Xác định khả năng chịu nén của tiết diện thép tạo hình nguội bằng phương pháp cường độ liên tục (CSM)

Các tiêu chuẩn kết cấu thép hiện tại đang xem xét sự làm việc phi tuyến của vật liệu thôngqua mô hình đàn dẻo đơn giản. Tuy nhiên, ứng xử ứng suất – biến dạng thực tế của kết cấuthiết kế phức tạp hơn các mô hình đó, đăc biệt là khi tăng cứng. Quá trình chế tạo thép tạohình nguội cũng là quá trình tăng cứng. Một phương pháp thiết kế mới có kể đến sự tăngcứng này. Phương pháp này gọi là phương pháp cường độ liên tục (CSM), là phương phápthiết kế trên cơ sở biến dạng dựa trên mối quan hệ liên tục giữa độ mảnh tiết diện và khảnăng biến dạng của nó, đồng thời có kể đến sự tăng cứng của vật liệu. Báo cáo sẽ giới thiệuphương pháp cường độ liên tục trong tính toán khả năng chịu nén của tiết diện thép tạo hìnhnguội và so sánh với kết quả tính toán của phương pháp bề rộng hiệu dụng (Effective WidthMethod) và phương pháp cường độ trực tiếp (Direct Strength Method).

TAP CHÍ XÂY DỰNG VIỆT NAM - BẢN QUYỀN THUỘC BỘ XÂY DỰNG VIETNAM CONSTRUCTION REVIEW – COPYRIGHT VIETNAM MINISTRY OF CONSTRUCTION ISSN 0866-0762 NĂM THỨ 56 56 Year Th 4-2017 MỤC LỤC 4.2017 QUY HOẠCH, PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ CƠNG TRÌNH ẤN TƯỢNG 18 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 25 Bùi Chí Hiếu Hoàng Lê Phương, Nguyễn Thị Kim Thái Phạm Quốc Toàn, Trần Thị Thu Ngân Hồ Ngọc Khoa, Nguyễn Hùng Cường, Trần Hồng Hải Nghiêm Vân Khanh Nguyễn Quốc Thơng Nguyễn Trí Tá, Lê Hải Dương Nguyễn Trường Thắng Phạm Văn Đạt Trần Quý Đức, Nguyễn Tương Lai, Lê Bảo Quốc Trần Thương Bình Phạm Thanh Huy Hoàng Huệ Quân Nguyễn Văn Dương, Trần Văn Phê, Phú Thị Tuyết Nga Pham Dang Khoa Phạm Ngọc Hưng, Vũ Quốc Anh, Phạm Ngọc Hiếu Vũ Hồng Cương Vũ Kim Yến Vũ Thị Bích Qun Đặng Cơng Thuật, Nguyễn Phước Bình Đặng Cơng Thuật, Đinh Ngọc Hiếu Lê Thị Hồng Na, Đỗ Đại Thắng Huỳnh Đức Tú, Lương Minh Sang, Hà Hồng Giang Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Thế Ất, Angeli Doliente Cabaltica, 25 28 31 35 40 45 49 53 58 63 68 71 76 79 86 91 96 100 103 107 112 117 121 126 Phát triển nguồn nhân lực tổ chức công: nhận thức khái niệm tiêu chí đánh giá 130 133 137 143 147 152 156 Sử dụng cốt sợi từ nguồn cáp thép phế thải để chế tạo bê tông cốt sợi phân tán làm đường giao thông nông thôn 160 166 Sự phân bố lực tĩnh ngang tương đương mơ hình khung phẳng bê tông cốt thép chịu động đất Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn chất thải rắn hữu với phân bùn bể tự hoại đến hiệu suất tạo khí sinh học điều kiện lên men ấm Một số nội dung liên quan đến phương pháp mã hóa sở liệu phục vụ quản lý Yêu cầu kỹ thuật lưu giữ vận chuyển hỗn hợp bê tông tự lèn điều kiện thời tiết khu vực Hà Nội Nghiên cứu thử nghiệm khả sử dụng lượng tái tạo từ trình ủ phân compost quy mơ nhỏ phục vụ cấp nước nóng sinh hoạt Đô thị lớn Việt Nam thời kỳ độ Ứng dụng phần mềm ansys tính kết cấu cơng tơn sóng tương tác với mơi trường chịu tác dụng tải trọng nổ đất Khả kháng cháy cột kết cấu khung bê tông cốt thép Sử dụng thừa số largrange để giải toán kết cấu có điều kiện biên đa bậc tự Phân tích ảnh hưởng hao hụt thể tích đất đến lún bề mặt đào hầm đất yếu Đề xuất phương pháp xác định đặc trưng biến dạng lún kết thí nghiệm xuyên tĩnh cải tiến Quy hoạch đô thị vùng ven biển tây nam thích ứng với biến đổi khí hậu Nghiên cứu xử lý tái sử dụng nước thải không cho ăn uống đô thị loại vừa nhỏ vùng đồng Sơng Hồng Hệ số an tồn khối lượng cát khai thác bờ sông đồng sông Cửu Long Accuracy verification of a test aparatus for lateral pile loading using industrial X-ray CT scanner system Xác định khả chịu nén tiết diện thép tạo hình nguội phương pháp cường độ liên tục (csm) Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên xã hội Hà Nội – sở quan trọng tổ chức không gian nội thất hộ chung cư cao tầng Hồn thiện phương pháp phân tích dự án đầu tư xây dựng công Việt Nam Thiết lập hệ phương trình giải tốn dầm đàn hồi chịu tải trọng tĩnh phương pháp phần tử biên Đánh giá khả hoàn thành tiến độ thi công dự án xây dựng dựa vào sơ đồ mạng PERT phương pháp mô monte carlo Gia cường cho cột bê tông cốt thép tác dụng tải trọng lặp sử dụng thép bao quanh vị trí khớp dẻo Phân tích trạng kiến trúc nhà phố thành phố Hồ Chí Minh Đánh giá hiệu giảm chấn hệ particle damper kết cấu chịu tải điều hịa Bảo dưỡng bê tơng tự lèn che phủ ni lông điều kiện miền nam Vũ Hồng Nghiệp Nguyễn Phan Duy Trần Quang Phú Trương Quang Thành, Nguyễn Mạnh Trí Lê Thị Bích Thủy, Võ Thành Nam Vũ Tân Văn Võ Thị Tuyết Giang, Nguyễn Võ Trọng Nguyễn Lục Hoàng Hiệp, Huỳnh Nhật Minh, Trương Hoài Trúc, Vận dụng số đo lường hiệu suất (KPIs) đánh giá lực hoạt động Ban quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng Phân tích số yếu tố ảnh hưởng đến cường độ áp lực ngang đất có liên quan đến độ ổn định cơng trình tường chắn cứng dạng cơng - xơn Đánh giá độ tin cậy đầu dầm super-T cắt khấc Phân tích ổn định khí động cầu nhịp dài với dẫn xuất khí động xác định từ thí nghiệm hầm gió Mơ phát triển vết nứt kết cấu đập bê tông phương pháp phần tử hữu hạn mở rộng Xác định lực căng dầm bêtông cốt thép ứng suất trước căng sau có cáp cong sử dụng tần số dao động tự nhiên Lê Thành Vinh, Hồ Đức Duy Đào Đình Nhân, Nguyễn Đắc Hoàng Bùi Đức Vinh, Trần Quang Phú Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến việc triển khai thực dự án đầu tư phát triển khu cơng nghiệp địa bàn thành phố Hồ Chí Minh (giai đoạn 2016 – 2020) Nguyễn Văn Tú, Lê Anh Tuấn Đặng Xuân Hiển, Nguyễn Văn Hanh Huỳnh Viễn Trung, Hà Duy Khánh Đặng Xuân Hiển, Đoàn Thị Thu Hoài, Trần Minh Đức Nguyễn Công Giang, Kiều Minh Quang Chủ nhiệm: Bộ trưởng Phạm Hồng Hà Tổng Biên tập: Trần Thị Thu Hà 4.2017 Nghiên cứu hiệu ứng thứ cấp dầm liên tục bê tông cốt thép ứng suất trước Nghiên cứu xử lý nước thải giàu hợp chất hữu nitơ công nghệ MBBR Xây dựng mơ hình nhân tố ảnh hưởng chất lượng cơng tác thiết kế dự án xây dựng Cà Mau Nghiên cứu ứng dụng xúc tác quang tổ hợp vật liệu nano tio2/graphen oxit để xử lý nước rỉ rác Nghiên cứu số phương pháp dự đoán lún bề mặt q trình thi cơng tuyến metro cơng nghệ khoan kích ngầm Tịa soạn: 37 Lê Đại Hành, Hà Nội Fax: 04.39740570 Email: tcxd.bxd@gmail.com Liên hệ vở: 04.39740744 VPĐD phía Nam: 14 Kỳ Đồng, Q.3, TP Hồ Chí Minh ĐT: 08.39312759 Fax: 08.39312758 Email: tapchixaydung_vppn@yahoo.com Trình bày mỹ thuật: Thạc Cường, Quốc Khánh Giấy phép xuất bản: Số: 372/GP-BTTTT ngày 05/7/2016 In Công ty TNHH MTV in Báo nhân dân TP HCM Tài khoản: 113000001172 Ngân hàng Thương mại Cổ phần Công thương Việt Nam Chi nhánh Hai Bà Trưng, Hà Nội Hội đồng khoa học: GS.TSKH Nguyễn Văn Liên(Chủ tịch) GS TS Phan Quang Minh PGS.TS Nguyễn Quốc Thông(Thư ký) GS.TS Nguyễn Thị Kim Thái GS.TS Nguyễn Hữu Dũng GS.TS Cao Duy Tiến Giá 35.000VNĐ 169 173 178 185 191 Xác định khả chịu nén tiết diện thép tạo hình nguội phương pháp cường độ liên tục (CSM) Determining compression capacity of cold-formed steel sections by the continuous strength method (CSM) Ngày nhận bài: 12/02/2017 Ngày sửa bài: 18/3/2017 Ngày chấp nhận đăng: 3/4/2017 Phạm Ngọc Hưng, Vũ Quốc Anh, Phạm Ngọc Hiếu TÓM TẮT Các tiêu chuẩn kết cấu thép xem xét làm việc phi tuyến vật liệu thơng qua mơ hình đàn dẻo đơn giản Tuy nhiên, ứng xử ứng suất – biến dạng thực tế kết cấu thiết kế phức tạp mơ hình đó, đăc biệt tăng cứng Quá trình chế tạo thép tạo hình nguội trình tăng cứng Một phương pháp thiết kế có kể đến tăng cứng Phương pháp gọi phương pháp cường độ liên tục (CSM), phương pháp thiết kế sở biến dạng dựa mối quan hệ liên tục độ mảnh tiết diện khả biến dạng nó, đồng thời có kể đến tăng cứng vật liệu Báo cáo giới thiệu phương pháp cường độ liên tục tính tốn khả chịu nén tiết diện thép tạo hình nguội so sánh với kết tính tốn phương pháp bề rộng hiệu dụng (Effective Width Method) phương pháp cường độ trực tiếp (Direct Strength Method) Từ khóa: Khả chịu nén – Tiết diện thép tạo hình nguội – phương pháp cường độ liên tục ABSTRACT The present generation of international structural steel design codes treats material nonlinearity through simplified elastic-plastic models However, the actual stress-strain response of structural steel is more complex than this and features, in particular, strain hardening Cold-formed processes are also considered as strain hardening A new design method, referred to as the continuous strength method (CSM), is a deformation-based design approach employing a continuous relationship between cross-sectional slenderness and cross- sectional deformation capacity, together with a material model that allows for strain hardening This paper introduces the Continuous Strength Method in determining compression capacity of cold-formed steel sections and comparing to those calculated by the Effective Width Method (EWM) and the Direct Strength Method (DSM) Key words: Compression capacity - cold-formed steel sections – the continuous strength method Phạm Ngọc Hưng Học viên cao học ngành Xây dựng trường ĐH Kiến Trúc Hà Nội PGS TS Vũ Quốc Anh Trưởng môn Kết cấu thép Đại học Kiến Trúc Hà Nội Phạm Ngọc Hiếu NCS trường Đại học Sydney, Australia Đặt vấn đề Theo lý thuyết tính tốn thép tạo hình nguội, phương pháp bề rộng hiệu dụng đề xuất dựa tảng lý thuyết ổn định phẳng Phương pháp bề rộng hiệu dụng bước đầu giải ảnh hưởng ổn định cục đến khả chịu lực cấu kiện Tuy nhiên, phương pháp bộc lộ nhươc điểm khối lượng tính tốn lớn khơng tính tốn tiết diện có hình dạng phức tạp tiết diện có nhiều sườn trung gian Phương pháp cường độ trực tiếp (Direct Strength Method) đề xuất giáo sư Hancook [6] phát triển hoàn thiện giáo sư Ben Schafer (Mỹ) giải cách triệt để nhược điểm Các phương pháp đề cập nhiều tài liệu [2,6] Một đặc điểm chung hai phương pháp xem xét làm việc phi tuyến vật liệu thông qua mơ hình đàn dẻo đơn giản Tuy nhiên, đường cong ứng suất-biến dạng thực tế kết cấu phức tạp mơ hình đó, đặc biệt vật liệu tăng cứng trình tạo hình nguội Sự tăng cứng làm tăng cường độ vật liệu vượt qua giới hạn chảy dẻo xảy biến dạng chảy dẻo Gardner [5] đề xuất phương pháp có tên cường độ liên tục (Continuous Strength Method) nhằm xét ảnh hưởng trình tăng cứng đến ứng xử thiết kế kết cấu thép Phương pháp cường độ liên tục (CSM) cho tiết diện chịu nén [1] CSM phương pháp dựa sở biến dạng gồm hai thành phần – (1) đường cong sở định nghĩa mức độ biến dạng tiết diện dạng danh nghĩa (2) mơ hình vật liệu, cho phép xét đến tăng cứng, kết nối với đo đạc ứng suất, 04.2017 91 sử dụng để xác định khả chịu lực tiết diện Môt điểm CSM liên quan khả chịu lực tiết diện với khả biến dạng nó, mà kiểm soát độ mảnh tiết diện nhạy cảm với ảnh hưởng ổn định cục Khả biến dạng tiết diện xác định khả tiết diện có xét đến vùng tăng cứng dẫn đến khả chịu tải Một đường cong sở thiết kế, đưa mối quan hệ liên tục khả biến dạng danh nghĩa độ mảnh tiết diện, thành lập dựa số liệu thí nghiệm cột ngắn dầm - Định nghĩa độ mảnh tiết diện Với CSM, độ mảnh tiết diện định nghĩa dạng không thứ nguyên xác định bậc hai tỉ số cường độ chảy f� chia cho ứng suất ổn định đàn hồi tiết diện Với tiết diện gồm nhiều liên kết với nhau, ứng suất ổn định đàn hồi tiết diện nguyên cho phép xem xét tương tác phần, xác định phương pháp số phương pháp phân tích gần Cách sử dụng DSM chấp nhận phân tích Định nghĩa độ mảnh tiết diện đưa cơng thức (1) liên quan đến kích thước đường tâm Để thống với định nghĩa độ mảnh Eurocode, mà dựa bề rộng phần tử phẳng, kết giá trị độ mảnh nhân với giá trị lớn tỉ số bề rộng phần phẳng cho bề rộng đường tâm tiết diện đưa công thức (2) Như đề xuất EN 1993-1-4 1993-1-5 [3,4], ứng suất ổn định tuyến tính lấy giá trị nhỏ phẳng, kết độ mảnh tiết diện đưa công thức (3) Trong b chiều rộng, t chiều dày, ε hệ số vật liệu k σ hệ số ổn định - λp = - λp = fy giảm tải giới hạn chia cho chiều dài cột dùng để định nghĩa biến dạng phá hoại tiết diện ổn định phi tuyến- thể hình Khả biến dạng tính biến dạng ồn định cục trừ biến dạng chảy dẻo 0.2% ứng suất tới hạn Khả biến dạng tiết diện đưa công thức Khả biến dạng danh nghĩa tiết diện xác định cách chia cho biến dạng chảy dẻo để xem xét khác vật liệu cường độ so sánh (1) σcr,cs fy  c flat    σcr,cs  ccl max λcs =λp = - Đường cong sở thiết kế Trên hình thể điểm chảy xảy tương ứng với độ mảnh 0.68; giá trị tương tự với thép bon nhôm hợp kim Các độ mảnh giới hạn khác đưa báo cáo, với phần tử nén 0.739, với thép cacbon 0.5 Dựa tiết diện thép cacbon, giới hạn 0.776 đưa cho DSM, lấy với hệ số an toàn cao theo tiêu chuẩn châu âu Xem xét thơng tin có sẵn, lấy độ mảnh chuyển đổi tiết diện mảnh không mảnh cho thép không gỉ, thép cacbon nhôm hợp kim 0.68 phù hợp Độ mảnh dùng cho CSM độ mảnh khơng có ảnh hưởng đáng kể tăng cứng, tiết diện mảnh xem xét phương pháp bề rộng hiệu dụng Với cột ngắn tải thí nghiệm vượt giới hạn chảy tiết diện Ny , fy σcr,p,min = b 28,4ε k σ (2) (3) - Định nghĩa khả biến dạng tiết diện Khả biến dạng tiết diện định nghĩa dạng danh nghĩa xem xét thông qua tỉ số σ csm / σ y , xác định từ thí nghiệm cột ngắn dầm Đầu tiên, độ mảnh giới hạn định nghĩa chuyển tiếp tiết diện mảnh (ví dụ bị phá hoại ổn định cục nhỏ ứng suất chảy) tiết diện khơng mảnh (ví dụ có xảy tăng cứng phá hoại ổn định cục phi tuyến cao ứng suất chảy) Giới hạn xác định với kết thí nghiệm hình Hình Sự giảm tải giới hạn chia cho chiều dài cột dùng để định nghĩa biến dạng phá hoại tiết diện ổn định phi tuyến Với tiết diện mà phá hoại trước chảy, biến dạng bị ảnh hưởng ứng xử ổn định tuyến tính sau ổn định, khái niệm ứng suất ổn định cục không phù hợp dẫn đến dự đốn khơng xác khả chịu lực Vì vậy, tỉ số tải giới hạn chia cho tải chảy sử dụng đưa phương pháp thay phù hợp tỉ số ứng suất – đưa công thức (5) Công thức sử dụng để định nghĩa độ mảnh tiết diện Cơng thức (6), độ mảnh tiết diện lớn giói hạn xác định 0.68 Với λp  0, 68 εcsm εlb -0,002 δu /L-0.002 = = Nu  Ny εy εy εy (4) εcsm Nu = Khi Nu 0,68 εcsm Nu = ε y Ny Hình 1.So sánh kết kiểm tra 81 cột với Tiêu chuẩn EN 1993-1-4 92 04.2017 (6) Với uốn, giả thiết mặt phẳng tiết diện ln phẳng vng góc với trục trung hịa, có mối liên hệ tuyến tính ứng suất độ cong k đưa cơng thức (7), y khoảng cách từ trục trung hịa Vì vậy, tương tự sử dụng dự liệu cột ngắn, định nghĩa tương tự khả chịu biến dạng tiết diện danh nghĩa hình thành dựa kết thí nghiệm dầm Kết thí nghiệm uốn điểm, mà có vùng cong điểm tải tác dụng, xem xét Với dầm có khả chịu mơ men Mu vượt q khả chịu mô men đàn hồi Mel , tổng độ cong momen giới hạn k u nhân với khoảng cách từ trục trung hòa tới thớ biên chịu tiết diện y max sử dụng để định nghĩa biến dạng phá hoại ổn định cục phi tuyến – xem hình Tỉ số ứng suất tương ứng nhận dẫn đến cách tương tự cho thí nghiệm cột ngắn đưa công thức (8) k el độ cong đàn hồi tương ứng với Mel đưa Mel /EI , E mơ dun đàn hồi vật liệu I mơ men qn tính Với tiết diện phá hoại trước đạt đến khả chịu mo men tuyến tính, tỉ số khả chịu lực tới hạn mô men đàn hồi tiết diện sử dụng để định nghĩa tỉ số biến dạng, đưa công thức (9).Biến dạng nén uốn phân bố dọc tiết diện thể cho tiết diện chữ I hình Với ε = ky (7) Với λp  0, 68 εcsm εlb -0,002 kuymax -0.02 = = Mu  Mel εy εy k ely max (8) εcsm Mu = Mu fy phương pháp cường độ liên tục (CSM) có kể đến q trình tăng cứng Vì mà phương pháp có kết sát so với kết thực tế - Phương pháp cường độ liên tục (CSM) dùng để thay cho tính tốn khả chịu lực tiết diện dựa quan hệ liên tục độ mảnh tiết diện với khả biến dạng tăng cứng vật liệu - Phương pháp CSM áp dụng cho tiết diện hiệu dụng toàn Nói cách khác, phương pháp CSM dùng ứng dụng cấu kiện cho độ mảnh nhỏ Với cấu kiện có độ mảnh lớn áp dụng phương pháp bề rộng hiệu dụng (EWM) phương pháp cường độ trực tiếp (DSM) có độ tin cậy cao Nguyên nhân: độ mảnh cao cấu kiện lớn dễ bị ổn định, làm cho cường độ bị phá hoại nhỏ cường độ chảy dẻo fy, nên tăng cứng trình tạo hình nguội ảnh hưởng không đáng kể đến khả chịu lực cấu kiện Do đó, kết hai phương pháp phản ánh làm việc cấu kiện thép - Kết luận chung phương pháp cường độ liên tục (CSM) phương pháp hỗ trợ cho hai phương pháp bề rộng hiệu dụng (EWM) phương pháp cường độ trực tiếp (DSM) tính tốn cấu kiện hiệu dụng toàn cấu kiện ngắn xét đến ảnh hưởng tăng cứng đến khả chịu lực tiết diện - Xác định khả chịu nén tiết diện TÀI LIỆU THAM KHẢO  εcsm  Afshan S., Gardner L., ‘The continuous strength method for structural stainless steel design’, fcsm =fy +E shε y  -1 =367+4197,191×0,001835(4,496-1)=393,9237 (N/mm )  ε  Thin-Walled Structures 68, pp 42-49, 2013  y  Australian/New Zealand Standard AS/NZS 4600: 2005, ‘Cold-formed steel structures’, 2005 European Standard EN 1993-1-3, ‘General rules – Supplementary rules for cold-formed 1477×393,9237 members and sheeting’, 2004 Nc,Rd =Ncsm,Rd = =581,825 (kN) 1,0 European Standard EN 1993-1-5, ‘Design of steel structures – Part-1-5: Plated structural d Tổng hợp kết chịu nén elements’, 2006 Gardner L., Wang F., and Liew A., ‘Influence of strain hardening on the behavior and design Bảng Khả chịu nén tiết diện of steel structures’, International Journal of Structural Stability and Dynamics, pp 855-875, 2011 Kết thí PP bề rộng Phương Phương Hancook G J., Murray T M., Ellifritt D S., ‘Cold-formed Steel Structures to the AISI nghiệm [5] Tiết diện hiệu dụng pháp DSM pháp CSM Specification’, The United States of America, 2001 SHS 100x100x4 542,059 kN 537,462 kN 581,825 kN 660 kN 04.2017 95 ... hệ liên tục độ mảnh tiết diện khả biến dạng nó, đồng thời có kể đến tăng cứng vật liệu Báo cáo giới thiệu phương pháp cường độ liên tục tính tốn khả chịu nén tiết diện thép tạo hình nguội so... tốn phương pháp bề rộng hiệu dụng (Effective Width Method) phương pháp cường độ trực tiếp (Direct Strength Method) Từ khóa: Khả chịu nén – Tiết diện thép tạo hình nguội – phương pháp cường độ liên. .. chế tạo thép tạo hình nguội trình tăng cứng Một phương pháp thiết kế có kể đến tăng cứng Phương pháp gọi phương pháp cường độ liên tục (CSM), phương pháp thiết kế sở biến dạng dựa mối quan hệ liên