MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU...............................................................................................................i

MỤC LỤC……………………………………………………………………………....……ii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG NỀN MÓNG..........................1

1.1. Giới thiệu về công tác thi công nền móng............................................................1

1.2. Các phương pháp gia cố nền móng.....................................................................2

1.2.1. Phương pháp khoan cọc nhồi............................................................................2

1.2.2. Phương pháp đóng cọc bằng búa diezel...........................................................4

1.2.3. Phương pháp ép cọc tĩnh...................................................................................5

1.2.4. Phương pháp sử lý nền bằng bấc thấm.............................................................6

1.3 . Giới thiệu về máy ép bấc thấm.............................................................................8

1.3.1. Phân loại máy ép cọc bấc thấm:.........................................................................8

1.3.2. Cấu tạo..............................................................................................................11

1.3.3. Nguyên lý làm việc............................................................................................12

1.3.4. Ưu, nhược điểm................................................................................................13

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỘT DẪN HƯỚNG LÕI ÉP BẤC THẤM.......15

2.1. Chọn kiểu dáng bộ công tác:...............................................................................15

2.2. Vật liệu chế tạo kết cấu thép của cột tháp:..........................................................21

2.3. Kích thước của kết cấu thép:...............................................................................21

2.4. Các dạng tải trọng các dụng lên cột:...................................................................25

2.5. Sơ đồ tính kết cấu:..............................................................................................28

2.5.1. Phương pháp tính:...........................................................................................28

2.5.2. Lực căng cáp tác dụng lên cột:........................................................................30

2.5.3. Sơ đồ tính cột:..................................................................................................30

2.6. Tính chọn cụ thể kích thước các đoạn:...............................................................32

2.6.1.Tính chọn và kiểm tra thanh biên của cột:........................................................32

2.6.2. Tính chọn và kiểm tra các thanh giằng:...........................................................34

2.7. Ổn định tổng thể của cột thép:............................................................................37

2.7.1. Tính toán cột chịu nén lệch tâm theo điều kiện bền.........................................37

2.7.2. Tính toán cột chịu nén lệch tâm theo điều kiện ổn định:..................................39

2.8. Tính liên kết tiếp điểm:........................................................................................41

2.8.1. Tính toán đường hàn:......................................................................................42

2.8.2. Tính liên kết giữa các đoạn cột:.......................................................................44

2.8.3.Kiểu dáng bản đế:.............................................................................................46

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................49

LỜI NÓI ĐẦU

Nền tảng để Việt Nam hội nhập với nền kinh tế thế giới là phải xây dựng được cơ sở hạn tầng thiết yếu đảm bảo về chất và lượng. Điều này tạo cơ hội cho máy móc thiết bị ở nước ta ngày càng đa dạng. Một yêu cầu đặt ra là đòi hỏi những kĩ sư máy phải biết vận dụng sáng tạo công nghệ hiện đại của các nước tiên tiến vào tình hình cụ thể của Việt Nam sao cho đạt hiệu quả kinh tế kĩ thuật cao nhất.

Trong thời gian gần đây, đất nước ta đã có nhiều chuyển biến tốt đẹp, nền kinh tế nước ta hội nhập với nền kinh tế thế giới. Trong quá trình phát triển sẽ xuất hiện nhiều trung tâm chính trị, kinh tế, xã hội như TP Hồ Chí Minh hoặc thủ đô Hà Nội. Cùng với đó là sự phát triển dân số, tập trung dân cư, do vậy vấn đề giải quyết cơ sở hạ tầng là rất bức thiết. Để thi công một công trình cần kỹ thuật của nhiều ngành khác nhau, trong đó ngành Cơ khí Máy Xây Dựng chiếm tầm quan trọng không nhỏ. Hiện tại, yêu cầu đặt ra rất khắt khe, việc xây dựng không những đòi hỏi tiến độ, mà còn đòi hỏi mức độ an toàn cho bản thân công trình và các công trình xung quanh.

Các công trình xây dựng lớn hiện nay thì việc gia cố nền móng là rất quan trọng. Cấu tạo của nền sau khi đào, đắp, đầm...thường không đồng nhất và khả năng chịu áp lực nhỏ; vì vậy trong công tác xây dựng nhà cao tầng (mang tính vĩnh cửu) và xây dựng cầu, đập nước, ống khói, vv... người ta phải xử lý móng. Một trong các cách xử lý nền móng vừa kinh tế lại vừa đảm bảo độ bền vững của công trình là dùng phương pháp đóng cọc..

Dưới sự phân công nhiệm vụ: “Tính toán thiết kế cột dẫn hướng lõi ép bấc thấm”.Trong quá trình làm đồ án thì em nhận được sự hướng dẫn, chỉ dẫn tận tình của các thầy giáo bộ môn và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn : TS……………. đã giúp em hoàn thành được đồ án đúng thời điểm.Trong quá trình làm không tránh được sự thiếu sót nên mong  nhận được thêm sự hướng dẫn của các thầy .

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                                                                    Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                 Sinh viên thực hiện

                                                                                                                                                  ………………..

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TÁC THI CÔNG NỀN MÓNG

1.1. Giới thiệu về công tác thi công nền móng.

Đất nước ta đang trong thời kỳ phát triển hợp tác và hội nhập với các nước trong khu vực, cũng như với các nước trên thế giới. Để có nền kinh tế phát triển nhanh thì cần có nền kinh tế ổn định , bền vững và để phát triển nhanh thì cần phải có cơ sở hạ tầng vững chắc và hiện đại.Do đó hàng loạt các công trình xây dựng dân dụng cũng như các công trình giao thông đã và đang  áp dụng công tác này. Trong các công trình lớn cũng như nhỏ thì việc sử lý nền móng là yếu tố hết sức quan trọng vìn nó quyết định đến chất lượng cũng như tuổi thọ của công trình.

Việc sử lý nền móng đã có từ lâu có từ rất lâu, nhất là sử lý nền móng bằng các loại cọc, ban đầu là các loại cọc nguyên thuỷ có sẵn như : Cọc tre, cọc gỗ, và với quy mô công trình ngày càng lớn và xây dựng trên nền đất yếu nên các loại cọc cũng phải hiện đại và đáp ứng được yêu cầu của các công trình.

Ngoài phương pháp gia cố nền bằng cọc thì người ta còn dùng nhiều phương pháp khác như:

- Để gia cố nền có các loại đất to hạt có nhiều lỗ rỗng và vết nứt thì người ta thường dùng biện pháp xi măng hoá. Đây là biện pháp hiệu quả và được sử dụng rộng rãi.

- Để gia cố sử lý nền mà bên dưới có các mạch nước ngầm thì người ta dùng phương pháp ép cọc bấc thấm hoặc dùng cọc cát.

1.2. Các phương pháp gia cố nền móng.

Gia cố nền móng có nhiều phương pháp khác khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng và phù hợp với các công trình khác nhau. Các phương pháp hiện nay thường được sử dụng là:

1.2.1. Phương pháp khoan cọc nhồi.

Cọc nhồi được chế tạo bằng cách rót trực tiếp vật liệu (bê tông, cát ) vào những lỗ cọc đã được khoan sắn.

- Ưu điểm của phương pháp này là:

+ Cọc được chế tạo tại chỗ có kích thước và chiều dài tuỳ ý, không mất công vận chuyển hay phải làm công tác phụ khác như: Cưa, cắt, nối cọc ..

+ Thi công cọc khoan nhồi tránh được các lực xung kích gây ảnh hưởng xấu đến các công trình xung quanh, không gây tiếng ồn

- Nhược điểm:

+ Chi phí đầu tư, thiết bị máy móc ban đầu lớn nên giá thành tương đối cao, khó kiểm tra chính xác chất lượng cọc sau khi thi công

+ Gây ô nhiễm môi trường do chất thải bentonit gây ra .

1.2.3. Phương pháp ép cọc tĩnh.

Máy ép cọc dùng để ép cọc bê tông cốt thép. Trong việc gia cố nền móng với các nền móng không quá yếu. Thường được sử dụng trong xây dựng các công trình dân dụng như nhà cửa... vì lực ép lớn và tiếng ồn nhỏ, quá trình ép cọc êm dịu, cọc ít bị vỡ đầu cọc do chấn động như khi sử dụng búa diezel và chiều sâu ép cọc có thể đạt yêu cầu tốt. Do không gây tiếng ồn và ô nhiễm cho nên máy ép cọc thường được sử dụng trong các công trình đông khu dân cư, và do tạo chấn động nhỏ cho nên nó cũng thường được sử dụng trong các công trình mà bên cạnh các công trình đó đã có những công trình khác. Tuy nhiên cũng có một số hạn chế là cần phải có thiết bị phụ đi kèm theo như : (Động cơ điện, bơm thuỷ lực, thùng dầu thuỷ lực) do vậy cần phải có máy phát điện nếu xa nguồn điện để tạo ra nguồn điện dẫn động động cơ điện và bơm thuỷ lực ...

1.2.4. Phương pháp sử lý nền bằng bấc thấm.

Bấc thấm là một phương pháp nhân tạo, cải tạo nền đất bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng. Để sử lý đất yếu, được dùng để thay thế cọc cát làm phương tiện dẫn nước từ dưới nền đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thoát ra ngoài. Phương pháp này có những ưu nhược điểm sau :

- Ưu điểm:

+ Tăng nhanh quá trình có kết của đất yếu, rút ngắn thời gian lún (có thể kết thúc cô kết ngay trong thời gian thi công mà không phải đợi lâu dài.

+ Ít làm xáo động các lớp đất tự nhiên.

+ Thoát nước một cách đảm bảo và chủ động

- Nhược điểm:        

+ Hiện tại chưa sản xuất được bấc thấm còn phải nhập ngoại.

+ Hiệu quả chưa đạt yêu cầu mong muốn cho một số điều kiện nền đắp thấp và một số điều kiện địa chất khác.

Lựa chọn phương án: Như vậy phương án xử lý nền đất yếu bằng cọc bấc thấm là tối ưu nhất. Ta chọn phương án này.

1.3. Giới thiệu về máy ép bấc thấm.

1.3.1. Phân loại máy ép cọc bấc thấm:

Có nhiều cách để phân loại máy ép cọc bấc thấm. Ta có những cách phân loại như sau:

- Theo bộ công tác lắp trên máy cơ sở, ta có:

+ Máy ép cọc bấc thấm, có bộ công tác lắp trên máy cơ sở là cần trục bánh xích.

+ Máy ép cọc bấc thấm, có bộ công tác lắp trên máy cơ sở là máy xúc một gầu, đào ngược, truyền động Diesel - Thuỷ lực:

- Theo sơ đồ mắc cáp lắp trên máy ép cọc bấc thấm, ta có:

+ Loại dùng vật nặng để cân bằng độ dài hai nhánh cáp.

+ Loại dùng cụm puly để cân bằng cáp:

- Theo nguyên lý làm việc, ta có hai loại sau:

+ Loại rung ép (bằng cơ học hay thuỷ lực).

+ Loại ép tĩnh (bằng cơ học hay thuỷ lực).

1.3.2. Cấu tạo

Phương án sử dụng máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực có lắp bộ công tác ép cọc bấc thấm thay cho việc dùng cần trục bánh xích như ở hình, là một phương án mới và hiện nay và tương lai đang được dùng phổ biến và rộng rãi ngày càng phát triển.

Phương pháp này thực chất là dùng một máy xúc 1 gầu truyền động thuỷ lực đã tháo tay gầu chỉ để lại tai cần liên kiết với bộ công tác bằng liên kết chốt. Các máy cơ sở này thông thường là công suất khoảng từ 100 - 300 mã lực, phổ biến nhất là từ 120 - 250 mã lực. Xi lanh thuỷ lực của máy xúc có tác dụng tạo độ xiên âm hay xiên dương cho quá trình ép bấc thấm xuống nền.

1.3.3. Nguyên lý làm việc

Thường thì trên công trường khi làm nền móng sẽ phải có máy xúc, bởi máy xúc đảm nhiệm 50% công việc của công việc làm móng công trình. Như  nói ở trên là khi nền đất ở công trường phải thi công là nền đất yếu mà đặc biệt là nền sét hay á sét thì việc dùng phương pháp gia cố nền bằng cách dùng máy ép cọc bấc thấm là rất thích hợp.

Khi làm việc: người lái máy cơ sở điều chỉnh cho máy đến vị trí đã đánh dấu cần ép bấc rồi sau đó cho máy dừng lại. Sau đó chỉnh tay gầu cho bộ công tác đứng đúng tâm xiên âm xiên dương theo điều kiện công trình rồi cố định tay gầu ở vị trí đó để ép. Một người ra tín hiệu cắm bấc hay rút bấc lên; 2 người giữ bấc và cắt bấc.

1.3.4. Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm:

+ Do có sẵn máy cơ sở tại công trường vì phần lớn là thời gian đầu làm nền móng thì  máy xúc phải đảm nhiệm công việc. Khi đó phải vận chuyển bộ công tác đến và dẫn đến sẽ tiết kiện được kinh phí vận chuyển máy cơ sở.

+ Tận dụng được hệ thống dầu thủy lực của máy cơ sở mà có thể dùng ống dẫn dầu để truyền chuyển động cho bộ tời thủy lực lắp trên bộ công tác.

+ Ngoài ra khi áp dụng lên thiết bị gia cố nền đất bằng bấc thấm thì truyền động thủy lực còn cho phép nén cọc mang bấc thấm đúng tâm, thẳng đứng hơn so với truyền động cơ khí, nhất là bảo đảm các bộ máy an toàn, cọc mang bấc thấm không bị cong gãy khi bị quá tải.

- Nhược điểm:

+ Tuy có tận dụng được hệ thống thủy lực của máy cơ sở nhưng phải cần thêm 2 động cơ thủy lực và cơ cấu tời nâng.

+ Tùy theo điều kiện thi công của công trình mà chiều sâu ép cọc là khác nhau vì vậy đòi hỏi loại máy cơ sở có dung tích gầu khác nhau và phụ thuộc vào chiều sâu ép.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỘT DẪN HƯỚNG LÕI ÉP BẤC THẤM

2.1. Chọn kiểu dáng bộ công tác.

Từ mô hình tổng thể của loại máy ép cọc bấc thấm đã chọn ở trên: là loại máy xúc 1 gầu truyền động thủy lực có lắp bộ công tác ép là kết cấu thép dạng cột.

Thông thường thì cột là kết cấu chịu nén thường dùng để đỡ các kết cấu dạng dầm, dàn và trruyền tải trọng xuống bộ phận kết cấu phía dưới nó hoặc móng. Kết cấu của cột thường dùng trong kết cấu của các loại máy trục, máy nâng chuyển,…Thực tế ở đây là dùng cho kết cấu bộ phận công tác ép.

a. Chọn kiểu kết cấu cột:

Đối với cột chịu nén thì điều kiện làm việc tốt nhất của nó là chỉ chịu nén và phải bảo đảm ổn định về kết cấu và các mối liên kết.

Hình vẽ thể hiện các dạng liên kết của cột chịu tải:

Với bộ công tác ép thì chủ yếu là cột chịu lực theo phương án (B), vì vậy sẽ phải chọn ra loại hình kết cấu của cột thật thích hợp để đảm bảo độ ổn định cho bộ công tác.

b. Giới thiệu các dạng kết cấu cột:

Dựa vào những kiến thức đã học và cụ thể là dựa vào sách ”Kết cấu thép” của trường ĐHCNGTVT, đồng thời dựa vào các kết cấu của máy móc trên thực tế ta định ra được có 2 loại kết cấu cột chính:

* Cột kín:

- Khái niệm:

Cột mà hệ thanh bụng của nó là tấm bản kín suốt chiều dài thị gọi tắt là cột kín.

Các dạng mặt cắt:

Mặt cắt của cột kín có thể là hình chữ I, hình chữ +, hay là hình kín khác.

+ Cột làm bằng thép cán hình chữ I được chế tạo đơn giản nhất, nhưng bán kính quán tính đối với trục (y-y) là quá nhỏ nên không thỏa mãn điều kiện ổn định theo 2 phương vì vậy ít dùng.

+ Cột làm bằng thép chữ I cánh rộng có độ ổn định theo 2 phương gần bằng nhau.

+ Dạng mặt cắt (d) gồm 3 bản thép ghép lại với nhau bằng đường hàn có bán kính quán tính đối với 2 trục chính chênh lệch quá lớn nên ít dùng.

Kết luận: Các loại cột kín có ưu điểm là kết cấu được thu gọn, kiểu dáng đẹp, độ ổn định theo các phương đều nhau. Nhưng nhược điểm của loại này là gia công chế tạo phức tạp và giá thành cao. Với điều kiện trong nước hiện nay:

+ Công nghê luyện kim chưa đạt tới trình độ như các nước đi trước vì vậy mà các thép hình còn phải nhập của nước ngoài hay sản xuất với chất lượng chưa cao như nước ngoài.

+ Trình độ tay nghề người thợ và quy trình sản xuất vẫn còn mang nặng tính thủ công nên chỉ sản xuất tốt những sản phẩm có kết cấu đơn giản còn đới với những sản phẩm có kết cấu phức tạp thì tính chính xác của nó không được cao. Trong khi việc thiết kế và sản xuất ở nước ngoài điều thực hiện trên máy móc và tự động hóa cao nên chất lượng và số lượng sản phẩm của họ có chất lượng tốt hơn.

c. Chọn kết cấu cột:

Tuy cột kín có liên kết đơn giản hơn cột hở nhưng khi chiều rộng của cột tương đối lớn thì không có lợi khi có tải trọng gió tác dụng và trọng lượng bản thân lớn sẽ gây mất ổn định. Vậy nên khi chọn hình thức cột cần phải xét đến: yếu tố tải trọng, điều kiện sử dụng, loại thép hiện có và có khả năng chế tạo và thời tiết thi công (cấp gió). Qua những vấn đề đã trình bày ở trên và qua nghiên cứu tham khảo thêm các tư liệu dạng máy đã sản xuất trong nước và nước ngoài, đặc biệt là dạng kết cấu bộ công tác của loại máy ép này mà các thầy giáo trong bộ môn Máy Xây Dựng - ĐHCNGTVT - Hà Nội đã thiết kế và chế tạo.

Vậy “Ta chọn kết cấu bộ công tác ép là dạng cột hở dạng mắt lưới”. Do đáp ứng được các yêu cầu đặt ra ở trên.

Trong quá trình tính toán kết cấu thép của cột, kết cấu cột thép của máy ép bấc là phần quan trọng nhất và là thành phần chịu lực nhiều nhất nên khi thiết kế cần phải đảm bảo các điều kiện sau:

+ Kết cấu đủ bền và ổn định.

+ Hình dáng, tiết diện phân bố hợp lí, đảm bảo tính kinh tế và khối lượng của toàn bộ kết cấu máy.

2.2. Vật liệu chế tạo kết cấu thép của cột tháp:

Do hoàn cảnh lịch sử và sự phát triển, nước ta đã quen dùng tiêu chuẩn của Nga (GOST). Cột thép được chế từ thép cácbon trung bình, loại thép CT3 có các đặc trưng cơ tính như sau:

+ Modun đàn hồi khi kéo:           E = 2,1.10⁶ kG/cm²

+ Modun đàn hồi trượt:              G = 0,81.10⁶ kG/cm²

+ Độ dai va đập:                         a_k=50-100J/cm²   

+ Tính dẻo cao

+ Tính hàn tốt

+ Hệ số an toàn:                         n = 1.4¸1.6.

2.3. Kích thước của kết cấu thép:

Do cột thép gồm các đoạn ngắn ghép lại với nhau, mỗi đoạn dài 5 m và được ghép lại với nhau bằng bulông.

Ta chọn tiết diện của thanh biên và các thanh giằng đều là thép góc đều cạnh. Các kiểu liên kết thanh giằng ứng với từng mặt của dàn không gian được cho trên hình vẽ. Dàn không gian có kích thước: cao 25m, bề rộng 50cm, khoảng cách của các khoang là 50cm.

- Xác định kích thước chiều dài từng đoạn:

Qua phân tích các kết cấu của bộ công tác thực tế, kinh nghiệm của thầy cô chỉ dẫn và dựa vào kích thước các loại máy đã sản xuất ở trong nước có dạng kết cấu tương tự:

+ Loại máy có chiều sâu ép 15m, được chế tạo tại xưởng trường ĐHGTVT gồm có 3 đoạn, chiều dài trung bình các đoạn không quá 5.5m.

+ Loại máy có chiều sâu ép bằng 20m, được lắp đặt máy đào HITACHI-EX207 gồm 4 đoạn. Chiều dài đoạn lớn nhất bằng 5.5m.

Mặt khác dựa vào chiều cao nâng tối đa của tay cần trên máy cơ sở PC300HD-6. Qua tính toán sơ bộ từ các kích thướt, ta thấy rằng chốt liên kết tay gầu với tay cần thường nằm tại vị trí cao nhất so với mặt nền phẳng:

H = 6 ¸7m

Vậy thì liên kết chốt của tay cần với bộ công tác ta sẽ đặt trong khoảng <7m. Từ đó ta định ra được khoảng cánh hợp lí phần liên kết giữa máy cơ sở và bộ công tác. Từ đó ta định ra khoảng cách hợp lí phần liên kết giữa máy cơ sở và bộ công tác.

* Kích thước kết cấu:

- Đoạn I: (Đoạn liên kết với đế và mang puly dẫn hướng).

- Đoạn II: (Đoạn liên kết bộ công tác với máy cơ sở).

- Đoạn III: (Đoạn trung gian 1).

- Đoạn V: (Đoạn mang cụm puly đầu đỉnh cột):

Đoạn này có lắp 2 puly dẫn hướng cáp kéo trục ép. Đối với chiều sâu ép 10m hay 15m và 20m thì đoạn này không thể thiếu, cũng như đoạn I và đoạn II.

2.4. Các dạng tải trọng các dụng lên cột:

Đối với cột mắt lưới dạng kết cấu thép, để thực hiện việc tính toán thiết kế ra các mặt cắt của các thanh liên kết hay thanh biên thì trước hết: cần phải xác định được yếu tố tải trọng tác dụng. Sau đó chọn và phân tích ra biểu đồ lực tác lực lên kết cấu cột; từ đó làm cơ sở để tính chọn mắt cắt các thanh trong kết cấu cột. Từ kiến thức đã học và kinh nghiệm thực tế, ta đưa ra các dạng tải trọng tác dụng chính lên kết cấu cột cần thiết kế:

- Tải trọng ép cọc và rút cọc:

Tải trọng ép cọc (G₁₁):

Tải trọng này sinh ra khi thực hiện quá trình ép cọc, khi đó động cơ thủy lực kéo trục ép đâm xuống đất thông qua hệ thống cáp thép và puly dẫn hướng. Theo sơ đồ mắc cáp và đề bài ra thì:

G₁₁ gồm: 

 - Có phương trùng với đường tâm của trục ép

- Có chiều từ trên xuống.

- Có giá trị: G₁₁ = 80kN.

Tải trọng rút cọc (G₁₂):

Tải trọng này sinh ra khi thực hiện quá trình ép cọc lên khỏi nền, khi đó động cơ thủy lực kéo trục ép lên khỏi nền thông qua hệ cáp thép và puly dẫn hướng. Theo sơ đồ mắc cáp thì:

G₁₂ gồm: 

 - Có phương trùng với đường tâm của trục ép.

- Có chiều từ dưới lên trên.

- Có giá trị: G₁₂ = 80kN x k = 120kN.

- Tải trọng gió (G₃):

Đối với máy làm việc ngoài trời cần phải tính đến tải trọng gió gây ra. Do tải trọng gió thay đổi ngẫu nhiên và phụ thuộc điều vào thời tiết, khí hậu của từng vùng nên khi mang máy đi thi công cần chú ý điều kiện thời tiết ở công trường để bảo bảo cho máy làm việc an toàn.

a. Tải trọng gió:

- Diện tích chắn gió của kết cấu:

F_K = k_c.F_b

Trong đó:      

k_c: Hệ số độ kín của kết cấu. Tra bảng 4.3[1], ta có k_c = 0,2÷0,6; chọn k_c = 0,3.

F_b: Diện tích hình bao của kết cấu

F_b = L.B = 25.0,7 = 17,5(m²)

=> F_K = 0,3.17,5 = 5,25 (m²)

=> p_g = 25.1,5.1,5.1,5.1,1= 93(kG/m²).

=> .p_g^II = 4,9 (KN)

b. Tải trọng gió tác dụng lên kết cấu thép ở trạng thái không làm việc :

Khi này áp lực gió q₀ phải xác định theo khu vực nơi đặt cần trục. Do không biết rõ khu vực đặt cần trục nên ta lấy q₀ = 70 kG/m² . Tải trọng gió phân bố p_g tác dụng lên diện tích chắn gió của kết cấu cần trục theo từng khu vực gió ở độ cao 10m.

p_g = q_g.k­_H.c.β

Trong đó:            

k_H: Hệ số xét đến sự tăng áp lực gió theo chiều cao tính từ mặt đất. Tra bảng 6.2[1] ta có:

L = 0-10m                        k_H = 1

L = 10-20m                     k_H = 1,32

L = 20-30m                     k_H = 1,5

c: Hệ số khí động học phụ thuộc vào dạng và kích thước của cần trục và vận tốc của gió. Chọn c = 0,3.

=> p_g = 70.1.1,5.0,3 = 31,5kG/m²

p_g = 70.1,32.1,5.0,3 = 41,6kG/m²

p_g = 70.1,5.1,5.0,3 = 47,25kG/m²

- Lực cản ma sát của đất - trục ép:

F_c = L_trục.C_trục.f_c.  (8.2) [4].

Trong đó:

L_trục: Chiều dài đoạn trục cần ép xuống nền.

C_trục: Chu vi của mặt cắt trục ép.

f_c = 1: Hệ số ma sát đất – thép.

Lực này càng tăng lên khi trục ép càng lún xâu xuống đất, ta lấy giá trị max khi: L_trục = 20m.

- Ngoài ra còn có áp lực đất lên đầu mũi cọc khi ép cọc khi tời thủy lực làm việc. Nhưng vì mũi cọc có tiết diện nhỏ nên áp lực không đáng kể nên lực thắng gia tải không ảnh hưởng đến quá trình làm việc, vì vậy mà ta có thể bỏ qua các lực này.

2.5. Sơ đồ tính kết cấu:

2.5.1. Phương pháp tính:

Tính toán và thiết kế kết cấu thép cột được tiến hành theo phương pháp trạng thái giới hạn, hiện nay người ta ít dùng phương pháp trạng thái ứng suất cho phép

Khả năng chịu đựng của kết cấu thép được kiểm tra theo công thức:

s ≤ R = R^H.m                    (2.12)[6].

Trong đó:

R^H: Sức bền định mức hay giới hạn chảy của vật liệu.

m: Hệ số điều kiện làm việc xác định theo công thức:

m = m₁.m₂.m₃

Với :

m₁: Hệ số xét đến mức độ hạn chế do hỏng hóc

m₂: Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự biến dạng các cấu kiện thành mỏng do uốn nén.

m₃: Hệ số điều kiện lắp ráp, xét đến ứng suất phụ trong thanh.

k: Hệ số bằng 0,9

Tra bảng 2.7 [6], ta có:

m₁ = 0,9 : Hệ số xét đến mức độ hạn chế do hỏng hóc các bộ phận mà sự hỏng hóc có thể dẫn đến sự hư hỏng các bộ phận liên kết hoặc làm cột bị lật đổ. 

m₂ = 0,9 : hệ số xét đến ảnh hưởng của các biến dạng các cấu kiện thành mỏng cho tiết diện các bộ phận làm từ thép góc đều cạnh

m₃ = 0,9 : thanh giằng từ thép góc đều cạnh  nhưng có liên kết với khu vực lân cận bằng bản tiếp điểm.

=> R = 2500.0,9.0,9.0,9.0,9 = 1640(kG/cm²)

2.5.2. Lực căng cáp tác dụng lên cột:

Vậy ta có lực căng cáp lớn nhất là: S_max = 120(kN).

Vậy lực tác dụng lên cột tháp là: N = 2S_max =240(kN).

2.6. Tính chọn cụ thể kích thước các đoạn:

2.6.1.Tính chọn và kiểm tra thanh biên của cột:

a. Tính chọn thanh biên:

Dựa vào các nội lực đã tính ở phần trên, ta có lực nén lớn nhất trong thanh biên là R = 33241(kG). Chọn tiết diện của thanh biên ta dựa vào các phương pháp gần đúng sau:

* Phương pháp 1:

- Bước 1: Chọn trước giá trị nào đó của φ₁, dùng công thức (7.1)[1] để tìm tiết diện yêu cầu, tìm được F_ng. Sau đó xác định bán kính quán tính r và độ mảnh

- Bước 2: Căn cứ vào bán kính quán tính r và độ mảnh λ.

* Phương pháp 2:

Có thể chọn trước các kích thước của tiết diện rồi tính toán theo công thức (7.1)[6]. Kết quả tính toán được nếu chưa thoã mãn yêu cầu thì lại thay đổi một số kích thước chọn ban đầu, rồi tiếp tục tính toán đến khi nào có tiết diện thoã mãn.

* Phương pháp 3:

Có thể chọn trước độ mảnh λ rồi xác định bán kính quán tính của tiết diện yêu cầu.

b. Kiểm tra bền và ổn định của thanh biên:

* Kiểm tra độ bền của thanh biên:

M_x: Momen uốn của thanh trong tiết diện thanh chịu nén với độ lệch tâm e được tính theo công thức:

M_x = N.e_x

Với: e_x: khoảng cách từ N tới trục x-x và y-y

Suy ra: M_x = 8310,25 (kGm)

W_x: momen chống uốn theo trục x-x.

W_y: momen chống uốn theo trục y-y.

Thay số được: W_x = 712 (kGm²)

2.6.2. Tính chọn và kiểm tra các thanh giằng:

a. Chọn thanh giằng:

Khi tính các thanh giằng thì các thanh giằng được tính dưới tác dụng của lực ngang qui ước (lực giả định Q). Đối với kết cấu làm bằng thép Cácbon thấp thì Q được tính như sau:

Q = 20F                                        (7.19)[6]

Trong đó:

F: Diện tích tiết diện của thanh biên (cm²)

Q: Lực ngang qui ước (kG)

=> Q = 20.47,1 = 942(kG)

Tra bảng phụ lục 3 sách Sức bền vật liệu, chọn thép góc đều cạnh số hiệu N₀4 có diện tích tiết diện F = 2,35cm², và có các trị số như hình dưới.

Độ mảnh λ :  λ = 25,8 

Tra bảng 7.1[6], ta có φ₁≈ 0,96 ≈ φ₂. Quá trình chọn thanh giằng chéo kết thúc.

* Kiểm tra độ bền của thanh giằng chéo:

M_x: Momen uốn của thanh trong tiết diện thanh chịu nén với độ lệch tâm e được tính theo công thức:

M_x = N.e_x

Với: e_x: khoảng cách từ N tới trục x-x và y-y

Suy ra: M_x = 3,493 (kGm)

W_x: Momen chống uốn theo trục x-x.

W_y: Momen chống uốn theo trục y-y

* Kiểm tra độ ổn định của thanh giằng chéo:

156,5 (kG/m²) < m₀.R = 14640 (kG/m²) 

2.7. Ổn định tổng thể của cột thép:

2.7.1. Tính toán cột chịu nén lệch tâm theo điều kiện bền:

M_x: Momen uốn của thanh trong tiết diện của thanh bị nén với độ lệch tâm e luôn có thể viết dưới dạng:

M_x = N.e_x

Trong đó:

N_gh: Lực nén

F_th: Diện tích thực của tiết diện chịu nén.

M_x: Momen uốn theo trục x-x

W_x: Momen chống uốn theo trục x-x

Với: e_x: Khoảng cách từ N tới trục y-y khi chưa dời lực N về tâm của tiết diện.

m₀: Hệ số điều kiện làm việc.

Lực nén tác dụng lên tiết diện của cột N = 33241(kG).

Momen uốn của cột với độ lệch tâm e = 25cm

M_x = 33241.25 = 831025(kGcm).

Momen quán tính của tiết diện đối với trục x-x

J_max = 2J_X = 2(J_x + b²F)

J_max = 2.( 2896 + 22,77².47,1)

=> J_max =  54632(cm² )

=> W_x = 2185 (cm² )

2.7.2. Tính toán cột chịu nén lệch tâm theo điều kiện ổn định:

Khi chiều dài của thanh lớn thì yếu tố quyết định độ an toàn của nó là độ ổn định. Tính toán thanh cong chịu nén theo ổn định rất phức tạp. Ở đây không áp dụng được nguyên tắc độc lập tác dụng của lực. Do tác động của momen uốn do độ lệch tâm của lực dọc sẽ xuất hiện và tăng dần lên. Khi độ lệch của lực dọc tăng lại dẫn đến sự tăng momen uốn ban đầu. Sự tăng momen uốn lại dẫn đến sự tăng tiếp độ lệch tâm của lực dọc và cứ thế tiếp diễn…

a. Tính ổn định của cột chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng tác dụng của momen uốn:

F_b, F_g1, F_g2: Lần lượt là diện tích tiết diện của các thanh biên và thanh giằng.

k₁, k₂: Các hệ số đối với các mặt phẳng tương ứng phụ thuộc vào góc nghiêng giữa thanh chéo và thanh biên.

Theo hình 7.7a[1], ta có:

r_x = r_y = 0,43b = 0,43.50 =21,5cm

=> λ_x = 18,6.

=> λ_max= λ_x = 18,6.

Tra bảng ta có k₁ = 27

=> Thay số được: λ_qd = 29,7

b. Tính ổn định của cột chịu nén lệch tâm trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng tác dụng của momen uốn:

C: Hệ số kể đến ảnh hưởng của momen uốn M_x và hình dạng tiết diện. Hệ số này phụ thuộc vào λ_y và m_x.

Bán kính quán tính của tiết diện: r_y = 21,5 cm

=> Thay số được:  λ_y = 4,65

Dựa vào hình 7.18[6], ta có C = 0,324

Dựa vào bảng 7.1[6], tra bảng ta được hệ số uốn dọc φ = 0,995

=> N/(C.φ_y.F) = 547,31(kG/cm²) ≤ m₀.R = 1640(kG/cm²)

2.8. Tính liên kết tiếp điểm.

Ta chọn liên kết tiếp điểm của: (Thanh biên + Thanh giằng ngang + Thanh giằng xiên). Trong kết cấu của đoạn I tại điểm có các trị số lực max là liên kết hàn thông bản liên kết. Lý do chọn dựa vào mấy vấn đề sau:

+ Liên kết bằng đường hàn là hình thức chủ yếu nhất của kết cấu thép hiện nay. Đặc điểm là nó không làm giảm yếu mặt cắt của thanh, cấu tạo đơn giản và dễ dàng sử dụng.

+ Đối với kết cấu cột của bộ công tác, cụ thể là đoạn I. Do phải chịu lực lớn từ các đoạn trên truyền xuống và kích thước các khoang nhỏ (không lớn như kết cấu của cần trục tháp và các kết cấu khác). Nên chổ tiếp điểm giữa các thanh (Biên+ Ngang + Xiên) dựa vào điều kiện thực tế sản xuất trong nước hiện nay cũng như kiến thức đã học mà ta nên sử dụng phương pháp hàn và định tán.

- Đối với phương pháp liên kết bằng đinh tán trong trường hợp này phải thêm bản liên kết và số lượng đinh tán cũng không nhỏ nên làm giảm đi diện tích chịu lực cần thiết của chổ tiếp điểm. Về mặt sản xuất và chế tạo thì phức tạp hơn đối với phương án hàn.

2.8.1. Tính toán đường hàn:

* Sơ đồ tính đường hàn:

Chọn chiều cao đường hàn h_h = 5(mm).

- Tính đường hàn liên kết thanh số 1 vào thanh biên:

+ Bố trí đường hàn sóng:

Thay số được: l_kg = 6,81 (cm). Chọn l_kg = 7 (cm)

+ Bố trí đường hàn mép:

Thay số được: l_km = 3,22 (cm). Chọn l_kg = 4 (cm)

+ Bố trí đường hàn mép:

Thay số được: l_km = 4,5 (cm). Chọn l_kg = 5 (cm)

- Tính đường hàn liên kết thanh số 3 vào thanh biên:

+ Bố trí đường hàn sóng:

Thay số được: l_ks = 5,92 (cm). Chọn l_kg = 6 (cm)

+ Bố trí đường hàn mép:

Thay số được: l_km = 3,1 (cm). Chọn l_kg = 4 (cm)

2.8.2. Tính liên kết giữa các đoạn cột:

Các dạng cột là ta định ra được liên kết với nhau thông qua mối ghép bulông và mặt bích có thêm gân chịu lực tăng cường liên kết với nhau bằng đường hàn. Chọn sơ bộ hình dáng liên kết và tính cho 1 nhánh cột.

Khi nối đoạn này với đoạn kia, thông thường liên kết này chịu lực kéo nén đúng tâm khi làm việc ngoài ra còn có lực gió tác dụng lên các momen uốn và lực cắt (trượt giữa các bản thép). Khi tháo lắp, cột được ghép lại sâu đó được cẩu lên, lúc này mối liên kết chủ yếu chịu lực cắt và momen uốn.

2.8.3. Kiểu dáng bản đế:

Thay số dduwwocj: b = 19,8 cm=> Ta chọn b = 20cm.

Vì chọn bản đế hình vuông có kích thước vừa tính: b = 20cm. số gân liên kết tổng cộng mỗi cột là 6. Bulông ghép 2 bản với nhau là bulông 6 cạnh.

Ưng với khi chịu kéo:

Thay số được: d_ct = 59 (cm)

Vậy với d_ct= 72(mm), tính khi chịu cắt là lớn nhất. Vậy, ta chọn bulông liên kết 2 bản đế của một nhánh cột: n = 4(bulông) với đường kính một bulông:

d  ≥ d_ct/4 = 18 (mm)

Ta chọn: 4 bu lông có d = 20(mm) được phân đều ra 4 góc của bản đế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Động Lực Học Máy Xây Dụng.

PGS-TS Nguyễn Văn Vịnh

 Nhà xuất bản giao thông vận tải.

2. Máy thi công chuyên dùng.

PGS-TS Nguyễn Bính

Nhà xuất bản giao thông vận tải.

3. Truyền động máy xây dựng và xếp dỡ.

Vũ Thanh Bình - Nguyễn Đăng Điệm

Nhà xuất bản giao thông vận tải.

4. Tính toán thiết kế hện thống dẫn động cơ khí.

Trịnh Chất - Lê Văn Uyển.

5. Tính toán thiết kế máy nâng vận chuyển.

6. Thiết kế chi tiết máy.

Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm

 Nhà xuất bản giáo dục.

7. Chi tiết máy 2.

Trương Tất Đích

NXB khoa học kỹ thuật.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"