Tài liệu Nghiên cứu tính toán kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ (luận văn thạc sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI VŨ TUẤN NGỌC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM CẦU TRỤC TIẾT DIỆN ĐẶC CÓ SỨC TRỤC NHỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH XDDD&CN Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI VŨ TUẤN NGỌC KHÓA: 2017 - 2019 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU DẦM CẦU TRỤC TIẾT DIỆN ĐẶC CÓ SỨC TRỤC NHỎ Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH XDDD&CN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG SƠN XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN Hà Nội – 2019 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả đã đƣợc ngƣời hƣớng dẫn khoa học là Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hồng Sơn tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn cũng nhƣ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn của mình. Qua đây tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy! Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn kết cấu công trình Trƣờng Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cƣơng, các thầy cô trong tiểu ban kiểm tra tiến độ Luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu cho nội dung Luận văn. Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo, các cán bộ của khoa đào tạo sau đại học thuộc Trƣờng Đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu. Do thời gian thực hiện luận văn không nhiều, trình độ của tác giả có hạn, mặc dù đã hết sức cố gắng nhƣng trong nội dung Luận văn sẽ không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các Thầy cô giáo và các học viên để Luận văn hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày....., tháng....., năm 2019 Tác giả luận văn Vũ Tuấn Ngọc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: ―Nghiên cứu tính toán kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ‖ là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Hà Nội, ngày...., tháng....., năm 2019 Tác giả luận văn Vũ Tuấn Ngọc MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài…………………………………………………………………...1 Mục đích nghiên cứu……………………………………………………………….1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu…………………………………………………2 Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………………………………..2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài…………………………………………2 NỘI DUNG CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM CẦU TRỤC THÉP 1.1. Nhà công nghiệp bằng thép ............................................................................3 1.2. Dầm cầu trục thép ...........................................................................................4 1.2.2. Khái niệm các bộ phận dầm cầu trục thép ..............................................4 1.2.2. Cấu tạo chi tiết các bộ phận dầm cầu trục thép......................................8 1.2.3. Ƣu điểm và nhƣợc điểm dầm cầu trục thép .........................................11 1.3. Tình hình sử dụng và thiết kế dầm cầu trục thép .....................................12 1.3.1. Sử dụng dầm cầu trục thép ...................................................................12 1.3.2. Thiết kế dầm cầu trục thép ...................................................................14 1.4. Nhận xét chung ..............................................................................................15 CHƢƠNG 2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC THÉP CÓ SỨC TRỤC NHỎ 2.1. Cấu tạo chung dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ ....................................16 2.1.1. Dầm cầu trục treo ..................................................................................16 2.1.2. Dầm cầu trục tựa. ..................................................................................27 2.2. Tính toán dầm cầu trục treo ........................................................................27 2.2.1. Sơ đồ tính, tải trọng tác dụng và nội lực ...............................................28 2.2.2. Lựa chọn kích thƣớc tiết diện ...............................................................29 2.2.3. Kiểm tra tiết diện dầm cầu trục .............................................................32 2.2.4. Quy trình tính toán ................................................................................36 2.3. Tính toán dầm cầu trục tựa .......................................................................38 2.3.1. Sơ đồ tính, tải trọng tác dụng và nội lực ...............................................38 2.3.2. Lựa chọn kích thƣớc tiết diện ...............................................................39 2.3.3. Kiểm tra tiết diện dầm cầu trục.............................................................42 2.3.4. Quy trình tính toán ................................................................................47 CHƢƠNG 3. CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN DẦM CẦU TRỤC ..............................49 3.1. Dầm cầu trục thép với sức trục nhỏ treo ở xà ngang mái ...........................49 3.1.1. Thông số đầu vào ..................................................................................49 3.1.2. Tính toán tải trọng và nội lực................................................................49 3.1.3. Lựa chọn sơ bộ tiết diện........................................................................49 3.1.4. Kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của tiết diện ...........................50 3.2. Tính toán dầm cầu trục treo dƣới tạc động của hai cầu trục .....................56 3.2.1. Thông số đầu vào ..................................................................................56 3.2.2. Tính toán tải trọng và nội lực................................................................56 3.2.3. Lựa chọn sơ bộ tiết diện........................................................................57 3.2.4. Kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của tiết diện ............................60 3.3. Dầm cầu trục điện điều khiển bằng tay, treo trên giàn mái với sơ đồ tính liên tục trên gối cứng ...............................................................................................62 3.3.1. Thông số đầu vào ..................................................................................62 3.3.2. Tính toán tải trọng và nội lực ................................................................62 3.3.3. Lựa chọn sơ bộ tiết diện .......................................................................63 3.3.4. Kiểm tra khả năng chịu lực và độ võng của tiết diện ............................63 3.4. Dầm cầu trục thép có sức trục nhỏ tựa vào vai cột ....................................66 3.4.1. Thông số đầu vào ..................................................................................66 3.4.2. Tính toán tải trọng và nội lực ................................................................66 3.4.3. Lựa chọn sơ bộ tiết diện .......................................................................68 3.4.4. Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện ..............................................69 3.5. Dầm cầu trục tổ hợp hàn với tiết diện mở rộng cánh trên ........................71 3.5.1. Thông số đầu vào ..................................................................................71 3.5.2. Tính toán tải trọng và nội lực ................................................................71 3.5.3. Lựa chọn sơ bộ tiết diện .......................................................................72 3.5.4. Kiểm tra khả năng chịu lực của tiết diện ..............................................74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số thứ tự Bảng 2.1 Bảng 2.2 Tên bảng, biểu Tải trọng phân bố tính toán tương đương phân bố theo momen uốn lên giàn mái có cầu trục treo Các thép định hình cho dầm cầu trục treo nhịp 6-12m Trang 17 18 Các đặc trưng thép chữ I theo ГОСТ 8239_72* cho dầm Bảng 2.3 cầu trục treo không gia cường 21 Bảng 2.4 Các đặc trưng thép chữ I theo ГОСТ 8239_72* cùng với tấm gia cường cánh dưới dùng cho dầm cầu trục treo 22 Bảng 2.5 Các đặc trưng của thép chữ T ở cánh dưới làm từ thép định hình 23 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Bảng 2.8 Các đặc trưng của dầm tổ hợp hai loại thép hàn Số lượng dầm hàn tổ hợp hai loại thép khuyến cáo cho dầm cầu trục với sức nâng khác nhau Các đặc trưng của cầu trục điện treo 23 24 25 Bảng 2.9 Các đặc trưng của thép chữ T ở cánh dưới làm từ thép định hình 26 Bảng 2.10 Hệ số x, y 33 Bảng 2.11 Các tung độ quy đổi yf 36 Bảng 2.12 Hệ số β 39 Bảng 3.1 Tải trọng của dầm cầu trục 66 DANH MỤC HÌNH VẼ Số thứ tự Hình 1.1 Tên hình Kết cấu khung nhà công nghiệp một tầng Hình 1.2 Kết cấu đỡ cầu trục 5 Hình 1.3 Dầm cầu trục treo 6 Hình 1.4 Dầm cầu trục côngxon 7 Hình 1.5 Các kiểu tiết diện dầm cầu trục 8 Hình 1.6 Giàn cầu trục 9 Hình 1.7 Tiết diện dầm hãm 10 Hình 1.8 Sơ đồ giàn hãm Dầm cầu trục trong nhà xưởng 11 Hình 1.9 Hình 1.10 Dầm cầu trục trong nhà máy Trang 4 13 14 Hình 2.1 Dầm cầu trục treo 16 Hình 2.2 Các dạng tiết diện dầm cầu trục treo 20 Hình 2.3 Sơ đồ kích thước cánh dầm 21 Hình 2.4 27 Hình 2.5 Một số tiết diện dầm cầu trục Biểu đồ để xác định tải trọng lên dầm cầu trục treo Hình 2.6 Biểu đồ xác định hệ số K1, K2 34 Hình 2.7 Sơ đồ khối quy trình tính toán dầm cầu trục treo Xác định mômen và lực cắt lớn nhất trong dầm cầu trục Tiết diện dầm cầu trục tổ hợp hàn 37 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Sơ đồ quy trình tính toán dầm cầu trục tựa Sơ đồ tính toán kiểm tra về độ bền của bu lông và Hình 3.1 gối đỡ Hình 3.2 Các ô dầm trên đoạn cầu trục treo uốn cong 30 38 40 48 52 53 Hình 3.3 Gối chắn ở cuối của cầu trục treo 54 Hình 3.4 Sơ đồ tính và tiết diện dầm 56 Hình 3.5 Sơ đồ tính và tiết diện dầm 62 Hình 3.6 Hình 3.7 Sơ đồ dầm cầu trục Tiết diện chữ I tổ hợp hàn mở rộng cánh trên 67 71 Hình 3.8 Sơ đồ dầm cầu trục 72 1 MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài Hiện nay, kết cấu thép đƣợc sử dụng rộng rãi trong công trình xây dựng, trong số đó có các nhà công nghiệp. Một yếu tố ảnh hƣởng khá lớn đến sự làm việc của kết cấu khung chịu lực đó là cầu trục, bởi tải trọng do chúng gây ra là tải trọng động, lặp đi lặp lại nhiều lần và dễ gây phá hoại cho kết cấu khung. Khi phân loại cầu trục trong nhà công nghiệp, có cách phân loại theo chế độ làm việc (nhẹ, trung bình, nặng và rất nặng), theo sức nâng của cầu trục (sức trục trên 75 tấn, dƣới 75 tấn và sức trục nhỏ), hoặc phân loại theo tiết diện (tiết diện đặc, rỗng), cũng nhƣ việc phân loại theo vị trí đặt cầu trục (đặt ở vai cột – cầu trục tựa hoặc treo ở kết cấu mái). Hiện nay, loại cầu trục có sức trục nhỏ (dƣới 20 tấn) đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình công nghiệp nhẹ, dầm đỡ cầu trục có thể đặt ở vai cột dùng tiết diện chữ I định hình có gia cƣờng cánh trên bằng thép bản hoặc thép góc để chịu lực ngang hoặc tiết diện chữ I không đối xứng tổ hợp hàn. Loại dầm nhƣ thế sẽ khá đơn giản trong chế tạo, và có tính kinh tế hơn so với dầm cầu trục tiết diện chữ I tổ hợp hàn có dầm hãm. Đồng thời, để tận dụng không gian kiến trúc của nhà hoặc khu vực hoạt động của cầu trục, một giải pháp bố trí cầu trục đó là treo chúng vào kết cấu dầm cầu trục, dầm cầu trục đƣợc liên kết với kết cấu xà ngang (giàn vì kèo). Theo đó, giải pháp dầm cầu trục treo và dầm cầu trục không có dầm hãm đƣợc sử dụng cho các nhà xƣởng mà sức nâng của cầu trục nhỏ, đa số trong số đó là các cầu trục có sức nâng dƣới 5 tấn. Bên cạnh đó, tài liệu về Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCVN 5575-2012, cũng nhƣ các tài liệu khác ở trong nƣớc đề cập khá ít về quy định khi thiết kế loại dầm đỡ cầu trục sức trục nhỏ, thiếu các bảng tra tính toán và gây khó khăn cho ngƣới thiết kế. Từ những phân tích nêu trên, đề tài ―Nghiên cứu tính toán kết cấu dầm cầu trục tiết diện đặc có sức trục nhỏ‖ có tính cấp thiết và tính thực tiễn cao. * Mục đích nghiên cứu 2 - Tìm hiểu cách tính toán theo tiêu chuẩn và thực hành tính toán kết cấu dầm đỡ cầu chạy với sức nâng của cầu trục không lớn, để áp dụng vào tính toán chúng trong thực tế thiết kế. - Kiến nghị các nhà chuyên môn về cách tính toán loại dầm cầu trục này trong thực tế. * Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Loại cầu trục treo ở xà ngang (giàn vì kèo) và cầu trục tựa (đặt ở vai cột không có dầm hãm), tiết diện đặc (chữ I định hình hoặc tổ hợp hàn), sử dụng cho các nhà công nghiệp. - Nghiên cứu cấu tạo và tính toán dầm cầu trục có sức trục nhỏ (dầm đỡ cầu chạy có sức nâng không lớn) tiết diện đặc, loại cầu trục treo và cầu trục tựa không có dầm hãm, của nhà công nghiệp và thực hiện thí dụ tính toán.+ * Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp áp dụng lý thuyết để thực hiện các ví dụ tính toán từ đó rút ra kết luận. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các lý thuyết tính toán theo tiêu chuẩn từ đó đƣa ra cách tính toán các loại dầm cầu trục này. - Ý nghĩa thực tiễn: Vận dụng tính toán kết cấu dầm cầu trục thép trong thực tế theo các yêu cầu, nhằm chỉ dẫn cho kỹ sƣ thiết kế có phƣơng án thiết kế tối ƣu nhất. 3 NỘI DUNG CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦM CẦU TRỤC THÉP Nhà công nghiệp bằng thép [1] 1.1. Nhà công nghiệp đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng công nghiệp. Vật liệu sử dụng trong công trình nhà công nghiệp có thể là bê tông cốt thép (khi công trình có nhịp nhỏ và tải trọng không lớn lắm); vật liệu thép (khi công trình có chiều cao lớn, nhịp lớn và sức trục lớn) hoặc hỗn hợp bê tông cốt thép và thép (công trình có nhịp lớn và sức trục không lớn lắm). Thông thƣờng nhà công nghiệp thép đƣợc sử dụng khi công trình có chiều cao thông thủy H > 15 m, nhịp lớn L > 24 m, bƣớc cột lớn B > 12 m, cầu trục có sức trục Q > 50 T. Hệ kết cấu trong nhà công nghiệp bao gồm: cột, xà ngang, móng, kết cấu bao che và kết cấu cầu trục. Cầu trục là phƣơng tiện vận chuyển nguyên vật liệu trong nhà công nghiệp. Cầu trục di chuyển gây ra tải trọng động, tải trọng lặp làm kết cấu bị phá hoại mỏi . Vì vậy tải trọng cầu trục là tải trọng quan trọng. Khi nghiên cứu tải trọng động, tải trọng lặp do cầu trục gây nên, cần quan tâm xem cầu trục có làm việc thƣờng xuyên hay không, cầu trục có hay phải vận chuyển với sức nâng lớn nhất hay không. Ngƣời ta gọi đó là ―Chế độ làm việc của cầu trục‖. Chế độ làm việc của cầu trục khác nhau sẽ gây ảnh hƣởng khác nhau tới kết cấu. Cần phân loại nhà xƣởng theo chế độ làm việc của cầu trục. Có thể phân loại nhà xƣởng theo bốn chế độ làm việc của cầu trục: + Nhà có cầu trục chế độ làm việc nhẹ: thời gian hoạt động của cầu trục ít, rất hiếm khi làm việc với sức trục lớn nhất (chỉ có 15% thời gian sử dụng). + Nhà có cầu trục chế độ làm việc trung bình: làm việc nhƣ nhà có cầu trục chế độ làm việc nhẹ, song thời gian sử dụng nhiều hơn (khoảng 20% thời gian sử dụng). 4 + Nhà có cầu trục chế độ làm việc nặng: là nhà xƣởng có dây chuyền sản xuất lớn, xƣởng chế tạo kết cấu v.v… Thời gian hoạt động khoảng 40÷60% thời gian sử dụng. + Nhà có cầu trục chế độ làm việc rất nặng: thời gian làm việc hầu nhƣ liên tục (hơn 60% thời gian sử dụng). Thƣờng xuyên làm việc với sức nâng lớn nhất. Hình 1.1. Kết cấu khung nhà công nghiệp một tầng Khi thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng cần phải thỏa mãn đồng thời hai yêu cầu cơ bản: yêu cầu sử dụng và yêu cầu về kinh tế. Yêu cầu về sử dụng thể hiện ở các điểm sau: + Thuận tiện trong việc lắp đặt thiết bị máy móc; + Đảm bảo cho các thiết bị nâng cẩu làm việc bình thƣờng; + Kết cấu bảo đảm độ bền và độ bền lâu; + Bảo đảm điều kiện thông gió chiếu sáng cho nhà. Yêu cầu về kinh tế: Khi thiết kế, cần bảo đảm chi phí thép và công chế tạo nhỏ nhất trong diều kiện thi công đơn giản và thông thƣờng. 1.2. Dầm cầu trục thép [1] 1.2.1. Khái niệm và các bộ phận dầm cầu trục thép a) Khái niệm: 5 Kết cấu đỡ cầu trục là bộ phận để đỡ và làm đƣờng chạy cho cầu trục, nó chịu toàn bộ lực thẳng đứng và lực hãm ngang của cầu trục để truyền vào khung ngang (Hình 1.2). Hình 1.2. Kết cấu đỡ cầu trục b) Các bộ phận dầm cầu trục thép: Thông thƣờng kết cấu cầu trục bao gồm: dầm cầu trục (1) chịu tải trọng thẳng đứng của cầu trục, kết cấu hãm (2) chịu tải trọng nằm ngang và ray cầu trục (3) (Hình 1.2a). Dầm cầu trục là bộ phận chịu lực cơ bản của kết cấu cầu trục, tiết diện cầu trục có thể có các dạng: + Tiết diện đặc: Tiết diện chữ I định hoặc tổ hợp từ các bản thép (Hình 1.2b,c) + Tiết diện rỗng: Giàn cầu trục, dùng khi sức trục nhẹ (Q ≤ 30t) và nhịp dầm lớn (Hình 1.2d). 6 Sử dụng giàn cầu trục tiết diện rỗng tiết kiệm đƣợc 15 ÷ 20% vật liệu so với tiết diện đặc, nhƣng tốn công chế tạo hơn. Sơ đồ kết cấu của dầm cầu trục có thể làm dầm đơn giản (Hình 1.2b) hoặc dầm liên tục (Hình 1.2c). Dầm liên tục tiết kiệm khoảng 12 ÷ 15% vật liệu so với dầm đơn nhƣng lắp ráp khó hơn. Ngoài ra, do là kết cấu siêu tĩnh nên sẽ chịu ảnh hƣởng lún trong gối tựa gây ứng suất trong dầm. Nếu nhà có giàn đỡ kèo và cầu trục sức nâng lớn, có thể kết hợp giàn đỡ kèo và dầm cầu trục thành hệ kết cấu mà thanh cánh dƣới của giàn đỡ kèo là dầm cầu trục (Hình 1.2e). Các dạng khác của dầm cầu trục là : dầm cầu trục treo và dầm cầu trục côngxon *Dầm cầu trục treo Trong trƣờng hợp, sức nâng không lớn lắm, ngƣời ta dùng cầu trục treo. Khi này dầm cầu trục đƣợc treo vào nút cánh dƣới của giàn mái (hình 1.3). Cầu trục treo có thể có: + Một đƣờng chạy (mônô ray): sức nâng đến 10T (hình 1.3a), chỉ vận chuyển hàng theo hƣớng dọc nhà, vận hành cầu trục bằng bảng điều khiển cầm tay. + Hai hoặc ba đƣờng chạy: sức nâng đến 30T (hình 1.3b,c) vận hành cầu trục bằng điều khiển hoặc cabin điều khiển. Hình 1.3. Dầm cầu trục treo a) một đường ray ; b) hai đường chạy ; c) ba đường chạy ; d) chi tiết liên kết 7 Sơ đồ của dầm cầu trục có thể là dầm đơn giản hay là dầm liên tục, tiết diện dầm thƣờng là chữ I định hình đặc biệt hoặc các kiểu tổ hợp. *Dầm cầu trục congxon Tùy thuộc vào công nghệ của phân xƣởng, khi vận chuyển hàng theo dọc hàng cột, ngƣời ta sử dụng cầu trục côngxon (hình 1.4). Để làm đƣờng chạy cho cầu trục, cần phải có ba dầm đỡ: một dầm đặt thẳng đứng để chịu áp lực đứng A và hai dầm đặt ngang để chịu áp lực ngang H 1 và H2 của bánh xe. Hình 1.4. Dầm cầu trục côngxon Kết cấu cầu trục có một số điều kiện làm việc khác với kết cấu dầm sàn: khi cầu trục làm việc sẽ sinh ra các lực thẳng đứng ( giá trị lớn đến 600 – 800 kN) và lực xô ngang ở các bánh xe, những lực này có vị trí di động theo chiều dài dầm, do đó gây ra trạng thái ứng suất phức tạp ở bụng dầm với giá trị ứng suất lớn. Những sai số do chế tạo, dựng lắp nhƣ hai đƣờng ray không song song, không phẳng hay sự nghiêng lệch của cầu trục cũng ảnh hƣởng đến sự làm việc của dầm cầu trục. 8 1.2.2. Cấu tạo chi tiết các bộ phận dầm cầu trục thép a) Dầm và giàn cầu trục * Đối với dầm cầu trục: Dạng tiết diện của dầm cầu trục phụ thuộc vào tải trọng, nhịp và chế độ làm việc của cầu trục. Khi là dầm đơn giản có nhịp nhỏ và sức nâng không lớn dùng tiết diện chữ I định hình có gia cƣờng cánh trên bằng thép bản hay thép góc để chịu lực ngang T (hình 1.5a); hoặc tiết diện chữ I không đối xứng tổ hợp hàn (hình 1.5b). Khi nhịp dầm và sức nâng của cầu trục lớn hơn, sử dụng dầm tổ hợp hàn tiết diện chữ I có dầm hãm (hình 1.5c). Hình 1.5. Các kiểu tiết diện dầm cầu trục a) Thép định hình ; b-e) Tổ hợp hàn ; g) Hai bản bụng ; h) buloong cường độ cao. Để giảm chi phí, dầm cầu trục đƣợc thiết kế từ hai loại thép: bụng dầm bằng thép các bon thấp, cánh dầm bằng thép hợp kim thấp. Trong nhà có chế độ làm việc nặng, thƣờng xuất hiện sự hƣ hỏng ở vùng phía trên của bụng dầm cầu trục, nên tại đó đƣợc gia cƣờng bằng bản thẳng đứng hoặc bản chống xiên (hình 1.5e), đôi khi dùng dầm hai bản bụng (hình 1.5g). Các biện pháp cấu tạo này nhằm giảm ứng suất cục bộ trong bản bụng dầm do áp lực của bánh xe cầu chạy và tăng độ cứng chống xoắn của dầm. Dầm bu lông cƣờng độ cao nặng hơn và tốn công chế tạo hơn so với dầm hàn, nhƣng tiết diện cánh trên khỏe hơn (bao gồm bản đậy và thép góc cánh), 9 lại không có ứng suất hàn, liên kết giữa cánh và bụng bằng bu lông cƣờng độ cao chịu lực chấn động tốt hơn. Do đó dầm cầu trục bu bông cƣờng độ cao sử dụng cho các nhà máy luyện kim đen có chế độ làm việc rất nặng (hiện nay rất hiếm) (hình 1.5h) Khi cầu trục có sức nâng lớn và nhịp dầm lớn (hơn 30m) ngƣời ta còn dùng kết cấu cầu trục có giàn đỡ phụ hoặc dùng dầm tiết diện kín * Đối với giàn cầu trục: Giàn cầu trục thƣờng đƣợc đƣợc sử dụng khi nhịp từ 12m trở lên và cầu trục có sức nâng không lớn lắm (Q ≤ 30t), chế độ làm việc nhẹ và trung bình (hình 1.6). Hình 1.6. Giàn cầu trục a) Sơ đồ ; b) tiết diện thanh cánh trên Giàn cầu trục thƣờng có dạng cánh song song, hệ thanh bụng tam giác với các thanh đứng. Chiều cao của giàn hd lấy trong khoảng (1/6 – 1/8) nhịp, khoảng cách giữa hai nút giàn d = (0,8 ÷ 1,3)hd và không lớn hơn 3m. Thanh cánh trên của dàn chịu lực nén và uốn cục bộ ( do bánh xe cầu trục đặt ở khoảng giữa hai nút giàn) nên tiết diện đƣợc thiết kế ở dạng chữ I tổ hợp (cánh rộng) hoặc thép thép định hình có gia cƣờng thêm thép góc, thép bản (Hình 1.6b), với chiều cao hc không nhỏ hơn (1/5 – 1/7) khoảng cách hai nút giàn d. Các thanh bụng giàn làm bằng hai thép góc, trục của chúng hộ tụ tại mép dƣới của thanh cánh trên (Hình 1.6a), thanh cánh dƣới 10 làm bằng thép chữ T hoặc hai thép góc. Chiều dày bản mã không nhỏ hơn 10mm. do sự di chuyển của cầu trục, nội lực của một số thanh giàn sẽ đổi dấu, do đó phải lƣu ý đến cấu tạo nút để giảm ứng suất tập trung, đặc biệt là đƣờng hàn giữa thanh bụng và thanh cánh cánh phải đƣợc thực hiện với chất lƣợng cao. Tại nút giàn liên kết thanh bụng và thanh cánh, bản bụng của thanh cánh đƣợc gia cƣờng sƣờn cứng b) Dầm và giàn hãm * Đối với dầm hãm: + Ở nhịp bên: cánh trên của dầm cầu trục, bản dầm hãm và thanh biên (thƣờng là thép hình chữ C) hoặc là cánh của giàn đỡ phụ (hình 1.7b,c). + Ở nhịp giữa: hai cánh trên của hai dầm cầu trục và bản dầm hãm (hình 1.7d,e). Để đảm bảo ổn định cục bộ và tăng độ cứng, mặt dƣới của bản dầm hãm đƣợc gia cƣờng bằng sƣờn cứng 2 có kích thƣớc 65×6 mm để đặt cách nhau 1,5 – 2m. Để tăng độ cứng ngang cho kết cấu cầu trục, trong trƣờng hợp nhà có cột sƣờn tác gối mềm trung gian bằng cách dùng bản thép 1 dày 6 – 8mm liên kết thanh biên chữ U vào cột sƣờn tƣờng (hình 1.7a). Hình 1.7. Tiết diện dầm hãm a, b,c) ở nhịp biên ; d,e) ở nhịp giữa; * Đối với giàn hãm: Khi bề rộng dầm hãm nhỏ hơn 1,25 – 1,5 m nên dùng bản đặc và khi lớn hơn 1,5 m thì dùng giàn hãm sẽ tiết kiệm vật liệu hơn. Thanh bụng của giàn hãm làm 11 bằng một thép góc, sơ đồ hình tam giác có thanh đứng (Hình 1.8 a,b). Nhằm làm tăng độ cứng không gian cho hệ giàn hãm và hạn chế sự dao động của cánh dƣới dầm, ở mặt phẳng cánh cánh dƣới của dầm cầu trục đƣợc bố trí thêm các thanh giằng với độ mảnh giới hạn (Hình 1.8c). Trong nhà có chế độ làm việc nặng, luôn luôn dùng giàn hãm mà không phụ thuộc vào bề rộng của kết cấu hãm. Hình 1.8. Sơ đồ giàn hãm a - ở dãy cột biên; b - ở dãy cột giữa; c - giằng mặt phẳng cánh dưới c) Ray Để làm đƣờng ray cho bánh xe cầu trục, ngƣời ta dùng loại ray chuyên dụng ( ví dụ ray kí hiệu KP theo tiêu chuẩn Nga), số hiệu của ray lấy theo sức nâng Q của cầu trục. Khi sức nâng Q đến 20 tấn, có thể dùng ray đƣờng sắt ví dụ loại P-38 hoặc P-43. Liên kết cần bảo đảm sự thẳng của ray. Vì trong quá trình làm việc, ray bị dịch chuyển, do đó không nên hàn ray vào cánh dầm. 1.2.3. Ưu điểm và nhược điểm dầm cầu trục thép a) Ƣu điểm Có khả năng chịu lực lớn và độ tin cậy cao. Cầu trục thép có khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao do vật liệu thép có cƣờng độ lớn,lớn nhất trong các vật liệu xây dựng. Độ tin cậy cao là do cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn hồi và