Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Tr−êng ®¹i häc x©y dùng
-----------------
D−¬ng tr−êng giang
Nghiªn cøu x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè
hîp lý cña kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p
theo tiªu chuÈn viÖt nam
LuËn ¸n tiÕn sü kü thuËt
Hµ Néi - 2011
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Tr−êng ®¹i häc x©y dùng
-----------------
D−¬ng tr−êng giang
Nghiªn cøu x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp
lý cña kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p theo
tiªu chuÈn viÖt nam
Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ X©y dùng
M· sè: 62.52.10.01
LuËn ¸n tiÕn sü kü thuËt
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc:
1. PGS.TS. Ph¹m Quang Dòng
2. PGS.TS. TrÇn NhÊt Dòng
Hµ Néi - 2011
i
Lêi cam ®oan
T«i xin cam ®o¹n ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña t«i. C¸c sè liÖu,
kÕt qu¶ trong luËn ¸n lµ trung thùc vµ ch−a tõng ®−îc ai c«ng bè trong
bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c.
Ng−êi cam ®oan
D−¬ng Tr−êng Giang
ii
Lêi c¸m ¬n
Lêi ®Çu tiªn t«i xin ®−îc göi ®Õn thÇy PGS.TS. Ph¹m Quang DòngTr−ëng Bé m«n M¸y X©y dùng, Khoa C¬ khÝ, §¹i häc X©y dùng vµ thÇy
PGS.TS. TrÇn NhÊt Dòng - Trung t©m C«ng tr×nh ®Æc biÖt, Häc viÖn Kü thuËt
Qu©n sù ®· trùc tiÕp h−íng dÉn, t¹o mäi ®iÒu kiÖn tèt nhÊt ®Ó t«i cã thÓ hoµn
thµnh ®−îc luËn ¸n nµy.
T«i còng xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy gi¸o vµ ®ång nghiÖp thuéc Bé
m«n M¸y x©y dùng, C¬ Giíi ho¸ x©y dùng cïng c¸c thÇy gi¸o thuéc khoa C¬
khÝ X©y dùng - §¹i häc X©y dùng ®· gióp ®ì rÊt nhiÒu trong suèt qu¸ tr×nh
lµm luËn ¸n. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy, c¸c nhµ khoa häc thuéc
nhiÒu c¬ quan vµ ®¬n vÞ nh−:Tr−êng §¹i häc X©y dùng; ViÖn C¬ Giíi ho¸
N«ng nghiÖp; Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i; Häc viÖn Kü thuËt Qu©n
sù; Bé t− lÖnh C«ng binh; ViÖn C«ng nghÖ Giao th«ng VËn t¶i, §¹i häc B¸ch
Khoa Hå ChÝ Minh, §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ... ®· trùc tiÕp ®äc vµ gãp ý
vµo c¸c néi dung cña luËn ¸n.
Xin ch©n thµnh c¶m ¬n Ban gi¸m hiÖu tr−êng §¹i häc X©y dùng, Khoa
§µo t¹o Sau ®¹i häc, Khoa C¬ khÝ X©y dùng, ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ C¬
®iÖn X©y dùng, phßng ThÝ nghiÖm c«ng tr×nh ®Æc biÖt thuéc ViÖn chuyªn
ngµnh kÕt cÊu x©y dùng ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi gióp t«i cã thÓ hoµn
thµnh nhiÖm vô vµ ®¹t kÕt qu¶ mong muèn.
Cuèi cïng xin göi lêi c¶m ¬n tíi c¸c thµnh viªn trong gia ®×nh, vî con,
bè mÑ ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn vµ ®éng viªn t«i ®Ó hoµn thµnh luËn ¸n.
iii
Môc lôc
Trang phô b×a
Trang
Lêi cam ®oan
i
Lêi c¸m ¬n
ii
Môc lôc
iii
Danh môc c¸c ký hiÖu dïng trong luËn ¸n
vii
Ký hiÖu viÕt t¾t dïng trong luËn ¸n
x
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ¶nh trong luËn ¸n
xi
Danh môc c¸c b¶ng dïng trong luËn ¸n
xiii
më ®Çu.........................................................................................................................1
Ch−¬ng 1 - tæng quan vÒ vÊn ®Ò nghiªn cøu................................7
1.1.Tæng quan vÒ cÇn trôc th¸p x©y dùng.....................................................7
1.2. KÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p ...................................................................12
1.2.1. Ph©n tÝch ®Æc ®iÓm kÕt cÊu th¸p vµ cÇn ................................................12
1.2.2. Ph©n nhãm th«ng sè c¬ b¶n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p.........................15
1.3.Tiªu chuÈn tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p..................................20
1.4.C¸c s¬ ®å tÝnh vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p.21
1.4.1.S¬ ®å tÝnh to¸n vµ tæ hîp t¶i träng..........................................................22
1.4.2.Ph−¬ng ph¸p sè trong tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p vµ thiÕt bÞ
n©ng.......................................................................................................24
1.4.3. C¸c nghiªn cøu vÒ thiÕt kÕ tèi −u kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p................25
1.5. X¸c ®Þnh môc tiªu vµ néi dung cña luËn ¸n.........................................28
KÕt luËn ch−¬ng 1..........................................................................................29
Ch−¬ng 2 - Nghiªn cøu c¬ së tÝnh to¸n thiÕt kÕ hîp lý kÕt
cÊu thÐp cÇn trôc th¸p........................................................32
2.1. C¬ së tÝnh to¸n x¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn t¶i träng..............................32
2.2. X©y dùng c¸c nhãm t¶i träng vµ tæ hîp t¶i träng................................37
iv
2.2.1. X©y dùng c¸c nhãm t¶i träng ................................................................37
2.2.2. C¸c tr−êng hîp t¶i träng tÝnh to¸n thiÕt kÕ............................................38
2.2.3. X©y dùng c¸c tæ hîp t¶i träng khi kh«ng kÓ ®Õn biÕn d¹ng lín cña
kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p......................................................................39
2.2.4. X©y dùng c¸c tæ hîp t¶i träng cã kÓ ®Õn biÕn d¹ng lín cña kÕt cÊu
thÐp cÇn trôc th¸p..................................................................................41
2.3. TÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p theo ph−¬ng ph¸p phÇn tö
h÷u h¹n................................................................................................44
2.3.1. PhÇn tö thanh kh«ng gian......................................................................44
2.3.2. TÝnh néi lùc trong phÇn tö.....................................................................51
2.4. C¬ së x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p theo
lý thuyÕt tèi −u.....................................................................................53
2.4.1. C¸c d¹ng bµi to¸n vµ ph−¬ng ph¸p c¬ b¶n gi¶i bµi to¸n tèi −u
kÕt cÊu..................................................................................................53
2.4.2. Ph©n tÝch x¸c ®Þnh c¸c ®Æc ®iÓm bµi to¸n x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp
lý cña kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p..........................................................55
KÕt luËn ch−¬ng 2..........................................................................................57
Ch−¬ng 3 - bµi to¸n x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý cña
kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p.........................................59
3.1. Nghiªn cøu thuËt to¸n ho¸ qu¸ tr×nh tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn
trôc th¸p...............................................................................................59
3.2. X©y dùng bµi to¸n x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý..................................62
3.2.1.C¸c th«ng sè cho tr−íc vµ biÕn thiÕt kÕ..................................................62
3.2.2.C¸c ®iÒu kiÖn rµng buéc vµ hµm môc tiªu .............................................66
3.2.3.X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý theo nguyªn lý R.Bellman.......................70
3.3. Bµi to¸n x¸c ®Þnh tiÕt diÖn hîp lý..........................................................71
3.3.1.Ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi to¸n......................................................................71
3.3.2.X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn biªn..........................................................................75
v
3.4. Bµi to¸n x¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc hîp lý...............................................76
3.4.1. Ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi to¸n.....................................................................76
3.4.2. X¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn biªn........................................................................81
3.5. Ch−¬ng tr×nh CraneVN.........................................................................82
3.5.1.Giíi thiÖu ch−¬ng tr×nh..........................................................................82
3.5.2.Tæ chøc c¬ së d÷ liÖu ch−¬ng tr×nh tÝnh.................................................85
3.6. Bµi to¸n x¸c ®Þnh c¸c vÞ trÝ t¶i träng nguy hiÓm trªn cÇn...................86
KÕt luËn ch−¬ng 3.........................................................................................91
Ch−¬ng 4 - nghiªn cøu thùc nghiÖm vµ thö nghiÖm
b»ng sè....................................................................................93
4.1. Nghiªn cøu thùc nghiÖm........................................................................94
4.1.1. §èi t−îng thùc nghiÖm vµ c¸c thiÕt bÞ thùc nghiÖm..............................94
4.1.2. C¸c b−íc tæ chøc thùc nghiÖm........................... ...................................95
4.1.2.1. Lùa chän th«ng sè ®o, vÞ trÝ vµ tr¹ng th¸i cÇn trôc.............................95
4.1.2.2. C«ng t¸c chuÈn bÞ...............................................................................96
4.1.2.3. Tr×nh tù thùc hiÖn...............................................................................98
4.1.3. Ph−¬ng ph¸p xö lý sè liÖu.....................................................................99
4.1.3.1.X©y dùng bµi to¸n thùc nghiÖm lý thuyÕt............................................99
4.1.3.2.Xö lý kÕt qu¶ ®o thùc nghiÖm............................................................101
4.1.4.So s¸nh, ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ ....................................................................103
4.2. Thö nghiÖm b»ng sè x¸c ®Þnh th«ng sè hîp lý ..................................105
4.2.1.Lùa chän d÷ liÖu ph¸t sinh ban ®Çu......................................................105
4.2.2.X¸c ®Þnh c¸c tiÕt diÖn hîp lý................................................................108
4.2.3.X¸c ®Þnh kÝch th−íc h×nh häc hîp lý....................................................111
KÕt luËn ch−¬ng 4........................................................................................116
KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ.......................................................................117
Danh môc c¸c c«ng tr×nh ®· c«ng bè.....................................120
Tµi liÖu tham kh¶o.............................................................................121
vi
C¸c phô lôc...................................................................................................
Phô lôc 1: D÷ liÖu ph¸t sinh ban ®Çu thiÕt kÕ kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p.
Phô lôc 2: TriÓn khai thuËt to¸n tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p.
Phô lôc 3: PhÇn tö thanh kh«ng gian.
Phô lôc 4: Sè liÖu tÝnh to¸n vÞ trÝ t¶i träng trªn cÇn.
Phô lôc 5: Néi lùc tÝnh theo gi¸ trÞ t¶i träng thùc nghiÖm.
Phô lôc 6: M· ch−¬ng tr×nh CraneVN.
vii
Danh môc c¸c ký hiÖu dïng trong luËn ¸n
Ký hiÖu
A0
a
ath
acg
[B]
D
{dm}
{d}
E
f
{f}T
Gn
Gk
Gcb
G®
Gl
Gxc
g
H
hcg
hth
i, j, p, q
k
[km]
[k]
Kn.SLi
l0
ls
lcg
Lc
L®
Lbui, Dbui
Mtt
M(X)
mq
m1
DiÔn gi¶i
Khèi l−îng bé phËn kÕt cÊu cã tham sè cè ®Þnh
Béi suÊt pa l¨ng c¸p
KÝch th−íc mÆt c¾t ngang th¸p
ChiÒu réng ®¸y cÇn
Ma trËn quan hÖ biÕn d¹ng, chuyÓn vÞ
MiÒn x¸c ®Þnh
VÐc t¬ chuyÓn vÞ t¹i nót trong hÖ to¹ ®é côc bé
VÐc t¬ chuyÓn vÞ t¹i nót trong hÖ to¹ ®é tæng qu¸t
M« ®un ®µn håi cña vËt liÖu
Hµm môc tiªu
C¸c th«ng sè vÒ néi lùc t¹i nót
Träng l−îng c¬ cÊu n©ng
Träng l−îng têi kÐo xe con thay ®æi tÇm víi
Träng l−îng cabin
Träng l−îng ®èi träng
Träng l−îng lång l¾p dùng
Träng l−îng xe con
Hµm rµng buéc
ChiÒu cao n©ng
ChiÒu cao cÇn
ChiÒu dµi ®èt biªn th¸p
D·y sè tù nhiªn lµm chØ sè
Sè vÞ trÝ t¶i träng trªn cÇn khi thö t¶i
Ma trËn ®é cøng trong hÖ to¹ ®é côc bé
Ma trËn ®é cøng trong hÖ to¹ ®é tæng qu¸t
T¶i träng ®éng khi n©ng
ChiÒu dµi phÇn tö thø i0 trong nhãm thanh
ChiÒu dµi phÇn tö thø s trong c¸c phÇn tö kÕt cÊu
ChiÒu dµi ®èt biªn cÇn
ChiÒu dµi cÇn
ChiÒu dµi cÇn mang ®èi träng
KÝch th−íc bao nhãm tiÕt diÖn thø i
M« men t¶i
Kú väng to¸n
Khèi l−îng bé phËn quay
Sè tæ hîp t¶i träng kh«ng xÐt tíi biÕn d¹ng lín cña kÕt
cÊu thÐp cÇn trôc th¸p
§¬n vÞ tÝnh
TÊn
m
m
daN/cm2
KN
KN
KN
KN
KN
KN
m
m
m
KN
mm
mm
m
m
m
mm
KNm
TÊn
viii
m2
[m]
[mTD]
Nipkmax
Niqkmax
NiqNmax
NipNmax
Nith
Nipkmax
ns
nt
ng®
n
n®c
nq
{p}T
Qi
{Qm}
{Q}
q
{P}
Ri
{r}
STDi
SV
SG
SLi
SH
Swmax
Sw
SHTT
Sè tæ hîp t¶i träng xÐt tíi biÕn d¹ng lín cña kÕt cÊu thÐp
cÇn trôc th¸p
Sè vßng lÆp giíi h¹n kÝch th−íc bao tiÕt diÖn
Sè vßng lÆp giíi h¹n biÕn kÝch th−íc h×nh häc
Lùc kÐo lín nhÊt trong c¸c nhãm thanh xÐt trong tæ hîp
t¶i träng kh«ng kÓ tíi biÕn d¹ng lín kÕt cÊu thÐp cÇn trôc
th¸p
Lùc kÐo lín nhÊt trong c¸c nhãm thanh xÐt trong tæ hîp
t¶i träng xÐt tíi biÕn d¹ng lín kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p.
Lùc nÐn lín nhÊt trong c¸c nhãm thanh xÐt trong tæ hîp
t¶i träng xÐt tíi biÕn d¹ng lín kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p.
Lùc nÐn lín nhÊt trong c¸c nhãm thanh xÐt trong tæ hîp
t¶i träng kh«ng kÓ tíi biÕn d¹ng lín kÕt cÊu thÐp cÇn trôc
th¸p
Lùc tíi h¹n theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh cña nhãm thanh thø i
Lùc kÐo lín nhÊt trong c¸c nhãm thanh xÐt trong tæ hîp
t¶i träng kh«ng kÓ tíi biÕn d¹ng lín kÕt cÊu thÐp cÇn trôc
th¸p
Sè l−îng phÇn tö trong mét nhãm tiÕt diÖn
Sè nhãm tiÕt diÖn thanh trong kÕt cÊu thÐp
Sè giai ®o¹n tÝnh
Sè vÞ trÝ t¶i träng cña Qi trªn cÇn tÝnh to¸n trong tr¹ng
th¸i lµm viÖc
HÖ sè ®iÒu chØnh ¸p lùc giã trong tr¹ng th¸i kh«ng lµm
viÖc
VËn tèc quay
C¸c t¶i träng nót
T¶i träng n©ng t¹i tÇm víi Ri
VÐc t¬ t¶i träng nót cña phÇn tö
VÐc t¬ t¶i träng nót cña phÇn tö trong hÖ to¹ ®é chung
¸p lùc gÝo cho phÐp
VÐc t¬ t¶i kÕt cÊu
TÇm víi t¹i vÞ trÝ thø i trªn cÇn
VÐc t¬ chuyÓn vÞ nót cña toµn kÕt cÊu
DiÖn tÝch tiÕt diÖn nhãm thanh thø i
Nhãm t¶i träng biÕn ®æi
T¶i träng do träng l−îng b¶n th©n kÕt cÊu
T¶i träng n©ng ®Þnh møc
C¸c t¶i träng t¸c ®éng theo ph−¬ng ngang
T¶i träng do giã trong tr¹ng th¸i kh«ng lµm viÖc
T¶i träng do giã trong tr¹ng th¸i lµm viÖc
Lùc qu¸n tÝnh tiÕp tuyÕn
KN
KN
KN
KN
KN
KN
v/ph
TÊn
N/m2
m
mm2
KN
KN
KN
KN
KN
KN
ix
SHiLT
SwSS
SwVG
{Sm}
[T]
Vn
Vtv
vi
Xc
→
X
Xδ
→
Y
Zi(Xi)
Ji
γc
υ
δi
γ
δοdι
διb
µ
σchi
[σ]
σ*
[λ]
µε0
∆Dbui,∆Lbui
∆ath
∆hth
∆acg
∆hcg
∆lcg
∆Ri
∆,1, 2
Lùc ly t©m khi quay
T¶i träng giã khi thæi song song víi cÇn trong tr¹ng th¸i
lµm viÖc
T¶i träng giã khi thæi vu«ng gãc víi cÇn trong tr¹ng th¸i
lµm viÖc
VÐc t¬ néi lùc phÇn tö
Ma trËn chuyÓn
VËn tèc n©ng
VËn tèc thay ®æi tÇm víi
Sai sè d−
BiÕn kÝch th−íc h×nh häc
VÐc t¬ biÕn thiÕt kÕ
BiÕn tiÕt diÖn ngang
VÐc t¬ th«ng sè cho tr−íc
Hµm môc tiªu giai ®o¹n tÝnh thø i
M« men qu¸n tÝnh tiÕt diÖn nhãm thanh thø i
HÖ sè tæ hîp t¶i träng ®−îc chän theo chÕ ®é lµm viÖc
cña thiÕt bÞ n©ng
HÖ sè an toµn trong c¸c tr−êng hîp t¶i träng
ChiÒu dµy nhãm tiÕt diÖn thø i
Khèi l−îng riªng cña vËt liÖu
ChiÒu dÇy tiÕt diÖn theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh
ChiÒu dÇy tiÕt diÖn theo ®iÒu kiÖn bÒn
HÖ sè chiÒu dµi tÝnh to¸n
Giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu nhãm tiÕt diÖn thø i
øng suÊt cho phÐp
−íc l−îng ®é lÖch b×nh qu©n ph−¬ng
§é m¶nh cho phÐp
Gi¸ trÞ ten x¬ biÕn d¹ng ®o
Sè gia biÕn tiÕt diÖn
Sè gia biÕn kÝch th−íc mÆt c¾t ngang th¸p
Sè gia biÕn chiÒu dµi ®èt biÕn th¸p
Sè gia biÕn chiÒu réng ®¸y cÇn
Sè gia biÕn chiÒu cao cÇn
Sè gia biÕn chiÒu dµi ®èt biªn cÇn
TÇm víi t¨ng thªm do biÕn d¹ng lín khi lµm viÖc
Kho¶ng ®¸ng tin
KN
KN
KN
m/ph
m/ph
mm
mm
mm4
mm
TÊn/m3
mm
mm
N/mm2
N/mm2
mm
mm
mm
mm
mm
mm
m
x
Ký hiÖu viÕt t¾t dïng trong luËn ¸n
Ch÷ viÕt t¾t
C§LV
DIN
FEM
GOST
LD
ISO
KHCN
KCT
KQ
PTHH
TCVN
NCKH
TS
JIS
DiÔn gi¶i
ChÕ ®é lµm viÖc theo ph©n nhãm thiÕt bÞ n©ng
Tiªu chuÈn Céng hoµ liªn bang §øc
Tiªu chuÈn hiÖp héi thiÕt bÞ n©ng Ch©u ¢u
Tiªu chuÈn Céng hoµ liªn bang Nga
L¾p dùng
Tæ chøc tiªu chuÈn thÕ giíi
Khoa häc c«ng nghÖ
KÕt cÊu thÐp
KÕt qu¶
PhÇn tö h÷u h¹n
Tiªu chuÈn ViÖt Nam
Nghiªn cøu khoa häc
Th«ng sè
Tiªu chuÈn NhËt B¶n
Ghi chó
xi
Danh môc c¸c h×nh vÏ, ¶nh trong luËn ¸n
Trang
H×nh 1.1: CÇn trôc th¸p do h·ng Bechem and Keetman chÕ t¹o n¨m 1898.......7
H×nh 1.2: C¸c d¹ng kÕt cÊu cÇn trôc th¸p x©y dùng..........................................8
H×nh 1.3: S¬ ®å biÓu diÔn c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña cÇn trôc th¸p...................10
H×nh 1.4: MÆt c¾t ngang th©n th¸p..................................................................13
H×nh 1.5: C¸c lo¹i th¸p theo c¸ch l¾p dùng.....................................................13
H×nh 1.6: C¸c d¹ng cÇn cña cÇn trôc th¸p.......................................................14
H×nh 1.7: CÊu t¹o mÆt c¾t ngang cÇn chÞu uèn................................................14
H×nh 1.8: C¸c th«ng sè h×nh häc, kiÓu d¹ng kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p lo¹i
®Çu quay cÇn n»m ngang ®øng cè ®Þnh............................................16
Hinh 1.9: S¬ ®å tÝnh kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p khi quy ®æi vÒ c¸c thanh
t−¬ng ®−¬ng......................................................................................22
H×nh 2.1: §−êng ®Æc tÝnh t¶i träng..................................................................33
H×nh 2.2: S¬ ®å tr¹ng th¸i tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p lo¹i ®Çu quay
®øng cè ®Þnh.....................................................................................40
H×nh 2.3: BiÕn d¹ng lín cña kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p..................................42
H×nh 2.4: PhÇn tö thanh 3 chiÒu......................................................................45
H×nh 2.5:TÝnh c¸c hÖ sè ®é cøng cña phÇn tö thanh kh«ng gian.....................46
H×nh 3.1: §Æc tÝnh kü thuËt cÇn trôc th¸p........................................................59
H×nh 3.2: VÝ dô t¸c ®éng t¶i träng do nhãm QRi trong thuËt to¸n...................60
H×nh 3.3: Ph¸t sinh c¸c tæ hîp t¶i träng theo thuËt to¸n.................................62
H×nh 3.4: C¸c d¹ng mÆt c¾t tiÕt diÖn thanh trªn kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p....64
H×nh 3.5: KÝch th−íc h×nh häc kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p...............................65
H×nh 3.6: ThuËt to¸n x¸c ®Þnh tiÕt diÖn hîp lý trong giai ®o¹n thø i..............73
H×nh 3.7: M« t¶ ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc h×nh häc hîp lý.........76
H×nh 3.8: S¬ ®å khèi chung cña thuËt to¸n x¸c ®Þnh kÝch th−íc h×nh häc hîp
lý.......................................................................................................77
xii
H×nh 3.9: S¬ ®å khèi thñ tôc x¸c ®Þnh kÝch th−íc hîp lý víi biÕn acg.............78
H×nh3.10:S¬ ®å tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p trong ch−¬ng tr×nh tÝnh.82
H×nh 3.11: Giao diÖn ch−¬ng tr×nh CraneVN.................................................83
H×nh 3.12:S¬ ®å khèi tæng qu¸t cña ch−¬ng tr×nh tÝnh....................................84
H×nh 3.13: D¹ng ®−êng ®Æc tÝnh t¶i träng kh¶o s¸t.........................................87
H×nh 3.14: Néi lùc lín nhÊt cña phÇn tö trong kÕt cÊu th¸p d−íi t¸c dông t¶i
träng Qi......................................................................................... 87
H×nh 3.15: Néi lùc lín nhÊt cña phÇn tö trong kÕt cÊu cÇn d−íi t¸c dông cña
t¶i träng Qi..................................................................................... 88
H×nh 3.16: Néi lùc lín nhÊt cña phÇn tö trong kÕt cÊu ®Ønh th¸p d−íi t¸c
dông cña t¶i träng Qi......................................................................88
H×nh 3.17: Néi lùc lín nhÊt cña phÇn tö trong kÕt cÊu neo cÇn d−íi t¸c
dông cña t¶i träng Qi .....................................................................89
H×nh 3.18: C¸c vÞ trÝ t¶i träng trªn cÇn cho ®−êng ®Æc tÝnh t¶i träng kh«ng
liªn tôc............................................................................................90
H×nh 4.1: CÇn trôc th¸p VICOX- CTM80 trªn c«ng tr×nh INDOORGAME
Mü §×nh (1/ 2009)..........................................................................93
H×nh 4.2: ThiÕt bÞ vµ dông cô thÝ nghiÖm........................................................94
H×nh 4.3: S¬ ®å bè trÝ ten x¬ ®iÖn trë vµ ®iÓm ®o chuyÓn vÞ kÕt cÊu thÐp
cÇn trôc th¸p....................................................................................96
H×nh 4.4: S¬ ®å nhËn tÝn hiÖu ®o vµ c¸ch ®Êu nèi ten x¬................................97
H×nh 4.5: Gia t¶i trong c¸c lÇn ®o...................................................................98
H×nh 4.6: X¸c nhËn sè liÖu c¸c lÇn ®o.............................................................98
H×nh 4.7: C¸c th«ng sè hîp lý khi thanh bông bè trÝ d¹ng 1.........................112
H×nh 4.8: C¸c th«ng sè hîp lý khi thanh bông bè trÝ d¹ng 2 ........................113
H×nh 4.9: C¸c th«ng sè hîp lý khi thanh bông bè trÝ d¹ng 3.........................113
H×nh 4.10: C¸c th«ng sè hîp lý khi thanh bông bè trÝ d¹ng 4.......................114
H×nh 4.11: C¸c th«ng sè hîp lý khi thanh bông bè trÝ d¹ng 5.......................114
xiii
Danh môc c¸c b¶ng dïng trong luËn ¸n
Trang
B¶ng1.1:Th«ng sè kü thuËt c¸c cÇn trôc th¸p th«ng dông cho x©y dùng d©n
dông trªn thÕ giíi.............................................................................10
B¶ng1.2:Th«ng sè kü thuËt c¸c cÇn trôc th¸p th«ng dông cho x©y dùng d©n
dông ë ViÖt Nam..............................................................................11
B¶ng1.3a: §Æc tÝnh kü thuËt mét sè cÇn trôc th¸p th−êng gÆp trong x©y
dùng d©n dông ë ViÖt Nam...............................................................11
B¶ng1.3b: §Æc ®iÓm cÊu t¹o mét sè cÇn trôc th¸p th−êng gÆp trong x©y
dùng d©n dông ë ViÖt Nam...............................................................11
B¶ng 1.4: Ph©n nhãm thÐp cho chÕ t¹o kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p .................18
B¶ng 1.5: Ph©n nhãm th«ng sè kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p..............................19
B¶ng 2.1:HÖ sè t¶i träng ®éng Kn theo vËn tèc n©ng vn...................................33
B¶ng 2.2:¸p lùc gÝo thiÕt kÕ trong tr¹ng th¸i kh«ng lµm viÖc.........................36
B¶ng 2.3:Thèng kª c¸c nhãm t¶i träng c¬ b¶n trong mét s¬ ®å tÝnh...............37
B¶ng 2.4: HÖ sè γc theo chÕ ®é lµm viÖc (C§LV) cÇn trôc th¸p......................38
B¶ng 3.1: Nhãm t¶i träng trong thuËt to¸n......................................................61
B¶ng 3.2: KÕt qu¶ kh¶o s¸t c¸c th«ng sè h×nh häc..........................................63
B¶ng 3.3: Quan hÖ c¸c kÝch th−íc h×nh häc kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p x©y
dùng lo¹i ®Çu quay cÇn n»m ngang..................................................64
B¶ng 3.4: BiÕn thiÕt kÕ lµ kÝch th−íc th¸p vµ cÇn............................................65
B¶ng 3.5: HÖ sè an toµn trong c¸c tr−êng hîp t¶i träng..................................67
B¶ng 3.6: C¸c vÞ trÝ t¶i träng cho c¸c môc ®Ých thiÕt kÕ..................................89
B¶ng 4.1:Tr¹ng th¸i cña cÇn trôc vµ t¶i träng thùc nghiÖm.............................95
B¶ng 4.2a:KÕt qu¶ tÝnh øng suÊt vµ chuyÓn vÞ b»ng ch−¬ng tr×nh CraneVN
khi bá qua t¸c dông t¶i träng giã..................................................100
B¶ng 4.2b:KÕt qu¶ tÝnh øng suÊt vµ chuyÓn vÞ b»ng ch−¬ng tr×nh CraneVN
khi vËn tèc giã 3m/s .....................................................................101
xiv
B¶ng 4.3: KÕt qu¶ ®o ten x¬ biÕn d¹ng vµ chuyÓn vÞ.....................................102
B¶ng 4.4: Gi¸ trÞ øng suÊt tõ thùc nghiÖm.....................................................103
B¶ng 4.5: Sai sè t−¬ng ®èi (%) gi÷a tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm khi
vËn tèc giã 3m/s............................................................................103
B¶ng 4.6: Gi¸ trÞ ph¸t sinh kÕt cÊu th¸p víi c¸c d¹ng tiÕt diÖn thanh kh¸c
nhau...............................................................................................105
B¶ng 4.7: Khèi l−îng vµ øng suÊt trong kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p VICOX
CTM80 tÝnh to¸n khi ®øng tù do...................................................106
B¶ng 4.8: Khèi l−îng vµ øng suÊt trong kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p VICOX
CTM80 tÝnh to¸n khi neo vµo kÕt cÊu c«ng tr×nh..........................107
B¶ng 4.9: Gi¸ trÞ ph¸t sinh kÝch th−íc th¸p vµ cÇn.......................................108
B¶ng 4.10:So s¸nh tæng khèi l−îng KCT cÇn trôc th¸p tr−íc vµ sau khi
tÝnh................................................................................................108
B¶ng 4.11: KÕt qu¶ tÝnh to¸n tiÕt diÖn hîp lý - tr−êng hîp cÇn trôc th¸p
®øng tù do.....................................................................................109
B¶ng 4.12: KÕt qu¶ tÝnh to¸n tiÕt diÖn hîp lý - tr−êng hîp cÇn trôc th¸p
neo vµo kÕt cÊu c«ng tr×nh............................................................110
B¶ng 4.13: KÕt qu¶ kh¶o s¸t cho c¸c d¹ng tiÕt diÖn kh¸c nhau cña th¸p.......111
B¶ng 4.14: So s¸nh khèi l−îng vµ th«ng sè hîp lý kÕt cÊu thÐp cÇn trôc
th¸p trong c¸c d¹ng bè trÝ thanh bông th¸p.................................115
1
Më ®Çu
1. TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi
CÇn trôc th¸p lµ mét lo¹i thiÕt bÞ x©y dùng quan träng trong vËn chuyÓn
lªn cao, ®Æc biÖt trong thi c«ng c¸c c«ng tr×nh cã chiÒu cao lín. Trªn thÕ giíi
cÇn trôc th¸p ®· ®−îc nghiªn cøu vµ chÕ t¹o bëi nhiÒu h·ng s¶n xuÊt næi tiÕng
ë c¸c quèc gia kh¸c nhau nh−: Liebherr, Sumitomo, Manitowoc, Potain....,
chóng ®−îc chÕ t¹o víi nhiÒu kiÓu d¹ng vµ th«ng sè kü thuËt kh¸c nhau theo
c¸c tiªu chuÈn tiªn tiÕn nh− FEM, ISO. S¶n phÈm cña c¸c h·ng nµy t−¬ng ®èi
hoµn thiÖn, tuy nhiªn c¸c nghiªn cøu x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý th−êng
kh«ng ®−îc c«ng bè.
ë ViÖt Nam cïng víi sù ph¸t triÓn c¸c v¨n phßng vµ chung c− cao tÇng
nªn nhu cÇu sö dông cÇn trôc th¸p lµ rÊt lín. Tuy nhiªn viÖc nghiªn cøu ®i s©u
ch−a nhiÒu. C¸c cÇn trôc th¸p chÕ t¹o hiÖn nay ®−îc thiÕt kÕ theo mÉu hoÆc sö
dông thiÕt kÕ cña n−íc ngoµi vµ chñ yÕu gia c«ng chÕ t¹o kÕt cÊu thÐp. HiÖn
nay tiªu chuÈn TCVN 4244- 2005 lµ duy nhÊt cho thiÕt kÕ, chÕ t¹o, kiÓm ®Þnh
thiÕt bÞ n©ng ë ViÖt Nam. Tiªu chuÈn nµy vÒ c¬ b¶n phï hîp víi c¸c tiªu
chuÈn tiªn tiÕn FEM, ISO. Tuy nhiªn tiªu chuÈn TCVN4244-2005 chØ cã c¸c
rµng buéc vÒ tÝnh to¸n thiÕt kÕ chung cho thiÕt bÞ n©ng, kh«ng ®Ò ra ph−¬ng
ph¸p triÓn khai bµi to¸n cho cÇn trôc th¸p vµ ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c th«ng
sè hîp lý. V× lÝ do trªn mµ cÇn thiÕt ph¶i nghiªn cøu thiÕt kÕ hîp lý cÇn trôc
th¸p mµ tr−íc m¾t lµ bé phËn phï hîp víi kh¶ n¨ng gia c«ng chÕ t¹o lµ kÕt
cÊu thÐp trªn c¬ së tiªu chuÈn thiÕt kÕ hiÖn nay ë ViÖt Nam. Nghiªn cøu nµy
nh»m chñ ®éng trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ, gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm.
KÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p lµ mét kÕt cÊu dµn kh«ng gian phøc t¹p d¹ng
th¸p - cÇn víi hµng ngµn phÇn tö, cã kÝch th−íc vµ khèi l−îng rÊt lín nh−ng
®é cøng l¹i nhá. Chi phÝ cho chÕ t¹o phÇn kÕt cÊu thÐp chiÕm mét phÇn kh¸
2
lín trong gi¸ thµnh s¶n phÈm. KÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p trong tr¹ng th¸i lµm
viÖc còng nh− kh«ng lµm viÖc chÞu t¸c dông cña rÊt nhiÒu lo¹i t¶i träng vµ cã
tæ hîp t¶i träng phøc t¹p ®ßi hái ph¶i tÝnh to¸n rÊt nhiÒu lÇn míi cã thÓ kÕt
luËn ®−îc kh¶ n¨ng lµm viÖc cña kÕt cÊu. V× vËy viÖc tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp
cÇn trôc th¸p lµ rÊt phøc t¹p, tèn nhiÒu c«ng søc vµ thêi gian.
Trong giai ®o¹n gÇn ®©y viÖc tÝnh to¸n néi lùc kÕt cÊu b»ng ph−¬ng ph¸p
PTHH víi sù trî gióp cña m¸y tÝnh ®iÖn tö cho phÐp chóng ta gi¶i ®−îc bµi
to¸n lín, phøc t¹p mét c¸ch nhanh chãng vµ còng nhê m¸y tÝnh ®iÖn tö mµ ta
cã thÓ gi¶i c¸c bµi to¸n theo nh÷ng lý thuyÕt mµ tr−íc kia khã thùc hiÖn ®−îc.
Do ®ã nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý b»ng øng dông
tin häc víi c¸c ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch kÕt cÊu hiÖn ®¹i lµ xu h−íng ph¸t triÓn
tÊt yÕu trong giai ®o¹n hiÖn nay.
Trong lÜnh vùc thiÕt kÕ kÕt cÊu thÐp cña c¸c thiÕt bÞ n©ng th× ë ViÖt Nam
ch−a cã nhiÒu nghiªn cøu ®· c«ng bè vÒ vÊn ®Ò thiÕt kÕ tèi −u, chØ cã mét sè
®Ò tµi, vÝ dô nh− nghiªn cøu tèi −u kÕt cÊu thÐp cÇn trôc d¹ng cÇu, mét sè
nghiªn cøu b−íc ®Çu vÒ tÝnh to¸n kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p (thùc hiÖn bëi Bé
m«n M¸y X©y dùng - Tr−êng §¹i Häc X©y dùng). ViÖc nghiªn cøu nh»m cã
®−îc kÕt cÊu cÇn trôc th¸p hîp lý ®· ®−îc nhiÒu nhµ khoa häc trªn thÕ giíi
c«ng bè, nh−ng nh×n chung theo hai h−íng c¬ b¶n lµ x¸c ®Þnh t¶i träng hîp lý
t¸c dông vµo kÕt cÊu vµ x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý hÖ kÕt cÊu thÐp cÇn trôc
th¸p.
Do tÝnh chÊt kÕt cÊu, ®Æc ®iÓm chÞu t¶i träng nªn thiÕt kÕ tèi −u kÕt cÊu
thÐp cÇn trôc th¸p lµ mét vÊn ®Ò phøc t¹p víi khèi l−îng tÝnh to¸n lín, do ®ã
c¸c nghiªn cøu vÒ tèi −u ®· c«ng bè ®−îc biÕt chØ ®Æt bµi to¸n trong tr−êng
hîp t¸ch rêi riªng rÏ, sö dông s¬ ®å thanh t−¬ng ®−¬ng ®Ó tÝnh to¸n hoÆc x¸c
®Þnh tiÕt diÖn ngang trong bµi to¸n s¬ bé cña mét bé phËn kÕt cÊu (néi lùc kÕt
3
cÊu lµ th«ng sè ®Çu vµo hoÆc t¶i träng coi lµ cè ®Þnh). §iÒu nµy dÉn ®Õn kÕt
qu¶ nghiªn cøu rÊt khã sö dông trùc tiÕp ®−îc vµo bµi to¸n thiÕt kÕ kü thuËt.
Qua nghiªn cøu nh÷ng thµnh tùu ®· ®¹t ®−îc trong lÜnh vùc tÝnh to¸n kÕt
cÊu thÐp cÇn trôc th¸p trªn thÕ giíi vµ ®Æc ®iÓm ViÖt Nam, ®Ò tµi “Nghiªn cøu
x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý cña kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p theo tiªu chuÈn
ViÖt Nam” lµ cÊp thiÕt hiÖn nay.
2. Môc ®Ých nghiªn cøu
Nghiªn cøu x©y dùng c¬ së tÝnh to¸n vµ ph−¬ng ph¸p luËn x¸c ®Þnh c¸c
th«ng sè hîp lý cña kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p trªn c¬ së øng dông s¸ng t¹o
c¸c thµnh tùu vµ ph−¬ng tiÖn tÝnh to¸n hiÖn ®¹i nh»m gi¶i quyÕt nh÷ng yªu
cÇu thiÕt thùc cña khoa häc - c«ng nghÖ vµ thùc tiÔn. C¸c nghiªn cøu nµy gãp
phÇn n©ng cao chÊt l−îng thiÕt kÕ, h¹ gi¸ thµnh s¶n phÈm, chñ ®éng thiÕt kÕ
chÕ t¹o kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p vµ c¸c thiÕt bÞ n©ng kh¸c ë ViÖt Nam hiÖn
nay.
3. §èi t−îng nghiªn cøu
§èi t−îng nghiªn cøu cña luËn ¸n lµ kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p lo¹i ®Çu
quay, lµ lo¹i cÇn trôc th¸p th«ng dông nhÊt hiÖn nay trong x©y dùng nhµ cao
tÇng.
4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
§Ó ®¹t ®−îc c¸c môc ®Ých ®Æt ra, luËn ¸n sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p
nghiªn cøu sau:
- Ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch tæng hîp ®Ó x©y dùng c¸c môc tiªu, nhiÖm vô vµ
m« h×nh tÝnh to¸n cña luËn ¸n. Ph−¬ng ph¸p thèng kª tõ c¸c cÇn trôc th¸p ®·
chÕ t¹o ®Ó x¸c ®Þnh miÒn c¸c th«ng sè.
- Ph−¬ng ph¸p to¸n häc ®Ó x©y dùng bµi to¸n x¸c ®Þnh th«ng sè hîp lý.
4
- Ph−¬ng ph¸p sè trong tÝnh to¸n kÕt cÊu còng nh− gi¶i bµi to¸n x¸c ®Þnh
th«ng sè hîp lý.
- Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm ®Ó ®¸nh gi¸ vµ kiÓm chøng kÕt qu¶ tÝnh.
5. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cña ®Ò tµi luËn ¸n
- Bµi to¸n x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý cña kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p sö
dông ph−¬ng ph¸p PTHH vµ xÐt tæng thÓ toµn bé cÇn trôc theo m« h×nh
kh«ng gian gÇn víi kÕt cÊu thùc, ®¸p øng yªu cÇu tÝnh to¸n víi nh÷ng tæ hîp
t¶i träng phøc t¹p, nªn kÕt qu¶ nhËn ®−îc cña bµi to¸n lµ tin cËy vµ chÝnh x¸c,
phôc vô trùc tiÕp ®−îc cho thiÕt kÕ kü thuËt.
- ¸p dông mét c¸ch s¸ng t¹o t− t−ëng nguyªn lý R.Bellman ®Ó gi¶i bµi
to¸n cã ®iÒu kiÖn tÝnh to¸n phøc t¹p lµ x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè hîp lý cña kÕt
cÊu thÐp cÇn trôc th¸p, phï hîp víi ®iÒu kiÖn thùc tÕ.
- LuËn ¸n x©y dùng bµi to¸n d−íi d¹ng tæng qu¸t vµ thiÕt lËp ch−¬ng tr×nh
tÝnh to¸n chuyªn dông, kh«ng nh÷ng cã thÓ x¸c ®Þnh trùc tiÕp c¸c th«ng sè
hîp lý theo ph−¬ng ph¸p luËn nghiªn cøu, mµ cßn lµ c¬ së ®Ó kh¶o s¸t nhiÒu
bµi to¸n kh¸c nhau, ®¸p øng nhu cÇu cÊp thiÕt cña thùc tÕ s¶n xuÊt.
- Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm víi thiÕt bÞ ®o hiÖn ®¹i vµ qui tr×nh thùc nghiÖm
hîp lý lµ c¬ së ®Ó x©y dùng ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm trªn c¸c M¸y x©y dùng
kh¸c nhau.
6. Bè côc cña LuËn ¸n: LuËn ¸n ®−îc bè côc theo c¸c néi dung sau
Më dÇu
Ch−¬ng 1: Tæng quan vÒ vÊn ®Ò nghiªn cøu
Tr×nh bµy c¸c kiÕn gi¶i chung vÒ cÇn trôc th¸p, kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p
vµ giíi thiÖu c¸c c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· ®¹t ®−îc trong lÜnh vùc tÝnh
to¸n thiÕt kÕ vµ thiÕt kÕ hîp lý kÕt cÊu thÐp cÇn trôc th¸p. Th«ng qua viÖc
- Xem thêm -