Tóm tắt Luận văn Tính toán ổn định tổng thể của dầm thép có kể đến các điều kiện biên và phân phối nội lực theo tiêu chuẩn Eurocode 3
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
NGUYỄN DUY HẢO
TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA
DẦM THÉP CÓ KỂ ĐẾN CÁC ĐIỀU KIỆN
BIÊN VÀ PHÂN PHỐI NỘI LỰC THEO
TIÊU CHUẨN EUROCODE 3
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số: 60.58.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2015
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Phạm Văn Hội
Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Quang Viên
Phản biện 2: TS. Trần Quang Hưng
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Ngành Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công
nghiệp họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 26 tháng 12 năm 2015
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đề tài luận văn “Tính toán ổn định tổng thể của dầm thép có
kể đến các điều kiện biên và phân phối nội lực theo tiêu chuẩn
Eurocode 3 ” nhằm tìm hiểu đặc điểm làm việc, ứng xử của các bộ
phận, cách tính, lập quy trình tính toán ổn định tổng thể của dầm thép
có kể đến điều kiện biên và phân phối nội lực theo tiêu chuẩn
Eurocode 3, trên cơ sở đó so sánh với cách tính theo Tiêu Chuẩn thiết
kế kết cấu thép của Việt Nam TCVN 5575:2012.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu đặc điểm làm việc, ứng xử các bộ phận của dầm
thép;
- Tìm hiểu, lập quy trình và cách tính toán ổn định tổng thể
cho dầm thép có kể đến điều kiện biên và phân phối nội lực theo tiêu
chuẩn Eurocode 3.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: dầm thép
- Phạm vi nghiên cứu: luận văn này, giới hạn việc tính toán ổn
định tổng thể kết cấu dầm thép có kể đến điều kiện biên và phân phối
nội lực theo tiêu chuẩn Eurocode 3; qua đó đưa ra quy trình tính toán
ổn định tổng thể kết cấu dầm thép liên tục có kể đến điều kiện biên và
phân phối nội lực theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Phương pháp lý thuyết
+ Thu thập các tài liệu tổng quan lý thuyết tính toán ổn định
tổng thể kết cấu dầm thép hiện nay ở nước ta;
+ Thu thập tài liệu về lý thuyết tính toán ổn định tổng thể kết
cấu dầm thép liên tục có kể đến điều kiện biên và phân phối nội lực
theo tiêu chuẩn Eurocode 3.
2
4.2. Phương pháp số
Tiến hành các ví dụ bằng số để minh họa tính toán ổn định
tổng thể kết cấu dầm thép liên tục có kể đến điều kiện biên và phân
phối nội lực theo tiêu chuẩn Eurocode 3;
5. Cấu trúc luận văn
Với mục đích và tiêu chí nêu trên, luận văn dự kiến bao gồm
phần mở đầu, phần kết luận kiến nghị và 3 chương chính sau đây:
- Chương 1: Tổng quan về dầm thép và ổn định kết cấu
- Chương 2: Lý thuyết tính toán ổn định tổng thể dầm thép
- Chương 3: Ví dụ tính toán
3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP VÀ ỔN ĐỊNH KẾT CẤU
1.1.TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP
1.1.1.Đặc điểm của dầm thép
Kết cấu dầm thép được 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 và chi phí không lớn nên phù hợp với sản xuất
công nghiệp.
1.1.2.Các loại dầm thép trong xây dựng
a. Dầm định hình
b. Dầm tổ hợp
c. Dầm bụng khoét lỗ
d. Dầm bụng sóng
e. Dầm cánh rỗng
1.2. KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH KẾT CẤU
1.2.1. Khái niệm chung
Theo giáo trình sức bền vật liệu – PGS.TS Lê Ngọc Hồng: độ
ổn định của kết cấu là khả năng duy trì, bảo toàn được dạng cân bằng
ban đầu trước các nhiễu động có thể xảy ra.
1.2.2. Các dạng mất ổn định
- Mất ổn định về vị trí.
- Mất ổn định về dạng cân bằng ở trạng thái biến dạng.
a. Hiện tượng mất ổn định vị trí
Xảy ra khi toàn bộ công trình được xem là tuyệt đối cứng,
không thể giữ nguyên được vị trí ban đầu mà buộc phải chuyển sang
vị trí khác.
b. Hiện tượng mất ổn định về dạng cân bằng trong trạng thái
biến dạng
Xảy ra khi biến dạng ban đầu của vật thể tương ứng với tải
4
trọng nhỏ ban đầu bắt buộc phải chuyển sang dạng biến dạng mới
khác trước về tính chất.
1.2.3. Các tiêu chí về sự cân bằng ổn định
a. Tiêu chí dưới dạng tĩnh học
- Nếu P*>P: cân bằng ổn định.
- Nếu P*<P: cân bằng không ổn định.
- Nếu P*=P: cân bằng phiếm định.
b. Tiêu chí dưới dạng năng lượng
Xét U *là độ biến thiên của thế năng toàn phần của hệ khi
chuyển từ trạng thái đang xét sang trạng thái lân cận sẽ là:
U*U T
U độ biến thiên của thế năng biến dạng;
T độ biến thiên của công ngoại lực.
- Nếu U T hệ ở trạng thái cân bằng ổn định.
- Nếu U T hệ ở trạng thái cân bằng không ổn định.
- Nếu U T hệ ở trạng thái cân bằng phiếm định.
c. Tiêu chí dưới dạng động lực học
- Nếu chuyển động tắt dần hoặc điều hòa (khi không kể đến
lực cản) thì cân bằng là ổn định.
- Nếu chuyển động không tuần hoàn (xa dần trạng thái ban
đầu), mang đặc trưng dẫn đến sự tăng dần của biên độ chuyển động
thì cân bằng là không ổn định.
1.2.4.Các phương pháp nghiên cứu ổn định
a. Các phương pháp tĩnh học
b. Các phương pháp năng lượng
c. Phương pháp động lực học
5
1.3. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH CỦA DẦM
1.3.1. Ổn định tổng thể
l
z
y
y
y
z
F
z
F
Hình 1.6. Mất ổn định tổng thể của dầm
1.3.2. Ổn định cục bộ
a. Mất ổn định cục bộ bản cánh nén
b. Mất ổn định cục bộ bản bụng
6
CHƯƠNG II
LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ
DẦM THÉP
2.1. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CẤU KIỆN
2.1.1. Trường hợp dầm chịu tác dụng mô men uốn thuần túy
M
M
(a)
(b)
Hình 2.1. Dầm chịu mô men uốn thuần túy
Công thức xác định mô men tới hạn
l
EIz*1h2 EIz*2h22
GIt EIz 1 2
1
Mcr
GItl2
l
2 a2
l2
Mcr
GIt EIz 1
Đây là công thức tính toán mô men tới hạn cho dầm chịu uốn
thuần túy, các trường hợp khác như: dầm đơn giản, dầm con son…
tính toán tương tự.
7
2.2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THEO EUROCODE 3
2.2.1. Mô men tới hạn của dầm theo Eurocode 3
Hình 2.2. Tiết diện dầm chữ I không đối xứng
Công thức tổng quát:
2
EI
(kL)2
k
I
I
(kL)2 GI
2
z
w
t
M C
[ (
)
(C z C z )2 (C z C z )]
cr
1
2
g
3
j
2
g
3
j
2
k
EI
w
z
z
Trong đó:
C1, C2, C3: Hệ số phụ thuộc dạng tải trọng và điều kiện liên kết
hai đầu dầm (có bảng kèm theo).
2.2.2. Tính toán mô men giới hạn của dầm – tính toán ổn định
tổng thể
Độ mảnh quy đổi của dầm:
w wpl,y fy
LT
Mcr
2.3. CÁCH TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ DẦM THÉP
THEO TCVN 5575:2012
2.3.1. Công thức kiểm tra
M
f c
bWc
8
a. Đối với dầm tiết diện chữ I có hai trục đối xứng:
Iy
2
h
E
f
1
+ Đối với thép I cán:
1,54
(2-68)
(2-69)
Ix l0
2
It
l
0
Iy
h
+ Đối với dầm tổ hợp từ 3 tấm thép hoặc dầm bulong cường
độ cao:
2
atw3
bf t3f
l0t f
8
1
(2-70)
hf bf
Giá trị của φb trong công thức (2-67) lấy như sau:
φ1 ≤ 0,85 thì φb = φ1
φb > 0,85 thì φb = 0,68 + 0,21 φ1, nhưng không lớn hơn 1
b. Đối với dầm tiết diện chữ I có một trục đối xứng
Để xác định φb cần tính các hệ số φ1, φ2:
Iy
Ix
Iy
Ix
2hh1
l02
2hh2
l02
E
f
E
f
1
2
2.3.2. Một số chú ý khi kiểm tra ổn định tổng thể dầm
Nhận thấy rằng, giá trị momen tới hạn Mcr phụ thuộc vào hình
dạng, đặc trưng hình học của tiết diện dầm, vào vị trí tải trọng tác
dụng lên dầm, vào cách liên kết dầm với gối tựa, vào cách bố trí liên
kết ngăn cản chuyển vị ngang của cánh nén (cách bố trí các kiềm chế
ngang)
Biện pháp tăng cường ổn định tổng thể
Để tăng cường ổn định tổng thể, chống oằn ngang, cần tiến
hành theo cá giải pháp sau:
9
- Xem xét việc sử dụng bản sàn: nên sử dụng bản sàn bê tông
cốt thép hoặc bản sàn thép có cố kết chặt bản sàn vào cánh nén của
dầm.
- Điều chỉnh các tỷ số bf / tf , bf / hf để biểu thức trên thoả mãn.
Theo đó việc tăng bề rộng cánh bf, giảm bề dày cánh tf, giảm khoảng
cách hai bản cánh hfk có thể sẽ đạt hiệu quả, nhưng sẽ phải chọn lại
tiết diện dầm.
- Trong hệ dầm sàn, khi bản sàn không dủ cứng, cần phải giảm
nhịp tính toán ngoài mặt phẳng (giảm l0) cho cánh nén dầm, bằng
cách bố trí thêm hệ giằng, thanh chốn ngang.
2.4. SO SÁNH CÁCH TÍNH ỔN ĐINH TỔNG THỂ CỦA DẦM
THÉP THEO TCVN 5575:2012 VÀ EUROCODE 3
2.4.1. Điểm tương tự nhau
1. Cả hai tiêu chuẩn đều xây dựng dựa trên lý luận về ổn định
ngang của dầm chịu uốn của Timoshenko.
2. Giá trị Mcr, Mb,kd phụ thuộc vào các đặc điểm sau:
- Hình dạng dầm
- Đặc trưng hình học của tiết diện dầm
- Vị trí tải trọng tác dụng lên dầm
- Dạng tải trọng tác dụng
- Cách bố trí liên kết ngăn cản chuyển vị ngang của cánh nén
2.4.2. Điểm khác nhau
STT
TCVN 5575:2012
Eurocode 3
Hình thức của công thức kiểm
tra ổn định tổng thể dầm giữa
hai tiêu chuẩn là khác nhau:
M Ed
1
1
Mb,Rd
M
f c
bWc
10
STT
TCVN 5575:2012
Eurocode 3
Không phân lớp tiết diện, chỉ Phân lớp tiết diện tuỳ vào độ
sử dụng một loại tiết diện: tiết mảnh của các bộ phận thuộc
diện dẻo, tiết diện đặc chắc; tiết diện(dẻo, đặc, nửa đặc,
không cho phép dùng tiết diện mảnh), vì vậy cho phép sử
mảnh hơn nếu không có biện dụng nhiều loại tiết diện, thậm
2
pháp gia cố bằng sườn.
chí là thanh có thể rất mảnh.
Xác định Mcr phụ thuộc nhiều Xác định Mb,Rd tương đối đơn
thông số và phức tạp hơn
giản nhờ một loạt bảng biểu
và các công thức đơn giản
hoá, do đó việc thực hiện sẽ
ưu việt hơn.
3
Việc kiểm tra ổn định tổng thể Trình bày phần oằn ngang
dầm chỉ như phần kiểm tra ngang hàng mục chịu uốn, vì
thêm sau khi tính toán về vậy mọi cấu kiện chịu uốn mà
cường độ, mọi bảng tra đều ở không được kiềm chế ngang
phụ lục nên sẽ được xem là đều toàn bộ phải kiểm tra về
không quan trọng và đôi khi oằn.
bỏ qua không làm.
Mcr phụ thuộc vị trí tải trọng Mb,Rd phụ thuộc chính xác vị
tác dụng: Cánh trên, Cánh trí điểm đặt tải trọng tác dụng,
4
5
dưới, Bất kỳ
vị trí tâm trượt
Không xét ảnh hưởng của các Xét đến ảnh hưởng của các
liên kết tại hai đầu dầm, mức liên kết tại hai đầu dầm, mức
độ cụ thể chống vênh của độ cụ thể chống vênh của cánh
cánh nén ra ngoài mặt phẳng nén ra ngoài mặt phẳng dầm
6
dầm
thông qua lần lượt hai hệ số
kz, kw
7
Không xét đến ảnh hưởng của Xét đến ảnh hưởng của dạng
dạng oằn đến momen tới hạn oằn (thông qua hệ số αLT) đến
Mb,Rd
momen tới hạn Mb,Rd
11
CHƯƠNG III
VÍ DỤ TÍNH TOÁN
3.1. VÍ DỤ 1
Cho một dầm đơn giản mặt cắt không đối xứng với các đặc trưng
như sau:
Các đặc trưng hình học của dầm:
bf1 = 400mm
tf = 20mm
bf2 = 250mm
tf = 20mm
h= 1.000mm
hfk= 980mm
tw = 10mm
L= 15.000mm
G = 80.000N/mm2
kw= 1
hw= 960mm
A = 22.600mm2
E = 210.000N/mm2
fy = 235N/mm2
Tọa độ trọng tâm tiết diện xác định bởi: h1= 425mm, h2= 555mm
Yêu cầu:
1. Tính moment tới hạn của dầm có kể đến điều kiện biên và
phân phối nội lực theo tiêu chuẩn Eurocode 3
2. Xác định moment ổn định tổng thể của dầm tiêu chuẩn
Eurocode 3
12
Bảng 3.1a.Tổng hợp mô men tới hạn của dầm chịu mô men
Sơ đồ tải trọng
Mcr (N.mm)
M
M
1.081.608.127
M
M
M
M/2
M/2
3.604.048.593
1.421.096.684
9.807.262.742
1.977.158.620
13.284.678.832
M
M
M
M
M/2
M/2
2.504.570.034
14.290.719.980
M
M
M/2
1.798.204.605
4.119.523.277
M
M
13
Bảng 3.1b. Tổng hợp mô men tới hạn của dầm chịu lực phân bố, tập
trung
Sơ đồ tải trọng
Vị trí tải trọng
Trọng tâm
Cánh trên
Cánh dưới
Trọng tâm
Cánh trên
Cánh dưới
Trọng tâm
Cánh trên
Cánh dưới
Trọng tâm
Cánh trên
Cánh dưới
Trọng tâm
Cánh trên
Cánh dưới
Trọng tâm
Cánh trên
Cánh dưới
Mcr (N.mm)
1.173.029.084
827.183.346
q
1.729.103.729
3.583.998.658
1.817.457.291
6.120.368.387
2.374.533.521
1.722.814.315
3.296.948.769
14.017.172.483
11.267.848.449
17.619.774.943
1.401.128.196
1.045.945.676
1.922.863.436
6.455.577.650
4.824.741.266
8.636.310.273
q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
* Nhận xét:
- Qua bảng 3.1a ta thấy: mô men tới hạn nhỏ nhất của dầm khi
hai đầu dầm là khớp chịu mô men trái chiều; mô men tới hạn lớn nhất
khi hai đầu dầm là ngàm chịu mô men cùng chiều (một đầu dầm chịu
mô men M, đầu kia chịu mô men M/2);
- Khi dầm chịu lực tập chung hoặc phân bố: đặt tải trọng tại
cánh dưới sẽ có tác dụng nhất, mô men tới hạn là lớn nhất; nhỏ nhất
khi lực đặt tại cánh trên của dầm;
14
- Liên kết hai đầu dầm là ngàm cho kết quả chịu mô men tốt hơn
hai đầu ngàm (do có ảnh hưởng của mô men xoắn kiềm chế của dầm).
3.1.2. Xác định mô men ổn định tổng thể của dầm theo Eurocode 3
Bảng 3.2a. Tổng hợp mô men giới hạn theo điều kiện ổn định tổng
thể của dầm chịu tác dụng của mô ment
Sơ đồ tải trọng
M sd,max (N.mm)
M
M
M
618.908.136
M
1.081.009.823
733.759.558
M
M/2
M/2
M
1.297.439.320
M
870.906.532
M
1.340.424.255
961.321.058
1.349.699.584
832.423.873
1.118.722.325
M
M/2
M
M/2
M
M/2
M
M
15
Bảng 3.2b. Tổng hợp mô men giới hạn theo điều kiện ổn định tổng
thể của dầm chịu tác dụng của tải trọng
Vị trí
tải
trọng
Trọng
q, Q
Msd,max (N.mm) (N/mm,
N)
Sơ đồ tải trọng
23,21
652.667.092
tâm
Cánh
trên
q
q
18,22
512.400.131
Cánh
dưới
Trọng
tâm
29,02
816.252.160
69,22
1.297.885.090
Cánh
trên
50,49
946.716.105
Cánh
dưới
Trọng
tâm
80,25
1.504.749.595
502.253
941.724.810
Q
Q
Cánh
trên
434.529
814.741.263
Cánh
dưới
Trọng
tâm
562.156
1.054.043.432
913.242
1.712.329.483
Cánh
trên
889.434
1.667.689.534
Cánh
dưới
935.118
1.753.346.367
16
Trọng
tâm
194.069
161.366
229.259
541.056
505.362
570.493
727.757.453
605.122.363
Q
Q
Q
Cánh
trên
Cánh
dưới
Trọng
tâm
859.720.778
1.521.721.147
1.421.330.721
1.604.510.157
Cánh
trên
Q
Cánh
dưới
* Nhận xét:
-Qua bảng 3.2a ta thấy: khi dầm chịu tác động của mô men,
trường hợp bất lợi nhất khi dầm đầu khớp chịu mô men trái chiều;
hiệu quả nhất khi dầm hai đầu ngàm chịu mô men M và M/2 cùng
chiều;
-Khi tính toán ổn định tổng thể, bất lợi nhất khi đặt tải trọng
tại cánh trên, và ổn định nhất khi tải trọng đặt tại cánh dưới;
-Khả năng của dầm chịu mô men tới hạn trong các trường hợp
khác nhau rất lớn, nhưng khi xét đến điều kiện ổn định tổng thể lại
không khác nhau nhiều.
3.2. VÍ DỤ 2
Tính momen tới hạn tương ứng trạng thái mất ổn định tổng thể
của dầm đơn giản nhịp L=6m như hình vẽ theo TCVN 5575:2012 và
Eurocode 3, chịu tải trọng tập trung đặt ở giữa nhịp dầm. Dầm làm từ
thép tổ hợp hàn I có các kích thước như sau: bản cánh dầm có
btxtf=120x10mm; bản bụng dầm có hwxtw=220x6,0mm. Thép mác
17
CCT38, có cường độ tính toán f=2300 daN/cm2, giới hạn chảy
fy=2400daN/cm2. Bỏ qua trọng lượng bản thân của dầm, biết:
Môdun đàn hồi về uốn E=2,1.106 daN/cm2;
Hệ số Poát
xông υ=0,3;
Khảo sát giá trị momen tới hạn tương ứng trạng thái mất ổn
định tổng thể trong các trường hợp sau:
+ Giá trị tf thay đổi
+ Giá trị tw thay đổi
+ Giá trị hw thay đổi
+ Giá trị L thay đổi
3.2.1. Theo tiêu chuẩn TCVN5575:2012
Dầm chữ I, chịu uốn trong mặt phẳng bản bụng được kiểm
tra ổn định tổng thể theo công thức:
M
f c
bWc
=> Momen tới hạn do mất ổn định tổng thể:
Mcr = f γc φb Wc
=> Mcr = 2300.0,95.0,64.309 = 432105 daN.cm
18
3.2.2. Theo tiêu chuẩn Eurocode 3
2 .2,1.106.288,4 3708,4 6002.807692.11,98
Mcr 1,363
6002
2 .2,1.106.288,4
288,4
=> Mcr = 552036 daN.cm
Xác định độ mảnh quy ước LT như sau:
Wy f y
Mcr
309.2400
552036
LT
1,16
=>
Xác định momen độ bền chống lại sự oằn bên theo công
thức:
Mb,rd= 0,452.309.2400.0,95 = 318443 daN.cm
3.2.3. Khảo sát giá trị momen tới hạn tương ứng trạng thái
mất ổn định tổng thể trong trường hợp giá trị tf , tw, hw, L thay
đổi
Kết quả tính toán khảo sát tiết diện được thể hiện trong các bảng
dưới đây
Tải về để xem bản đầy đủ
26 trang
11460
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tóm tắt Luận văn Tính toán ổn định tổng thể của dầm thép có kể đến các điều kiện biên và phân phối nội lực theo tiêu chuẩn Eurocode 3", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tom_tat_luan_van_tinh_toan_on_dinh_tong_the_cua_dam_thep_co.pdf
