Đang tải... (xem toàn văn)
SupaCee là một dạng mới của tiết diện thép chữ C và được tạo ra bằng cách thêm các sườn trung gian vào bản bụng của tiết diện, giúp tăng tính ổn định dẫn đến làm tăng khả lực chịu lực của tiết diện này. Bài viết trình bày đánh giá khả năng chịu lực của tiết diện thép tạo hình nguội SupaCee bằng cách so sánh với khả năng chịu lực của tiết diện thép chữ C truyền thống khi chịu nén, uốn hoặc cắt.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (1V): 92–105 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA TIẾT DIỆN THÉP TẠO HÌNH NGUỘI SUPACEE Phạm Ngọc Hiếua,∗ a Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Km 10, đường Nguyễn Trãi, quận Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 22/11/2021, Sửa xong 11/2/2022, Chấp nhận đăng 17/2/2022 Tóm tắt SupaCee dạng tiết diện thép chữ C tạo cách thêm sườn trung gian vào bụng tiết diện, giúp tăng tính ổn định dẫn đến làm tăng khả lực chịu lực tiết diện Bài báo mục đích đánh giá khả chịu lực tiết diện thép tạo hình nguội SupaCee cách so sánh với khả chịu lực tiết diện thép chữ C truyền thống chịu nén, uốn cắt Tiết diện thép SupaCee chữ C khảo sát lấy từ tiết diện có mặt thị trường Khả chịu lực tiết diện cấu kiện xác định theo tiêu chuẩn Australia AS/NZS 4600-2018, vật liệu thép quy định theo tiêu chuẩn Australia AS 1397 Kết khảo sát thu để đánh giá tính ưu việt khả chịu lực tiết diện SupaCee so với tiết diện chữ C chịu nén, uốn hay cắt Từ khoá: đánh giá; khả chịu lực; tiết diện thép tạo hình nguội; SupaCee EVALUATION OF THE CAPACITIES OF THE COLD-FORMED STEEL SUPACEE SECTIONS Abstract SupaCee is a new form of the channel section and is made by adding stiffeners in the web, which has been illustrated to be more stable allowing to increase the capacities of the new section This paper, therefore, is aimed to evaluate the capacities of SupaCee sections by comparing them with the capacities of the traditional channel sections under compression, bending or shear The investigated SupaCee and channel sections are taken from the available commercial sections The capacities of the investigated sections and members are determined according to the Australian Standard AS/NZS 4600-2018, and the material properties are regulated in Australian Standard AS 1397 The investigated results are the basis to evaluate the innovation in strength improvements of SupaCee sections in comparison with those of channel sections under compression, bending or shear Keywords: evaluation; capacities; cold-formed steel sections; SupaCee https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2022-16(1V)-08 © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) Giới thiệu Tiết diện thép tạo hình nguội có xu hướng sử dụng ngày rộng rãi ứng dựng kết cấu giới ưu điểm chi phí vật liệu, cơng nghệ sản xuất đại, thuận tiện bảo quản, vận chuyển thi công lắp dựng [1] Tiết diện thép chữ C tạo hình nguội loại phổ biến dễ dùng kết cấu khung có mặt thị trường quốc tế ba thập kỷ qua [2] Do đặc điểm chiều dày tiết diện nhỏ bụng rộng, tiết diện có xu hướng xảy ổn định cục sớm, gây lãng phí vật liệu [3] Vấn đề sau khắc phục cách đưa ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: hieupn@hau.edu.vn (Hiếu, P N.) 92 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng sườn cứng trung gian vào bụng làm tăng tính ổn định tiết diện, tạo nên loại tiết diện đặt tên tiết diện SupaCee (xem Hình 4) Tiết diện làm cải thiện khả chịu lực mà cịn giúp có hiệu khác q trình vận chuyển thi cơng lắp dựng đề cập tài liệu [4], cụ thể là: (i) Tính ổn định cục tiết diện tốt giúp an tồn giảm nhân cơng trình lắp dựng; (ii) Sườn biên uốn cong giúp an tồn q trình gia cơng, vận chuyển lắp dựng hạn chế phần biên sắc nhọn Tiết diện thép tạo hình nguội loại tiết diên thành mỏng nên dễ có xu hướng xảy ổn định với dạng ổn định tiết diện hay ổn định tổng thể Mất ổn định tiết diện chia làm ổn định cục phần tử tiết diện (xem Hình 1(a)) hay ổn định méo tiết diện (xem Hình 1(b)) Trong ổn định cục biến dạng uốn phần cánh bụng, ổn định méo lại có biến dạng điểm nút giao phần cánh phần bụng; ổn định tổng thể quan sát thấy tượng uốn ngang, xoắn đồng thời uốn ngang xoắn với cấu kiện mà khơng có biến dạng tiết diện (xem Hình 1(c)) (b) Mất ổn định méo tiết diện1 (a) Mất ổn định cục (c) Mất ổn định tổng thể Hình Các dạng ổn định Ghi chú: Khái niệm “Mất ổn định méo tiết diện” tương đương với khái niệm “Mất ổn định oằn vặn” số sách xuất Trong thiết kế, phương pháp bề rộng hiệu dụng (Effective width method-EWM) sử dụng phổ biến tính tốn dựa sở lý thuyết ổn định phẳng [5], giải ảnh hưởng ổn định cục đến độ bền cấu kiện thành mỏng, song phức tạp tính tốn khơng áp dụng thiết kế tiết diện phức tạp nhiều sườn trung gian [6] Do phương pháp có tên phương pháp cường độ trực tiếp (Direct Strength Method – DSM) đề xuất quy định tiêu chuẩn Australia [7] Hoa Kỳ [8] kết cấu thép tạo hình nguội, 93 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng giúp q trình thiết kế đơn giản nhanh chóng kể cho tiết diện phức tạp [6] dựa phân tích ổn định tuyến tính với hỗ trợ phần mềm phân tích THIN-WALL-2 ([9, 10]) hay CUFSM [11] Phương pháp DSM chứng minh ưu điểm thiết kế, giúp hiểu sâu sắc ứng xử ổn định tiết diện thép tạo hình nguội [2], dùng để khảo sát báo Sự có mặt sườn cứng cho giúp tăng khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội khảo sát thơng qua nhiều nghiên cứu chịu nén, uốn cắt Về cấu kiện chịu nén, Hancock tác giả ([12–16]) thực hàng loạt thí nghiệm cấu kiện có sườn biên phức tạp chịu nén để hiểu ứng xử chúng xảy ổn định méo Các thí nghiệm sườn với phần cánh Seah Rhodes [17] thực để quan sát ứng xử phần cánh, sau đề xuất để điều chỉnh phương pháp bề rộng hiệu dụng thiết kế có xét đến tượng méo tiết diện Wang tác giả, Yan Young, Xiang tác giả ([18–24]) khảo sát ứng xử cột thép chữ C với sườn biên gia cường Manikandan tác giả [25] nghiên cứu ảnh hưởng ba loại sườn cứng trung gian bụng tiết diện thép chữ C chịu nén Chen tác giả [26] thí nghiệm khảo sát khả chịu lực cột ngắn dạng chữ C chữ Z với thay đổi đa dạng sườn trung gian sườn biên Các nghiên cứu có dùng kết thí nghiệm để kiểm chứng với mơ hình phần tử hữu hạn để phát triển mơ hình số hóa cho dạng tiết diện khác nhau, sau dùng để so sánh với tiêu chuẩn tính tốn đề xuất điều chỉnh thiết kế Về cấu kiện chịu uốn, Ye tác giả [27] khảo sát ảnh hưởng sườn trung gian bụng tới khả chịu uốn tiết diện chữ C dựa tiêu chuẩn Eurocode [28], kết cho thấy sườn trung gian không làm tăng khả chịu lực ổn định tổng thể cấu kiện hiệu với khả chịu lực tiết diện Kết tương tự thu Chun-gang tác giả [29] nghiên cứu ảnh hưởng sườn biên đến khả chịu uốn tiết diện chữ C Manikadan Arun [30] nghiên cứu ứng xử tiết diện tổ hợp chữ I chịu uốn sử dụng thí nghiệm mơ hình số hóa, kết thu làm để đánh giá đề xuất điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế Khả chịu nén hay uốn xem xét nghiên cứu khác thông qua việc mơ mơ hình Vy tác giả [31] hay khảo sát lý thuyết Vu Hoang [32] Các trường hợp ổn định xem xét cho cấu kiện chịu nén uốn nhiều nghiên cứu trước, song chưa có lý thuyết thống cho ổn định chịu cắt tiết diện [1] Một thí nghiệm chịu cắt tiết diện thép tạo hình nguội thực Pham Hancock ([33–36]) đưa ứng xử tiết diện thép chữ C SupaCee chịu cắt, làm cho việc phát triển mơ hình số hóa đề xuất thiết kế Sự phát triển phương pháp DSM gần cho tiết diện tạo hình nguội chịu cắt yêu cầu đưa phân tích ổn định tuyến tính tiết diện chịu cắt Hancock Pham ([37, 38]) sử dụng phương pháp dải hữu hạn dạng hình sin (Semi-analytical finite strip method – SAFSM) đề xuất Plank Wittrick để phát triển phân tích ổn định cắt cho trường hợp biên tự Pham Hancock [39] sau dùng phân tích dải hữu hạn dạng đường đa thức (spline finite strip analysis -SFSA) đề xuất Lau Hancock [40] để khảo sát ổn định cắt tiết diện chữ C SupaCee với điều kiện biên ngàm chặt Tuy nhiên phân tích dải hữu hạn dạng đa thức (SFSA) yêu cầu nguồn liệu máy tính cao khối lượng tính tốn nhiều, nên Hancock Pham [41] phát triển dạng phân tích hữu hạn dạng hình sin (SAFSM) gọi “reSAFSM” cho phép phân tích tiết diện thép tạo hình nguội chịu cắt với điều kiện biên ngàm chặt Phương pháp phân tích dải hữu hạn dạng hình sin (SAFSM) sau làm sở để phát triển phần mềm THIN-WALL-2 [9] phân tích chịu cắt [42] Phần mềm THIN-WALL-2 sử dụng cho phân tích ổn định tuyến tính tiết diện thép tạo hình nguội chịu nén, uốn, cắt hay dạng chịu lực kết hợp theo tiêu chuẩn AS/NZS 94 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 4600-2018 [7], sử dụng để xác định ứng suất ổn định tuyến tính báo Các nghiên cứu trước phát triển thí nghiệm mơ hình số hóa tiết diện thép tạo hình nguội có xem xét đến sườn gia cường để đánh giá mặt ứng xử tiết diện sở để đề xuất thiết kế Tuy nhiên, việc thêm sườn gia cường mang lại hiệu cho tiết diện SupaCee chưa có nghiên cứu để đánh giá định lượng vấn đề này, đặc biệt cho tiết diện thép tạo hình nguội chữ C SupaCee có mặt thị trường Hiệu quan tâm người sử dụng người thiết kế đánh giá cách so sánh khả chịu lực hai loại tiết diện (chữ C SupaCee) có chi phí vật liệu đầu vào Do báo tập trung trả lời câu hỏi thông qua khảo sát khả chịu lực hai loại tiết diện chữ C SupaCee chịu nén, uốn hay chịu cắt với tiết diện có mặt thị trường cung cấp BlueScope Lysaght [4], đặc trưng vật liệu quy định theo tiêu chuẩn Australia AS 1397 [43] Khả chịu lực cấu kiện tiết diện xác định theo tiêu chuẩn Australia AS/NZS 4600-2018 [7] có sử dụng phần mềm THIN-WALL-2 ([9, 10]) phân tích ổn định tuyến tính tiết diện Xác định khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội chịu nén, uốn cắt Khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội xác định theo tiêu chuẩn Australia AS/NZS 4600-2018 [7] cho trường hợp chịu nén, uốn hay cắt trình bày 2.1 Cấu kiện chịu nén tiết diện nguyên Khả chịu lực danh nghĩa cấu kiện chịu nén giá trị nhỏ ba giá trị lực, bao gồm lực gây ổn định tổng thể (Nce ), lực gây ổn định cục (Ncl ), lực gây ổn định méo (Ncd ) - Lực gây ổn định tổng thể: Nce = 0,658λc Ny Nce = λc ≤ 1,5 0,877 Ny λ2c (1) λc > 1,5 - Lực gây ổn định cục bộ: Ncl = Nce Nol Ncl = 1 − 0,15 Nce λl ≤ 0,776 0,4 Nol Nce 0,4 Nce λl > 0,776 (2) - Lực gây ổn định méo tiết diện: Ncd = Ny Nod Ncd = 1 − 0,25 Ny λd ≤ 0,561 0,6 Nod Ny 0,6 λc , λl λd độ mảnh không đơn vị, λc = Ny λd > 0,561 Ny /Noc ; λl = Nce /Nol ; λd = (3) Ny /Nod ; Ny lực gây chảy dẻo tiết diện chịu nén; Noc lực gây ổn định đàn hồi nhỏ chịu nén dạng ổn định uốn, xoắn, uốn-xoắn đồng thời; Nol Nod lực ổn định cục méo đàn hồi tiết diện 95 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.2 Cấu kiện chịu uốn tiết diện nguyên Khả chịu mô men danh nghĩa giá trị mô men nhỏ ba giá trị, bao gồm mô men gây ổn định uốn-xoắn (Mbe ), môm men gây ổn định cục (Mbl ), mô men gây ổn định méo (Mbd ) - Mô men gây ổn định tổng thể: Mbe = Mo Mbe = Mo < 0,56My 10My 10 My 1− 36M0 Mbe = My 0,56My ≤ Mo ≤ 2,78My (4) Mo > 2,78My - Mô men gây ổn định cục bộ: Mbl = Mbe Mol Mbl = 1 − 0,15 Mbe λl ≤ 0,776 0,4 Mol Mbe 0,4 Mbe λl > 0,776 (5) - Mô men gây ổn định méo tiết diện: Mbd = My Mod Mbd = 1 − 0,22 My λd ≤ 0,673 0,5 Mod My 0,6 My λd > 0,673 Mbe /Mol ; λd = λl λd độ mảnh không đơn vị, λl = (6) My /Mod ; My Mo tương ứng mô men chảy mô men ổn định uốn-xoắn; Mol , Mod mô men ổn định cục méo tiết diện đàn hồi Chú ý khả chịu lực ổn định cục (Ncl , Mcl ) có xem xét đến tượng xảy đồng thời ổn định cục tổng thể; khả chịu lực ổn định cục gây xác định cho tiết diện cột ngắn dầm ngắn hay chống đỡ hệ giằng nhằm chống ổn định tổng thể Khi đó, giá trị Nce Mbe công thức (2) (5) thay tương ứng giá trị lực mô men gây chảy dẻo (Ny My ) 2.3 Khả chịu cắt tiết diện nguyên Khả chịu cắt tiết diện sườn đứng gia cường xác định theo tiêu chuẩn AS/NZS 4600-2018 [7] sau: Vv = Vy λv ≤ 0,815 Vv = 0,815 Vcr /Vy 0,815 < λv ≤ 1,227 Vv = Vcr λv > 1,227 λv độ mảnh khơng đơn vị tiết diện chịu cắt, λv = (7) Vy /Vcr ; Vy , Vcr lực cắt gây chảy dẻo lực cắt gây ổn định tuyến tính tiết diện Lực Vy xác định Vy = 0, 6Aw fy , với Aw diện tích phần bụng, fy ứng suất chảy dẻo vật liệu Lực ổn định tuyến tính cắt Vcr xác định theo Phụ lục D, tiêu chuẩn AS/NZS 4600-2018 [7] sử dụng phần mềm THIN-WALL-2 ([9, 10]) 96 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Phân tích ổn định tuyến tính tiết diện Phân tích ổn định tuyến tính yêu cầu bắt buộc tính tốn thiết kế tiết diện thép tạo hình nguội theo phương pháp cường độ trực tiếp (DSM), thực cách sử dụng phần mềm THIN-WALL-2 [9] báo Phần mềm phát triển nhóm tác giả (TS Van Vinh Nguyen, TS Cao Hung Pham GS Gregory Hancock) trường Đại học Sydney, dùng để phân tích ổn định tuyến tính loại tiết diện kim loại tạo hình nguội chịu nén, uốn, cắt, lực cục hay dạng chịu lực kết hợp Tham khảo thêm phần mềm tìm thêm cơng bố tác giả ([9, 44, 45]) Phần mềm THIN-WALL-2 [9] thực phân tích ổn định tiết diện sử dụng phương pháp dải hữu hạn [46], để đưa kết phân tích đường cong “Signature curve” dịch “Đường cong chữ ký” mà thể quan hệ ứng suất ổn định chiều dài nửa bước sóng (tương ứng với chiều dài tiết diện xảy ổn định) Với cấu kiện chịu nén uốn, “đường cong chữ ký” đưa cho tiết diện có đặc trưng với hai điểm cực tiểu, với điểm cực tiểu có nửa bước sóng ngắn ứng với ổn định cục điểm cực tiểu thứ hai có nửa bước sóng có chiều dài trung bình ứng với ứng suất ổn định méo tiết diện (xem Hình 2); giá trị ứng suất với chiều dài nửa bước sóng lớn ứng với ổn định tổng thể Với cấu kiện chịu cắt, đường cong chữ ký thể Hình cho tiết diện SupaCee lực cắt tác dụng theo phương bụng với điểm cực tiểu đường biểu diễn giá trị ứng suất ổn định tuyến tính cắt Với hỗ trợ phần mềm THIN-WALL-2 [9], giá trị ứng suất ổn định tuyến tính tiết diện chữ C SupaCee xác định chịu nén, uốn hay cắt trình bày Mục Hình Đường cong ứng suất ổn định tiết diện chịu nén Hình Đường cong ứng suất ổn định tiết diện chịu cắt 97 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Đánh giá khả chịu lực tiết diện SupaCee so với tiết diện chữ C 4.1 Tính chất vật liệu kích thước tiết diện khảo sát Tính chất vật liệu tiết diện thép lấy theo tiêu chuẩn Australia AS 1397 [43] có chia mác thép từ G250 đến G550 Mác thép G450 mác phổ biến dùng khảo sát này, với ứng suất chảy 450 MPa Các tiết diện thép chữ C SupaCee dùng cho khảo sát lấy từ tiết diện thương mại cung cấp BlueScope Lysaght [4] Australia với kích thước đưa Bảng Để đánh giá tính hiệu tiết diện SupaCee thêm sườn trung gian, tiết diện chữ C SupaCee có chi phí vật liệu để làm sở so sánh chịu nén, uốn cắt, trình bày chi tiết mục Hình Các kích thước tiết diện chữ C SupaCee Bảng Kích thước tiết diện chữ C SupaCee [4] Tiết diện t D B L1 L2 L GS S α1 α2 SC/C15012 SC/C15015 SC/C15019 SC/C15024 1,2 1,5 1,9 2,4 152 152 152 152 64 64 64 64 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 14,5 14,5 14,5 14,5 64 64 64 64 42 42 42 42 5 5 35 35 35 35 SC/C20012 SC/C20015 SC/C20019 SC/C20024 1,2 1,5 1,9 2,4 203 203 203 203 76 76 76 76 10 10 10 10 10 10 10 10 19,5 19,5 19,5 19,5 115 115 115 115 42 42 42 42 5 5 35 35 35 35 SC/C25015 SC/C25019 SC/C25024 1,5 1,9 2,4 254 254 254 76 76 76 11 11 11 11 11 11 21,5 21,5 21,5 166 166 166 42 42 42 5 35 35 35 SC/C30019 SC/C30024 SC/C30030 1,9 2,4 3,0 300 300 300 96 96 96 14 14 14 14 14 14 27,5 27,5 27,5 212 212 212 42 42 42 5 35 35 35 SC/C35019 SC/C35024 SC/C35030 1,9 2,4 3,0 350 350 350 125 125 125 15 15 15 15 15 15 30,0 30,0 30,0 262 262 262 42 42 42 5 35 35 35 SC/C40019 SC/C40024 SC/C40030 1,9 2,4 3,0 400 400 400 125 125 125 15 15 15 15 15 15 30,0 30,0 30,0 312 312 312 42 42 42 5 35 35 35 Ghi chú: bán kính r1 = r2 = mm; chiều dài có đơn vị mm, góc có đơn vị độ (◦) 98 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 4.2 Khảo sát khả chịu nén uốn cấu kiện tiết diện Ứng suất ổn định cục méo tiết diện chịu nén chịu uốn xác định cách sử dụng phần mềm THIN-WALL-2 thực báo cáo chi tiết ([47, 48]) Các giá trị ứng suất làm để xác định khả chịu lực cấu kiện theo phương pháp DSM Các cấu kiện chịu nén uốn khảo sát sử dụng tiết diện SupaCee chữ C có chiều dài thay đổi từ 2,0 m đến 8,0 m, có sơ đồ tính tốn thể Hình 5, hệ giằng đặt dầm hay cột nhằm giảm chiều dài tính tốn theo phương trục yếu tiết diện Phương pháp DSM sau sử dụng để xác định khả chịu lực cấu kiện tiết diện SupaCee chữ C với chiều dài khác Phương pháp DSM đưa khả chịu lực cho trường hợp ổn định, cụ thể ổn định cục bộ, méo tiết diện hay tổng thể, sau khả chịu lực cấu kiện giá trị nhỏ giá trị Chi tiết khả chịu lực cấu kiện chịu nén hay uốn trình bày báo cáo đề tài Pham [47] hay báo Pham Vu [48] (a) Chịu nén (b) Chịu uốn Hình Sơ đồ làm việc cấu kiện chịu nén uốn Dựa vào kết khảo sát ([47, 48]), khả chịu lực cấu kiện SupaCee cao so với cấu kiện chữ C, đến 20% cho chịu nén 9% cho chịu uốn Tuy nhiên, khả chịu lực số cấu kiện SupaCee lại nhỏ so với cấu kiện chữ C nguyên nhân: - Cấu kiện bị phá hoại ổn định tổng thể cho cấu kiện dài có chiều dày lớn - Việc giảm khả chịu lực tổng thể dẫn đến giảm khả chịu lực cục tượng giao thoa ổn định cục tổng thể - Cấu kiện bị phá hoại ổn định méo tiết diện cho cấu kiện mỏng ngắn Để nâng cao hiệu sử dụng cấu kiện SupaCee, nguyên nhân khắc phục cách ngăn cản ổn định tổng thể ổn định méo tiết diện xảy theo sơ đồ Hình Mất ổn định tổng thể méo tiết diện hạn chế cách sử dụng xà gồ tường xà gồ mái với khoảng cách từ m đến m (ngăn cản ổn định tổng thể), dùng vách hay mái liên kết với cánh cột hay dầm (ngăn cản ổn định méo tiết diện), cụ thể với hai trường hợp xem xét đây: - Trường hợp 1: Chỉ ngăn ổn định tổng thể Khả chịu lực tổng thể cấu kiện tiến đến giá trị lực dọc hay mô men chảy dẻo (Ny , My ) Khi khả chịu lực cấu kiện đạt tiệm cận đến giá trị ổn định tiết diện, bao gồm ổn định cục tiết diện (Ncl , Mbl ) với việc thay (Nce , Mbe ) (Ny , My ) công thức (2) (5) hay ổn định méo tiết diện (Ncd , Mbd ) theo công thức (3) (6) Khả chịu lực tiết diện giá trị nhỏ hai giá trị ổn định tiết diện trên, biểu diễn Hình 7(c) 8(c), trục nằm ngang biểu thị cho khả 99 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng chịu lực danh nghĩa tiết diện chữ C, trục thẳng đứng độ chênh lệch theo % khả chịu lực danh nghĩa tiết diện SupaCee tiết diện chữ C - Trường hợp 2: Ngăn ổn định tổng thể ổn định méo tiết diện, tiết diện bị phá hoại chảy dẻo kết hợp với ổn định cục Khả chịu lực tiết diện lực dọc hay mô men ổn định cục tiết diện gây (Ncl , Mbl ), biểu diễn Hình 7(d) 8(d) (a) Chịu nén (b) Chịu uốn Hình Mơ hình chịu tải có hệ giằng chống ổn định tổng thể méo tiết diện (a) Lực gây ổn định cục (b) Lực gây ổn định méo tiết diện (c) Trường hợp (d) Trường hợp Hình So sánh khả chịu lực tiết diện SupaCee tiết diện chữ C chịu nén 100 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (a) Mô men ổn định cục (b) Mô men ổn định méo tiết diện (c) Trường hợp (d) Trường hợp Hình So sánh khả chịu lực tiết diện SupaCee tiết diện chữ C chịu uốn Với trường hợp 1, ổn định tổng thể ngăn cản lực hay mô men gây ổn định cục tiết diện SupaCee cao rõ rệt so với tiết diện chữ C (xem Hình 7(a) 8(a)) song tiết diện SupaCee chịu nén hay uốn tăng lên khả chịu lực thể Hình 7(c) 8(c) với độ chênh lệch khả chịu lực hai tiết diện dao động khoảng 2% Điều giải thích ổn định méo tiết diện đóng vai trò chủ đạo dẫn đến phá hoại hầu hết tiết diện SupaCee chữ C Ưu điểm tiết diện SupaCee khả chịu nén hay uốn sơ đồ làm việc Với trường hợp 2, kết cho thấy khả chịu lực tiết diện SupaCee cao hẳn so với tiết diện chữ C nhờ có thêm sườn trung gian bụng, lên đến khoảng 25% cho chịu nén (xem Hình 7(d)) 15% cho chịu uốn (xem Hình 8(d)) Trong trường hợp ổn định méo tiết diện ngăn cản, ổn định cục xảy cho tất tiết diện khảo sát Sơ đồ cho thấy tính hiệu sườn trung gian thể rõ với tiết diện có kích thước bề dày nhỏ, giảm dần kích thước bề dày tiết diện tăng lên 4.3 Khảo sát khả chịu cắt tiết diện Ứng suất ổn định tuyến tính cắt xác định cách sử dụng chương trình THINWALL-2 [9], đưa vào Bảng Các thành phần ứng suất sử dụng để xác định khả chịu cắt tiết diện SupaCee chữ C theo tiêu chuẩn AS/NZS 4600-2018 [7] trình bày Mục Khả chịu cắt danh nghĩa tiết diện khảo sát liệt kê Bảng vẽ lên biểu đồ phần trăm Hình 9, trục nằm ngang biểu thị cho khả chịu 101 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng cắt danh nghĩa tiết diện chữ C theo đơn vị kN, trục thẳng đứng độ chênh lệch theo % khả chịu cắt danh nghĩa tiết diện SupaCee tiết diện chữ C Bảng Ứng suất ổn định chịu cắt khả chịu cắt danh nghĩa Ứng suất ổn định chịu cắt (MPa) Tiết diện 15012 15015 15019 15024 20012 20015 20019 20024 25015 25019 25024 30019 30024 30030 35019 35024 35030 40019 40024 40030 Khả chịu cắt (kN) Chữ C SupaCee Chữ C SupaCee ∆ (%) 90,87 138,12 220,97 349,92 49,55 77,43 124,22 197,83 50,43 80,75 127,80 57,29 91,30 142,15 41,47 66,21 103,36 32,15 51,22 79,78 111,01 162,30 246,57 370,84 59,62 88,36 135,64 208,23 56,25 86,64 133,52 61,98 96,76 148,80 44,88 70,62 109,25 35,09 55,33 85,63 15,00 28,38 51,52 81,29 11,15 21,72 43,95 83,72 17,93 36,24 72,14 31,15 62,49 121,11 26,49 53,26 103,57 23,59 47,35 91,91 18,33 33,35 54,42 83,68 13,42 24,78 47,99 85,89 20,00 38,88 75,37 33,70 66,23 126,78 28,67 56,81 109,47 25,75 51,15 98,65 22,16% 17,51% 5,63% 2,95% 20,32% 14,12% 9,19% 2,59% 11,54% 7,29% 4,48% 8,19% 5,98% 4,68% 8,22% 6,66% 5,70% 9,14% 8,02% 7,33% Chú ý: ∆% độ lệch khả chịu cắt danh nghĩa tiết diện SupaCee tiết diện chữ C, đơn vị % Kết Hình chứng tỏ ưu việt khả chịu cắt tiết diện SupaCee so với tiết diện chữ C nhờ có mặt sườn cứng bụng, làm tăng khả chịu cắt lên đến 22% Sự tăng khả chịu cắt thể rõ ràng với tiết diện có chiều dày nhỏ Ví dụ tiết diện SupaCee chiều cao 250 (SC250) có khả chịu cắt so với tiết diện chữ C chiều cao (C250) từ 11,54% xuống 4,48% chiều dày từ 1,5 mm tăng lên 2,4 mm Xu hướng tương tự thấy tiết diện khác Hình So sánh khả chịu cắt tiết diện Với tiết diện có kích thước nhỏ bao gồm SupaCee chữ C C/SC150 C/SC200, tăng khả chịu cắt thấy rõ ràng cho tiết diện có kích thước nhỏ (SC150) thông qua tăng khả chịu cắt tiết diện SC150 cao so với tiết diện SC200 cho hầu hết chiều dày khảo sát Với tiết diện có kích thước lớn từ SC250 đến SC400, 102 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng tăng khả chịu cắt lại trở lên đáng kể độ mảnh bụng tăng lên Ví dụ độ mảnh bụng tăng từ tiết diện SC25019 lên tiết diện SC40019 (tức tiết diện có chiều dày, chiều cao bụng tăng) tăng khả chịu cắt tăng từ 7,29% lên 9,14% tiết diện SupaCee chữ C Điều thấy tương tự cho chiều dày khác Kết luận Bài báo khảo sát so sánh khả chịu lực tiết diện SupaCee so với tiết diện chữ C chịu nén, uốn hay cắt Các tiết diện lấy từ tiết diện thương mại thị trường dùng cho khảo sát tiêu chí có chi phí vật liệu Khả chịu lực tiết diện khảo sát tính theo tiêu chuẩn AS/NZS 4600-2018 với hỗ trợ phần mềm THIN-WALL-2 phân tích ổn định tuyến tính Dựa so sánh kết khảo sát, kết luận sau đưa ra: - Khả chịu nén hay uốn tiết diện SupaCee thể tính ưu việt so với tiết diện chữ C ổn định méo tiết diện ngăn cản Khi ổn định cục xảy cho hai loại tiết diện khảo sát, tiết diện SupaCee có khả chịu nén hay uốn cao đáng kể so với tiết diện chữ C nhờ có sườn trung gian bụng - Tính ưu việt khả chịu nén hay uốn tiết diện SupaCee so với tiết diện chữ C thể rõ cho tiết diện có kích thước nhỏ chiều dày mỏng, giảm dần kích thước chiều dày tiết diện tăng - Tiết diện SupaCee chứng tỏ khả chịu cắt cao hẳn so với tiết diện chữ C nhờ có mặt sườn trung gian bụng Tính hiệu sườn gia cường thể rõ cho tiết diện có độ mảnh bụng cao Các kết luận cung cấp hiểu biết định ứng xử khả chịu lực tiết diện SupaCee so sánh với tiết diện chữ C truyền thống chịu nén, uốn hay cắt, đưa cho người thiết kế có để lựa chọn loại tiết diện phù hợp để đạt hiệu mặt chịu lực Tài liệu tham khảo [1] Yu, W.-W., LaBoube, R A., Chen, H (2019) Cold-Formed Steel Design Wiley [2] Hancock, G J., Pham, C H (2016) New section shapes using high-strength steels in cold-formed steel structures in Australia Recent Trends in Cold-Formed Steel Construction, Elsevier, 221–239 [3] BlueScope Lysaght (2019) The Australian Steel Solution Expert Catalogue [4] BlueScope Lysaght (2014) Supapurlins Supazeds & Supacees Catalogue [5] Timoshenko, S P., James, M G (1961) Theory of Elastic Stability 2nd edition, McGraw-Hill, New York [6] Schafer, B W., Pekăoz, T (1998) Direct Strength Prediction of Cold-Formed Members Using Numerical Elastic Buckling Solutions Fourteenth International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures St Louis, Missouri [7] AS/NZS 4600-2018 Australian/New Zealand Standard Cold-formed steel structures The Council of Standards Australia [8] AISI S100 (2016) North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members American Iron and Steel Institute [9] Hancock, G J., Pham, C H (2015) Buckling analysis of thin-walled sections under localised loading using the semi-analytical finite strip method Thin-Walled Structures, 86:35–46 [10] Nguyen, V V., Hancock, G J., Pham, C H (2017) New developments in the direct strength method (DSM) for the design of cold-formed steel sections under localised loading Steel Construction, 10(3): 227–233 103 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [11] Li, Z., Schafer, B W (2010) Buckling analysis of cold-formed steel members with general boundary conditions using CUFSM: Conventional and constrained finite strip methods Twentieth International Specialty Conference on Cold-formed Steel Structures Saint Louis, Missouri, USA [12] Hancock, G J (1985) Distortional Buckling of Steel Storage Rack Columns Journal of Structural Engineering, 111(12):2770–2783 [13] Hancock, G J., Kwon, Y B., Bernard, E S (1994) Strength design curves for thin-walled sections undergoing distortional buckling Journal of Constructional Steel Research, 31(2-3):169–186 [14] Lau, S C W (1988) Distortional Buckling of Thin-Walled Columns The University of Sydney: Sydney, Australia [15] Kwon, Y B (1992) Post-Buckling Behaviour of Thin-Walled Channel Sections The University of Sydney, Sydney, Australia [16] Kwon, Y B., Hancock, G J (1992) Tests of Cold-Formed Channels with Local and Distortional Buckling Journal of Structural Engineering, 118(7):1786–1803 [17] Seah, L K., Rhodes, J (1993) Simplified Buckling Analysis of Plate with Compound Edge Stiffeners Journal of Engineering Mechanics, 119(1):19–38 [18] Wang, L., Young, B (2014) Cold-formed steel channel sections with web stiffeners subjected to local and distortional buckling - Part I: Tests and finite element analysis The 22nd International Specialty Conference on Recent Research and Developments in Cold-Formed Steel Design and Construction, St Louis, USA, 229–242 [19] Wang, L., Young, B (2014) Cold-formed steel channel sections with web stiffeners subjected to local and distortional buckling - Part II: Parametric study and design rule The 22nd International Specialty Conference on Recent Research and Developments in Cold-Formed Steel Design and Construction, St Louis, USA, 243–257 [20] Yan, J., Young, B (2002) Column Tests of Cold-Formed Steel Channels with Complex Stiffeners Journal of Structural Engineering, 128(6):737–745 [21] Xiang, Y., Zhou, X., Shi, Y., Xu, L., Xu, Y (2020) Experimental investigation and finite element analysis of cold-formed steel channel columns with complex edge stiffeners Thin-Walled Structures, 152:106769 [22] Wang, C G., Ma, P., Song, D J., Yu, X Y (2012) Design of Cold-Formed Thin-Walled Steel FixedEnded Channels with Complex Edge Stiffeners under Axial Compressive Load by Direct Strength Method Applied Mechanics and Materials, 226-228:1232–1235 [23] Wang, C., Zhang, Z., Zhao, D., Liu, Q (2016) Compression tests and numerical analysis of web-stiffened channels with complex edge stiffeners Journal of Constructional Steel Research, 116:29–39 [24] Wang, L., Young, B (2014) Design of cold-formed steel channels with stiffened webs subjected to bending Thin-Walled Structures, 85:81–92 [25] Manikandan, P., Sukumar, S., Kannan, K (2018) Distortional buckling behaviour of intermediate coldformed steel lipped channel section with various web stiffeners under compression International Journal of Advanced Structural Engineering, 10(3):189–198 [26] Chen, J., Chen, M.-T., Young, B (2019) Compression Tests of Cold-Formed Steel C- and Z-Sections with Different Stiffeners Journal of Structural Engineering, 145(5):04019022 [27] Ye, J., Hajirasouliha, I., Becque, J., Pilakoutas, K (2016) Development of more efficient cold-formed steel channel sections in bending Thin-Walled Structures, 101:1–13 [28] EC3 (2004) Design of Steel Structure, Part 1-3: General rules Supplementary for Cold-formed Members and Sheeting European Committee for Standardization [29] gang Wang, C., nan Zhang, Z., guang Jia, L., yong Yu, X (2017) Bending tests and finite element analysis of lipped channels with complex edge stiffeners and web stiffeners Journal of Central South University, 24(9):2145–2153 [30] Manikandan, P., Arun, N (2016) Behaviour of Partially Closed Stiffened Cold-Formed Steel Compression Member Arabian Journal for Science and Engineering, 41(10):3865–3875 [31] Tùng, V S., Thắng, P N., Linh, N N (2019) Mô cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi chịu nén tâm Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 13(5V):76–84 [32] Anh, V Q., Tồn, H A (2021) Tính tốn cấu kiện thép tạo hình nguội chịu nén - uốn phương pháp 104 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] phân tích trực Tiêu chuẩn AISI S100-16 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) ĐHXDHN, 15(1V):84–101 Hung, P C., Hancock, G J (2010) Direct strength design of cold-formed C-sections in combined bending and shear The 20th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures- Recent Research and Developments in Cold-Formed Steel Design and Construction, 221–236 Hung, P C., Hancock, G J (2010) Finite element analyses of high strength Cold-Formed SupaCee® Sections in Shear International Colloquium Stability and Ductility of Steel Structures, Rio, Brazil, 2: 1025–1032 Pham, C H., Hancock, G J (2013) Experimental Investigation and Direct Strength Design of HighStrength, Complex C-Sections in Pure Bending Journal of Structural Engineering, 139(11):1842–1852 Pham, C H., Hancock, G J (2012) Direct Strength Design of Cold-Formed C-Sections for Shear and Combined Actions Journal of Structural Engineering, 138(6):759–768 Hancock, G J., Hung, P C (2011) A signature curve for cold-formed channel sections in pure shear The University of Sydney Research Report R919 Hancock, G J., Hung, P C (2012) Direct method of design for shear of cold-formed channel sections based on a shear signature curve 21st international specialty conference on cold-formed steel structures, St Louis, Missouri, USA, 207–221 Pham, C H., Hancock, G J (2009) Shear buckling of thin-walled channel sections Journal of Constructional Steel Research, 65(3):578–585 Lau, S C W., Hancock, G J (1986) Buckling of thin flat-walled structures by a spline finite strip method Thin-Walled Structures, 4(4):269–294 Hancock, G J., Pham, C H (2013) Shear buckling of channel sections with simply supported ends using the Semi-Analytical Finite Strip Method Thin-Walled Structures, 71:72–80 Hancock, G J., Pham, C H (2022) Finite strip methods for stability analysis of thin-walled members with applications to the Direct Strength Method of design Analysis and Design of Plated Structures, Elsevier, 177–210 AS1397 (2011) Continuous Hot-dip Metalic Coated Steel Sheet and Strip - Coating of Zinc and Zinc Alloyed with Aluminium and Magnesium Australia Standard Vinh, N V., Hancook, G J., Hung, P C (2017) New development in the Direct Strength Method (DSM) for design of cold-formed steel sections under localised loading The 8th European Conference on Steel and Composite structures, Copenhagen Vinh, N V., Hancook, G J., Hung, P C (2017) Applications of the THIN-WALL-2 V2.0 program for analysis of thin-walled sections under localised loading The 4th Congres International de GeotechniqueOuvrages-Structures, Ho Chi Minh city, Vietnam Cheung, Y K (1976) Finite Strip Method in Structural Analysis Pergamon Hieu, P N (2020) Áp dụng phương pháp Cường độ trực tiếp (DSM) tính tốn & khảo sát khả chịu nén, uốn cấu kiện thép tạo hình nguội theo Tiêu chuẩn AS/NZS 4600-2018 Đề tài khoa học cấp trường, Đại học Kiến trúc Hà Nội Pham, N H., Vu, Q A (2021) Effects of stiffeners on the capacities of cold-formed steel channel members Steel Construction, 14(4):270–278 105 ... ([9, 10]) phân tích ổn định tuyến tính tiết diện Xác định khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội chịu nén, uốn cắt Khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội xác định theo tiêu chuẩn Australia... ổn định tiết diện chịu nén Hình Đường cong ứng suất ổn định tiết diện chịu cắt 97 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Đánh giá khả chịu lực tiết diện SupaCee so với tiết diện chữ... diện SupaCee cao rõ rệt so với tiết diện chữ C (xem Hình 7(a) 8(a)) song tiết diện SupaCee chịu nén hay uốn tăng lên khả chịu lực thể Hình 7(c) 8(c) với độ chênh lệch khả chịu lực hai tiết diện