Tính kết cấu thép của khung đỡ

Chöông 6. TÍNH KEÁT CAÁU THEÙP CUÛA KHUNG ÑÔÕ. Coâng duïng vaø nhieäm vuï cuûa keát caáu theùp. Thieát keá keát caáu theùp cuûa baêng gaàu noùng laø moät phaàn quan troïng trong thieát keá baêng gaàu noùng. Keát caáu theùp khoâng chæ taïo ra söï cöùng vöõng vaø oån ñònh cho söï hoaït ñoäng maø noù coøn laø toaøn boä voû che cuûa baêng gaàu. Thieát bò coù ñoä oån ñònh cao, khi laøm vieäc vöõng chaéc laø do keát caáu theùp cuûa noù khoûe. Hôn nöõa keát caáu theùp cuûa noù taïo ra hình daùng vaø taàm voùc cuûa maùy, ñeïp veà tính thaåm vaø ñaùp öùng ñöôïc tính kyõ thuaät cuûa maùy . Khuoân khoå cuûa maùy coù goïn gaøng, khoái löôïng cuûa maùy coù coù nhoû goïn hay khoâng chuû yeáu laø do keát caáu theùp noù quyeát ñònh. Trong caùc maùy xeáp dôõ haàu nhö keát caáu theùp chieám tôùi 90% toång khoái löôïng cuûa maùy. Vì theá vieäc tính toaùn cho keát caáu theùp cuûa noù hôïp lyù coøn coù giaù trò veà kinh teá khaù cao. Do vaäy vieäc tính toaùn keát caáu theùp laø raát quan troïng . Trong ngaønh maùy xeáp dôõ nhaát laø cheá taïo caùc loaïi caàn truïc, coång truïc coù keát caáu daøn thì vieäc tính toaùn keát caáu theùp laø raát cô baûn vaø khoù khaên. Ñoøi hoûi phaûi thaän vaø raát khoù khaên, toán thôøi gian vaø tính saùng taïo cao. Trong baêng gaàu, caùc boä phaän beân trong ñöôïc ñaët trong voû hoäp. Cho neân keát caáu theùp cuûa noù cuõng khoâng ñôn giaûn, tuy nhieân noù cuõng coù taùc duïng ñeán hình daùng vaø laøm cho toaøn boä maùy theâm vöõng chaéc. Beân caïnh ñoù coøn laøm aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán caùc kích thöôùc vaø troïng löôïng cuûa thieát bò. Choïn theùp ñeå cheá taïo keát caáu theùp cho baêng gaàu laø loaïi theùp CT3 coù caùc cô tính sau: Moâñun ñaøn hoài: E = 2,1.106 KG/cm2. Moâñun ñaøn hoài tröôït: G = 0,84.106 KG/cm2. Giôùi haïn chaûy: sch = (240042800) KG/cm2. Giôùi haïn beàn: sb = (380044700) KG/cm2. Ñoä giaõn daøi khi ñöùt: e = 21%. Khoái löôïng rieâng: g = 7,83 T/m3. Ñoä dai va ñaäp: ak = 70 J/cm2. Caùc khoái löôïng taùc duïng leân keát caáu theùp. Khoái löôïng ñoäng cô ñieän: 108 kg. Khoái löôïng hoäp giaûm toác: 210 kg. Khoái löôïng khôùp noái: 18,6 kg. Khoái löôïng cuûa xích: 386,4 kg. Khoái löôïng cuûa truïc daãn ñoäng: 1110 kg. Khoái löôïng cuûa vaät lieäu vaø gaàu: 1672 kg. Khoái löôïng caùc boä phaän coøn laïi: 200 kg. Toång khoái löôïng maø keát caáu theùp phaûi chòu laø: m = 108 + 210 + 18,6 + 386,4 + 1110 + 1672 + 200 = 3705 kg = 36309 N. Hình thöùc keát caáu theùp vaø toå hôïp taûi troïng tính toaùn : Ñeå ñaûm baûo baêng gaàu hoaït ñoäng oån ñònh keát caáu theùp cuûa noù coù voû che. Keát caáu theùp goàm caùc theùp taám vaø theùp goùc. Theùp goùc seõ ñöôïc boá trí ôû boán goùc, caùc theùp taám ngoaøi nhieäm vuï chòu löïc coøn coù taùc duïng che kín keát caáu theùp beân trong. Caùc theùp taám seõ ñöôïc haøn laïi vôùi nhau. Vì chieàu cao cuûa baêng gaàu cuõng töông ñoái cao (H = 12 m). Cho neân ta khoâng thieát keá thaønh 1 ñoaïn, vì vaäy ta phaûi chia noù thaønh nhieàu ñoaïn caùc ñoaïn seõ lieân keát vôùi nhau baèng buloâng. Xaùc ñònh tieát dieän ngang cuûa keát caáu theùp: do ñaëc tính laøm vieäc vaø caùch boá trí caùc thieát bò daãn ñoäng beân trong neân baêng gaàu coù tieát dieän ngang daïng hình hoäp chöõ nhaät. Caùc kích thöôùc cô baûn cuûa maët caét: Chieàu roäng cuûa tieát dieän keát caáu theùp. b = B + 2.c (mm). Trong ñoù: b: chieàu roäng cuûa tieát dieän maët caét (mm). B: chieàu daøi cuûa gaàu (mm), B = 460 mm. c: khoaûng caùch töø meùp gaàu ñeán thaønh beân cuûa keát caáu theùp (mm). Choïn e = 181 mm. Þ b = 460 + 2.181 = 830 mm. Chieàu daøi cuûa tieát dieän keát caáu theùp. L = 2.A + 2.h + Di + 2.e (mm). Trong ñoù: l: chieàu daøi tieát dieän ngang cuûa keát caáu theùp (mm). A: chieàu roäng cuûa gaàu (mm), A = 219 mm. h: chieàu cao cuûa xích (mm0, h = 55 mm. Di: ñöôøng kính voøng chaân ñóa xích (mm), Di = 439 mm. e: khoaûng caùch töø meùp gaàu ñeán thaønh beân cuûa keát caáu theùp (mm), e = 100 mm. Þ l = 2.219 + 2.55 + 439 + 2.100 = 1187 mm. Choïn l = 1200 mm. Dieän tích maët caét ngang cuûa baêng gaàu. F = b.l = 830.1200 = 792000 mm2 = 996000 cm2. Xaùc ñònh tieát dieän toå hôïp cuûa maët caét ngang keát caáu theùp: tieát dieän bao goàm 4 thanh theùp L, 4 taám theùp vaø moät soá thanh baûn giaèng. Choïn sô boä theùp L theo TCVN 1657 – 75 [05]. Choïn theùp L soá hieäu: L125 x 80 x 8. Thoâng soá cô baûn cuûa theùp: Kích thöôùc mm Troïng löôïng 1m chieàu daøi n/m Dieän tích maët caét cm2 Toïa ñoä troïng taâm cm Trò soá caàn tìm vôùi caùc truïc cm B b d R q F x0 y0 ix iy 125 80 8 11 125 16 1,84 4,05 4 2,28 Khi boá trí caùc theùp chöõ L laøm thanh bieân ta seõ choïn ñöôïc theùp taám coù caùc kích thöôùc sau: Caàn 2 theùp taám 1224 x 4 (mm). Caàn 2 theùp taám 822 x 4 (mm). Dieän tích maët caét ngang cuûa tieát dieän toå hôïp. Fth = 4.FL + 4.FT = 4.16 + 2.(122,4.0,4 + 82,2.0,4) = 227,68 cm2. Giaû söû chòu löïc chính cuûa keát caáu theùp baêng gaàu laø khung chính cuûa baêng gaàu, boû qua caùc taám theùp, coi caùc taám theùp coù taùc duïng chính laø voû che beân ngoaøi cuûa baêng gaàu. Ta tính keát caáu khung chính coi nhö laø moät coät roãng baûn giaèng chòu neùn leäch taâm. Do chieàu cao cuûa toaøn khung laø 12m, ñeå taïo thuaän lôïi trong quaù trình thieát keá vaø tính toaùn laép raùp neân chia khung ra laøm nhieàu ñoaïn, sau ñoù laép gheùp laïi baèng caùc moái noái buloâng. Moãi ñoaïn coù chieàu daøi l = 1200 mm, taïi caùc choå noái coù haøn caùc theùp V soá hieäu 10 treân ñoù coù khoang caùc loã ñeå laép buloâng. Sô ñoà lieân keát vaø ñoaïn khung chia: Chieàu daøi tính toaùn cuûa ñoaïn coät. l0 = m.l l0: chieàu daøi tính toaùn cuûa ñoaïn coät (mm). l: chieàu daøi hình hoïc cuûa ñoaïn coät (mm), l = 1200 mm. m: heä soá chieàu daøi tính toaùn, tra trang 184 [06] ta coù m = 2. Þ l = 2.1200 = 2400 mm. Tính ñoä maûnh töông ñöông theo phöông maûnh nhaát, CT (7-13) [06]. trong ñoù: lmax: ñoä maûnh lôùn nhaát cuûa caùc thanh töông öùng vôùi 1 trong caùc truïc chính. lx1: ñoä maûnh cuûa töøng thanh bieân töông öùng vôùi truïc trung hoøa x1 – x1. ly1: ñoä maûnh cuûa töøng thanh bieân töông öùng vôùi truïc trung hoøa y1 – y1. Xaùc ñònh caùc baùn kính quaùn tính rx, ry theo trang 186 [06]. rx = 0,43.h = 0,43.1216 = 522,88 mm. ry = 0,43.b = 0,43.676 = 290,68 mm. Tính ñoä maûnh caùc thanh bieân. = = = 1,91. = = 3,44. Vaäy lmax= ly = 3,44. Tính ñoä maûnh cho töøng thanh bieân. = = 25. = = 43,9. Ñoä maûnh töông ñông theo phöông maûnh nhaát. = 50,64. Ñoä maûnh töông ñöông quy öôùc, theo trang 80 [05]. Trong ñoù: : ñoä maûnh töông ñöông quy öôùc. ltd: ñoä maûnh töông ñöông. R: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa vaät lieäu, ñoái vôùi theùp CT3, tra baûng (1-1) [07]. R = 2100 kG/cm2. E: moâñun ñaøn hoài cuûa theùp, tra trang 40 [06], ñoái vôùi theùp CT3 ta coù: E = 2,1.106 kG/cm2. = 1,6. Theo sô ñoà tính toaùn ta coù: Ñoä leäch taâm töông ñoái theo phöông x – x: mx = 1,134 m. Ñoä leäch taâm töông ñoái theo phöông y – y: my = 0,24 m. Þ ñoä leäch taâm töông ñoái töông ñöông. m = = 1,16 m. Ñoä leäch taâm tính ñoåi: M1 = h.m Vôùi h = 1,3 + 0,5. tra baûng (6 – 2) [06]. h = 1,3 + 0,5. = 1,84. Þ m1 = 1,84.1,16 = 2,13. Tra baûng II.3 [07] döïa vaøo vaø m1 Þ jlt = 0,311. Kieåm tra tính oån ñònh cuûa coät, theo CT trang 80 [05]. trong ñoù: s: öùng suaát trong thanh chòu neùn (N/cm2). N: taûi troïng taùc duïng leân keát caáu theùp (N). N = m = 36309(N). jlt: ñoä maûnh töông ñöông quy öôùc. F: tieát dieän ngang cuûa coät (cm2). F = 121,6 x 67,6 = 8220,16 cm2. R: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa vaät lieäu (N/cm2), R = 21000 (N/cm2). = 14,2 (N/cm2) £ R = (N/cm2). Tính baûn giaèng. Löïc caét quy öôùc baûn giaèng ñoái vôùi theùp CT3, theo trang 62 [05]. Q = 20.F (daN). F: tieát dieän cuûa ñoaïn coät coù tính baûn giaèng (cm2). Þ Q = 20.66.120 = 158400 (daN). Noäi löïc caét treân baûn giaèng, trang 63 [05]. (daN). Q1: löïc caét treân 1 maët roãng (daN). Q1 = n: soá maët roãng chòu löïc Q, n = 2. (daN). l1 = 1000 mm: khoaûng caùch giöõa 2 baûn giaèng. c = 623,2 mm: khoaûng caùch troïng taâm 2 thanh bieân. = 127086 (daN). Moâmen uoán taùc duïng leân baûn giaèng, theo CT trang 63 [05]. = = 39600 (daN) = 396000 (N). Choïn tieát dieän baûn giaèng: 200 x 4 (mm). Moâmen caûn uoán cuûa baûn giaèng. W = 0,4.202 = 160 cm3. Giôùi haïn moûi uoán cuûa baûn giaèng. = = 2475 (N/cm2). s = 2475 (N/cm2) < R = 21000 (N/cm2). Vaäy baûn giaèng choïn ñaûm baûo laøm vieäc toát. Caùc kích thöôùc cuûa baûn giaèng. dg = (0,2 ÷ 0,35).b = (0,2÷ 0,35).676 = 135,2 ÷ 236,6. Choïn dg = 140 mm. lg = 623 mm. Xaùc ñònh kieåu dôõ taûi cuûa baêng gaàu vaø kích thöôùc cöûa dôõ. Xaùc ñònh kieåu dôõ taûi cuûa gaàu. Do baêng gaàu coù vaän toác lôùn v = 1,6 m/s neân nguyeân lyù dôõ taûi cuûa baêng gaàu laø dôõ taûi nhôø löïc ly taâm. Taïi vò trí A vaät lieäu baét ñaàu dôõ ra khoûi gaàu. Treân caùc haït taïi caïnh döôùi cuûa ñaùy gaàu khoâng coù moät phaûn löïc naøo cuûa gaàu taùc duïng leân vaät lieäu maø chæ aûnh höôûng cuûa troïng löïc vaø löïc ly taâm do khoái löôïng vaät lieäu gaây neân: Veà maët lyù thuyeát caùc haït vaät lieäu chuyeån ñoäng treân quyõ ñaïo paraboân, phöông trình toaï ñoä ñöôïc thieát laäp theo xAy. x = vcost y = -vsint - Töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc : Ñöôøng di chuyeån cuûa haït vaät lieäu kyù hieäu laø s. Quyõ ñaïo naøy gaëp quyõ ñaïo cuûa mieäng ngoaøi cuûa gaàu taûi taïi B; ñöôøng s’ xaùc ñònh vò trí giôùi haïn an toaøn laøm pheåu höùng vaät lieäu. Ta coù theå xaùc ñònh ñieåm B hay coù theå xaùc ñònh goùc vaø töø ñoù tìm ñöôïc thôøi gian quay moät goùc cuûa gaàu : t = Trong ñoù n laø toác ñoä quay cuûa ñóa xích chuû ñoäng. x= vcos Trong ñoù: v: vaän toác baêng gaàu, v= 1,6 m/s. = = = 1,087. = 900 - = 900 – 1,087 = 88,910. n: vaän toác voøng, n = 64 vg/ph. Vaäy x = 1,6.cos1,087 = 1,55 m = 1550 mm. Ta coù PA = OA.sin = 0,24.sin1,087 = 4,55 mm. Vaäy pheåu höùng vaät lieäu seõ caùch mieäng gaàu a = 1550 – 219 – 241,48 + 4,55 = 1094,07 mm. Kích thöôùc cöûa dôõ taûi, theo tham khaûo thöïc teá vaø atlat [08]. tính caùc moái noái lieân keát. Tính moái noái haøn. Trong thöïc teá ñoái vôùi keát caáu daøn ngöôøi ta coù theå duøng nhieàu kieåu moái gheùp khaùc nhau(baèng buloâng, baèng haøn, ñinh taùn. . .). Nhöng loaïi keát caáu moái haøn raát ñöôïc duøng phoå bieán vì caùc öu ñieåm cuûa noù veà tính thaåm myõ, tính kinh teá, ñoàng thôøi cuõng chòu löïc khoâng keùm so vôùi buloâng vaø caùc loaïi moái gheùp khaùc. Veà moái haøn trong moät moái gheùp ngöôøi ta duøng boán ñöôøng haøn (2 ñöôøng haøn soùng, 2 ñöôøng haøn meùp) ñeå chia noäi löïc trong thanh taùc duïng vaøo noù. Ñoái vôùi moài haøn soùng thì chòu 70% noäi löïc trong thanh, coøn ñöôøng haøn meùp chòu 30%. Kieåm tra ñöôøng haøn lieân keát giöõa baûn giaèng vaø thanh bieân, sau ñoù laáy chieàu daøi haøn naøy duøng cho lieân keát giöõa theùp taám vaø thanh bieân. Kieåm tra ñöôøng haøn lieân keát giöõa baûn giaèng vaø thanh bieân, CT (3-8) [06]. (N/cm2). Trong ñoù: th: öùng suaát tính toaùn trong moái haøn (N/cm2). M: moâmen taùc duïng leân baûn giaèng (Ncm). M = 39600 daN. bh: heâä soá phuï thuoäc vaøo cheá ñoä haøn, do cheá ñoä haøn tay neân choïn b = 0,7. g: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa moái haøn, choïn g = 1. lh: chieàu daøi cuûa moái haøn (cm). Q: löïc taùc duïng leân thanh bieân (daN). [t]h: öùng suaâát cho pheùpcuûa moái haøn (N/cm2). [t]h = 0,65. [s] = 0,65.38000 = 24700 (N/cm2). Chieàu daøi cuûa moái haøn cuûa thanh bieân vaø baûn giaèng, tính theo CT (2-10) [07]. (cm). N: löïc taùc duïng leân moái haøn (N). N = Q1 = 3960 daN. hh: chieàu cao ñöôøng haøn (cm), choïn chieàu cao cuûa moái haøn baèng h = 0,4 cm. Rgh: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa moái haøn, do söû duïng que haøn '42. Choïn Rgh = 1800 daN/cm2. g: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc cuûa moái haøn, choïn g = 1. bh: heâä soá phuï thuoäc vaøo cheá ñoä haøn, do cheá ñoä haøn tay neân choïn b = 0,7. = 27,5 cm. = 368,74 daN/cm2 = 3687,4 N/cm2. th < [t]h neân moái haøn ñuû ñoä beàn. Tính moái haøn cuûa baûn giaèng, thanh bieân vaøo baûn ñeá. Chieàu daøi ñöôøng haøn cuûa thanh bieân vaø baûn ñeá tính theo CT (5-16) [07]. (cm). Trong ñoù: lbd: chieàu daøi ñöôøng haøn cuûa thanh bieân vaø baûn ñeá. k: heä soá laáy gaàn ñuùng tra baûng (2-6) [07], choïn k = 0,7. N1: noäi löïc trong baûn giaèng, N1 = 39600(N). g: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc laáy g = 1. b: heä soá phuï thuoäc vaøo cheá ñoä haøn, do cheá ñoä haøn baèng tay neân choïn b = 0,7. Rgh: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa theùp chòu löïc, ñoái vôùi theùp CT3 thì Rgh = 18000 N/cm2. hh: chieàu cao cuûa ñöôøng haøn, choïn hh = 0,4 cm. Þ = 2 (cm). Ñöôøng haøn lieân keát giöõa baûn giaèng, thanh bieân leân baûn ñeá: l = 27,5 + 2 = 29,5 cm. Tính kích thöôùc chaân truï lieân keát..tính toaùn kích thöôùc cuûa maët phaúng chòu löïc theo CT (4-69) [07]. cm2. N: löïc doïc truïc tính toaùn trong keát caáu theùp baêng gaàu, N = 75803(daN). Rn: cöôøng ñoä chòu neùn tính toaùn cuûa beâ toâng, choïn beâ toâng maùc 200. Choïn Rn = 90 daN. mcb: heä soá taêng Rn cuïc boä, choïn mcb = 1,1. = 765,7 cm2. Choïn Sbd = 1710 cm2. Do khung chính cuûa keát caáu theùp laø caùc theùp thanh L neân löïc truyeàn chuû yeáu sang neàn beâ toâng laø thoâng qua caùc thanh theùp naøy, vì vaäy chia dieän tích truyeàn löïc chuû yeáu thaønh 6 vò trí chuû yeáu ngay taïi caùc thanh theùp L. Dieän tích cuûa moät baûn ñeá. = = 285 cm2. Thanh bieân coù hình daïng laø theùp L neân ta choïn ra ñöôïc kích thöôùc cuûa baûn ñeá laø: 150 x 190 mm. Dieän tích cuûa maët moùng taïi baûn ñeá. Am ³ .Abd = 1,13.285 = 379,34 cm2. Döïa vaøo kích thöôùc baûn ñeá maø choïn ñöôïc kích thöôùc cuûa maët moùng laø 230 x 170 mm. ÖÙng suaát tieáp xuùc giöõa baûn ñeá vaø thanh bieân tính theo coâng thöùc: daN/cm2. Trong ñoù: N0: löïc doïc trong moãi thanh bieân (daN). Rcb: cöôøng ñoä neùn cuïc boä daNcm2. rn: cöôøng ñoä chòu neùn cuûa beâ toâng maùc 200, Rn = 90 daN. Þ =116,7 daN/cm2. Þ = 44,33 < 116,7 daN/cm2. Moâmen Md tính theo CT (4-74) [07]. Md = a.sd. daNcm. Theo sô ñoà tính ta coù: a2 = 15,6 cm; b2 = 6,2 cm. Do tæ soá neân tra baûng (4-10) [07] choïn ñöôïc a = 0,06. Þ Md = 0,06.44,33.15,62 = 647,3 daNcm. Chieàu daøy baûn ñeá tính theo CT (4-75) [07]. (cm). trong ñoù: r: cöôøng ñoä tính toaùn cuûa theùp CT3, R = 2100 daN/cm2. g: heä soá ñieàu kieän laøm vieäc laáy g = 1. Þ = 1,85 cm. choïn dd = 2 cm.