Đồ án Giải pháp thi công vỏ bêtông hầm dẫn nước nhà máy thuỷ điện A Vương

măng dùng trong công trình hầm ngầm phổ biến là ximăng Poóclăng, ximăng Puzơlan hoặc ximăng Puzơlan xỉ (trong trường hợp có nước xâm thực, hoặc cần nâng cao tính chống thấm của vỏ hầm thuỷ lợi có áp - đường hầm áp lực). Trong thực tế trước khi đổ bêtông vỏ hầm người ta phải gia cố vỏ hầm bằng cách cắm các neo là cac thanh sắt vào trong vỏ đất đá của hầm. Sau đó người ta phun lên vách hang hỗn hợp bêtông thành lớp dày từ 3 – 5 cm với chiều dày tổng cộng có khi đến 20cm hoặc hơn nhờ vào khí nén mà không cần ván khuôn để gia cố tạm làm vỏ hầm tạm trước khi thi công vỏ hầm. Với công trình thuỷ điện A Vương, đường hầm lực cũng là công trình vĩnh cửu do đó cần có vật liệu làm vỏ hầm cũng phải có tính vĩnh cửu tốt. Vật liệu đã được chọn ở đây để thi công vỏ hầm là bêtông cốt thép. Sau khi hầm được thi công đào xong và cắm neo, phun bêtông gia cố xong sẽ tiến hành thi công bêtông – cốt thép vỏ hầm. Mà công việc trước tiên trong thi công bêtông – cốt thép vỏ hầm là tiến hành neo buộc cốt thép. Công việc này cần có một thiết bị chuyên dùng để phục vụ, sau đây là trình tự thiết kế chiếc xe này. I.1)Nhiệm vụ của xe nâng buộc cốt thép: - Xe nâng, neo buộc cốt thép được sử dụng trong quá trình neo buộc công trình để tiến hành đổ bêtông cốt thép vỏ hầm. Với hầm có đường kính 6m và dài thì việc neo cốt thép cũng được xem là một công việc có khối lượng lớn. Nhiệm vụ của xe nâng, neo buộc cốt thép là nâng người và cốt thép lên các độ cao khác nhau trong hầm để tiến hành neo buộc công trình được thuận tiện và nhanh chóng. Xe nâng, neo buộc cốt thép sẽ di chuyển trong hầm, và lần lượt sẽ đưa người và cốt thép tới các vị trí cần neo buộc cốt thép để tiến hành công việc. Tại vị trí làm việc của mình, người công nhân và cốt thép sẽ đứng lên trên xe và tiến hành neo buộc. Sau các vị trí đã tiến hành neo buộc xong trong một đoạn neo buộc, xe nâng sẽ tự nâng lên hay hạ người và vật liệu xuống để tiến hành các vị trí neo buộc tiếp theo trong một đoạn làm việc. Mỗi thanh thép được neo buộc có độ dài là 11.7 m, do đó cần có ít nhất là hai công nhân làm việc một lúc. I.2). Phương án chọn xe: - Phương án 1: Chọn xe phục vụ công tác neo buộc là cần trục ôtô thuỷ lực, di chuyển tự hành trên bánh lốp. hình 7: Mô hình xe neo buộc cốt thép dùng cần trục tự hành ôtô thuỷ lực + ưu điểm của phương án này là: cơ động được vị trí làm việc mà không cần phải lắp đặt đường ray. + Nhược điểm của phương án này là: do mỗi đoạn thép tiến hành buộc dài 11.7m mà chỉ có thể có hai người tiến hành công việc thì trong qúa trình làm và trong quá trình đưa cốt thép lên vị trí neo buộc thép sẽ bị võng. Và với khối lượng lớn như vậy mà chỉ có thể có hai người tiến hành làm cùng một lúc sẽ kéo dài tiến độ công việc rất lâu, và làm chậm tiến độ công trình. Thứ ba là theo phương án này thì phải cần cả hai xe thì mới tiến hành công việc này được, mà như vậy thì phương án này sẽ không được kinh tế vì phải mua 2 chiếc xe tiến hành công việc này mà tiến độ thi công công việc lại không nhanh do chỉ có hai người cùng làm việc và vì di chuyển bánh lốp nên lại phải tiến hành làm bằng phẳng mặt bằng đường hầm trước khi đưa xe vào tiến hành công việc. - Phương án 2 : Thiết kế xe nâng tiến hành công việc neo buộc cốt thép. Mô tả xe nâng phục vụ công tác neo buộc cốt thép : Theo phương án này, xe được thiết kế gồm có hai cánh xe ở hai bên, hai cánh này có thể quay được nhờ hai xy lanh thuỷ lực được bố trí ở hai đầu (như hình vẽ). Hình 8: Mô hình xe nâng phục vụ neo buộc cốt thép. 1-Sàn công tác;2:Lan can sàn công tác; 3:Tay cần phụ; 4:Tay cần chính 2-Tay chống; 6:Tay chống; 7:Khung xe; 8:Ray dẫn hướng; 9:Bánh xe dẫn động 10- Bệ dưới của xe; 11- Pít tông- xy lanh nâng hạ cần;13- Trục dẫn động bánh xe;12- Gân tăng cứng cho khung xe Công nhân làm việc và vật liệu (sắt thép), trang thiết bị dụng cụ làm việc (kìm kẹp…) được đặt trên sàn công tác (1), trên sàn công tác có lan can (2) để bảo vệ công nhân và tránh cho vật liệu, trang thiết bị dụng cụ khỏi rơi xuống dưới trong quá trình làm việc. Sàn công tác (1) luôn được giữ nằm ngang trong quá trình làm việc và di chuyển (quay từ vị trí dưới lên hay từ trên xuống dưới) nhờ vào các tay quay (3) và (4) các tay quay này được nối khớp quay với khung máy (7). Khung máy này được chế tạo từ các thép hình chữ L được hàn cứng với nhau thành hộp. hình 9: Liên kết giữa sàn thao tác và tay cần, giữa cần và bệ đứng của xe Trên khung máy này được hàn gắn các tai (16) và (18), các tay cần (số 4) và (số 3) được lắp chốt quay vào các tai này nhờ vào các chốt (15) và (17). Sàn thao tác (1) được liên kết với tay cần 3 và 4 nhờ vào các chốt (19), cả 4 cơ cấu (7), (3), (4) và (1) làm thành một cơ cấu hình bình hành làm cho sàn thao tác (1) luôn được đặt nằm ngang ngay cả khi làm việc và khi di chuyển. Cần (số 3) và (số 4) được nâng lên, hạ xuống nhờ vào các tay đòn 5 và tay đòn 6, và xy lanh thuỷ lực số 13. Khi cần nâng cần số 3 và số 4 lên thì xi lanh 13 được đẩy lên, khi thu xy lanh 13 lại thì cần số 3 và số 4 được hạ xuống. Hành trình của xy lanh 13 làm thay đổi vị trí của tay cần số 3 và 4. Tại vị trí mà hành trình của xy lanh là nhỏ nhất thì tay cần 3, 4 được hạ xuống thấp nhất, sàn công tác số 1 cũng ở vị trí thấp nhất. Đây là vị trí mà sau khi công nhân làm việc không thể đứng dưới để neo buộc cốt thép sẽ lên xe để tiến hành công việc ở trên cao hơn vị tầm với của người đứng dưới mặt bằng hầm. Và vị trí này cũng là vị trí mà người ta chuyển cốt thép lên sàn công tác để tiến hành công việc ở trên cao hơn tầm với của người đứng dưới mặt bằng hầm. Tại vị trí mà hành trình của xy lanh là lớn nhất là vị trí cao nhất của sàn công tác (1), tại vị trí này người công nhân đứng trên sàn sẽ thao tác tại vị trí cao nhất của vỏ hầm. 2. Chọn phương án di chuyển và dẫn động cho xe Để di chuyển cho xe nâng phục vụ cho công việc neo buộc cốt thép trong hầm dẫn nước, ta có ba phương án di chuyển: di chuyển bằng ray, di chuyển bằng bánh lốp và di chuyển bằng bánh xích. - Phương án 1: Di chuyển bằng bánh lốp, với phương án di chuyển bằng bánh lốp, cần có thiết bị truyền lực, các bánh xe, hệ thống treo và hệ thống điều khiển (cơ cấu lái). Mặt khác trong đường hầm có độ dốc, và bề mặt đường hầm nhấp nhô, không tiện cho di chuyển bằng bánh lốp. - Phương án 2: Di chuyển bằng bánh xích, phương án này có ưu điểm là áp suất phân bố đều trên mặt tựa, làm việc tốt cả ở nền đất yếu và nền đất cứng, nhấp nhô, không bằng phẳng. Bộ di chuyển xích có lực bám lớn, tính năng thông qua tốt, có khả năng vượt dốc lớn. Tuy nhiên phương án này có nhược điểm là trọng lượng bản thân lớn, cấu tạo phức tạp, chế tạo, lắp ráp và sửa chữa khó khăn, các chi tiết chóng mòn, và vì vậy tăng giá thành đầu tư, không kinh tế. - Phương án 3: Di chuyển xe bằng cơ cấu di chuyển trên ray, trong đường hầm dẫn nước, hầm được đào thằng và có độ dốc không lớn, do vậy thích hợp với di chuyển trên ray, lắp đặt ray được dễ dàng. Mặt khác vì trọng lượng xe không lớn, nên di chuyển bằng ray vẫn đảm bảo được. Xe neo buộc cốt thép có tốc độ di chuyển chậm vì sau khi neo buộc thép cho cả một đoạn đường hầm dài 11,7 m xong thì mới di chuyển đến đoạn neo buộc tiếp theo, mà mỗi đoạn neo buộc như vậy thời gian là tương đối dài. Mặt khác đại bộ phận cơ cấu di chuyển trên ray được dấn động bằng điện nên thích hợp trong môi trường thi công hầm trong điều kiện thông gió khó khăn. Với những ưu điểm của phương án di chuyển trên ray đối vơí trường hợp cho xe nâng phục vụ neo buộc cốt thép ta chọn phương án di chuyển trên ray cho xe này. hình 11: Cơ cấu dẫn động bằng ray cho xe nâng phục vụ neo buộc cốt thép Động cơ điện (4) làm nguồn dẫn động chung cho xe, mô men xoắn từ trục động cơ (3) được truyền qua cặp bánh răng (1) và (2) sau đó đến trục truyền động (5), qua cặp bánh răng số (6) dẫn động trục xe con số (8) và dẫn động xe con (7), các trục số (8) được tì lên hai ổ đỡ số (10) và các bánh xe số (7) di chuyển trên ray (9) - Xác định khối lượng cần nâng của xe: - Khối lượng người và vật liệu cần nâng mỗi lần Chu vi của mặt cắt ngang đường hầm là: P = 2.p.R = 2. 3,14. 3 = 18,84 m = 18 840 mm khoảng cách giữa các thanh thép là: a=200mm nên cần số thanh cho một vòng của vỏ hầm là: S = =95 thanh. Vì xe chỉ phục vụ cho neo buộc từ độ cao 1,6 m, ta tính ra lượng cốt thép cần buộc khi thao tác trên xe là: chu vi của vòng cung cần neo buộc cốt thép khi đứng trên xe là: hình 10:vùng neo thép cần phải đứng trên xe chu vi vùng neo thép trên xe là: P1 = 2.1400 + p.3000 = 12 220 m m Vậy số thanh thép cần đưa lên xe để tiến hành neo là S1 = = 62 thanh. Mà 62 thanh này được đặt sang hai bên của xe (hai cánh xe, làm việc hai bên) vậy mỗi cánh xe này sẽ phải đưa lên 31 thanh cho mỗi đoạn neo buộc. khối lượng của mỗi thanh thép ặ 25 dài 11,7 m là: Q =. ặ2.l. 7850 = . 0.0252.11,7. 7850 = 45,06 (kg) Vậy khối lượng thép mà mỗi cánh sẽ phải đưa lên cho một đoạn neo buộc là: q = 45,06 . 31 = 1396,86 (kg) Tuy nhiên nếu mà đưa cả 31 thanh thép này lên thì sẽ không còn chỗ đứng cho công nhân thao tác công việc, vì sàn công tác chỉ rộng 1m. Vì vậy sẽ tiến hành đưa thép lên hai lần trong một đoạn làm việc, mỗi lần là 15 thanh mỗi vị trí làm việc của sàn cách nhau là 1,6 m nghĩa là sau 1,6 m thì lại nâng cần (3) và (4) lên, đưa sàn thao tác lên cao hơn 1,6m, đưa thép lên và tiến hành lần buộc cho phần trên. Với 1,6 m chiều cao thì số thanh thép cần là s = =8 thanh, như vậy là mỗi lần đưa thép lên sẽ neo buộc được một độ cao của vỏ hầm là 1,6m. Và như vậy khối lượng mỗi lần đưa thép lên của một cánh của xe là qc = 15. 45,06 = 676 (kg) mỗi bên cánh của xe, tức là trên mỗi sàn thao tác bố trí 4 người neo buộc, vì chiều dài mỗi thanh thép là 11,7 m và mỗi thanh thép nặng tới 45,06 kg nên cần phải bố trí 4 người đồng thời neo buộc một thanh thép là hợp lý. Trung bình trọng lượng của mỗi công nhân là 60 kg, vậy mỗi cánh sàn công tác phải chịu thêm một khối lượng người là : 4x60 = 240 (kg) Tính cả trang thiết bị và dụng cụ lao động của mỗi người trung bình là 10 kg thì mỗi sàn công tác phải chịu một khối lượng cho một lần nâng là : Qs= khối lượng 15 thanh thép + khối lượng của 4 công nhân + khối lượng trang thiết bị = 676 + 240 + 4x10 = 956 (kg) Khối lượng này phân bố trên sàn công tác, coi như phân bố đều trên sàn công tác thì áp lực lên mặt sàn là: q= == 797 N/m2 Tải trọng tác dụng lên sàn lại truyền xuống dầm phụ của sàn, các dầm phụ này gác lên dầm chính và chúng lại truyền tải trọng lên dầm chính. Các dầm phụ đặt đều nhau nên chịu tải trọng phân bố lên là bằng nhau Với khoảng cách giữa các dầm phụ của sàn là 1m, có tất cả 13 dầm, trong đó có 3 dầm vừa chịu lực phân bố của sàn vừa làm nhiệm vụ đỡ cho sàn công tác, các dầm này được liên kết cứng vững với các thanh dầm trên lan can làm nhiệm vụ đỡ cho cả hệ sàn, 3 dầm này làm việc như các dầm công xôn,các dầm còn lại chịu lực tác dụng từ sàn lên coi như bằng nhau thì mỗi dầm chịu một lực là: Pdp= = 797(N), lực này phân bố đều trên chiều dài của dầm.Vậy lực phân bố trên dầm phụ là: qdp= = = 0,797 N/mm Sơ đồ truyền lực trên dầm ngang: Chọn thép làm dầm là thép hình U chế tạo từ thép CT3 + Kiểm tra sức chịu tải của dầm đã chọn: Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wyc= Trong đó: Mmax : mômen uốn lớn nhất tại tiết diện dầm g : hệ số điều kiện làm việc của kết cấu, với kết cấu thanh, dầm công xôn, tra bảng (sách Sức bền vật liệu- Lê Ngọc Hồng) ,g=1,05 R : cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm, R=220 N/mm2 ị Wyc= =432,9 mm3 = 0,4329 cm3 Kiểm tra điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng Điều kiện: t Ê 0,9.R Tính được ứng suất tiếp tại tiết diện Mmax theo công thức: t = Trong đó: Qmax : lực cắt lớn nhất trong dầm Sc :mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm đối với trục trung hoà I : mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục x-x db : chiều dày bản bụng thép hình chọn làm dầm (Tra bảng I.4 sách Sức bền vật liệu – Lê Ngọc Hồng, ta có với thép chữ U đều cạnh U No5 có: Sc= 5,59 cm3 I =22,8 cm4 db = 7 mm=0,7 cm ị t = -=140N/cm2 = 1,4 N/mm2 thấy rằng t Ê 0,9.R= 0,9.220= 198 N/mm2 suy ra tiết diện đã được chọn thoả mãn điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng. Ta có mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wct = = 37,64mm3 = 0,3764cm3 + Các ứng suất lớn nhất tại mặt cắt bất lợi nhất về mặt tải trọng: Tại vị trí mômen uốn đạt giá trị max: - ứng suất pháp lớn nhất: max= = = 1,1 (kN/cm2); - ứng suất tiếp: = = 0 (kN/cm2). + Kiểm tra sức bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi: = - Với: = = = 1,1 (kN/cm2); - = = 14,67 (kN/cm2). (n – hệ số an toàn của dầm, lấy n=1,5) => Tại vị trí lực cắt đạt giá trị max: - ứng suất pháp lớn nhất: max= = 0 (kN/cm2); - ứng suất tiếp: ==140 (N/cm2)=0,14kN/cm2 + Kiểm tra sức bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi: = - Với: = = = 0,242 (kN/cm2); - = = 14,67 (kN/cm2). (n – hệ số an toàn của dầm, lấy n=1,5) => Vậy dầm đủ bền Sơ đồ truyền lực Chọn thép làm dầm là thép hình chữ I chế tạo từ thép CT3 + Kiểm tra sức chịu tải của dầm đã chọn: Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wyc= Trong đó: Mmax : mômen uốn lớn nhất tại tiết diện dầm, Mmax=9p/2 = 9.0,4/2=1,8 kNm = 180 kN.cm g : hệ số điều kiện làm việc của kết cấu, với kết cấu thanh, dầm công xôn, tra bảng (sách Sức bền vật liệu- Lê Ngọc Hồng) ,g=1,05 R : cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm, R=220 N/mm2 ị Wyc= = 7,8 cm3 Kiểm tra điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng Điều kiện: t Ê 0,9.R Tính được ứng suất tiếp tại tiết diện Qmax theo công thức: t = Trong đó: Qmax : lực cắt lớn nhất trong dầm, Qmax=5p/2= 5.0,4/2=1 kN Sc :mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm đối với trục trung hoà I : mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục x-x db : chiều dày bản bụng thép hình chọn làm dầm (Tra bảng I.1 sách Sức bền vật liệu – Lê Ngọc Hồng, ta có với thép chữ I đều cạnh No 10 có: Sc= 23 cm3 I =198 cm4 db = 4,5 mm=0,45 cm ị t = -= 0,258kN/cm2 thấy rằng t Ê 0,9.R= 0,9.22= 19,8 kN/cm2 suy ra tiết diện đã được chọn thoả mãn điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng. Ta có mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wct = = 6,78cm3 Với thép I No 10 có Wx = 39,7 cm3 > Wct nên thép được chọn thoả mãn về mặt hình học + Các ứng suất lớn nhất tại mặt cắt bất lợi nhất về mặt tải trọng: Tại vị trí mômen uốn đạt giá trị max: - ứng suất pháp lớn nhất: max= = = 4,534 (kN/cm2); - ứng suất tiếp: = == 0,258kN/cm2 + Kiểm tra sức bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi: = - Với: = = = 4,541 (kN/cm2); - = = 14,67 (kN/cm2). (n – hệ số an toàn của dầm, lấy n=1,5) => Vậy dầm đủ bền. 3. Tính toán cho dầm ngang chịu lực chính: Hai dầm ngang chịu lực chính làm việc như một dầm công xôn, chịu cả lực phân bố từ sàn xuống như các dầm ngang phụ khác, đồng thời chịu lực tập trung là các lực truyền xuống từ dầm dọc. Phản lực tại các gối của dầm dọc đã tính ở trên chính là lực truyền xuống dầm ngang này từ dầm dọc, vậy ta có sơ đồ tính của dầm như sau: Sơ đồ truyền lực: Chọn thép làm dầm là thép hình chữ I chế tạo từ thép CT3 + Kiểm tra sức chịu tải của dầm đã chọn: Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wyc= Trong đó: Mmax : mômen uốn lớn nhất tại tiết diện dầm g : hệ số điều kiện làm việc của kết cấu, với kết cấu thanh, dầm công xôn, tra bảng (sách Sức bền vật liệu- Lê Ngọc Hồng) ,g=1,05 R : cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm, R=220 N/mm2 ị Wyc= = 12,12 cm3 Kiểm tra điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng Điều kiện: t Ê 0,9.R Tính được ứng suất tiếp tại tiết diện Qmax theo công thức: t = Trong đó: Qmax : lực cắt lớn nhất trong dầm Sc :mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm đối với trục trung hoà I : mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục x-x db : chiều dày bản bụng thép hình chọn làm dầm (Tra bảng I.1 sách Sức bền vật liệu – Lê Ngọc Hồng, ta có với thép chữ I đều cạnh No 10 có: Sc= 23 cm3 I =198 cm4 db = 4,5 mm=0,45 cm ị t = -=140N/cm2 = 0,83kN/cm2 thấy rằng t Ê 0,9.R= 0,9.22= 19,8 kN/cm2 suy ra tiết diện đã được chọn thoả mãn điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng. Ta có mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wct = = 10,54cm3 Với thép I No 10 có Wx = 39,7 cm3 > Wct nên thép được chọn thoả mãn về mặt hình học + ứng suất lớn nhất tại mặt cắt bất lợi nhất về mặt tải trọng: Tại vị trí mômen uốn và lực cắt đạt giá trị max: - ứng suất pháp lớn nhất: max= = =7,05 (kN/cm2); - ứng suất tiếp: = == 0,83 (kN/cm2). + Kiểm tra sức bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi: = - Với: = = = 7,1 (kN/cm2); - = = 14,67 (kN/cm2). (n – hệ số an toàn của dầm, lấy n=1,5) => Vậy dầm đủ bền. Tính toán thanh chống: Thanh chống trong quá trình làm việc quay quanh chốt trên khung xe, xét các vị trí khác nhau trong quá trình làm việc. Đầu cần chịu một lực tập trung và một mô men tập trung do dầm ngang chịu lực chính của sàn truyền lên + Tại vị trí sàn ở vị trí cao nhất, tay cần làm việc vừa chịu nén vừa chịu uốn. Hình 21: Tay cần làm việc ở trạng thái sàn công tác nằm cao nhất + Khi sàn công tác ở vị trí làm việc thấp nhất, khi này tay cần nghiêng xuống phía dưới, tay cần làm việc vừa chịu kéo vừa chịu uốn. Hình 22: Trạng thái tay cần làm việc ở vị trí thấp nhất + Khi tay cần nằm ngang, lúc này cần chỉ làm việc chịu uốn thuần tuý. Vì lực tập trung lên đầu cần là nhỏ nên có thể bỏ qua sự kéo và nén trên tay cần, mặt khác theo hình vẽ ta thấy rằng mômen uốn lớn nhất của tay cần sẽ là trong trường hợp tay cần nằm ngang, vì khi đó cánh tay đòn từ điểm đặt lực đến các gối là lớn nhất nên gây ra mômen là lớn nhất. Hình 23: Trạng thái tay cần làm việc ở vị trí nằm ngang + Kiểm tra sức chịu tải của dầm đã chọn: Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wyc= Trong đó: Mmax : mômen uốn lớn nhất tại tiết diện dầm g : hệ số điều kiện làm việc của kết cấu, với kết cấu thanh, dầm công xôn, tra bảng (sách Sức bền vật liệu- Lê Ngọc Hồng) ,g=1,05 R : cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm, R=220 N/mm2 ị Wyc= = 25,97 cm3 Kiểm tra điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng Điều kiện: t Ê 0,9.R Tính được ứng suất tiếp tại tiết diện Qmax theo công thức: t = Trong đó: Qmax : lực cắt lớn nhất trong dầm Sc :mômen tĩnh của một nửa tiết diện dầm đối với trục trung hoà I : mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục x-x db : chiều dày bản bụng thép hình chọn làm dầm (Tra bảng I.1 sách Sức bền vật liệu – Lê Ngọc Hồng, ta có với thép chữ I đều cạnh No 12 có: Sc= 33,7 cm3 I =350 cm4 db = 4,8 mm=0,48 cm ị t = -=140N/cm2 = 2,4kN/cm2 thấy rằng t Ê 0,9.R= 0,9.22= 19,8 kN/cm2 suy ra tiết diện đã được chọn thoả mãn điều kiện về ứng suất tiếp tại vị trí bất lợi nhất về mặt tải trọng. Ta có mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wct = = 22,59cm3 Với thép I No 10 có Wx = 58,4cm3 > Wct nên thép được chọn thoả mãn về mặt hình học + ứng suất lớn nhất tại mặt cắt bất lợi nhất về mặt tải trọng: Tại vị trí mômen uốn và lực cắt đạt giá trị max: - ứng suất pháp lớn nhất: max= = =10,27 (kN/cm2); - ứng suất tiếp: = == 2,4 (kN/cm2). + Kiểm tra sức bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi: = - Với: = = = 11,08 (kN/cm2); - = = 14,67 (kN/cm2). (n – hệ số an toàn của dầm, lấy n=1,5) => Vậy dầm đủ bền. Vì tay cần số 4 chịu lực chính, nên ta chỉ phải tính cho tay cần này, tay cần số 3 chịu lực nhỏ hơn, do vậy với thép chọn giống như tay cần số 4 thì tay cần số 3 hoàn toàn đủ khả năng chịu lực. 4) Tính toán chốt đầu cần: Tại đầu các dầm ngang chịu lực chính trên sàn, ta hàn các thép hình chữ C để lắp các tay cần, Chốt làm việc như một dầm có lực tác dụng lên như hình vẽ trên, ta tính như với một dầm ngang chịu lực bình thường. + Kiểm tra sức chịu tải của dầm đã chọn: Mômen chống uốn cần thiết của tiết diện dầm: Wyc= Trong đó: Mmax : mômen uốn lớn nhất tại tiết diện dầm g : hệ số điều kiện làm việc của kết cấu, với kết cấu thanh, dầm công xôn, tra bảng (sách Sức bền vật liệu- Lê Ngọc Hồng) ,g=1,05 R : cường độ tính toán chịu uốn của thép làm dầm, R=220 N/mm2 ị Wyc= = 6,06 cm3 Mômen kháng uốn cần thiết của tiết diện là: Wct = = 5,27cm3 Với thép tròn đường kính d=40mm có Wx = =6400 mm3= 6,4 cm3 > Wct nên thép được chọn thoả mãn về mặt hình học + ứng suất lớn nhất tại mặt cắt bất lợi nhất về mặt tải trọng: Tại vị trí mômen uốn và lực cắt đạt giá trị max: - ứng suất pháp lớn nhất: max= = =21,875 (kN/cm2); - ứng suất tiếp: = == 2,4 (kN/cm2). Tiết diện là hình tròn có: Sx= = =5333,3 mm3= 5,3333 cm3 Suy ra: + Kiểm tra sức bền theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi: = - Với: = = = 11,08 (kN/cm2); - = = 14,67 (kN/cm2). (n – hệ số an toàn của dầm, lấy n=1,5) => Vậy dầm đủ bền. 6) Tính toán liên kết hàn a) Liên kết hàn tại giữa B - Tính xilanh nâng cần Hệ xilanh nâng cần làm nhiệm vụ đẩy (hạ) cần nâng số (4) xuống dưới hay lên trên, đồng thời giữ nguyên vị trí của cần trong khi công nhân thao tác công việc trên sàn công tác. Lực nâng yêu cầu của xilanh là đủ để đẩy được trọng lượng của sàn và trọng lượng của người, của thép trên sàn đảm bảo yêu cầu thiết kế. Hình12 - Cơ cấu nâng hạ cần. 1-Xilanh nâng hạ; 2-Thanh đẩy ngang 3-Thanh đẩy đứng 4-Tay cần nâng hạ sàn; 5-Chốt quay tay cần; 6-Chốt quay thanh đẩy ngang 7-Khung máy; 8-Bệ khung lắp xi lanh nâng hạ. 1-Các thông số yêu cầu. - Hành trình xylanh Khi sàn công tác ở vị trí cao nhất trong quá trình làm việc thì xylanh sẽ ở vị trí đẩy ra nhiều nhất, tính toán trên hình vẽ ta được kết quả hành trình đẩy ra của xylanh là Hình 23: Hành trình xylanh khi sàn công tác ở vị trí cao nhất Ta có hành trình của xylanh khi sàn công tác ở vị trí cao nhất là: 800mm Hình 23: Hành trình xylanh khi sàn công tác ở vị trí thấp nhất Ta có hành trình của xylanh khi sàn công tác ở vị trí thấp nhất là: 150mm Vậy ta có hành trình yêu cầu của xy lanh nâng hạ cần là : lxl = 800 – 150 = 650 mm Như vậy để các xilanh đảm bảo được hành trình nâng hạ của mình ta chọn hành trình của xy lanh là 700mm áp suất làm việc của dầu trong hệ thống đạt giá trị Max là : 20Mpa = 2 KN/cm2. - Tốc độ làm việc của xilanh khi nâng hạ ta chọn: v = 0,6 (m/ph). 2-Tính xilanh. Khi xilanh làm việc thì lực ép yêu cầu cho mỗi xilanh là : F1. hình 24: Các vị trí làm việc khác nhau của xy lanh nâng hạ cần Như đã xét trong các trường hợp làm việc ở trên, vị trí lực tác dụng lớn nhất lên gối B là khi tay cần nằm ngang, ta đã tính được phản lực tại gối tựa B. Phản lực này cũng là lực tác dụng lên tay đẩy đứng. PB = 15,2 kN MB = 6,0 kN. m Dời lực từ B về C ta có lực tác dụng lên đầu xy lanh (điểm C) là: Pc = 15,2 kN MC= MB + PB. BC.sin30°= 6 + 15,2.0,35.sin30° = 6+15,2.0,35.0,5=8,66 kN. m Ta có : F = PB/cos30° = 15,2= 13,16kN Vì quá trình nâng không yêu cầu về tốc độ nên ta chọn vận tốc của xilanh nâng là : v = 0,4 . áp lực dầu khi nâng để đạt lực nâng: p = 20Mpa = 2. Hình 26: Lực tác dụng lên xilanh trong quá trình làm việc I.1.2 - Tính xilanh. Như vậy theo các thông số đã chọn ở trên thì ta có : - Đường kính làm việc (đường kính trong) của xilanh là : Chọn Dxl = 5 (cm). Chọn xilanh của ASHUN có : series HROE, đường kính xilanh D=50 (mm). Xilanh chế tạo bằng thép carbon STKM – 13A~C, áp suất làm việc từ 1MPa – 21 MPa (10kg/cm2 – 210kg/cm2). Nhiệt độ làm việc –300-1000C. Tốc độ hoạt động của xilanh Max : v = 500 mm/s. Với tốc độ xilanh đã chọn ở trên thì ta có lưu lượng dẫn vào xilanh là : Công suất yêu cầu của xilanh : (KW). Trong đó : Q : Lưu lượng của xilanh, đơn vị là l/ph. p : áp lực dầu làm việc trong hệ thống, đơn vị là bar. Vậy ta có : Q = 0,785 ( l/ph). p = 200 (bar). . Với hành trình của xilanh là : h = 70 cm, ta có lượng dầu dẫn vào xilanh là : . Máy hoạt động trong quá trình các xilanh đã được đầy dầu trong các xilanh kẹp cọc, ép cọc, di chuyển, nâng hạ máy. Như vậy các bơm hoạt động không phải cung cấp lưu lượng cho các hệ thống dẫn dầu và các xilanh ban đầu. Như vậy ta có lưu lượng của bơm cần cung cấp cho xilanh nâng hạ cần là : Qb. Qb = hb = 0,83 : hiệu suất trung bình của bơm. Công suất trên trục rôto của bơm cần để cung cấp cho hệ xilanh kẹp cọc : Công suất của động cơ điện cần cung cấp cho bơm trong quá trình kẹp cọc: h = 0,95 : hệ số kể đến tổn thất ma sát và rò rỉ dẫn (tổn thất cơ khí và thủy lực) của hệ thống. Hình13 - Xilanh nâng hạ cần. 4) Tính toán kết cấu thép khung xe: 4.1) Sơ đồ tính toán và tải trọng tác dụng lên khung xe: Các lực tác dụng lên khung xe trong trường hợp nguy hiểm đối với dầm: Qn: Tải trọng nâng tính toán (hoạt tải) Qt: Tải trọng Pqt:: Lực quán tính khi di chuyển sàn công tác Pdp1 P dp2: Trọng lượng thép bản thân của dầm phụ sàn chịu lực và cấu tạo Pdc: Trọng lượng bản thân thép của dầm chính sàn trọng lượng thép và người trên sàn thao tác