BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN NHƯ PHONG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN NHƯ PHONG KHÓA: 2013-2015 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD CN Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐOÀN TUYẾT NGỌC HÀ NỘI –2015 LỜI CẢM ƠN Trước hết xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất thầy cô giáo Khoa đào tạo sau Đại Học - Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội giúp đỡ dẫn hữu ích trình học tập tiến hành làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Kết cấu Thép Gỗ - Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội có ý kiến đóng góp quý báu cho thảo luận văn Đặc biệt, xin cảm ơn PGS.TS Đoàn Tuyết Ngọc tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn đưa nhiều ý kiến quý báu, tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu động viên tác giả trình hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn bạn đồng nghiệp, gia đình giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Tác giả Nguyễn Như Phong LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn Thạc sỹ công trình nghiên cứu độc lập Số liệu kết nghiên cứu Luận văn có nguồn gốc rõ ràng Tác giả Nguyễn Như Phong DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ac Diện tích tiết diện nguyên vùng chịu nén Ac,eff Diện tích tiết diện hữu hiệu ổn định Aeff Diện tích tiết diện hữu hiệu Ag Diện tích tiết diện nguyên Ag,i Diện tích tiết diện nguyên phần tử thứ i As Diện tích tiết diện hữu hiệu sườn b Bề rộng không tăng cường be Các phần tử chiều rộng hữu hiệu beff Chiều rộng hữu hiệu bp Chiều rộng cánh tính từ tim góc uốn bp,c Chiều rộng sườn tính từ tim góc uốn bp,d Chiều rộng mép sườn tính từ tim góc uốn c Chiều rộng phẳng cánh ceff Chiều rộng hữu hiệu sườn deff Chiều rộng hữu hiệu mép gấp sườn E Môđun đàn hồi thép fu Cường độ bền fy Cường độ chảy fya Cường độ chảy trung bình fya Cường độ chảy G Môđun đàn hồi trượt H Chiều cao tiết diện Is Mômen quán tính hữu hiệu sườn K Độ cứng đàn hồi đơn vị dài kσ Hệ số ổn định n Số lượng góc uốn 900 Rd Giá trị thiết kế độ bền Rk Giá trị đặc trưng độ bền r Bán kính uốn phái t Chiều dày thép thiết kế trước tạo hình Wel, Wx Mômen kháng uốn đàn hồi trục x Weff Mômen kháng uốn hữu hiệu đàn hồi mặt cắt ngang Weff,y Mômen kháng uốn quanh trục y mặt cắt hữu hiệu Wy Mômen kháng uốn nguyên theo trục y α Hệ số không hoàn thiện αlt Hệ số không hoàn chỉnh ổn định oằn uốn xoắn ε Biến dạng λel Độ mảnh đàn hồi phần tử λlt Độ mảnh tương đối ổn định oằn uốn xoắn ψ Tỷ lệ ứng xuất Φlt Giá trị để xác định hệ số suy giảm σcom,Ed Ứng suất nén thiết kế σcr Ứng suất tới hạn ổn định đàn hồi σcr,s Ứng suất tới hạn đàn hồi sườn f 1, f Ứng suất hai đầu phần tử χ Hệ số suy giảm méo φb Hệ số giảm khả chịu uốn φ Hệ số hình dạng lo Nhịp tính toán hai đoạn dầm có giằng l Nhịp dầm χLT Hệ số suy giảm tính ổn định oằn xoắn ngang  LT Độ mảnh quy đổi Mcr Mômen đàn hồi tới hạn Mb,Rd Mômen chống oằn kc Hệ số đặc trưng mặt cắt liên hợp k1 Hệ số độ cứng chống uốn sàn k2 Hệ số độ cứng chống uốn bụng dầm thép αLT Hệ số dạng cong oằn xoắn kshadow Hệ số điều chỉnh αc Hệ số truyền nhiệt đối lưu DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng bảng 2.1 Hệ số ψ dầm tiết diện chữ I có trục đối xứng 2.2 Hệ số  LT 2.3 Chiều cao lớn dầm thép liên hợp để tránh bị oằn vùng mômen âm 3.1 Thông số tiết diện tính toán dầm hình I60 3.2 Thông số tiết diện tính toán dầm tổ hợp 3.3 Tổng hợp tính toán ổn định tổng thể loại dầm thép DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ 1.1 Hệ dầm thép 1.2 Hệ dầm thép nhà dân dụng 1.3 Hệ dầm thép nhà dân dụng 1.4 Hệ dầm thép nhà dân dụng 1.5 Hệ dầm thép nhà công nghiệp 1.6 Hệ dầm thép nhà công nghiệp 1.7 Hệ dầm thép kết cấu cầu 1.8 Hệ dầm thép kết cấu cầu 1.9 Tiết diện dầm hình 1.10 Tiết diện dầm hình 1.11 Tiết diện dầm tổ hợp 1.12 Dầm liên hợp - thép bêtông 1.13 Một số loại tiết diện dầm liên hợp 1.14 Hệ dầm liên hợp 1.15 Một số tiết diện thép thành mỏng 1.16 Hệ dầm mái thành mỏng 1.17 Dầm vát 1.18 Cầu Bà Dầu- Quảng Ngãi đổ sập nhịp thi công 26/12/2011 1.19 Mất ổn định dầm cầu thép 1.20 Dầm thép đổ sập Đại học Windsor 12/4/2013 2.1 Mất ổn định tổng thể dầm 2.2 Sự oằn bên uốn xoắn 2.3 Mô hình khung chữ U ngược 3.1 Kích thước tiết diện dầm hình 3.2 Sơ đồ chất tải 3.3 Kích thước tiết diện dầm tổ hợp 3.4 Sơ đồ chất tải 3.5 Sơ đồ tính kích thước tiết diện dầm 3.6 Sơ đồ tính kích thước tiết diện phần cánh 3.7 Tiết diện hiệu phần biên 3.8 Tiết diện hiệu phần biên 3.9 Sơ đồ chất tải 3.10 Sơ đồ tính toán 3.11 Sơ đồ chất tải 1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện kết cấu thép dầm thép sử dụng phổ biến kết cấu nhà cao tầng, nhà nhịp lớn, kết cấu cầu có nhiều ưu điểm chịu lực, sử dụng giá thành Khi thiết kế công trình nói chung kết cấu thép nói riêng kiểm tra điều kiện bền cứng không chưa đủ để phán đoán khả làm việc công trình Trong nhiều trường hợp, đặc biệt công trình chịu tải trọng lớn, nhịp lớn tải trọng chưa đạt đến giá trị phá hoại, nhỏ giá trị cho phép điều kiện bền, điều kiện cứng công trình bị khả bảo toàn trạng thái cân ban đầu, chuyển sang trạng thái cân khác Hệ cân gây ứng suất phụ làm cho công trình bị phá hoại, tượng công trình bị ổn định Đặc biệt kết cấu thép, có khả chịu lực lớn, tiết diện kết cấu thường mảnh, dễ bị ổn định làm cho toàn công trình hệ kết cấu bị phá hoại Với lý đó, đề tài nghiên cứu ổn định tổng thể dầm thép nói chung, đặc biệt dầm liên hợp, dầm thành mỏng mà quy phạm Việt Nam chưa đề cập tới Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ổn định tổng thể dầm thép nói chung Các biện pháp để tăng cường khả ổn định tổng thể dầm thép với sơ đồ dầm đơn giản, dầm liên tục Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ổn định tổng thể dầm thép định hình, dầm thép tổ hợp, dầm thép thành mỏng, dầm liên hợp thép-bêtông 2 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Vật liệu làm việc trạng thái đàn hồi, dầm nhà cao tầng, dầm nhà nhịp lớn, dầm tiết diện I Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tính toán, dùng ví dụ tính toán để khảo sát, rút kết luận Cơ sở khoa học Tiêu chuẩn thiết kế thép:TCVN338 - 2005 Tiêu chuẩn Châu âu Eurocode 3,4 Tiêu chuẩn Austrialian/ New Zeland: standard 4600:2005 Ý nghĩa thực tiễn Là tài liệu cho kỹ sư Xây dựng sử dụng xây dựng công trình Là tài liệu sử dụng cho nghiên cứu lý thuyết tính toán dùng cho luận văn cao học THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 75 KẾT LUẬN Tính toán ổn định tổng thể nhiệm vụ thiết kế dầm Thông thường, trình làm việc cánh dầm giữ chắn hệ sàn hệ giằng cần kiểm tra vị trí gối tựa Tại đây, cánh dầm chịu nén, dầm ổn định oằn xoắn ngang Trong trình thi công dầm dầm không giằng giữ đầy đủ, thiết phải kiểm tra ổn định tổng thể dầm Tính toán ổn định tổng thể dầm thép định hình dầm tổ hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam đơn giản, hệ số φb phụ thuộc vào vật liệu, cấu tạo dầm, tải trọng tác dụng Trong số trường hợp với tải trọng xác định lập bảng tra sẵn để tiện dùng Ổn định tổng thể dầm thành mỏng, dầm liên hợp thép-bêtông tính toán phức tạp Đặc biệt dầm thành mỏng, phải tính toán tiết diện hiệu đảm bảo ổn định vênh tiết diện Hiện tại, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn tính toán ổn định tổng thể hai loại dầm Đối với dầm liên hợp, tiết diện dầm thép có làm việc kết hợp hai vật liệu bêtông thép, ổn định tổng thể tăng lên KIẾN NGHỊ Nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể loại dầm thép chịu nhiệt độ cao 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đoàn Định Kiến, Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội, NXB Xây dựng, 2011 Phạm Văn Hội, Kết cấu liên hợp Thép-Bêtông, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 11/2010 Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường, Kết cấu thép- cấu kiện bản, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2013 Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575 : 2012 Australian - New Zealand Standard cold formed steels structures AS/NZS 4600:2005 European Standard Eurocode 3: Design of Steel Structure part 1:3 Genneral rules Sumpplemen tary rule for cold formed thin guage members and sheeting 2003 European Standard Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structurea Part 1-1: General tules for building Timoshenko Theory of elastic stability McGraw-Hill Book Company, 2nd Ed.1961 (with J.M.Gere)  ... khả ổn định tổng thể dầm thép với sơ đồ dầm đơn giản, dầm liên tục Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ổn định tổng thể dầm thép định hình, dầm thép tổ hợp, dầm thép thành mỏng, dầm liên hợp thép- bêtông... lớn dầm thép liên hợp để tránh bị oằn vùng mômen âm 3.1 Thông số tiết diện tính toán dầm hình I60 3.2 Thông số tiết diện tính toán dầm tổ hợp 3.3 Tổng hợp tính toán ổn định tổng thể loại dầm thép. .. oằn xoắn ngang Trong trình thi công dầm dầm không giằng giữ đầy đủ, thiết phải kiểm tra ổn định tổng thể dầm Tính toán ổn định tổng thể dầm thép định hình dầm tổ hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam