Phân tích ảnh hưởng của uốn ngang và uốn dọc đồng thời đến kết cấu thanh với các điều kiện biên khác nhau (tóm tắt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI ***** NGUYỄN VĂN HỌC PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA UỐN NGANG VÀ UỐN DỌC ĐỒNG THỜI ĐẾN KẾT CẤU THANH VỚI CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN HỌC KHÓA: 2020 - 2022 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA UỐN NGANG VÀ UỐN DỌC ĐỒNG THỜI ĐẾN KẾT CẤU THANH VỚI CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN KHÁC NHAU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 88.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM VĂN ĐẠT XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN TS PHẠM VĂN TRUNG Hà Nội – 2022 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành TS Phạm Văn Đạt tận tình giúp đỡ cho nhiều dẫn khoa học có giá trị thường xuyên động viên, tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn nâng cao lực Kkoa học tác giả Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy nhà khoa học ngồi trường quan tâm góp ý làm cho luận văn hoàn thiện Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo, Bộ môn Sức bền vật liệu Cơ kết cấu, Khoa Xây dựng, Khoa Sau Đại học, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi hợp tác trình nghiên cứu TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Văn Học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Văn Học MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, biểu Danh mục hình, sơ đồ MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài  Mục đích nghiên cứu  Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Cấu trúc luận văn NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH BÀI TỐN THANH CHỊU UỐN NGANG VÀ UỐN DỌC ĐỒNG THỜI 1.1 Sự cần thiết phân tích kết cấu theo toán uốn ngang uốn dọc đồng thời 1.1.1 Khái niệm phân tích tốn chịu uốn kéo (nén) đồng thời 1.1.2 Khái niệm phân tích toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 1.2 Tình hình nghiên cứu, phân tích kết cấu theo tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 1.3 Một số nhận xét 17 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG BÀI TOÁN THANH CHỊU UỐN NGANG VÀ UỐN DỌC ĐỒNG THỜI 19 2.1 Phương trình đường đàn hồi tốn chịu uốn 19 2.1.1 Phương trình đường đàn hồi chịu uốn 19 2.1.2 Xác định độ võng dầm phương pháp tích phân bất định 21 2.1.3 Xác định độ võng dầm phương pháp thông số ban đầu 21 2.1.4 Xác định độ võng dầm phương pháp tải trọng giả tạo 24 2.2 Xây dựng toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 29 2.2.1 Xây dựng toán hai đầu khớp chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 29 2.2.2 Xây dựng toán đầu ngàm, đầu tự chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 33 2.2.3 Xây dựng toán đầu ngàm, đầu khớp chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 36 2.2.4 Xây dựng toán hai đầu ngàm chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 38 2.3 Quy trình phân tích tồn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 40 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT HAI ĐẦU THANH ĐẾN KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA BÀI TỐN 42 3.1 Phân tích tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời với toán hai đầu khớp 42 3.1.1 Phân tích toán theo lý thuyết chịu lực phức tạp 42 3.1.2 Phân tích tốn theo lý thuyết chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 44 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng đặc trưng 46 3.2 Phân tích tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời với toán đầu ngàm đầu tự 52 3.2.1 Phân tích tốn theo lý thuyết chịu lực phức tạp 52 3.2.2 Phân tích tốn theo lý thuyết chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 54 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng đặc trưng 56 3.3 Phân tích tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời với toán đầu ngàm đầu khớp 62 3.3.1 Phân tích tốn theo lý thuyết chịu lực phức tạp 62 3.3.2 Phân tích tốn theo lý thuyết chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 64 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng đặc trưng 67 3.4 Phân tích tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời với toán hai đầu ngàm 73 3.4.1 Phân tích tốn theo lý thuyết chịu lực phức tạp 74 3.4.2 Phân tích tốn theo lý thuyết chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 76 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng đặc trưng 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 Kết luận 85 Kiến nghị 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG, BIỂU Bảng, biểu Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 3.1 Biểu đồ 3.1 Tên bảng, biểu Sơ đồ dầm thực dầm giả tạo tương ứng Bảng xác định diện tích trọng tâm số hình đặc biệt Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho hai đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho hai đầu khớp Trang 26 27 47 48 Bảng 3.2 Khảo sát ảnh hưởng E cho hai đầu khớp 49 Biểu đồ 3.2 Khảo sát ảnh hưởng E cho hai đầu khớp 50 Bảng 3.3 Biểu đồ 3.3 Bảng 3.4 Biểu đồ 3.4 Bảng 3.5 Biểu đồ 3.5 Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho hai đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho hai đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho đầu ngàm, đầu tự Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho đầu ngàm, đầu tự Khảo sát ảnh hưởng E cho đầu ngàm, đầu tự Khảo sát ảnh hưởng E cho đầu ngàm, đầu tự Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho đầu ngàm, đầu tự 51 52 58 59 60 61 62 Biểu đồ 3.6 Bảng 3.7 Biểu đồ 3.7 Bảng 3.8 Biểu đồ 3.8 Bảng 3.9 Biểu đồ 3.9 Bảng 3.10 Biểu đồ 3.10 Bảng 3.11 Biểu đồ 3.11 Bảng 3.12 Biểu đồ 3.12 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho đầu ngàm, đầu tự Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho đầu ngàm, đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho đầu ngàm, đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng E cho đầu ngàm, đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng E cho đầu ngàm, đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho đầu ngàm, đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho đầu ngàm, đầu khớp Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho hai đầu ngàm Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/h cho hai đầu ngàm Khảo sát ảnh hưởng E cho hai đầu ngàm Khảo sát ảnh hưởng E cho hai đầu ngàm Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho hai đầu ngàm Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ L/b cho hai đầu ngàm 63 69 70 71 72 73 74 80 81 82 83 84 85 DANH MỤC HÌNH VẼ Số liệu hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Tên hình Đường trung hịa mặt cắt ngang Thanh công xôn chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang Kết cấu nhà cao tầng chịu ảnh hưởng uốn ngang uốn dọc đồng thời Kết cấu nhà cao tầng chịu tải trọng ngang phân bố theo tầng Phương pháp phân tích gần ảnh hưởng uốn ngang uốn dọc đồng thời Trang 11 13 15 Hệ khung chịu uốn ngang uốn dọc đồng Hình 1.6 thời phân tích theo phương pháp lặp gần 16 Hình 2.1 Thanh cơng xơn chịu uốn phẳng 20 Hình 2.2 Chuyển vị cơng xơn chịu uốn phẳng 21 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Xác định độ võng cho dầm đơn giản theo phương pháp thông số ban đầu Liên kết đoạn dầm thứ i đoạn dầm thứ i+1 Quy ước dấu cho chuyển vị, góc xoay tải trọng cho dầm Thanh hai đầu khớp chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 22 23 23 30 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 3.1 Chuyển vị hai đầu khớp chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời Thanh công xôn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời Thanh đầu ngàm, đầu khớp chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời Thanh hai đầu ngàm chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời Thanh hai đầu khớp chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang 32 34 37 39 43 Thanh đầu ngàm, đầu tự chịu tác dụng Hình 3.2 đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng 53 ngang Hình 3.3 Hình 3.4 Thanh đầu ngàm, đầu khớp chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang Thanh hai đầu ngàm chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang 63 74 MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Hiện phân tích kết cấu chịu tải trọng ngang tải trọng dọc tác dụng đồng thời, kỹ sư thiết kế kết cấu thường sử dụng phương pháp độc lập tác dụng để phân tích Theo nguyên lý cộng tác dụng tải trọng ngang gây mơ men uốn lực cắt, tải trọng dọc gây lực dọc Trong thực tế cấu kiện kết cấu chịu tác dụng tải trọng ngang tải trọng dọc tác dụng đồng thời tải trọng ngang gây trục bị uốn cong so với trục ban đầu Vì tải trọng dọc trục lúc gây nội lực lực dọc cịn gây mơ men uốn khoảng cách trọng tâm mặt cắt ngang bị dịch chuyển nên đường tải trọng dọc trục sau biến dạng không trùng với tâm mặt cắt ngang Bài toán uốn ngang uốn dọc đồng thời trình bày nội dung chương uốn ngang uốn dọc tài liệu môn học Sức bền vật liệu số cơng trình nghiên cứu nhà khoa học Theo môn học sức bền vật liệu đề xuất toán chịu tải trọng ngang tải trọng dọc trục tác dụng đồng thời với có tỷ lệ L/h < 12 tính tốn tốn toán chịu lực phức tạp (bài toán chịu uốn kéo nén đồng thời), với có tỷ lệ L/h ≥ 12 tính tốn toán toán uốn ngang uốn dọc đồng thời Theo đề xuất tài liệu chưa kể đến ảnh hưởng liên kết hai đầu đến kết phân tích tốn Vì vậy, để có nghiên cứu đầy đủ ảnh hưởng toán uốn ngang uốn dọc đồng thời với kết cấu có liên kết hai đầu khác nhau, tơi lựa chọn đề tài “Phân tích ảnh hưởng uốn ngang uốn dọc đồng thời đến kết cấu với điều kiện biên khác nhau”  Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng toán uốn ngang uốn dọc đồng thời đến ứng suất tốn có liên kết hai đầu khác  Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Là kết cấu với liên kết hai đầu khác nhau; - Phạm vi nghiên cứu: Thanh chịu tải trọng tĩnh vật liệu làm việc giai đoạn đàn hồi  Phương pháp nghiên cứu - Dựa lý thuyết học đề tài xây dựng lên cách xác định nội lực toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời với điều kiện biên khác  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu ảnh hưởng toán uốn ngang uốn dọc đồng thời kết cấu để xác định mối quan hệ liên kết hai đầu thanh, độ mảnh ảnh hưởng đến kết phân tích toán - Ý nghĩa thực tiễn: Trên kết ảnh hưởng liên kết hai đầu thanh, độ mảnh kết phân tích tốn uốn ngang uốn dọc đồng thời với toán chịu uốn kéo nén đồng thời Từ đề xuất phân tích theo toán chịu uốn kéo nén đồng thời, phân tích theo tốn uốn ngang uốn dọc đồng thời tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên trường kỹ thuật kỹ sư thực hành phân tích kết cấu thực tế  Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận kiến nghị, Tài liệu tham khảo Phụ lục, nội dung Luận văn gồm ba chương: - Chương 1: Tổng quan phân tích tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời - Chương 2: Xây dựng toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời - Chương 3: Phân tích ảnh hưởng liên kết hai đầu đến kết phân tích tốn THƠNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lịng liên hệ với Trung Tâm Thơng tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.1 – Nhà E – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội website: http://thuviendhkt.net Email: thuvien@hau.edu.vn TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN Lưu ý: Tất tài liệu trôi mạng (không phải trang web thức Trung tâm Thơng tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội) tài liệu vi phạm quyền Nhà trường không thu tiền, khơng phát hành có thu tiền tài liệu mạng internet 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Khi phân tích cho chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang theo toán chịu uốn kéo (nén) đồng thời theo toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời, chênh lệch ứng suất pháp lớn lớn hớn 2% coi đáng kể Đối với kết cấu chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang, ảnh hưởng tỉ lệ L/b mô đuyn đàn hồi E với trường hợp có điều kiện biên khác chênh lệch giá trị ứng suất lớn phân tích theo tốn chịu lực phức tạp (thanh chịu uốn kéo (nén) đồng thời) theo toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời không đáng kể Ảnh hưởng tỉ lệ L/h tới chênh lệch giá trị ứng suất lớn phân tích theo toán chịu lực phức tạp chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời kết cấu chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang đáng kể Tùy vào điều kiện biên hai đầu thanh, ta có tỉ lệ L/h tối thiểu cho trường hợp để chênh lệch giá trị ứng suất lớn phân tích theo hai tốn coi không đáng kể Kiến nghị Kết cấu hai đầu khớp chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang có tỉ lệ L/h < 16 chênh lệch ứng suất pháp lớn phân tích theo tốn chịu uốn kéo nén đồng thời toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời nhỏ 2% nên cần phân tích theo tốn chịu lực phức tạp Với tỉ lệ L/h ≥ 16 cần phân tích theo tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời 86 Với kết cấu đầu ngàm, đầu tự chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang có tỉ lệ L/h ≥ 12 chênh lệch ứng suất pháp lớn phân tích theo toán chịu uốn kéo (nén) đồng thời toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời lớn 2% nên cần phân tích theo toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời Ngược lại, tỉ lệ L/h < 12 ta cần phân tích theo tốn chịu lực phức tạp Đối với kết cấu đầu ngàm, đầu tự hai đầu ngàm chịu tác dụng đồng thời tải trọng dọc trục tải trọng ngang, tỉ lệ L/h < 20 chênh lệch ứng suất pháp lớn phân tích theo toán chịu uốn kéo (nén) đồng thời theo toán chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời nhỏ 2% nên cần phân tích theo tốn chịu lực phức tạp Khi tỉ lệ L/h ≥ 20 ta cần phải phân tích theo tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Vũ Quốc Anh (2003), Nghiên cứu phương pháp phân tích tính tốn khung thép với liên kết đàn hồi, Luận án tiến sĩ chuyên ngành xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Văn Liên, Đinh Trọng Bằng, Nguyễn Phương Thành (2008), Sức bền vật liệu, NXB Xây Dựng, Hà Nội Lều Thọ Trình (2000), Cơ học kết cấu – Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh Didier Pettinga, Nigel Priestley (2008), “Accounting for P-delta effects in Structures when using direct displacement-based design”, The 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing João Luis Martins Soares Nogueira (2017), Comparative Analysis of Second Order Effects by Different Structural Design Codes, Thesis to obtain the Master of Science Degree in Civil Engineering, Técnico Lisboa, Lisboa Juan Carlos Vielma Pérez, Manuel Antonio Cando Loachamín (2015), “Influence of P-delta Effect on Ducility and Vulnerability of SMRF Steel Buildings”, The Open Civil Engineering Journal, 351-362 Rupali Bondre, Sandeep gaikwad (2016), “Analysis of structures with respect to linear static analysis using P-delta effect”, International Journal of Advance Research and Innovative Ideas in Education, Volume 2, Issue 4, Gujarat Sunil Kumar Verma, Swati Dhiman, Ajay Singh (2021), “Analysing behaviour of high rise RCC structures in P-delta analysis”, International Research Journal of Engineering and Technology, Volume 8, Issue 6, Tamilnadu Tejas Jain, S B Patil (2018), “P-delta Analysis of RCC Framed High Rise Building Equipped with Shear wall and Damper: An Overview of Experimental and Numerical Study”, International Journal of Engineering Technology Science and Research, Volume 5, Issue 1, New Delhi  ... ? ?Phân tích ảnh hưởng uốn ngang uốn dọc đồng thời đến kết cấu với điều kiện biên khác nhau? ??  Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng toán uốn ngang uốn dọc đồng thời đến ứng suất tốn có liên kết. .. kể đến ảnh hưởng liên kết hai đầu đến kết phân tích tốn Vì vậy, để có nghiên cứu đầy đủ ảnh hưởng toán uốn ngang uốn dọc đồng thời với kết cấu có liên kết hai đầu khác nhau, lựa chọn đề tài ? ?Phân. .. III: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA LIÊN KẾT HAI ĐẦU THANH ĐẾN KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA BÀI TỐN 42 3.1 Phân tích tốn chịu uốn ngang uốn dọc đồng thời với toán hai đầu khớp 42 3.1.1 Phân tích