với dầm chính, càng xuống sâu dầm càng dầy vì chịu áp lực nước tăng. Các
dầm phụ thường đặt cách nhau 0,7÷0,9mTiết diện dầm phụ chọn loại chữ [ đặt úp để
tránh đọng nước. Bố trí các dầm phụ dọc như hình a/ b/
2.1.3. Trụ biên
Trụ biên ở hai đầu cửa van, chịu lực từ dầm chính, dầm phụ, và lực đóng mở van. Trụ
biên gắn với gối tựa kiểu trượt hoặc bánh xe truyền lực lên trụ pin. Các thiết bị treo, chốt
giữ và móc treo cũng được nối với trụ biênTiết diện trụ biên của cửa van trên mặt thường
có dạng chữ I hoặc dầm hai bản bụng. Để đơn giản cấu tạo, chiều cao trụ biên thường
chọn bằng chiều cao đầu dầm chính.
2.1.4. Giàn chịu trọng lượng
Giàn chịu trọng lượng bao gồm cánh hạ của dầm chính, cánh hạ của giàn ngang, được
bổ sung thêm các thanh bụng xiên có tiết diện là các thép góc đơn hoặc ghép. lOMoAR cPSD| 58448089
2.1.5. Bánh xe chịu lực
Để đóng mở cửa van cần bố trí cơ cấu di chuyển cửa van bằng thanh trượt hoặc bánh xe
chịu lực. Bánh xe chịu lực có thể được bố trí ở mặt sau trụ biên hoặc ở giữa hai bản bụng của trụ biên.
2.1.6. Bánh xe bên
Có tác dụng khống chế cửa van không dao động theo phương ngang và đẩy về phía
trước. Bánh xe bên được bố trí ở mặt bên của trụ biên
2.1.7. Vật chắn nước
Vật chắn nước có tác dụng cản nước chảy qua khe hở giữa cửa van và bộ phận cố định.
Vật chắn nước thường làm bằng cao su, gắn vào bộ phận động của cửa van. lOMoAR cPSD| 58448089
2.2.Tính toán các bộ phận của kết cấu của van
2.2.1. Tính toán bản mặt
Bản mặt được bố trí thành 4 dãy cột giống nhau nên chỉ cần tính cho một dãy cột. Các
ô dầm được tính toán như tấm hình chữ nhật chịu tải trọng phân bố I 1 5 , II 11 b a 800 19 III 800 26.25 IV 650 32.75 V 650 39.25 VI 650 45.75 VI 650 52 I VIII 600 γH
Có hai trường hợp xảy ra:
+ Khi ô có cạnh dài b > 2 lần cạnh ngắn a : ô được tính như tấm tựa trên 2 cạnh dài
Trường hợp này chiều dầy bản mặt
được xác định theo công thức : Trong đó :
a , cạnh ngắn của ô bản mặt (cm) b , cạnh dài của ô bản mặt (cm) pi ,
cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (daN/cm2)
Ru , cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (daN/cm2)
+ Khi ô có cạnh dài b < 2 lần cạnh ngắn a : ô được tính như tấm tựa 4 cạnh. Trường hợp
này chiều dầy bản mặt
được xác định theo công thức: lOMoAR cPSD| 58448089
Trong đó : = 0,0623, hệ số phụ thuộc vào tỷ số b/a b/a 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,0388 0,0460 0,0535 0,0587 0,0616 0,0622 0,0625 Bảng giá trị hệ số
Để tính toán ta lập bảng Số hiệu ô ai (m) bi (m) (mm) bản mặt (kN/m2) I 1.5 1 3,5 3,3 0,0032 1,89 II 11 0,8 3,5 4,375 0,0088 4,09 III 19 0,8 3,5 4,375 0,012 5,38 IV 26,25 0,65 3,5 5,385 0,014 5,14 V 32,75 0,65 3,5 5,385 0,015 5,74 VI 39,25 0,65 3,5 5,385 0,017 6,28 VII 45,75 0,65 3,5 5,385 0,018 6,78 lOMoAR cPSD| 58448089 VII 52 0,6 3,5 5,833 0,019 6,67
Ghi chú (*) Tất cả các ô đều làm việc như tấm tựa trên 4 cạnh
Từ kết quả trên và điều kiện ăn mòn ta chọn chiều dày bản mặt: = 8 mm
2.2.2. Tính toán dầm phụ dọc
Dầm phụ truyền lực lên dàn ngang. Dầm phụ dọc được tính như dầm liên tục hoặc dầm
đơn tùy thuộc cách bố trí dầm phụ. Nếu dầm phụ dọc được cắt và nối với dàn ngang thì
dầm phụ dọc được tính như dầm đơn, có nhịp bằng khoảng cách giữa hai giàn ngang và
chịu tải trọng phân bố đều có cường độ là : Trong đó :
+ at , khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm trên nó
+ ad , khoảng cách từ dầm đang xét đến dầm dưới nó
+ pi , áp lực thủy tĩnh tại trục dầm thứ i (daN/cm2)
Chiều dài dầm phụ : Lf = B = 3,5 m 7 1 15 2 29 ,5 3 36 4 42 5 , bi 5 lOMoAR cPSD| 58448089
Sơ đồ tính toán dầm phụ dọc Dầm phụ pi (Kn/m2) at (m) ad (m) bi (m) (kN/m) 1 7 1 0,8 0,9 6,3 2 15 0,8 0,8 0,8 12 3 29,5 0,65 0,65 0,65 19.2 4 36 0,65 0,65 0,65 23,4 5 42,5 0,65 0,65 0,65 27,63
Xác định tải trọng tác dụng lên dầm phụ
Dựa vào kết quả tính toán ta thấy dầm cuối cùng ( dầm số 5 ) là dầm chịu lực lớn nhất, nên ta tính cho dầm này
Mômen uốn lớn nhất trong dầm phụ dọc :
Modun chống uốn yêu cầu của dầm phục dọc :
Từ Wyc tra bảng 11 giáo trình kết cấu thép chọn được thép chữ [ số hiệu No 30 với các
đặc trưng hình học : h = 30 cm ; bc = 10 cm ; F = 40,5 cm2 ; Jx = 5810 cm4 ; Jy = 327 cm4 ; Wx =387 cm3 ; zo =2,52 cm lOMoAR cPSD| 58448089
Vì dầm phụ hàn vào bản mặt nên phải xét đến bản mặt cùng tham gia chịu lực, bề rộng
của bản mặt tham gia chịu lực với dầm phụ lấy bằng giá trị nhỏ nhất trong các giá trị sau đây : + (trong đó c = 25 = 25.1 = 25 cm) + + (B nhịp dầm phụ ) Chọn b = 60 cm h y c y x x o
Mặt cắt dầm phụ hàn vào bản mặt Tính
toán đặc trưng hình học của mặt cắt ghép :
+ F = Fc + Fbm = 40,5 + 60.1 = 100,5 cm2 + lOMoAR cPSD| 58448089 +
+ Kiểm tra dầm phụ đã chọn :
+ Kiểm tra về cường độ + Kiểm tra độ võng :
Như vậy tiết diện dầm phụ [ No30 đã chọn ở trên là hợp lý