Thiết kế kỹ thuật công trình đà bán ụ trọng tải 5.000 tấn - Ch 3

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:66

Thêm vào BST

Báo xấu

104
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Thông số của tàu: Tổng tải trọng: Tự trọng tàu hạ thuỷ: Chiều dài lớn nhất của tàu: Chiều rộng lớn nhất của tàu: Mớn nước hạ thuỷ: 5000 tấn 2000 tấn Lmax = 120 m Bmax = 18 m Tmin = 1,5 m Kết cấu đà bán ụ 5000T bao gồm những hạng mục sau: A. Cửa phao: phao cửa ụ kết cấu thép, dạng tự nổi. Kích thước phao cửa ụ, dài x rộng x cao = 21,4m x 2,2m x 6,65m. Khi đóng phao cửa ụ, phao tựa vào ngưỡng và tường mố...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế kỹ thuật công trình đà bán ụ trọng tải 5.000 tấn - Ch 3

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Thông số của tàu: Tổng tải trọng: 5000 tấn Tự trọng tàu hạ thuỷ: 2000 tấn Chiều dài lớn nhất của tàu: Lmax = 120 m Chiều rộng lớn nhất của tàu: Bmax = 18 m Mớn nước hạ thuỷ: Tmin = 1,5 m Kết cấu đà bán ụ 5000T bao gồm những hạng mục sau: A. Cửa phao: phao cửa ụ kết cấu thép, dạng tự nổi. Kích thước phao cửa ụ, dài x rộng x cao = 21,4m x 2,2m x 6,65m. Khi đóng phao cửa ụ, phao tựa vào ngưỡng và tường mố cửa ụ, toàn bộ thân phao tựa lên hai đầu mố tường ụ bởi vai đỡ của cửa phao. B. Xe triền: kích thước xe = dài x rộng x cao = 7mx3mx430mm (tính từ tâm trục bánh xe). C. Đầu ụ. 1. Móng cọc đầu ụ. 2. Bản đáy cửa ụ. 3. Tường mố cửa ụ. 4. Tường đất sét chống thấm.
5. Thiết bị công nghệ. D. Ray và dầm ray. E. Bệ đà. F. Kè hai bên bệ đà. G. Bệ puly (hố thế). Do thời gian hoàn thành đề tài ngắn cũng như kiến thức còn hạn chế và thông qua quá trình thực tế tại nhà máy đóng tàu Nha Trang nên trong đề tài này em xin trình bày hai hạng mục quan trọng nhất trong đà bán ụ 5000T đó là: Xe triền và Phao cửa ụ. 3.1 TÍNH TOÁN XE TRIỀN Sơ đồ khung xe triền 3.1.1 Đặc tính kỹ thuật của xe triền:  Sức chở tối đa: Q = 250T/1xe  Kích thước xe = dài x rộng x cao = 7mx3mx430mm (tính từ tâm trục bánh xe)
 Khoảng cách giữa hai tâm bánh xe trong theo phương dọc: Lxt = 3000mm  Khoảng cách giữa hai tâm bánh xe ngoài theo phương dọc: Lxn = 6600mm  Chiều cao của xe tính từ mặt đường ray đến sàn đỡ tàu: H = 600mm  Kích thước của sàn xe đỡ tàu: 6960 x 3000mm  Xe tự cân bằng khi leo và xuống dốc với độ nghiêng 1/10  Đường kính bánh xe Dx = 400mm ( bánh xe có 2 gờ định hướng và chống trượt )  Tổng số bánh xe: 16  Số ray mà xe tựa lên: 4 cái  Tải trọng cho phép của một bánh xe: 70 tấn/cái  Kết cấu hệ bánh xe di chuyển có các khớp xoay để tàu nằm trên xe được ổn định và bánh xe luôn tiếp xúc với các đường ray  Khung xe triền kết cấu theo hệ khung chịu lực, tiết diện hình hộp chữ nhật để tăng sức chịu tải, giảm khối lượng vật liệu đồng thời có độ ổn định cao  Khung xe có cấu tạo 3 nhịp dầm gồm 4 hàng bánh xe chạy trên 4 đường ray đảm bảo ổn định cho tàu khi hạ thuỷ  Khung ngoài thân xe có kết cấu U450x12/120x14 bằng thép hàn. Các thanh cơ cấu này được liên kết với nhau bằng liên kết hàn và gia cường mã  Dầm đỡ cụm bánh xe có kết cấu U450x12/120x14, mỗi dầm đ ược liên kết bởi các cơ cấu tạo khung hợp vững chắc và được nâng đỡ bằng 2 cụm bánh
xe ( mỗi cụm 2 bánh ). Toàn bộ thân xe gồm có 4 dầm song song liên kết khung ngoài bằng liên kết hàn và gia cường mã  Khung cơ cấu bên trong bao gồm cơ cấu dọc ngang, chéo bằng thép hàn dạng 1450x12/150x14 được hàn với nhau và liên kết với khung  Trên hai đầu trước và sau của thân xe lắp 3 móc dùng để liên kết giữa các xe với nhau, vị trí móc giữa có thể dùng để liên kết cứng  Cụm bánh xe: bao gồm 1 khung dầm đỡ bằng thép chiều dày s = 20mm, 2 bánh xe với Dx = 400mm, 1 cụm gối đỡ xoay liên kết với khung xe giúp cho bánh xe luôn tì vào ray khi di chuyển 3.1.2 Tính toán kiểm tra bền bánh xe triền:  c  = N/F Áp dụng định luật Hooke: ( 3 -1 ) Trong đó:  c   250 MN / m 2 _là giới hạn chảy vật liệu thép các bon, tra bảng F_mặt cắt chịu lực của vật liệu, chọn mặt cắt nhỏ nhất N_lực nén lớn nhất mà bánh xe chịu được trước khi bị biến dạng chảy Mặt cắt chịu lực nhỏ nhất chính là mặt cắt di qua tâm bánh xe hướng dọc theo hướng chịu lực của bánh xe như trên hình vẽ sau
Hình 3.1 Mặt cắt chịu lực bánh xe triền F = 14075 mm2 F = 0,01408 m2 Vậy: N =  c .F = 0,01408.250 = 352 T Như vậy với tổng lực tác dụng lên bánh xe là 255 T thì bánh xe đủ bền. 3.1.3 Tính toán kiểm tra bền trục bánh xe:
Tải trọng của xe triền: 250T Tự trọng của xe triền: 5T Mô hình tải trọng tác dụng lên trục xe được thể hiện như sau: q=593(N/mm) D 270 + Qy (N) - 135 135 Mx (N/mm) Hình 3.2 Mô hình tải trọng tác dụng lên trục xe Trục xe triền được chọn có dạng hình tròn với đường kính D ( mm ) Như vậy tải trọng tác dụng lên một trục là: 250  5 p=  16 T 16 Lực phân bố đều trên một trục là: p 160000 q=  593 ( N/mm )  l 270 Dựa vào sơ đồ mô men lực ta thấy: tại mặt cắt giữa thì trục nguy hiểm nhất
ql 2 593.270  5403713 (N/mm2) Mô men cực đại là: Mmax =  8 8 ql 593.270 Lực cắt lớn nhất của trục là: Qmax =  80,055 (N)  2 2.1000 Mặt khác vì chọn trục hình tròn nên ta có: Mô men chống uốn của mặt cắt là: Wx = 0,1.D3 Vậy ứng suất gây ra tại giữa trục là: M max     Wmax   =235 (N/mm2)_ứng suất cho phép của vật liệu làm trục Thế vào ta được: 0,1D3  22995 Vậy D  61,3 (mm) Như vậy khi tính chọn đường kính trục ta thường nhân với hệ số an toàn là: n = 1,5 Vậy đường kính trục thực tế phải chọn là: D = 61,3.1,5 = 91,95 (mm) Để dễ thi công và đảm bảo độ bền của trục ta chọn đường kính trục xe là: D = 100 (mm) 3.1.4 Tính toán kiểm tra bền sàn xe triền:
Hình 3.3 Sơ đồ sàn xe triền Quá trình kiểm tra bền được thực hiện theo quy trình sau:  Kiểm tra tại vị trí nguy hiểm nhất của sàn chịu lực  Lựa chọn từ việc kiểm tra để có được phương án tối ưu Vị trí nguy hiểm nhất của sàn là tại dầm giữa sàn có kết cấu như hình vẽ: 3.1.4.1 Đối với dầm đỡ dọc: Sơ đồ tải trọng tác dụng.
q=104,64(N /m m ) d t h 450 3000 Qy + - 1500 1500 M x ( N /m m ) Hình 3.4 Mô hình tải trọng tác dụng lên trục xe Về mặt kết cấu của dầm như sau: Chiều dài chịu tác dụng trên gối: 3000 mm Dầm có kết cấu chữ I: d = 150 mm b = 450 mm h = 12 mm t = 14 mm Tải trọng sàn làm việc: Q = 250 T Tải trọng bản thân sàn và các thiết bị trên sàn: T = 5 (T) Số dầm đỡ dọc trên sàn xe triền là: 8 dầm
Ta coi tải trọng phân bố đều trên sàn xe triền, như vậy ta tính được tải trọng phân 255 bố trên một dầm của sàn là: p =  32 T 8 32.9,81.1000 Khi đó lực phân bố đều trêm một dầm là: q =  104,64 N/mm 3000 Ứng suất bền cho phép của vật liều làm dầm là:    235 N/mm2 Ứng suất tiếp cho phép của vật liệu làm dầm là:    117,5 N/mm2 Dầm đặt trên gối di động Mô men uốn tại mặt cắt giữa dầm là: ql 2 104,64.3000 2  117720000 N/mm2 M=  8 8 Lực cắt cực đại của dầm: ql 104,64.3000 Q=  156960 N  2 2 Mô men quán tính: Với dầm chữ I thì 12.422 3  2.2112.150.14 = 262139648 mm4 Mô men quán tính: Jx = 12 Jx  1165065 mm3 Mô men chống uốn của mặt cắt: Wx = 225 Ứng suất tiếp lớn nhất:
Fc 156960.(150.2.218  12.2112 / 2) Q.S y 2  1,7 N/mm <    max   J x .  262139648.117,5 M 117720000  101,04 N/mm2 <   Ứng suất pháp lớn nhất:  max   Wx 1165065 Theo thuyết bền 3 ta có: 2 2  td   max  4 max 2 2   td  101,04 2  4.1,7 2  101,1 N/mm <   = 235 N/mm . Vậy kết cấu trên đủ bền. 3.1.4.2 Đối với dầm đỡ ngang: q = 2 1 0 (N /m m ) 3000 + Qy - 1500 1500 M x ( N /m m ) Hình 3.5 Mô hình tải trọng tác dụng lên dầm đỡ ngang Kết cấu dầm theo hình vẽ:
Thép chữ I hàn, có chiều dài max là: 3000 mm Thép chư I có các kích thước: d = 150 mm B = 450 mm H = 12 mm T = 14 mm Tải trọng sàn làm việc: Q = 250 T Tải trọng bản thân sàn: Qs = 5 T Số dầm đỡ ngang trên sàn xe triền là: 4 dầm Tải trọng tác dụng trên một dầm là: p = 64 T. Ta coi tải trọng tác dụng lên sàn xe triền là phân bố đều, như vậy ta có thể tính p 64.9,81.1000 được tải trọng phân bố đều trên dầm là: q =  210 N/mm  l 3000 Trong đó: Ứng suất bền cho phép của vật liệu làm dầm là:    235 N/mm2 Ứng suất tiếp cho phép của vật liệu:    117,5 N/mm2 Dầm đặt trên gối di động Tính bền tại mặt cắt giữa ql 2 210.3000 2  236250000 N/mm2 Mô men uốn tại mặt cắt giữa dầm là: M =  8 8 ql 210.3000 2 Lực cắt cực đại của dầm: Q =  315000 N/mm  2 2
12.422 3  2.2112.150.14 = 262139648 mm4 Mô men quán tính: Jx = 12 Jx  1165065 mm3 Mô men chống uốn của mặt cắt: Wx = 225 Ứng suất tiếp lớn nhất: Fc 315000.(150.2.218  12.2112 / 2) Q.S y 2  3,4 N/mm <    max   J x .  262139648.117,5 M 236250000  203 N/mm2 <   Ứng suất pháp lớn nhất:  max   Wx 1165065 Theo thuyết bền 3 ta có:  td   max  4 max  203 2  4.3,4 2  203,03 N/mm2 <   2 2 Vậy kết cấu trên là đủ bền 3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHAO CỬA Ụ 3.2.1 Các thông số phao cửa ụ: Chiều dài: L = 21,4 m Chiều rộng: B = 2,2 m Chiều cao: H = 6,65 m Chiều chìm: T = 1,8 m Lượng chiếm nước: D = 70 tấn
V = 255 m3 Dung tích toàn phần: 3.2.2 Kết cấu phao: Phao cửa ụ được đóng bằng thép đóng tàu có giới hạn bền 2400KG/cm2 Phao cửa ụ được đóng theo hệ thống kết cấu ngang với các cơ cấu dầm dọc, khoảng sườn thực là a = 500 mm Qui cách các cơ cấu chính  Tôn boong S = 10mm  Tôn mạn vùng đáy S = 10mm  Tôn vùng cạnh S = 10mm  Tôn mạn giữa S = 8mm  Tôn đáy S = 10mm  Tôn vách dọc S = 8mm  Sống dọc boong L65x65x8  Sống dọc mạn T150x8/50x10  Sống dọc đáy L65x65x8  Sườn thường L65x65x8  Sườn khoẻ T150x8/50x10  Sườn đặt S = 8mm
 Nẹp sườn đặt 10x8 3.2.3 Tính toán bền cho phao cửa ụ: Moá ñæ phao ñôõ nh KHOANG KHO ÑEÅ Y BÔ CAÁ VAØ NÖ Ù C Û PHAO Â MAÙ M P XAÛ Ô U CA KHOANG CHÖ NÖ Ù ÙÔ A C Hình 3.6 Sơ đồ mặt đứng cửa phao Tính bền cho cửa nổi dựa trên mô men uốn tại điểm giữa của phao và lực cắt tại hai đầu mố kê Cửa phao tựa lên trên hai mố đầu ụ chịu tải của toàn bộ khối lượng phao và lượng nước dằn trong phao tai vị trí đáy phao chịu phản lực của cao su l àm kín nước nhưng không đáng kể nên bỏ qua. Vậy tổng tải trọng tính toán là 70 tấn và phân bố như sau:
R B = 343352 N R A = 343352 N q = 3 2 0 8 9 ( N /m ) A B 2 1 ,4 m 343352 Qx N + - 343352 M x ( N /m m ) 1 8 3 6 9 3 4 ,8 N .m Hình 3.7 Mô hình tải trọng tác dụng lên phao cửa ụ Mô men uốn lớn nhất tại điểm giữa cửa: x = 10,7m Mxmax = 1836934,8 (N.m) = 1836934800 (N.mm) Mặt cắt ngang tại điểm giữ của cửa: Z = 0,2423 (m3) = 242300000 (mm3) Ứng suất tại điểm giữa của cửa là: M x max 1836934800 2 2  7,58 (N/mm ) <    235 (N/mm )   Z 242300000    235 (N/mm2)_Ứng suất cho phép của vật liệu Vậy phao cửa ụ thoả mạn yêu cầu độ uốn dọc. Tại vị trí 2 đầu mố kê (2 đầu vai đỡ phao cửa ụ). Akết cấu gia cường = 1450x6650 = 9642500 mm2
Áp lực tác dụng lên 2 đầu vai đỡ cửa ụ là: P = RA = RB = 343352 (N) Với A là diện tích cho phép P là áp lực    235 (N/mm2)_Ứng suất cho phép của vật liệu P 343352  1461,07 (mm2) < (9642500 mm2) tại 2 đầu mố kê của phao  A=    235  Acho phép < Akết cấu gia cường Như vậy trong trường hợp phao cửa ụ đóng thì tại vị trí vai đỡ 2 đầu chịu khối lượng của bản thân và thể tích nước chênh với mức nước của thuỷ triều là 70 tấn. Theo tính toán như trên thì kết cấu vai đỡ 2 đầu đủ bền. * Áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên thành cửa ụ: Tính bền cho phao nổi dựa trên mô men uốn tại điểm giữa của phao và lực cắt tại vị trí đầu tựa lên gờ chắn phao cửa ụ. Đáy cửa tựa lên gờ chắn phao cửa ụ và chịu áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất là 5,4 tấn/m theo sơ đồ phân bố tải trọng. Phao cửa ụ là một cấu kiện liên kết bằng cách hàn các chi tiết với nhau, vì thế phao cửa ụ là một cấu kiện vững. Khi áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên thành ngoài phao cửa ụ thì cấu kiện sẽ chịu toàn bộ áp lực thuỷ tĩnh. Để đơn giản hoá trong quá trình tính toán ta mô hình sơ đồ phân bố trên thành sơ đồ phân bố lực như sau:
R B = 158922 N R A = 158922 N q = 5 2 9 7 4 (N /m ) A B 6m 158922 Qx N + - 158922 M x ( N /m m ) 2 3 8 3 8 3 N .m Hình 3.8 Sơ đồ phân bố lực Mô men uốn lớn nhất tại điểm giữa phao: x = 10,7 m Mxmax = 238383 (N. m) = 238383000 (N.mm) Mặt cắt ngang tại giữa phao: Z = 0,165 (m3) = 165000000 (mm3)  Ứng suất tại điểm giữa phao: M x max 238383000 2 2  1, 445 (N/mm ) <    235 (N/mm )   Z 165000000    235 (N/mm2)_Ứng suất cho phép của vật liệu Vậy cửa phao thoả mãn yêu cầu của áp lực thuỷ tĩnh tác dụng lên Tại vị trí cửa ụ tựa lên gờ chắn phao cửa ụ. Akết cấu gia cường = 700 x 6650 = 4655000 mm2
Áp lực tác dụng lên gờ chắn phao cửa ụ là: P = RA = RB = 158922 (N) Với A là diện tích cho phép P là áp lực    235 (N/mm2)_Ứng suất cho phép của vật liệu P 158922  676,26 (mm2) < 4655000 (mm2) tại 2 đầu mố kê cửa phao  A    235  Acho phép < Akết cấu gia cường Như vậy trong trường hợp cửa ụ đóng thì tại vị trí phao cửa ụ tựa lên gờ chắn tại đáy phao tính toán theo điều kiện cắt không ảnh hưởng đến kết cấu.
TÍNH SỨC BỀN DỌC PHAO CỬA Ụ ( Ay )  635491 (mm2.m) ( Ai)  179175 (mm2) ( Ay 2 )  2914146 (mm2.m2) (i)  94128 ( Ay ) 635491 y2 =  3,547 (m) y1 = 6,65 – y2 = 6,65 – 3,547 = 3,113 (m)  ( Ai) 179175 I0 = ( Ay 2  i )  2914146  94128  3008274 (mm2.m2) y 2 .( A)  y 2 .( Ay )  2254086 (mm2.m2) 2 INA = I0 - ( Ay 2 )  I 0  y 2 ( Ay )  754188 (mm2.m2) 2 I NA  0,2423 (m3)_mô đun chống uốn tại mặt trên Z1 = y1 M x max 1836934800  7,58 (N/mm2) <  y ( A)  235 (N/mm2) =   trên, dưới 9 Z1 0,2423.10 I NA  0,213 (m3)_mô đun chống uốn tại mặt đáy Z2 = y2