Tài liệu Bài giảng kết cấu thép chương 3 dầm thép

Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 1. Các loại dầm thép 1.1. Định nghĩa Dầm là kết cấu đặc làm việc chịu uốn, truyền tải trọng từ sàn xuống gối. Dầm là kết cấu cơ bản nhất của kết cấu thép, có trong mọi công trình. Kích thước dầm có thể thay đổi nhiều. 1.2. Phân loại 1.2.1. Theo cách sản xuất Dầm định hình PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 1 CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 1. Các loại dầm thép 1.1. Định nghĩa 1.2. Phân loại 1.2.1. Theo cách sản xuất Dầm tổ hợp PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 2 CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 1. Các loại dầm thép 1.1. Định nghĩa 1.2. Phân loại 1.2.2. Theo sơ đồ cấu tạo - Dầm đơn giản; - Dầm liên tục; - Dầm nút thừa. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 3 1 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 1. Các loại dầm thép 1.1. Định nghĩa 1.2. Phân loại 1.2.2. Theo sơ đồ cấu tạo Hçnh 3.3: Phán loaûi dáöm theo så âäö cáúu taûo PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 4 CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 2. Hệ dầm thép 2.1. Hệ dầm đơn giản DC=DF=DS Hçnh 3.4: Hãû dáöm âån giaín PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 5 CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 2. Hệ dầm thép 2.2. Hệ dầm phổ thông DF=DS DC Hçnh 3.5: Hãû dáöm phäø thäng PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 6 2 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 2. Hệ dầm thép 2.1. Hệ dầm phức tạp DS DC DF Hçnh 3.6: Hãû dáöm phæïc taûp PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 7 CHƯƠNG III : DẦM THÉP §3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 2. Hệ dầm thép 2.1. Hệ dầm phức tạp Để liên kết các dầm thành hệ dầm có các hình thức liên kết sau: Hçnh 3.7:Liãn kãút gheïp chäöng Hçnh 3.8: Liãn kãút bàòng màût Hçnh 3.9: Liãn kãút tháúp PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 8 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 1. Cấu tạo Bản sàn thép được cấu tạo từ thép bản trơn hoặc có gờ. Liên kết bản sàn thép vào hệ dầm thép bằng liên kết hàn. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 9 3 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 1. Cấu tạo Bản sàn thép được cấu tạo từ thép bản trơn hoặc có gờ. . Liên kết bản sàn thép vào hệ dầm thép bằng liên kết hàn. ls Hình 3.10 Nhịp bản sàn PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 10 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 2. Tính toán Quan biểu thức gần đúng giá trị giữa nhịp lớn nhất l và chiều dày t của bản sàn: lS 4n0 ⎛ 72 E1 ⎞ ⎜1 + 4 c ⎟⎟ = tS no q ⎠ 15 ⎜⎝ Với: ⎡l ⎤ no = ⎢ ⎥ ⎣∆⎦ E1 = E 1 −ν 2 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 11 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 2. Tính toán 2.1. Kiểm tra độ võng và ứng suất của bản sàn: H ∆ H Hình 3.11 Sơ đồ kiểm tra độ võng PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 12 4 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 2. Tính toán 2.1. Kiểm tra độ võng và ứng suất của bản sàn: M max = Trong đó: ql 2 − H∆ 8 M max = M o 1 ; 1+α l - nhịp tính toán của bản; ∆ - độ võng ở giữa nhịp bản do qc và lực kéo H gây ra. ∆ = ∆o 1 1+α ∆o = 5 q cl 4 . 384 E1I X PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 13 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 2. Tính toán 2.1. Kiểm tra độ võng và ứng suất của bản sàn: a – tỷ số giữa H và lực tới hạn Ơle Ncr, xác định theo phương trình: ⎛ ∆o ⎞ ⎟ ⎝ t ⎠ 2 α (1 + α ) 2 = 3⎜ H= π 2 EI l 2 α H = γQ π 2 ⎡∆⎤ 2 E1t 4 ⎢⎣ l ⎥⎦ Ở đây: γQ - hệ số tin cậy của tải trọng (hệ số vượt tải) PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 14 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 2. Tính toán 2.1. Kiểm tra độ võng và ứng suất của bản sàn: Điều kiện kiểm tra về ứng suất : σ= H M max + ≤ fγ c A Wx Điều kiện kiểm tra về độ võng : ∆ = ∆o. 1 ≤ [∆ ] 1+ α PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 15 5 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.2. CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN BẢN SÀN THÉP 2. Tính toán 2.2. Tính liên kết bản sàn với dầm: Gọi hh là chiều cao của đường hàn hh = Với H γ c ( β . f ) min (β.f)min = min[(βf,fwf);(βs,fws)] PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 16 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 1. Nhịp của dầm L1 Chiều dài chế tạo toàn bộ dầm Lo L Khoảng cách trọng tâm hai gối tựa Khoảng thông thủy PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 17 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 2. Chiều cao dầm hd hmin Chiều cao khống chế theo độ võng hmax Chiều cao khống chế theo kiến trúc hmin ≤ h ≤ hmax h ≈ hkt Xác định hmin; hmax; hkt? PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 18 6 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 2.1. Tính hmin Xét dầm đơn giản, chịu tải trọng phân bố đều g+p l PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 19 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 2.1. Tính hmin - Dầm nhịp l, - Tải trọng phân bố đều + Tĩnh tải gc, γg + Hoạt tải pc , γp Xác định hmin PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 20 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 2.1. Tính hmin P l PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 21 7 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 2.1. Tính hmin P P l hmin ? PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 22 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 2. Chiều cao dầm hd 2.2. Tính hkt Trong khoảng hmax và hmin có thể tìm chiều cao hkt sao cho trọng lượng dầm ít nhất. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 23 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM 2. Chiều cao dầm hd 2.2. Tính hkt hkt = 2Cψ f W ψ wt w hoặc hkt = k W tw Trong đó k – hệ số phụ thuộc vào cấu tạo tiết diện dầm k= 2Cψ f ψw - Dầm tổ hợp hàn k = 1,15÷1,2 - Dầm tổ hợp khác k = 1,2 ÷1,25 Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 8 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 2. Chiều cao dầm hd 2.2. Tính hkt Nếu xét tới ảnh hưởng (hw/tw) : hkt = 3 h (m) tw (mm) 1,0 8 - 10 λw = hw/tw 100 125 3 λwW 2 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 10 - 12 12 - 14 16 - 18 20 - 22 22 - 24 125 150 145 165 165 185 185 200 Tỷ số chiều cao và chiều dày bản bụng thép (độPHẠM mảnh của bản bụng dầm) VIẾT HIẾU - DTU 210 230 25 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 1. Chọn tiết diện Sau khi xác định mômen uốn M, lực cắt V, tính mômen kháng uốn yêu cầu của tiết diện Wxyc = M xmax fγ c Khi kể đến sự phát triển biến dạng dẻo Wxyc = M xmax c1 fγ c Tra bảng qui cách chọn thép để: Wx ≥ Wxyc PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 26 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 2. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện về cường độ 2.1. Kiểm tra điều kiện bền chịu mômen (điều kiện bền về uốn) Nếu thép hình đã chọn để làm dầm thỏa mãn điều kiện Wx ≥ Wxycvà mômen uốn Mmax đã kể đến trọng lượng dầm, khi cấu tạo không gây ra các giảm yếu cho dầm thì không cần kiểm tra điều kiện về uốn Trong các trường hợp còn lại, cần kiểm tra bền về uốn σ= M M ≤ fγ c ≤ fγ c hoặc σ = C1Wnx Wnx PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 27 9 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 2. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện về cường độ 2.2. Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt Ứng suất tiếp cần thỏa mãn công thức τ= VS ≤ f vγ c I xt w S - mômen tĩnh của phần tiết diện nguyên bên trên thớ cần tính ứng suất cắt với trục trung hòa x-x; Ix - mômen quán tính của tiết diện nguyên lấy đối với trục uốn x-x; fv - cường độ tính toán về cắt của thép làm dầm. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 28 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 2. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện về cường độ 2.2. Kiểm tra điều kiện bền chịu cắt Ứng suất tiếp cần thỏa mãn công thức τ= VS ≤ f vγ c I xt w Nếu tại tiết diện kiểm tra, bản bụng bị giảm yếu do lỗ khoét đinh tán, (bu lông) hoặc các nguyên nhân khác thì giá trị ứng suất tiếp cần nhân thêm hệ số α = a(a-d); với a – khoảng cách tâm hai lỗ, d – đường kính lỗ đinh. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 29 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 2. Kiểm tra tiết diện đã chọn theo điều kiện về cường độ 2.3. Kiểm tra bản bụng dầm chịu ứng suất cục bộ F F b lz tf hy tf lz 45° b 45° hy Hình - Kiểm tra bền khi có lực tập trung cục bộ PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 30 10 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 2.3. Kiểm tra bản bụng dầm chịu ứng suất cục bộ Kiểm tra theo công thức: σc = F ≤ fγ c t wl z F - giá trị của tải trọng tập trung, phân bố trên chiều rộng b; lz - chiều dài phân bố quy đổi Đối với dầm định hình: lz = b + 2hy = b + 2(tf + r) tf - chiều dày cánh dầm; r - bán kính cong chuyển tiếp từ bụng sang cánh của tiết diện thép hình làm dầm PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 31 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 1. Kiểm tra tiết diện dầm chịu đồng thời ứng suất pháp, ứng suất tiếp, ứng suất cục bộ. 2. Kiểm tra độ cứng (độ võng) của dầm. 3. Kiểm tra ổn định tổng thể. Tham khảo sách Kết cấu thép_Phạm Văn Hội (Trang 120 & 121) PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 32 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 1. Chọn tiết diện Sau khi xác định mômen uốn M, lực cắt V, tính mômen kháng uốn yêu cầu của tiết diện Wxyc = M x max fγ c Khi kể đến sự phát triển biến dạng dẻo Wxyc = M x max c1 fγ c Tra bảng qui cách chọn thép để: Wx ≥ Wxyc PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 33 11 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.4. THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH Chọn tiết diện dầm chữ C để làm xà gồ của mái ngói. Nhà có bước cột B = 6m. Khoảng cách giữa các xà gồ dự kiến là 1,2m. Tổng tải trọng tác dụng lên mái theo phương mặt bằng nhà là 250 daN/m2, hệ số vượt tải n = 1,2. Dự kiến dùng thép CCT34. Hệ số điều kiện làm việc γc = 0,9. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 34 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.1. Xác định chiều cao h của dầm Chiều cao được chọn h của dầm cần thỏa mãn: hmin ≤ h ≤ hmax và càng gần hkt càng tốt bf 1.2. Xác định chiều dày bản bụng dầm * Dùng sườn gia cường cho bản bụng: tw h hw h tw ≈ 7 + 3 1000 35 tf PHẠM VIẾT HIẾU - DTU CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.1. Xác định chiều cao h của dầm Chiều cao được chọn h của dầm cần thỏa mãn: hmin ≤ h ≤ hmax và càng gần hkt càng tốt bf 1.2. Xác định chiều dày bản bụng dầm * Dùng sườn gia cường cho bản bụng: tw hw h 3 Vmax tw = 2 hw f vγ c Coi hw ≈ h hoặc hw = h - (30÷40)mm 36 tf PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 12 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.1. Xác định chiều cao h của dầm Chiều cao được chọn h của dầm cần thỏa mãn: hmin ≤ h ≤ hmax và càng gần hkt càng tốt bf 1.2. Xác định chiều dày bản bụng dầm * Không dùng sườn gia cường cho bản bụng: h tw hw f 5,5 E hw tw = 37 tf PHẠM VIẾT HIẾU - DTU CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.1. Xác định chiều cao h của dầm Chiều cao được chọn h của dầm cần thỏa mãn: hmin ≤ h ≤ hmax và càng gần hkt càng tốt bf 1.2. Xác định chiều dày bản bụng dầm * Về mặt cấu tạo: - Do chế tạo hw h tw - Chống, đề phòng ăn mòn tw ≥ 6 mm tw ≤ 22 mm 38 tf PHẠM VIẾT HIẾU - DTU CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.3. Xác định các kích thước bản cánh 1.3.1. Đối với dầm tổ hợp hàn Từ điều kiện chịu uốn, xác định mômen quán tính cần thiết của tiết diện cánh dầm đối với trục trung hòa x-x: h t h3 M h t h3 I f = I x − I w = Wx . − w w = max . − w w fγ c 2 12 2 12 Mặt khác: I f ≈ 2 Af h 2fk 4 = 2b f t f h 2fk 4 = bf t f h 2fk 2 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 39 13 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.3. Xác định các kích thước bản cánh 1.3.1. Đối với dầm tổ hợp hàn Từ trên ta có h2 M max h t w hw3 . − = b f t f fk 2 fγ c 2 12 Æ ⎛M h t h3 ⎞ 2 b f t f = ⎜⎜ max . − w w ⎟⎟ 2 f γ 2 12 ⎠ h fk c ⎝ PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 40 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.3. Xác định các kích thước bản cánh 1.3.1. Đối với dầm tổ hợp hàn * Yêu cầu cấu tạo: - tf > tw (tf = 12 ÷ 24 mm) - tf ≤ 30 mm nhằm tránh ứng suất phụ và để dễ hàn - Phải thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ cánh nén, cần: bf t f ≤ E f PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 41 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.3. Xác định các kích thước bản cánh 1.3.1. Đối với dầm tổ hợp hàn * Yêu cầu cấu tạo: - bf ≤ 30tf để ứng suất pháp phân bố đều trên chiều rộng cánh kéo - Nhằm đảm bảo ổn định tổng thể của dầm cần: bf = (1/2÷1/5)h; bf ≥ 180mm; bf ≥ h/10 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 42 14 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1. Chọn tiết diện dầm tổ hợp 1.3. Xác định các kích thước bản cánh F1 1.3.1. Đối với dầm tổ hợp bulông, đinh tán. F2 (Tham khảo tài liệu) F2 F1 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 43 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 2. Kiểm tra lại tiết diện sau khi chọn theo cường độ và độ võng 2.1. Kiểm tra bền σ td = σ 12 + 3τ 12 ≤ 1,15 fγ c σ1 = M ho VS ; τ1 = c W h I xtw 2.2. Kiểm tra độ cứng (độ võng) ∆ ⎡∆⎤ ≤ l ⎢⎣ l ⎥⎦ PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 44 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 2. Kiểm tra lại tiết diện sau khi chọn theo cường độ và độ võng 2.3. Kiểm tra ổn định dầm tổ hợp Bao gồm kiểm tra ổn định tổng thể dầm và ổn định cục bộ của các bản thép làm dầm. 3. Biến đổi tiết diện dầm tổ hợp theo chiều dài dầm Các cách thay đổi tiết diện: - Thay đổi chiều cao dầm: Dùng cho dầm đơn giản (dầm cầu chạy) - Thay đổi bề rộng, bề dày bản cánh: Dùng cho dầm đinh tán (hoặc bulông) loại lớn. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 45 15 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 3. Biến đổi tiết diện dầm tổ hợp theo chiều dài dầm Hçnh 3.18: Caïc caïch thay âäøi tiãút diãûn dáöm Thường giữ nguyên chiều dày bản cánh (để cánh dầm phẳng) và chỉ thay đổi bề rộng bản cánh. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 46 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 3. Biến đổi tiết diện dầm tổ hợp theo chiều dài dầm Cách làm: Cách 1: Ấn định vị trí thay đổi tiết diện, Với dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều thì vị trí cách gối tựa một đoạn x1 = l/6. Xác định mômen tại vị trí thay đổi tiết diện. qx1 (l − x1 ) 2 M x1 Wx1 = fγ c M x1 = PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 47 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 3. Biến đổi tiết diện dầm tổ hợp theo chiều dài dầm Từ đó chọn lại chiều rộng cánh dầm là bf1 theo Wx1. Các kích thước khác như hw, tw, tf không đổi. q x Yêu cầu về cấu tạo: M h ; 10 + b f 1 ≥ 180mm ; + bf 1 ≥ 1 + bf 1 ≥ bf 2 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 48 16 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 3. Biến đổi tiết diện dầm tổ hợp theo chiều dài dầm q Cách 2: Dựa vào cấu tạo ấn định giá trị bf1 Æ Mx1 = Wx1.f.γc , x cân bằng phương trình: M x1 = M qx1 (l − x1 ) 2 Æ x1 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 49 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 4. Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm Khi dầm chịu uốn cánh và bụng dầm sẽ trượt tương đối lên nhau. Lực trượt gây ra do ứng suất tiếp τ. Gọi T là lực trượt trên một đơn vị chiều dài dầm thì: T = τ .t w = VS f I x .t w tw = VS f Ix PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 50 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.5. THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 4. Tính liên kết giữa cánh và bụng dầm * Tính đường hàn Ta có: 2hf(βfw)minγc ≥ T Xác định được chiều cao cần thiết của đường hàn VS f hf ≥ 2( βf w ) min I xγ c Khi trên cánh dầm có tác dụng của lực cục bộ mà tại đó không có sườn gia cường thì: hf ≥ (VS f / I x ) 2 + ( F / l z ) 2 2( βf w ) min γ c PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 51 17 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 1. Ổn định tổng thể của dầm 1.1. Hiện tượng, nguyên nhân L P b Hình3.24: 3.21 Máú Mấtt äø ổn Hçnh n định âënh tổng täøng thể thãø PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 52 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 1. Ổn định tổng thể của dầm 1.2. Các trường hợp không cần kiểm tra ổn định tổng thể l - Nhịp tự do của dầm o ≤ 16 bf - Vành cánh nén của dầm liên kết vào các bản sàn thép hoặc bê tông cốt thép. 1.3. Công thức kiểm tra ổn định tổng thể Mômen uốn ứng với lúc bắt đầu xuất hiện oằn ngang là mômen tới hạn. ηc M cr = EI t GI y 1 + π 2 / α 2 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 53 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 1. Ổn định tổng thể của dầm 1.3. Công thức kiểm tra ổn định tổng thể Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm theo công thức: σ M σ= ≤ σ cr = cr f = ϕb f W f σcr - ứng suất tới hạn được xác định theo công thức: σ cr = B= Iy M cr =B W Ix ηc 2 ⎛h⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ lo ⎠ 2 I t / I y . EG . lo 1+ π 2 /α h PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 54 18 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 1.3. Công thức kiểm tra ổn định tổng thể η - hệ số xét đến dạng biểu đồ mômen, phụ thuộc vào cách đặt tải theo chiều dài dầm; c - hệ số xét đến liên kết của dầm trên gối tựa và cách đặt tải cánh trên hay cánh dưới dầm; E E, G - môđun đàn hồi về uốn và cắt của vật liệu: G = 2(1 + µ ) µ hệ số poátxông, với thép µ = 0,3; Ix, Iy - Mômen quán tính của tiết diện dầm đối với trục x, y; It - mômen xoắn của tiết diện dầm (theo TCVN 338 – 2005) It = 1,25(2b f t 3f + hwt w3 ) 3 α =4 G I t ⎛ lo ⎞ ⎜ ⎟ E Iy ⎝ h ⎠ 2 PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 55 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 1. Ổn định tổng thể của dầm Với dầm tổ hợp hàn dạng chữ I: 2 ⎞ ⎛ ⎛ 3 ⎞ lt at α = 8⎜⎜ o w ⎟⎟ ⎜⎜1 + w ⎟⎟ ⎝ h fk b f ⎠ ⎝ b f t f ⎠ Ở đây: hfk – khoảng cách trọng tâm hai cánh dầm; a = 0,5hfk lo – chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng dầm của cánh chịu nén (khoảng cách các kiềm chế nhau) PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 56 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 2. Ổn định cục bộ của dầm 2.1. Hiện tượng, nguyên nhân Ứng suất pháp và tiếp trong dầm phân bố như sau: - Cánh dầm chịu tác dụng của σ nén và σ kéo. - Bụng dầm chịu tác dụng đồng thời của σ và τ. σ σ1 Caïnh chëu neïn τ1 Caïnh chëu keïo Dưới tác dụng của các ứng suất, cánh, bụng có thể bị cong vênh nên gọi là hiện tượng mất ổn định cục bộ. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 57 19 Bài giảng: Kết Cấu Thép - Lớp K12XC CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 2. Ổn định cục bộ của dầm 2.1. Hiện tượng, nguyên nhân Đặc điểm: Hình dạng toàn bộ dầm không thay đổi nhưng hình dạng tiết diện thay đổi, có một số khu vực bị cong vênh nên làm giảm khả năng chịu lực và vị trí tâm xoắn thay đổi tạo nên mômen xoắn. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 58 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 2. Ổn định cục bộ của dầm 2.2. Mất ổn định của bản bụng do tác dụng của ứng suất tiếp Thường gặp ở vùng gần gối tựa do lực cắt V lớn. Dưới tác dụng của ứng suất tiếp τ những thớ dầm hợp với trục dầm một góc 45o sẽ bị cong lồi lên. ç Ứng suất tới hạn được xác định: 2 k hệ số phụ thuộc tỷ số cạnh ngắn v k π 2 E ⎛ tw ⎞ ⎜ ⎟⎟ τ cr = v trên cạnh dài của ô bản, phụ thuộc 2 ⎜ 12(1 − v ) ⎝ hw ⎠ vào loại tải trọng tác dụng lên dầm. PHẠM VIẾT HIẾU - DTU 59 CHƯƠNG III : DẦM THÉP § 3.6. ỔN ĐỊNH CỦA DẦM 2. Ổn định cục bộ của dầm 2.2. Mất ổn định của bản bụng do tác dụng của ứng suất tiếp Xét đến sự ngàm đàn hồi của hai cạnh dài đối diện, bản chịu ứng suất tiếp do tải trọng tĩnh, ta có: τ cr = 10,3 λw = hw tw f E f 2 λw - độ mảnh qui ước của bản bụng, [λ ]- độ mảnh qui ước tới hạn của bản bụng. w -Với tải trọng động [λ w ] = 2,2 -Với tải trọng tĩnh [λ ] = 3,2 w PHẠM VIẾT HIẾU - DTU Khoa Xây Dựng - Đại Học Duy Tân 60 20