LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ổn định của khung phẳng có nút cứng và liên kết nửa cứng” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong đề cương được ph[.]
LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ổn định khung phẳng có nút cứng liên kết nửa cứng” tác giả hoàn thành thời hạn quy định đảm bảo đầy đủ yêu cầu đề cương phê duyệt Trong trình thực hiện, nhờ giúp đỡ tận tình Giáo sư, Tiến sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi, tác giả hoàn thành luận văn Tác giả chân thành cảm ơn TS Vũ Hồng Hưng, Bộ mơn Kết cấu cơng trình Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội tận tình hướng dẫn giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, Cơ Sở - Đại học Thủy Lợi, thầy Khoa Cơng trình, Phịng Đào tạo Đại học Sau đại học tận tụy giảng dạy, truyền đạt kiến thức suốt trình học đại học cao học trường Tuy có cố gắng song thời gian có hạn, trình độ thân cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi tồn tại, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành thầy cô giáo, anh chị em bạn bè đồng nghiệp Tác giả mong muốn vấn đề tồn tác giả phát triển mức độ nghiên cứu sâu góp phần ứng dụng kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Lê Đình Cường LỜI CAM ĐOAN Tên tơi là: Lê Đình Cường Sinh ngày 22 tháng 01 năm 1990 Hiện công tác Ban Giáo viên chuyên môn – Cơ sở – Trường Đại học Thủy Lợi Học viên cao học khóa 21, lớp CH21C21 – Ngành Xây dựng cơng trình thủy – Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội Tôi xin cam đoan: Đề tài luận văn “Nghiên cứu ổn định khung phẳng có nút cứng liên kết nửa cứng” thầy giáo TS Vũ Hoàng Hưng hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước Khoa, Nhà trường trước pháp luật Hà Nội, ngày tháng Học viên Lê Đình Cường năm 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết Đề tài .1 Mục đích đề tài .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Nội dung cấu trúc luận văn 5.1 Nội dung luận văn 5.2 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA KHUNG PHẲNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 1.1 Phương trình ổn định .4 1.2 Tham số tải trọng tới hạn chiều dài tính tốn .5 1.2.1 Tải trọng tới hạn nén 1.2.2 Hệ số chiều dài tính tốn nén 1.3 Khái quát phương pháp phần tử hữu hạn giải theo chuyển vị 1.3.1 Ma trận độ cứng kết cấu 1.3.2 Quan hệ phản lực nút chuyển vị nút 1.3.3 Ma trận độ cứng phần tử có đầu liên kết ngàm đầu liên kết khớp 12 1.3.3.1 Phần tử k 1j 12 1.3.3.2 Phần tử k 2j 12 1.3.4 Ma trận độ cứng phần tử có hai đầu liên kết ngàm 13 1.3.5 Trường hợp đặc biệt .14 1.3.5.1 Ma trận độ cứng phần tử hai đầu liên kết ngàm bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc (P = 0) 14 1.3.5.2 Ma trận độ cứng phần tử đầu trái liên kết ngàm đầu phải liên kết khớp bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc (P = 0) 15 1.4 Kết luận 15 CHƯƠNG 2.ỔN ĐỊNH CỦA KHUNG PHẲNG CÓ LIÊN KẾT NỬA CỨNG .16 2.1 Khái quát liên kết nửa cứng-độ cứng nút mơ hình tính tốn 16 2.2 Ma trận độ cứng phần tử hai đầu có liên kết ngàm đàn hồi hệ tọa độ địa phương .17 2.2.1 Ma trận độ cứng phần tử hai đầu liên kết ngàm đàn hồi 17 2.2.1.1 Phần tử k 2j 19 2.2.1.2 Phần tử k 1j 20 2.2.2 Ma trần độ cứng phần tử hai đầu liên kết khác .22 2.2.2.1 Ma trận độ cứng phần tử có hai đầu liên kết ngàm 22 2.2.2.2 Ma trận độ cứng phần tử có liên kết ngàm bên trái liên kết khớp bên phải 22 2.2.2.3 Ma trận độ cứng phần tử hai đầu liên kết ngàm có xét đến độ mềm liên kết bỏ qua ảnh hưởng uốn dọc 23 2.3 Ví dụ số khung phẳng có liên kết nửa cứng 24 2.4 Tính tốn kiểm tra phần mềm SAP2000 .31 2.4.1 Trình tự xác định tải trọng tới hạn hệ phẳng phần mềm SAP2000 32 2.4.2 Xác định tải trọng tới hạn hệ phẳng .34 2.4.2.1 Xây dựng mơ hình tính toán 34 2.4.2.2 Khai thác kết tính tốn 36 2.5 Kết luận 38 CHƯƠNG 3.ỔN ĐỊNH CỦA KHUNG PHẲNG CÓ XÉT TỚI ĐỘ CỨNG CỦA NÚT 40 3.1 Khái quát kết cấu có nút cứng mơ hình tính tốn 40 3.2 Ma trận độ cứng phần tử có xét tới độ cứng nút hệ tọa độ địa phương 40 3.2.1 Ma trận độ cứng phần tử dầm hai đầu liên kết ngàm có xét độ cứng nút 40 3.2.1.1 Phần tử k 2j 41 3.2.1.2 Phần tử k 1j 42 3.2.2 Ma trận độ cứng phần tử đầu trái liên kết khớp đầu phải liên kết ngàm 43 3.2.3 Ma trận độ cứng phần tử hai đầu liên kết ngàm khơng có nút cứng 44 3.3 Ma trận độ cứng phần tử khơng kể uốn dọc có xét tới độ cứng nút hệ tọa độ địa phương 44 3.3.1 Phần tử dầm hai đầu liên kết ngàm 44 3.3.2 Phần tử dầm đầu trái liên kết khớp đầu phải liên kết ngàm 45 3.4 Ví dụ số khung phẳng có xét đến độ cứng nút .45 3.5 Tính tốn kiểm tra phần mềm SAP2000 .49 3.5.1 Khung phẳng tầng nhịp, chân liên kết ngàm 49 3.5.1.1 Xây dựng mơ hình tính tốn 49 3.5.1.2 Khai thác kết tính tốn 52 3.5.2 Khung phẳng tầng nhịp chân liên kết khớp .54 3.6 Kết luận 54 CHƯƠNG LẬP TRÌNH VÀ VÍ DỤ MINH HỌA BẰNG SỐ .55 4.1 Chương trình xác định lực tới hạn chiều dài tính tốn khung nhiều tầng nhiều nhịp có nút cứng liên kết nửa cứng 55 4.1.1 Lập trình ngơn ngữ Pascal .55 4.1.2 Kiểm tra lại kết phần mềm SAP2000 .63 4.1.2.1 Xây dựng mơ hình tính tốn 63 4.1.2.2 Khai thác kết tính tốn 66 4.2 Chương trình tính khung nhà cơng nghiệp tầng nhiều nhịp cột bậc có nút cứng liên kết nửa cứng .69 4.2.1 Lập trình ngôn ngữ Pascal .69 4.2.2 Kiểm tra lại kết phần mềm SAP2000 .74 4.2.2.1 Xây dựng mơ hình tính tốn 74 4.2.2.2 Khai thác kết tính tốn 77 4.3 Chương trình tính khung phẳng có nút cứng liên kết nửa cứng, đồng thời kết tính tốn lập bảng tra 79 4.3.1 Tính tốn lập bảng tra .79 4.3.2 Kiểm tra với phần mềm SAP2000 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 87 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mất ổn định thẳng chịu nén tâm 06 Hình 1.2 Quan hệ phản lực nút chuyển vị nút 09 Hình 1.3 Sơ đồ xác định k 1j 12 Hình 1.4 Sơ đồ xác định k 2j 13 Hình 2.1 Biến dạng phân tố 16 Hình 2.2 Mơ hình phần tử dầm có nút cứng liên kết mềm 17 Hình 2.3 Mơ hình phần tử dầm có liên kết mềm 17 Hình 2.4 Quan hệ phản lực nút chuyển vị nút có xét độ mềm liên kết 19 Hình 2.5 Sơ đồ xác định k 2j 19 Hình 2.6 Sơ đồ xác định k 1j 20 Hình 2.7 Sơ đồ khung 24 Hình 2.8 Hệ 25 Hình 2.9 Biểu đồ momen đơn vị chuyển vị góc xoay cưỡng Z =1 gây 26 Hình 2.10 Biểu đồ momen đơn vị chuyển vị góc xoay cưỡng Z =1 gây 26 Hình 2.11 Biểu đồ momen đơn vị chuyển vị thẳng cưỡng Z =1 gây 26 Hình 2.12 Định nghĩa trường hợp tải trọng 32 Hình 2.13 Số liệu trường hợp tải trọng - ổn định 32 Hình 2.14 Gán lệnh chia lưới phần tử nén 33 Hình 2.15 Hiển thi kết tính tốn 33 Hình 3.1 Sơ đồ tính tốn 39 Hình 3.2 Mơ hình phần tử dầm có nút cứng 40 Hình 3.3 Sơ đồ xác định k 2j 40 Hình 3.4 Sơ đồ xác định k 1j 41 Hình 4.1 Sơ đồ khung phẳng nhiều tầng nhiều nhịp 54 Hình 4.2 Sơ đồ khung nhà cơng nghiệp tầng nhiều nhịp 68 Hình 4.3 Sơ đồ khung phẳng hai tầng tầng 78 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Hệ số chiều dài tính tốn liên kết mềm vị trí khác 29 Bảng 2.2 Hệ số chiều dài tính toán liên kết mềm thay đổi 30 Bảng 3.1 Hệ số chiều dài tính tốn khung có xét độ cứng nút 47 Bảng 4.1 Hệ số chiều dài tính tốn khung nhiều tầng nhiều nhịp 61 Bảng 4.2 Hệ số chiều dài tính tốn khung nhà công nghiệp 72 Bảng 4.3 Hệ số chiều dài tính tốn 80 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài Ngày nay, cơng trình xây dựng dân dụng cơng nghiệp sử dụng kết cấu thép ngày phát triển rộng rãi Hầu hết kết cấu thép thiết kế thành cấu kiện rời chế tạo nhà máy Sau cấu kiện lắp ráp lại với liên kết hàn liên kết bu lơng Khi thiết kế kết cấu cốt thép ngồi việc đảm bảo điều kiện cường độ độ cứng cịn phải đảm bảo điều kiện ổn định (ổn định cục ổn định tổng thể) Nếu tải trọng tác dụng lên khung mà nhỏ tải trọng tới hạn khung kết cấu không bị ổn định tổng thể Trong thực tế liên kết ngàm khớp mà làm việc trạng thái nửa cứng, tức mức trung gian ngàm khớp, phải coi liên kết mềm phản ánh làm việc thực tế kết cấu Ngồi cấu kiện khung có tỷ số chiều dài chiều cao tiết diện nhỏ, coi phần tử kết tính tốn không phản ánh trạng thái chịu lực thực tế nó, nội dung luận văn đề cập tới hai vấn đề để nâng cao kết tính tốn Mục đích đề tài Lập trình xác định tải trọng khung phẳng nhiều tầng nhiều nhịp có xét tới độ cứng nút liên kết nửa cứng, trường hợp đặc biệt độ mềm liên kết k ≠ ta có liên kết nửa cứng, k = ta có liên kết ngàm, k = ∞ ta có liên kết khớp Lập bảng tính tốn tải trọng tới hạn hệ số chiều dài tính tốn vài khung thường gặp tính tốn cơng trình xây dựng thủy lợi khung hình thang kết cấu van cung xiên, khung tầng nhịp hay nhiều nhịp có cột bậc khung nhà cơng nghiệp, nhà máy thủy điện hay trạm bơm