Phân tích ổn định khung thép và sự ảnh hưởng của hệ giằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ∞0∞ NGUYỄN HUY PHƯỚC PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH KHUNG THÉP VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ GIẰNG Chun ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số chuyên ngành: 605820 LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN PHÚ CƯỜNG TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc GIẤY XÁC NHẬN Tôi tên là: Nguyễn Huy Phước Ngày sinh: 20/02/1980 Nơi sinh: Vĩnh Long Chun ngành: Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã học viên : 1785802080018 Tôi đồng ý cung cấp tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ quyền cho Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh kết nối tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học Sở Khoa học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Ký tên Nguyễn Huy Phước i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn ―Phân tích ổn định khung thép Sự ảnh hƣởng hệ giằng‖ nghiên cứu tơi Ngoại trừ tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn luận văn này, tơi cam đoan toàn phần hay phần nhỏ luận văn chƣa đƣợc công bố đƣợc sử dụng để nhận cấp nơi khác Không có nghiên cứu ngƣời khác đƣợc sử dụng luận văn mà khơng đƣợc trích dẫn theo quy định Luận văn chƣa đƣợc nộp để nhận cấp trƣờng đại học sở đào tạo khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2021 Nguyễn Huy Phước ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS NGUYỄN PHÚ CƢỜNG, ngƣời ln tận tình hƣớng dẫn, động viên, bổ sung kiến thức mà chƣa đƣợc tiếp cận trƣớc giúp đỡ tơi thực hồn thành luận văn này, học viên chân thành cám ơn hỗ trợ tài đƣợc tài trợ quỹ nghiên cứu khoa học Bộ Giáo Dục Đào Tạo (MOET) Việt Nam, (mã số B2019-MBS-01) Cũng nhờ kinh phí mà luận văn đƣợc tiến hành thuận lợi Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn thầy khoa Xây Dựng, khoa Sau Đại học Trƣờng Đại học Mở TP.HCM tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn nhƣ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu Xin cảm ơn tất anh chị em, ngƣời bạn làm việc ngành xây dựng có đóng góp từ kinh nghiệm cơng trình thực tế có giá trị phục vụ cho đề tài nghiên cứu Cuối cùng, không quên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ngƣời thân gia đình ln bên tơi động viên, khuyến khích tơi suốt q trình Học tập thực nghiên cứu hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2021 Học viên Nguyễn Huy Phước iii TÓM TẮT Học viên tìm hiểu trình phát triển Kết cấu thép ngành Xây dựng Bên cạnh thành đạt đƣợc cịn số vấn đề Kết cấu cần quan tâm, bật hết vấn đề ổn định, khơng cơng trình bị hƣ hỏng, phá hoại vấn đề Bên cạnh đó, việc phân tích nội lực để phục vụ công tác thiết kế dùng phƣơng pháp truyền thống phân tích tuyến tính đƣợc giới thiệu bậc đại học Phân tích tuyến tính đơn giản dạng phân tích khác nên khơng xác định đƣợc tải trọng giới hạn ổn định nhƣ không mô đƣợc ứng xử kết cấu chịu tải trọng gần với thực tế Hệ giằng dạng kết cấu thứ cấp hiệu để tăng khả ổn định kết cấu thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến Các nghiên cứu ổn định Kết cấu thép trƣớc đƣợc thực nhiều phƣơng pháp khác nhau, không ngừng diễn Trong luận văn này, học viên sử dụng phần mềm SAP2000v22 để phân tích phi tuyến kết cấu thép so với kết nghiên cứu trƣớc đây, đồng thời khảo sát ảnh hƣởng hệ giằng đến tải trọng ổn định nhƣ nhƣ so sánh thiết kế trƣờng hợp phân tích tuyến tính với phân tích phi tuyến Kết đạt đƣợc có đƣợc nhìn bao quát dạng phân tích Kết cấu thép, phần mềm SAP2000v22 cho kết gần với nghiên cứu trƣớc mà không cần chia nhiều phần tử phân tích Đánh giá đƣợc số ảnh hƣởng hệ giằng phân tích để xác định tải trọng ổn định tới hạn Cùng với việc sử dụng phân tích phi tuyến để thiết kế kết cấu thép iv ABSTRACT Author learned about the development process of Steel Structures in the Construction industry In addition to the achievements, there are still some structural issues that need attention, most notably the problem of stability, many works have been damaged or destroyed because of this problem Besides, the analysis of internal forces to serve the design work still uses the traditional method that is linear analysis introduced at university level Linear analysis is simpler than other types of analysis, so it cannot determine the ultimate stable load nor simulate the behavior of the structure when subjected to loads close to reality Bracing system is an effective form of secondary structure to increase the stability of the commonly used structure Stability studies of Structural Steel, previously carried out by various methods, are still ongoing In this thesis, author use SAP2000v22 software to analyze steel structure nonlinearly compared to the results of previous studies, and also investigate the influence of bracing system on stable load as well as like comparing the design in the case of linear analysis with nonlinear analysis The result is to have a generally view of the types of analysis of Steel Structures, SAP2000v22 software gives results very close to previous studies without having to divide too many elements when analyzing Some effects of bracing system are evaluated when analyzing to determine the ultimate stable load In additon, we should use nonlinear analysis to design steel structures v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT .iii MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiv CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Xác định vấn đề cần nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa nghiên cứu CHƢƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Các nghiên cứu giới 2.2 Các nghiên cứu nƣớc 13 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 3.1 Ổn định kết cấu 17 3.1.1 Khái niệm ổn định 17 3.1.2 Phân loại ổn định 19 3.1.3 Các phƣơng pháp phân tích ổn định .22 vi 3.2 Một số dạng phân tích kết cấu 23 3.2.1 Phân tích Tuyến tính .24 3.2.2 Phân tích phi tuyến 25 3.2.3 Phân tích Buckling 31 3.3 Hệ giằng 35 3.3.1 Tại sử dụng hệ giằng? .35 3.3.2 Các dạng giằng 36 3.3.3 Một số tài liệu tảng 38 3.3.4 Các hệ số an toàn, hệ số 𝜙 .42 3.3.5 Một vài ví dụ tính tốn 44 3.3.6 Bố trí hệ giằng 50 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52 4.1 Quy trình nghiên cứu 52 4.2 Cách thực phân tích kết cấu khung thép phần mềm SAP2000 v22 52 4.2.1 Phân tích đàn hồi phân tích khơng đàn hồi .52 4.2.2 Phân tích Buckling 59 4.3 Tổng kết chƣơng 61 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 62 5.1 Phân tích ổn định khung thép 62 5.1.1 Phân tích ổn định Cột thép .62 5.1.2 Phân tích ổn định Khung cổng Vogel 70 vii 5.1.3 Phân tích Khung thép tầng Vogel .74 5.1.4 Phân tích Khung khơng gian 78 5.2 Sự ảnh hƣởng hệ giằng .82 5.2.1 Phân tích Buckling 82 5.2.2 Phân tích không đàn hồi bậc hai 95 5.3 Tổng kết chƣơng 101 CHƢƠNG 6: SO SÁNH THIẾT KẾ THEO CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÁC NHAU ……………………………………………………………………… 102 6.1 Khung phẳng tầng 102 6.1.1 Phân tích tuyến tính 102 6.1.2 Phân tích khơng đàn hồi bậc 104 6.2 Khung phẳng 10 tầng 105 6.2.1 Phân tích tuyến tính 105 6.2.2 Phân tích khơng đàn hồi bậc 107 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 7.1 Tóm tắt luận văn 110 7.2 Kết luận 110 7.3 Một số đề xuất 112 7.4 Hƣớng phát triển đề tài 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 117 Kim, S.-E., Kim, Y., Choi, S.-H., 2001 Nonlinear analysis of 3-D steel frames 17 Kim, S.-E., Lee, D.-H., 2002 Second-order distributed plasticity analysis of space steel frames Engineering Structures 24, 735–744 https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00136-5 Krawinkler, H., 2006 Importance of good nonlinear analysis The Structural Design of Tall and Special Buildings 15, 515–531 https://doi.org/10.1002/tal.379 Mai Trọng Nhĩa, 2018 Phân tích khung thép có xét đến làm việc hệ kết cấu theo tiêu chuẩn Mỹ AISC-LRFD (2010) Khoa học công nghệ Maison, B., Popov, E., 1980 Cyclic Response Prediction for Braced Steel Frames J struct, div ASCE 106 https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0005464 Minas E Lemonis, 2020 Column Buckling [WWW Document] calcresource URL https://calcresource.com/statics-buckling-load.html (accessed 7.27.21) Mohaned H El-Zanaty, David W Murry, Reidar Bjohrovde, 1980 Inelastic behavior of multistory steel frames (No 83) Moncarz, P., Gerstl, K., 1981 Steel Frames with Nonlinear Connections ASCE J Struct Div 107, 1427–1441 https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0005758 Moses, F., 1964 Inelastic Frame Buckling Journal of the Structural Division, ASCEProceedings 90, 105–121 https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0001168 Neeraj Kulkarni, S.M.Maheswerappa, Dr.J.K.Dattatraya, 2015 Study of P-Delta Effect on Tall Steel Structure International Peer Reviewed Refereed Journal Tài liệu tham khảo 118 Neville, R., Groh, R.M.J., Pirrera, A., Schenk, M., 2018 Shape Control for Experimental Continuation Physical Review Letters 120 https://doi.org/10.1103/physrevlett.120.254101 Ngo-Huu, C., Kim, S.-E., Oh, J.-R., 2007 Nonlinear analysis of space steel frames using fiber plastic hinge concept Engineering Structures 29, 649–657 https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2006.06.008 Ngo-Huu, C., Nguyen, P.-C., Kim, S.-E., 2012 Second-order plastic-hinge analysis of space semi-rigid steel frames Thin-Walled Structures 60, 98–104 https://doi.org/10.1016/j.tws.2012.06.019 Nguyễn Đình Hịa, 2017 Vấn đề Ổn định cục bụng thép tiết diện chữ I tổ hợp chịu nén lệch tâm theo TCVN5575:2012 Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Xây dựng Nguyễn Minh Tuyền, Nguyễn Nhƣ Hoàng, 2019 Xác định chiều dài tính tốn cột khung thép nhiều tầng theo TCVN 5575:2012 EN 1993-1-1 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD 13, 65–74 https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-08 Nguyen, P.-C., Kim, S.-E., 2014 An advanced analysis method for three-dimensional steel frames with semi-rigid connections Finite Elements in Analysis and Design 80, 23–32 https://doi.org/10.1016/j.finel.2013.11.004 Nguyen, P.-C., Le Van, B., Dong, S., 2020 Nonlinear Inelastic Analysis of 2D Steel Frames, An Improvement of the Plastic Hinge Method Engineering, Technology and Applied Science Research 10, 5974–5978 https://doi.org/10.48084/etasr.3600 Tài liệu tham khảo 119 Nguyễn Phú Cƣờng, 2020 Tại nên dùng Phân tích phi tuyến cho thiết kế kết cấu? Tạp chí Xây dựng Nguyễn Phú Cƣờng, Huỳnh Bích Nhung, Hà Bửu Thục, Nguyễn Huy Phƣớc, 2019 Phương pháp điều khiển chuyển vị tổng quát hóa cho phân tích phi tuyến khung thép Tạp Chí Xây Dựng Orbison James Graham, 1982 Nonlinear static analysis of three-dimensional steel frames (No 82–6) Cornell Universiy, Department of Structural Engineering Pall, A., Marsh, C., 1982 Response of Friction Damped Braced Frames ASCE J Struct Div 108 https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0005968 Reinhorn, A., Deierlein, G., Willford, M., 2010 Nonlinear Structural Analysis for Seismic Design- A Guide for Practicing Engineers Rigobello, R., Breves Coda, H., Munaiar Neto, J., 2013 Inelastic analysis of steel frames with a solid-like finite element Journal of Constructional Steel Research 86, 140–152 https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2013.03.023 Ronald D Ziemian, 2010 Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures, 6th ed John Wiley & Sons, Inc Ronald D Ziemian, 1993 Examples of frame studies used to verify advanced methods of inelastic analysis Plastic hinge based methods for advanced analysis and design of steel frames S, E., Nourzadeh, D., K, B., 2011 Comparative Study on Different Types of Bracing Systems in Steel Structures Tài liệu tham khảo 120 Seỗer, M., Uzun, E., 2019 Inelastic Ultimate Load Analysis of Steel Frames Considering Lateral Torsional Buckling Under Distributed Loads Periodica Polytechnica Civil Engineering https://doi.org/10.3311/PPci.13513 Shosuke, M., Supachai, L., Seng-Lip, L., 1978 Inelastic stability of diagonal braces in building frames International Journal of Solids and Structures 14, 591–610 https://doi.org/10.1016/0020-7683(78)90058-6 Silvestre, N., 2008 Buckling behaviour of elliptical cylindrical shells and tubes under compression International Journal of Solids and Structures 45, 4427–4447 Szalai, J., 2018 DIRECT BUCKLING ANALYSIS BASED STABILITY DESIGN METHOD OF STEEL STRUCTURES https://doi.org/10.18057/ICASS2018.P.066 Thai, T., 2012 Chapter 4: Advanced analysis of space steel frames In Advances in Computational Stability Analysis Trần Khải Hoàn, 2010 Ổn định cột thép khung nhà công nghiệp mái nhẹ tầng, nhịp có cầu trục Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Trần Văn Liên, 2011 Phân tích ổn định phương pháp ma trận độ cứng động lực Trƣờng Đại học Xây dựng Vogel, U., 1985 Calibrating frames Stahlbau 54, 295–301 Vũ Quốc Anh, Chu Thị hoàng Anh, 2011 Xác định hệ số chiều dài tính tốn cho cột khung thép có xét đến độ đàn hồi liên kết Khoa học Công nghệ Xây dựng 12–21 Tài liệu tham khảo 121 Wang, Chen, Wang, C., Aung, T., 2004 Buckling of a Weakened Column Journal of Engineering Mechanics-asce - J ENG MECH-ASCE 130 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2004)130:11(1373) Wang, C.M., Wang, C.Y., 2004 Exact solutions for buckling of structural members CRC press White, D., Hajjar, J., 1997 Buckling Models and Stability Design of Steel Frames: A Unified Approach Journal of Constructional Steel Research 42, 171–207 https://doi.org/10.1016/S0143-974X(97)00014-X William McGuire, Richard H Gallagher, Ronald D Ziemian, 2000 Matrix Structural Analysis Yoo, H., Choi, D.-H., 2008 New method of inelastic buckling analysis for steel frames Journal of Constructional Steel Research - J CONSTR STEEL RES 64, 1152– 1164 https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2008.01.024 Yura, J.A., 1971 The effective length of columns in unbraced frames Discussion 9, 167–168 Yura, J.A., Li, G., 2002 Bracing requirements for inelastic beams, in: 2002 SSRC Annual Stability Conference Zhang, L., Choo, H.L., Konyukhov, A., Li, S., Gindy, N., 2017 Increasing the Road Safety of E-bike: Design of Protective Shells Based on Stability Criterion https://doi.org/10.13140/RG.2.2.30712.67848 Zuk, W., 1956 Lateral Bracing Forces on Beams and Columns Journal of the Engineering Mechanics Division 82 https://doi.org/10.1061/JMCEA3.0000006 Tài liệu tham khảo Check LV a Phuoc by Huy-phuoc Nguyen Submission date: 01-Sep-2021 08:40AM (UTC+0700) Submission ID: 1639184519 File name: luanvansuadaovan1-9-2021_them_Buckling.docx (7.88M) Word count: 27446 Character count: 104135 Check LV a Phuoc ORIGINALITY REPORT 17 % SIMILARITY INDEX 14% INTERNET SOURCES 11% PUBLICATIONS 4% STUDENT PAPERS PRIMARY SOURCES tailieu.vn 3% Banking Academy 1% VNUA 1% www.ctu.edu.vn 1% www.scribd.com 1% vanbanphapluat.co