tính toán ổn định của dầm thép tiết diện chữ i không đối xứng theo tiêu chuẩn eurocode 3

74 4.2K 20
tính toán ổn định của dầm thép tiết diện chữ i không đối xứng theo tiêu chuẩn eurocode 3

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, kết cấu thép phát triển rộng rãi trở nên quen thuộc nghành xây dựng Việt Nam, đặc biệt nhà nhịp lớn nhà cao tầng Kết cấu nhà cơng nghiệp chủ yếu cơng trình thép với nhiều tên tuổi tiếng như: Zamil Stell, Kerby, BPH… Nhà nhịp lớn: nhà thi đấu quần ngựa đường Liễu Giai – Hà Nội, trung tâm Hội nghị Quốc gia, ga sân bay T1 Nội Bài nhận thấy tương lai cơng trình thép phát triển Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế thép Bộ Xây dựng ban hành TCXDVN 338-2005 Ngoài ra, số tiêu chuẩn khác chấp nhận thiết kế kết cấu thép như: tiêu chuẩn Nga (SNIP), Hoa Kỳ (AISC), Anh (BS5950), Châu Âu (Eurocode)… Với xu hướng hội nhập nay, Bộ Xây dựng có định hướng chuyển dịch theo tiêu chuẩn Eurocode Tuy nhiên tiêu chuẩn biên soạn cơng phu, tác giả tỉm hiểu giới hạn luận văn phần ổn định dầm thép Thép vật liệu có tính đàn hồi cao nên việc nghiên cứu ổn định kết cấu thép cần thiết thiết kế kết cấu Thiết kế dầm thép chữ I không đối xứng chưa nói đến nhiều tài liệu tham khảo Việt Nam Vì hướng dẫn trực tiếp TS Bùi Hùng Cường, tác giả chọn đề tài: tính tốn ổn định dầm thép tiết diện chữ I không đối xứng theo tiêu chuẩn Eurocode Tác giả xin trân trọng cảm ơn chân thành đến thầy giáo, cô giáo trường Đại học Xây Dựng, Khoa đào tạo Sau đại học, môn kết cấu Cơng trình Thép gỗ đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Học viên Trần Toại MỤC LỤC 1.1 TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP .8 1.1.1 Đặc điểm dầm thép: 1.1.2 Các loại dầm thép xây dựng: 1.1.2.1 Dầm định hình: 1.1.2.2 Dầm tổ hợp: 1.1.2.3 Dầm bụng khoét lỗ: 10 1.1.2.4 Dầm bụng sóng: 11 1.1.2.5 Dầm cánh rỗng: .12 1.2 KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH KẾT CẤU .13 1.2.1 Khái niệm chung [3]: .13 1.2.2 Các dạng ổn định: 13 1.2.2.1 Hiện tượng ổn định vị trí: 13 1.2.2.2 Hiện tượng ổn định dạng cân trạng thái biến dạng: 14 1.2.3 Các tiêu chí cân ổn định: .14 1.2.3.1 Tiêu chí dạng tĩnh học: 14 1.2.3.2 Tiêu chí dạng lượng: 15 1.2.3.3 Tiêu chí dạng động lực học: 15 1.2.4 Các phương pháp nghiên cứu ổn định: 16 1.2.4.1 Các phương pháp tĩnh học 16 1.2.4.2 Các phương pháp lượng 16 1.2.4.3 Phương pháp động lực học .17 1.3 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 17 1.3.1 Ổn định tổng thể: 17 1.3.2 Ổn định cục bộ: 18 1.3.2.1 Mất ổn định cục cánh nén 18 1.3.2.2 Mất ổn định cục bụng 18 1.4 LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CẤU KIỆN .20 1.4.1 Trường hợp dầm chịu tác dụng mô men uốn túy: 20 1.4.2 Tính tốn ổn định tổng thể dầm theo TCVN338-2005 26 1.5 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THEO EUROCODE 30 1.5.1 Mô men tới hạn dầm theo Eurocode [6]: .30 1.5.2 Tính tốn mơ men giới hạn dầm – tính tốn ổn định tổng thể: 32 1.6 VÍ DỤ TÍNH TỐN .38 1.6.1 Xác định mô men tới hạn dầm: .38 1.6.2 Xác định mô men ổn định tổng thể dầm theo Eurocode 3: .45 1.7 LÝ THUYẾT CHUNG [5] 54 1.7.1 Ổn định chữ nhật chịu nén có hai cạnh tựa đơn đối vng góc với phương lực nén cịn hai cạnh có điều kiện biên tự do: 54 1.7.2 Ổn định chữ nhật tác dụng ứng suất trượt: 55 1.7.3 Ổn định chữ nhật chịu uốn trượt: 57 1.7.4 Ổn định gia cường sườn: 58 1.7.4.1 Ổn định chữ nhật tựa đơn có sườn cứng dọc: 58 1.7.4.2 Ổn định chữ nhật tựa đơn có sườn cứng ngang: .60 1.7.4.3 Ổn định chữ nhật tựa đơn gia cường chịu ứng suất trượt: .61 1.7.5 Ổn định giới hạn tỷ lệ: 62 1.8 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ THEO EUROCODE 63 1.8.1 Điều kiện cấu tạo chung dầm: 63 1.8.2 Tính tốn ổn định bụng tác dụng ứng suất tiếp: 63 * Tính tốn theo phương pháp sau tới hạn 64 1.8.3 Tính tốn ổn định bụng tác dụng ứng suất pháp: .65 1.8.4 Tính tốn ổn định bụng tác dụng ứng suất pháp ứng suất tiếp: 67 1.9 THIẾT KẾ DẦM THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 68 1.9.1 Dầm chịu lực cắt V: .68 1.9.2 Dầm chịu mô men M: 68 1.9.3 Dầm chịu mô men M lực cắt V: 68 1.10 VÍ DỤ TÍNH TỐN: 69 1.10.1 Dầm chịu lực cắt V: .69 1.10.2 Dầm chịu mô men M: 71 1.10.3 Dầm chịu đồng thời mô men M lực cắt V: .71 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN a, b Kích thước hình học cấu kiện bf Chiều rộng cánh b0 Chiều rộng phần nhô cánh D Độ cứng trụ E Mô đun đàn hồi vật liệu fy Cường độ tính tốn thép theo giới hạn chảy vật liệu G Mô đun trượt h Chiều cao tiết diện hfk Khoảng cách hai trục cánh dầm hw Chiều cao bụng It Mơ men qn tính xoắn Iy Mơ men qn tính trục y Iz Mơ men qn tính trục z Jω Mơ men qn tình quạt L Chiều dài tính tốn Mcr Mơ men tới hạn Msd Mô men giới hạn Ncr Lực tới hạn t Bề dày cấu kiện tf Chiều dày cánh tw Chiều dày bụng Wpl,y Mô men kháng uốn dẻo tiết diện Wel,y Mô men kháng uốn đàn hồi tiết diện Weff,y Mô men kháng uốn hiệu tiết diện za Tung độ điểm đặt lực zs Tung độ tâm uốn χ LT Hệ số giảm yếu ổn định γM0 Hệ số làm việc tiết diện loại 1, 2, γM1 Hệ số làm việc tiết diện loại λ LT Độ mảnh quy đổi dầm λw Độ mảnh bụng dầm µ Hệ số Poisson σcr, τcr Ứng suất tới hạn ω Độ võng ψ Hệ số tỷ số ứng suất DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Bảng 2.1 Chuyển vị trục 22 Bảng 2.2 Hệ số D C 28 Bảng 2.3 Hệ số B 30 Bảng 2.4 Hệ số ϕb 30 Bảng 2.5 Hệ số C1, C2, C3 32 Bảng 2.6 Phân loại tiết diện loại 1, 2, 36 Bảng 2.7 Bảng tra hệ số kσ 37 Bảng 2.8 Tiết diện loại 38 Bảng 2.9a Tổng hợp mô men tới hạn dầm chịu mô men 46 Bảng 2.9b Tổng hợp mô men tới hạn dầm chịu mô men 47 Bảng 2.10a Tổng hợp mô men giới hạn theo điều kiện ổn định tổng thể 56 Bảng 2.10b Tổng hợp mô men giới hạn theo điều kiện ổn định tổng thể 57 Bảng 3.1 Giá trị k cho vuông chịu đồng thời σ, τ 62 Bảng 3.2 Giá trị k cho có sườn dọc 64 Bảng 3.3 Giá trị giới hạn γ cho có một, hai , ba sườn ngang 65 Bảng 3.4 Giá trị giới hạn tỷ số γ có sườn cho chịu trượt 66 Bảng 3.5 Giá trị k chữ nhật chịu trượt có sườn gia cường 66 Hình 1.1 Tiết diện dầm thép định hình Hình 1.2 Tiết diện dầm thép tổ hợp 10 Hình 1.3 Tiết diện dầm bụng khoét lỗ 12 Hình 1.4 Tiết diện dầm bụng sóng 12 Hình 1.5 Tiết diện dầm thép cánh rỗng 13 Hình 1.6 Mất ổn định tổng thể dầm 18 Hình 1.7 Mất ổn định cục cánh nén 19 Hình 1.8 Mất ổn định bụng dầm tác dụng ứng suất tiếp 19 Hình 1.9 Mất ổn định bụng dầm tác dụng ứng suất pháp 20 Hình 2.1 Dầm chịu mơ men uốn túy 21 Hình 2.2 Sơ đồ dầm tiết diện chữ I có trục đối xứng 28 Hình 2.3 Tiết diện dầm chữ I không đối xứng 31 Hình 2.4 Tọa độ tâm cứng 33 Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng loại theo cách phân loại tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 34 Hình 2.6 Tiết diện dầm chữ I kiểm tra 40 Hình 3.1 Tấm chịu nén theo phương 58 Hình 3.2 Tấm chữ nhật chịu ứng suất trượt 60 Hình 3.3 Tấm chữ nhật chịu uốn trượt 61 Hình 3.4 Tấm chữ nhật có sườn gia cường ngang 62 Hình 3.5 Tấm chữ nhật có sườn gia cường đứng 64 Hình 3.6 Tấm chữ nhật có sườn gia cường chịu ứng suất trượt 65 Hình 3.7 Khả chịu uốn tiết diện có biến dạng dẻo 69 Hình 3.8 Khả chịu uốn tiết diện đàn hồi 69 Hình 3.9 Khả chịu uốn tiết diện giảm yếu 70 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP 1.1.1 Đặc điểm dầm thép: - Kết cấu dầm thép sử dụng rộng rãi nhờ có ưu điểm: cường độ lớn, độ tin cậy cao, trọng lượng nhẹ, chịu lực tốt, cấu tạo tương đối đơn giản chi phí khơng lớn nên phù hợp với sản xuất cơng nghiệp - Có nhiều cách phân loại dầm: + Theo hình dạng tiết diện có dầm đặc dầm rỗng + Theo phương pháp chế tạo có dầm định hình dầm tổ hợp + Theo hình dạng bụng: dầm bụng lượn sóng dầm bụng có lỗ + Ngồi cịn có loại dầm kết cấu thép nhẹ thành mỏng, gia công nguội 1.1.2 Các loại dầm thép xây dựng: 1.1.2.1 Dầm định hình: Dầm chế tạo từ thép hình Các loại dầm hình chữ I có tiết diện đối xứng, thích hợp kết cấu chịu uốn phẳng dầm sàn công tác, dầm mái, dầm cầu trục… Các loại dầm chữ C, Z tiết diện không đối xứng, chịu uốn kèm theo chịu xoắn, có ưu điểm cánh rộng, má phẳng nên dễ liên kết với kết cấu khác, thường sử dụng làm kết cấu chịu uốn xiên xà gồ, dầm sườn tường… Hình 1.1 Tiết diện dầm thép định hình Dầm định hình có ưu điểm đơn giản, chi phí chế tạo thấp Các số hiệu tiết diện cho sẵn mođun bảng tra thép hình có giới hạn, chịu tải trọng nhịp lớn khó đáp ứng thay dầm thép tổ hợp 1.1.2.2.Dầm tổ hợp: - Dầm tổ hợp hàn: dầm tổ hợp từ thép Liên kết bụng cánh đường hàn góc Ưu điểm: tiết kiệm vật liệu, chi phí chế tạo thấp, đơn giản Có kích thước chiều dài khơng giới hạn a b Hình 1.2 Tiết diện dầm thép tổ hợp: a Dầm tổ hợp hàn; b Dầm tổ hợp đinh tán (bu lông) - Dầm tổ hợp đinh tán (bulông): dầm tổ hợp từ thép thép hình Bản bụng dầm thép thẳng đứng, cánh gồm thép góc kết hợp với đậy tạo thành từ thép Liên kết bụng cánh liên kết đinh tán hay bu lông Ưu điểm: chịu tải trọng nặng, tải trọng động lớn Nhược điểm: liên kết đinh tán chế tạo phức tạp * Khi độ mảnh (tỉ số chiều cao chiều dày) bụng vượt giá trị cho phép đòi hỏi phải thiết kế sườn gia cường cho bụng dầm Đây nhược điểm chung dầm tổ hợp, để khắc phục sử dụng dầm thép cường độ cao, thay đổi hình thức tiết diện dầm bố trí hệ giằng để tăng cường độ ổn định, độ cứng cho dầm 1.1.2.3.Dầm bụng khoét lỗ: - Các dầm thép thông thường chịu tải trọng hay vượt nhịp lớn đòi hỏi có chiều cao tiết diện lớn, trường hợp thay kết cấu dầm bụng có khoét lỗ - Dầm bụng khoét lỗ chế tạo cách cắt bụng chữ I bụng đặc theo đường gãy khúc, sau cho hai nửa dịch chuyển tương đối nửa bước sóng hàn nối đường hàn đối đầu dọc dầm, tạo nên dầm có lỗ bụng có chiều cao lớn hơn, vào khoảng 1,5 lần chiều cao tiết diện dầm bụng đặc ban đầu Hình dạng kích thước lỗ nghiên cứu lựa chọn hợp lý mặt chịu lực Các hình dạng phổ biến bụng dầm như: hình lục giác, 10 1, 1, 8,0 7,84 7,3 7,1 6,3 6,1 11, 10, 8,35 7,29 6,24 10,2 9,35 7,9 9,7 8,0 2,2 8,28 7,58 6,5 10,2 8,0 6,9 10, 10, 11, 2,4 8,79 2,6 9,27 8,50 7,28 2,8 8,62 7,9 3, 7,62 3,2 10,5 9,05 8,3 8,0 3, 7,84 4,0 7,9 7,3 7,1 6,3 6,5 6,3 6,1 12,0 11, 10, 9,3 12,4 7,99 12,0 9,49 8,15 9,3 10, 11, 14, 13, 8,48 11, 12, 8,94 12,5 9,52 10,5 9,05 9,7 8,35 7,29 6,24 10,2 9,35 8,0 13, 13, 13, 12,4 13, 11, 16, 12,2 10,5 15,9 11, 11, 10, 11, 11, 12,0 12,7 9,8 9,45 9,3 9,53 9,85 10, 10, 14, 13, 13, 13, 13, 14, 14, 12,2 10,5 15,9 11, 9,8 14, 16, 14, 13, 12,7 12,4 12,4 12, 13, 13, 14, 13, 14, 12, 11, 10, 10, 10, 10, 11, 11, 12, 11, 16, 16, 16, 16, 16 15,4 13,4 15, 14, 14, 15,2 15, 16, 16, 13, 13, 13, 13, 14, Phương trình độ võng m =1 (3-25) Tính tốn tương tự có sườn cứng gia cường dọc, ta biểu thức ứng suất tới hạn: 60 11,6 11,6 11,9 12,3 15,4 13,3 Hình 3.5 Tấm chữ nhật có sườn gia cường đứng mπ x πy sin a b 11,9 15,7 13,5 1.7.4.2.Ổn định chữ nhật tựa đơn có sườn cứng ngang: ∞ 14,7 15,8 14,5 12,4 Bảng 3.2 Giá trị k cho có sườn dọc ω = ∑ α m sin 16,1 σ cr = π D (m + β ) + rγβ b2t β 2m2 (3-26) Trong đó: (r-1): số sườn m: số nửa bước sóng Lập bảng tra hệ số β, γ dùng cho công thức (3-26) β 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,2 Một sườn ngang 12,8 7,25 4,42 2,82 1,84 1,19 0,435 Hai sườn ngang 65,5 37,8 23,7 15,8 11,0 7,94 4,43 2,53 Ba sườn ngang 177 102 64,4 43,1 30,2 21,9 12,6 7,44 Bảng 3.3 Giá trị giới hạn γ cho có một, hai , ba sườn ngang 1.7.4.3.Ổn định chữ nhật tựa đơn gia cường chịu ứng suất trượt: Xét trường hợp đơn giản chữ nhật tựa đơn chịu ứng suất trượt phân bố gia cường sườn chia đơi Hình 3.6 Tấm chữ nhật có sườn gia cường chịu ứng suất trượt Dùng phương pháp lượng để tìm ứng suất tới hạn Độ cứng sườn đảm bảo nửa bị võng có kích thước chữ nhật tựa đơn có kích thước a/2 b (sườn thẳng) Lập bảng giá trị γ tỷ số độ cứng chống uốn EI với độ cứng Da bị uốn thành mặt trụ: a/b 1,25 1,5 γ = EI/Da 15 6,3 2,9 0,83 Bảng 3.4 Giá trị giới hạn tỷ số γ có sườn cho chịu trượt 61 Dựa vào phương pháp lượng xác định công thức ứng suất tới hạn π 2D s b2 τ cr = {[6α + + + [γ + (1 + α )]} b t 2α b s (3-27) Trong đó: γ= 2∑ ( EI )i sin i πa b (3-28) Db Hay biểu diễn (3-27) dạng: π 2D τ cr = k bt (3-29) Lập bảng giá trị k: γ k 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 6,98 7,70 8,67 9,36 9,90 10,4 10,8 11,1 11,4 11,7 12,0 Bảng 3.5 Giá trị k chữ nhật chịu trượt có sườn gia cường 1.7.5 Ổn định giới hạn tỷ lệ: Trong trường hợp tính ổn định giai đoạn đàn hồi Ngồi giới hạn tỷ lệ cơng thức tìm cho trị số ứng suất tới hạn lớn Để đạt kết đạt xác hơn, phải xét đến trình diễn biến vật liệu giới hạn tỷ lệ Xét chữ nhật có cạnh tựa đơn chịu nén theo phương song song với cạnh Khi bị uốn lượn thành nửa sóng, xác định trị số tới hạn ứng suất nén giai đoạn đàn hồi: σ cr = π 2D a b ( + ) b2t b a (3-27) Cho sẵn tỷ số a/b, trị số lớn ứng suất vuông π 2D π 2E t2 σ cr = = b t 3(1 − ν ) b2 (3-28) 62 Thí nghiệm chứng minh được, để tìm ứng suất tới hạn ngồi giới hạn tỷ lệ, cho trường hợp chịu ứng suất khác dùng công thức xác định phạm vi đàn hồi, cần thay E Et 1.8 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ THEO EUROCODE 1.8.1 Điều kiện cấu tạo chung dầm: Theo lý thuyết ổn định đàn hồi: π 2E σ cr ≤ 12(1 − µ )( hw / tw ) (3-29) Để ổn định cho cánh nén (tiết diện loại 1, 2, 3), nên chọn: b0/tf ≤ 15 235 / f y (3-30) Điều kiện cấu tạo bụng: hw E ≤k tw fy Aw Afc (3-31) Trong k = 0,3: tiết diện dầm loại 1,2 k = 0,4: tiết diện dầm loại k = 0,55: tiết diện dầm loại Aw = hwtw: diện tích bụng Afc = bftf: diện tích cánh chịu nén 1.8.2 Tính tốn ổn định bụng tác dụng ứng suất tiếp: Theo lý thuyết ổn định đàn hồi, biểu thức ứng suất tới hạn đàn hồi xác định biểu thức: π 2E τ cr = k w 12(1 − µ )( hw / tw ) (3-32) kw: hệ số ổn định phục thuộc vào tỷ số hai cạnh Tuy nhiên thực tế cho thấy rằng, kết lý thuyết chưa phản ánh thật xác, ứng suất tới hạn tính tốn phù hợp với thực tế, tồn 63 ứng suất màng dải chịu kéo xiên sinh biến dạng ngang Nếu bụng có sườn cứng gia cường khả chịu ổn định cắt tăng thêm * Tính toán theo phương pháp sau tới hạn Bản bụng dầm không bị ổn định cục lực cắt tính tốn nhỏ lực cắt tới hạn: V ≤ Vba (3-33) Vba = dtwτ ba / γ M (3-34) τba: ứng suất cắt tính tốn trung bình phụ thuộc vào độ mảnh bụng dầm hw/tw tính tốn sau: fy τ ba = λw ≤ 0,8 τ ba = [1,5 − 0,625(λ w − 0,8)] τ ba = (3-35) fy 0,8 ≤ λ w ≤ 1,2 (3-36) 0,9 f y λ w ≥ 1, λw fy Với λ w = Đặt ε = λw = 3τ cr (3-37) độ mảnh bụng dầm 235 , µ = 0,3 ta fy fy 3τ cr = hw / tw 37,4ε kτ (3-38) kτ hệ số ổn định chịu cắt: Sườn gia cường Giá trị kτ Khơng có sườn gia cường kτ = 5,34 Có sườn a/d < 64 kτ = + 5,34 (a / d )2 a/d ≥ kτ = 5,34 + (a / d )2 Trong đó: a: khoảng cách sườn d: chiều cao sườn gia cường 1.8.3 Tính tốn ổn định bụng tác dụng ứng suất pháp: Độ mảnh tiết diện ảnh hưởng trực tiếp đến khả chịu mô men uốn Khả chịu mô men uốn tiết diện xác định với giả thiết cánh dầm chịu tồn mơ men uốn có kể đến tham gia bụng dầm - Khi toàn tiết diện loại dẻo, cánh bụng dầm tiếp nhận hồn tồn ứng suất nên hình thành khớp dẻo đủ để phân phối lại mô men dầm Khả chịu mô men tiết diện xác định mô men dẻo tiết diện Mpl,y ≤ Msd = Wpl, yfy/γM0 hw/tw ≤ 83ε, bo/tf ≤ 10ε (3-39) Hình 3.7 Khả chịu uốn tiết diện có biến dạng dẻo - Khi tiết diện có ứng suất thớ ngồi đạt đến ứng suất chảy, xuất ổn định cục ngăn cản xuất khớp dẻo Khả chịu mô men tiết diện xác định mô men đàn hồi tiết diện Mel,y ≤ Msd = Wel,yfy/γM0 (3-40) 83ε ≤ hw/tw ≤ 124ε, 10ε ≤ bo/tf ≤ 15ε 65 Hình 3.8 Khả chịu uốn tiết diện đàn hồi - Đối với tiết diện loại mảnh, bụng bị cong vênh trước ứng suất đạt đến cường độ tính tốn tiết diện, phần bị cong vênh khơng cịn khả chịu lực Giá trị phần tiết diện có ích phụ thuộc vào phân bố ứng suất độ mảnh tiết diện Meff,y ≤ Msd = Weff,yfy/γM1 hw/tw > 124ε, bo/tf > 15ε (3-41) Hình 3.9 Khả chịu uốn tiết diện giảm yếu f y+ Gọi ψ = − hệ số phân bố ứng suất tiết diện fy kσ = 7,81 − 6,29ψ + 9,78ψ hệ số độ mảnh bụng dầm Hệ số giảm yếu tiết diện bụng dầm xác định sau: de1 = 0,4ρd/2, de2 = 0,6ρd/2 Trong đó: ρ= (λ p − 0,22) (3-42) λ p2 66 λp = hw 28,4ε tw kσ (3-43) 1.8.4 Tính tốn ổn định bụng tác dụng ứng suất pháp ứng suất tiếp: Khi dầm chịu mô men lực cắt, lực cắt tính tốn V nhỏ ảnh hưởng lực cắt đến mô men không đáng kể, lực cắt tính tốn V lớn khả chịu lực mô men của tiết diện bị suy giảm, bụng mảnh bị ổn định cục bộ, ứng suất phân bố lại cánh phải chịu phần tải trọng tăng lên * Phương pháp sau tới hạn: Khi V < 0,5Vba ảnh hưởng lực cắt cường độ tính tốn mơ men khơng đáng kể khả chịu uốn xá c định khả chịu mô men uốn M (Mpl,y, Mel,y, Meff,y): Khi V > 0,5Vba ảnh hưởng lực cắt đến cường độ tính tốn mơ men đáng kể, khả chịu uốn tiết diện tính tốn biểu thức: M ≤ M f + ( M pl , y − M f )[1 − ( 2V − 1) ] Vba (3-44) Trong đó: Mf: khả chịu mô men cánh: Với tiết diện loại 1, 2, 3: M f = bf t f (h − t f ) fy (3-45) γ M0 Với tiết diện loại 4: M f = [(b + beff )t f h − tf f − (b − beff )t f eM ] y γ M1 Mpl,y: khả chịu mơ men tồn tiết diện 67 (3-46) 1.9 THIẾT KẾ DẦM THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 1.9.1 Dầm chịu lực cắt V: Kiểm tra công thức: V ≤ Vpl,y = 0,58 fyAv/γM0 (3-47) Av: diện tích chịu cắt tính tốn, với tiết diện dầm chữ I tổ hợp Av = hwtw (3-48) 1.9.2 Dầm chịu mô men M: Mô men kiểm tra nhỏ mô men giới hạn M ≤ Msd (3-49) Msd = Mpl,y = Wpl,yfy/γM0; với hw ≤ 83ε, c/tw ≤ 10ε (3-50) Msd = Mel,y = Welfy/γM0; với 124ε ≤ hw ≤ 83ε, 10ε≤ c/tw ≤ 15ε (3-51) Msd = Meff,y = Weff,yfy/γM1; với hw ≥ 124ε, c/tw ≥ 15ε (3-52) 1.9.3 Dầm chịu mô men M lực cắt V: Nếu V ≤ 0,5Vpl,y, kiểm tra M ≤ Msd (3-53) Nếu V > 0,5Vpl,y, kiểm tra M ≤ Mv (3-54) Mv giá trị mô men kháng dẻo ảnh hưởng lực cắt xác định cách sử dụng hệ số giảm cường độ tính tốn: fred = (1 - ρ)fy, ρ = ( 2V − 1) V pl , y Mv = (Wpl,y – Wvρ)fy/γM0 (3-55) (3-55) Wv mô men kháng dẻo tiết diện chịu cắt Av Av = hwtw (3-56) hw tw Av2 = ⇒ Wv = 4t w (3-57) ρ Av2 ⇒ Mv = (Wpl,y – )fy/γM0 4t w (3-58) 68 ρ Av2 Công thức kiểm tra: M ≤ (Wpl,y – )fy/γM0 4t w (3-59) 1.10.VÍ DỤ TÍNH TỐN: 1.10.1 Dầm chịu lực cắt V: Kiểm tra dầm chịu lực cắt có tiết diện trên: Dầm hai đầu khớp chịu tải trọng phân bố (tại trọng đặt cánh dưới) Theo bảng 2.10b ta có thông số sau: q Msd = 652.667.092N.mm, qsd = 29,02N/m Kiểm tra điều kiện cấu tạo dầm: - Ổn định cánh nén: theo (3-30) ta có b0/tf ≤ 15 235 / f y Trong đó: b0 = (400-10)/2 = 195mm tf = 20mm; fy = 235N/mm2 ⇒ b0/tf = 9,95 < 15 (thỏa mãn) - Ổn định bụng: theo (3-31) ta có 69 hw E ≤ 0,4 tw fy ⇒ Aw Afc 960 210000 960*10 ≤ 0,4 10 235 400* 20 ⇒ 96 < 392 (thỏa mãn) Như dầm thỏa mãn yêu cầu cấu tạo Lực cắt đầu dầm: V = qsdL/2 = 217.650N Theo (3-38) độ mảnh bụng dầm: λw = fy 3τ cr = hw / tw 37,4ε kτ Thay giá trị: kτ = 5,34 (dầm khơng có sườn); hw = 960; tw = 10; ε = ⇒ λw = 960 = 1,111 < 1,2 10*37,4 5,34 (3-36) ⇒ τ ba = [1,5 − 0,625(λ w − 0,8)] fy = [1,5-0,625(1,111-0,8)235/ = 177,14 N/mm2 Ứng suất cắt giới hạn: (3-34) ⇒ Vba = dtwτ ba / γ M d = hw = 960; tw = 10; γM0 = 1,1 ⇒ Vba = 960*10*177,14 / 1,1 = 1.545.981 (N) ⇒ Vba > V = 217.650N Tương tự tải trọng phân bố q đặt cánh hay trọng tâm thỏa mãn điều kiện ổn định cục bụng 70 1.10.2 Dầm chịu mô men M: Kiểm tra dầm chịu mô men uốn túy có tiết diện trên: Dầm hai đầu khớp chịu mô men hai đầu dầm (mô men trái chiều) Theo bảng 2.10a ta có thơng số sau: M M M sd = 618.908.136N.mm Tiết diện xét tiết diện loại (3-40) ⇒ Mel,y = Wel,yfy/γM0 Với: Wel,y = 6.780.357 mm3 fy = 235; γM0 = 1,1 ⇒ Mel,y = 6.780.357 *235/1,1 = 1.448.530.813N.mm > 618.908.136N.mm Trong bảng 2.8a mô men lớn nhất: Mel,ymax = 1.349.699.584N.mm < 1.448.530.813N.mm Như trường hợp chịu lực bảng 2.8a thỏa mãn điều kiện ổn định cục bụng chịu mô men uốn túy 1.10.3 Dầm chịu đồng thời mô men M lực cắt V: Kiểm tra dầm chịu đồng thời mô men lực cắt có tiết diện trên: Dầm hai đầu ngàm chịu lực phân bố tác dụng (lực tác dụng lên cánh dưới) Theo bảng 2.10b ta có thông số sau: q Lực cắt gối tựa Qsd = qsdL/2 = 601.875N 71 Nội lực đầu ngàm: M = 1.504.749.595N.mm; V = 601.875N Ứng suất cắt giới hạn: (3-34) ⇒ Vba = dtwτ ba / γ M d = hw = 960; tw = 10; γM0 = 1,1 ⇒ Vba = 960*10*177,14 / 1,1 = 1.545.981 (N) ⇒ 0,5Vba = 772.991 > V = 601.875N Như cần kiểm tra bụng dầm chịu mô men (3-40) ⇒ Mel,y = Wel,yfy/γM0 Với: Wel,y = 8.855.976mm3 fy = 235; γM0 = 1,1 ⇒ Mel,y = 8.855.976 *235/1,1 = 1.891.958.509 N.mm > 1.504.749.595N.mm ⇒ Dầm ổn định cục Tính tốn tương tự với trường hợp tải trọng tác dụng đặt trọng tâm, cánh Trọng tâm: Msd = 1.297.885.090N.mm; Qsd = 519.150N Cánh trên: Msd = 946.716.105N.mm; Qsd = 378.675N 0,5Vba = 772.991 > V = 519.150 N ⇒  M el,y = 1.891.958.509 > 1.297.885.105N.mm ⇒ Bản bụng dầm ổn định chịu đồng thời mô men lực cắt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 72 Dầm cấu kiện chịu uốn cắt, tiết diện dầm thường có ứng suất trái dấu dầm chữ I khơng đối xứng có ý nghĩa mặt kinh tế Với mục tiêu đề ra, luận văn tìm hiểu số lý thuyết tính tốn ổn định tổng thể cục dầm tiết diện chữ I không đối xứng theo tiêu chuẩn Eurocode Từ kết thu được, đưa số kết luận sau: - Theo tiêu chuẩn Eurocode tiết diện dầm chia bốn loại tiết diện: loại 1, có khả chảy dẻo; loại 3: dầm làm việc giới hạn đàn hồi; loại 4: áp dụng cho thành mỏng xét đến bề rộng hiệu tiết diện - Đối với cơng trình dân dụng cơng nghiệp, tính tốn ổn định tổng thể theo tiêu chuẩn Eurocode thường tính tốn để cấu kiện đến trạng thái chảy dẻo (đối với cơng trình cầu tính tốn trạng thái đàn hồi) - Luận văn trình bày lý thuyết chung ví dụ tính toán ổn định tổng thể, ổn định cục tiết diện dầm cụ thể - Luận văn chưa đề cập đến ổn định cục dầm chịu lực tập trung - Chưa kiểm tra ổn định cục bụng dầm có sườn gia cường Kiến nghị 2.1 Tiết diện dầm chữ I không đối xứng khó chế tạo định hình nghiên cứu tiết diện hợp lý thích hợp làm dầm đỡ cơng trình nhà cao tầng 2.2 Hướng phát triển đề tài: - Nghiên cứu tiết diện hợp lý dầm - Nghiên cứu tiết diện khác có trục đối xứng: chữ T … - Nghiên cứu khả chịu cắt tiết diện theo trường ứng suất kéo (khi có sườn gia cường) - Ứng dụng phần mềm lập trình thiết kế, kiểm tra tiết diện Tài liệu tham khảo 73 [1] GS TS Đoàn Định Kiến, GS TS Phạm Văn Hội (2001), Ổn định kết cấu thép kết cấu thép nhẹ - Bài giảng cao học [2] PGS TS Lê Viết Giảng (2007), Giáo trình ổn định cơng trình, Đà Nẵng [3] GS TS Lều Thọ Trình (chủ biên), Đỗ Văn Bình (2010), Ổn định cơng trình, Nhà xuất xây dựng [4] Tiêu chuẩn Việt Nam, TCXDVN 338:2005: Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế [5] XTIPHEN P TIMOSHENCO, JEM.M.GERE (1976), Ổn định đàn hồi (bản dịch tiếng Việt), Nhà xuất khoa học kỹ thuật [6] CONSTRUCTION – Métallique etmixte acier – béton (1996) [7] Design Handbook for Braced or Non-Sway Steel Buildings according to Eurocode (1996) [8] European Standard Eurocode (2002): Design of steel structure – Part 1-1: General rules anh rules for building [9] European Standard Eurocode (2003): Design of steel structure – Part 1-3: General rules Supplementary rules for cold-formed thin guage members and sheeting [10] European Standard Eurocode (2003): Design of steel structure – Part 1-5: Plated structural elements 74 ... trí đặt t? ?i trọng trọng tâm tiết diện - Tiêu chuẩn Việt Nam xét chung tiết diện, không phân nhiều lo? ?i tiết diện tiêu chuẩn Eurocode hay BS5590 1.5 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THEO EUROCODE. .. uốn hiệu tiết diện Theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 3, dựa sở độ ổn định cục bộ, hình dạng tiết diện thanh, trạng th? ?i chịu lực tỉ số kích thước tiết diện Theo đó, chia thành lo? ?i tiết diện thanh:... thanh: tiết diện đặc, tiết diện nửa đặc, tiết diện mảnh tiết diện mảnh (tiết diện thành mỏng) f fy Hình 2.5 Biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng lo? ?i theo cách phân lo? ?i tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode

Ngày đăng: 06/10/2014, 23:23

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • 1.1. TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP

    • 1.1.1. Đặc điểm của dầm thép:

    • 1.1.2. Các loại dầm thép trong xây dựng:

      • 1.1.2.1. Dầm định hình:

      • 1.1.2.2. Dầm tổ hợp:

      • 1.1.2.3. Dầm bụng khoét lỗ:

      • 1.1.2.4. Dầm bụng sóng:

      • 1.1.2.5. Dầm cánh rỗng:

  • 1.2. KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH KẾT CẤU

    • 1.2.1. Khái niệm chung [3]:

    • 1.2.2. Các dạng mất ổn định:

      • 1.2.2.1. Hiện tượng mất ổn định vị trí:

      • 1.2.2.2. Hiện tượng mất ổn định về dạng cân bằng trong trạng thái biến dạng:

    • 1.2.3. Các tiêu chí về sự cân bằng ổn định:

      • 1.2.3.1. Tiêu chí dưới dạng tĩnh học:

      • 1.2.3.2. Tiêu chí dưới dạng năng lượng:

      • 1.2.3.3. Tiêu chí dưới dạng động lực học:

    • 1.2.4. Các phương pháp nghiên cứu ổn định:

      • 1.2.4.1. Các phương pháp tĩnh học

      • 1.2.4.2. Các phương pháp năng lượng

      • 1.2.4.3. Phương pháp động lực học

  • 1.3. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA DẦM

    • 1.3.1. Ổn định tổng thể:

    • 1.3.2. Ổn định cục bộ:

      • 1.3.2.1. Mất ổn định cục bộ bản cánh nén

      • 1.3.2.2. Mất ổn định cục bộ bản bụng

  • 1.4. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẤU KIỆN

    • 1.4.1. Trường hợp dầm chịu tác dụng mô men uốn thuần túy:

    • 1.4.2. Tính toán ổn định tổng thể dầm theo TCVN338-2005

      • Ph©n bè ®Òu

  • 1.5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THEO EUROCODE 3

    • 1.5.1. Mô men tới hạn của dầm theo Eurocode 3 [6]:

    • 1.5.2. Tính toán mô men giới hạn của dầm – tính toán ổn định tổng thể:

  • 1.6. VÍ DỤ TÍNH TOÁN

    • 1.6.1. Xác định mô men tới hạn của dầm:

    • 1.6.2. Xác định mô men ổn định tổng thể của dầm theo Eurocode 3:

  • 1.7. LÝ THUYẾT CHUNG [5]

    • 1.7.1. Ổn định của tấm chữ nhật chịu nén đều có hai cạnh tựa đơn đối nhau vuông góc với phương lực nén còn hai cạnh kia có điều kiện biên tự do:

    • 1.7.2. Ổn định của tấm chữ nhật dưới tác dụng của ứng suất trượt:

    • 1.7.3. Ổn định của tấm chữ nhật chịu uốn và trượt:

    • 1.7.4. Ổn định của tấm được gia cường bởi các sườn:

      • 1.7.4.1. Ổn định của tấm chữ nhật tựa đơn có sườn cứng dọc:

      • 1.7.4.2. Ổn định của tấm chữ nhật tựa đơn có sườn cứng ngang:

      • 1.7.4.3. Ổn định của tấm chữ nhật tựa đơn được gia cường chịu ứng suất trượt:

    • 1.7.5. Ổn định của tấm ngoài giới hạn tỷ lệ:

  • 1.8. ỔN ĐỊNH CỤC BỘ THEO EUROCODE 3

    • 1.8.1. Điều kiện cấu tạo chung của dầm:

    • 1.8.2. Tính toán mất ổn định bản bụng dưới tác dụng ứng suất tiếp:

      • * Tính toán theo phương pháp sau tới hạn

    • 1.8.3. Tính toán mất ổn định bản bụng dưới tác dụng ứng suất pháp:

    • 1.8.4. Tính toán mất ổn định bản bụng dưới tác dụng ứng suất pháp và ứng suất tiếp:

  • 1.9. THIẾT KẾ DẦM THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 3

    • 1.9.1. Dầm chịu lực cắt V:

    • 1.9.2. Dầm chịu mô men M:

    • 1.9.3. Dầm chịu mô men M và lực cắt V:

  • 1.10. VÍ DỤ TÍNH TOÁN:

    • 1.10.1. Dầm chịu lực cắt V:

    • 1.10.2. Dầm chịu mô men M:

    • 1.10.3. Dầm chịu đồng thời mô men M và lực cắt V:

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan