Tài liệu Nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể của dầm thép

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 và 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 tôi xin bày tỏ tình cảm biết ơn chân thành tới tất cả các thầy cô giáo trong Khoa đào tạo sau Đại Học - Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội vì những giúp đỡ và chỉ dẫn hữu ích trong quá trình học tập cũng như khi tiến hành làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Kết cấu Thép Gỗ - Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã có những ý kiến đóng góp quý báu cho bản thảo của luận văn. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn PGS.TS Đoàn Tuyết Ngọc đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn và đưa ra nhiều ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu và động viên tác giả trong quá trình hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp, gia đình đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn. Tác giả Nguyễn Như Phong LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan Luận văn Thạc sỹ là công trình nghiên cứu độc lập của tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong 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 của một vùng chịu nén Ac,eff Diện tích tiết diện hữu hiệu do mất ổn định của tấm Aeff Diện tích tiết diện hữu hiệu Ag Diện tích tiết diện nguyên Ag,i Diện tích tiết diện nguyên của phần tử thứ i As Diện tích tiết diện hữu hiệu của sườn b Bề rộng của tấm được hoặc không được tăng cường be Các phần tử của chiều rộng hữu hiệu beff Chiều rộng hữu hiệu bp Chiều rộng của bản cánh tính từ tim các góc uốn bp,c Chiều rộng của sườn tính từ tim các góc uốn bp,d Chiều rộng của mép sườn tính từ tim các góc uốn c Chiều rộng phẳng của bản cánh ceff Chiều rộng hữu hiệu của sườn deff Chiều rộng hữu hiệu của mép gấp sườn E Môđun đàn hồi của thép fu Cường độ bền fy Cường độ chảy fya Cường độ chảy trung bình fya Cường độ chảy cơ bản G Môđun đàn hồi trượt H Chiều cao tiết diện Is Mômen quán tính hữu hiệu của sườn K Độ cứng đàn hồi trên một đơn vị dài kσ Hệ số mất ổn định n Số lượng góc uốn 900 Rd Giá trị thiết kế của độ bền Rk Giá trị đặc trưng của độ bền r Bán kính uốn phái trong t Chiều dày bản thép thiết kế trước khi tạo hình Wel, Wx Mômen kháng uốn đàn hồi đối với trục x Weff Mômen kháng uốn hữu hiệu đàn hồi của mặt cắt ngang Weff,y Mômen kháng uốn quanh trục y của mặt cắt hữu hiệu Wy Mômen kháng uốn nguyên theo trục y α Hệ số không hoàn thiện αlt Hệ số không hoàn chỉnh về ổn định oằn uốn xoắn ε Biến dạng λel Độ mảnh đàn hồi của phần tử λlt Độ mảnh tương đối về 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 về ổn định đàn hồi σcr,s Ứng suất tới hạn đàn hồi của sườn f 1, f 2 Ứng suất ở hai đầu phần tử χ Hệ số suy giảm do méo φb Hệ số giảm khả năng chịu uốn φ Hệ số hình dạng lo Nhịp tính toán giữa hai đoạn dầm có giằng l Nhịp dầm χLT Hệ số suy giảm khi tính ổn định do oằn xoắn ngang  LT Độ mảnh quy đổi Mcr Mômen đàn hồi tới hạn Mb,Rd Mômen chống oằn kc Hệ số đặc trưng của mặt cắt liên hợp k1 Hệ số độ cứng chống uốn của sàn k2 Hệ số độ cứng chống uốn của bản 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 đối với dầm tiết diện chữ I có 2 trục đối xứng 2.2 Hệ số  LT 2.3 Chiều cao lớn nhất của dầm thép liên hợp để tránh bị oằn tại 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 4 loại dầm thép DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ 1.1 Hệ dầm thép 1.2 Hệ dầm thép trong nhà dân dụng 1.3 Hệ dầm thép trong nhà dân dụng 1.4 Hệ dầm thép trong nhà dân dụng 1.5 Hệ dầm thép trong nhà công nghiệp 1.6 Hệ dầm thép trong nhà công nghiệp 1.7 Hệ dầm thép trong kết cấu cầu 1.8 Hệ dầm thép trong 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 thanh thành mỏng 1.16 Hệ dầm mái thanh thành mỏng 1.17 Dầm vát 1.18 Cầu Bà Dầu- Quảng Ngãi đổ sập nhịp giữa khi đang thi công 26/12/2011 1.19 Mất ổn định dầm cầu thép. 1.20 Dầm thép đổ sập tại Đại học Windsor 12/4/2013. 2.1 Mất ổn định tổng thể của 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 và kích thước tiết diện dầm 3.6 Sơ đồ tính và kích thước tiết diện phần cánh 3.7 Tiết diện hiệu quả phần biên 3.8 Tiết diện hiệu quả của phần biên 3.9 Sơ đồ chất tải. 3.10 Sơ đồ tính toán 3.11 Sơ đồ chất tải. 1 MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Hiện nay kết cấu thép và dầm thép được sử dụng phổ biến trong kết cấu nhà cao tầng, nhà nhịp lớn, kết cấu cầu... do có nhiều ưu điểm về chịu lực, sử dụng và giá thành. Khi thiết kế công trình nói chung cũng như kết cấu thép nói riêng nếu chỉ kiểm tra điều kiện bền và cứng không thôi thì chưa đủ để phán đoán khả năng làm việc của công trình. Trong nhiều trường hợp, đặc biệt đối với các công trình chịu tải trọng lớn, nhịp lớn tuy tải trọng chưa đạt đến giá trị phá hoại, đôi khi còn nhỏ hơn giá trị cho phép về điều kiện bền, điều kiện cứng nhưng công trình vẫn có thể bị mất khả năng bảo toàn trạng thái cân bằng ban đầu, chuyển sang trạng thái cân bằng khác. Hệ cân bằng mới này sẽ gây ra những ứng suất phụ và làm cho công trình bị phá hoại, đó là hiện tượng công trình bị mất ổn định. Đặc biệt là đối với kết cấu thép, do có khả năng chịu lực lớn, tiết diện kết cấu thường thanh mảnh, vì vậy rất dễ bị mất ổn định làm cho toàn công trình và hệ kết cấu bị phá hoại. Với lý do đó, đề tài nghiên cứu về ổn định tổng thể của dầm thép nói chung, đặc biệt là đối với dầm liên hợp, dầm thành mỏng mà trong quy phạm Việt Nam còn chưa được đề cập tới. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu sự mất ổn định tổng thể của dầm thép nói chung. Các biện pháp để tăng cường khả năng ổn định tổng thể của dầm thép với sơ đồ dầm đơn giản, dầm liên tục... Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu về ổn định tổng thể của 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 trong trạng thái đàn hồi, dầm trong nhà cao tầng, dầm trong nhà nhịp lớn, dầm tiết diện chứ I. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu các lý thuyết tính toán, dùng ví dụ tính toán để khảo sát, rút ra các 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 các kỹ sư Xây dựng sử dụng trong xây dựng công trình. Là tài liệu sử dụng cho các nghiên cứu về lý thuyết tính toán dùng cho các luận văn cao học. THÔNG BÁO Để xem được phần chính văn của 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: [email protected] TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 75 KẾT LUẬN Tính toán ổn định tổng thể là một trong các nhiệm vụ thiết kế của dầm. Thông thường, trong quá trình làm việc cánh trên của dầm nếu được giữ chắc chắn bởi hệ bản sàn hoặc hệ giằng thì chỉ cần kiểm tra tại vị trí gối tựa. Tại đây, cánh dưới của dầm chịu nén, dầm có thể mất ổn định oằn xoắn ngang. Trong quá trình thi công dầm nếu dầm không được giằng giữ đầy đủ, nhất thiết phải kiểm tra ổn định tổng thể của dầm. Tính toán ổn định tổng thể của dầm thép định hình và dầm tổ hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam khá đơn giản, trong đó hệ số φb phụ thuộc vào vật liệu, cấu tạo dầm, tải trọng tác dụng. Trong một số trường hợp với tải trọng xác định có thể lập bảng tra sẵn để tiện dùng. Ổn định tổng thể của dầm thành mỏng, dầm liên hợp thép-bêtông tính toán khá phức tạp. Đặc biệt là dầm thành mỏng, phải tính toán tiết diện hiệu quả và đảm bảo ổn định vênh của tiết diện. Hiện tại, tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn tính toán ổn định tổng thể của hai loại dầm này. Đối với dầm liên hợp, tiết diện dầm thép vì có sự làm việc kết hợp giữa hai vật liệu bêtông và thép, do vậy ổn định tổng thể sẽ được tăng lên. KIẾN NGHỊ Nghiên cứu tính toán ổn định tổng thể của các loại dầm thép khi chịu nhiệt độ cao. 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đoàn Định Kiến, Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội, NXB Xây dựng, 2011. 2. Phạm Văn Hội, Kết cấu liên hợp Thép-Bêtông, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 11/2010. 3. Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tường, Kết cấu thép- cấu kiện cơ bản, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2013. 4. Kết cấu thép - Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5575 : 2012 5. Australian - New Zealand Standard cold formed steels structures AS/NZS 4600:2005 6. 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 7. European Standard. Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structurea. Part 1-1: General tules for building. 8. Timoshenko. Theory of elastic stability. McGraw-Hill Book Company, 2nd Ed.1961 (with J.M.Gere).