Tính toán kết cấu khung thép thành mỏng tạo hình nguội nhà một tầng theo tiêu chuẩn aisi

Về tính cấp thiết củađềtài

Hiện này, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội là loại kết cấu đang bắt đầu được sử dụng nhiều ở nước ta Những sản phẩm thông dụng như xà gồ, tấm lợp mái, thanh giằng đã được sử dụng rất nhiều trong các dạng kết cấu như khung nhà một tầng, khung nhà nhiều tầng, hệ thống mái, khung zamil… Nước ta cũng có rất nhiều xưởng sản xuất các cuộn thép tấm mỏng, là nguyên liệu để chế tạo kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội Có thể nói kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội là một hướng phát triển mới của kết cấu thép ở nước ta trong những nămtới.

Kết cấu thép thành mỏng có nhiều ưu điểm hơn so với kết cấu thép thông thường Nhất là cho công trình chịu tải trọng nhỏ như nhà kho, nhà xưởng không có cầu trục, nhàx e Với ưu điểm vượt trội của nó về thẩm mỹ, khả năng chịu lực cũng như sự tiết kiệm vật liệu, trọng lượng nhẹ, thi công nhanh …

Tuy nhiên, ở nước ta, việc tính toán thiết kế loại kết cấu này còn khá xa lạ với phần lớn kỹ sư Nhiều kỹ sư vẫn sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép cán nóng như TCVN 5575:2012 để tính toán cho kết cấu thành mỏng Điều này là hoàn toàn không đúng Nhưng ở nhiều nước trên thế giới việc xây dựng tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế kết cấu thép thành mỏng đã có từ rất sớm và liên tục được cập nhật, hoàn thiệnnhư:

Mỹ: là quốc gia đầu tiên có Quy phạm năm 1946, mang tên “Specifications for the Design of Cold Formed Steel Structural Member – Quy định kỹ thuật về thiết kế cấu kiện thép thành mỏng tạo hình nguội”, của Viện Sắt và Thép Hoa Kỳ.

Anh: Bộ tiêu chuẩn về kết cấu thép mang tên “BS 5950 Structural use of Steelwork in Building – Kết cấu thép trong nhà”, phần 5 của ấn phẩm năm 1991 có tên “Code of Practice for the Design of Cold Formed Sections - Quy phạm thiết kế thanh tạo hình nguội”.

Châu Âu: Bộ tiêu chuẩn của châu Âu về kết cấu thép EN 1993, còn gọi là Eurocode 3,chương 1-3 là mang tên “EN 1993-1-3 Design of Steel Structural: Cold Formed Thin

Gauge Member and Sheeting - Thiết kế kết cấu thép: cấu kiện và tấm thành mỏng tạo hình nguội”, hiện vẫn chưa đưa vào sử dụng. Úc: Quy phạm hiện hành của Úc mang tên “AS/NZS 4600:1996 - Cold-Formed Steel Structures - Kết cấu thép tạo hình nguội”.

Trong đó Mỹ có bộ quy phạm đồ sộ và hoàn chỉnh nhất, sách tham khảo cũng rất đa dạng.

Chính vì vậy, đề tài: “ Tính toán kết cấu khung thép thành mỏng tạo hình nguội nhàmột tầng theo tiêu chuẩn AISI ”, được đặt ra mang tính cấp thiết, mặc dù luận văn này mới chỉ nghiên cứu một phần trong kết cấu thép thành mỏng về kết cấu khung và các cấu kiện cơbản.

Mục đíchnghiêncứu

Nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn AISI để thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội được xây dựng tại Việt Nam.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn củađềtài

Ứng dụng của đề tài sẽ góp phần vào sự phát triển ứng dụng thép thành mỏng tao hình nguội trong xây dựng ở Việt Nam.

Đối tượng và phạm vinghiêncứu

Phạm vi nghiên cứu: Tính toán khung thép nhà một tầng sử dụng thép thành mỏng theo tiêu chuẩnAISI. Đối tượng nghiên cứu: Khung thép thành mỏng tạo hình nguội nhà một tầng.

Cách tiếp cận và phương phápnguyêncứu

Nghiên cứu Tiêu chuẩn AISI và tác tài liệu khác, xây dựng quy trình tính toán và áp dụng để tính toán một công trình thực tế ở Việt Nam.

Kết quả dự kiếnđạt được

Áp dụng tiêu chuẩn AISI để tính toán kết cấu khung thép thành mỏng tạo hình nguội nhà một tầng.

TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP THÀNH MỎNG TẠO HÌNHNGUỘI

Giới thiệu về kết cấu thép thành mỏng tạohìnhnguội

Khái niệm về kết cấu thép nhẹ thành mỏng bao gồm các hệ thống kết cấu thép xây dựng bằng thép thành mỏng có tiết diện được tạo hình bằng phương pháp gia công nguội (gia công ở nhiệt độ phòng) như dập, cán hoặc uốn nguội Kết cấu thép thành mỏng có trọng lượng nhẹ hơn kết cấu thép thông dụng Đó là giải pháp kỹ thuật mới trong lĩnh vực vật liệu và công nghệ Ban đầu được sử dụng trong các lĩnh vực cơ khí, hàng không, ô tô… ngày nay được áp dụng vào kết cấu xây dựng, tạo nên một loại kết cấu mới có trọng lượng giảm nhẹ.

Kết cấu thép nhẹ khác biệt so với kết cấu thép thông thường ở những đặc điểm cơ bản sau:

 Sử dụng các thanh thép tạo hình nguội từ các tấm thép rất mỏng có độ dày từ 0,3 đến 4mm.

 Sử dụng các loại tiết diện không có trong kết cấu thông thường như tiết diện chữ Z, tiết diện chữ nhật, tiết diện tròn Nói chung tiết diện thanh thành mỏng đa dạng hơn rất nhiều so với tiết diện thép hình cán nóng thông thường do thanh có chiều dày mỏng nên dễ tạo hình Kết cấu sử dụng thanh thành mỏng có thể chọn được tiết diện tối ưu nên rất tiết kiệm vậtliệu.

 Về phương diện kết cấu, thanh thành mỏng khác thanh thép thông thường ở vấn đề ứng xử của vật liệu và cách thức phá hoại, cấu kiện bị mất ổn định cục bộ không dẫn tới phá hoại mà có thể tiếp tục chịu lực được, thuộc tính của vật liệu thay đổi do phương pháp tạo hình và ảnh hưởng của ứng suất dưv.v

 Sử dụng các phương pháp liên kết không dùng trong kết cấu thépthường.

(a) Tiết diện đơn (b) Tiết diện ghép

Hình 1.1 Một số dạng tiết diện thép tạo hình nguội dùng cho kết cấu khung

1.1.2 Phạm vi áp dụng của kết cấu thép thànhmỏng

Phạm vi ứng dụng của kết cấu thép thành mỏng phụ thuộc vào các điều kiện cấu tạo (chế tạo, phòng gỉ ), các điều kiện chịu lực (tải trọng, tính năng, vật liệu ), các chỉ tiêu kinh tế, điều kiện sử dụng và yêu cầu thẩm mĩ Dựa vào đó có thể chia kết cấu thép thành mỏng thành hai phạm vi sử dụngchính:

 Nhóm 1 gồm các bộ phận kết cấu chịu lực làm hoàn toàn bằng thanh thép thành mỏng, hoặc thép thành mỏng kết hợp với vật liệu khác như thép cán nóng, bê tông, gỗ. Kết cấu thép thành mỏng được áp dụng trọng các loại dàn mái nhà, dầm sàn nhà, các cấu kiện thứ yếu làm kết cấu bao che như xà gồ, dầm tường, xà gồ rỗng, khung nhà dân dụng và công nghiệp, dàn mái không gian, vỏ mỏng Tuy nhiên, kết cấu thép thành mỏng không dùng cho các công trình ngoài trời, công trình cao như cột điện, cột vô tuyến điện, cầu

 Nhóm 2 gồm các bộ phận và chi tiết trang trí như khuôn cửa, cánh cửa, cổng, cấu kiện tường bao che, vách ngăn di động, cầu thang, cửa trời, và các kết cấu tương tự. Các cấu kiện này được áp dụng trong các loại nhà dân dụng, nhà kho, nhà xưởng, nhà triển lãm, các công trình tháolắp

Sử dụng kết cấu thép thành mỏng giúp giảm nhẹ trọng lượng kết cấu, tiết kiệm vật liệu nhưng không đồng nghĩa với hiệu quả kinh tế hơn Tiết diện thanh thép dập nguội đắt hơn thép càn nhiều vì phải dùng thép tấm mỏng cán nóng và gia công dập nguội sau.

Do đó, để sử dụng hợp lý thép uốn dập nguội, cần xem xét các yếu tố:

 Việc sản xuất kết cấu thép thành mỏng được thực hiện với số lượng lớn, được dùng lặplạichonhiềukếtcấu.Giúptiếtkiệmkinhphíhơnnhiềusovớisảnxuấttừngloại tiết diện riêng lẻ, số lượng ít.

 Giảm trọng lượng kết cấu thường làm tăng giá thành chế tạo Giảm giá thành chế tạo bằng cách dùng dây chuyền và thiết bị hiện đại, cơ giớicao.

 Kết cấu thép nhẹ được lắp dựng nhanh và dễ dàng Các cấu kiện điển hình có thể được vận chuyển và lưu kho ở dạng rất gọn, tiện cho việc bốc xếp và lắpdựng.

Hiện nay, các hãng sản xuất thép thành mỏng tạo hình nguội đều cố gắng tiêu chuẩn hóa và điển hình hóa cao các loại tiết diện Một tiết diện thành mỏng có thể được áp dụng cho nhiều loại công trình có công năng và sơ đồ kết cấu khác nhau Việc tiêu chuẩn hóa cao sẽ dẫn đến làm tăng lượng thép, có những trường hợp mà vật liệu chưa làm việc hết khả năng, nhưng điều đó không có nghĩa là bất lợi về kinh tế Việc tiêu chuẩn hóa kết cấu thép thành mỏng sẽ làm giảm được sự đa dạng của tiết diện, dẫn đến tăng số lượng sản xuất hàng loạt, chế tạo những chi tiết liên kết thống nhất, giảm công chế biến và lắp dựng.

1.1.2.1 Một số dạng khung kết cấu sử dụng thép thành mỏng tạo hìnhnguội

Khung kết cấu thép thanh thành mỏng làm bộ phận chịu lực chính thường dùng trong các công trình một tầng cần không gian thông thoáng như nhà xưởng, kho, phòng trưng bày sản phẩm, nhà chợ quy mô vừa và nhỏ, nhà xe v.v nhịp khung thường không vượt quá 30m Trường hợp sử dụng kết cấu thép thành mỏng làm bộ phận chịu lực trong khung nhiều tầng, cấu kiện thép thành mỏng thường kết hợp với bộ phận chịu lực chính khác như cấu kiện bằng bê tông cốt thép hoặc thép cánnóng.

Kết cấu thép thành mỏng thường không sử dụng cho nhà xưởng có tải trọng lớn như trường hợp nhà có cầu trục.

Kết cấu thép thành mỏng thường không sử dụng cho các công trình cao như cột thông tin, cột truyền tải điện và các dạng giàn thép chịu tải trọng lớn như giàn cầu, giàn cầu trục.

Kết cấu thép thành mỏng thường có kiến trúc đẹp, nhẹ nhàng, thanh thoát hơn so với khung thép sử dụng thép hình cán nóng thông thường.

Dưới đây là một số sơ đồ kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội thường sử dụng:

(a) Khung không có thanh giằng (b) Khung có thanh giằng

(c) Khung có cột chống và thanh giằng (d) Khung xà dạng giàn

(e) Khung có khung tựa f) Khung công xôn

Hình 1.2 Một số sơ đồ khung thép bằng thanh thành mỏng

Sơ đồ như ở hình 1.2a, b thường sử dụng cho nhà xưởng, nhà kho v.v với nhịp trung bình và nhịp nhỏ, L20m.

Sơ đồ như ở hình 1.2e thường sử dụng khi cần mở rộng làm khu để thiết bị, khu để xe, khu nghỉ cho công nhân v.v

Sơ đồ như ở hình 1.2f thường sử dụng khi làm bến chờ ga tàu, bus hoặc nhà để xe v.v

1.1.2.2 Một số dạng liên kết trong khung kết cấu thép thànhmỏng

Do các cấu kiện trong khung kết cấu thành mỏng có chiều dày mỏng nên việc liênkếtt r o n g l o ạ i k ế t c ấ u n à y c ũ n g r ấ t k h á c s o v ớ i k ế t c ấ u k h u n g t h é p s ử d ụ n g t h é p h ì n h c á n n ó n g t h ô n g t h ư ờ n g :

 Thường sử dụng nhiều bulông với đường kính bulông khônglớn.

 Các nút liên kết đơngiản.

Dưới đây là một số hình ảnh thực tế về nút liên kết trong khung kết cấu thép thành mỏng:

(a) Bệ móng chân cột (b) Liên kết chân cột

(c) Liên kết cột - xà bằng kiểu bản mã ôm

(d) Liên kết cột - xà bằng kiểu bản mã táp

(e) Liên kết thanh giằng xà – cột (f) Liên kết thanh giằng xà – xà

Hình 1.3 Một số dạng liên kết trong khung thép bằng thanh thành mỏng

1.1.2.3 Giằng trong khung kết cấu thép thànhmỏng

Cũng như các loại kết cấu chịu lực thông thường, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội yêu cầu giằng giữ trong khi thi công và khi sử dụng là đặc biệt quan trọng, do kết cấu sử dụng thép thành mỏng tạo hình nguội có độ mảnh rất lớn nên vấn đề về ổn định phải đặc biệt chútrọng.

Hầu hết các khung kết cấu thép thành mỏng đều có sử dụng giằng trong mặt phẳng khung ngang và giằng dọc nhà.

Giằng có thể bằng các thanh đơn lắp dựng tại hiện trường hoặc có thể kết hợp với tường là các tấm panel lắp ráp sẵn bằng các thép thành mỏng, chúng được vận chuyển đến hiện trường và lắp ráp vào khung ngang.

Một số trường hợp thanh giằng dọc mái vừa làm công tác giằng vừa làm xà gồ để đỡ kết cấu mái che bên trên, cũng có trường hợp giằng dọc cột vừa làm giằng dọc nhà vừa làm sườn tường để lắp các kết cấu bao che.

Trong quá trình thi công cũng sử dụng nhiều loại thanh giằng và chống khác nhau, sau khi thi công lắp dựng xong mới được tháo bỏ.

Dưới đây là một số hình ảnh thực tế các kiểu giằng trong khung kết cấu thép thành mỏng:

(a) Giằng dọc và ngang khung bằng thanh thành mỏng

(b) Giằng dọc và ngang khung bằng thanh thành mỏng bắt chéo và chống góc

(c) Các khung giằng dọc (d) Giằng chống khi thi công

Hình 1.4 Một số kiểu giằng trong khi sử dụng và trong khi thi công khung thép bằng thanh thành mỏng

Khác với kết cấu khung thép sử dụng thép hình cán nóng thông thường kết cấu khung thép thành mỏng có trọng lượng nhẹ và các liên kết cấu tạo đơn giản, nên việc thi công lắp dựng rất dễ dàng và mang tính công nghiệp cao:

Ưu điểm, nhược điểm của kết cấu thépthànhmỏng

So với kết cấu thép thông thường, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguôi có một loạt những ưu điểm và nhược điểm sau:

 Giảm lượng thép từ (25÷50)% , về lý thuyết có thể giảm nhiều hơn nữa nhưng sẽ kèm theo khó khăn tốn kém về chế tạo và không còn kinh tếnữa.

 Đặc trưng chịu lực của tiết diện là có lợi, do sự phân bố vật liệu hợp lý, nhất là khi dùng tiết diệnkín.

 Việc thi công lắp dựng đơn giản và nhanh chóng Giảm thời gian chế tạo và lắp ráp tới 30% đối với kết cấu mái nhà Còn đối với các cấu kiện có thanh và nút điển hình hóa như dàn mái không gian thì thời gian còn giảm nhiềunữa.

 Hình dáng tiết diện được tùy chọn tự do, đa dạng theo yêu cầu Dễ dàng sản xuất số lượnglớn.

 Tiết kiệm chi phí vận chuyển, cẩulắp.

 Tạo vẻ đẹp kết cấu, bớt che lấp để tăng diện tích lấy ánhsáng.

 Thường chỉ dùng cho kết cấu khung nhà thấp tầng từ 1 đến 2 tầng (nhà kho, nhà xưởngv.v ).

 Giá thành thép uốn nguội cao hơn thép cánnóng.

 Chi phí phòng gỉ cao hơn, vì bề mặt của tiết diện thép lớn hơn nên diện tích phủ bảo vệ nhiềuhơn.

 Việc vận chuyển, bốc xếp, lắp dựng tuy nhanh chóng nhưng đòi hỏi những biện pháp và phương tiện riêng vì cấu kiện dễ bị hưhại.

 Việc thiết kế khó khăn vì sự làm việc phức tạp của cấu kiện Tiết diện cấu kiện được chọn lựa tự do nên không có bảng tính toánsẵn.

Vật liệu dùng trong kết cấu thép thành mỏng tạohìnhnguội

1.3.1 Đặc tính của thép hìnhnguội

Thuộc tính của vật liệu đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm việc của cấu kiện được tạo hình nguội Vì vậy, trước khi tính toán cấu kiện, cần nghiên cứu các đặc tính riêng của cấu kiện được tạo hình nguội, các ảnh hưởng của phương pháp gia công nguội đến cường độ tính toán và áp dụng vào quá trình tính toán cấu kiện Thuộc tính của vật liệu dùng cho cấu kiện được tạo hình nguội được quy định theo quy phạm ASTM “American Society for Testing and Materials”.

Thép dùng trong chế tạo tiết diện cấu kiện được tạo hình nguội có thể dùng loại thép cácbon thấp loại tương đương với CT3 (Nga), CT38, CT42 (Việt Nam), có giới hạn chảy khoảng (220÷260)N/mm 2 Có thể dùng thép hợp kim thấp tương đương với 09Mn2, 14Mn có giới hạn chảy (340÷390)N/mm 2 Các loại thép này đều tương đối mềm dẻo, có độ dãn dài cao (22÷26)%, chịu được thử nghiệm uốn gập nguội.

Như đã biết,biểuđồ quan hệ ứng suất - biếndạngcủa thép có haidạngđường cong. Mộtdạngcócườngđộchảyrõnétvàmộtdạngcócườngđộchảykhôngrõnét.Vậtliệudùngchokếtcấ ucánnóngthườngcóđườngcongvớicườngđộchảyrõnétcònvậtliệudùngchothéptạohìnhnguộit hườngcóđườngcongvớigiớihạnchảykhôngrõnét. Đối với thép kết cấu thông thường, cường độ chảy là ứng suất ứng với thềm chảy trên biểu đồ quan hệ ứng suất - biến dạng Đối với thép tạo hình nguội do không có thềm chảy rõ ràng nên cường độ chảy được xác định theo một trong hai cách sau:

 Theo phương pháp “offset”, cường độ chảy được lấy ứng với đường xiên song song với đường ứng suất - biến dạng ở giai đoạn đàn hồi, cắt trục biến dạng ở điểm có biến dạng dư=0,2%.

 Theo phương pháp tải trọng chưa đủ,cường độ chảy lấy tương ứng với biến dạng dư=0,5%.

Môđun đàn hồi E của thép được xác định bằng tan của góc giữa đường ứng suất - biến dạng và trục hoành ở giai đoạn đàn hồi Môđun đàn hồi của các loại thép tạo hìnhnguội lấy như nhau, E = 2,0.105N/mm2 Môđun tiếp tuyến E t được xác định bằngt a n g của góc giữa đường ứng suất - biến dạng và trục nằm ngang tại mỗi điểm Với thép tạohình nguội không có giới hạn chảy rõ nét lấy, E t = E, cho tới ứng suất tỉ lệ và giảm đikhi ứng suất lớn hơn Môđun kháng cắt, G = E/2(1+) = 0,8.10 5 N/mm 2

Tính dẻo được hiểu là khả năng của vật liệu có thể chịu được biến dạng dẻo mà không xuất hiện vết nứt Tính dẻo không cần thiết cho quá trình tạo hình nguội nhưng cần cho sự phân bố ứng suất trong cấu kiện và liên kết khi có sự tập trung ứng suất Theo quy phạm AISI, để đảm bảo tính dẻo cần thiết, thép dùng cho các bộ phận kết cấu vàliên kết phải đảm bảo hai điều kiện là tỷ lệ cường độ bền trên cường độ chảy F u /

Fy1,08 và biến dạng tương đối10% với chiều dài mẫu chuẩn 50,8mm Tính dẻo cho thép tạo hình nguội phải phù hợp với dạng ứng dụng và khả năng thích ứng của vật liệu Giá trị quy định cho các kết cấu chịu lực có thể không cần thiết cho các kết cấu baoche.

Khả năng hàn được hiểu là khả năng của vật liệu đáp ứng các yêu cầu về hàn, không bị nứt, dễ liên kết, đáp ứng các yêu cầu về chế tạo mà không gặp khó khăn gì Điều này phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học của vật liệu và công nghệ hàn sử dụng Tất cả các vật liệu được quy định trong quy phạm AISI đều đáp ứng các yêu cầu về tính dẻo và khả năng hàn.

Việc phòng gỉ cho kết cấu thép nhẹ thành mỏng là cực kỳ quan trọng, hơn nhiều so với kết cấu thép thường Kết cấu thép thành mỏng không được bảo vệ tốt sẽ phá hủy nhanh chóng theo thời gian, ảnh hưởng nghiêm trọng đến kếtcấu.

Khái niệm về sự gỉ của kim loại chủ yếu là hiện tượng ăn mòn điện hóa Trên bề mặt kim loại có những phân tố vi mô hoạt động như những điện cực Tiếp xúc với chất điện giải là dung dịch nước của hơi nước trong không khí, có chưa các hợp chất, khí cacbonic Dòng điện xuất hiên, cực dương bị tan trong chất điện phân Hiệu điện thế giữa các cực càng lớn, dòng điện càng mạnh và sự ăn mòn diễn ra nhanhchóng.

1.3.2.2 Các biện pháp phònggỉ a, Biện pháp cấu tạo khi thiết kế

 Chọn dùng loại tiết diện chống ăn mòn cao: cao nhất là tiết diện ống, khả năng chống ăn mòn cao tới 2 lần so với tiết diện thép góc Dầm tiết diện hộp chống ăn mòn tốt hơn dầm tiết diện chữI.

 Tiết diện bụng đặc chống ăn mòn tốt hơn tiết diện bụngrỗng.

 Áp dụng nguyên tắc tập trung vật liệu, tăng bước kết cấu lên để làm tiết diện cấu kiện lớn hơn, thành dày hơn Đưa khả năng chống ăn mòn tốt hơn, giảm lượng sơn bảo vệ.

 Dùng loại vật liệu chống gỉ cao, hoặc thép hợp kimthấp.

 Đưa các giải pháp cấu tạo để cấu hiện không tích bụi, ẩm, tạo các lỗ thoát hơinước.

 Chú ý tránh để kết cấu thép thành mỏng tiếp xúc với vật liệu xây dựng có chứa thạch cao, clorua magie, xỉthan… b, Dùng lớp sơn bảo vệ

Có thể nói: Sơn là lớp bảo vệ rẻ nhất và dễ áp dụng nhất Kỹ thuật sơn cho kết cấu thành mỏng không khác gì so với kết cấu thép thường, phương pháp sơn như sau:

 Làm sạch bề mặt kết cấu cho hết lớp gỉ, oxyt, dầu mỡ bằng bàn chải sắt, búa hơi, phun cát, ngọn lửahàn…

 Sơn lót bằng hỗn hợp minium 60% và oxyt sắt40%.

 Sơn mặt bảo vệ cho sơn lót và tạomàu. Đối với cấu kiện không thể sơn lại được, sau khi lắp dựng phải dùng phương pháp bảo vệ cao hơn như sơn lót hai lần, sơn bảo vệ hai lần.

Kết cấu thép thành mỏng hiện đại phần lớn là dùng biện pháp mạ Phương pháp mạ phổ thông là mạ kẽm nhúng nóng hoặc phun lớp kẽm phủ Việc mạ kẽm có thể thực hiện ngay từ cuộn théo tấm mỏng hoặc thực hiện sau khi kết cấu đãn hoàn thành Việc phun thực hiện sau khi kết cấu đã lắp đặt xong, hình dạng kết cấu có thể tùy ý Bề ngoài lớp mạ và lớp phun thường có thêm lớp sơn bảo vệ nữa.

Công nghệ chế tạo thépthànhmỏng

Dùng phương pháp gia công nguội để chế tạo cấu kiện thành mỏng mà không thể dùng phương pháp cán nóng Cấu kiện này có bề mặt nhẵn, có thể quét ngay sơn bảo vệ lên, cường độ thép cũng được tăng lên.

- Các phương pháp chế tạo baogồm:

+Gấp bằng máy gấp mép.

+Dập khuôn bằng máy ép.

Thân máy gồm hai thớt, thớt dưới gắn thước tạo hình bên dưới, thớt trên cố định gắn thước tạo hình bên trên và kẹp chặt bản thép Thớt dưới đi lên, gấp mép và tạo góc cho bản thép Thay đổi thước tạo hình thì tạo được các hình dạng khác nhau Phải nhiều động tác mới chế tạo được cấu kiện hoàn chỉnh Ví dụ, để tạo hình máng sau đây cần 6 động tác:

Cách chế tạo này có nhược điểm sau:

- Năng suất thấp, nhiều thaotác.

- Chỉ gập được bản thép dày không quá 3mm, chiều dài thanh không quá6m.

Tuy nhiên ưu điểm của phương pháp này là giá thiết bị rẻ, dễ trang bị Có thể tạo nhiều hình dạng nhờ việc thay đổi dễ dàng thước tạo hình Công nghệ này thích hợp với việc sản xuất quy mô nhỏ, sản xuất nhiều loại hình dạng khác nhau.

Hình vẽ sau thể hiện một máy gấp mép, với các bộ phận của máy và các bộ phận gập chủ yếu:

1 – Dầm gấp đặt dưới 2- Vít chỉnh thước gấp 3- Đối trọng 4- Dầm tạo hình. 5- Bánh xe di chuyển dầm để ép bản thép 6- Thước tạo hình dưới.

7- Thước tạo hình trên 8- Dầm ép 9- Bản thép 10- Bệ chặn.

Là loại máy dùng cho dậy chuyển sản xuất hàng loạt nhỏ Máy gồm có thân máy, bàn máy, dầm ép Khuôn cối tạo hình đặt trên bàn máy Dầm ép ở bên trên đi xuống, có gắn chày tạo hình Lực ép từ 40 đến 150 tấn, ép trên toàn bộ chiều dàithanh.

Phương pháp này có thể tạo được thanh dài tới 6m, rộng 250-500mm, dày tới 16mm. Bằng cách di chuyển dải thép theo chiều dài, có thể làm được thanh dài đén 12m Tuy nhiên có sai lệch về kích thước tiết diện và độ phẳng của mặt Để tạo ra một tiết diện cũng mất nhiều công sức. Ưu điểm của phương pháp này là thay thế các khuôn tạo hình giá rẻ, có thể tạo đươc nhiều hình dạng Có lợi khi sản xuấy hàng loạt quy mô nhỏ, đặc biệt hay dùng để chế tạo các cấu kiện không điển hình.

1.4.3 Máy cán trụclăn Đây là loại máy năng suất cao nhất, dùng ở các nhà máy luyện kim, nhà máy sản xuất hàng loạt quy mô lớn Máy gồm một dãy các trục cán, có hình dạng khác nhau Dải thép đi qua các trục cán, dần dần được thay đổi hình dạng Có thể cán được dải thép dày từ 0,3 đến 18mm, rộng từ 20 đến 2000mm Tốc độ cán từ 10 đến 30 phút.

Loại máy này có năng xuất cao, sử dụng ít nhân công, mỗi năm có thể sản xuất hành triệu mét cấu kiện Tuy nhiên mỗi bộ trục cán chỉ dùng cho một loại tiết diện,muốnđổi tiết diện thì phải thay đổi trục cán, thực tế là thay đổi cả một dây chuyền mới, do đó mà giá thành cao Hiện nay ở Việt Nam, bên cạnh các máy cán lớn của các công ty nước ngoài, nhiều công ty nhỏ trong nước đã có nhiều máy cán, sản xuất hàng loạt tiết diện thành mỏng sử dụng trong xây dựng Các máy cán hiện đại được điều khiển theo chươngtrình,thaotáctrêncácdữliệutruyềntừmáytínhnênđảmbảochínhxácvà năng suất cao Dưới đây là mô phỏng dây chuyền máy cán tôn tại nhà máy.

Hình 1.3 Dây chuyền máy ép trục lăn

Ảnh hưởng về cường độ của thép tạohình nguội

1.5.1 Sự tăng cứng khi dậpnguội

Khi bị gia công nguội, thép có hiện tượng cứng nguội, tăng giới hạn chảy, tăng giới hạn bền, giảm độ giãn Xét trường hợp việc dập nguội một lần quá gia đoạn chảy, thép chuyển sang giai đoạn củng cố Lúc này, cấu trúc tinh thể thép biến đổi, thép trở thành một loại thép khác, cứng hơn Khi dập nguội nhiều lần, thép bị cứng nguội nhiều lần, cả ứng suất chảy và ứng suất bền đều tăng cao Nguyên nhân là khi bị gia công nguội, thép bị biến dạng Chính sự biến dạng đó làm cho trong thép tồn tại ứng suất, gọi là ứng suất dư Ứng suất dư luôn tự cân bằng trên toàn tiết diện Một ví dụ với thép CT3, qua dập nguội, ứng suất chảy tăng lên tới 80%, ứng suất bền tăng tới35%.

Sự tăng cường độ này diễn ra không đều trên tiết diện, tuỳ thuộc vào dụng cụ uốn nguội Khi dùng máy cán, biến dạng trên toàn tiết diện, dù không đều Khi dùng máy gập, chỉ có ở các góc là thay đổi nhiều nhất.

1.5.2 Xácđịnh cường độ tính toán của thép sau khi dậpnguội

Việc có thể sử dụng cường độ tăng cao của thép tạo hình nguội trong tính toán kết cấu được giải quyết khác nhau tùy Quy phạm của mỗi nước Theo đó, Quy phạm Mỹ đều cho phép nâng cao cường độ của thép sau khi tạo hình nguội nếu thỏa mãn một số điều kiện.

Khi tạo hình nguội, cường độ chảy của vật liệu tại các chỗ uốn cong lớn hơn cường độ chảy ban đầu do hiện tượng cứng nguội Karman đã thiết lập công thức xác định cường độ chảy nâng cao tại cácgóc:

Fyc- cường độ chảy tại góc uốn, N/mm2;

Fyv- cường độ chảy ban đầu của thép chưa gia công,

N/mm2;R - bán kính góc uốn phía trong, cm; t - chiều dày, cm;

Bc, m xác định theo công thức dưới đây:

Fuv- cường độ kéo cực hạn ban đầu của thép chưa gia công, N/mm2;

Fyv– như trong công thức (1.1),

Coi cường độ chảy nâng cao được phân đều cho các góc và các phần phẳng, trong tính toán thiết kế dùng cường độ chảy trung bình:

Fya- cường độ chảy trung bình toàn tiết diện, N/mm2;

Fyc- cường độ chảy tại góc uốn xác định như trên, N/mm2;

Fyf- cường độ chảy trung bình tại các phần phẳng (Fyf= Fyv), N/mm2;C

- tỉ lệ diện tích góc trên toàn bộ diện tích tiết diện, Ảnh hưởng của tạo hình nguội làm tăng cường độ chảy của vật liệu có thể kể đến trong tính toán theo một trong hai cách sau:

 Xét đến sự phát triển giới hạn chảy ở các góc, bỏ qua sự phát triển giới hạn chảy tại các phần phẳng Khi đó sự phát triển cường độ được xác định theo công thức (1.1) hoặc bằng thínghiệm.

 Xét sự phát triển cường độ tại góc và cả phần phẳng Dùng công thức (1.4) để xác định cường độ chảy trungbình.

Quy phạm Mỹ quy định chỉ áp dụng sự tăng cường độ cho cấu kiện chịu kéo, nén hoặc uốn trong một số trường hợp Theo những nghiên cứu của các tác giả Winter và Uribe,nếu kể đến sự phát triển giới hạn chảy ở góc, khả năng chịu mômen tăng (422)%,còn nếu kể đến sự tăng giới hạn chảy ở các phần phẳng thì khả năng chịu mômen tăng(1741)%.

Phương phápthiết kế

Về phương pháp tính hiện tại ở Việt Nam cũng chưa có tiêu chuẩn để tính toán kết cấu kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội do chúng chưa được sử dụng phổ biến loại vật liệu này trong xây dựng Nhưng trong tương lai gần, với sự hội nhập ngày càng sâu rộng với thế giới trong lĩnh vực xây dựng, sự thâm nhập của các tập đoàn xây dựng lớn trên thế giới và Việt Nam, kết cấu thép thành mỏng sẽ ngày càng trở nên phổ biến ở nước ta, đòi hỏi chúng ta cũng phải có tiêu chuẩn để tính toán loại kết cấu này.

Hiện nay trên thế giới hầu hết các nước và khu vực phát triển đều có tiêu chuẩn tính toán thiết kế kết cấu kết cấu thép thành mỏng như Mỹ, Anh, Châu Âu, Úc, Nga v.v Trong đó quy phạm Mỹ là quy phạm hoàn chỉnh nhất Theo quy phạm Mỹ (AISI –

American Iron and Steel Institute) hiện có hai phương pháp thiết kế được áp dụng là phương pháp ứng suất cho phép (ASD-Allowable Strength Design) và phương pháp hệ số tải trọng và cường độ (LRFD - Load and Resistance Factor Design) Trong đó, phương pháp ứng suất cho phép được áp dụng trong quy phạm Mỹ từ năm 1946, đến năm 1991 quy phạm Mỹ bổ sung thêm phương pháp hệ số tải trọng và cường độ dùng song song với phương pháp ứng suất cho phép, việc ra đời phương pháp LRFD có đóng góp rất lớn của giáo sư Wei-Wen Yu, Ông là giám đốc trung tâm về thép tạo hình nguội đại học Missouri-Rolla cùng các đồng nghiệp và dưới sự bảo trợ của hiệp hội sắt thép Mỹ AISI[8].

Do phương pháp hệ số tải trọng và cường độ rất gần với phương pháp trạng thái giới hạn (Limit State Design) được sử dụng trong Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam nên đề tài tập trung vào nghiên cứu nguyên lý tính toán kết cấu thép tạo hình nguội theo phương pháp này và tham khảo chủ yếu trong cuốn,Cold-Formed

SteelDesign,phiên bản 3 của Wei-Wen Yu.

Theo phương pháp hệ số tải trọng và cường độ (gọi tắt là phương pháp LRFD), khả năng chịu lực của cấu kiện được kiểm tra theo điều kiện [4].

Ru- cường độ yêu cầu do tải trọng tác dụng; R u    i Q i

Qi- tác dụng của tải trọng (nội lực);

i- hệ số tải trọng ứng với Qi;

R n - cường độ thiết kế;R n - cường độ danh nghĩa;

 - hệ số chịu tải tương ứng vớiRn, Ở trên, cường độ thiết kế là khả năng chịu lực lớn nhất của cấu kiện, kết cấu hay liênkết, lấy bằng cường độ danh nghĩa R n nhân với hệ số chịu lực.

Cường độ danh nghĩa Rnlà tổng cường độ của cấu kiện ở một trạng thái làm việc xácđịnh, được tính với các đặc trưng hình học của cấu kiện (diện tích tiết diện, mô đun chống uốn, mô men quán tính…) và các đặc trưng vậy liệu (giới hạn chảy và giới hạn bền).

Hệ số chịu lựcxét đến các biến động bất lợi của vật liệu, kích thước tiết diện v.v Các giá trị hay dùng của hệ số chịu lực;

= 0,9 với cấu kiện chịu kéo;

= 0,85 với cấu kiện chịu nén,

Với những phân tích ở trên ta thấy kết cấu thép thanh thành mỏng đã được sử dụng rất phổ biến ở các nước và khu vực phát triển trên thế giới, chứng tỏ loại kết cấu này có nhiều ưu điểm và hiệu quả so với kết cấu dùng thép thường Vì vậy, kết cấu thép thành mỏng sẽ là xu hướng tất yếu của ngành xây dựng nước ta trong tương lai gần và việc nghiên cứu tính toán kết cấu kết cấu thép thành mỏng là cần thiết.

Nhiều nước trên thế giới đã có tiêu chuẩn, quy phạm tính toán kết cấu thép thành mỏng, trong đó quy phạm Mỹ là quy phạm ra đời sớm và hoàn chỉnh nhất Vì vậy,luận văn chọn phương pháp tính toán khung kết cấu thép thành mỏng và chi tiết liên kết dùng trong khung loại này theo quy phạmMỹ.

CƠ SỞ TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÉP THÀNH MỎNG TẠO HÌNHNGUỘI THEO TIÊUCHUẨNAISI

Các đặc trưng cơ bản cấu kiệnthànhmỏng

2.1.1 Phần tử nén không được tăng cứng(u.c.e)

Một phần tử nén không được tăng cứng là phần tử phẳng chỉ có một cạnh song song với chiều nội lực được tăng cứng bằng sườn hay bằng phần từ khác Ví dụ như bản cảnh của tiết diện chữ C.

Hình 2.1 Phần tử nén không được tăng cứng

2.1.2 Phần tử nén cứng hoặc tăng cứng một phần(s.c.e)

Một phần tử nén cứng hoặc tăng cứng một phần là phần tử phẳng có hai cạnh song song với chiều nội lực được tăng cứng bằng sườn hay bằng phần tử khác Ví dụ bản bụng được tăng cứng ở hai cạnh trên dưới bằng hai bản cánh.

Hình 2.2 Phần tử nén cứng hoặc tăng cứng một phần

2.1.3 Phần tử được tăng cứng nhiều lần (Multiple stiffenedelement)

Phần tử nén được tăng cứng nhiều lần là phần tử nén ở giữa hai bản bụng hoặc giữa bản bụng và một mép cứng được tăng cứng bằng các sườn trung gian song song với chiều nội lực Mỗi phần tử phẳng nằm giữa các sườn được gọi là phần tử con.

Hình 2.3 Phần tử nén được tăng cứng nhiều lần

2.1.4 Bề rộng phẳng (Flat width -w)

Bề rộng phẳng (w) sử dụng trong kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội là bề rộng của phần phẳng của phần tử, không bao gồm các đoạn cong Bề rộng phẳng được đo từ cuối góc cong hoặc đo từ tim của vật liên kết (bu lông hay hàn).

Hình 2.4 Bề rộng phẳng của phần tử nén cứng và không được tăng cứng

2.1.5 Tỷlệ bề rộng phẳng và chiều dày (Flat Width-ThicknessRatio)

Tỷ lệ bề rộng phẳng và chiều dày là tỷ lệ chiều rộng phẳng của phần tử được đo dọc trên mặt phẳng của nó với độ dày của nó.

2.1.6 Chiều rộng hiệu quả (Effective Design Width –b)

Chiều rộng hiệu quả là chiều rộng được giảm bớt trong thiết kế để tính toán các đặc trung hình học của tiết diện khi xét đến độ bền cục bộ Có nghĩa là khi tỷ lệ bề rộng phẳng và chiều dày của phần tử nén quá lớn, một bộ phận bản bị mất ổn định Bản phẳng khi đó được tính chuyển về bản có bề rộng b Bề rộng này được coi như không bị mất ổn định, có thể chịu được ứng suất nén đạt đến giới hạn chảy.

Chiều dày t được sử dụng trong tính toán các đặc trưng của mặt cắt và thiết kế thép tạo hình nguội là chiều dày của tấm kim loại gốc, không kể đến lớp bảo vệ Khi cán nguội, bề dày thực tế có thể bị giảm đi từ 1~3 %, nhưng vẫn có thể bỏ qua, không xét đến trong tính toán.

2.1.8 Đặctrưng hình học của tiếtdiện

Do bề dày của tiết diện cấu kiện tạo hình nguội là không đổi nên quy phạm Mỹ dùng phương pháp đường trung bình (Hình 2.5) để tính các đặc trưng hình học của tiết diện một cách gần đúng với độ chính xác là có thể chấp nhận được Tiết diện cấu kiện với bề dày là t được thay bằng đường thẳng đi qua trục các phần tử, các phần tử được thay bằng các đoạn thẳng hoặc cong Bề dày t coi như là đơn vị nên không có mặt trong các công thức tính toán Sau khi tính xong, các đặc trưng hình học sẽ được nhân với t để thành trị số thực Khi tính toán các đặc trưng hình học có thể bỏ qua các đại lượng bậc cao của t như t 2 , t 3

Công thức tính toán các đặc trưng hình học của tiết diện thường gặp xem ở phụ lục 2.

Hình 2.5 Phương pháp đường trung bình để xác định đặc trưng hình học của tiết diện cấu kiện được tạo hình nguội

2.1.9 Chiều rộng hiệu quả của phần tử chịunén

2.1.9.1 Sự mất ổn định cục bộ

Cấu kiện thép tạo hình nguội gồm phần tử là các tấm mỏng, khi chịu nén thường bị vênh ra ngoài mặt phẳng uốn gọi là hiện tượng mất ổn định cục bộ. x 

Hình 2.6 Sự mất ổn định cục bộ (a)Cánh chịu nén; (b) Bụng chịunén.

Phương trình vi phân đường đàn hồi của tấm chịu ứng suất nén đều theo một phương (Hình 2.7) có dạng:

Theo lý thuyết biến dạng nhỏ, thêm vào các điều kiện biên, Timoshenko đã giải phương trình trên và tìm được ứng suất tới hạn về ổn định cục bộ: k 2 E F cr12

E - môđun đàn hồi của thép ;

- hệ số poisson ; t - chiều dày tấm ; w - chiều rộng tấm; k - hệ số phụ thuộc điều kiện biên và trạng thái ứng suất (k = 4 với tấm 4 cạnh tựa khớp chịu nénđều),

Sau khi ứng suất đạt giá trị tới hạn Fcr, tấm bị oằn nhưng không bị phá hoại, vẫn còn

F cr F y khả năng chịu lực thêm Tải trọng đặt thêm vào sẽ gây ra sự phân bố lại ứng suất và cấu kiện vẫn chịu được tải trọng Hiện tường này gọi là sự làm việc sau tới hạn và được áp dụng nhiều cho cấu kiện thànhmỏng. a s.s x s.s s.s f x t s.s y 

Hình 2.7 Sự mất ổn định của tấm chịu nén đều

Sau khi ứng suất đạt giá trị tới hạn, tấm bị oằn nhưng không bị phá hoại, vẫn còn khả năng chịu lực thêm Tải trọng đặt thêm vào sẽ gây ra sự phân bố lại ứng suất và cấu kiện vẫn chịu được tải trọng Hiện tường này gọi là sự làm việc sau tới hạn và được áp dụng nhiều cho cấu kiện thành mỏng.

Xét tấm có chiều rộng là w như hình 2.7, chịu ứng suất nén đều Khi ứng suất Fy>

Fcrtấm bị oằn, phần ứng suất ở giữa sẽ chuyển sang hai cạnh và có giá trị lớn hơn Fcr.

Sự tăng ứng suất ở hai cạnh sẽ tiếp tục cho đến khi đạt đến cường độ chảy Fyvà tấm bịphá hủy Tấm bị oằn có thể chuyển được thành tấm có chiều rộngnhỏ hơnlà bsao choứngsuấttớihạncủatấmbằngF y Từphươngtrình(2.2)tacó: k 2 E

Chia phương trình (2.2) cho phương trình (2.3) thu được: b (2.4) w

Phương trình này do Von Karman đề xuất năm 1932 dùng để tính chiều rộng hữu hiệu của các phần tử tạo hình nguội. w

2.1.9.2 Phần tử được tăng cứng chịu nénđều

Cấu kiện thành mỏng thực tế có nhiều khuyết điểm về kích thước, chế tạo và còn nhiều ứng suất dư sau khi chế tạo Do đó phương trình (2.4) cần phải điều chỉnh lại để xét các yếu tố trên Qua nhiều thí nghiệm, công thức (2.4) đã được điều chỉnh lại nhưsau: b F F

Phương trình (2.5) cũng áp dụng cho cả trường hợp ứng suất nhỏ hơn cường độ chảy.Thay cường độ chảy bằng ứng suất thiết kế F max ta được phương trình dùng để tínhchiều rộng hữu hiệu: b 10, 22  (2.6)

Fmaxlà ứng suất thiết kế tức là ứng suất do tải trọng gây ra có hệ số trên tiết diện hiệuquả (hình 2.8)

Thiết kế cấu kiệnchịuuốn

Dầm là một cấu kiện quan trọng trong kết cấu khung, chịu lực chủ yếu là mô men uốn và lực cắt Thép thành mỏng tạo hình nguội dùng cho dầm chịu uốn có các loại tiết diện: chữ C, chữ I do hai chữ C ghép lại, chữ Z, hộp, hoặc tiết diện ống.

Trong thiết kế dầm thép thành mỏng tạo hình nguội, cần xem xét khả năng chịu lực và độ cứng của cấu kiện, có thể không phải là một giá trị không đổi mà do tính không linh hoạt của thép thành mỏng và sự biến đổi của độ cứng Phần bụng của dầm cần phải kiểm tra điều kiện chịu cắt, chịu uốn kết hợp cắt, ép dập, uốn kết hợp ép dập của phần bụng Ngoài ra, cấu kiện dầm chịu uốn phải đảm bảo độ cứng khi bị xoắn.

Dựa trên các vấn đề kể trên, khi thiết kế cấu kiện thành mỏng chịu uốn cần kiểm tra các điều kiệnsau:

 Bụng dầm chịu cắt hoặc chịu uốn kết hợpcắt.

 Bụng dầm chịu ép dập hoặc ép dập kết hợpuốn.

 Sự mất ổn định của dầm khi bị uốn xoắn theo phương bên (hay còn gọi là sự oằn bên).

 Sự mất ổn định của một đoạn dầm khi bị vặn (hay còn gọi là sự oằnvặn)

Công thức chung để tính toán về độ bền của cấu kiện chịu uốn là:

b– hệ số độ chịu lực khi uốn, bằng 0,95 đối với tiết diện tính toán về bền có cánh được tăng cứng, bằng 0,9 đối với tiết diện tính toán về bền có cánh không được tăng cứng.

Mu– mô men uốn tính toán gây ra bởi tổ hợp tải trọng đã có các hệ số tải trọng tươngứng.

Mn– khả năng chịu mô men danh nghĩa của tiết diện, được xác định theo công thứcsau:

Với: Se- mô đun chống uốn của tiết diện hiệu quả tính đối với thớ biên chịu nén hoặc chịu kéo tại ứng suất chảy Fy.

Fy- ứng suất chảy của thép.

Tùy theo loại tiết diện, sự chảy dẻo có thể diễn ra đồng thời tại các thớ biên trên và biên dưới (hình 3.15a), hoặc tại thớ biên chịu kéo trước (hình 3.15b), hoặc tại thớ biênchịu nén trước (hình 3.15c) Với các trường hợp a và c, ứng suất nén lớn nhất là

Fy, có thể dùng Fmax= Fyđể tính bề rộng hiệu quả của cánh chịu nén Với trường hợp b, ứngsuất nén lớn nhất khó xác định vì chưa biết diện tích hữu hiệu, kho đó thường phải tính lặp nhiều lần.

Hình 2.15 Các dạng tiết diện chịu uốn

2.2.2 Cường độ chịu oằn bên do hiện tượng uốn –xoắn

Các cấu kiện dầm chịu uốn bằng thép thành mỏng tạo hình nguội, khi chịu tải trọng tác dụng, dầm có thể bị mất ổn định tổng thể dạng uốn – xoắn Ngoài độ võng theo phương đứng, dầm còn bị uốn theo phương ngang và bị xoắn nếu như dầm không có các thanh giằng giữ đầy đủ theo phương bên Trong thiết kế các cấu kiện chịu uốn, khả năng chịu mô men không chỉ bị giới hạn bởi cường độ chịu uốn tiết diện mặt cắt ngang, mà đồng thời còn bị giới hạn bởi cường độ chịu oằn bên của cấu kiện Trong đề tài này chỉ ra phương pháp thiết kế để xác định mô men tới hạn (hay còn gọi là mô men oằn) của một số loại tiết diện dầm khácnhau. Đối với tiết diện đối xứng, mô men oằn Mcrcó thể được viết dưới dạng sau: u

Hình 2.1 Sự oằn bên uốn – xoắn

E: mô đun đàn hồi của thép

Iy: mô men quán tính của tiết diện đối với trụcy

J: mô men quán tính xoắn của tiết diện, với tiết diện thành mỏng có thể tính bằng:

3 L: chiều dài của dầm giữa các điểm giằng

Cw: hệ số xét đến sự biến đổi của mômen uốn dọc chiều dài dầm, xác định như sau:

Do đó, ứng suất tới hạn đối với sự oằn bên của dầm chữ I chịu uốn thuần túy được viết dưới dạng công thức sau:

M cr d cr S 2I (2.31) Ở đây Sxlà mô đun chống uốn và Ixlà mô đun quán tính của tiết diện đối với trục x.Trong công thức (2.31), số hạng đầu tiên dưới căn bậc 2 thể hiện độ bền do độ cứng uốn bên của dầm, số hạng thứ hai thể hiện cho độ cứng xoắn theo St.Venant Đối với cấu kiện thép thành mỏng tạo hình nguội, số hạng đầu tiên thường lớn hơn số hạng thứ hai. Đối với dầm chữ I có bản cánh không bằng nhau, phương trình sau đây được Winter viết cho ứng suất oằn đàn hồi:

(2.32) xc  Ở đây Sxlà mô đun chống uốn của phần nén, và Iyc, Iytlà mô men quán tính của phầnnén và phần kéo của toàn bộ tiết diện đối với trục song song với mặt phẳng Đối với tiết diện có phần cánh bằng nhau: giống nhau.

IycIytIy/ 2, khi đó công thức (2.32) và (2.32)l à

Như đã nói ở trên, trong công thức (2.32) số hạng thứ hai dưới dấu căn thể hiện độ cứng xoắn St.Venant có thể được bỏ qua mà không ảnh hướng nhiều đến kết quả Do đó công thức (2.32) có thể đơn giản hóa bằng việc chỉ xét đến thành phần I y I yc I yt và bỏ qua phần4GJL 2 / 2 I Ed 2 , thể hiện dưới dạng sau:

Công thức (2.33) được viết trên cơ sở dầm chịu mô men uốn đều Đối với dầm không chị uốn đều thì công thức trên là khá an toàn Vì lý do này, nó được sửa lại bằng cáchnhân thêm một hệ số uốn C b v y c

(2.34) b yc Ở đây Cblà hệ số uốn Trong tiêu chuẩn AISI chỉ rõ công thức tính hệ số uốn

Mmaxlà giá trị tuyệt đối của mô men lớn nhất trên đoạn không giằng

MAlà giỏ trị tuyệt đối của mụ men ở điểm ẳ của đoạn khụng giằng

MBlà giá trị tuyệt đối của mô men ở điểm giữa của đoạn không giằng

MClà giỏ trị tuyệt đối của mụ men ở điểm ắ của đoạn khụng giằng.

Mô men tới hạn đàn hồi đối với dầm tiết diện chữ I đối xứng kép có thể được tính toán từ ứng suất oằn tới hạn đàn hồi và mô đun chống uốn của phần nén theo công thức sau:

Công thức (2.34) áp dụng cho hiện tượng oằn đàn hồi của dầm thép tạo hình nguội khi ứng suất oằn tính toán nhỏ hơn hoặc bằng ứng suất giới hạn

pr Tuy nhiên, khi ứng suất oằn tính toán vượt quá giới hạn, dầm sẽ xảy ra hiện tượng oằn không đàn hồi. Đốivới dầm cực ngắn, mô men lớn nhất có thể đạt đến mô men dẻo toàn phần M p đối vớitiết diện đặc Một nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng đối với dầm có bản cánh rộng thì hệ số hình dạng trung bình là10/9.

Mplà mô men dẻo toàn phần

Mylà mô men uốn = F yS x

Như trong cách nghiên cứu tính toán trước đây đối với cấu kiện chịu nén, giới hạn của

I ứng suất oằn đàn hồi có thể giả định bằng một nửa giá trị ứng suất lớn nhất:

Khi ứng suất tới hạn lý thuyết vượt quá giới hạn

prthì ứng uất tới hạn đối với sự oằn không đàn hồi được biểu diễn dưới dạng hình parabol như sau:

Hình 2.2 Ứng suất oằn bên lớn nhất của dầm tiết diện chữ I

Trong đó A và B là các hằng số có thể xác định bằng các điều kiện sau:

- Khi L 2 S 1,8 2 EC xc   b dI yc F y

Từ công thức (2.39) hệ số A và B được tìm thấy như sau:

Do đó, công thức (2.39) được viết lại là:

  b  Đây là phương trình lý thuyết cho sự oằn bên trong phạm vi không đàn hồi Mặc dù ứng suất lớn nhất được xác định theo công thức (2.44) và như trong hình 2.2 là lớn hơnF y , đó là phương pháp an toàn đã được tiêu chuẩn AISI sử dụng để hạn chế ứng suất lớn nhất của Fy.

Bằng cách sử dụng ứng suất oằn tới hạn không đàn hồi trong công thức (2.44) và môn đun phần nén của tiết diện, mô men tới hạn không đàn hồi đối với sự oằn bên của dầm chữ I có thể được tính như sau:

Thiết kế cấu kiệnchịunén

Cấu kiện thành mỏng chịu nén có các loại tiết diện chủ yếu như: đơn hở (thép góc, chữ

C, chữ Z), hay tổ hợp chữ I do hai chữa C ghép lại, tiết diện chữ môn, tiết diện kín. Đối với một cấu kiện thành mỏng chịu nén, các trạng thái giới hạn cần kiểm tralà:

- Độ bền hay sự chảy của các thớ nén của tiếtdiện;

- Sự mất ổn định của cột khi bị uốndọc;

- Sự mất ổn định của cột khi bị xoắn quanh tâmuốn;

- Sự mất ổn định của cột khi bị uốn và xoắn đồngthời;

- Sự mất ổn định cục bộ của các phần tử trên tiết diệncột;

Trong các vấn đề này, tính toán theo bền là đơn giản nhất Trạng thái giới hạn về bền xảy ra đối với cột ngắn (không bị oằn) Công thứ kiểm tra bền như sau:

Pu- lực nén tính toán dọc trục gây ra bởi tổ hợp tải trọng đã có các hệ số tải trọngtươngứng.

c- hệ số độ chịu lực khi nén, c 0,85đối với cấu kiện nén đúng tâm.

Pn- khả năng chịu nén danh định của tiết diện được tính toán như sau:

Ae- diện tích tiết diện hiệu quả tại ứng suất chảy Fy.

Sự oằn do uốn dọc xảy ra đối với cấu kiện chịu nén mà tiết diện có hai trục đối xứng như chữ I, hình hộp hoặc tiết diện chữ Z Cấu kiện bị uốn quanh trục đối xứng yếu mà không kèm theo xoắn.

Trong giai đoạn đàn hồi, lực tới hạn được xác định bằng công thức Euler:

Pe: là lực tới hạn Euler

E: là mô đun đàn hồi củathép

I: là mô đun quán tính của tiết diện

L: là chiều dài thực tế củacột

K: là hệ số chiều dài tínhtoán

Nếu thay bán kính quán tính của tiết diệnr và độ mảnh của cấukiện

KL / r, thì ứng suất tới hạn Euler được tính bằng công thức sau:

Các công thức này là đúng trong giai đoạn đàn hồi, tức là eprlà giới hạn tỉ lệc ủ a thép.Khi  e pr , thường dùng lý thuyết của Engesser thay E = Et(mô đun tiếp tuyến), khi đó các công thức trên viết lại như sau:

Hội đồng nghiên cứu về ổn định của kết cấu (Structural Stability Research Council – SSCR) của Mỹ đã nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất dư sau khi cán đến độ bền và ổn định của cấu kiện chịu nén, đã thay đường cong của phương trình (2.73) bằng đường parabol bắt đầu ở tung độ cao nhấttại  Tf y khi 0 và kết thúc tại điểm  Tf y / 2 nó giao nhau và tiếp xúc với đường hypecbol Euler Phương trình của đường parabol này là: c xx

Các phương trình này đã được sử dụng để tính ổn định của cấu kiên chịu nén trong các quy phạm Mỹ về kết cấu thép AICI, quy phạm Mỹ AISI về kết cấu thép mỏng tạo hình nguội Những nghiên cứu mới sau này đã sửa các phương trình trên cho chính xác hơn, phù hợp với kết quả thí nghiệm có xét đến cả độ cong ban đầu của cấu kiện Các phương trình trên được thay thế bằng phương trình sau:

2.3.2 Sự oằn do xoắn và uốnxoắn Đối với cấu kiện thép thành mỏng có thể xảy ra ba dạng mất ổn định:

- Mất ổn định do uốn dọc, cấu kiện uốn quanh một trục như đã xét ởtrên.

- Mất ổn định do xoắn, tiết diện xoay quanh tâm xoắn, không kèm theo uốn Dạng này rất ít khi xảy ra, chỉ gặp ở cấu kiện ngắn với tiết diện có độ cứng xoắnnhỏ.

- Mất ổn định do uốn xoắn, cấu kiện uốn dọc theo hai phương đồng thời bị xoắn Dạng này hay xuất hiện ở các tiết diện đối xứng đơn Tiết diện không đối xứng luôn luôn oằn theo dạng uốnxoắn.

Xét trường hợp tổng quát là mất ổn định do uốn xoắn: cột bị mất ổn định theo hai phương và chịu xoắn với trục dọc Phương trình đặc trưng có dạng: r 2 (PP )(PP )(PP )(P) 2 (y ) 2 (PP )(P) 2 (x) 2 (PP)0 (2.77)

0 cr x cr y cr z cr 0 cr x cr 0 cr y

Px: là lực tới hạn Euler gây oằn uốn dọc đối với trục x:  2 EI

Py: là lực tới hạn Euler gây oằn uốn dọc đối với trục y:P  2 EI y y y y (KL) 2 t t r 2

Pz: là lực tới hạn Euler gây oằn xoắn dọc đối với trục z: P z   w 

 (K L ) 2  0  KL: là chiều dài tính toán của cột, đối với cột có liên kết khớp, K = 1; đối với cột có đầu cố định, K = 0,5.

2.3.2.1 Tiết diện có hai trục đốixứng Đối với cột có tiết diện gồm hai trục đối xứng (chữ I), tâm uốn trùng với trọng tâm, tức làx 0 y 0 0 Phương trình đặc trưng trở thành:

Lực tới hạn là lực có giá trị nhỏ nhất trong ba nghiệm sau:

Cột sẽ bị mất ổn định do uốn dọc hoặc do xoắn, không có uốn xoắn Ứng suất oằn do xoắn được xác định như sau:

2.3.2.2 Tiết diện có một trục đốixứng

Một số tiết diện thường gặp như thép góc, chữ C, chữ T hay chữ I có cánh không đều Phương trình đặc trưng có dạng:

Trong trường hợp này, nghiệm của phương trình

Hai nghiệm còn lại của phương trình r 2 (PP)(PP )(Px) 2 0 (2.81)

Vì Pcr3nhỏ hơn nên sẽ được lấy là lực tới hạn uốn xoắn Nó luôn luôn nhỏ hơn Pxvà

Pznhưng so với Pythì có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn, tùy theo chiều dài cấu kiện.

Có thể tìm được chiều dài lcrđể phân ranh giới giữa oằn uốn dọc (Py) và oằn do uốn xoắn (Pcr3) Tìm lcrbằng cách cho Pcr3= Py Nếu chiều dài cấu kiện l > lcrthì cấu kiện sẽ oằn do uốn dọc Nếu l < lcrthì cấu kiện sẽ oằn do uốnxoắn.

Hình 2.4 So sánh Pcrvới Px, Pyvà Pzđối với tiết diện hìnhm ũ

Thiết kế cấu kiện chịu uốn và chịu lựcdọctrục

Đối với cấu kiện chịu uốn và nén kết hợp là có mô men thứ cấp phát sinh do có lực nén tác dụng với độ võng gây ra bởi mô men ban đầu Mô men cuối cùng là tổng của mô men ban đầu và mô men thứ cấp, hoặc coi như mô men ban đầu đã được tăng lên bằng hệ số tăng mô men Hệ số này càng lớn khi lực nén càng lớn Đối với cấu kiện kéo – uốn thì ngược lại, lực kéo làm giảm ứng suất nén trong cấu kiên, cho nên nếu tăng lực kéo trong tính toán lên quá mức có thể làm cấu kiện thiên về không antoàn.

2.4.1 Cấu kiện chịu kéo đúngtâm

Không giống như cấu kiện thép cán nóng, cấu kiện thành mỏng chịu kéo đúng tâm cần kiểm tra ba điều kiện bền:

- Chảy dẻo tại tiết diện nguyên nằm giữa các liênkết

- Đứt tại tiết diện thực tại chỗ bên ngoài liênkết

- Đứt tịa tiết diện thực hiệu quả tại chỗ liênkết

Khả năng chịu lực của cấu kiện chịu kéo dọc trục được kiểm tra theo công thức:

Tu- cường độ hay lực kéo dọc trục xác định với tải trọng có hệ số;

t- hệ số giảm cường độ chịu kéo; Đối với cấu kiện chịu kéo đúng tâm, cường độ danh định Tnlà giá trị nhỏ nhất đượcxác định theo các khả năng: (a) chảy dẻo trên mặt cắt ngang cấu kiện, (b) nứt trên mặt cắt thực ngoài liên kết và (c) nứt trên mặt cắt hữu hiệu tại liênkết. Đối với chảy dẻo trên mặt cắt ngang cấu kiện:

Vớit= 0,9. Đối với nứt trên mặt cắt thực ngoài liên kết:

Trong công thức (2.85) và công thức (2.86):

Tn- cường độ danh định của cấu kiện khi chịu kéo đúng tâm;

Ag- diện tích tiết diện nguyên của mặt cắt ngang;

An- diện tích tiết diện thực của mặt cắt ngang;

Fy- cường độ chảy của thép cấu kiện;

Fu- cường độ bền của thép cấu kiện.

2.4.2 Cấu kiện chịu kéo kết hợpuốn

Trong khung ngang các tiết diện xuất hiện lực kéo Tmaxvà Mtuhoặc có thể xuất hiện Tvà M cùng lớn đều là tiết diện bất lợi trong trường hợp chịu lực này.

Khả năng chịu lực của cấu kiện chịu kéo uốn kết hợp được kiểm tra theo các điều kiện sau:

Mx, My- mômen uốn yêu cầu (mômen đã nhân hệ số);

T n - cường độ bền chịu kéo, xác định theo mục 2.4.1

Mnx, Mny- cường độ bền chịu nén uốn, xác định theo công thức:

Sex- mômen kháng uốn của tiết diện lấy với biên chịu nén xác định theo công thức:

Ix– mômen quán tính tiết diện với trục x; y – khoảng cách từ trục trung tâm tới biên chịu nén của tiết diện;

M ny - xác định tượng tự Mnxnhưng các số hạng lấy theo phương y;

M nxt , M nyt - cường độ bền chịu kéo uốn, xác định theo công thức:

S ft - mômen kháng uốn của tiết diện lấy với biên chịu kéo ngoài cùng xác định như theo công thức (2.50) nhưng với y là khoảng cánh từ trục trung tâm tới biên chịu kéo của tiếtdiện;

M nyt - xác định tượng tự M nxt nhưng các số hạng lấy theo phươngy;

b,t– các hệ số lấy như sau: b 0, 9; t 0, 95.

2.4.3 Cấu kiện chịu nén đúngtâm

Cấu kiện thành mỏng chịu nén, phổ biến nhất là cột có các loại tiết diện như đơn hở (thép góc, chữ C chữ Z), tổ hợp (chữ I do hai chữ C ghép lại), tiết diện kín (ống, hộp). Đối với một cấu kiện thành mỏng chịu nén, cần kiểm tra các trạng thái giới hạn như sau:

 Độ bền (sự chảy thớ chịu nén của tiếtdiện).

 Sự mất ổn định của cột khi bị uốndọc.

 Sự mất ổn định của cột khi bị xoắn quanh tâmuốn.

 Sự mất ổn định của cột khi uốn và xoắn đồngthời.

 Sự mất ổn định cục bộ của các phần tử trên tiết diệncột.

Trạng thái giới hạn độ bền được tính toán theo công thức:

Pu- lực nén tính toán dọc trục gây ra bởi tổ hợp tải trọng đã có các hệ số tải trọngtươngứng.

c- hệ số giảm cường độ chịu nén, c0,85 c

Pn- khả năng chịu nén danh định của tiết diện được tính toán như sau:

Ae- diện tích tiết diện hiệu quả tại ứng suất tới hạn Fn.

Fn– là ứng suất tới hạn của thép được xác định từ các công thức sau tùy theo từngtrường hơp:

Vớiclà độ mảnh không thứ nguyên của tiết diện:

Fy- cường độ chảy của thép, N/mm2;

cre- là ứng suất tới hạn đần hồi, được xác định như sau:

E - môđun đàn hồi của thép;

K - hệ số chiều dài hiệu dụng;

L - chiều dài tự do của cấu kiện; r - bán kính quán tính của tiết diện không giảm yếu đối với trục chịu uốn dọc,

2.4.4 Cấu kiện chịu nén kết hợp uốn

Khi trong cấu kiện cột xuất hiện lực dọc Pmaxvà mômen Mtuhoặc mômen Mmaxvà lực dọc Ptuhoặc có thể xuất hiện lực dọc P và mômen M cùng lớn đều là các tổ hợp tải gâynguy hiểm cho cột.

Cường độ yêu cầu (lực dọc và mômen tính toán theo hai phương)P,M x kiểm tra theo các điều kiện sau: vàM y được

0,15, phương trình (2.100) sẽ được phép sử dụng thay thế cho hai phương (2.98), (2.99):

P- lực nén dọc trục do tổ hợp tải trọng gây ra với các hệ số tải trọng tương ứng;

M x,My- mômen uốn do tổ hợp tải trọng gây ra;

P n - khả năng chịu nén danh định của tiết diện;

Mnx, Mny– khả năng chịu uốn danh nghĩa của cấu kiện;

x,y- các hệ số tăng mô men đối với hai trục :

Ex- lực dọc tới hạn Euler xác định theo công thức;

Ix- mômen quán tính của tiết diện ngang không giảm yếu với trục x;

Lx- chiều dài tự do chịu uốn đối với trục x;

Kx- hệ số chiều dài hiệu dụng đối với trục x;

 y - xác định tương tựxnhưng thay chỉ số x bằng chỉ số y;

Cmx, Cmy- các hệ số xác định như sau:

C mx ,C my = 0,85 - với cấu kiện kết thúc là ngàm cứng;

C mx ,C my = 1,00 - với cấu kiện kết thúc không là ngàm cứng;

b,c- các hệ số,b0, 9hoặcb0, 95vàc0,85.

Liên kết trong kết cấu thépthànhmỏng

Hàn trong kết cấu thép thành mỏng chủ yếu là hàn hồ quan, một phần nhỏ là hàn điện trở Các loại mối hàn thường gặp gồm có:

- Hàn đối đầu (hàn rãnh): dùng cho mối nối đối đầu của các tấm thép mỏng Hàn đối đâu rất khó thi công nên ít được sửdụng.

- Hàn điểm: dùng trong hàn tấm mỏng với kết cấu cứng Điểm hàn không được đục lỗ trước trong tấm mà hàn thủng luôn qua tâm mỏng rồi lấp kínlỗ.

- Hàn mạch: giống như hàn điểm là không đục rãnh sẵn Dùng đề hàn tấm mỏng vào kết cấucứng.

- Hàn góc: dùng nhiều nhất, để liên kết cho mọi loại cấu kiện, ở mọi vịtrí.

- Hàn loe: dùng ở góc uốn cong, giữa hai tấm mỏng hoặc giữa tấm mỏng và kết cấu cứng.

Trong giới hạn của đề tài, tác giả chỉ phân tích loại mối hàn hay được sử dụng nhất là hàn góc Liên kết dùng hàn góc có thể là liên kết nối chồng hoặc liên kết chữ T Dù tải trọng là dọc trục mối hàn hoặc vuông góc mối hàn, mối hàn góc luôn được coi là làm việc chịu cắt Sự phá hoại xảy ra do mối hàn bị cắt (khi mối hàn trên 2mm) hoặc do tấm thép bị xé dọc theo chu vi mối hàn.

Phương trình thể hiện khả năng chịu cắt của mối hàn như sau:

Pu: là lực cắt thiết kế gây ra bởi tải trọng

Pn: là khả năng chịu lực cắt danh nghĩa của mối hàn

: là hệ số khả năng chịu lực của mối hàn

Chịu lực theo phương dọc của mối hàn Ứng suất phân bố không đều dọc chiều dài mối hàn, mối hàn càng dài thì ứng suất càng phân bố không đều Do đó phân ra hai trường hợp: mối hàn ngắn (L/t < 25) chịu lực tốt hơn và mối hàn dài (L/t ≥ 25) chịu lực yếuhơn.

Với t = là chiều dày của tấm mỏng hơn được liên kết

Chịu tải vuông góc với trục mối hàn Trường hợp này, ứng suất đều lớn hơn so với trường hợp mối hàn dọc nên khả năng chịu lực cao hơn.

Liên kết bu lông trong tiêu chuẩn AISI áp dụng cho thép mỏng dưới 3mm Nếu tấm dày hơn 3mm trở lên thì tính toán theo kết cấu thép thông thường.

Bu lông được chế tạo theo tiêu chuẩn chung về bu lông.

Kích thước lỗ được quy định có 4 loại: lỗ tiêu chuẩn, lỗ lớn, lỗ bầu dục ngắn và lỗ bầu dục dài.

Xiết bu lông trong kết cấu thép thành mỏng là loại liên kết tì ép, không phải ma sát. Việc xiết bu lông cần làm theo quy định đối với bu lông thông thường để đảm bảo điều kiện sử dụng, không cần xiết tới mức ứng suất trước vì sự chịu lực của liên kết không phụ thuộc vào ứng suất trước khi xiết Bu lông được xiết đến mức chặt khít sẽ không bị lỏng ra trong điều kiện sử dụng bình thường của nhà không có rungđộng.

2.5.2.1 Các trường hợp phá hoại của bulông trongkhung

Khi chịu lực liên kết bulông trong khung có thể xẩy ra một trong các trường hợp phá hoại như hình 2.17 dưới đây:

Hình 2.5 Các trường hợp phá hoại của liên kết bu lông a) Phá hoại do bản thépchịu cắt; b) Phá hoại do bản thép chịukéo; c) Phá hoại do bản thép chịuép mặt; d) Phá hoại do thân bulông chịucắt; e) Phá hoại do thân bulông chịu kéo.

2.5.2.2 Phá hoại cắt dọc củatấm

Khả năng chịu cắt dọc của tấm phụ thuộc vào khoảng cách của tim lỗ với chiều dày của tấm nhưsau:

(2.107) Trong đó : t : là chiều dày tấm thép được liên kết. e : khoảng cách mép đo theo đường lực từ tim một lỗ tiêu chuẩn đén mép gần nhất của một lỗ kế cận hoặc đến mép của tấm thép.

Phương trình thể hiện khả năng chịu cắt dọc tấm như sau:

Pu: là lực cắt thiết kế gây ra bởi tải trọng

Pn: là khả năng chịu lực cắt danh nghĩa của mối hàn

: là hệ số khả năng chịu lực của mối hàn,

0,7 khi Fu/Fy1,08và  0,6 khi

2.5.2.3 Phá hoại do bị ép mặt củatấm a, Khả năng chịu ép mặt khi không xét đến biến dạng của lỗ

Khi không xét đến biến dạng quanh lỗ bulông, khả năng chịu ép mặt của mỗi bulông đối tấm thép được xác định theo công thức:

C - hệ số ép mặt, lấy theo theo bảng PL1.3 ở phụ lục 1; d - đường kính bulông; t - chiều dày thép không kể lớp phủ bảo vệ;F u - giới hạn bền của thép tấm; mf- hệ số điều chỉnh cho các loại liên kết chịu ép mặt (Bảng PL1.4);

- hệ số tính toán, 0,6 b, Khả năng chịu ép mặt khi xét đến biến dạng của lỗ

Khi xét đến biến dạng quanh lỗ bulông, khả năng chịu ép mặt Pncủa mỗi bulông đốivới tấm thép được xác định theo công thức:

Với các ký hiệu được định nghĩa ở mục (a).

Khả năng chịu lực của thân bulông khi chịu cắt, kéo hoặc chịu cắt và kéo đồng thời được xác định theo công thức:

Ab- là diện tích tiết diện nguyên của bulông;

Fb– được xác định như sau:

- khi bulông chịu cắt thì F b là cường độ chịu cắt: Ftb;

- khi bulông chịu kéo thì F b là cường độ chịu kéo: Fvb;

Liên kết này rất thông dụng trong kết cấu thép thành mỏng để liên kết tấm mỏng vào cấu kiện dày như xà gồ, hoặc liên kết các tấm với nhau Vít được dùng ở đây mang tên chung là vít tự ren, về cấu tạo có nhiều loại: vít có mũi khoan, vít có mũi ép ren Tiêu chuẩn AISI quy định vít có đường kính danh định từ 3 đến 7mm.

Tại mỗi bộ phận được liên kết, nên dùng ít nhất hai vít để đề phòng lắp đặt vít không tốt Vít phải được lắp và vặn theo đúng chỉ dẫn của nhà chế tạo Thông thường vít ren tinh được dùng cho bản thép dày vì vặn được nhiều ren hơn Ngược lại, vít ren thô làm việc tốt hơn với vật liệu mỏng, đặc biệt khi bề dày vật liệu nằm giữa hai đường ren.Khi liên kết hai tấm thép có bề dày khác nhau, tấm móng nên luônluônđtặ sát với đầu vít.

Khi lực cắt vuông góc với thân vít, liên kết vít có thể bị phá hoại theo các cách: vít bị cắt, vít bị nghiêng ép vào tấm thép và có thể bị kéo tuột ra ngoài, tấm thép bị đứt tại vị trí tiết diện thu hẹp Khi đầu vít sát với tấm mỏng thì không thể bị nghiêng nhưng khi hai tấm dày bằng nhau hoặc vít sát với tấm dày thì phải xét đến sự nghiêng của vít. a, Khả năng chịu ép của lỗ và nghiêng của vít

Khả năng chịu ép của vít được thể hiện theo phương trình sau:

2/ t 1 1, vít có thể bị đẩy nghiêng, dùng giá trị nhỏ nhất của: ns u2

Khi t 2 / t 1 2,5, vít không bị đẩy nghiêng, dùng giá trị nhỏ nhất của:

Khi1t 2 / t 1 2,5, Pnsđược nội suy từ hai trường hợp trên.b,

Tiêu chuẩn AISI yêu cầu khả năng chịu cắt danh nghĩa của vít phải ít nhất bằng1,25P ns tính theo công thức trên Thông thường cường độ chịu cắt của vít được cho bớicác nhà chế tạo hoặc qua thử nghiệm.

Lực kéo thiết kế Putrên một vít không được vượt quá khả năng chịu kéo nhổ thiết kế (

P not ) trong đó 0,5và khả năng chịu kéo danh nghĩa được tính là giá trị nhỏ hơn trong các giá trịsau:

Trong đó dwlà giá trị lớn hơn của đường kính mũ vít và đường kính vòng đệm, nhưngthường không lấy lớn hơn 12,7mm.

Kéo thân vít: để tránh liên kết bị phá hoại giòn, khả năng chịu kéo của thân vít phải không nhỏ hơn 1,25 khả năng chịu nhổ tính theo công thức trên.

- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết tính toán kết cấu thành mỏng tạo hình nguội theo tiêu chuẩn AISI, luận văn đã xây dựng quy trình thiết kế công trình phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế ở Việt Nam nhưsau:

ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KHUNGMỘT TẦNG

Thông số của công trình và số liệutínhtoán

Thiết kế khung nhà thép cho một nhà kho một tầng một nhịp, có nhịp nhà Lm, gồm 5 bước cột, kích thước mỗi bước cột là B=6m, chiều cao đến đáy xà là h=6m, công trình được xây dựng tại huyện Yên Khánh, tỉnh NinhBình.

M á i lợ p t ôn liê n doanh mầu đỏ d ầy 0.42mm

Hệ khung th ép t hà nh m ỏng, t ạ o hình nguội c ấu tạ o má i

- Tổng chiều dài các bướckhung:

- Vật liệu thép dùng cho cấu kiện thanh của khung ngang là loại thép cường độ cao G450, có các đặc trưng vậtliệu:

+Cường độ chảy dẻo: Fy= 450 Mpa

+Giới hạn bền: Fu= 480 Mpa

+Môđun đàn hồi trượt: G = 8.10 4 Mpa

Sơ đồ tính và tải trọngtácdụng

Trên cơ sở sơ đồ thực, ta thiết lập được sơ đồ tính, với khung không có cầu trục và chịu tải trọng nhẹ nên chọn liên kết với đất là liên kết ngàm Liên kết này làm cho mô men tại vị trí cột và xà giảm bớt, giúp cấu tạo khung đơn giản hơn Sơ đồ tính được trình bày như hìnhdưới:

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán

3.2.2.1 Tải trọng thường xuyên (tĩnhtải)

Tải trọng thường xuyên tác dụng lên khung ngang bao gồm: Trọng lượng mái tôn, trọng lượng xà gồ, trọng lượng bản thân khung ngang và coi các tải trọng trên phân bố đều trên xà mái.

Ta có giá trị tĩnh tải phân bố lên xà ngang: g tt g tc B cos 0,3

- Tải trọng mái tôn, xà gồ lấy sơ bộ: g tc = 0,3kN/m 2 ;

3.2.2.2 Hoạt tải phân bố đều trênmái.

- Trị số tiêu chuẩn của hoạt tải thi công hoặc sửa chữa mái: p tc = 0,3 kN/m 2 ;

Ta có giá trị hoạt tải tính toán phân bố lên xàngang: p tt p tc B cos 0,3

3.2.2.3 Tải trọng gió xác định theo tiêu chuẩnASCE7-05.

- Khu vực Yên Khánh, Ninh Bình thuộc vùng áp lực gió IIIB có W 0 5daN/m2

- Vận tốc gió trong 3s với chu kỳ lặp 20năm:

- Vận tốc gió trong 3s với chu kỳ lặp 50 năm dựa theo bảng C6-7 củaASCE7-05:

- Áp lực gió tiêuchuẩn: z z zt d z g z z q0, 613K K K V 2 I (m / s)

I: hệ số tầm quan trọng, I = 1

Kd: hệ số hướng gió chủ đạo đối với nhà, K d0,85

Kzt: hệ số địa hình, K zt1

Kz: hệ số theo độ cao và địa hình, với chiều cao trung bình công trình là h=6,8m (20,4ft) > 15 ft, do đóK2,01(z / z ) 2/ Địa hình dạng B (tương ứng với dạng C theo

- Áp lực gió tính toán tác dụng lên khung (dạng nhàkín): p 1 Bq z (GC pf GC pi ) (m / s)

Với dạng nhà kín, tacó GC pi0,18 Tải trọng gió tác dụng lên khung được cho trong bảng sau:

Bảng 3.1 Tải trọng gió tác dụng lên khung

Nội lực và tổ hợpnộilực

Nội lực trong khung ngang được xác định với từng trường hợp tải trọng bằng phần mềm SAP2000, từ đó ta thu được kết quả nội lực (với khung điển hình – khung trục

3) Từ đó xác định được nội lực tại các cấu kiện đặc trưng là cột và xàmái.

Sơ đồ tải trọng, kết quả nội lực được thể hiện ở phụ lục 2.

Tổ hợp nội lực để tìm nội lực nguy hiểm nhất tại các tiết diện đặc trưng Xét các trường hợp tổ hợpsau:

- Tổ hợp 2: 1,2 x tĩnh tải + 1,6 x Hoạttải.

- Tổ hợp 3: 1,2 x tĩnh tải + 1 x Hoạt tải + 1,6 xGió.

- Tổ hợp 4: 0.9 x tĩnh tải + 1,6 xGió.

Thiết kế các cấu kiệntrongkhung

Chọn tiết diện cột chữ I được ghép bởi 2 thép thành mỏng chữ C có tiết diện như hình vẽ: y y w 2 w 2 88 88 x x

Hình 3.6 Tiết diện cột h w 1 w 3 D 19 25 xg yg

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện cột: h = 250mm; b = 200mm; D = 25mm; t = 3mm; R

3.4.1.2 Xác định các đặc trưng hình học của tiếtdiện

- Bán kính góc của đường trungbình: rRt / 233 / 24,5 mm

- Các thông số cònlại: w 1 DRt253319 mm w 2 b 1 2(Rt)1002(33)88 mm w 3 h2(Rt)2502(33)238 mm

Tiết diện chữ C có đặc trưng hình học phần tử góc: u1,57r1,574,57,1mm c0,637r0,6374,52,9 mm

Diện tích tiết diện nguyên:

Mô men quán tính của tiết diện:

Bán kính quán tính: r x   9,5cm;r y   4,5cm a, Xác định khả năng chịu nén danh nghĩa của tiết diện

Với liên kết cột với móng là liên kết ngàm, nên hệ số chiều dài tính toán của cột là K 0,8 (coi gối tựa là không lý tưởng) Do đó ứng suất tới hạn đàn hồi là:

Vậy ứng suất tới hạn của thép:

Xác định bề rộng hữu hiệu của cánh chịu nén Hệ số độmảnh:

Do đó, độ cứng yêu cầu của sườn:

Sườn không đủ cứng nên bản thân sườn không phát huy được đầy đủ, khi tính toán đặc trưng hình học cho toàn tiết diện chỉ được dùng một phầnlà bC

D w 1 25 880, 280,8nên sử dụng được các công thức đã cho của ka: kC n (kk )k

Hệ số giảm tiết diện:

Bề rộng hữu hiệu của sườn: b c w 2 0,8878878 mm

Xác định bề rộng hữu hiệu của sườnbiên

Lấy ứngsuất f s F y 450 Mpa thiên về an toàn, nên hệ số độ mảnh là:

Bề rộng hữu hiệu của sườn biên:d s w 1 19 mm

Xác định bề rộng hữu hiệu của bản bụng

Diện tích hiệu quả của tiết diệnlà:

Khả năng chịu nén danh nghĩa của tiết diệnlà:

P n A e F n 20,535, 26722, 3 kN b, Xác định khả năng chịu nén cho phép của tiết diện

Bề rộng hữu hiệu của sườn: b c w 2 0, 7988870, 2 mm

Lấy ứng suấtf s F y 450Mpa thiên về an toàn, nên hệ số độ mảnh là:

Bề rộng hữu hiệu của sườn biên:d s w 1 19 mm e f E k

Xác định bề rộng hữu hiệu của bảnbụng

Khả năng chịu nén cho phép của tiết diệnlà:

P no A e F y 18,845847 kN c, Lực dọc tới hạn Euler

 KxLx  2  0,86  2 d, Xác định khả năng chịu uốn danh nghĩa của tiết diện

Tìm trọng tâm của tiết diện hữu hiệu, giả thiết là phần bụng hữu hiệu hoàn toàn Tính mô men tĩnh của tiết diện đối với tim của cánh dưới, dùng phương pháp đường trung bình:

Tọa độ trọng tâm tiết diện: y  L.y  113718  120,9 mm

Khoảng cách từ trục trọng tâm đến biên trên:

248,5120,9127,6 mmh / 2125mm Vậy sự chảy bắt đầu từ thớ nén biên trên.

Tìm bề rộng hữu hiệu của bản bụng:

Tính các ứng suất ở biên củabụng:

Tổng các bề rộng hữu hiệu là 104,8 + 107,1 = 211,9 mm lớn hơn vùng nén là 127,6 mm Vậy giả thiết bụng hữu hiệu hoàn toàn là đúng.

Tính mô đun chống uốn của tiết diện hữu hiệu:

Mô men quán tính của tiết diện hữu hiệu với t = 1

I Ly 2 I y 2 L205582592238 3 /12120,9 2 940,89053643mm 3 Trong đó: I0là mô men quán tính của phần tử đối với trục bản thân của nó, ở đây chỉxét phần tử bụng.

Mô men quán tính thật của tiết diện hữu hiệu:

Mô đun chống uốn của tiết diện hữu hiệu đối với vùng biên chịu nén:

Khả năng chịu mô men uốn của tiết diện

3.4.1.3 Kiểm tra khả năng chịu lực củacột

Từ bảng tổ hợp nội lực (phụ lục kèm theo), ta xác định được các tổ hợp nội lực nguy hiểm cho cột:

Cặp nội lực nguy hiểm nhất là:

Kiểm tra điều kiện chịu nén kết hợp uốn:

Vớic0,85;b0, 9;Vậy, cột thỏa mãn điều kiện chịu nén kết hợp uốn.

Kiểm tra điều kiện chịu nén kết hợp uốn:

Vớic0,85;b0, 9;Vậy, cột thỏa mãn điều kiện chịu nén kết hợp uốn.

Chọn tiết diện cột chữ I được ghép bởi 2 thép thành mỏng chữ C có tiết diện như hình vẽ:

Chọn sơ bộ kích thước tiết diện xà: h = 200mm; b = 200mm; D = 25mm; t = 3mm; R 3mm.

3.4.2.2 Xác định các đặc trưng hình học của tiếtdiện

- Bán kính góc của đường trungbình: rRt / 233 / 24,5 mm

- Các thông số cònlại: w 1 DRt253319 mm w 2 b 1 2(Rt)1002(33)88mm w 3 h2(Rt)2002(33)188mm

Tiết diện chữ C có đặc trưng hình học phần tử góc: u1,57r1,574,57,1mm c0,637r0,6374,52,9 mm

Diện tích tiết diện nguyên: h w 1 w 3 D 1 9 2 5

Mô men quán tính của tiết diện:

63410 4 mm 4 634 cm 4  12  Bán kính quán tính: r x   8,16cm; r y   5cm a, Xác định khả năng chịu nén danh định của tiết diện

Bề rộng hữu hiệu của sườn: b c w 2 0, 7988870, 2 mm

Lấy ứng suấtf s F y 258000 kN / m 2 thiên về an toàn, nên hệ số độ mảnh là:

Bề rộng hữu hiệu của sườn biên:d s w 1 19 mm e f E k

Xác định bề rộng hữu hiệu của bảnbụng

Khả năng chịu nén danh nghĩa của tiết diệnlà:

P n A e F y 18,845846 kN b, Xác định khả năng chịu uốn danh định của tiết diện

Tìm trọng tâm của tiết diện hữu hiệu, giả thiết là phần bụng hữu hiệu hoàn toàn Tính mô men tĩnh của tiết diện đối với tim của cánh dưới, dùng phương pháp đường trung bình:

Tọa độ trọng tâm tiết diện:

Khoảng cách từ trục trọng tâm đến biên trên:

198,594,2104,3 mmh / 2100mm Vậy sự chảy bắt đầu từ thớ nén biên trên.

Tìm bề rộng hữu hiệu của bản bụng:

Tính các ứng suất ở biên củabụng:

Tổng các bề rộng hữu hiệu là 90 + 94 = 184 mm lớn hơn vùng nén là 104,3 mm Vậy giả thiết bụng hữu hiệu hoàn toàn là đúng.

Tính mô đun chống uốn của tiết diện hữu hiệu:

Mô men quán tính của tiết diện hữu hiệu với t = 1

0 0 e 0 n kv E / Fy 5, 34  2 105 / 450 kv E / Fy kv E / Fy kv E / Fy

Trong đó: I0là mô men quán tính của phần tử đối với trục bản thân của nó, ở đây chỉxét phần tử bụng.

Mô men quán tính thật của tiết diện hữu hiệu:

Mô đun chống uốn của tiết diện hữu hiệu đối với vùng biên chịu nén:

Khả năng chịu mô men uốn của tiết diện

M nx S e F y 148,7510 6 45000066,9 kN.m c, Xác định khả năng chịu cắt danh nghĩa của tiết diện

Chiều cao phần bụng phẳng: h20026188 mm

Với bản bụng không có sườn tăng cứngnên k v5,34

h/t1,415 Do đó, khả năng chịu cắt danh nghĩa của một bản

0,643 2  126274 N126, 3 kNKhả năng chịu lực của toàn tiết diện là:

3.4.2.3 Kiểm tra khả năng chịu lực của xàmái

Từ bảng tổ hợp nội lực (phụ lục kèm theo), ta xác định được các tổ hợp nội lực nguy hiểm cho xà khung:

- Kiểm tra điều kiện chịu nén kết hợp uốn:

22, 39 0,85846 0, 0310,15; dó đó, kiểm tra điều kiện bền theo công

Vớic0,85;b0, 9;Vậy, xà thỏa mãn điều kiện chịu nén kết hợp uốn.

- Kiểm tra điều kiện chịu cắt kết hợp uốn:

50, 05 0,966,9 0,830,5do đó cầ kiểm tra điều kiện sau:

Vớiv0, 9;b0, 9;Vậy, xà thỏa mãn điều kiện chịu cắt kết hợp uốn.

- Kiểm tra điều kiện chịu nén kết hợpuốn:

Xét tỉ số: thức sau:

13,89 0,85846 0, 0190,15; dó đó, kiểm tra điều kiện bền theo công

Vớic0,85;b0, 9;Vậy, xà thỏa mãn điều kiện chịu nén kết hợp uốn.

- Kiểm tra điều kiện chịu cắt kết hợpuốn:

Vớiv0, 9;b0, 9;Vậy, xà thỏa mãn điều kiện chịu cắt kết hợp uốn.

Kết luận: xà mái đảm bảo khả năng chịu lực

Thiết kếliênkết

- Thép mặt bích, thép sườn, thép bản mã liên kết là loại thép G250, có các đặc trưng vậtliệu:

+Cường độ chảy dẻo: Fy= 250 Mpa

+Giới hạn bền: Fu= 320 Mpa

- Các liên kết sử dụng loại bu lông cấp độ bền 6.6 có đặc trưng vật liệu:

+Cường độ chịu cắt: Fvb= 230 Mpa

+Cường độ chịu kéo: Ftb= 250 Mpa

3.5.2 Thiết kế liên kết châncột

Sơ bộ chọn liên kết chân cột như hình vẽvới:

- Chiều dày thép tấm sườn, t =4mm;

Hình 3.8 Liên kết chân cột

Từ bảng tổ hợp nội lực (phụ lục kèm theo), ta xác định được các tổ hợp nội lực nguy hiểm tại chân cột:

Khi liên kết làm việc, có thể xảy ra các trường hợp phá hoại sau:

6 dụng của mômen uốn M và lực dọc P;

- Thân bulông chịu cắt dưới tác dụng của mômen uốn M và lực dọcP;

- Thân bulông chịu kéo dưới tác dụng của lực cắtV.

3.5.2.2 Khả năng chịu ép mặt của tấm thép bản cánhcột a, Khả năng chịu ép mặt của bản cánh khi không xét đến biến dạng lỗ

C - hệ số ép mặt phụ thuộc vào tỉ số d/t Vớid / t12 / 4310, tra bảng đc C=3m f - hệ số điều chỉnh đối với trục lỗ, mf= 0,75;

Thay các đại lượng trên vào công thức ta được:

P0, 630, 7512432010 3 20, 74 kN b, Khả năng chịu ép mặt của bản cánh khi xét đến biến dạng lỗ

Vậy khả năng chịu ép mặt lấy: P n min(20,74;20,85)20,74kN c, Lực cắt trong một bulông do tổ hợp tải trọng bất lợi gây ra

Với T < Pn, do vậy thép bản cánh cột và tấm sườn đảm bảo độ bền chịu ép mặt.

3.5.2.3 Khả năng chịu cắt của bulông

Khả năng chịu cắt của một bulông tại liên kết chân cột

Ab- diện tích cắt ngang bulông:

Ad 2 / 43,149, 6 2 / 472, 3 mm 2 do- đường kính bu lông đã trừ phần ren, lấy bằng 80% đường kính danh nghĩa: d 0 0,8d0,8129, 6 mm

Với lực cắt trong một bu lông là T = 5,74 kN < Tn Do vậy, bu lông chân cột đảm bảokhả năng chịu cắt.

3.5.2.4 Khả năng chịu kéo củabulông

Ab- diện tích cắt ngang bulông:A72, 3 mm 2

Xác định lực kéo lên một bu lông tại chân cột:

4,8 kN n b 3 Với nblà số bu lông chịu kéo: n b n / 26 / 23

DoT bmax T nt , nên bu lông đảm bảokhả năng chịu kéo

3.5.3 Thiết kế liên kết cột –xà

Sơ bộ chọn liên kết chân cột như hình vẽ với:

Hình 3.9 Liên kết cột - xà

Từ bảng tổ hợp nội lực (phụ lục kèm theo), ta xác định được các tổ hợp nội lực nguy hiểm tại vị trí liên kết giữa đỉnh cột và xà mái nhưsau:

Khi liên kết làm việc, có thể xẩy ra các trường hợp phá hoại sau:

- Tấm thép bản mã hoặc tấm thép cánh xà bị ép mặt xung quanh thân bulông dưới tác dụng của mômen uốn M và lực dọcP; n n

3.5.3.2 Khả năng chịu ép mặt của tấm thép bản cánhxà a, Khả năng chịu ép mặt của bản cánh khi không xét đến biến dạng lỗ

Vậy khả năng chịu ép mặtlấy: P nmin(20, 74; 20,85)20, 74 kN c, Lực cắt trong một bulông do tổ hợp tải trọng bất lợi gây ra

Với T < Pn, do vậy thép bản cánh xà và tấm sườn đảm bảo độ bền chịu ép mặt.

Ad 2 / 43,149, 6 2 / 472, 3 mm 2 do- đường kính bu lông đã trừ phần ren, lấy bằng 80% đường kính danh nghĩa: d 0 0,8d0,8129, 6 mm

Với lực cắt trong một bu lông là T = 8,2 kN < Tn Do vậy, bu lông liên kết đảm bảokhả năng chịucắt.

3,5 kN n b 8 Với nblà số bu lông chịu kéo: n b n / 432 / 48

DoT bmax T nt , nên bu lông đảm bảo khả năng chịu kéo

3.5.4 Thiết kế liên kết xà –xà

Sơ bộ chọn liên kết chân cột như hình vẽ với:

Hình 3.10 Liên kết xà - xà

Từ bảng tổ hợp nội lực (phụ lục kèm theo), ta xác định được các tổ hợp nội lực nguy hiểm tại vị trí liên kết giữa đỉnh cột và xà mái như sau:

Khi liên kết làm việc, có thể xẩy ra các trường hợp phá hoại sau:

- Tấm thép bản mã hoặc tấm thép cánh xàbịép mặt xung quanh thân bulông dưới tác dụng của mômen uốn M và lực dọcP;

3.5.4.2 Khả năng chịu ép mặt của tấm thép bản cánhxà a, Khả năng chịu ép mặt của bản cánh khi không xét đến biến dạng lỗ b 0 n n

Vậy khả năng chịu ép mặt lấy: P n min(20, 74; 20,85)20, 74 kN c, Lực cắt trong một bulông do tổ hợp tải trọng bất lợi gây ra

Với T < Pn, do vậy thép bản cánh xà và tấm sườn đảm bảo độ bền chịu ép mặt.

Ad 2 / 43,149, 6 2 / 472, 3 mm 2 do- đường kính bu lông đã trừ phần ren, lấy bằng 80% đường kính danh nghĩa: b n n d 0 0,8d0,8129, 6 mm

Với lực cắt trong một bu lông là T = 8,32 kN < Tn Do vậy, bu lông liên kết đảm bảokhả năng chịu cắt.

Với nblà số bu lông chịu kéo: n b n / 416 / 44

DoT bmax T nt , nên bu lông đảm bảo khả năng chịu kéo

Trên cơ sở nghiên cứu ứng dụng tiêu chuẩn AISI, luận văn đã tính toán công trình nhà kho một tầng xây dựng tại tỉnh Ninh Bình và đạt được những kết quả sau:

- Tính toán theo trình tự thiết kế đã đề ra ở chương2.

- Sử dụng thép cường độ cao, mặt cắt tiết diện đa dạng, trọng lượngnhẹ.

- Chuyển đổi tải trọng gió từ tiêu chuẩn Việt Nam sang tiêu chuẩn Mỹ để phù hợp với các tổ hợp nội lực tínhtoán.

- Tính toán các cấu kiện chính như cột và xà mái trong khung theo tiêu chuẩnAISI.

- Tính toán các liên kết chính được sử dụng trongkhung.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Với mục tiêu nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn AISI để thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội cho công trình được xây dựng tại Việt Nam, luận văn đã đạt được một số kết quả chính như sau:

- Tổng quan về kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội, khái quát tình hình ứng dụng kết cấu thép nhẹ thành mỏng trên Thế giới và Việt Nam Từ đó chỉ ra được sự cần thiết của đề tài là áp dụng tiêu chuẩn AISI để thiết kế công trình thực tế ở Việt Nam, do đây là một tiêu chuẩn hiện đại, đầy đủ và được cập nhập thường xuyên trong khi ở Việt Nam chưa có tiêu chuẩn tính toán kết cấu thép thànhmỏng.

- Nghiên cứu ứng dụng cơ sở tính toán thép thành mỏng theo tiêu chuẩn AISI Cùng với việc kết hợp các bước thiết kế công trình, luận văn đã xây dựng được quy trình thiết kế kết cấu thép thành mỏng cho công trình với các điều kiện sử dụng thực tế tại ViệtNam.

- Dựa trên quy trình thiết kế và ứng dụng tiêu chuẩn AISI, luận văn đã tính toán công trình nhà kho một tầng, được xây dựng tại huyện Yên Khánh, tỉnh Ninh Bình Thiết kế các cấu kiện và các liên kết chính.

- Nghiên cứu thiết kế nhiều dạng khung kết cấu với nhịp và bước khung khác nhau, từ đó đưa ra được phương án kết cấu phù hợp, đảm bảo kỹ thuật và kiệu quả kinhtế.

- Áp dụng vào tính toán cho những công trình thực tế đang được sử dụng tại thị trườngViệtNam.

[1] Phạm Minh Hà – Đoàn Tuyết Ngọc (2008),Thiết kế khung thép nhà côngnghiệp một tầng, một nhịp,Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.

[2] Nguyễn Hồng Chiến (2012),Nghiên cứu tính toán thanh thành mỏng dùngtrong kết cấu khung thép theo quy phạm Mỹ,Luận văn Thạc sỹ trường

[3] Đoàn Định Kiến (2009),Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội,

Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

[4] Nguyễn Hồng Sơn (2011),Bài giảng Kết cấu thép thanh thành mỏng, Học viện Kỹ thuật Quân sự.

[5] Tiêu chuẩn Việt Nam,TCVN 2737:1995, “Tải trọng và Tác động – Tiêuchuẩn thiếtkế”.

[6] Tiêu chuẩn Việt Nam,TCVN 5575:2012, “Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiếtkế”.

[8] American Iron and Steel Institute (2002),Specification for the Design

[9] American Iron and Steel Institute (2006),Distortional Buckling of Cold - formed Steel Columns, 2006.

[10] Wei Wen Yu,Cold - formed Steel Design,Third Edition (2000), John Wiley &

[11] Bristish Standard, BS 5950 Structural use of Steelwork in Building, Part

5“Code of Practice for the Design of Cold Formed Sections”, 1991.

[12] Eurocode 3, EN 1993-1-3 Design of Steel Structural:Cold Formed

[13] Australian/New Zealand Standard, AS/NZS 4600:1996,Cold - Formed

[14] American Society of Civil Engineers (ASCE/SEI 7-05),Minium Design

Loadsfor Buldings and Other Structures.

PL1 1 Vật liệu sử dụng trong kết cấu thép thành mỏng

Tên tiêu chuẩn Cấp thép Giới hạn chảy Giới hạn bền

PL1 2 Hệ số chiều dài tính toán của cột

Giá trị k thiết kế khi gối tựa là không lý tưởng 0,6 0,8 1,0 1,2 2,1 2,0

Khớp cố định Ngàm trượt Đầu tự do PL1 3 Hệ số ép mặt C

Chiều dày của tấm, t (mm)

Liên kết với lỗ tiêu chuẩn Liên kết với lỗ quá khổ hoặc có rãnh

Tỉ số giữa đường kínhbu lông vàchiềudày tấm,d/t

Tỉ số giữa đường kính bu lông và chiều dày tấm, d/t

PL1 4 Hệ số điều chỉnh cho các loại liên kết chịu ép mặt mf

Kiểu phá hoại liên kết mf

Liên kết một mặt cắt hoặc tấm ngoài của liên kết hai mặt cắt sử dụng lỗ tiêu chuẩn có vòng đệm dưới cả bu lông và đai ốc 1,00

Liên kết một mặt cắt hoặc tấm ngoài của liên kết hai mặt cắt không sử dụng lỗ tiêu chuẩn có vòng đệm dưới cả bu lông và đai ốc, hoặc chỉ có một vòng đệm

Liên kết một mặt cắt hoặc tấm ngoài của liên kết hai mặt cắt không sử dụng lỗ quá khổ hoặc có rãnh song song với lực tác dụng mà không có vòng đệm dưới cả bu lông và đai ốc, hoặc chỉ có một vòng đệm

Liên kết một mặt cắt hoặc tấm ngoài của liên kết hai mặt cắt không sử dụng lỗ quá khổ hoặc có rãnh vuông góc với lực tác dụng mà không có vòng đệm dưới cả bu lông và đai ốc, hoặc chỉ có một vòng đệm

Tấm bên trong của liên kết hai mặt cắt sử dụng lỗ tiêu chuẩn có hoặc không có vòng đệm

Tấm bên trong của liên kết hai mặt cắt sử dụng lỗ quá khổ hoặc có rãnh song song với lực tác dụng, có hoặc không có vòng đệm

Tấm bên trong của liên kết hai mặt cắt sử dụng lỗ quá khổ hoặc có rãnh vuông góc với lực tác dụng, có hoặc không có vòng đệm

Hình PL 1 Sơ đồ cấu kiện

Hình PL 2 Sơ đồ phần tử

Hình PL 3 Tĩnh tải tác dụng

Hình PL 4 Hoạt tải tác dụng

Hình PL 5 Tải gió+GCpitácdụng

Hình PL 6 Tải gió-GCpitácdụng

Hình PL 7 Lực dọc do tổ hợp Comb1 tácdụng

Hình PL 13 Mô men do tổ hợp Comb1 tácdụng

Hình PL 19 Lực cắt do tổ hợp Comb1 tácdụng

Bảng PL 1 Nội lực tại chân cột

Phần tử Tổ hợp V P M kN kN kN.m

Bảng PL 2 Nội lục trên cột

Phần tử Vị trí Tổ hợp P V M kN kN kN.m

Bảng PL 3 Nội lực trên xà mái

Kếtluận Error! Bookmark notdefined 2 Kiếnnghị Error! Bookmark notdefined TÀI LIỆU THAMKHẢO