Giáo trình Cơ sở tính toán chung các kết cấu kim loại máy trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ..... 
KHOA .... 
Giáo Trình 
Cơ sở tính tốn chung các 
kết cấu kim loại máy trục 
 31
Phần I 
CƠ SỞ TÍNH TOÁN CHUNG 
CÁC KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC 
 Chương 1 
VẬ T LIỆ U VÀ SỰ LÀ M VIỆ C CỦ A KẾ T CẤ U THÉ P 
§1.1 KHÁ I NIỆ M VỀ KẾ T CẤ U THÉ P 
1.1.1. Định nghĩa kế t cấ u thé p, [17]. 
Các thanh thép định hình (thép chữ C : [; thép chữ I; thép chữ L v.v) hoặc các tấm thép 
chúng liên kết với nhau (liên kết hàn, liên kết tán đinh, liên kết bu lông) tạo nên những kết cấu cơ 
bản, sau đó các kết cấu cơ bản lại được liên kết với nhau tạo thành một kết cấu chịu lực hoàn 
chỉnh gọi là kết cấu thép. 
 Ví dụ: Xét kết cấu thép của cần trục tháp bánh lốp Gottwalld gồm có: kết cấu thép cần 
của cần trục, kết cấu thép của tháp Xét kết cấu thép của cầu chuyển tải container gồm: kết cấu 
thép hệ chân đỡ, kết cấu thép công son nâng hạ, kết cấu thép dầm chính, kết cấu thép khung cẩu 
container (thiết bị mang hàng), v.v, (xem các hình vẽ ở phần mở đầu). 
1.1.2. Nhiệ m vụ và đố i tượ ng mô n họ c kế t cấ u thé p. 
a) Nhiệm vụ: 
+ Tính toán công trình theo độ bền nhằm đảm bảo cho công trình có khả năng chịu tác 
dụng của tải trọng cũng như các nguyên nhân khác mà không bị phá hoại. 
 + Tính toán công trình theo độ cứng nhằm đảm bảo cho công trình không có chuyển vị và 
dao động lớn (khi không đủ độ cứng, công trình có thể mất trạng thái làm việc bình thường ngay 
cả khi điều kiện bền vẫn đảm bảo). 
 + Tính toán công trình theo độ ổn định nhằm đảm bảo cho công trình có khả năng bảo 
toàn vị trí và hình dạng ban đầu của công trình dưới dạng cân bằng trong trạng thái biến dạng. 
b) Đối tượng nghiên cứu: 
+ Môn học Kết cấu thép nghiên cứu cách tính độ bền, độ cứng, độ ổn định của toàn bộ hệ 
kết cấu thép của công trình gồm nhiều đơn vị công trình liên kết với nhau và nghiên cứu phương 
pháp tính toán các công trình đó. 
+ Ví dụ : tính toán kết cầu thép của cần trục chân đế loại có hệ cần cân bằng dùng vòi; ta 
phải tính toán kết cấu thép của: hệ cần, tháp chữ A; hệ chân đỡ. Với bài toán kết cấu thép các tải 
trọng hầu như chưa biết mà ta phải đi xác định chúng (phương, chiều, độ lớn, tính chất) căn cứ 
vào kết cấu và tình hình làm việc cụ thể của cần trục. Đặt các tải trọng vừa tìm được lên toàn bộ 
cần trục, từ đó xác định được lực tác dụng lên từng đơn vị chịu lực, ta được: sơ đồ tính hệ cần, hệ 
tháp, hệ chân đỡ. Như vậy có thể nói rằng : Sau khi nghiên cứu công trình theo nhiệm vụ của 
môn học Kết cấu thép ta đưa bài toán trở về bài toán của môn Cơ học kết cấu. 
1.1.3. Đặ c điể m củ a kế t cấ u thé p, [08]. 
a) Kết cấu thép có những ưu điểm sau khiến nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều công trình 
nói chung và các máy xếp dỡ nói riêng : 
 + Khả năng chịu lực lớn, độ tin cậy cao. Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn do vật liệu 
thép có cường độ lớn. Độ tin cậy cao do cấu trúc thuần nhất của vật liệu, sự làm việc đàn hồi và 
dẻo của vật liệu gần sát với các giả thuyết tính toán. Sự làm việc thực tế của kết cấu thép phù 
hợp với lý thuyết tính toán. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 32 
 + Trọng lượng nhẹ : Kết cấu thép nhẹ nhất so với các kết cấu chịu lực : bê tông cốt thép, 
gạch, đá, gỗ (so sánh trọng lượng khi cùng thực hiện một nhiệm vụ như nhau). 
 + Tính công nghiệp hóa cao : Do sự sản xuất vật liệu (thép cán) được thực hiện hoàn toàn 
trong nhà máy. 
 + Tính cơ động trong vận chuyển, lắp ráp : Do trọng lượng nhẹ, việc vận chuyển và lắp 
ráp kết cấu thép dễ dàng và nhanh chóng. 
 + Tính kín : Vật liệu và liên kết kết cấu thép có tính kín không thấm nước, không thấm 
dầu, không thấm khí nên thích hợp nhất cho các công trình bể chứa chất lỏng, chất khí. 
 + Tính dễ liên kết : kết cấu thép dễ dàng liên kết bằng các mối liên kết như : liên kết hàn, 
khi cần tháo rời thì dùng liên kết bu lông, thuận tiện cho việc chế tạo, lắp ráp, vận chuyển đến 
nơi sử dụng. 
b) Kết cấu thép có những nhược điểm sau khiến nó bị hạn chế sử dụng : 
 + Dễ bị gỉ : Trong môi trường không khí ẩm, nhất là trong môi trường xâm thực (môi 
trường axít, muối) kết cấu thép bị ăn mòn hóa học và điện hóa nhanh chóng. Do vậy tránh dùng 
thép ở nơi ẩm ướt, luôn có lớp bảo vệ cho thép như : sơn phủ bọc. 
 + Chịu lửa kém : Ở nhiệt độ 500 oC ÷ 600oC thép chuyển sang dẻo, mất nhả năng chịu 
lực. 
 + Giá thành thép cao hơn các vật liệu khác. Vì vậy việc tiết kiệm thép là một yêu cầu 
quan trọng đối với người thiết kế. Cần phải luôn cải tiến thiết kế, kết cấu phù hợp, sáng tạo ra 
các hình thức kết cấu mới, dùng kết cấu nối ghép bằng hàn. 
1.1.4. Phạ m vi sử dụ ng kế t cấ u thé p trong ngà nh Má y xế p dỡ . 
 Do các đặc điểm nói trên kết cấu thép thích hợp với các công trình lớn (nhịp rộng, chiều 
cao lớn, chịu tải trọng nặng), các công trình cần trọng lượng nhẹ, các công trình cần độ kín không 
thấm nước, dầu. Phạm vi sử dụng kết cấu thép rất rộng như : khung nhà công nghiệp; khung nhà 
có nhịp lớn như : nhà văn hóa, nhà thi đấu thể dục thể thao; khung nhà nhiều tầng; kết cấu tháp 
cao; kết cấu bản như các bể chứa dầu, bình chứa khí 
 Trong các máy xếp dỡ, kết cấu thép chiếm một tỷ trọng rất lớn, nó hầu như là thành phần 
chính tạo ra hình dáng và kích thước hình học của tất cả các máy nâng chuyển nói chung. 
Ví dụ : Kết cấu thép hệ cần của cần trục (cần, vòi, giằng, giá chữ A ), hệ tháp (cột) ; sát xi, 
khung cần trục; chân đế; dầm chính; con son cần trục cổng và cầu chuyển tải; thiết bị công tác 
của máy nâng; các thiết bị mang hàng như : móc cẩu, gầu ngoạm, khung cẩu container; khung đỡ 
băng tải; bình chứa khí nén trong vận chuyển khí ép, v.v 
1.1.5. Cá c yê u cầ u đặ t ra khi thiế t kế kế t cấ u thé p, [08]. 
 Cũng như mọi kết cấu khác, khi thiết kế kết cấu thép cần phải đạt được những yêu cầu 
sau đây : 
a) Yêu cầu về sử dụng - là yêu cầu cơ bản nhất đối với người thiết kế thể hiện ở các mặt : 
 + Kết cấu thép phải thỏa mãn về mặt hình học do yêu cầu làm việc như : chiều cao nâng, 
tầm với, khẩu độ, chiều dài công son, các yêu cầu về hệ cần cân bằng (nếu có)tóm lại là cần 
thỏa mãn về khoảng không gian yêu cầu phục vụ của cần trục. 
+ Kết cấu thép phải thiết kế sao cho khi làm việc không làm ảnh hưởng, cản trở hay làm 
hư hại các thiết bị khác. 
Ví dụ : Khi thiết kế cầu cảng, một trong các thông số cần xác định là áp lực đơn vị của 
cần trục lên cầu cảng; ngược lại khi thiết kế hay mua một cần trục để làm việc tại cầu cảng đó 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 33
cũng cần căn cứ vào áp lực đơn vị cho phép của cầu cảng. Tương tự như vậy khi thiết kế một xe 
nâng trong kho, trong lòng container, trên bãi v.v 
+ Kết cấu thép phải thỏa mãn các yêu cầu chịu lực : độ bền, độ cứng vững, độ bền mỏi 
(độ bền lâu), độ ổn định. 
 + Tính thẩm mỹ : kết cấu có hình dáng đẹp, thanh thoát, hài hòa. 
b) Yêu cầu về kinh tế thể hiện ở các mặt : 
 + Tiết kiệm vật liệu : Vật liệu thép cần được sử dụng một cách hợp lý, đúng chỗ; đặc biệt 
việc chọn giải pháp kết cấu hợp lý tiết kiệm rất lớn khối lượng vật liệu thép cần thiết để chế tạo. 
Ngoài ra cần dùng những phương pháp tính toán tiên tiến. 
 + Tính công nghệ của kết cấu bao gồm : 
 *) Tính công nghệ trong chế tạo : kết cấu được chế tạo sao cho phù hợp với điều kiện chế 
tạo của phân xưởng và việc sử dụng những thiết bị chuyên dùng hiện có, kết cấu đơn giản nhất 
mà vẫn đảm bảo được yêu cầu làm việc tránh phải sử dụng công nhân có tay nghề cao, do đó 
giảm được công chế tạo. 
 *) Tính công nghệ trong lắp ráp, vận chuyển : Kết cấu thép đã được chế tạo đến khi lắp 
dựng phải dễ dàng, nhanh chóng với những thiết bị sẵn có. Cũng có thể một số bộ phận máy trục 
tự lắp dựng như cổng trục tự dựng hay tự dựng một phần trong qui trình công nghệ lắp ráp. Kết 
cấu thép đã được chế tạo khi vận chuyển từ nơi chế tạo đến nơi sử dụng cũng phải dễ dàng 
nhanh chóng bằng cách chia thành từng đơn vị vận chuyển hay vận chuyển cả kết cấu. 
 *) Tính công nghệ trong việc sử dụng, bảo quản, bảo dưỡng : Kết cấu thép phải có hình 
dáng, cấu tạo tiện cho việc sử dụng, bảo dưỡng, kiểm tra, sơn bảo vệ. 
 + Tính điển hình hóa trong thiết kế kết cấu thép. Ví dụ : điển hình hóa kiểu kết cấu cần, 
kết cấu tháp, điển hình hóa kết cấu chân đỡtheo kết cấu từng thể loại cần trục. Lợi ích của việc 
điển hình hóa cũng tương tự như việc tiêu chuẩn hóa : 
 *) Về mặt thiết kế tránh được việc thiết kế lặp lại; 
 *) Về mặt chế tạo có thể chế tạo hàng loạt lớn những cấu kiện, do đó tạo điều kiện sử 
dụng những thiết bị chuyên dùng, tăng được năng suất lao động và giảm thời gian chế tạo. Việc 
dựng lắp cũng nhanh chóng dễ dàng hơn do có thể sử dụng những thiết bị dựng lắp thích hợp cho 
loại kết cấu được dùng lặp nhiều lần. 
1.1.6. Phương hướ ng phá t triể n kế t cấ u thé p, [17]. 
 Trong lĩnh vực nghiên cứu thiết kế kết cấu thép nói chung và kết cấu thép máy xếp dỡ 
nói riêng, người ta luôn tìm mọi biện pháp nâng cao chất lượng sản phẩm và hạ giá thành nhờ 
các biện pháp chủ yếu sau : 
1) Tìm ra và hoàn thiện phương pháp tính toán mới. 
 Trong tính toán kết cấu thép, một phương pháp đã và đang được dùng phổ biến là phương 
pháp tính theo ứng suất cho phép. Theo phương pháp này việc tính toán đơn giản và thuận tiện, 
nhưng còn một khuyết điểm lớn nhất là : những kết cấu có công dụng và điều kiện làm việc 
không giống nhau, tính chất chịu lực không giống nhau mà hệ số an toàn lại đều được chọn như 
nhau. Do đó thường dẫn đến tình trạng hệ số an toàn chọn quá lớn hoặc quá nhỏ, dẫn đến hậu 
quả là : kết cấu quá thừa bền (tiêu hao nhiều vật liệu) hoặc hư hỏng quá sớm. Do yêu cầu phát 
triển sản xuất, nâng cao kỹ thuật thực nghiệm và phát triển công tác nghiên cứu đã thúc đẩy sự 
phát triển lý thuyết tính toán. Do vậy thời gian gần đây đã hoàn thiện nhiều phương pháp tính 
toán mới như phương pháp tính theo độ bền mỏi, phương pháp tính theo trạng thái giới hạn. 
Những phương pháp này đã được khảo sát và nghiên cứu khá chính xác : tính chất tác dụng của 
lực, cường độ của thép và tình hình làm việc của kết cấu, hệ số an toàn được chọn phù hợp với 
tính chất chịu lực của kết cấu. Những phương pháp này đảm bảo cho kết quả chính xác hơn và 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 34 
càng phù hợp với tính chất chịu lực thực tế của kết cấu. Do vậy có thể lợi dụng được đầy đủ tính 
năng của thép và tiết kiệm thép. 
2) Nghiên cứu cải tiến và sáng tạo ra hình thức kết cấu mới. 
 Một biện pháp hữu hiệu nhất để giảm nhẹ trọng lượng kết cấu thép là cải tiến hình thức 
kết cấu. Xu hướng hiện nay là dùng phổ biến các kết cấu hình hộp, bản mỏng thay thế cho kết 
cấu dàn. Hoặc trong một số kết cấu dùng kết cấu dàn có lợi hơn thì dùng thanh có tiết diện tròn 
O thay thế cho thanh có tiết diện thép góc L, và thép chữ [. 
 Hiện nay kết cấu thép trong ngành Máy xếp dỡ đã cải tiến rất nhiều để đáp ứng với nhu 
cầu xếp dỡ hàng hóa hiện nay : 
+ Cần trục chân đế có thiết bị đỡ quay kiểu mâm quay và cột quay, xu hướng chung hiện 
nay là dùng thiết bị đỡ quay kiểu cột quay. 
+ Kết cấu cần kiểu dàn trước đây mặt cắt ngang chủ yếu có dạng chữ nhật nay có xu 
hướng chuyển sang tiết diện tam giác (xem hình phần mở đầu : 0.7b; 0.19b; 0.19c; 0.19d). 
+ Hệ cần cân bằng dùng cơ cấu 4 khâu (cần, vòi, giằng, giá đỡ), 4 khớp bản lề đã chuyển 
sang dùng cân bằng hệ cần dùng pa lăng (thực chất là lợi dụng lực căng của cáp nâng hàng để 
cân bằng). Loại cần trục này do được cải tiến về hình thức kết cấu nên nó có thể tiết kiệm tới 
50% vật liệu thép dùng làm kết cấu (xem hình 0.19). 
3) Sử dụng rộng rãi liên kết bằng hàn đặc biệt là hàn tự động. 
Dùng liên kết hàn có thể đơn giản hóa được cấu tạo kết cấu, làm cho cấu tạo mối liên kết 
đơn giản, gọn nhẹ, do vậy có thể tiết kiệm được thép và giảm nhẹ được công chế tạo và lắp ráp, 
rút ngắn thời gian chế tạo, tăng tốc độ thi công, hạ giá thành sản phẩm. Dùng liên kết hàn có thể 
tiết kiệm được 30% lượng thép. Hiện nay kết cấu thép trong ngành giao thông vận tải phần lớn 
đều dùng liên kết hàn. 
4) Sử dụng kim loại nhẹ (hợp kim nhôm) hoặc thép có cường độ cao (hợp kim thấp). 
Phương pháp này có hiệu quả giảm nhẹ kết cấu và tiết kiệm thép. Ở một số nước đã dùng 
hợp kim nhôm để chế tạo cần của cần trục cảng, tự trọng của nó giảm được từ 30% ÷ 40%. 
Các loại cần trục được chế tạo bằng thép hợp kim thấp có thể giảm được trọng lượng bản thân 
khoảng 20%. Tuy vậy hiện nay hợp kim nhôm còn hiếm và đắt tiền nên chưa được dùng rộng 
rãi. 
5) Sử dụng kỹ thuật mới 
Trong một số kết cấu đã dùng phương pháp ứng suất trước (phương pháp dự ứng lực) để 
thiết kế chế tạo kết cấu thép. Sử dụng phương phương pháp này có thể tiết kiệm được tới 30% 
lượng thép. Phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trong kết cấu nhà và kết cấu cầu. 
6) Qui cách hóa, tiêu chuẩn hóa và điển hình hóa kết cấu . 
Điều đó giúp đơn giản hóa việc thiết kế chế tạo, rút ngắn thời gian chế tạo, đưa qui trình 
chế tạo hàng loạt, tiến hành sản xuất có tính công nghiệp hóa qui mô lớn, giảm nhẹ sức lao động 
và số lao động trong dây chuyền. 
§1.2 THÉ P DÙ NG TRO NG KẾ T CẤ U KIM LO Ạ I MÁ Y XẾ P DƠ Õ 
1.2.1 ... 
b
MMNS
n
u
t
u
tb 24
+
+= (6.35) 
 Đối với cột quay thì ứng lực trong thanh biên được xác định tương tự như ở trường hợp 
thứ hai (công thức 6.35). 
6.4.4-Xác định momen xoắn ở cột và cần: 
 Momen xoắn xuất hiện ở các trường hợp khi tải trọng tác dụng trong mặt phẳng thẳng 
góc với trục của cột có cánh tay đòn r tính từ trục này: 
 ∑= rPM hX (6.36) 
Hình 6.10 – Sơ đồ tính cột chịu tải trọng ngang. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 316
 Tải trọng quán tính Pqt tải trọng gió và tải trọng do sự nghiêng cần trục tác dụng ở đầu 
cần, làm cần và tháp bị xoắn (hình 6.9). Momen xoắn do các lực ngang được xác định theo tổ 
hợp tải trọng IIa và IId khi không tính đến các thanh giằng giữ cột (xem bảng 6.3 và hình 6.10). 
 Theo tổ hợp IIa : nnggX rPrPM +=∑ (6.37) 
ở đây rg và rn là cánh tay đòn của tải trọng gió và nghiêng cần trục. 
Theo tổ hợp IIb : ( )qtqtX PPrM 32 += (6.38) 
ở đây P2qt , P3qt tải trọng quán tính nằm ngang xuất hiện khi quay cần trục. 
Khi cần trục tựa trên ba điểm tựa (B, C, D) (hình 6.10) thì cột cũng sẽ bị xoắn do tác dụng 
của momen uốn M trong mặt phẳng treo hàng của cần trục. Để xác định Mx ta thay M bằng tích 
số Ny.h = M đặt ở trong mặt phẳng thẳng đứng theo trục của cột (lực Ny biểu thị bằng nét đứt). 
Khi này ở tiết diện ổ đỡ của cột trị số momen uốn không thay đổi. Hơn nữa tại chiều cao h tính từ 
chân của về phía gối đỡ CD có thể xuất hiện momen do ngẫu lực Ny . 
Có thể xem như là một trong hai lực này tạo nên momen uốn M = Ny.h làm uốn cột, còn 
lực kia làm xoắn cột : 
h
bMbNM yx 22
. == (6.39) 
§6.5 – ỨNG LỰC Ở CÁC BỘ PHẬN CỦA CẦN VÀ CỘT 
 KIỂU MẮT LƯỚI KHI CHỊU MÔMEN XOẮN 
Ứng lực trong các thanh của kết cấu không gian kiểu mắt lưới xác định bằng cách phân 
tích chúng thành các dàn phẳng. Khi đó cần phải xét đến sự tác động của các nội lực F1, F2 và F3 
(hình 6.11), [01], 09]. 
Các lực phân cho các dàn phẳng phải tính toán và bố trí sao cho khi gộp các dàn phẳng 
trong cùng một hệ không gian thì chúng phải cân bằng nhau. Còn ngoại lực khi phân tích chỉ nên 
đặt gọn vào một trong các dàn phẳng. 
Thí dụ: Xác định ứng lực trong các bộ phận của kết cấu không gian 4 mặt (hình 6.11). 
Hình 6.11 – Sơ đồ tính dàn chịu xoắn. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 317
Ta tưởng tượng tách kết cấu ra sáu dàn phẳng. Đặt thêm ngoại lực 
b
M
P x= vào mắt 1 và 
2’ của dàn đầu. 
Sự xoắn của dàn đầu mút bị hạn chế bởi các thanh chéo trong các dàn bên. Ứng lực trong 
các thanh chéo được truyền đến dàn đầu tại các mắt số 1 và 2’. Vì vậy khi tách dàn đầu mút thì 
mắt 1 phải đặt lực ngang F1 là lực chiếu của thanh 1-3’ và thêm lực thẳng đứng F2 là lực chiếu 
của thanh 1-4. 
Tương tự như vậy lực F1 do tác dụng của thanh chéo 2’-4 và F2 do thanh chéo 2’ - 3’ đặt 
vào mắt 2’. 
Điều kiện cân bằng của dàn đầu mút viết dưới dạng (6.41).[01]: 
P.b = F1. h + F2 .b (6.40) 
Nội lực F1 và F2 ở mắt 1 và 2 của bốn dàn đầu sẽ tác dụng theo chiều ngược nhau (h11-167). 
Điều kiện cân bằng của dàn bên (6.41).[01]: 
F2a = F3h ; 
a
hFF 32 = (6.41) 
Điều kiện cân bằng của dàn đáy: 
F1a = F3b ; 
a
bFF 31 = (6.42) 
Giải hệ trên ta tìm được F3 và sau đó là F2 và F1 : 
h
aPF
23
= ; 
22
PF = ; 
h
bPF
21
= . (6.43) 
Phản lực ở gối đỡ : Rh = Pb; 
h
bPR = (6.44) 
Biết các tải trọng và phản lực ta tìm được nội lực trong thanh qua từng dàn một. Các lực 
đó tác dụng dọc theo trục của thanh. Chẳng hạn lực nén ở thanh chéo 4 -1 sẽ là: 
αβ coscos 2314 FFS +=− (6.45) 
Ở các thanh chéo của cần hay cột có b = h = a và α = β = 45° thì ứng lực sẽ bằng: 
b
M
b
M
PS xxc 4,1
cos
cos ===
α
α (6.46) 
Trường hợp này cũng có thể nhận được kết quả nếu phân tích MX thành hai cặp lực nằm 
ngang tác dụng trong bốn mặt phẳng: 
xx MbS =2 ; b
MS xx 2
= (6.47) 
Từ điều kiện ΣX = 0, ta tìm được ứng lực ở thanh chéo : 
b
M
b
MSS XXc 4,17,0.2cos
===
α
 (6.48) 
Ứng lực trong các thanh biên do MX gây ra không lớn và phụ thuộc vào hệ thống mắt 
lưới. Chẳng hạn như kết cấu hình (6.11) có thanh biên không làm việc. Ở các dàn tam giác có 
thanh giằng thì ở thanh biên có ứng lực do MX gây ra. Những phần của kết cấu có kích thước 
ngang không lớn thường chịu tải trọng lớn nhất do momen xoắn (thí dụ như đuôi của cần trục). 
Do vậy ở đoạn này người ta thường thay kết cấu dàn bằng một tấm liền. 
Những dàn không có thanh chéo, chịu xoắn kém hơn lọai dàn có thanh chéo. Bởi vậy loại 
này thường chỉ dùng cho những cần thẳng. 
Trong trường hợp không gian tạo thành bởi nhiều tấm, ở mỗi phần đường thẳng của dàn 
sẽ thay bằng một hợp lực của tất cả các lực có liên quan mà các lực này đặt ở các mắt của dàn. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 318
Nếu theo chiều dài của kết cấu, tiết diện của thanh biên và các thanh chéo không thay 
đổi thì chỉ cần xác định ứng lực do xoắn ở những các tấm đầu mút của cần hoặc tháp là đủ. 
Thí dụ 2: Kiểm tra tiết diện của tháp kiểu mắt lưới (hình 6.11) theo phương pháp trạng 
thái giới hạn với các số liệu sau đây: 
Lực ngang Q = 0,9 tấn, momen xoắn MX = 8,4 T.m 
Tháp gồm 4 mặt chế tạo từ thép góc 125x8 có Z0 = 3,36 cm. 
Chiều rộng mặt tháp hr = br = 150 cm (theo cạnh thép góc). 
Kích thước tháp tính theo kích thước đường trục hình học của dàn: b = h = 150 – 2.3,36 = 
143 cm. Dàn dạng mắt lưới tam giác có thanh giằng chế tạo từ thép góc đều cạnh 70x6. Diện tích 
F = 8,15 cm2, bán kính quán tính rX = 2,15 cm, rmin = 1,38 cm. Mỗi thanh giằng bắt với thanh 
biên bằng một bulông, chiều dài của tấm lt = 145 cm. Góc nghiêng của thanh chéo so với phương 
ngang là α = 45°. Chiều dài của thanh chéo lc = 203 cm. 
Xác định ứng lực ở các thanh chéo của dàn: 
– Ứng lực do lực cắt ngang, theo công thức : 
64,0
71,0.2
9,0
cos2
===
α
QSQ Tấn 
– Ứng lực do momen xoắn, theo công thức: (Theo điều kiện mặt cắt ngang của dàn là hình 
vuông b = h; α = 45°) 
2,4
43,1.4,1
4,7
4,1
===
b
MS XX Tấn 
– Ứng lực tổng cộng ở thanh chéo : 
84,42,464,0 =+=+= XQc SSS Tấn 
Chiều dài tính toán của thanh chéo trong kết cấu không gian có liên kết với các vùng lân 
cận bằng các mắt: cxtt ll µ= . 
Khi liên kết các thanh chéo với thanh biên bởi 1 đinh tán hoặc bulông thì µX phụ thuộc 
vào trị số 
minr
lc : 
147
38,1
203
min
==
r
lc ; µx = 0,85; ⇒ ltt = 0,85. 203 = 173 
λ 150125
38,1
173
min
<===
r
ltt nên ϕ = 0,43 
Kiểm tra ổn định thanh chéo của dàn : 
1390
15,8.45,0
48400
==
F
Sc
ϕ
 kG/cm2 < R 
ở đây, cường độ giới hạn R = RH.k.m1.m2.m3 = 2400.0,9.0,9.1.0,9 = 1750 kG/cm2 
§6.6 – XÁC ĐỊNH ÁP LỰC LÊN GỐI ĐỠ CỦA CẦN TRỤC: 
Khi quay cần có hàng, tải trọng thẳng đứng và ngang tác dụng lên chân đỡ (gối đỡ) của 
cần trục thay đổi về trị số, bởi vì khi này điểm đặt hợp lực của tất cả các tải trọng thẳng đứng 
thay đổi. Khung di chuyển của cần trục coi như rất cứng và do vậy đường bị biến dạng. Mặt 
khác, do mặt đường không hoàn toàn bằng phẳng nên cần trục có thể chỉ tựa trên ba bánh xe, 
thậm chí chỉ tựa trên hai bánh xe (xem hình 6.12). 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 319
Trị số lực tác dụng lên các chân đỡ trong các trường hợp này tính theo công thức ở bảng 
(6.6). 
Kết cấu thép của khung di chuyển được tính theo trị số lớn nhất của áp lực tác dụng lên 
chân đỡ. 
Bảng 6.6. Công thức dùng để xác định áp lực lên chân đỡ của cần trục. 
Phản lực ở chân đỡ Số chân 
đỡ 
Vị trí của cần ở trên 
hình vẽ Rmax R1 R2 
4 
a – dọc hoặc ngang 
đường đi 2
GQ Σ+ 
B
MΣ 
B
MGQ Σ
−
Σ+
2
4 
b – theo đường 
chéo của khung (khi 
A = B) 
B
MΣ4,1 
B
MGQ Σ
−
Σ+ 7,0
2
B
MGQ Σ
−
Σ+ 7,0
2
4 
c-theo đường chéo 
của khung 22 B
MGQ Σ
+
Σ+
22 B
MGQ Σ
−
Σ+
  
3 
d-trong 3 chân của 
cần trục, cần nằm 
ngang trục đường. 32
MGQ Σ
+
Σ+
B
MGQ
23
Σ
−
Σ+ 
B
MGQ
23
Σ
−
Σ+ 
Chú thích: Q +ΣG – toàn bộ tải trọng thẳng đứng; ΣM – tổng momen đối với trục (trục 
này vuông góc với mặt phẳng cần trục và qua tâm của kết cấu đỡ (khung)). 
§6.7 – KẾT CẤU KIM LOẠI CỦA CẦN TRỤC THÁP: 
6.7.1 – Kết cấu cần của cần trục: 
Bộ phận cơ bản của cần trục tháp là cần và cột (tháp). Chúng làm việc theo nén hoặc nén 
kết hợp với uốn, khi thiết kế chúng cần phải đủ độ cứng khi chịu lực. Thường cần và cột được 
chế tạo từ các loại thép định hình ống, trong các trường hợp kích thước của cần trục lớn thường 
dùng kết cấu kiểu dàn không gian có 4 hoặc 3 mặt chế tạo từ thép góc hoặc thép ống (hình 6.13). 
Chiều cao của cần trục có thể sẽ giảm đi nếu ta bố trí điểm treo cần ở vị trí thích hợp trên tầm 
với của cần. Trong những trường hợp thay đổi tầm với của cần nhờ xe con di động ở mặt dưới của 
Hình 6.12 – Sơ đồ xác định áp lực lên chân đỡ. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 320
cần thì điểm treo hợp lý nhất khi tỉ số l1 /l2 lấy giá trị nào đó để cho momen uốn ở gối đỡ của cần 
lúc xe con ở đầu mút của cần bằng mômen sinh ra khi xe con ở vị trí giữa của cần. 
 Thường thường chiều dài của phần công son gần bằng 1/3 chiều dài toàn bộ cần. 
Trong thực tế người ta thường thiết kế cần có nhiều điểm treo vì rất khó điều chỉnh để 
cho các cáp giữ cần chịu lực như nhau. 
Vị trí điểm treo của cần có ba mặt nên chọn sao cho các thanh biên phía trên giống nhau 
chịu kéo là chủ yếu. 
Sơ đồ của cần 
trục tháp như trình bày ở 
hình (6.13a, b) được sử 
dụng rộng rãi. Đối với 
cần trục có cột quay 
thường kết cấu theo sơ 
đồ hình (6.13c, d). Trên 
hình (6.13d) là loại cần 
có đuôi cong; trên phần 
cong có rãnh để đặt cáp 
nâng cần, một đầu của 
cáp được bắt chặt với 
điểm trên của cung 
cong. Nhờ có phần cung 
cong này mà cánh tay 
đòn của lực nâng cần 
không thay đổi, làm cho 
việc nâng cần được dễ 
dàng. 
Đối với loại cần 
kết cấu ba mặt thì tốt 
nhất là chế tạo từ thép 
ống và đường ray của 
xe con di động thì đặt ở 
phía dưới của cần (hình 
6.14d, e, g). Với kết cấu 
này cần chịu các tải 
trọng ngang rất tốt. Một 
số trường hợp thanh 
biên dưới của cần được 
kết cấu sao cho xe con 
có thể di chuyển ngay 
trên nó mà không cần 
dầm hoặc ray (hình 6.14a). Thuận tiện hơn cả cho việc sửa chữa là dùng các dầm chữ I đặt ở mặt 
dưới của cần (hình 6.14b, e, g). 
Dầm và các thép góc của các cần chịu ép, uốn mà bánh xe con di chuyển ở mép (trong 
hoặc ngoài) của thanh biên thì cần phải kiểm tra ổn định cục bộ trong đoạn giữa hai điểm treo 
dầm hoặc thép góc, cũng như sự bẻ cong cánh của dầm, cánh của thép góc thường không dày 
Hình 6.13 – Các kiểu kết cấu cần của cần trục tháp. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 321
bằng cạnh của thép chữ I vì vậy nó dễ bị bẻ cong khi chịu tải. Cho nên các dầm có thanh biên 
phía dưới chế tạo từ thép góc chỉ sử dụng khi sức nâng Q < 1,5 tấn. Ở cần ba mặt của cần trục 
(hình 6.13c) thanh biên trên là thép góc cánh, còn thanh biên phía dưới là thép chữ I và xe con 
di chuyển ở trên cánh phía dưới của thanh chữ I này. Khi xe con làm việc sẽ xuất hiện tải trọng 
ngang làm biến dạng cần và gây ra xoắn toàn bộ cần. 
6.7.2 – Kết cấu 
kim loại của cột (tháp). 
Cột được liên kết cứng 
với bệ ở các vị trí nằm ngoài 
mặt phẳng treo hàng. Phần dưới 
của cột luôn chịu tải trọng lớn 
hơn phần trên vì vậy tiết diện 
của cột thường là bốn mặt và 
thay đổi theo chiều cao của cột 
(hình 6.15). Ở những cần trục 
có cột bắt chặt với bệ từ phía 
dưới tiết diện của cột dễ dàng 
lắp ráp thường có tiết diện 
không thay đổi. 
Để đảm bảo cho điều 
kiện vận chuyển bằng đường 
sắt thì chiều rộng của cột không 
được lớn hơn 2,5 ÷ 3 mét. 
Kết cấu thép của cần 
trục cột quay KБ-100.1 được chế tạo từ thép tấm, hàn lại (hình 6.9). Đường kính của ống tính từ 
điều kiện bền và khả năng bố trí bên trong ống cần thang đi lên là 850 mm. Tại các vị trí có lỗ 
trên cột cần phải gia cường để đảm bảo đủ độ bền. 
Trên hình (6.15) giới thiệu loại cột có kết cấu kiểu dàn mắt lưới 4 mặt, liên kết với sàn 
quay có đặt đối trọng (6.15d, e, g) (ba-lát), tất cả các cấu kiện của cột đều làm từ 1 loại thép góc 
như nhau, liên kết với nhau bằng hàn trực tiếp hoặc dùng bản tiếp điểm. Phần trên của cột ở 
trong mặt phẳng treo hàng thực hiện ở dạng khung, còn phần trên của khung liên kết bằng khớp 
cầu với cần. 
Trên hình (6.16) giới thiệu loại cột có kết cấu kiểu ống. 
 Trên hình (6.17) giới thiệu loại cần trục tháp kiểu БKCM và các thông số cơ bản của nó 
cho ở bảng (6.7). 
Bảng 6.7 – Giới thiệu thông số cơ bản của cần trục tháp kiểu БKCM. 
Thứ tự theo hình vẽ a) b) c) d) e) g) 
Môđen БKCM-1 БKCM-1M БKCM-4 БKCM-2 БKCM-5 БKCM-3 
Sức nâng, Tấn 0,5 – 1,0 0,5 – 1,0 0,75 – 1,5 1 – 2 1 – 2 1,5 – 3,0 
Mômen hàng, T.m 5 7 18 17,5 20 30 
Thứ tự theo hình vẽ h) i) k) l) n) m) 
Môđen БKCM-10 БKCM-3.5.5 БKCM-3.5.10 БKCM-5.5A БKCM-5.10 БKCM-14 
Sức nâng, Tấn 1,5 – 3,0 3 – 5 3 – 5 5 5 5 
Mômen hàng, T.m 33 66 66 110 110 150 
Hình 6.14 – Các loại tiết diện ngang của cần. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 322
Hình 6.15 – Sơ đồ kết cấu cột kiểu mắt lưới. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 323
Hình 6.16 – Kết cấu tháp (cột) kiểu ống. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 324
Hình 6.17 – Thông số kích thước của các cần trục tháp БKCM. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 325
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
This document was created with Win2PDF available at 
The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.
This page will not be added after purchasing Win2PDF.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -