Giao Trình kết cấu thép đại cương - Chương 3

Giao Trình kết cấu thép đại cương - Chương 3

1 DẦM THÉP 3.1 Đại cương 3.2 Dầm định hình 3.3 Dầm tổ hợp 3.4 Ổn định tổng thể 3.5 Ổn định cục bộ 3.6 Nối dầm 3.7 Liên kết cánh và bụng dầm 3.8 Chi tiết đầu dầm 3.9 Dầm có lỗ 3.10 Dầm có tiết diện không đối xứng 3 2 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP 3.1.1 Phân loại dầm + Dầm thép là cấu kiện được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng, chịu uốn là chủ yếu + Phạm vi ứng dụng: dầm đỡ sàn công tác, dầm cầu chạy, dầm đỡ mái, dầm tường, xà gồ, dầm cầu… + Dầm được chia thành hai loại: dầm định hình và dầm tổ hợp + Dầm định hình được làm từ thép định hình + Dầm tổ hợp được tạo thành từ thép tấm: dầm tổ hợp hàn, dầm tổ hợp đinh tán, dầm tổ hợp bu lông + Dầm có tiết diện đối xứng hoặc không đối xứng + Theo sơ đồ có thể chia ra dầm đơn giản, dầm liên tục và dầm công sôn + Dầm có thể được làm từ nhiều loại thép + Dầm tiết diện đặc, dầm có lỗ Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 3 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP a. Dầm định hình + Dầm thép là cấu kiện được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng, chịu uốn là chủ yếu Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 4 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 5 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP b. Dầm tổ hợp + Dầm tổ hợp được tạo thành từ thép tấm dùng liên kết hàn, đinh tán hoặc bu lông để liên kết cánh và bụng dầm Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 6 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP 3.1.2 Bố trí hệ dầm a. Hệ dầm đơn giản + Dầm được bố trí song song với cạnh ngắn của ô bản (dầm sàn) b. Hệ dầm phổ phổ thông + Dầm chính đặt song song cạnh lớn của ô bản, tựa lên cột + Dầm phụ đặt song song cạnh bé của ô bản, tựa lên dầm chính và truyền tải trọng sàn xuống dầm chính + Sử dụng cho sàn có BxL ≤ 36x12m hay khi q ≤ 3000 daN/m 2 Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 7 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP c. Hệ dầm phức tạp + Dầm chính đặt song song cạnh lớn của ô bản + Dầm phụ đặt song song cạnh bé của ô bản + Dầm sàn đặt vuông góc với dầm phụ + Sử dụng cho sàn có q > 3000 daN/m 2 Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 8 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP d. Các hình thức liên kết dầm với nhau + Liên kết chồng + Liên kết bằng mặt + Liên kết thấp Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 9 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP 3.1.3 Nhịp dầm + Dầm công sôn, nhịp l là khoảng cách từ mép ngoài đến mép ngàm + Dầm tựa lên đầu cột, nhịp l là khoảng cách giữa hai sườn cứng đầu dầm + Dầm không co sườn: tựa lên tường gạch l = L 1 tựa lên cột bê tông l = L 0 + (L 1 – L 0 )/2 Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 10 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP 3.1.4 Chiều cao tiết diện dầm + Chiều cao tiết diện dầm cần chọn thỏa điều kiện: h min ≤ h ≤ h max h ≈ h kt Với h min chiều cao dầm xác định theo điều kiện độ võng cho phép h max xác định theo yêu cầu sử dụng Trường hợp dầm đơn giản, tải phân bố đều: tb ll E f h g ´ ú û ù ê ë é D ´´= 24 5 min (3.1) w kt t W kh = (3.2) ( ) ( ) p c g c cc tb pg pg ggg + + = 1 (3.3) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 11 3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM THÉP Dầm tổ hợp hàn k = 1.15 ~ 1.20 Dầm tổ hợp đinh tán (bu lông) k = 1.20 ~ 1.25 + Khi thiết kế cần chọn tiết diện dầm sao cho độ mảnh của bản bụng được khống chế thỏa các điều kiện ổn định cục bộ. Có thể tham khảo bảng sau: Tỷ số chiều cao và chiều dày bản bụng dầm thép H (m) 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 t w (mm) 8 ~ 10 10 ~ 12 12 ~ 14 16 ~ 18 20 ~ 22 22 ~ 24 h w /t w 100 ~ 125 125 ~ 150 145 ~ 165 165 ~ 185 185 ~ 200 210 ~ 230 Yêu cầu đối với thiết kế dầm: + Đảm bảo điều kiện bền + Đảm bảo điều kiện ổn định cục bộ, tổng thể + Đảm bảo điều kiện về độ võng + Thỏa các điểu kiện về cấu tạo Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 12 3.2 THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH 3.2.1 Chọn tiết diện dầm + Chọn sơ đồ tính của dầm + Xác định tải trọng tác dụng + Xác định nội lực dầm + Moment kháng uốn theo yêu cầu: + Tra bảng chọn số hiệu thép sao cho W x ≥ W x yc 2.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn a. Kiểm tra bền khi chịu moment M moment uốn tại tiết diện cần kiểm tra f cường độ tính toán của thép f M W c x yc x g max = (3.4) f W M c nx gs £= (3.5) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 13 3.2 THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH b. Kiểm tra bền khi chịu lực cắt Q lực cắt tại tiết diện cần kiểm tra S x moment tĩnh của phần tiết diện nguyên bên trên thớ cần tính ứng suất cắt I x moment quán tính của tiết diện nguyên lấy đối với trục uốn x-x t w chiều dày bản bụng f v cường độ tính toán chịu cắt của thép làm dầm c. Kiểm tra độ võng của dầm (3.6) vc wx f tI QS gt £= ú û ù ê ë é D £ D ll (3.7) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 14 3.2 THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH Với dầm đơn giản tải phân bố đều: d. Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm định hình Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm định hình theo công thức: W c moment kháng uốn của tiết diện nguyên lấy với thớ biên cánh chịu nén γ c hệ số điều kiện làm việc của dầm, lấy bằng 0.95 φ b hệ số kể đến sự giảm khả năng chịu uốn của dầm khi xét đến điều kiện ổn định tổng thể, phụ thuộc vào φ 1 (3.8) EI lq l c 3 384 5 = D f W M c cb g j £ (3.9) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 15 3.2 THIẾT KẾ DẦM ĐỊNH HÌNH ψ tra bảng phụ thuộc vào dạng tải trọng, cánh chất tải, liên kết của cánh chịu nén và hệ số α h chiều cao tiết diện dầm l 0 khoảng cách giữa hai điểm cố kết ngăn cản dầm biến dạng ngoài mặt phẳng dầm I t moment quán tính chống xoắn của dầm + Nếu φ 1 ≤ 0.85 φ b = φ 1 + Nếu φ 1 > 0.85 φ b = 0.68 + 0.21 ≤ 1.0 (3.11) 2 0 54.1 ú û ù ê ë é = h l I I y t a (3.12) f E l h I I x y 2 0 1 ú û ù ê ë é = yj (3.10) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 16 3.3 THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 3.3.1 Chọn tiết diện dầm a. Chọn chiều cao dầm: h h min ≤ h ≤ h max h ≈ h kt b. Chọn chiều dày bản bụng: t w + Chiều dày bạn bụng xác định theo điều kiện chịu cắt + Khi chiều cao dầm h = 1m ~ 2m, có thể xác định t w theo công thức: (3.13) vcw w fh Q t g max 2 3 = 1000 3 7 h t w += (3.14) b f h t f t f h w h f Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 17 3.3 THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP + Khi bụng dầm không cần gia cường sườn dọc (điều kiện ổn định cục bộ của bụng dầm dưới tác dụng của ứng suất pháp) + Khi bụng dầm không cần gia cường sườn ngang (điều kiện bản bụng ổn định cục bộ dưới tác dụng của ứng suất tiếp) Trường hợp dầm chịu tải trọng động: Trường hợp dầm chịu tải trọng tĩnh: (3.16) [ ] E fh t w w w l ³ [ ] 2.2= w l [ ] 2.3= w l E fh t w w 5.5 ³ (3.15) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 18 3.3 THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP c. Chọn kích thước cánh dầm: b f và t f + Moment quán tính cần thiết của cánh dầm: + Mặt khác: + Từ (3.17) và (3.18) có: Hay: + Chọn t f > t w + Chọn b f /t f ≤ √(E/f); b f ≤ 30t f ; b f = (1/2 ~ 1/5)h; b f ≥ 180mm, b f ≥ h/10 (3.17) 122122 3 max ww c e ww xwxf hth f Mhth WIII -=-=-= g 2 4 2 4 2 222 f ff f ff f ff h tb h tb h AI ==» 2122 2 3 max f ff ww c h tb hth f M =- g 2 3 max 2 122 fk ww c ff h ht h f M tb ÷ ÷ ø ö ç ç è æ -= g (3.18) (3.19) (3.20) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 19 3.3 THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 3.3.2 Kiểm tra tiết diện đã chọn a. Kiểm tra độ bền + Tại M ≠ 0, Q = 0: + Tại M = 0, Q ≠ 0: + Tại M ≠ 0, Q ≠ 0: S f moment tĩnh lấy với trục trung hòa của một cánh dầm (3.23) f W M c nx gs £= vc wx f tI QS gt £= f ctđ gtss 15.13 2 1 2 1 £+= h h W M w ´= 1 s wx f tI QS = 1 t (3.21) (3.22) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM 20 3.3 THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP b. Kiểm tra độ võng c. Kiểm tra ổn định của dầm + Kiểm tra ổn định cục bộ: - Ổn định cục bộ của cánh dầm - Ổn định cục bộ cuả bụng dầm + Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm d. Kiểm tra ổn định cục bộ mép trên bản bụng Khi cánh trên dầm có tải trọng tập trung tác dụng trong mặt phẳng bản bụng mà bên dưới không có sườn tăng cường, phải kiểm tra độ bền nén cục bộ của mép trên bản bụng theo: ú û ù ê ë é D £ D ll (3.24) f lt F c zw c gs £= (3.25) Lê Văn Phước Nhân ĐH Bách Khoa TPHCM [...]... Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 3 THIT K DM T HP + Moment quỏn tớnh ca tit din sau khi thay i: I x1 ộ1 3 h2 ự 1 f 3 = t w h w + 2 ờ t f b1 f + t f b1 f ỳ 12 12 4ỳ ờ ỷ ở (3. 32) + Moment khỏng un ca tit din sau khi thay i: Wx1 = I x1 h 2 (3. 33) + Cõn bng (3. 30) hoc (3. 31) vi (3. 33) , xỏc nh c b1f + Chn b1f: b1f 180 b1f bf/2 b1f h/10 26 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 3 THIT K DM T HP b Cỏch th hai:... 1 x121 ql x1 - q M1 2 2 = = gc f gc f (3. 34) + Cõn bng Wx1 v W x1 yc, xỏc nh c x 1 27 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 3 THIT K DM T HP 3. 3 .3 Thay i tit din dm bng cỏch thay i chiu cao dm h + Chn chiu cao dm cn thay i h1 + Tớnh moment quỏn tớnh,v moment khỏng un ca tit din sau khi thay i ộ1 3 h12f ự 1 3 I x1 = t w h1w + 2 ờ t f b f + t f b f ỳ 12 12 4 ỳ ờ ở ỷ I Wx1 = x1 h 2 (3. 35) (3. 36) + Gi Mx1... hi ct: Moment quỏn tớnh xon: i vi dm I G I ổl ử a =4 t ỗ 0ữ E Iy ố h ứ E G= 2(1 + m ) It = 2 (3. 40) (3. 41) 3 1.25(2b f t 3 + hw t w ) f ổ lt a = 8ỗ 0 w ỗh b ố f f (3. 42) 3 ử ữ ữ ứ 2 3 ổ at w ỗ1 + ỗ b t3 f f ố ử ữ ữ ứ (3. 43) trong ú a = 0.5hf 32 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 5 N NH CC B CNH V BNG DM 3. 5.1 Hin tng mt n nh cc b + Bn cỏnh chu ng nộn cỏnh v bng cú kh nng + Bn bng u dm chu ng sut ct... Bỏch Khoa TPHCM 3. 5 N NH CC B CNH V BNG DM b ổt ử d =b f ỗ f ữ hw ỗ tw ữ ố ứ 3 (3. 52) Bng tra h s Dm iu kin lm vic Cu trc Ray khụng hn Ray hn 2 Cỏc dm Khi cú sn cng t liờn tc trờn cỏnh nộn khỏc Trong cỏc trng hp khỏc 0.8 Ghi chỳ: i vi dm cu trc cú lc tp trung õt cỏnh chu kộo, khi tớnh h s ly = 0.8 Bng tra h s ccr 0.8 1.0 2.0 4.0 6.0 10.0 30 ccr 30 .0 31 .5 33 .3 34.6 34 .8 35 .1 35 .5 41 Lờ Vn Phc... biờn chu kộo Lờ Vn Phc Nhõn 44 H Bỏch Khoa TPHCM 3. 5 N NH CC B CNH V BNG DM Khi a/hw > 0.8 v c / ln hn giỏ tr cho trong bng 31 TCXDVN 33 8 - 205 cr tớnh theo cụng thc (3. 49) s cr = c2 f la (3. 56) 2 H s c2 ly theo bng 32 TCXDVN 33 8 205 c,cr tớnh theo cụng thc (5.54) trong ú nu a/hw > 2 thỡ ly a = 2hw c3 Khi a/hw > 0.8 v t s khụng ln cỏc giỏ tr cho trong bn 31 thỡ: + cr tớnh theo cụng thc (5.49) + c,cr... W xyc 1 x121 ql x1 - q M1 2 2 = = gc f gc f (3. 37) + Cõn bng (3. 36) v (3. 37), xỏc nh c x1 28 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 4 N NH TNG TH CA DM THẫP 3. 4.1 Hin tng v nguyờn nhõn + Hin tng dm va b vừng trong mt phng un va b cong vờnh ra khi mt phng un gi l mt n nh tng th + Nguyờn nhõn moment un do ti trng ngoi gõy ra ln hn moment ti hn Mcr ca dm M cr = hc l0 GI t EI y p2 1+ a (3. 38) 29 Lờ Vn Phc Nhõn... Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 9 DM KHOẫT L ồ X = 0; H = N 2 - N1 = M 2 - M1 (3. 99) h3 ồ M = 0; Hh3 s ổ V1 V2 ử s = ỗ + ữ = (V1 + V2 ) 2 2ố 2 2 ứ 4 H = s V1 + V2 sVTB = h0 2 h3 s N1 V1/2 (3. 100) N2 h3/2 V2/2 H + Lc ct V thng ln nht ti gi ta nờn khong bng gia hai l gn u dm s chu lc ln nht + Tit din nguy him nht cỏch gi ta on: z = a1 + s + 0.5e (3. 101) 70 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 9 DM KHOẫT L + ng... 24 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 3 THIT K DM T HP 3. 3.2 Thay i tit din dm bng cỏch thay i b rng cỏnh dm bf a Cỏch th nht: chn v trớ thay i tit din, tớnh b1f + Xỏc inh moment ti v trớ thay i tit din x1 = L/6 2 x11 ql M 1 = x1 - q 2 2 (3. 29) + Moment khỏng un cn thit ti x1: W x1 = M1 gc f (3. 30) + Khi mi ni cỏnh chu kộo dựng ng hn i u thng: W x1 = M1 g c f wt (3. 31) + Tit din sau khi thay i b rng... bos Ê ts E f (3. 77) + Din tớch tớnh toỏn ca sn gi: - trng hp a, b, c: a) As = bsts = (2bos + tw)ts b) (3. 78) As = 2b1s ts = 2(bos-20)ts (3. 79) - trng hp (d): 57 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 8 CHI TIT U DM Kim tra sn gi theo iu kin ộp mt: bs tw ts c1 F Ê g As c fc (3. 80) vi F phn lc gi ta fc cng ộp mt Kim tra sn theo iu kin n nh ra ngoi mt phng ca bn bng dm: F Ê g c fc jA Vi (3. 81) h s un... Bỏch Khoa TPHCM 3. 8 CHI TIT U DM + A - din tớch tit din thanh quy c: A = As + Aw1 (3. 82) + As din tớch tit din chu nộn ca sn u dm: B trớ sn ngay u dm As = tsbs (3 83) B trớ ụi sn kp v trớ gn u dm As = 2tsb0s (3. 84) 59 Lờ Vn Phc Nhõn H Bỏch Khoa TPHCM 3. 8 CHI TIT U DM + Aw1 phn din tớch bn bng cựng tham gia chu lc vi sn u dm Khi sn b trớ ngay u dm 2 Aw1 = c1 t w = 0.65t w E f (3. 85) Khi sn b trớ . thay đổi: + Cân bằng (3. 30) hoặc (3. 31) với (3. 33) , xác định được b 1f + Chọn b 1f : b 1f ≥ 180 b 1f ≥ b f /2 b 1f ≥ h/10 (3. 32) (3. 33) ú ú û ù ê ê ë é ++= 412 1 2 12 1 2 11 33 1 f ffffwwx h btbthtI 2 1 1 h I W x x = Lê. bằng (3. 36) và (3. 37), xác định được x 1 (3. 35) (3. 36) ú ú û ù ê ê ë é ++= 412 1 2 12 1 2 1 33 11 f ffffwwx h btbthtI 2 1 1 h I W x x = f x qx ql f M W cc yc x gg 22 2 1 1 1 1 1 - == (3. 37) Lê. 1 DẦM THÉP 3. 1 Đại cương 3. 2 Dầm định hình 3. 3 Dầm tổ hợp 3. 4 Ổn định tổng thể 3. 5 Ổn định cục bộ 3. 6 Nối dầm 3. 7 Liên kết cánh và bụng dầm 3. 8 Chi tiết đầu dầm 3. 9 Dầm có lỗ 3. 10 Dầm có tiết