Đồ án Môn học kết cấu hàn

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, công nghệ hàn cũng phát triển không ngừng, đóng góp tích cực vào quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Với hơn 130 phương pháp hàn khác nhau, công nghệ hàn cho phép kết nối nhiều loại vật liệu từ đơn giản đến phức tạp, các vật liệu cùng bản chất đến các kim loại có bản chất khác nhau... Việc ứng dụng hàn đã trở nên phổ biến trong nhiều mặt của đời sống, đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Cũng chính vì vậy, công việc của các kỹ sư hàn ngày càng trở nên quan trọng hơn, đòi hỏi các sản phẩm không những đủ yêu cầu về mặt kỹ thuật như độ cứng vững, độ bền... mà còn đòi hỏi cao về mặt kinh tế, thẩm mỹ như: kết cấu đơn giản nhỏ gọn, lắp đặt nhanh chóng, chất lượng cao và giá thành hạ nhất... Nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng các kiến thức đã học vào trong thực tế, đồ án môn học “kết cấu hàn” ban đầu cho sinh viên có được những cái nhìn cơ bản về công việc tính toán, thiết kế, có khả năng làm chủ tư duy đã góp phần phục vụ đắc lực cho công việc sau này. Với đề tài: “Tính toán dầm cầu trục” đã giúp ích cho em rất nhiều. Sau một thời gian tìm hiểu, em đã hoàn thành đồ án này. Do bước đầu thiết kế còn bỡ ngỡ đồ án chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy để bản đồ án được hoàn chỉnh hơn, em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, tháng 09 năm 2010 Sinh viên thực hiện: MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 DẦM 7 1.1.1. Khái niệm. 7 1.1.2. Phân loại. 7 1.1.3 Cách liên kết dầm. 8 1.2 CƠ CẤU NÂNG: 9 1.2.1 Khái niệm: 9 1.2.2 Phân loại: 9 1.2.3 Cấu tạo chung của cầu trục: 9 PHẦN II: PHÂN TÍCH DẠNG KẾT CẤU 11 2.1. Chọn vật liệu. 11 2.2 Chọn kiểu dầm: 12 2.3 Chọn xe con và cơ cấu nâng: 12 PHẦN III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 13 3.1. Tính toán thiết kế dầm cầu trục 13 3.1.1. Chọn dạng tiết diện dầm 13 3.1.2. Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ 15 3.2. Tính toán thiết kế dầm nhịp dọc 23 3.2.1. Chọn dạng tiết diện dầm 23 3.2.2. Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ 26 3.2.3. Kiểm tra độ võng của dầm với tiết diện đã chọn 28 3.3. Tính toán thiết kế gối đỡ 29 3.3.1. Chọn dạng tiết diện gối đỡ. 29 3.3.2. Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ. 31 PHẦN IV. XÂY DỰNG QUY TRÌNH HÀN 34 4.1 Phương pháp hàn và chế độ hàn. 34 4.2 Lựa chọn thiết bị, dụng cụ và vật liệu hàn. 40 4.3 Trình tự gá lắp và hàn đính. 40 4.4 Trình tự thực hiện các mối hàn trong kết cấu 40 4.5 Các khâu kiểm tra, giám sát trong quá trình chế tạo 41 PHẦN V: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 Dầm 1.1.1 KHÁI NIỆM: Dầm là kết cấu chịu uốn có bản bung đặc, là kết cấu cơ bản trong xây dựng và công nghiệp. Được dùng làm sàn nhà, dầm cầu, kết cấu chịu lực của các loại máy vận chuyển.... 1.1.2 PHÂN LOẠI: a. Theo cấu tạo ta có: * Dầm định hình: / - Dầm chữ I: Dùng trog uốn phẳng như sàn nhà, dầm cầu, dầm máy nâng chuyển. - Dầm chữ U: Tiết diện không đối xứng được dùng trong uốn xiên như xà gồ, dầm sườn tường, có 1 má phẳng nên dễ lien kết với các chi tiết khác. + Đặc điểm: Dễ chế tạo Liên kết đơn giản Dầm định hình Kích thước hạn chế Tốn kém do δb lớn hơn yêu cầu thiết kế. Để khắc phục dùng dầm dập từ thép bản mỏng. *Dầm tổ hợp / -Dầm tổ hợp hàn chữ I: được cấu tạo gồm ba bản thép ghép lại bằng đường hàn góc. Hai bản nằm ngang – hai cánh dầm. Bản thẳng đứng – bản bụng. So với dầm đinh tán, ít tốn vật liệu và nhẹ hơn, chi phí cấu tạo ít hơn vì vậy chúng được sử dụng niều hơn. -Dầm tổ hợp đinh tán: Gồm 1 bản thép đặt đứng làm bản bụng, hai cánh dầm, mỗi cánh gồm hai thép góc chữ L và có thể them 1 hoặc hai bản thép nằm ngang gọi là bản đạy. Vì phải khoét lỗ nên tốn công chế tạo và hao phí vật liệu nhưng chịu lực tốt. Chúng được dùng khi chịu tải trọng lớn hoặc chịu tải trọng động. Đặc điểm dầm tổ hợp: Kích thước lớn. Tiết kiệm thép. Tốn công chế tạo. *Kết luận: - Nên dùng dầm định hình nếu về cấu tạo cho phép và đảm bảo cường độ, độ cứng, độ ổn định. - Dùng dầm tỏ hợp khi không thể dùng dầm hình như tải trọng lớn hoặc nhịp lớn. b. Theo sơ đồ kết cấu / *Dầm đơn giản: Tốn vật liệu, chế tạo và dựng lắp đơn giản, chịu lực chính xác, không ảnh hưởng do nhiệt hay lún lệch. Được dùng nhiều trong xây dựng. *Dầm liên tục: Độ cứng lớn, tiết kiệm vật liệu, dựng lắp khó, nội lực thay đổi do nhiệt hay lún lệch. Được dùng khi dầm cần độ cứng lớn. *Dầm mút thừa: Tiết kiệm vật liệu. 1.1.3 CÁCH LIÊN KẾT DẦM. a. Liên kết chồng: Dầm nọ gác lên dầm kia. / -Đơn giản, dễ lắp ghép. -Làm tăng chiều cao công trình. -Độ cứng vững và khả năng chịu lực không cao. Sàn làm việc như bản kê 2 cạnh. b. Liên kết cùng bản mặt: - Bố trí sao cho cánh trên của dầm có cùng độ cao. -Làm giảm được chiều cao xây dựng của hệ dầm. Có thể tăng chiểu cao dầm chính. - Toàn hệ dầm có độ ổn định lớn. - Sàn có độ cứng vững và khả năng chịu tải lớn nhờ làm việc như bản kê 4 cạnh. - Cấu tạo phức tạp hơn lien kết chồng, được dùng trong hệ dầm phổ thông. c. Liên kết thấp. - Các dầm phụ đặt thấp hơn dầm chính. Dầm sàn đặt cạnh bằng mặt với dầm chính. Có ưu điểm như lien kết bằng mặt nhưng phức tạp hơn nhiều. chỉ dùng cho hệ phức tạp. 1.2 CƠ CẤU NÂNG: 1.2.1 Khái niệm: Cầu trục là một loại máy nâng dùng sử dụng chủ yếu để nâng và di chuyển các vật nặng, xếp dỡ hàng hóa.... Trong công nghiệp nó được sử dụng ở các nhà máy lắp ráp chế tạo, trong các lò luyện kim. 1.2.2 Phân loại: Cầu trục được phân làm hai loại chính: cầu trục 1 dầm và cầu trục hai dầm: + Cầu trục 1 dầm: bao gồm có kiểu treo và kiểu tựa. / Cầu trục kiểu treo + Cầu trục hai dầm cũng có kiểu tựa và treo: / Cầu trục hai dầm kiểu tựa. 1.2.3 Cấu tạo chung của cầu trục: Cầu trục có nhiều dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận chính sau: - Động cơ: Trong máy trục sử dụng ba loại động cơ như động cơ đốt trong, động cơ khí nén, động cơ điện. + Đông cơ đốt trong thích hợp với những máy di động nhiều, hoạt động độc lập, không theo quy luật nhất định và xa nguồn điện. + Động cơ khí nén thường được sử dụng trong những máy cố định hay máy công cụ như máy đóng cọc, máy khoan, máy phun vôi... + Động cơ điện là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất trong cầu trục vì phù hợp với tính chất làm việc của cầu trục (cố định, di chuyển ngắn theo một quỹ đạo nhất định) và có công suất cao, gọn nhẹ, chịu tải tốt, thay đổi tốc độ nhanh và dễ tự động hóa..... - Hệ thống truyền động; Có rất nhiều kiểu chuyển động như truyền động dầu ép khí nén, truyền động điện, truyền động hỗn hợp, truyền động cơ khí. Tuy nhiên trong cầu trục thường sử dụng cầu trục cơ khí vì dễ chế tạo và an toàn cao. - Cơ cấu công tác. - Cơ cấu quay. - Cơ cấu di chuyển: Thường di chuyển bằng bánh xe và ray. - Hệ thống điều khiển: Sử dụng để tắt mở hoạt động của các cơ cấu. - Khung bệ. - Các thiết bị phụ. Để dễ dàng trong thiết kế, người ta chia cầu trục ra làm ba cơ cấu chính: Cơ cấu nâng vật, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu di chuyển cầu. PHẦN II: PHÂN TÍCH DẠNG KẾT CẤU 2.1. Chọn vật liệu - Kết cấu hàn là tổ hợp của nhiều chi tiết mà trong đó mỗi chi tiết có chức năng và điều kiện làm việc không giống nhau. Do đó phải căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của từng chi tiết để lựa chọn vật liệu chế tạo cơ bản sao cho hợp lý. Vừa phải đảm bảo chất lượng năng suất và giá thành chế tạo kết cấu. Nói cách khác là vật liệu phải đảm bảo đồng thời 2 chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. - Mặc dù các chi tiết có kích thước và hình dạng khác nhau song đều được chế tạo từ vật liệu kim loại thanh thép . Qua gia công cơ khí sau đó đem hàn lại thành “Kết cấu cầu dẫn” . Là kết cấu tấm được chết tạo sao cho đảm bảo chỉ tiêu về cơ tính , độ tin cậy cao khi làm việc . - Vì vậy để vừa đảm bảo độ bền vừa đảm bảo tính hàn , giá thành lại phù hợp ta chọn vật liệu là thép CT38 (TCVN 1695-75) tương đương với thép CT3 (TC Nga ГOG380-71) . Bởi vì loại vật liệu này được sử dụng phổ biến trên thị trường , nó vừa đảm bảo tính kính tế cũng như đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của kết cấu khi làm việc. - Thép CT38 là loại thép cacbon chất lượng thường. Là loại thép mềm dẻo, độ cứng thấp , hiệu quả tôi và ram không cao . Được dùng để chế tạo các chi tiết trong kết cấu nhưng qua gia công nóng . Do đó nó tính hàn tốt . Khi hàn không cần phải dùng các công nghệ đặc biệt . - Thành phần hoá học của thép CT38 theo bảng (1-III) trang 219 sách (HDTKĐA) Nhãn hiệu thép  Thành phần hoá học    C  Mn  Si  P  S   CT38  0,12(0,23  0,4( 0,65  0,15(0,3  <0,045  <0,045   Bảng 1: Thành phần hóa học của thép CT38 Bảng 2: Cơ tính của thép CT38 Kí hiệu mác thép  Độ bền (k (N/mm2)  Giới hạn chảy (c (N/mm2)   CT38  380( 490  240   Chọn vật liệu là thép CT38 có :
2.2 Chọn kiểu dầm: - Đối với cơ cấu nâng, khoảng cách nhịp dầm lớn, vì vậy nên dùng tổ hợp hàn cho phép đảm bảo cường độ, độ cứng, độ ổn định. - Dùng dầm hộp tổ hợp hàn do khả năng chịu uốn tốt, chịu xoắn tốt, ít tốn vật liệu nên nhẹ hơn, chi phí cấu tạo ít hơn. - Chọn dầm liền 1 nhịp để dảm bảo khả năng làm việc cho cơ cấu nâng. => Vậy: chọn dầm chính là dầm hộp tổ hợp hàn và dầm nhịp dọc là dầm tổ hợp hàn chữ I do tính kinh tế và công nghệ của nó. 2.3 Chọn xe con và cơ cấu nâng: Chọn cơ cấu này theo tiêu chuẩn. Trọng lượng xe và cơ cấu = 3000 kg. Xe con và chứa cơ cấu nâng được đặt trên dầm chính (gồm hai dầm hộp). PHẦN III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1. Tính toán thiết kế dầm cầu trục 3.1.1. Chọn dạng tiết diện dầm Dầm là loại cấu kiện cơ bản chịu uốn lớn nhất ở giữa dầm và chịu cắt lớn nhất ở đầu dầm, ngoài ra dầm còn có thể chịu momel xoắn. Do dầm có nhịp l=12 m nên ta chọn dầm là dầm hộp tổ hợp hàn vì nó có khả năng chống uốn và khả năng chống xoắn tương đối tốt. Chọn vật liệu chế tạo dầm là thép CT38 Chọn hệ số an toàn n=1.4 Sơ lược tải trọng tác dụng lên dầm: Khối lượng vật nâng: 18 tấn = 18000 kg Khối lượng cơ cấu nâng: giả sử là 3000 kg Hệ số tin cậy của tải trọng: γp = 1.2 Xác định chiều cao tiết diện dầm Chiều cao tiết diện dầm là thông số cơ bản khi thiết kế dầm. chiều cao tiết diện vừa phải bảo đảm yêu cầu sử dụng, vừa phải đủ cứng để không võng quá độ võng giới hạn, nhưng cao độ mặt trên, mặt dưới sàn lại không bị khống chế bởi yêu cầu công nghệ, đồng thời thỏa mãn về yêu cầu kinh tế. gọi h là chiều cao tiết diện dầm, cần chọn h thỏa mãn điều kiện sau: h = (÷ )*l = (÷ )*12000 = 667 ÷ 857 mm Ta chọn h = 800 mm Chiều dài đoạn vát nghiêng và đầu dầm: C = (0.1
0.2)*l = (0.1
0.2)*12000 = 1200
2400 mm. Lấy C = 1800 mm /   Kích thước các đoạn dầm   Khi đó : Chiều cao của dầm ở tiết diện gối tựa : h1 = (0.4÷0.6)*h = (0.4÷0.6)*800 = 320÷480 mm; Chọn h1 = 400 mm Chiều rộng thanh biên trên : b = (0.33
0.5)*h = 264
400 mm; Lấy b = 320 mm ; Để bảo đảm độ cứng của dầm thì bề rộng b’ giữa các thành đứng lấy bằng : b’ =
mm Lấy b’ = 260 mm Thanh biên trên của dầm dùng thép tấm dày δ1=8mm, thanh biên dưới δ2=6mm, chiều dày thành đứng δ3=6mm Từ các kích thước trên ta có thể xác định được sơ bộ kích thước tiết diện ngang của dầm cầu trục như hình vẽ: /   (a)  (b)   Kích thước tiết diện dầm chính: tiết diện giữa dầm (a), đầu dầm (b)     Gọi thể tích của dầm cầu trục là V thì : V = 2V1 + 2V2 + V3 Trong đó : + Thể tích phần tiết diện lớn nhất dầm (phần có chiều dài 8,4 m): V3 = 320*8400*(8+6) + 2.786.6.8400 = 116860800 mm3 + Thể tích phần tiết diện vát dầm (phần có chiều dài 1.4m): V2 = 1400.400.8+320.6.
+1400.6.(386+786) = 17082123 mm3 + Thể tích phần đầu dầm (phần có chiều dài 0.4 m): V1 = (8+6).400.320+400.6.2.386=3644800 mm3 Vậy thể tích của dầm cầu trục là : V = 116860800+2.17082123 +2.3644800 = 158314646 mm3 =158315 cm3 Khối lượng của dầm : Qdc = 7,85.10-3.158315 = 1243 kg Lực phân bố đều trên dầm: (để thuận tiện cho việc tính toán, ta giả thiết rằng trọng lượng dầm phân bố đều trên toàn bộ chiều dài dầm). q = =
= 1,04 kg/cm Momel uốn tại tiết diện giữa dầm do lực phân bố đều gây ra: Mq= =
= 187200 kg.cm Momel lớn nhất tại tiết diện giữa dầm (chỉ xét đến tải trọng vật nâng và cơ cấu nâng, với giả thiết rằng trọng lượng vật nâng và cơ cấu nâng chia đều cho hai dầm và không xét đến khoảng cách giữa các bánh xe trên xe con). MQ = =
= 1980000 kg.cm Trong đó: Q = (Qvn + Qxe)*(p/2 = (8000 + 3000)*1.2/2 = 6600 kg (p – hệ số vượt tải, lấy (p = 1.2 Momel uốn tổng hợp tại tiết diện giữa dầm Mx = Mq + MQ= 187200 + 1980000 = 2167200 kg.cm 3.1.2. Kiểm tra tiết diện dầm a, Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ Ứng suất cho phép trong kết cấu là: [(] = = = 171.4 N/mm2 = 1714 kg/cm2. [τc] = 0.6[(c] = 0.6*240=144 N/mm2 = 1440 kg/cm2 Tính toán lại các đặc trưng hình học của tiết diện dầm Ix – momel quán tính của tiết diện dầm, Ix = (+ δ1*b*z12) +(+ δ2*b*z22) +2*= =(+ 25*0.8*28.2762)+(+ 25*0.6*310.242)+2*= 50553 cm4 Wx – Momel kháng uốn của tiết diện dầm với trục trung hòa x-x Wx =  =  = 1614 cm3 Momel tĩnh của nửa tiết diện dầm đối với trục trung hòa x-x Sx= 250*8*282.76+2*6*278.762/2 = 1031763 mm3 = 1032cm3 Xác định tải trọng tác dụng lên hai đầu dầm
  Sơ đồ tải trọng tác dụng trên dầm chính   ΣFy= 0 ( YA + YB – Q - Qd = 0 ( YA + YB = Q + Qd = 6600 +780 = 7380 (1) ΣM(F,A) = 0 ( YB * l – ( Q + Qd )* = 0 ( YB = ( Q + Qd )* = 7380 * = 3690 (2) Từ (1) và (2) =>YA = YB = 3690 kg Tại hai đầu dầm, áp lực là lớn nhất, Vmax = YA = YB = 3690 kg. Tại mặt cắt giữa dầm có lực cắt VC = YA - = 3690 – = 3300 kg Ứng suất pháp lớn nhất tại thớ ngoài cùng của tiết diện này: (C = = = 11038 kg/cm2 Ta thấy, (u << [σ] = 1714 kg/cm2 do đó quá thừa bền, gây lãng phí, vậy cần chọn lại kích thước tiết diện dầm chính. Chọn lại kích thước tiết diện dầm: Chiều cao tiết diện dầm, h: h = (÷ )*l = (÷ )*10000 = 550 ÷ 714 mm Ta chọn h = 550 mm Chiều dài đoạn vát nghiêng và đầu dầm: C = (0.1
0.2)*l = (0.1
0.2)*10000 = 1000
2000 mm. Lấy C = 1500 mm; Khi đó : Chiều cao của dầm ở tiết diện gối tựa : h1 = (0.4÷0.6)*h = 220÷330 mm;Lấy h1 = 250 mm Chiều rộng thanh biên trên : b = (0.33
0.5)*h = 165
275 mm; Lấy b = 250 mm Để đảm bảo độ cứng của dầm ,thì bề rộng b’ giữa các thành đứng lấy bằng : b’ =
mm; Lấy b’ = 210 mm Thanh biên trên của dầm dùng thép tấm dày δ1=8mm, thanh biên dưới δ2=6mm, chiều dày thành đứng δ3=6mm Từ các kích thước trên ta có thể xác định được sơ bộ kích thước các đoạn và tiết diện ngang của dầm cầu trục như hình vẽ:
  Kích thước các đoạn dầm theo chiều dài  
  (a)  (b)   Kích thước tiết diện dầm chính: tiết diện giữa dầm (a), đầu dầm (b)     Gọi thể tích của dầm cầu trục là V thì : V = 2V1 + 2V2 + V3 Trong đó : + Thể tích phần tiết diện lớn nhất dầm (phần có chiều dài 6m): V3 = 250*7000*(8+6) + 2.536.6.7000 = 69524000 mm3 + Thể tích phần tiết diện vát dầm (phần có chiều dài 1.2m): V2 = 1200.250.8+250.6.+1200.6.(286+586) = 9797048 mm3 + Thể tích phần đầu dầm (phần có chiều dài 0.3m): V1 = (8+6).300.250+300.6.2.286=1899600 mm3 Vậy thể tích của dầm cầu trục là : V = 69524000+2*9797048 + 2*1899600 = 92917295 mm3 = 92920 cm3 Khối lượng của dầm : Qdc = 7,85.10-3.92920 = 730 kg- Lực phân bố đều trên dầm: (để thuận tiện cho việc tính toán, ta giả thiết rằng trọng lượng dầm phân bố đều trên toàn bộ chiều dài dầm). q = = = 0.73 kg/cm Momel uốn tại tiết diện giữa dầm do lực phân bố đều gây ra: Mq= = = 91250 kg.cm Momel lớn nhất tại tiết diện giữa dầm (chỉ xét đến tải trọng vật nâng và cơ cấu nâng, với giả thiết rằng trọng lượng vật nâng và cơ cấu nâng chia đều cho hai dầm và không xét đến khoảng cách giữa các bánh xe trên xe con). MQ = = = 1650000 kg.cm Trong đó: + Q = (Qvn + Qxe)*(p/2 = (8000 + 3000)*1.2/2 = 6600 kg + (p – hệ số vượt tải, lấy (p = 1.2 Momel uốn tổng hợp tại tiết diện giữa dầm Mx = Mq + MQ= 91250 + 1650000 = 1714250 kg.cm 3.1.3. Kiểm tra tiết diện dầm a, Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện cường độ Ứng suất cho phép trong kết cấu là: [(] = = = 171.4 N/mm2 = 1714 kg/cm2. [τc] = 0.6[(c] = 0.6*240=144 N/mm2 = 1440 kg/cm2 Tính toán lại các đặc trưng hình học của tiết diện dầm Ix – momel quán tính của tiết diện dầm, Ix = (+ δ1*b*z12) +(+ δ2*b*z22) +2*= =(+25*0.8*25.8162)+(+25*0.6*28.4842)+2*= 40900 cm4 Wx – Momel kháng uốn của tiết diện dầm với trục trung hòa x-x Wx =  =  = 1420 cm3 Momel tĩnh của nửa tiết diện dầm đối với trục trung hòa x-x Sx= 250*8*258.16+2*6*254.162/2 = 903904 mm3 = 904 cm3 Xác định tải trọng tác dụng lên hai đầu dầm
  Sơ đồ tải trọng tác dụng trên dầm chính   ΣFy= 0 ( YA + YB – Q - Qd = 0 ( YA + YB = Q + Qd = 6600 +730 = 7330 (1) ΣM(F,A) = 0 ( YB * l – ( Q + Qd )* = 0 ( YB = ( Q + Qd )* = 7330 * = 3665 (2) Từ (1) và (2) =>YA = YB = 3665 kg Tại hai đầu dầm, áp lực là lớn nhất, Vmax = YA = YB = 3665 kg. Tại mặt cắt giữa dầm có lực cắt VC = YA - = 3665 – = 3300 kg Ứng suất pháp lớn nhất tại thớ ngoài cùng của tiết diện này: (u = = = 1264 kg/cm2 Ứng suất tiếp lớn nhất tại bản bụng của tiết diện này: τc = = = 61 kg/cm2 Ứng suất tương đương tại mặt cắt giữa dầm: Kiểm nghiệm theo thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi (thuyết bền 3) (tđ =  ≤ [(] (tđ == 1270 kg/cm2 ≤ [(] = 1714 kg/cm2 Do đó, điều kiện bền uốn tại tiết diện giữa dầm được thỏa mãn Tại tiết diện đầu dầm: τc =  Trong đó: - Vmax – lực cắt tại tiết diện đầu dầm, Vmax = 3665 kg; - I1-momel quán tính của tiết diện đầu dầm đối với trục trung hòa. Tính toán một cách tương tự như với tiết diện giữa dầm ta có: I1 = 6400 cm4 - S1-momel tĩnh của tiết diện đầu dầm đối với trục trung hòa; Tính toán một cách tương tự như với tiết diện giữa dầm ta có: S1=295 cm3 τc = = 140 kg/cm2 Nhận thấy τc =140 kg/cm2 << [τc]= 1440 kg/cm2 Do đó, điều kiện bền cắt tại tiết diện đầu dầm thỏa mãn. Trên thực tế, trường hợp này là thừa bền khá nhiều, nhưng do chiều cao h của dầm bị khống chế bởi điều kiện h = (÷)*l, do đó không thể giảm chiều cao h được nữa. chính vì vậy ta có thể chọn h = 550 mm. b, Kiểm tra tiết diện dầm theo điều kiện độ võng Độ võng tương đối cho phép  =  Xác định độ võng lớn nhất của dầm - Theo nguyên lý độc lập tác dụng, ta xác định độ võng của dầm dưới tác dụng lần lượt của tải trọng vật nâng và dưới tác dụng của tự trọng dầm. + Độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tải trọng vật nâng (gồm vật nâng và cơ cấu nâng). ΔQ =  Trong đó:+ EJ – độ cứng chống uốn của kết cấu dầm + E – module đàn hồi của vật liệu, E = 2.1*105 N/mm2 = 2.1*106 kg/cm2 J–momel quán tính của tiết diện nguyên lấy đối với trục trung hòa, J=Ix= 40900 cm4 ΔQ =  = 1.60 cm Độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tự trọng dầm. ΔQd = =  = 0.1 cm Δ = ΔQ + ΔQd = 1.6 + 0.1 = 1.7 cm Ta thấy  = <  =  Do đó, dầm với các kích thước đã chọn thỏa mãn điều kiện độ võng. c, Xác định kích thước gân tăng cứng cho dầm hộp. Qua kiểm nghiệm độ bền và kiểm nghiệm độ võng của dầm, ta thấy các điều kiện trên đều thỏa mãn. Song, nhằm tránh khả năng mất ổn định cục bộ bản bụng dầm, ta sử dụng các gân tăng cứng được hàn vào bản bụng dầm theo chiều cao bản bụng. Sử dụng gân tăng cứng làm từ vật liệu thép CT38. Với các kích thước tương ứng với các đoạn dầm có các tiết diện có kích thước khác nhau. Với tiết diện giữa dầm, dùng gân tăng cứng M1 có chiều cao bằng chiều cao bản bụng dầm, chiều rộng bằng khoảng cách b’ giữa hai bản bụng. Lấy chiều dày tấm bằng chiều dày bản bụng để quá trình hàn gân vào bản bụng được thuận lợi. Khoảng cách giữa các gân được bố trí đều trên chiều dài 7m của phần có tiết diện lớn nhất với giá trị a thỏa mãn điều kiện a ≤ 2h0. Tức là các gân cách nhau một khoảng 70cm. Do đó trên chiều dài 7m của phần có tiết diện lớn nhất sẽ có 11 gân. Ngoài các gân tăng cứng chính (có chiều cao bằng chiều cao bản bụng) thì còn bố trí các gân tăng cứng phụ M2 (chiều cao xác định là b1 ( 0.3h0. Các gân phụ cách nhau một khoảng a1 lấy bằng 35 cm. Với tiết diện đầu dầm, dùng gân tăng cứng M3 có chiều cao bằng chiều cao bản bụng tại tiết diện đầu dầm, chiều rộng bằng khoảng cách b’ giữa hai bản bụng. Lấy chiều dày tấm bằng chiều dày bản bụng. Tóm lại, ta có bảng thông số kích thước gân tăng cứng như sau: Bảng 3: Thông số kích thước gân tăng cứng. Gân /thông số  Chiều cao (mm)  Chiều rộng (mm)  Chiều dày (mm)  Vát mép (mm)   M1  536  210  6  20x20   M2  236  210  6  10x10   M3  180  210  6  10x10  
  Hình dạng và kích thước gân tăng cứng   Từ các tính toán trên, ta xây dựng được biểu đồ lực cắt và biểu đồ momel uốn như sau:
  Biểu đồ lực cắt và biểu đồ momel uốn của dầm chính   Bảng 4: Các thông số kích thước dầm chính: Tiết diện  Thông số  Chiều cao  Chiều rộng  Chiều dày  Khoảng cách các bụng     Tổng  Bụng  Cánh trên  Cánh dưới  Cánh trên  Cánh dưới  Bụng    Đầu dầm  250  236  250  250  8  6  6  210   Giữa dầm  550  536  250  250  8  6  6  210   ` 3.2. Tính toán thiết kế dầm dọc nhịp 3.2.1. Chọn dạng tiết diện dầm Dầm là loại cấu kiện cơ bản chịu uốn lớn nhất ở giữa dầm và chịu cắt lớn nhất ở đầu dầm. Do dầm có nhịp l=7m nên ta chọn dầm là dầm tổ hợp hàn chữ I vì nó nhẹ, ít tốn vật liệu, chi phí chế tạo rẻ. Chọn vật liệu chế tạo dầm là thép CT38 Chọn hệ số an toàn n=1.3 - Sơ lược tải trọng tác dụng lên dầm: + Áp lực bánh xe trên dầm chính tác dụng lên dầm nhịp dọc (được tính toán sau). + Khoảng cách giữa các bánh xe trên dầm cuối lấy bằng 1.5m (a=1.5m). + Hệ số tin cậy của tải trọng: γp = 1.2 Xác định chiều cao tiết diện dầm Chiều cao tiết diện dầm là thông số cơ bản khi thiết kế dầm. Chiều cao tiết diện vừa phải bảo đảm yêu cầu sử dụng, vừa phải đủ cứng để không võng quá độ võng giới hạn, nhưng cao độ mặt trên, mặt dưới sàn lại không bị khống chế bởi yêu cầu công nghệ, đồng thời thỏa mãn về yêu cầu kinh tế. Gọi h là chiều cao tiết diện dầm, cần chọn h thỏa mãn điều kiện sau: hmin ≤ h ≤ hmax Trong đó: hmin – chiều cao đảm bảo cho dầm đủ cứng trong suốt quá trình sử dụng. hmax – chiều cao lớn nhất có thể của dầm, được quy định trong nhiệm vụ thiết kế, chính là khoảng cách cho phép đủ để bố trí hệ dầm và bản sàn. Theo công thức (3.13), [1], ta có: hmin =   Trong đó: + f – Cường độ tính toán chịu kéo của thép làm bản sàn. Tra trong bảng (I.1 và I.2 – phụ lục), [1]: f = 230 N/mm2 = 2300 kg/cm2 ; + l – chiều dài dầm, l = 7m = 700cm; + E – module đàn hồi của vật liệu, E = 2,1.105 N/mm2; + Δ – độ võng của dầm; +  – giá trị độ võng cho phép của dầm,  = ; + γtb – hệ số vượt tải trung bình, chọn γtb = 1,2; hmin = = 532.4 mm = 53.2 cm; Giả thiết chọn h ( hmin, sử dụng công thức kinh nghiệm để xác định chiều dày bản bụng dầm theo công thức: tw = 7 + = 7 + = 8.59 mm Để tính hkt, sơ bộ chọn tw = 10mm = 1cm; Momel lớn nhất tại tiết diện giữa dầm (chỉ xét đến áp lực từ bánh xe đỡ dầm chính tác động lên) khi hai bánh xe của dầm cuối ở vị trí đối xứng qua tiết diện giữa dầm dọc nhịp và xe con ở vị trí đầu dầm chính). Q( = (Qvn + Qxe)*(p +2* +Qc = = (8000 + 3000)*1.2 + 2*+2000 = 15930 kG Trong đó: Q( - tải trọng do hai bánh xe trên dầm cuối tác dụng lên dầm dọc nhịp; Qvn – tải trọng vật nâng, Qvn= 8000 kG; Qxe- trọng lượng xe con và cơ cấu nâng, Qxe = 3000 kG; Qc – trọng lượng dầm cuối và cơ cấu di chuyển dầm chính. (p – hệ số tin cậy của tải trọng, (p = 1.2; Qdc – trọng lượng dầm chính, Qdc = 730 kG (tính trong phần 3.1); Qc – trọng lượng dầm cuối và cơ cấu di chuyển dầm cuối, giả sử Qc = 2000 kg Do đó, áp lực do một bánh xe sẽ có giá trị là: Q===7965 kg.