Tính toán khả năng chịu tải của vận thăng VPV200 theo thiết kế có sẵn khi lắp đến độ sâu 200m. Nếu vận thăng theo thiết kế không đạt khả năng chịu tải thì đưa ra mô hình thiết kế mới phù hợp và đủ khả năng chịu tải.
Phần mềm tính toán: Sap2000 V.11; SolidWorks 2004; Visual Nastran 4D.
2. Mô hình tính toán vận thăng
2.1. Các bản vẽ thiết kế (ko up)
2.2. Mô hình tính toán vận thăng theo bản vẽ thiết kế
• Kết cấu tổng thể kết cấu vận thăng khi lắp đặt độ sâu 200m
- Kết cấu khung vận thăng sẽ được lắp treo từ mặt đất xuống độ sâu ~200m, giằng vào vách đá, có 4 đốt khung nhô lên mặt đất.
- Mỗi tầng của vận thăng cao 1,508m (theo bản vẽ thiết kế), được xếp chồng lần lượt lên nhau qua 4 chân trụ, 4 chân này được ngàm với nhau bởi các bulong M24x150.
- Toàn bộ kết cấu khung sẽ được giằng vào vách đá với khoảng cách mỗi vị trí giằng là 4.524m, mỗi vị trí sẽ có 2 giằng đối xứng vào kết cấu khung (theo bản vẽ thiết kế), 4 tầng trên mặt đất sẽ được giằng cứng vào hệ thống kết cấu khung trên mặt đất.
- Chiều sâu lắp đặt tính toán là ~200m với 128 tầng + 4 tầng trên mặt đất.
- Số lượng giằng vào vách đá: 2 x 44 = 88 giằng.
• Các đặc tính về tiết diện thanh và vật liệu được dùng
- 4 trụ chính: 76x4.5 (P76x4.5), vật liệu: C20.
- Hệ thống giằng ngang: L75x50x6, vật liệu: CT3.
- Hệ thống giằng chéo: 27x1.5 (P27x1.5), vật liệu: CT3.
- Hệ thống khung lắp vào kết cấu để giằng: hộp vuông 50x50x3.8 (GIANG50x50x3.8), vật liệu: CT3.
- Thanh răng, vật liệu: C20.
- Bulong M24x150 (giằng 4 chân của 2 tầng vận thăng treo lên nhau).
- Bulong M18-TR bắt thanh răng vào khung.
• Mô hình tính toán kết cấu 3D
- Mô hình khung
Hình 2.1 – Mô hình tính toán khung vận thăng 3D.
- Mô hình giằng (2 bên đối xứng)
Hình 2.2 – Mô hình tính toán giằng 3D.
Ghi chú: Các mô hình được dựng hoàn toàn theo các bản vẽ thiết kế do bên A cung cấp.
2.3. Mô hình tính tải do tải trọng bản thân của lồng tác dụng lên vận thăng
Hình 2.3 – Mô hình tính toán khung lồng 3D.
- Mỗi lồng theo bản vẽ thiết kế có kích thước là 2.6 x 0.8 x 1.6 (m).
- Tải trọng tổng thể = tải trọng bản thân + tải trọng vận chuyển + tải trọng động cơ
= 0.65 tấn + 0.35 tấn + 0.5 tấn = 1.5 tấn.
- Chọn hệ số an toàn tải trọng tĩnh trên lồng là 1.4 ta có lực tập trung lên lồng là 2.1 tấn phân bố đều trên sàn lồng.
- Hình 2.3 là kết quả tính tải trọng tác dụng của lồng lên khung vận thăng, ta sẽ lấy các tải trọng tác dụng này là lực động đầu vào cho phần tính kết cấu khung vận thăng dưới đây.
3. Tính toán vận thăng theo bản vẽ thiết kế
Phần này sẽ kiểm tra khả năng chịu tải của hệ khung – giằng vận thăng theo bản vẽ thiết kế khi chịu lồng tải trọng 1.5 tấn. Nếu không đạt độ bền cho phép thì sẽ phân tích đưa ra phương án thay đổi phù hợp sao cho kết cấu chịu được tải trọng yêu cầu và đạt độ bền cho phép.
• Để tiện việc phân tích trạng thái chịu tải và đưa ra phương án thay đổi nếu kết cấu khung không đạt độ bền cho phép, ta sẽ thực hiện tính toán theo 2 cách như sau:
- Tính toán hệ khung vận thăng và hệ giằng vào vách đá độc lập: thực hiện tính hệ khung với giả thiết hệ giằng đã thỏa mãn độ ngàm vào khung (tại các vị trí trong thiết kế), kiểm tra khả độ bền, sau đó lấy các phản lực tại các ngàm có giằng đưa vào tính toán hệ giằng, việc tính toán 2 hệ này là độc lập và được thực hiện tuần tự.
- Tính toán hệ khung – giằng kết hợp: mô hình tính toán sẽ là hệ giằng giằng hệ khung vào vách đá, trường hợp này có sự tương tác giữa 2 hệ và nó sẽ mô tả trạng thái làm việc của vận thăng một cách chính xác hơn.
• Các trường hợp tính toán và kết quả đưa ra:
- Tính toán với 3 trường hợp đặt tải (lồng): tải ở độ sâu lớn nhất (200m); tải ở độ sâu trung bình (100m); tải ở độ sâu nhỏ nhất (~2m).
- Mỗi trường hợp sẽ trích ra 2 bảng kết quả: bảng thứ nhất là bảng PMM 20 phần tử có tỷ số PMM lớn nhất, bảng thứ 2 là bảng phản lực liên kết của 5 điểm giằng có phản lực lớn nhất, kết quả tính phản lực này sẽ được dùng để tính hệ thống giằng vào vách đá.
• Các ký hiệu:
+ DEAD: tải trọng bản thân
+ p – mass: tải trọng dolồng tác dụng lên vận thăng.
• Các tổ hợp tải trong tính toán thiết kế:
+ UDSTL1 = 1.5 DEAD;
+ UDSTL2 = 1.4 DEAD + 1.7 p–mass;
• Chuẩn thiết kế theo Sap2000 đối với các kết cấu thép: AISC-LRFD99:
- Tỷ số ứng suất cho phép: 0.95.
- Hệ số tải trọng bản thân cao nhất: 1.5.
- Hệ số tải trọng lồng cao nhất: 1.7.
• Các đặc tính cơ học của thép CT3:
- Giới hạn chảy: 225 MPa
- Độ bền kéo: 373 MPa
• Khả năng chịu tải của Bulong M24x150 (do bên A cung cấp)
- Giới hạn chảy: 846 MPa
- Độ bền kéo: 931 MPa
• Khả năng chịu tải của Bulong M18x150 (do bên A cung cấp)
- Giới hạn chảy: 622 MPa
- Độ bền kéo: 633 MPa
• Khả năng chịu tải của Bulong M30x220 (do bên A cung cấp)
- Giới hạn chảy: 415 MPa
- Độ bền kéo: 731 MPa
3.1. Tính toán hệ khung đốt vận thăng
3.1.1. Lồng ở vị trí thấp nhất (sâu 190m)
• Nhận xét: tỷ số PMM lớn nhất là tại thanh L75x50x6 là 0.897 < 0.95 đạt độ bền làm việc.
3.1.2. Lồng ở vị trí sâu 100m
• Nhận xét: tỷ số PMM lớn nhất là tại thanh L75x50x6 là 0.556 < 0.95 đạt độ bền làm việc.
3.1.3. Lồng ở vị trí cao nhất (sâu ~2m)
• Nhận xét: tỷ số PMM lớn nhất là tại thanh L75x50x6 là 0.382 < 0.95 đạt độ bền làm việc.
• Kết luận: Hệ khung đốt vận thăng khi đảm bảo độ ngàm vào vách đá thì làm việc đạt độ bền cho phép khi chịu tải 1.5 tấn. Trường hợp tải ở độ sâu lớn nhất (200m) thì kết cấu chịu tải lớn nhất và phản lực ở ngàm cũng lớn nhất. Ta sẽ lấy các phản lực này làm đầu vào cho tính toán hệ giằng dưới đây.
3.2. Tính toán hệ giằng vào vách đá
Với kết quả tính hệ khung vận thăng ở trên, ta thấy trường hợp tính toán 1 (lồng ở vị trí sâu nhất) thì khung chịu tải lớn nhất và phản lực tác dụng lên hệ giằng vào vách trong trường hợp này là lớn nhất, đặt các phản lực đó vào hệ giằng vách đá ta có kết quả tính như sau:
Hình 3.1 – Kết quả tính toán hệ giằng.
Hình 3.2 – Đồ thị kết quả tính ứng suất khi tính toán hệ giằng.
Kết quả tính trên cho thấy bulong M30 chịu ứng suất lớn nhất (vị trí màu đỏ) là 1.45x109Pa=1450MPa, trong khi ứng suất chảy cho phép của bulong M30 (theo kết quả kéo thử bên A cung cấp) là 415MPa<1450MPa, do đó kết cấu giằng không đạt độ bền cho phép.
• Kết luận:
- Khi hệ khung đảm bảo độ ngàm vào vách đá thì nó đạt độ bền cho phép.
- Hệ giằng không đảm bảo được độ ngàm theo yêu cầu.
Như vậy là hệ vận thăng theo thiết kế không đạt độ bền, ta sẽ phải tính toán phân tích nguyên nhân và đưa ra phương án thay đổi cho phù hợp và đạt yêu cầu.
3.3. Tính toán hệ khung – giằng kết hợp
Phần này sẽ thực hiện tính toán hệ khung – giằng kết hợp, với trường hợp tải ở độ sâu nhất.
Hình 3.3 – Mô hình tính toán hệ khung – giằng.
Hình 3.4 – Vị trí thanh TAI50x16 không đạt độ bền.
Như vậy phương án giằng như trên không đạt độ bền, các tai giằng 140x50x16 không đạt độ bền cho phép (hình 3.4).
• Nhận xét:
- Với các trường hợp tính toán hệ khung và hệ giằng độc lập ở phần 3 thì hệ khung đảm bảo độ bền khi các vị trí ngàm đảm bảo.
- Với trường hợp tính toán kết hợp hệ khung – giằng thì các tai giằng 140x50x16 không đạt độ bền cho phép, từ đó có thể thấy là hệ thanh giằng vào vách đá chưa đảm bảo được độ ngàm cho khung, cần phải thiết kết lại hệ giằng này.
• Đánh giá:
- Với trường hợp tính toán hệ giằng độc lập (3.2) ta thấy rằng bulong M30 là phần tử tập trung ứng suất lớn nhất (hay chịu lực nhiều nhất), cần phải tăng cứng cho bulong tăng chỉnh này.
- Tai giằng 140x50x16 không đạt độ bền cho phép, tỷ số PMM lớn nhất là 1.14 > 0.95 cho phép. Phân tích các lực thì thấy tai giằng lực uốn ngang (hay mô men) lớn nhất, do đó cần phải tăng thêm kích thước theo phương ngang.
Trên cơ sở các kết luận tính toán và phân tích đánh giá ở trên ta sẽ thực hiện phương án thay đổi thiết kế để được một mô hình tính toán mới sau đây.
4. Thay đổi theo phương án 1
Với những tính toán kết luận và phân tích ở trên, ở đây sẽ thay đổi các điểm sau của hệ giằng như sau:
- Thay bulong M30 thành bulong M24x250 có các đặc tính cơ học như sau:
Giới hạn chảy: 694 MPa
Độ bền kéo: 830 Mpa
- Thay đổi kích thước tai bắt tay giằng 140x50x16 (mm) thành 140x75x16 (mm).
- Các kết cấu còn lại giữ nguyên không thay đổi gì thêm.
4.1. Mô hình tính toán
Hình 4.1 – Mô hình tính toán hệ khung – giằng mới.
4.2. Kết quả tính thiết kế
Hình 4.2 – Vị trí các thanh chịu ứng suất lớn nhất.
• Nhận xét:
- Như vậy với mô hình tính thiết kế mới đã thay đổi như trên đạt độ bền làm việc cho phép, chỉ có thanh giằng L50x50x5 chịu tải lớn nhất là 0.8597 < 0.95 tỷ số thiết kế cho phép.
