Bài giảng Kết cấu thép

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KẾT CẤU CƠNG TRÌNH Bài giảng KẾT CẤU THÉP CEI496 Hà Nội- 3/2020 5/18/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơng trình – Bộ mơn kết cấu cơng trình KẾT CẤU THÉP Bộ mơn kết cấu cơng trình P418 – A1 Giảng viên: TS Khúc Hồng Vân Email: van.kcct@tlu.edu.vn NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thép Chương 2: Liên kết hàn Chương 3: Liên kết bu lông Chương 4: Dầm thép Chương 5: Cột thép Chương 6: Giàn thép 5/18/2020 GIÁO TRÌNH & TÀI LIỆU ‐ THAM KHẢO ‐ Kết cấu thép ‐ tiêu chuẩn thiết kế :  TCVN 5575‐2012 #000023129 Giáo trình chính  #000000820 THƠNG TIN VỀ MƠN HỌC Là mơn sở gắn với chuyên môn Là môn mà BM phụ trách Kết cấu bê tông cốt thép CEI – 485 Kết cấu thép CEI – 496/ Đồ án kết cấu thép CEI – 497 Tin học ứng dụng kỹ thuật cơng trình AICE - 417 Cách tính điểm : Điểm QTrình 30%, Thi 70% Điểm trình = 30% (Điểm Ktra, Bài tập , Số buổi lên lớp) Điểm thi Thi: 70% ( Thi mở sách 90%) 5/18/2020 MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC Nắm phương pháp tính tốn kết cấu thép Tính tốn thiết kế KC : Dầm, Dàn, Cột, liên kết phân tố… Tính tốn thiết kế sản phẩm chun mơn: Cửa van, KCT máy trục, khung nhà công nghiệp CẤU TRÚC CỦA MÔN HỌC Kết cấu thép (3 phần) Kc Liên kết Liên kết hàn Liên kết bu lông KếT cấu Dầm thép Cột thép Dàn thép Kt Cu Thộp I chuyên môn Cửa van (Thuỷ lợi) Cầu thép (GTVT) Nhà công nghiệp (XDDD) Kt Cu Thộp II 5/18/2020 NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thép Chương 2: Liên kết hàn Chương 3: Liên kết bu lông Chương 4: Dầm thép Chương 5: Cột thép Chương 6: Giàn thép Chơng I Cơ sở tính toán kết cấu thép I MỞ ĐẦU Ứng dụng KCT + Trong XD Nhà công nghiệp, nhà nhịp lớn, khung nhà nhiều tầng, tháp truyền hỡnh, cột điện, bể chứa dầu, bể chứa khÝ, giµn khoan + Trong giao thơng : cầu, tàu… + Trong thy li: Cửa van, thiết bị đóng mở, đờng ống dẫn nớc vào nhà máy thy in, khung nhà máy thủy điện, trạm bơm, dầm cầu trục, lới chắn rác, phai chắn nớc 5/18/2020 Thỏp Eiffel – 324m (1889) Tháp Quảng Châu 600m (2010) Tháp Tokyo-skytree - 634m (2012) KẾT CẤU THÉP TRONG GIAO THƠNG Cầu sơng Trường Giang Thơng, 2019 11km, nhịp vịm 1092m Cầu Cổng vàng – Mỹ, 1937 Nhịp 1280m Sydney harbour bridge, 1932 1149m, nhịp vòm 503m Cầu cảng Dương Tử- Vũ Hán, 2019 Cầu Chương dương Nhịp 1700m 5/18/2020 Cầu vượt HP 276.6m, Nhịp vòm 100m Cầu Đơng Trù, HN, 2014 dài 1140m, Nhịp 120m Cầu thép hộp bê tơng liên hợp Cầu Hồng Văn Thụ, HP, 2019 dài 11385m, Nhịp vịm 200m 11 CƠNG NGHIỆP ĐĨNG TÀU CN đóng tàu VINASIN 12 5/18/2020 KẾT CẤU THÉP TRONG THỦY LỢI Chi tiết mô hình cửa van cung 13 Chế tạo van cung Lai Châu 14,5 x20,5m Sông Ba Hạ 15 x17m Cửa van phẳng hai dầm 14 5/18/2020 ChiỊu dµi cµng van: 237m ChiỊu cao lín nhÊt: 20m Thép ống có đường kính 1,8m Cưa van Maeslandt kering – Hµ Lan Cửa van nhịp lớn Video hệ thống cống ĐBSCL 15 16 5/18/2020 Ưu điểm • KÕt cÊu vững Vật liệu thép có cờng độ lớn, ng nhất, đẳng hớng ã Kết cấu tơng đối nhẹ ??? ánh gi¸ b»ng tû sè: c   R ThÐp 3,7 Gỗ 5,4 BT 24 Ví dụ: Một cửa van phẳng b»ng thÐp kÝch thưíc 4x5m nỈng tÊn, cửa van kích thớc tơng tự bê tông nặng 32 tấn! ã Tính công nghiệp hoá cao: Thi công nhanh ã Tính động vận chuyển, lắp ráp ã Tính kín : không thấm nớc ã Tính thẩm mỹ cao 17 Nhược điểm + Dễ bị ăn mòn, han rỉ → Quản lý tốn + Tính chịu lửa kém Hiện tượng từ biến Sự cố 11/9 trung tâm thương mại giới (WTC), Mỹ 18 5/18/2020 Ví dụ • Kiểm tra ổn định cột chịu nén lệch tâm, có chiều dài tính tốn Lox=12,12m; Loy=2,5m Tiết diện cột làm thép  No36 Nội lực tính tốn N=380kN; M=72,08kNm, điểm đặt lực lệch tâm nằm trục y • Vật liệu thép CT3 có R=2100daN/cm2; m=1 • Đặc trưng hình học thép chữ  No36 • F=61,9cm2; Wx=743cm3; rx=14,7cm; ry=2,89cm Ngoài MP Uốn MP Uốn? 37 Kiểm tra ổn định MP uốn x-x x  lox 12,12 10   82, 45 rx 14,7 Bảng 5.9 (4)=1,45-0,003x=1,2 m1   mx   ex x  Mx F N Wx(  ) 72,08 102 61,9  1,9 m1  1,  380 743  N x lt F F=61,9cm2; Wx=743cm3; rx=14,7cm; ry=2,89cm xlt=??? 1.75 80 0.374 82.45 90 0.348 380 102   lt   1729, 28  2100daN / cm x F 0,355  61,9 1.9 0.353 0.355 0.329 N ỔN ĐỊNH 19 5/18/2020 Kiểm tra ổn định MP uốn y-y  2,5 102 y    86,51 ry 2,89 loy y=0,723 N c y F  mR C=? Tra bảng 5.2, với y< c=100 (Thép CT3-Bảng 5.11) =1; =0,7 Theo 5-49, mx=m1/=1,9/1,2=1,58 c     0, 475   mx  0,7 1,58 N c  y  F  ỔN ĐỊNH 380 102  1787,56  2100daN / cm 0, 475  0,723  61,9 KL: Cột ổn định theo ngồi MP uốn N N Th¶o luận ? Chiều dài tính toán L L N N μ= μ= 0,5 L L μ=1 μ=0,7 ? 20 5/18/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Cơng trình – Bộ mơn kết cấu cơng trình KẾT CẤU THÉP Bộ mơn kết cấu cơng trình P418 – A1 Giảng viên: TS Khúc Hồng Vân Email: van.kcct@tlu.edu.vn NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Cơ sở thiết kế kết cấu thép Chương 2: Liên kết hàn Chương 3: Liên kết bu lông Chương 4: Dầm thép Chương 5: Cột thép Chương 6: Giàn thép 5/18/2020 Mở đầu KÕt cÊu rỗng, gồm thép hỡnh liên kết lại với nhờ mắt to thnh h bt bin hỡnh u điểm Ca van hai dm chớnh Chịu uốn tèt, l nhÞp lín, f nhỏ TiÕt kiƯm VL (thanh cú N) KC đa dạng thoả mÃn yc chịu lực kiến trúc Hỡnh ng thng gp ca gin thộp + Giàn tam giác: + Giàn cánh song song: + Gin hỡnh thang: + Giàn đa giác: + Giàn cánh cung: 5/18/2020 Giàn song song h Dễ chế tạo, l & mặt có hình dạng, kích thước Phân loại giàn? 5/18/2020 Các hình thức tiết diện giàn thường gặp f  Chän hình thøc tiết diƯn giµn: Tuú thuéc Tû sè lox / loy mµ chọn loại tiết diện cho x = y hỵp lý nhÊt b h X GhÐp bëi GhÐp cạnh thép góc ngắn thép góc ko ®Ịu c¹nh ®Ịu c¹nh b = 2h rx = 0,75ry b = 3h rx = 0,5 ry GhÐp bëi c¹nh ghÐp bëi dµi cđa thÐp thÐp chữ [ góc ko cạnh b = 1,33h r x = ry r x = ry 5/18/2020 X¸c định chiều dài tính toán A - - B Nếu mắt giàn khớp , chiều dài tính toán k/c tâm hai mắt giàn Thực tế mắt giàn liên kết đàn hồi nên chiều dài tính toán lo = l Vậy lấy bao nhiêu?  1,   0,5 Gi¶ sư AB ổn định A _ _ _ + + + B + Nó uốn quanh hai mắt giàn A B Do mắt có độ cứng nên kéo theo khác quay theo mắt Nhng đồng thời chống lại quay mắt giàn, chống lại mạnh kéo đến nhận xét: + Mắt nối với nhiều chịu kéo thỡ mắt khó quay + Mắt nối với nhiều chịu nén thỡ mắt dƠ quay 10 5/18/2020 Chiều dài tính tốn chịu nén Loại giàn Lo MP giàn Lo MP giàn Thanh cánh d1 Thanh bụng 0,8do Thanh bụng đầu giàn do • do: khoảng cách mắt giàn • d1: khoảng cách điểm cố định theo phương ngang (phụ thuộc hệ giằng) 11 Ví dụ: Xác định chiều dài tính toán ? X Thanh bụng 1-4 Y L1-3 Trong mặt phẳng x L 0,8 l1 Trong mặt phẳng y L1y4 l14 14 x Thanh cánh thượng 1-2 L1x2  l12 ; L1y2 l13 Thảo luận: Nếu bỏ 2-4 xđ chiều dài tính toán 1-3 ? L1x3 L1y3 l13 12 5/18/2020 Xác định chiều dài tính tốn của thanh cánh trên của hệ giàn ? Lox=??? Loy=??? Lox=280cm Loy=560cm Lox=Loy =250cm Tính tốn giàn a) Thanh chịu kéo Fyc N R -Kết cấu hàn =1 - Kết cấu đinh tán M hc chØ chịu uèn M>>N chịu nén lệch tâm nu M, N u ln o Kiểm tra lại tơng tự nh cột chịu nén lệch tâm: + Trong mặt phẳng uốn: + Ngoài mặt phẳng uốn: + Kiểm tra cưêng ®é:       N  mR  xlt F N C y F  mR N M   mR Fth Wth Vũ Thị Thu Thủy - Kết cấu cơng trình 22 11 5/18/2020 Tính toán thiết kế mắt giàn b/ a/ P   ∆N N2   e 10-15mm  N1 >15o Nguyên tắc ã Tất c đờng trục phai quy tụ điểm Hỡnh dạng mắt giàn nên chọn đơn gin độ dầy bn mắt tuỳ thuộc vào nội lực lớn nối vào mắt N (kN) < 200 200 – 500 500 – 750 759 – 1200  (mm) 10 12 14 b/  P a/   ∆N N2  (b) 23 e N1   (a) Liên kết bụng với mắt : tính nh liên kết thép hỡnh với thép (chơng II) N N  i Fh  i  hhlh Rgh Liên kết cánh với mắt??? ờng hàn (a) Xét cho trờng hợp Đưêng hµn chìm (b) 24 12 5/18/2020 a/ P  N N2 Trờng hợp hàn e N1 ờng hàn vừa chịu lực dọc N= N1 N2 lực cắt Q = P N   Q  max   2N  Q2 mRgh 25 Trờng hợp hàn chìm  N2 N2 ∆N  P  e N1 ờng hàn không chịu lực vỡ chất lợng ờng hàn vừa chịu lực cắt Q = P vừa chịu lực dọc N mô men M = ∆N e 2 h  N   Q //  M  max   N  ( Q   M )  mR g 26 13