Khảo sát khả năng chịu lực tiết diện của dầm thép chữ C tạo hình nguội có lỗ khoét

Bài viết Khảo sát khả năng chịu lực tiết diện của dầm thép chữ C tạo hình nguội có lỗ khoét giới thiệu và áp dụng phương pháp mới này trong phân tích mất ổn định và xác định khả năng chịu lực của tiết diện thép tạo hình nguội chữ C có lỗ khoét. Kết quả khảo sát cho thấy mô men mất ổn định cục bộ có xu hướng tăng trong khi đó mô men mất ổn định méo tiết diện lại giảm.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU LỰC TIẾT DIỆN CỦA DẦM THÉP CHỮ C TẠO HÌNH NGUỘI CĨ LỖ KHT 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 30/5/2022, Sửa xong 09/9/2022, Chấp nhận đăng 20/9/2022 Tóm tắt Dầm thép tạo hình nguội khoét lỗ trở nên quen thuộc kết cấu cơng trình nhu cầu lắp đặt hệ thống kỹ thuật Sự có mặt lỗ khoét chứng minh ảnh hưởng đến khả chịu lực dầm, xem xét đến thiết kế theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ với áp dụng phương pháp có tên Cường độ trực tiếp Phương pháp cường độ trực tiếp cho phép dự đoán trực tiếp khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội dựa phân tích ổn định tuyến tính Bài báo, đó, giới thiệu áp dụng phương pháp phân tích ổn định xác định khả chịu lực tiết diện thép tạo hình nguội chữ C có lỗ kht Kết khảo sát cho thấy mô men ổn định cục có xu hướng tăng mơ men ổn định méo tiết diện lại giảm Khảo sát xem xét diện tích lỗ khoét lỗ khoét với chiều cao thấp có lợi mặt chịu lực chiều dài lỗ khoét nhỏ chiều cao tiết diện, lỗ khoét cao lớn lại có lợi chiều dài lỗ khoét lớn chiều cao tiết diện Từ khoá: khả chịu lực tiết diện; dầm thép; tiết diện chữ C tạo hình nguội; lỗ khoét INVESTIGATION OF SECTIONAL CAPACITIES OF COLD-FORMED STEEL CHANNEL BEAMS WITH PERFORATIONS Abstract Cold-formed perforated steel beams have become common in structural buildings due to the demand for technical system installations The presence of these holes has been illustrated to affect the capacities of these beam types, and has been considered in the design according to the American Specification with the application of a new design method called the Direct Strength Method This method allows for directly predicting the capacities of cold-formed steel members on the basis of elastic buckling analyses The paper, therefore, will introduce and apply this new design method in the buckling analyses and determination of sectional capacities of the perforated steel channel sections The investigated results pointed out that local buckling moments underwent an increasing trend while the opposite trend was observed for the distortional buckling moments Based on the investigation of the sectional capacities of perforated sections with the same hole areas, it was found that such sections with small hole heights were beneficial with the hole lengths less than the sectional depth whereas these sections with larger hole heights can obtain higher sectional capacities with the hole lengths more than the sectional depth Keywords: sectional capacities; steel beams; cold-formed steel channel sections; perforations © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) Giới thiệu Kết cấu thép tạo hình nguội sử dụng ngày rộng rãi ứng dựng kết cấu lợi sản xuất, bảo quản, vận chuyển lắp dựng [1] Trong sản phẩm thị trường, thép ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: hieupn@hau.edu.vn (Hiếu, P N.) Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng chữ C coi loại tiết diện phổ biến trở thành sản phẩm quen thuộc nhiều thập kỷ qua [2] Nhằm đáp ứng yêu cầu bố trí hệ thống kỹ thuật cơng trình, lỗ khoét thường khoan phần bụng tiết diện thép chữ C với hình dạng khác bao gồm hình trịn, hình chữ nhật, dạng dải hay hình dạng mà định yêu cầu kỹ thuật [3] Ảnh hưởng lỗ khoét đến khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội xét đến thiết kế quy định Tiêu chuẩn thép tạo hình nguội Hoa Kỳ AISI S100 [3] cách áp dụng phương pháp Cường độ trực tiếp Phương pháp coi phương pháp thiết kế kết cấu thép tạo hình nguội chứng minh tính ưu việt thiết kế so sánh với phương pháp truyền thống Bề rộng hữu hiệu [4] Một yêu cầu bắt buộc việc áp dụng phương pháp Cường độ trực tiếp thực phân tích ổn định tuyến tính, nên việc phân tích để xác định giá trị tải ổn định tuyến tính đóng vai trị quan trọng thiết kế Việc phân tích ổn định tuyến tính thơng thường thực sử dụng phần mềm phân tích bao gồm CUFSM [5] hay THIN-WALL-2 [6] Chi tiết việc áp dụng phần mềm thiết kế tham khảo báo cáo Pham [7] hay Pham & Vu [8] Các phần mềm phân tích nhiên lại không sử dụng cho phân tích ổn định tiết diện có lỗ kht tính khơng liên tục phân tích xuất lỗ khoét [9] Các phần mềm phần tử hữu hạn sử dụng trường hợp tồn nhiều hạn chế phân tích dẫn đến khơng xác, nhiều cơng xây dựng mơ hình phân tích [9] Để khắc phục vấn đề trên, phương pháp gần phân tích ổn định tiết diện có lỗ khoét đề xuất Moen Schafer ([9–15]); phương pháp sau đưa vào Tiêu chuẩn Hoa Kỳ [3] Phương pháp sở cho việc thiết lập mô đun phần mềm CUFSM phát triển gần Viện thép kim loại Hoa Kỳ ([16, 17]) cho phép sử dụng phân tích ổn định tuyến tính tiết diện thép tạo hình nguội có lỗ kht Mơ đun phần mềm giới thiệu áp dụng để phân tích ổn định tuyến tính tiết diện chữ C có lỗ khoét báo Cấu kiện thép tạo hình nguội có lỗ kht quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới Ortiz-Colberg, Sivakuman, Banwait hay Abdel-Rahman ([18–21]) khảo sát ảnh hưởng hình dạng lỗ khoét khác tới khả chịu lực ứng xử ổn định cục cột thép tạo hình nguội có chiều dài nhỏ Các nghiên cứu khác Loov; Pu cs.; Rhodes Schineider hay Rhodes Macdonal ([22–25]) xem xét ảnh hưởng chiều dài hay vị trí lỗ khoét tới cột thép có chiều dài nhỏ với việc thay đổi vị trí lỗ khoét Hay gần Pham [26] có xem xét ảnh hưởng vị trí lỗ khoét đến giá trị tải ổn định tuyến tính tổng thể cấu kiện thép chữ C tạo hình nguội chịu nén uốn với bố trí lỗ kht khơng đối xứng lệch tâm Đáng ý nghiên cứu Moen Schafer ([9–15]) tập trung khảo sát ứng xử cường độ cấu kiện thép chữ C tạo hình nguội có lỗ kht chịu nén chịu uốn Trong nghiên cứu đó, Moen Schafer đề xuất phương pháp gần phân tích ổn định tuyến tính tiết diện có lỗ khoét đề xuất hướng dẫn thiết kế cho loại tiết diện sử dụng phương pháp Cường độ trực tiếp Các nội dung đề xuất sau đưa vào Tiêu chuẩn thép tạo hình nguội Hoa Kỳ AISI S100-16 [3] Gần đây, nghiên cứu loại tiết diện thép tạo hình nguội chữ C có lỗ khoét tăng cường sườn xung quanh quan tâm khảo sát số nhà nghiên cứu, bao gồm Chen cs [27], Chi cs [28], hay Chen cs [29] thông qua thí nghiệm mơ hình số hóa để hiểu ứng xử cường độ loại tiết diện khoét lỗ Dựa vào kết nghiên cứu, báo tập trung vào giới thiệu áp dụng mô đun phần mềm CUFSM phát triển gần để phân tích khảo sát giá trị tải ổn định tiết diện thép tạo hình nguội chữ C có lỗ kht Các giá trị tải sau sử dụng để xác định Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng khảo sát khả chịu lực tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội có lỗ kht với việc áp dụng phương pháp Cường độ trực tiếp quy định Tiêu chuẩn thép tạo hình nguội Hoa Kỳ AISI S100-16 [3] Các tiết diện dùng cho khảo sát lấy từ tiết diện thị trường Kết khảo sát thu làm sở để đánh giá phân tích đặc điểm khả chịu lực tiết diện dầm chữ C có lỗ khoét Bài báo khảo sát khả chịu lực loại tiết diện cho diện tích lỗ khoét thay đổi tương quan chiều cao chiều dài, sau tiến hành so sánh để đưa khuyến cáo cách thức khoét lỗ giúp cho có lợi mặt chịu lực Trong báo này, khái niệm “khả chịu lực tiết diện” dịch từ thuật ngữ tiếng Anh “sectional capacities” để nói đến khả chịu lực cấu kiện thép tạo hình nguội mà dạng ổn định tổng thể ngăn cản thơng qua việc bố trí hệ giằng chống chuyển vị ngang Khi đó, cấu kiện bị phá hoại dạng ổn định tiết diện bao gồm ổn định cục ổn định méo tiết diện; khả chịu lực cấu kiện đưa “khả chịu lực tiết diện”, cụ thể tham khảo báo Pham [7] Phương pháp gần xác định giá trị tải ổn định tuyến tính tiết diện thép tạo hình nguội có lỗ khoét Phương pháp gần đề xuất Moen Schafer sử dụng phân tích ổn định tuyến tính tiết diện thép tạo hình nguội có lỗ kht, cụ thể tìm hiểu qua nghiên cứu Moen Schafer ([9–11]), Phụ lục Tiêu chuẩn AISI S100-16 [3] hay báo cáo khoa học Pham [30] Bài báo giới thiệu nội dung phương pháp gần xác định giá trị tải ổn định tuyến tính tiết diện thép tạo hình nguội có lỗ kht chịu nén uốn, bao gồm ổn định cục ổn định méo tiết diện Các giá trị tải tuyến tính ổn định cục chịu nén Pcrl hay uốn Mcrl tiết diện thép có lỗ khoét xác định sau: Pcrl = Min Pcrl,nh ; Pcrl,h (1) Mcrl = Min Mcrl,nh ; Mcrl,h (2) Pcrl,nh ; Mcrl,nh giá trị tải ổn định cục tiết diện nguyên, xác định cách sử dụng phần mềm phân tích CUFSM [5]; Pcrl,h ; Mcrl,h giá trị tải ổn định tuyến tính cục tiết diện giảm yếu, xác định cách sử dụng phần mềm phân tích CUFSM [5] phân tích tiết diện giảm yếu Kết phân tích ổn định tiết diện giảm yếu thể Hình Trên hình có giá trị Lcrl,h chiều dài nửa bước sóng tương ứng với tải ổn định cục tiết diện giảm yếu xem xét; Lhole chiều dài lỗ khoét xem xét Nếu chiều dài lỗ khoét Lhole lớn chiều dài nửa bước sóng Lcrl,h tải ổn định lấy giá trị tải ổn định cục biểu diễn Hình 1(a); chiều dài lỗ khoét Lhole nhỏ chiều dài nửa bước sóng Lcrl,h giá trị tải ổn định xác định giá trị tải điểm có chiều dài chiều dài lỗ khoét Lhole biểu diễn Hình 1(b) Giá trị tải ổn định méo tiết diện tiết diện có lỗ khoét (Pcrd ; Mcrd ) xác định cách xác định thành phần tải tiết diện tương đương khơng giảm yếu mà có chiều dày bụng ban đầu thay chiều dày bụng giả thiết (tr ) xác định công thức (3), Lcrd chiều dài nửa bước sóng tương ứng với ổn định méo tiết diện tiết diện nguyên ban đầu; Lh chiều dài lỗ khoét; t chiều dày ban đầu tiết diện tr = t − Lh Lcrd 1/3 (3) Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (a) Khi Lhole ≥ Lcrl,h (b) Khi Lhole < Lcrl,h Hình Đường cong ổn định cục tuyến tính tiết diện [9] Phương pháp gần sau làm sở cho việc lập mô đun phần mềm CUFSM phân tích ổn định cho tiết diện có lỗ kht phát triển gần Viện kim loại thép Hoa Kỳ, báo cáo chi tiết ([16, 17]) Việc đời phần mềm sở quan trọng cho việc áp dụng phương pháp Cường độ trực tiếp thiết kế tiết diện thép tạo hình nguội có lỗ khoét Giao diện phần mềm thể Hình với yêu cầu đầu vào nhanh chóng đơn giản, kết phân tích đưa bao gồm giá trị tải ổn định cục méo tiết diện cho tiết diện nguyên tiết diện có lỗ khoét Phần mềm sử dụng báo cáo nhằm khảo sát giá trị tải ổn định tiết diện thép chữ C có lỗ kht kích thước lỗ thay đổi Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hình Phần mềm xác định tải ổn định tuyến tính tiết diện có lỗ khoét Xác định khả chịu lực tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội có lỗ kht theo Tiêu chuẩn Hoa Kỳ AISI S100-16 Mô men uốn danh nghĩa tiết diện thép tạo hình nguội có kht lỗ xác định giá trị nhỏ ba thành phần sau: 1) Mô men chảy dẻo tiết diện giảm yếu Mynet ; 2) Mô men ổn định cục tiết diện Mnl ; 3) Mô men ổn định méo tiết diện Mnd Các thành phần mô men xác định sau: - Mô men chảy dẻo tiết diện giảm yếu: Mynet = S f net Fy (4) S f net mô đun chống uốn tiết diện giảm yếu; Fy ứng suất chảy vật liệu thép - Mô men ổn định cục tiết diện: Mnl = My   Mcrl Mnl = 1 − 0,15 My 0,4    Mcrl  My λl ≤ 0,776 (5) λl > 0,776 (6) 0,4 My λl độ mảnh danh nghĩa ổn định cục bộ, λl = My /Mcrl ; My mô men chảy dẻo tiết diện nguyên; Mcrl mơ men ổn định tuyến tính cục chịu uốn tiết diện có khoét lỗ, xác định cách sử dụng phân tích ổn định - Mô men ổn định méo tiết diện: Mô men ổn định méo tiết diện xác định theo độ mảnh danh nghĩa λd , cụ thể sau: Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Nếu λd ≤ λd2 với λd2 xác định công thức (12): Mnd = Mynet Mynet − Md2 (λd − λd1 ) λd2 − λd1 Mnd = Mynet − λd ≤ λd1 (7) λd1 < λd ≤ λd2 (8) Nếu λd > λd2 : Mnd = My   Mcrd Mnd = 1 − 0,22 My 0,5    Mcrd  My λd ≤ 0,673 (9) λd > 0,673 (10) 0,5 My λd độ mảnh danh nghĩa ổn định méo tiết diện, λd = My /Mcrd ; My mô men chảy dẻo tiết diện nguyên; Mynet mô men chảy dẻo tiết diện giảm yếu; λd1 = 0,673 λd2 Mynet My   = 0,673 1,7 My Mynet λd2 Md2 = − 0,22 (11) 2,7   − 0,7 (12) My λd2 (13) Mcrd mơ men ổn định tuyến tính méo tiết diện chịu uốn tiết diện có khoét lỗ, xác định cách sử dụng phân tích ổn định Phân tích ổn định tuyến tính tiết diện thép chữ C tạo hình nguội có lỗ khoét Phân tích ổn định tuyến tính yêu cầu bắt buộc thiết kế tiết diện thép tạo hình nguội theo phương pháp cường độ trực tiếp (DSM), thực cách sử dụng mô đun phần mềm CUFSM ([16, 17]) báo Tiết diện chữ C dùng cho khảo sát lấy từ tiết diện thép thị trường [31], bao gồm tiết diện thống kê Bảng kích thước đặc trưng biểu thị Hình Các đặc trưng vật liệu thép dùng khảo sát, bao gồm mô đun đàn hồi E = 203400 MPa giá trị giới hạn chảy Fy = 345 MPa Bảng Các kích thước hình học tiết diện thép tạo hình nguội chữ C (Đơn vị: mm) Tiết diện t D B L C15012 C20015 C25019 C30024 C35030 C40030 1,2 1,5 1,9 2,4 3,0 3,0 152 203 254 300 350 400 64 76 76 96 125 125 14,5 19,5 21,5 27,5 30,0 30,0 Ghi chú: bán kính r = mm Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Theo khảo sát báo cáo Pham [30], tải ổn định cục phụ thuộc vào tỉ số chiều cao lỗ khoét chiều cao tiết diện hhole /D, giá trị ổn định méo lại chịu ảnh hưởng chiều dài lỗ khoét qua tỉ số Lhole /D, nên khảo sát xem xét yếu tố ảnh hưởng đến loại tải ổn định tương ứng Hình Các kích thước tiết diện chữ C 4.1 Ảnh hưởng chiều cao lỗ khoét đến mô men ổn định cục tuyến tính Tỉ số chiều cao lỗ khoét chiều cao tiết diện hhole /D lấy từ 0,1 đến 0,8 Chiều dài lỗ khoét Lhole lấy hai lần chiều cao tiết diện (Lhole = 2D, D chiều cao tiết diện) cần đảm bảo chiều dài lỗ khoét Lhole lớn chiều dài nửa bước sóng ổn định cục tiết diện giảm yếu xét Lcrl,h (Lhole > Lcrl,h ) Kết khảo sát biểu diễn Hình 4, Mcrl,h Mcrl,nh mô men ổn định cục tiết diện có lỗ kht tiết diện ngun Hình Kết ổn định cục tiết diện chịu uốn Kết cho thấy lỗ kht có kích thước tăng tải ổn định cục lỗ khoét có xu hướng tăng lên Với lỗ khoét nhỏ ổn định cục xảy vị trí lỗ kht, cịn với lỗ kht lớn ổn định cục xảy lỗ khoét Lỗ khoét kích thước nhỏ làm giảm tải ổn định cục tiết diện nên ổn định cục xảy vị trí lỗ khoét Lỗ khoét kích thước lớn, tải ổn Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng định cục lỗ khoét cao giá trị tải ổn định cục tiết diện nguyên, nên ổn định không xảy vị trí lỗ khoét mà tiết diện nguyên lỗ khoét Điều giải thích kích thước lỗ kht tăng, phần phẳng cịn lại phía lỗ khoét bụng giảm, dẫn đến độ mảnh phần bụng giảm làm tính ổn định tăng Ảnh hưởng lỗ khoét đến tải ổn định cục rõ ràng mô men ổn định cục vị trí lỗ khoét giảm nhiều đến 40% so với không khoét lỗ Giá trị mơ men ổn định cục có xu hướng xảy khu vực khoét lỗ tỉ số hhole /D nhỏ khoảng 0,65, chí tiết diện C15012 có xảy ổn định lỗ khoét hhole /D đạt đến 0,8 Khi tỉ số hhole /D lớn 0,65 mơ men cục tuyến tính tiết diện giảm yếu lớn so với giá trị tiết diện nguyên, mô men ổn định cục lấy giá trị tiết diện nguyên 4.2 Ảnh hưởng chiều dài lỗ khoét đến mô men ổn định méo tiết diện tuyến tính Tỉ số chiều dài lỗ khoét chiều cao tiết diện khảo sát Lhole /D lấy từ 0,5 đến 3,0 Chiều cao lỗ khoét lấy nửa chiều cao tiết diện khảo sát Kết khảo sát biểu diễn Hình 5, Mcrd,h Mcrd,nh mơ men ổn định méo tiết diện có lỗ khoét tiết diện nguyên Từ kết thu thấy chiều dài lỗ khoét tăng tải ổn định méo tiết diện giảm Tỉ số kích thước bụng cánh tăng ảnh hưởng lỗ khoét đến mô men ổn định méo tiết diện trở lên rõ rệt Cụ thể cho điều này, tiết diện C15012 có tỉ số 2,38 mơ men ổn định méo giảm xuống khoảng 40%, cịn tiết diện C40030 có tỉ số 3,23 tải ổn định méo giảm xuống tới khoảng 65% Điều giải thích ảnh hưởng bụng đến ứng xử ổn định méo cánh, bụng có tính ổn định cao (tức tỉ số bụng cánh nhỏ) giảm ảnh hưởng lỗ khoét đến ổn định méo tiết diện cánh Hình Kết ổn định méo tiết diện chịu uốn Khảo sát ảnh hưởng kích thước lỗ khoét đến khả chịu lực tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội Các tiết diện thép tạo hình nguội chữ C dùng cho khảo sát liệt kê Bảng Kích thước lỗ khoét bao gồm chiều cao thay đổi từ 0,2 đến 0,8 lần chiều cao tiết diện, chiều dài lỗ khoét lấy từ 0,5 đến 3,0 lần chiều cao tiết diện Kết khảo sát trình bày Hình 6, cho tiết diện từ C15012 đến tiết diện C40030 mối tương quan tiết diện có lỗ khoét tiết diện nguyên Trong hình trên, khả chịu lực tiết diện gồm hai thành phần khả chịu lực ổn định cục (như Hình 6(a), 7(a) 8(a)) khả chịu lực ổn định méo Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (a) Mô men ổn định cục tiết diện (b) Mô men ổn định méo tiết diện (c) Mô men chịu lực tiết diện Hình Khả chịu lực tiết diện dầm thép C15012 C20015 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (a) Mô men ổn định cục tiết diện (b) Mô men ổn định méo tiết diện (c) Mơ men chịu lực tiết diện Hình Khả chịu lực tiết diện dầm thép C25019 C30024 10 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (a) Mô men ổn định cục tiết diện (b) Mô men ổn định méo tiết diện (c) Mô men chịu lực tiết diện Hình Khả chịu lực tiết diện dầm thép C35030 C40030 11 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tiết diện (như Hình 6(b), 7(b) 8(b)), thành phần ổn định cục phụ thuộc vào chiều cao lỗ kht thơng qua tỉ số (hhole /D), cịn thành phần ổn định méo tiết diện phụ thuộc vào chiều cao lẫn chiều dài lỗ khoét thông qua tỉ số (hhole /D) (Lhole /D) Khả chịu lực tiết diện tiết diện khảo sát giá trị nhỏ hai thành phần trên, biểu diễn Hình 6(c), 7(c) 8(c) Hình 6(a), 7(a) 8(a) cho thấy mô men ổn định cục tiết diện giảm khoảng 20% so với tiết diện nguyên chiều cao lỗ khoét nhỏ (hhole /D = 0,2) Giá trị tăng lên tiến đến mô men ổn định cục tiết diện nguyên (hhole /D) lớn 0,65 Khi ổn định cục xảy vị trí tiết diện nguyên hai lỗ khoét Trên Hình 6(b), 7(b) 8(b), mơ men ổn định méo tiết diện có xu hướng giảm xuống chiều dài lỗ khoét tăng, giảm xuống 30% so với tiết diện nguyên Khi chiều cao lỗ khoét tăng mơ men ổn định méo tiết diện có bị ảnh hưởng song khơng đáng kể Điều chứng minh thông qua thành phần mô men ổn định méo tiết diện không thay đổi tỉ số (hhole /D) thay đổi từ 0,2 đến 0,6, có giảm xuống chút với tỉ số (hhole /D) 0,7 0,8 Khả chịu lực tiết diện biểu diễn Hình 6(c), 7(c) 8(c) thấy mô men gây ổn định cục đóng vai trị chủ đạo tỉ số (hhole /D) thay đổi từ 0,2 đến 0,6 cho hầu hết tiết diện khảo sát (trừ tiết diện C35030) với thay đổi đáng kể Hình 6(c), 7(c) 8(c) so với Hình 6(b), 7(b) 8(b) Khi tỉ số (hhole /D) 0,7 0,8, mô men gây ổn định méo tiết diện lại định đến khả chịu lực tiết diện khảo sát thông qua việc khơng có thay đổi Hình 6(c) đến 8(c) so với Hình 6(b) đến 8(b) Nhằm tối ưu hóa kích thước lỗ khoét để đạt khả chịu lực tiết diện tốt hơn, khảo sát thực với cặp lỗ kht có kích thước khác có diện tích lỗ kht, bao gồm hai trường hợp sau: - Lỗ khoét ngắn (có chiều dài Lhole < D), xem xét hai cặp lỗ khoét bao gồm LK1.1 (hhole = 0,5D; Lhole = 0,8D) LK1.2 (hhole = 0,8D; Lhole = 0,5D) - Lỗ khoét dài (có chiều dài lỗ khoét D ≤ Lhole ≤ 2D), bao gồm hai lỗ khoét LK2.1 (hhole = 0,4D; Lhole = 2D) LK2.2 (hhole = 0,8D; Lhole = D) Bảng Tỉ số M s,h M s,nh Tiết diện C15012 C20015 C25019 C30024 C35030 C40030 Lỗ khoét ngắn (Lhole < D) Lỗ khoét dài (D ≤ Lhole ≤ 2D) LK1.1 (0,5D; 0,8D) LK1.2 (0,8D; 0,5D) LK2.1 (0,4D; 2D) LK2.2 (0,8D; D) 0,967 0,964 0,951 0,956 0,956 0,947 0,961 0,933 0,869 0,873 0,903 0,898 0,893 0,886 0,837 0,854 0,852 0,817 0,947 0,920 0,854 0,859 0,887 0,878 Kết tỉ số khả chịu lực tiết diện có lỗ khoét so sánh với tiết diện nguyên (M s,h /M s,nh ) xác định thống kê Bảng 2, M s,h M s,nh mô men ổn định tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội có khơng có lỗ kht Kết Bảng cho thấy lỗ khoét có chiều cao nhỏ có lợi mặt chịu lực trường hợp lỗ khoét ngắn (Lhole < D), lỗ khoét có chiều cao lớn có ưu lỗ khoét dài (D ≤ Lhole ≤ 2D) Điều giải thích sau: 12 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng - Khi lỗ khoét ngắn (Lhole < D), mô men chịu lực tiết diện bị ảnh hưởng nhiều chiều cao thông qua khoảng cách đường chịu lực trở lên đáng kể tỉ số (hhole /D) tăng lên (xem Hình 6(c), 7(c) 8(c)), nên chiều cao tăng mơ men chịu lực tiết diện có xu hướng giảm xuống - Khi lỗ khoét dài (D ≤ Lhole ≤ 2D), đường biểu diễn mô men chịu lực tiết diện có xu hướng xích lại gần thay đổi tỉ số (hhole /D), nghĩa ảnh hưởng chiều cao lỗ khoét có xu hướng giảm xuống (xem Hình 6(c), 7(c) 8(c)) Trong độ dốc đường chịu lực có xu hướng tăng lên chiều dài lỗ khoét tăng, chứng tỏ ảnh hưởng chiều dài lỗ khoét trở lên đáng kể Điều dẫn đến mô men chịu lực tiết diện có lợi với lỗ khoét có chiều dài nhỏ chiều cao lớn khoảng khảo sát với tỉ số hhole /D ≤ 0,8 Kết luận Bài báo trình bày phương pháp phân tích ổn định tuyến tính phương pháp Cường độ trực tiếp xác định khả chịu lực tiết diện tiết diện thép tạo hình nguội có lỗ khoét theo Tiêu chuẩn thép tạo hình nguội Hoa Kỳ AISI S100-16 Dựa sở lý thuyết trình bày, khả chịu lực tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội có lỗ kht xác định khảo sát với thay đổi kích thước lỗ khoét Dựa kết khảo sát, số nhận xét đưa sau: - Mơ men ổn định cục có xu hướng tăng mô men ổn định méo tiết diện lại giảm với tăng lên kích thước lỗ khoét - Với tiêu chí diện tích lỗ khoét, khả chịu lực tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội có lợi với lỗ khoét có chiều cao nhỏ chiều dài lỗ khoét ngắn (Lhole < D), lại có ưu với lỗ khoét có chiều cao lớn chiều dài lỗ khoét lớn (D ≤ Lhole ≤ 2D) - Một phương pháp phân tích khả chịu lực tiết diện dầm thép tạo hình nguội trình bày, giúp cho người thiết kế chọn kích thước lỗ khoét phù hợp mặt kỹ thuật mà có lợi 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] AISI S100-16 (2016) North American Specification for the Design of Cold-formed Steel Structural Members Washington DC: American Iron and Steel Institute [4] 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 [5] 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 Saint Louis, Missouri, USA [6] 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 [7] Hiếu, P N (2022) Đánh giá khả chịu lực tiết diện thép tạo hình nguội SupaCee Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXDHN, 16(1V):92–105 [8] 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 [9] Moen, C D., Schafer, B W (2009) Elastic buckling of cold-formed steel columns and beams with holes Engineering Structures, 31(12):2812–2824 13 Hiếu, P N / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [10] Moen, C D (2008) Direct Strength design for cold-formed steel members with perforations PhD Thesis, Johns Hopkins University, Baltimore [11] Moen, C D., Schafer, B W (2008) Experiments on cold-formed steel columns with holes Thin-Walled Structures, 46(10):1164–1182 [12] Moen, C D., Schafer, B W (2006) Impact of holes on the elastic buckling of cold- formed steel columns International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, 269–283 [13] Moen, C D., Schafer, B W (2010) Extending direct strength design to cold-formed steel beams with holes The 20th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures - Recent Research and Developments in Cold-Formed Steel Design and Construction, 171–183 [14] Cai, J., Moen, C D (2016) Elastic buckling analysis of thin-walled structural members with rectangular holes using generalized beam theory Thin-Walled Structures, 107:274–286 [15] Moen, C D., Schafer, B W (2009) Elastic buckling of thin plates with holes in compression or bending Thin-Walled Structures, 47(12):1597–1607 [16] American Iron and Steel Institute (2021) Development of CUFSM Hole Module and Design Tables for the Cold-formed Steel Cross-sections with Typical Web Holes in AISI D100 AISI D100, Research Report RP21-01 [17] American Iron and Steel Institute (2021) Development of CUFSM Hole Module and Design Tables for the Cold-formed Steel Cross-sections with Typical Web Holes in AISI D100 AISI D100, Research Report RP21-02 [18] Ortiz-Colberg, R A (1981) The load carrying capacity of perforated cold-formed steel columns Cornell University, Ithaca, NY [19] Sivakumaran, K S (1987) Load capacity of uniformly compressed cold-formed steel section with punched web Canadian Journal of Civil Engineering, 14(4):550–558 [20] Banwait, A S (1987) Axial load behaviour of thin-walled steel sections with openings McMaster University, Hamilton, Ontario [21] Abdel-Rahman, N (1997) Cold-formed steel compression members with perforations McMaster University, Hamilton, Ontario [22] Rhodes, J., Schneider, F D The compressional behaviour of perforated elements Twelfth International Specialty Conference on Cold-formed Steel Structures, 11–28 [23] Loov, R (1984) Local buckling capacity of C-shaped cold-formed steel sections with punched webs Canadian Journal of Civil Engineering, 11(1):1–7 [24] Pu, Y., Godley, M H R., Beale, R G., Lau, H H (1999) Prediction of Ultimate Capacity of Perforated Lipped Channels Journal of Structural Engineering, 125(5):510–514 [25] Rhodes, J., Macdonald, M (1996) The effects of perforation length on the behaviour of perforated elements in compression Thirteenth International Specialty Conference on Cold-formed Steel Structures, 91–101 [26] Pham, N H (2022) Effects of Hole Locations on the Elastic Global Buckling Loads of Cold-Formed Steel Channel Members with Perforations Under Compression or Bending Lecture Notes in Civil Engineering, Springer Singapore, 57–69 [27] Chen, B., Roy, K., Uzzaman, A., Lim, J B P (2020) Moment capacity of cold-formed channel beams with edge-stiffened web holes, un-stiffened web holes and plain webs Thin-Walled Structures, 157: 107070 [28] Chi, Y., Roy, K., Chen, B., Fang, Z., Uzzaman, A., Beulah Gnana Ananthi, G., Lim, J B P (2021) Effect of web hole spacing on axial capacity of back-to-back cold-formed steel channels with edge-stiffened holes Steel and Composite Structures, 40:287–305 [29] Chen, B., Roy, K., Fang, Z., Uzzaman, A., Pham, C H., Raftery, G M., Lim, J B P (2022) Shear Capacity of Cold-Formed Steel Channels with Edge-Stiffened Web Holes, Unstiffened Web Holes, and Plain Webs Journal of Structural Engineering, 148(2) [30] Pham, N H (2021) Nghiên cứu ảnh hưởng lỗ khoét đến ổn định tuyến tính cấu kiện thép tạo hình nguội Đề tài khoa học cấp trường Đại học Kiến trúc Hà Nội [31] BlueScope Lysaght (2014) Supapurlins Supazeds & Supacees 14 ... khả chịu l? ?c tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội C? ?c tiết diện thép tạo hình nguội chữ C dùng cho khảo sát liệt kê Bảng Kích thư? ?c lỗ khoét bao gồm chiều cao thay đổi từ 0,2 đến 0,8 lần chiều... tiết diện lại giảm với tăng lên kích thư? ?c lỗ khoét - Với tiêu chí diện tích lỗ khoét, khả chịu l? ?c tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội c? ? lợi với lỗ khoét c? ? chiều cao nhỏ chiều dài lỗ khoét. .. tiết diện thép tạo hình nguội chữ C có lỗ kht C? ?c giá trị tải sau sử dụng để x? ?c định Hiếu, P N / Tạp chí Khoa h? ?c Cơng nghệ Xây dựng khảo sát khả chịu l? ?c tiết diện dầm thép chữ C tạo hình nguội