Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 1 BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP (THEO 22TCN272-05 & AASHTO-LRFD 1998) MỤC LỤC 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 5 1.1 Giới thiệu chung 5 1.1.1 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 5 1/ Ưu điểm : 5 2/ Nhược điểm : 5 3/ Phạm vi sử dụng : 6 1.1.2 Yêu cầu cơ bản đối với kết cấu thép 6 1.2 Thiết kế kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 7 1.2.1 Quan điểm chung về thiết kế 7 1.2.2 Sự phát triển của quá trình thiết kế 7 1.2.3 Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn 22TCN 272-05 11 1.2.4 Giới thiệu về tải trọng và tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 17 1.3 EV 18 1.3 VẬT LIỆU 22 1.3.1 Thành phần hoá học và phân loại thép 22 1.3.2 Khái niệm về ứng suất dư 27 1.3.3 Gia công nhiệt 28 1.3.4 Ảnh hưởng của ứng suất lặp ( sự mỏi) 28 1.3.5 Sự phá hoại giòn 31 2 LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP 33 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP 33 2.1.1 Liên kết dạng đinh: ( đinh tán, bu lông) 33 2.1.2 Liên kết hàn 33 2.2 CẤU TẠO LIÊN KẾT BU LÔNG 34 2.2.1 Cấu tạo , phân loại bu lông 34 2.2.2 Các hình thức cấu tạo của liên kết bu lông 37 2.2.3 Bố trí bu lông 39 2.3 LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU CẮT 42 2.3.1 Các trường hợp phá hoại trong liên kết bu lông thường 42 Có hai dạng phá hoại chủ yếu trong liên kết bu lông chịu cắt: phá hoại của bu lông và phá hoại của bộ phận được liên kết. 42 2.3.2 Cường độ chịu ép mặt và cường độ chịu cắt của liên kết 45 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 2 1/ Cường độ chịu cắt của bu lông 45 2/ Cường độ chịu ép mặt của bu lông 45 2.3.3 Cường độ chịu ma sát của liên kết bu lông cường độ cao 49 2.3.4 Tính toán liên kết bu lông chịu cắt 51 2.4 LIÊN KẾT BU LÔNG CHỊU KÉO 60 2.5 LIÊN KẾT HÀN 61 2.5.1 Cấu tạo liên kết hàn 61 2.5.2 Sức kháng tính toán của mối hàn 64 2.5.3 Liên kết hàn lệch tâm chỉ chịu cắt 68 2.6 CẮT KHỐI 72 2.6.1 Cắt khối trong liên kết bu lông 72 2.6.2 Cắt khối trong liên kết hàn 73 3 CẤU KIỆN CHỊU KÉO 74 3.1 Đặc điểm cấu tạo : 74 3.1.1 Các hình thức mặt cắt : 74 3.1.2 Các dạng liên kết : 74 3.2 Tính toán cấu kiện chịu kéo đúng tâm 75 3.2.1 Tổng quát : 75 3.2.2 Sức kháng kéo chảy 76 3.2.3 Sức kháng kéo đứt 76 3.2.4 Giới hạn độ mảnh 81 4 CẤU KIỆN CHỊU NÉN 83 4.1 Đặc điểm cấu tạo 83 4.1.1 Hình thức mặt cắt kín 83 4.1.2 Hình thức mặt cắt hở 85 4.2 Khái niệm về ổn định của cột 85 4.2.1 Khái niệm về mất ổn định đàn hồi 85 4.2.2 Khái niệm về mất ổn định quá đàn hồi 89 4.3 Tính toán cấu kiện chịu nén đúng tâm 91 4.3.1 Sức kháng nén danh định 91 4.3.2 Tỷ số độ mảnh giới hạn 94 4.3.3 Các dạng bài toán 96 5 CẤU KIỆN CHỊU UỐN TIẾT DIỆN CHỮ I 99 5.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ CẤU TẠO 99 5.1.1 Các loại dầm và phạm vi sử dụng: 99 1/ Dầm thép hình 99 2/ Dầm ghép ( dầm tổ hợp) 99 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 3 5.1.2 Các kích thước cơ bản của dầm 100 5.2 TỔNG QAN VỀ ỨNG XỬ CỦA DẦM ( DẦM I KHÔNG LIÊN HỢP) 100 5.2.1 Các giai đoạn làm việc của mặt cắt dầm chịu uốn thuần túy. Khái niệm mô men chảy và mô men dẻo 100 5.2.2 Sự phân bố lại mômen 102 5.2.3 Khái niệm về ổn định của dầm 104 5.2.4 Phân loại tiết diện 105 5.2.5 Độ cứng 106 5.3 CÁC TRẠNG THÁI GIỚI HẠN 106 5.3.1 Trạng thái giới hạn cường độ 106 5.3.2 Trạng thái giới hạn sử dụng 107 5.3.3 Trạng thái giới hạn mỏi và đứt gãy 108 5.4 MÔ MEN CHẢY VÀ MÔ MEN DẺO 120 5.4.1 Mô men chảy của tiết diện liên hợp 121 5.4.2 Mômen chảy của tiết diện không liên hợp 124 5.4.3 Trục trung hoà dẻo của tiết diện liên hợp 125 5.4.4 Trục trung hoà dẻo của tiết diện không liên hợp 128 5.4.5 Mômen dẻo của tiết diện liên hợp 128 5.4.6 Mômen dẻo của tiết diện không liên hợp 130 5.4.7 Chiều cao của vách chịu nén 131 5.5 ẢNH HƯỞNG ĐỘ MẢNH CỦA VÁCH ĐỨNG ĐỐI VỚI SỨC KHÁNG UỐN CỦA DẦM 131 5.5.1 Mất ổn định thẳng đứng của vách 131 5.5.2 Mất ổn định uốn của vách 134 5.5.3 Yêu cầu của tiết diện chắc đối với vách 135 5.5.4 Tóm tắt hiệu ứng độ mảnh 136 5.5.5 Hệ số chuyển tải trọng 137 5.6 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MẢNH CỦA CÁNH CHỊU NÉN ĐẾN SỨC KHÁNG UỐN CỦA DẦM 138 5.6.1 Yêu cầu về biên chịu nén của tiết diện chắc 138 5.6.2 Giới hạn của biên chịu nén đối với tiết diện không chắc 139 5.6.3 Tóm tắt ảnh hưởng độ mảnh của biên chịu nén 141 5.7 LIÊN KẾT DỌC CỦA CÁNH CHỊU NÉN 142 5.7.1 Sự cân xứng của phần tử 144 5.7.2 Hệ số điều chỉnh Cb khi mômen thay đổi 144 5.7.3 Tiết diện I không liên hợp đàn hồi 146 5.7.4 Tiết diện không liên hợp không chắc 148 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 4 5.7.5 Tiết diện chắc không liên hợp 149 5.7.6 Tiết diện liên hợp đàn hồi 149 5.7.7 Tiết diện liên hợp không chắc 150 5.7.8 Tiết diện liên hợp chắc 150 5.8 TÓM TẮT VỀ TIẾT DIỆN CHỮ I CHỊU UỐN 152 5.9 SỨC KHÁNG CẮT CỦA MẶT CẮT CHỮ I 159 5.9.1 Sức kháng cắt tác động lên dầm 159 5.9.2 Sức kháng cắt do tác động trường căng 161 5.9.3 Sức kháng cắt tổ hợp 164 5.9.4 Sức kháng cắt của vách không có sườn tăng cường 165 5.9.5 Sức kháng cắt của vách được tăng cường 167 5.10 SƯỜN TĂNG CƯỜNG 175 5.10.1 Sườn tăng cường đứng trung gian 175 5.10.2 Sườn tăng cường gối 181 5.11 MỐI NỐI DẦM 184 5.11.1 Các loại mối nối dầm 184 5.11.2 Mối nối công trường bằng bu lông 185 6 Tài liệu tham khảo 194 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 5 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 1/ Ưu điểm : Kết cấu thép được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng do có những ưu điểm cơ bản như sau: Kết cấu thép có khả năng chịu lực lớn. Do cường độ của thép cao nên các kết cấu thép có thể chịu được những lực khá lớn với mặt cắt không cần lớn lắm, vì thế có thể lợi dụng được không gian một cách hiệu quả. Việc tính toán kết cấu thép có độ tin cậy cao. Thép có cấu trúc khá đồng đều, mô đun đàn hồi lớn. Trong phạm vi làm việc đàn hồi, kết cấu thép khá phù hợp với các giả thiết cơ bản của sức bền vật liệu đàn hồi (như tính đồng chất, đẳng hướng của vật liệu, giả thiết mặt cắt phẳng, nguyên lý độc lập tác dụng). Kết cấu thép “nhẹ” nhất so với các kết cấu làm bằng vật liệu thông thường khác (bê tông, gạch đá, gỗ). Độ nhẹ của kết cấu được đánh giá bằng hệ số c = / F  , là tỷ số giữa tỷ trọng  của vật liệu và cường độ F của nó. Hệ số c càng nhỏ thì vật liệu càng nhẹ. Trong khi bê tông cốt thép (BTCT) có 1 m 4 24.10c   , gỗ có 1 m 4 4,5.10c   thì hệ số c của thép chỉ là 1 m 4 3,7.10  (Tài liệu [1]) Kết cấu thép có tính công nghiệp hoá cao: Nó thích hợp với thi công lắp ghép và có khả năng cơ giới hoá cao trong chế tạo. Các cấu kiện thép dễ được sản xuất hàng loạt tại xưởng với độ chính xác cao. Các liên kết trong kết cấu thép (đinh tán, bu lông, hàn) tương đối đơn giản, dễ thi công. Kết cấu thép có tính kín : Vật liệu và liên kết kết cấu thép không thấm chất lỏng và chất khí nên rất thích hợp để làm các kết cấu chứa các chất lỏng, chất khí. Ngoài ra thép còn là vật liệu có thể tái chế sử dụng lại sau khi công trình đã hết thời hạn sử dụng , do vậy có thể xem thép là vật liệu thân thiện với môi trường. So với kết cấu bê tông, kết cấu thép dễ kiểm nghiệm, sửa chữa và tăng cường. 2/ Nhược điểm : Bên cạnh các ưu điểm chủ yếu kể trên, kết cấu thép cũng có hai nhược điểm: Kết cấu thép dễ bị han gỉ: Trong môi trường ẩm ướt, có các tác nhân ăn mòn thép dễ bị han gỉ, từ han gỉ bề mặt đến phá hỏng có thể chỉ sau một thời gian ngắn. Do vậy khi thiết kế Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 6 cần cân nhắc dùng thép ở nơi thích hợp, đồng thời kết cấu thiết kế phải thông thoáng, phải tiện cho việc kiểm tra sơn bảo dưỡng .Trong thiết kế phải luôn đưa ra biện pháp chống gỉ bề mặt cho thép như sơn, mạ.Từ nhược điểm này dẫn đến hệ quả là chi phí duy tu bảo dưỡng thường xuyên của các kết cấu thép thông thường là khá cao.Để chống gỉ người ta cũng có thể dùng thép hợp kim . Thép chịu nhiệt kém. Ở nhiệt độ trên 400 0 C, biến dạng dẻo của thép sẽ phát triển dưới tác dụng của tĩnh tải (từ biến của thép). Vì thế, trong những môi trường có nhiệt độ cao, nếu không có những biện pháp đặc biệt để bảo vệ thì không được phép sử dụng kết cấu bằng thép. 3/ Phạm vi sử dụng : Thép được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng nói chung cũng như trong xây dựng cầu đường nói riêng. Trong thực tế chúng ta có thể thấy thép được dùng làm dầm, giàn cầu, khung, giàn vì kèo của các nhà công nghiệp, dân dụng, các cột điện, các bể chứa… Tuy nhiên, kết cấu thép đặc biệt có ưu thế trong các kết cấu vượt nhịp lớn, đòi hỏi độ thanh mảnh cao, chịu tải trọng nặng và những kết cấu đòi hỏi tính không thấm. 1.1.2 Yêu cầu cơ bản đối với kết cấu thép 1/ Yêu cầu về mặt sử dụng, đây là yêu cầu cơ bản nhất đối với người thiết kế. - Kết cấu thép phải được thiết kế để đủ sức kháng lại các tải trọng trong suốt thời gian sử dụng . - Kết cấu thép đảm bảo tuổi thọ đề ra. Hình dáng, cấu tạo phải sao cho tiện bảo dưỡng, kiểm tra và sơn bảo vệ. - Đẹp cũng là một yêu cầu về mặt sử dụng. Kết cấu thép phải có hình dáng hài hòa thanh thoát, phù hợp với cảnh quan chung của khu vực. 2/ Yêu cầu về mặt kinh tế: - Tiết kiệm vật liệu.Thép càn được dung một cách hợp lý. Khi thiết kế cần chọn giải pháp kết cấu hợp lý, dung các phương pháp tính toán tiên tiến. - Tính công nghệ khi chế tạo. Kết cấu thép cần được thiết kế sao cho phù hợp với việc chế tạo trong xưởng, sử dụng những thiết bị chuyên dụng hiện có, để giảm công chế tạo. - Lắp ráp nhanh Để đạt được hai yêu cầu cơ bản trên đây cần điển hình hóa kết cấu thép. Điển hình hóa từng cấu kiện hoặc điển hình hóa toàn bộ kết cấu. Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 7 1.2 Thiết kế kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 1.2.1 Quan điểm chung về thiết kế Công tác thiết kế bao gồm việc tính toán nhằm chứng minh cho những người có trách nhiệm thấy rằng, mọi tiêu chuẩn tính toán và cấu tạo đều được thỏa mãn. Quan điểm chung để đảm bảo an toàn trong thiết kế là sức kháng của vật liệu và mặt cắt ngang phải không nhỏ hơn hiệu ứng gây ra bởi các tải trọng và tác động ngoài, nghĩa là Sức kháng của vật liệu  Hiệu ứng của tải trọng hay R  Q (1.1) Khi áp dụng nguyên tắc đơn giản này, điều quan trọng là hai vế của bất đẳng thức phải được đánh giá trong cùng những điều kiện. Nói cách khác, sự đánh giá của bất đẳng thức phải được tiến hành cho một điều kiện tải trọng riêng biệt liên kết sức kháng và hiệu ứng tải trọng với nhau. Liên kết thông thường này được quy định bằng việc đánh giá hai vế ở cùng một trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn (TTGH) được định nghĩa như sau: Trạng thái giới hạn là trạng thái mà nếu vượt quá ,thì kết cấu cầu hoặc một bộ phận của nó không còn đáp ứng được các yêu cầu mà thiết kế đặt ra cho nó. Các ví dụ của TTGH cho cầu dầm hộp bao gồm độ võng, nứt, mỏi, uốn, cắt, xoắn, mất ổn định (oằn), lún, ép mặt và trượt. Một mục tiêu quan trọng của thiết kế là ngăn ngừa để không đạt tới TTGH. Tuy nhiên, đó không phải là cái đích duy nhất. Các mục tiêu khác phải được xem xét và cân đối trong thiết kế toàn thể là chức năng, thẩm mỹ và tính kinh tế. Sẽ là không kinh tế nếu thiết kế một cầu mà không có bộ phận nào có thể bị phá hoại bao giờ. Do đó, cần phải xác định đâu là mức độ rủi ro hay xác suất xảy ra phá hoại có thể chấp nhận được. Việc xác định miền an toàn chấp nhận được (sức kháng cần phải lớn hơn bao nhiêu so với hiệu ứng của tải trọng) không phải căn cứ vào ý kiến của một cá nhân mà phải dựa trên kinh nghiệm của tập thể kỹ sư và cơ quan nghiên cứu. Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22 TCN 272-05, dựa trên tiêu chuẩn AASHTO LRFD (1998) của Hiệp hội cầu đường Mỹ, có thể đáp ứng được các yêu cầu trên. 1.2.2 Sự phát triển của quá trình thiết kế Qua nhiều năm, quá trình thiết kế đã được phát triển nhằm cung cấp một miền an toàn hợp lý. Quá trình này dựa trên những ý kiến đóng góp trong phân tích hiệu ứng của tải trọng và cường độ của vật liệu sử dụng. 1.Thiết kế theo ứng suất cho phép (-SCP-ASD)-Allowable Stress Design Các phương pháp thiết kế đầu tiên trong lịch sử đã được xây dựng tập trung trước hết vào kết cấu thép. Thép kết cấu có ứng xử tuyến tính cho tới điểm chảy, được nhận biết khá rõ ràng và thấp hơn một cách an toàn so với cường độ giới hạn của vật liệu. Độ an toàn trong thiết Bi ging kt cu thộp theo tiờu chun 22TCN272-05- o Vn Dinh 2011 8 k c m bo bng quy nh l ng sut do hiu ng ca ti trng sinh ra ch bng mt phn ng sut chy f y . Giỏ tr ny tng ng vi vic quy nh mt h s an ton F bng 2, ngha l, sức kháng, 2 hiệu ứng tải trọng, 0,5 y y f R F Q f Vỡ phng phỏp thit k ny t ra gii hn v ng sut nờn c bit n vi tờn gi thit k theo ng sut cho phộp (Allowable Stress Design, ASD). Khi phng phỏp thit k theo ng sut cho phộp mi ra i, hu ht cỏc cu cú cu to gin hoc vũm. Vi gi thit cỏc cu kin liờn kt vi nhau bng cht v kt cu l tnh nh, vic phõn tớch cho thy cỏc cu kin thng ch chu kộo hoc chu nộn. Din tớch hu hiu cn thit ca mt thanh kộo chu ng sut phõn b u c xỏc nh n gin bng cỏch chia lc kộo T cho ng sut kộo cho phộp f t . net hiệu ứng tải trọng diện tích hữu hiệu cần thiết ứng suất cho phép t T A f i vi cu kin chu nộn, ng sut cho phộp f c ph thuc vo mnh ca cu kin, tuy nhiờn, c s xỏc nh din tớch cn thit ca mt ct ngang vn nh trong cu kin chu kộo; din tớch mt ct cn thit bng lc nộn C chia cho ng sut cho phộp f c . gross hiệu ứng tải trọng diện tích hữu hiệu cần thiết ứng suất cho phép c C A f Phng phỏp ny ó c ỏp dng trong nhng nm sỏu mi ca th k 19 thit k thnh cụng nhiu cu gin tnh nh nhp ln. Ngy nay, cỏc cu tng t vn c xõy dng nhng chỳng khụng cũn l tnh nh vỡ chỳng khụng cũn c liờn kt bng cht. Do ú, ng sut trong cỏc cu kin khụng cũn phõn b u na. Phng phỏp thit k theo ng sut cho phộp cng c ỏp dng cho dm chu un. Vi gi thit mt ct phng v quan h ng sut-bin dng tuyn tớnh, mụ un mt ct (mụ men chng un) cn thit cú th c xỏc nh bng cỏch chia mụ men un M cho ng sut un cho phộp f b . hiệu ứng tải trọng mô đun mặt cắt cần thiết ứng suất cho phép b M S f n trong phng phỏp thit k theo ng sut cho phộp l gi thit ng sut trong cu kin bng khụng trc khi cú ti trng tỏc dng, ngha l khụng cú ng sut d tn ti khi ch to. Gi thit ny ớt khi ỳng hon ton nhng nú gn ỳng hn i vi nhng thanh c hn l i vi nhng mt ct h, mng ca cỏc dm thộp cỏn in hỡnh. Cỏc chi tit mng ca dm thộp cỏn ngui i (sau x lý nhit) vi mc khỏc nhau v ng sut d tn ti trong mt ct ngang. Cỏc ng sut d ny khụng ch phõn b khụng u m chỳng cũn khú d oỏn trc. Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 9 Do đó, cần phải có sự điều chỉnh đối với ứng suất uốn cho phép, đặc biệt trong các chi tiết chịu nén, để xét đến ảnh hưởng của ứng suất dư. Một khó khăn khác trong áp dụng phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép đối với dầm thép là uốn thường đi kèm với cắt và hai ứng suất này tương tác với nhau. Do vậy, sẽ không hoàn toàn đúng khi sử dụng các thí nghiệm kéo mẫu để xác định cường độ chảy f y cho dầm chịu uốn. Một quan niệm khác về ứng suất chảy có kết hợp xem xét hiệu ứng cắt sẽ là logic hơn. Như vậy, phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép đã được xây dựng cho thiết kế các kết cấu thép tĩnh định. Nó không nhất thiết phải được áp dụng một cách cứng nhắc cho các vật liệu khác và cho các kết cấu siêu tĩnh. Phương pháp thiết kế theo ứng suất cho phép hiện vẫn được dùng làm cơ sở cho một số tiêu chuẩn thiết kế ở các nước trên thế giới, chẳng hạn, tiêu chuẩn của Viện kết cấu thép Mỹ (AISC) Phương pháp này có nhiều nhược điểm như : - Quan điểm về độ bền dựa trên sự làm việc đàn hồi của vật liệu đẳng hướng ,đồng nhất . - Không biểu hiện được một cách hợp lý về cường độ giới hạn là chỉ tiêu cơ bản về khả năng chịu lực hơn là ứng suất cho phép - Hệ số an toàn chỉ áp dụng riêng cho cường độ , chưa xét đến sự biến đổi của tải trọng - Việc chọn hệ số an toàn dựa trên ý kiến chủ quan và không có cơ sở tin cậy về xác suất hư hỏng. Để khắc phục thiếu sót này cần một phương pháp thiết kế có thể : - Dựa trên cơ sở cường độ giới hạn của vật liệu - Xét đến sự thay đổi tính chất cơ học của vật liệu và sự biến đổi của tải trọng - Đánh giá độ an toàn liên quan đến xác suất phá hoại . Phương pháp khắc phục các thiếu sót trên đó là AASHTO-LRFD 1998 và nó được chọn làm cơ sở biên soạn tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN272-05. 2.Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng LRFD ( Load and Resistance Factors Design) Để xét đến sự thay đổi ở cả hai phía của bất đẳng thức trong phương trình 1.1 .Phía sức kháng được nhân với một hệ số sức kháng dựa trên cơ sở thống kê (Phía tải trọng được nhân lên với hệ số tải trọng dựa trên cơ sở thống kê tải trọng thường lớn hơn 1.Vì hiệu ứng tải trong trạng thái giới hạn bao gồm một tổ hợp của nhiều loại tải trọng (Q i ) ở nhiều mức độ khác nhau của sự dự tính nên phía tải trọng được biểu hiện là tổng của các giá trị  i Q i .Nếu sức kháng danh định là R n , tiêu chuẩn an toàn sẽ là : hiÖu øng cña n i i R Q     (1.2) Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 10 Vì công thức 1.2 chứa cả hệ số tải trọng và hệ số sức kháng nên phương pháp thiết kế này được gọi là phương pháp thiết kế theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng (Load and Resistance Factors Design, viết tắt là LRFD). Hệ số sức kháng  cho một TTGH nhất định phải xét đến sự không chắc chắn trong - Tính chất vật liệu - Phương trình dự tính cường độ - Tay nghề của công nhân - Việc kiểm tra chất lượng - Tầm quan trọng của phá hoại Hệ số tải trọng i  được chọn đối với một loại tải trọng nhất định phải xét đến sự không chắc chắn trong - Độ lớn của tải trọng - Sự sắp xếp (vị trí) của tải trọng - Tổ hợp tải trọng có thể xảy ra Trong việc chọn hệ số sức kháng và hệ số tải trọng cho cầu, lý thuyết xác xuất được áp dụng cho các số liệu về cường độ vật liệu và thống kê học, cho trọng lượng vật liệu cũng như tải trọng xe cộ. Một số ý kiến đánh giá về phương pháp LRFD có thể được tóm tắt như sau: Ưu điểm của phương pháp 1. Xét tới sự thay đổi trong cả sức kháng và tải trọng. 2. Đạt được mức độ an toàn khá đồng đều cho các TTGH và các loại cầu khác nhau, không cần phân tích thống kê hay xác xuất phức tạp. 3. Đưa ra một phương pháp thiết kế hợp lý và nhất quán. Nhược điểm của phương pháp 1. Đòi hỏi sự thay đổi trong quan điểm thiết kế (so với tiêu chuẩn cũ). 2. Yêu cầu có hiểu biết cơ bản về lý thuyết xác xuất và thống kê. 3. Yêu cầu có các số liệu thống kê đầy đủ và thuật toán tính xác xuất để điều chỉnh các hệ số sức kháng cho phù hợp với những trường hợp đặc biệt. Phương pháp LRFD được dùng làm cơ sở cho các tiêu chuẩn thiết kế của Mỹ hiện nay như tiêu chuẩn của Viện kết cấu thép Mỹ (AISC), của Hiệp hội cầu đường Mỹ (AASHTO) cũng như tiêu chuẩn thiết kế cầu ở nước ta. [...]... chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 2 LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LIÊN KẾT TRONG KẾT CẤU THÉP Trong kết cấu thép các cấu kiện được nối với nhau bằng các liên kết như: liên kết hàn , bu lông , đinh tán Trong các kết cấu thép hiện nay, có hai loại liên kết thường được sử dụng: liên kết đinh và liên kết hàn Hình 2.1 giới thiệu một số dạng liên kết phổ biến trong kết cấu thép 2.1.1... khuôn để nguội tuỳ theo phương pháp để lắng nguội chia ra : 22 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 + Thép sôi: thép khi nguội bốc ra nhiều bọt khí như ô xy , cacbon oxyt (nên trông như sôi); Các bọt khí tạo thành những chỗ không đồng chất trong cấu trúc của thép , làm thép sôi có chất lượng không tốt , đễ bị giòn và lão hoá + Thép tĩnh ( thép lặng) thép tĩnh trong quá... 620 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 1.3.1.3 Phân loại thép kết cấu theo tiêu chuẩn 22TCN 272-05 1 /Thép các bon công trình Tên gọi như vậy thật ra không đặc trưng lắm vì tất cả thép công trình đều có các bon Đây chỉ là định nghĩa kỹ thuật Các tiêu chuẩn để định loại thép các bon có thể tham khảo trong tài liệu liên quan Một trong những đặc trưng chủ yếu của thép. .. suất-biến dạng điển hình đối với thép kết cấu 23 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 24 Một tiêu chuẩn thống nhất hoá cho thép cầu được cho trong ASTM (1995) với ký hiệu A709/A709M-94a (M chỉ mét và 94a chỉ năm xét lại lần cuối) Sáu cấp thép tương ứng với bốn cấp cường độ được cho trong bảng 1.2 và hình 1.2 Cấp thép có ký hiệu “W” là thép chống gỉ, có khả năng chống gỉ... gỉ cho một vài loại thép trong môi trường công nghiệp 4/ Thép hợp kim gia công nhiệt cường độ cao Thép hợp kim là loại thép có thành phần hoá học không phải như trong thép hợp kim thấp cường độ cao Phương pháp gia công nhiệt tôi nhúng được thực hiện tương tự như đối với 26 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 thép hợp kim thấp nhưng thành phần khác nhau của các nguyên... tải trọng khác nhau của bảng 1.1 theo những xem xét thiết kế khác nhau TTGH cường độ được quyết định bởi cường độ tĩnh của vật liệu hay ổn định của một mặt cắt đã cho Có 3 tổ hợp tải trọng cường độ khác nhau được quy định trong bảng 1.2 (Theo AASHTO LRFD: có 5 tổ hợp tải trọng cường độ) Đối với một bộ phận riêng biệt của kết cấu 15 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011... bù (xem hình 1.4) Thép hợp kim thấp được gia công nhiệt có thể hàn, tuy nhiên chỉ thích hợp cho tấm Sức kháng gỉ trong không khí của chúng là giống như thép hợp kim thấp cường độ cao 25 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 Hình 1.4 Các đường cong ứng suất-biến dạng ban đầu điển hình đối với thép công trình Hình 1.5 Các đường cong gỉ cho một vài loại thép trong môi trường... thiết kế cầu, để đạt được những mục tiêu này, cần phải thỏa mãn các trạng thái giới hạn Kết cấu thiết kế phải có đủ độ dẻo, phải có nhiều đường truyền lực (có tính dư) và tầm quan trọng của nó trong khai thác phải được xét đến 11 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 Mỗi cấu kiện và liên kết phải thỏa mãn công thức 1.3 đối với tất cả các trạng thái giới hạn    i Qi ... do sự thay đổi cấu trúc phân tử của thép 27 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 Khi mặt cắt ngang được chế tạo bằng hàn ba chiều, ứng suất dư xuất hiện ở cả ba chiều Sự đốt nóng và nguội đi làm thay đổi cấu trúc của kim loại và sự biến dạng thường bị cản trở, gây ra ứng suất dư kéo có thể đạt tới 400 MPa trong mối hàn Nhìn chung, các mép của tấm và thép bình thường... độ phát triển vết nứt không thay đổi nhiều theo cường độ chịu kéo; do đó, cường độ mỏi của mối hàn không phụ thuộc vào loại thép được liên kết Ảnh hưởng của ứng suất dư 30 Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 Nói chung, mối hàn sẽ không được giảm ứng suất nên có thể giả thiết rằng, ứng suất dư sẽ tồn tại ở đâu đó trong liên kết Nếu một chu kỳ ứng suất có biên độ S tác . Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào Văn Dinh 2011 1 BÀI GIẢNG KẾT CẤU THÉP (THEO 22TCN272-05 & AASHTO-LRFD. cần điển hình hóa kết cấu thép. Điển hình hóa từng cấu kiện hoặc điển hình hóa toàn bộ kết cấu. Bài giảng kết cấu thép theo tiêu chuẩn 22TCN272-05- Đào