Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Tính toán kết cấu khung thép thành mỏng tạo hình nguội nhà một tầng theo tiêu chuẩn AISI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TÍNH TOÁN KÉT CÁU KHUNG THÉP THÀNH MỎNG TẠO HINH NGUỘI NHÀ MOT TANG THEO TIÊU CHUAN AISI

LUẬN VAN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2020

BO GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

H TOÁN KET CÁU KHUNG THÉP THÀNH MONG TAO HINH NGUỘI NHÀ MOT TANG THEO TIÊU CHUAN AISI

“Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dung và công nghiệp. Mã số:

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC GS:T§ NGUYEN TIỀN CHUONG

HA NỘI, NĂM 2020.

LỜI CAM DOAN

Tác giá xin cam đoan đây lä công trình nghiên cứu độc lập của bản thân tác giả Các aqui nghiên cứu và các kế luận trong luận văn à trung thực, không sao chép từ bắt kỷ một nguồn nào và đưới bất kỹ hình thức nào Việc tham khảo các ngu tải liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tải liệu tham khảo đúng quy định.

“Tác giả luận van

Đoàn Văn Dũng

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, tác gia xin bày tò tỉnh cảm biết ơn chân thành tới Ban giám hiệu Trường dai

học Thủy Lợi đã quan tâm, to đ ác giả hoàn hình chương tinh đào 0, đồng thời xin chân thành cảm ơn tất cả các thấy cô trong Khoa Công tinh - Trường đại học Thủy Lợi vì những giúp đỡ, chỉ dẫn hữu ich trong quá trình học t ing như thời gian tiến hành luận văn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trong Bộ môn Xây dựng Dân dụng vàCông nghiệp — Trường đại học Thủy Lợi đã có những ý kiến quý báu cho bản thio của

'§ NGUYÊN TIEN CHƯƠNG đã tận tình

luận văn, Đặc biệt, tác giả xin cảm ơn Gìin và đưa ra ni

giúp đỡ, trực tiếp hướng ý kiến quý báu, cũng như tạo điều kiện

thuận lợi, cung cắp tài liệu và động viên trong suốt quá trình hoàn thành luận văn.

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các bạn đồng nghiệp, gia đình đã giúp đỡ, động

viên trong quá trình học tập, nghiên cứu vả thực hiện luận văn.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện Luận văn nhưng không thể tránh khỏi những thiểu sót, tác giả rất mong nhận được những ÿ kiến đóng góp quý báu của Quythấy cô và các đồng nghiệp.

“Tác giả luận văn

Đoàn Văn Dũng.

ii

4 Đổi tượng và phạm vi nghiền cứu

5 Cách tiếp cận và phương pháp nguyên cứu 6 Kết quả dự kiến đạt được

CHUONG 1, TONG QUAN NGUỘI

1.1 Giới thigu về kết cấu thép thành móng tạo hình nguội khoa học và thực tiễn của đề tài.

1.1.1, Khái niệm

1.1.2 Phạm vi áp dụng của kết cấu thép thành mỏng,1.1.3 Biện pháp thi công.

1.2 Ưu điểm, nhược điểm của kết cấu thép thành mỏng.

1.5.2 Xác định cường độ tính toán của thép sau khi dap nguội

CHUONG 2 CO SỞ TÍNH TOÁN KET CÂU THÉP THANH MONG TẠO HÌNH

NGUỘI THEO TIEU CHUAN AISI

2.1, Các đặc trưng cơ ban cấu kiện thành mỏng 2.1.1, Phần tử nén không được tăng cứng (u.c.e).

2.1.2 Phần tử nén cứng hoặc tăng cứng một phần (se)

2.1.3 Phin tử được tăng cứng nhiều lẫn (Multiple stiffened clement

2.1.4 Bê rộng phẳng (Flat width - w)

2.1.5 Ty ệ bể rộng phẳng và chiều diy (Flat Width-Thickness Ratio) 2.1.6 Chiễu rộng hiệu quả (Effective Design Width — b)

3.17 Chiều dây (9

2.1.8 Đặc trưng hình học của tết diện 2.19 Chị

22 Thị

rộng hiệu quảcủa phần tứ chịu nền ấu kiện chịu uốn

2.2.1 Cường độ chịu tốn

2.2.2 Cường độ chịu oằn bên do hiện tượng tốn ~ xoắn

2.2.3 Tính toán dim chịu cắt.

2.24 Tính toán dim chịu cắt vi tốn đồng thời 2.25 Tỉnh toán bụng dim bị ép đập

2.2.6 Tính toán bụng dim chịu ép dập kết hợp uốn.

2.3 Thiết kế cấu kiện chịu nén.

2.3.1 Sự on do tốn doe

2.3.2 Sự on do xoắn và uén xoắn

3.4 Thiết kế cấu kiện chịu uốn và chịu lực dọc trục.

2.41 Cấu kiện chịu kéo đúng tâm 3.42 Cấu kiện chịu kéo kết hợp tồn 2.4.3 Cấu kiện chịu nén đúng tâm 2.44 Cấu kiện chiu nén kết hợp tồn

3.5.2, Liên kết bu lông 602.5.3 Liên kết ví 63 Kết luận chương 2 65 CHUONG 3, ÁP DỤNG TÍNH TOÁN KHUNG MỘT TANG 66 3.1 Thông số của công trình và s liệu tin toán 66 311.1 Thông số của công trình 66

1 Kết luận Error! Bookmark not defined.

2 Kiến nghị Error! Bookmark not defined.

TAL LIEU THAM KHAO 100PHU LUC I 102PHU LUC 2 104PHU LỤC 3 nz

Hinh 2.4 So sánh P với Py, Py và P, đối với tiết điện hình mũ.

Tình 2.5 Các trường hợp phá hoại của liên kết bu lông.

13, Mô men do tổ hợp Combl tác dụng14, Mô men do tổ hợp Comb? tác dung15, Mô men do tổ hợp Combs tác dụng16, Mô men do tổ hợp Combs túc dụng

DANH MỤC BANG BII

Bảng PL 1 Nội lực tại chân cộtBảng PL 2 Nội lục t

Bang PL 3 Nội lực trên xà mái

vil

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆ

Ma Cường độ bền chịu nén uốnMau: Cường độ ben chịu kéo uốnR,Cường độ danh nghĩa

P Lực đọc trục

P- Cường độ chịu nén danh định

P- Lực nền đọc trục xác định với tải trong cổ hệ số Pex Lực doc tới hạn Euler

Pay Khả năng chịu cắt của tim thếp R Ban kính góc tốn phía trong

Se Mômen kháng uén với biên chịu nén SuMOmen kháng uốn với biên chịu kéo, “Ta Cường độ chịu cắt danh định

'V,Lực cắt xác định với tải trọng có hệ số

be Chiều rộng hiiệu

by Chiều rộng bản cánh

hhy Chiều cao bản bung

6; Bán kính quán tính của tết điện đổi với trục x-xty Bán kính quán tinh của tiết diđối với tr yey

MỞ DAU

1 VỀ tính cắp thiết của để tài

Hiện này, ké cấu thép thành mỏng tạo bình nguội là loại kết edu đang bit đầu được sử đụng nhiễu ở nước ta Những sản phẩm thông dụng như xà g6, tim lợp mái, thanh giằng đã được sử dụng rất nhiễu trong các dang kết cấu như khung nhà một ting, khung nhà nhiều ting, hệ thống mái, khung zamil Nước ta cũng có rit nhiều xưởng sin xuất các cuộn thép tm 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 cầu thép ở nước ta trong những năm tới,

Kết cấu thép thành mỏng có nhiều ưa điểm hơn so với kết cấu thép thông thường Nhất là cho công trình chịu tải trọng nhỏ như nhà kho, nhà xướng không trục, nhà xe"Với wu điểm vượt trội của nó về thẩm mỹ, khả năng chịu lực cũng như sự tiết kiệm

vat liệu, trọng lượng nhẹ, thi công nhanh

Tuy nhiên, ở nước la iệc tính toán hit kế loi kết cấu này côn khả xa lạ với phần

lớn ky sứ Nhiề kỹ sư vẫn sử dụng ác iều chun thiết kế kế cầu thép cin nóng như

“TCVN 5575:2012 để tinh toán cho+ cầu thành mỏng Điều này lả hoàn toàn không đứng, Những ở nhiều nước rên thể giới việc xây dựng tiêu chuỗn, quy phạm thiết kế kết cầu thép thành mong đã có từ rất sớm và liên tục được cập nhật, hoàn thiện như:

Mỹ: là quốc g

Design of Cold Formed Stee! Structural Member ~ Quy định kỹ thuật về thiết kế cầu ia đầu tiên có Quy phạm năm 1946, mang tên “Specifications for the

kiện thép thành mồng tạo hình nguội của Viện Sit vi Thép Hoa Kỳ

Anh: Bộ tiêu chuẫn về kết cấu thép mang tên “BS 5950 Structural use of Steelwork in

Building — Kết ed

Practice for the Design of Cold Formed Sections - Quy phạm thiết kế thanh tạo hình. thép trong nhà", phần 5 của ấn phẩm năm 1991 có tên “Code of

“Châu Âu: Bộ tiêu chun của châu Âu về kết edu thép EN 1993, côn gọi la Eurocode 3,

chương 1-3 là mang tên “EN 1993-1-3 Design of Steel Structural: Cold Formed Thin

Gauge Member and Sheeting - Thiết ké kết cầu thép: cấu kiện và tắm thành mỏng tạohình nguội", hiện vẫn chưa đưa vào sử dụng

‘Ue: Quy phạm hiện hành của Úc mang tên “AS/NZS 4600:1996 - Cold-Formed Stee! Structures - Kết cầu thép tạo hình nguội

“Trong đó Mỹ có bộ quy phạm đồ sộ và hoàn chính mht, ích tham khảo cũng rt da

Chín vì vây, đề inh toán két cầu khung thép thành mong tạo hình nguội nhà

‘mot ting theo tiêu chuẩn AISI”, được đặt ra mang tính cắp thế, mặc dù luận văn

này mới chi nghiên cứu một phần trong kết cẫu thép thin méng về kết cầu khung và các cầu kiện cơ bản

2 Mục đích nghiên cứu

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

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ứng dụng của để tài sẽ góp phần vào sự phát triển ứng dụng thép thành mỏng tao hìnhnguội trong xây dựng ở Việt Nam,

4 bối tượng và phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Tính toán khung thép nhà một ting sử dụng thép thành mỏng

theo tiêu chuẩn AISI.

Đối tượng nghiên cứu: Khung thép thành mỗng tạo hình nguội nhà một ting.

5 Cách tiếp cận và phương pháp nguyên cứu.

Nghiên cứu Tiêu chuẩn AISI và tác tải liệu khác, xây dựng quy trình tính toán và ápdụng để tinh toán một công trình thực tế ở Việt Nam

6 Kết quả dự kiến đạt được

Ap dụng tiêu chuẩn AISI để tính toán kết cấu khung thép thành mỏng tạo hình nguội nhả một ting.

CHUONG 1 TONG QUAN VE KI

HINH NGUỘI.

CẤU THÉP THÀNH MONG TAO

1.1 Giới thiệu về kết cầu thép thành mỏng tạo hình nguậi

1.1.1 Khái nig

Khái niệm về kết cấu thép nhẹ thành mỏng bao gồm các hệ thống kết edu thép xây

dựng bằng thép thành mỏng có tiết điện được tạo hình bằng phương pháp gia công nguội (gia công ở nhiệt độ phông) như đập, cần hoặc nắn nguội Kết cấu thép thình

mỏng có trọng lượng nhẹ hơn kết cấu thép thông dụng Đó là giải pháp kỳ 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 ngiy nay được áp dụng vào kết cầu xây dựng, tạo nên một loại kết sấu mới só trong lượng giảm nhẹ

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

= Sử dụng các thanh thép tao hình nguội từ các tắm thép rit mỏng có độ dây từ 0,3 đến4mm

= Sử dụng các loi tết diện không có trong kết cu thông thường như tết diện chữ Z,

tiết điện chữ nhật, it diện tròn Nói chung tiết diện thanh thành mông da dạng hon rit

nhiều so với diện thép hình cần nóng thông thường do thanh cổ chiều diy mỏng nên dễ tạo hình Kết cấu sử dụng thanh thành mỏng có thé chọn được tiết điện tối ưu nnên rất tết kiệm vật liệu.

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

~ Sử dụng các phương pháp liên kết không dùng trong kết cầu thép thường.

(a) Tiết điện đơn (b) Tiết điện ghép

Hình 1.1 Một số dang tiết điện thép tạo hình nguội ding cho kết cấu khung 1.1.2 Phạm vi áp dụng cña kết cầu thép thành mong

Pham vi ứng dụng của kết cấu thép thành mỏng phụ thuộc vào các điều kiện cầu tạo (ché tạo, phòng gi các điễu kiện chịu lực (ti trọng, tính năng, vật liệu ), ác chỉ

tiêu kinh tế, điều kiện sử dụng và yêu cầu thẩm mi, Dựa vào đó có thể chia kết cấu

thép thành mồng thành hai phạm vi sử dụng chính:

= Nhóm 1 gồm các bộ phận kết cấu chịu lực làm hoàn toản 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 dân mái nha, dim sin nhà, các sấu kiện thứ yêu làm kết cầu bao che như xà gỗ, dim tường, xả gỗ rỗng, Khung nhà dân dung và công nghiệ dân mái không gian, vỏ mong Tuy nhiên, ết cầu thép thành mỏng không dùng cho các công tình ngoài tri, công trình cao như cật điện, cật vôtuyển điện, cầu.

= Nhóm 2 gồm các bộ phận và chỉ tết trang tí như khuôn cửa, cánh cửa, ông, cầu kiện tường bao che, vách ngăn di động, cầu thang, cửa trời, và các kết cấu tương tự Cúc cu kiện này được áp đụng trong các loi nhà dân đụng, nhà kho, nhà xưởng, nhà triển lãm, các công trình tháo lấp.

Sử dụng kết cấu thép thành méng giúp giảm nhẹ trọng lượng kết cấu, tết kiệm vật liệu

nhưng không đồng nghĩa với hiệu qua kinh tế hơn Tiết diện thanh thép đập nguội đất

hơn thép cin nhiễu vì phải dùng thép tim mong cin nóng và gia công dập nguội sou Do đó, dé sử dung hợp lý thép uỗn dập nguội, cần xem xét các yêu tổ:

Vige sản xuất kết edu thép thành mỏng được thực hiện với số lượng lớn, được dũng.kế

Tip lại cho nhiề ấu Giúp tiết kiệm kinh phí hơn nhiều so với sản xuất từng loại

4

tiết diện riêng lẻ, số lượng ít

— Giảm trọng lượng kết cấu thường làm tăng giá thành chế tạo Giảm giá thành c] bằng cách ding dây chuye và thiết bị hiện đại, cơ giới cao.

= Kết cấu thép nhẹ được lắp dựng nhanh và đễ dàng Các cấu kiện điễn hình có thé được vận chuyên và lưu kho ở dạng rất gọn, tin cho việc bốc xếp và lip dung

Hiện nay, các hãng sin xuất thép thành mỏng tạo hình nguội đu cổ ging chun hóa và điển hình hóa cao các loại tiết diện Một tiết diện thành mỏng có thé được áp cdụng cho nhiều loại công tình có công năng và sơ đồ kết cấu khác nhau Việc tiêu chuẩn hóa cao sẽ dẫn đến làm ting lượng thép, có những trường hợp mà vật liệu chưa lim việ 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 dang của tiết diện, dẫn đến

tăng số lượng sản xuất hàng loạt, chế tạo nhũng chỉ tết liên kết thống nhất, giảm công

chế biển và lắp dựng.

1.1.2.1 Một sé dạng khung kết cầu sử dụng thép thành mỏng tạo hình nguội

Khung kết cấu thép thanh thành mỏng làm bộ phận chịu lực chính thường dùng trong.

sác công tình một ting cin không gian thông thoáng như nhà xưởng, kho, phòng

trưng bảy 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 cầu thép thành mỏng làm bộ phận chịu

lực trong khung nhiều ting, cầu kiện thép thành mỏng thường kết hợp với bộ phận

chịu lực chính khác như cầu kiện bằng bê tông cốt thép hoặc thép cán nóng.

Kết cấu thép thành mỏng thường không sử dung cho nhà xưởng có tải trong 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 dang giản thép chịu tải trong lớn như giản cầu, giản cầu

Kết cấu thép thành mỏng thường có kiến trúc đẹp, nhe nhàng, thanh thoát hơn so với

khung thép sử dụng thép hình án nóng thông thường.

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

mua(2) Khung không có thanh ging (b) Khung có thanh giẳng (6) Khung có cột chống va thanh ging (4) Khung xà dang giản

(©) Khung có khung tựa 1) Khung công xôn Hình 1.2 Một số sơ đồ khung thếp bằng thanh thành mong

Sơ đồ như ở hình 1.2a, b thường sử dụng cho nhà xưởng, nhà kho v.v với nhịp trungbình và nhịp nhỏ, L.<20m.

Sơ đồ như ở hình 1.2c, d thường sử dung cho nhà xưởng, nhà kho v.v với nhịp lớn,

Sơ đồ như ở hình 1.2e thường sử dụng khi cần mở rộng làm khu để thiết bị, khu để xe,

hu nghĩ cho công nhân v.v

Sơ đồ như ở hình 1.2F thường sử dụng khi im bến chữ ga tiu, bus hoặc nhà để xe

1.1.2.2, Một số dang liên kết trong khung kế cầu thép thành mông

Do các cấu kiện trong khung kết cầu thành mong có chiều dày mỏng nên việc liên kết trong loại kết cấu này cũng rt khác so với kết cấu khung thép sử dụng thép hình cần

nồng thông thường:

— Thường sử dụng nhiều bulông với đường kính buléng không lớn.

Các nút liên kết đơn giản

Dưới diy là một số hình ảnh thực tế về nút én kết tong khung kết edu thép thành

mỏng:

(e) Liên kết cột - xả bằng kiểu (4) Liên kết cột - xà bằng kiểu

bản mã ôm "bản mã tip

(e) Liên kết thanh ging xa ~ cột (6 Liên kết thanh giằng xã - xà

Mình 1.3 Một số dạng liên kết trong khung thép bằng thanh thành mỏng 1.1.2.3 Giảng trong khung kết cấu thép thành mỏng

Cũng như các loại kết cấu chiu lực thông thường, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội yêu cầu giẳng giữ trong khi thi công và khi sử dụng là đặc biệt quan trọng, do

nguôi có độ mảnh rất lớn nên vấn đi kết cấu sử dụng thép thành mông to i

định phải đặc bigt chú trong

Hẳu hết các khung kết cấu thép thành mỏng đều có sử dụng giẳng trong mặt phẳng khung ngang va ging đọc nhà.

Giling có thể bing các thanh đơn lắp dựng tại hiện trường hoặc có thể kết hop với tường là các tắm panct lắp rip sin bằng các thép thinh mỏng, chẳng được vận chuyển đến hiện trường và lắp rip vào khung ngang.

Một số trường hợp thanh giảng dọc mái vừa kim công tác giằng vừa làm xà gồ dé đỡ kết cấu mãi che bên trên, cũng có trường hợp ging doc cột vừa kim giẳng dọc nhà vừa làm sườn tường đẻ lắp các kết cấu bao che.

“Trong quá tình tỉ công cũng sử dụng nhiều loại thanh giing và chống khác nhau, sau

khi thi công lắp dựng xong mới được tháo bỏ.

Dưới đây là một số hình anh thực tế các kiểu giằng trong khung kết cấu thép thành.

1.1.3 Biện pháp thi cong

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

Có thể lắp dựng sẵn một số cấu kiện với nhau hoặc cả một khung ngang tại hiện trường sau đ cầu vào vị trí lắp đụng, và chúng được liên kết vào bản mã chân cột

~ Có thể lắp đựng cả một tắm mái lớn tại hiện trường sau đó cầu lên và lắp dựng vào vị tí mất

— Tỉnh chỉnh xác cao trong lip dựng khung nhà bing cách sử dụng nhiều thiết bị và máy móc chính xác, do thanh có chiều dày mong lên lực xiết phải đảm bảo chính xác nếu không sẽ gây ra méo thanh.

Dui dy la hình ảnh một số biện pháp thi công khung kết cầu thép thành mỏng:

Hình 1.5 Một số biện pháp thi công khung thép bằng thanh thành möng,

1.2 Ưu điểm, nhược điểm của kết cấu thép thành mỏng

So với két cấu thép thông thường, két cầu thép thành mỏng tạo hình nguôi có một loạt những tụ điễm và nhược điểm sau

1.2.1 Uu điểm

~ Giảm lượng thép từ (25+50)#: v8 lý thuyết cổ thể giảm nhiễu hơn nữa nhưng sẽ kèm theo khó khăn tốn kém về chế tạo va không còn kinh tế nữa.

= Đặc trưng chị lực của tiết diện là có lợi, do sự phân bổ vật liga hợp lý, nhất là khi dùng tiết diện

= Việc th công lắp dựng đơn giản và nhanh chồng Giảm thời gian chế tạo và lip rép tới 30% đối với kết cấu mái nhà Còn đối với các câu kiện có thanh và nút điền hình hóa như đàn mái không gian th thời gian còn giảm nhỉ

~ Hình ding tiết điện được tay chọn tự do, da dang theo yéu cầu DE ding snxất số

lượng lớn.

= Tiế kiệm chỉ phí vận chuyển, cầu lắp

= Tạo vẽ đẹp kết cầu, bt ch lắp để ting diện tích ấy ảnh sing 1.2.2, Nhược diém

= Thường chỉ ding cho kết cầu khung nhà thấp ting từ 1 đến 2 ting (nhà kho, nhà

xưởng V.Y ).

— Giá thành thép tốn nguội cao hơn thép cần nóng.

= Chỉ phí phòng gi cao hơn, vì bé mat của tiết điện thép lớn hơn nên điện tích phủ bảo hon,

vận chuyển, bốc xếp, lắp dựng tuy nhanh chóng nhưng đòi hỏi những biệnháp và phương tiện ing vì cầu kiện để bị hư hại

— Việc thiết kế khó khăn vì sự làm việc phức tạp của cầu kiện Tiết diện cầu kiện được chon lựa tự do nên không có bảng tính toán sẵn.

1.3 Vật liệu dùng trong kết cầu thép thành mồng tgo hình nguội

1.3.1 Đặc tính của thép hình nguậi

“Thuộc tinh của vật liệu đồng vai trò quan trọng trong quá trình làm việc của cấu kiện

được tạo hình nguội Vì vậy, trước khi tính toán cầu kiện, cần nghiền cứu các đặc tính

riêng của cấu kiđược tạo hình nguội, các ảnh hưởng của phương pháp gia công nguội đến cường độ tính toán và áp dụng vào quá trình tỉnh toán cấu kiện Thuộc tinh 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 ché tạo tết diện cấu kiện được tạo hình nguội có thé dùng loại thép ciicbon thấp loại tương đương với CT3 (Nga), CT3§, CT42 (Việt Nam), cổ giới hạn

chảy khoảng (220+260)N/mm°, Có thé dùng thép hop kim thấp tương đương với

09M 14Mn có giới hạn chảy (340+390)N/mm? Các loại thép này đều tương đốinêm déo, có độ dn dài cao (22-26)%, chịu được thứ nghiệm uốn sập nguội.

Nhu đã biết, biểu đồ quan hệ ứng suất - biển dang của thép có hai dạng đường cong.

Một dạng có cường độ chảy rõ nét và một dạng có cường độ chảy không rõ nét, Vật liệu

dùng cho kết cầu cán nóng thưởng có đường cong với cường độ chảy rõ nét còn vật liệucdùng cho thép tạo hình nguội thường có đường cong với giới hạn chảy không rõ nét

Đổi với thép kí thông thường, cường độ chảy là ứng suất ứng với hềm chay trên biểu đồ quan hệ ứng suất - biển dạng, Đối với thép ạo hình nguội do không có themchảy rõ ring nên cường độ chảy được xác định theo một trong hai cách sau

— Theo phương pháp “offset”, cường độ chảy dược lấy ứng với đường xiên song song với đường ứng suất - biển dang ở giai đoạn đàn hồi, cắt trục biển dạng ở điểm có biển dang dire = 02%.

— Theo phương pháp tải trong chưa đủ, cường độ chảy lẫy tương ứng với biến dạng due=05%,

Médun din 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, Möđun đàn hồi của các loại thép tạo hình

nguội lấy như nhau, E = 20.10* Nimm? Môd tiếp tuyến Ey được xée định bằng tang

12

của góc giữa đường ứng suất biển dạng và trục nằm ngang tại mỗi điểm Với thép tạo

7cho tới ứng suất tỉ

08.10° Nimm?

hình nguội không có giới hạn chảy rõ và giảm đikhi ứng suất lớn hơn Môđun kháng cắt, G = E/2(1*)

Tinh đềo được hiễu li khả năng của vật liệu có th chịu được biến dang do mà không

xuất hiện vết nứt Tính dẻo không cin thiết cho quá trình tạo hình nguội nhưng cần

cho sự phân bổ ứng suất tong edu kiện và liên kết khí có sự tập trung ứng suất Theo

‘guy phạm AISI, để đảm bao tính đèo cần thiết, thép dùng cho các bộ phận kết cầu và

liên kết phải đảm bao hai điều kiện là tỷ lệ cường độ bền trên cường độ chảy F„/F, >

1,08 và biến dang tương đối e > 10% với chiều dải mẫu chuẩn 50.8mm Tỉnh déo cho

thép tạo hình nguội phải phủ hợp với dạng ứng dụng và khả năng thích ứng của vật

liệu, Gi trị quy định cho cúc kết cấu chịu lực cổ thể không cho các kết cầu bao che

Kha năng hàn được hiểu là khả năng của vật liệu đáp ứng các yêu cầu về han, không bị nứt, dễ ign kết đáp ứng các yêu cầu về chế tạo mà không gặp khó khăn gi Điều này phy thuộc chủ yéu vào thành phần hóa học của vật liệu va công nghệ han sử dụng Tắt

cả các vật liệu được quy định trong quy phạm AISI đều đáp ứng các yêu cầu.

cđêo và khả năng han.

13.2 phing gỉ

Việc phòng gi cho kết cầu thép nhẹ thinh mỏng là cực kỳ quan trong, hơn nhiề so với sét cấu thép thường Kết cấu thép thành mỏng không được bảo vệ tốt sẽ phí hủy nhanh chống theo thời gian, ảnh hướng nghiêm trọng đến kết cầu

1.3.2.1 Hiện tượng gỉ

Khái niệm về sự gỉ của kim loại chủ yếu là hiện tượng ăn môn 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, 6 chưa các hợp chất Khícacbonie, Dòng điện xuất hiện, cực dương bị tan tong chất điện phân Hiệu điện thểgiữa các cực cing lớn, đồng điện cing mạnh và sự ăn mồn điễn ra nhanh chồng

1.3.22 Các biện pháp phòng gia, Biện pháp cấu tạo khi thết kế

= Chọn ding loại tất điện chống ăn môn cao: cao nhất là ết diện ống, khả năng chống ăn min cao ti 2 lần so với tết din thép góc, Dim tiết diện hp chẳng ăn mòn tốthơn dim tế diện chữ L

Tiết diện bụng đặc chống ăn min tốt hơn tiết diện bụng rồng.

— Ap dụng nguyễn ắc tập trung vật liệu tăng bước kế cấu én để làm tết điện cu kiện lớn hơn thành diy hon, Dưa khả năng chống ăn mòn tốt hơn, giảm lượng som bao

~ Dùng loại vit liệu chống gi cao, hoặc thép hợp kim thấp,

Đưa các giải pháp cầu tạo để cầu hiện không tích bụi, dm, tạo các lỗ thoát hơi nước.

~ Chủ ÿ tránh để kết cấu tiếp thành mồng tip xúc với vt liu xây dụng có chữa thạchcao, clorua magie, xi than.

», Ding lớp sơn bảo vệ

Có thể nổi: Sơn là lớp bảo vệ ré nhất và dB áp dụng nhất Kỹ thuật sơn cho kết cấu

thành mỏng không khác gi so với kết cầu thép thường, phương pháp sơn như sau:

— Lâm sạch bé mặt kết cấu cho hết lớp gi, oxyt, dẫu mỡ bằng bản chai sắt, búa hơi, phun cát, ngọn lửa hin,

~ Sơn lót bằng hỗn hợp minium 60% và oxyt sắt 40%.

— Son mặt bảo vệ cho sơn lồt và tạo màu.

Đối với cấu kiện không thể sơn lại được, sau khi lắp dựng phải dùng phương pháp bio vệ cao hơn như sơn lót hai lẫn, sơn bảo vệ hai lần.

Kết cấu thép thành mông hiện đại phần lớn là dùng biện pháp mạ Phương pháp mạ phổ thông là mạ kẽm nhúng nóng hoặc phun lớp kẽm phù Việc mạ kẽm có thể thực hiện ngay từ cuộn théo tắm mỏng hoặc thực hiện sau khi kết cấu dan hoàn than Việc phun thực hiện sau khi kết cấu đã lắp đặt xong, hình dạng kết cấu có thé tùy ý Bề

ngoài lớp mạ và lớp phun thường có thêm lớp sơn bảo vệ nữa.

14 Công nghệ chế tạo thép thành mong

Ding phương pháp gia công nguội để chế tạo cầu kiện thành mỏng mà không thể dũng

phương pháp cán nóng Cấu kiện này có bề mặt nhẫn, có thé quét ngay sơn bao vệ lên,

cường độ thép cũng được tăng lên.

~ Các phương pháp chế tạo bao gồm: + Gấp bằng máy gấp mép.

+ Đập khuôn bằng máy ép

+ Cânén tục1.4.1 Máy đập mép

‘Than máy gồm hai thớt, thớt dưới gắn thước tạo hình bên dưới, thớt trên cổ định gắn thước tạo hình bên trên và kẹp chặt bản thép Thớt đưới đi lên, gắp mép và tạo góc cho "bản thép Thay đổi thước tạo hình thi 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, nhiễu thao tác

- Độ chính xác kếm

~ Chỉ gập được bản thép day không quá 3mm, chiều dai thanh không quá 6m,

15

"uy nhiên u điểm của phương pháp này là giá thiết bị rẻ, dễ trang bị Có th tạo nhiều hình dạng nhờ việc thay đổi đễ dàng thước tạo hình Công nghệ nay thích hợp với việc sản xuất quy mô nhỏ, sản xuất nhiề loại hình dang khác nhan.

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

Hình 1.1 Máy gập mép.

1 — Dim gip đặt dưới 2- Vit chỉnh thước gấp 3: Đối trọng 4- Dim tạo hình 5- Bánh xe di chuyển dim để áp bản thp, 6< Thước tạo hình dưới.

7- Thước tạo hình trên 8 Dim ép 9 Bản thp 10- BG chặn 1.42 Máy áp khuôn

La loại máy ding cho diy chuyển sản xuất hàng loạt nhỏ Máy gồm có thân máy, bản máy, dim ép Khuôn cối tao hình đặt trên bản máy Dim ép ở bên trên đi xuống, có gắn chảy tạo hình Lực ép từ 40 đến 150 tấn, ép trên toàn bộ chiều dải thanh

Phương pháp này có th tạo được thanh dài tới 6m, rộng 250-500mm, dày tối 16mm,

Bằng cách di chuyển dài thép theo chi dải, có th lim được thanh di đền lầm Tuy

nhiên có sai lệch về kích thước tiết diện và độ phẳng của mặt Để tạo ra một tiết diện

cũng mắt nhiễu công sức.

Ưu điểm của phương pháp này là thay th các khuôn tạo hình giá rẻ, có th tạo được

16

nhiều hình dang Có lợi khi sản xudy hàng loạt quy mô nhỏ, đặc biệt hay dùng để chế

Hình 1.2 Máy ép khuôn.1.4.3, Máy cán true lẫn

Diy là loại may ning suất cao nhất, đng ở các nhà máy uyện kim, nhà máy sản xuất ‘hang loạt quy mô lớn Máy gồm một dãy các trục cán, có hình dạng khác nhau Dai thếp đi qua các trục en, dẫn dẫn được thay đội hinh dạng Có thể cán được dit thép day từ 0,3 đến 18mm, rộng từ 20 đến 2000mm Tốc độ cán từ 10 đến 30 phút.

Loại máy này cô năng xuất cao, sử dụng it nhân công, mỗi năm có thé sản xuất hành triệu mét cấu kiện Tuy nhiên mỗi bộ trục cán chỉ ding cho mật loại tết diện, muốn t diện thi phải thay đổi trục en, thực tế là thay đổi cả một dây chuyển mới, do đồ mã 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 thinh mông sử đụng trong xây dựng Các may cin hiện đại được điều Khién theo chương trình, thao tác trên các dữ liệu truyền từ máy tính nên đảm bảo chính xác và

1

Hình L3 Dây chuyén máy ép tre lin 1.5, Ảnh hướng v8 cường độ cũa thép tạo hình nguội

1S.Sự tăng cứng khi đập ngui

Khi bị gia công nguội, thép cóén tượng cứng nguội, ting giới hạn chảy, tăng giới han ban, giảm độ giãn Xét trường hợp việc đập nguội một Lin quả gia đoạn chây, thép chuyển sang giai đoạn củng cố Lúc này, cấu trúc tinh thé thép biến đổi, thép trở thành một loại thép khác, cứng hơn Khi đập nguội nhiễu lần, thép bị cứng nguội nhiễu lần, cả ứng suất chảy và ứng suất bén đều tăng cao Nguyên nhân là khi bi gia công nguội, thép bị biến dang Chính sự bién dạng đó làm cho trong thép tồn tại ứng suất, gọi là

ứng suất dư Ứng suất dư luôn tự cân bằng rên toàn tiết điện Một ví dụ với thép CT3,

qua dập nguội, ứng suất chảy tng ln tới 50%, ứng sắt bén tang tới 35%,

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

1.5.2 Xác định cường độ tính toán của thép sau khi đập ngưộ

Việc có thể sử dụng cường độ tăng cao của thép tạo hình nguội trong tinh toán kết cầu 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 nễ thỏa mãn một số điều

Khi tạo hình nguội, cường độ chây của vật lều ti cc chỗ nốn cong lớn hơn cường độchảy ban đầu do hiện tượng cứng nguội Karman đã thiết lập công thức xác định

cường độ chiy ning cao ti cic góc

: aa

Trong đó:

Fye- cường độ chảy tại góc uốn, Nimm’;

Fy cường độ chảy ban đầu của thép chưa gia công, N/mm’: R bán kính góc uén phía trong, em:

t chiều đây, em:

B., m xác định theo công thức dưới đây:

A69 -0aI Bs.) —1,79 (12) F IG

m d3)

Fy - cường độ kéo cục hạn ban đầu của thép chưa gia công, N/mm;

Fy — như trong công thức (1.1),

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

#, +(1~€)E, d4)

“Trong đó;

E,¿ - cường độ chảy trung bình toàn tiết điện, Nim

F,„ - cường độ chảy tại góc uốn xác định như trên, N/mmÊ,

yr cường độ chảy trùng bình tại các phần phẳng (E,;= Fy), Nim?

€ tỉ lệ điện tích góc trên toàn bộ diện tích tiết diện,

Ảnh hưởng của tạo hình nguội làm tăng cường độ chảy của vật liệu có thé kể đến trongtính 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 thí nghiệm.

— Xết sự phát triển cường độ tại góc và cả phần phẳng Ding công thức (1.4) để xácđịnh cường độ chảy trung bình.

‘uy phạm Mỹ quy định chỉ áp dụng sự lãng cường độ cho cầu kiện chịu kéo, nên hoặctốn 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 nêu kể đến sự tăng giới hạn chảy ở các phần phẳng thi khả năng chịu mémen tăng (7241).

1.6, Phương pháp thiết kế

`VỀ phương pháp tinh hiện ti ở Việt Nam cũng chưa cổ tiêu chuẫn để tính toán kết cẩukết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội do chúng chưa được sử đụng phổ biến loại vật

liệu này trong xây dựng Nhung trong tương lai gần, với sự hội nhập ngày cảng sâu.

rng với thể giới trong lĩnh vực xây dụng, sự thâm nhập của các tập đoàn xây dựng lớn trên thể giới và Việt Nam, kết cấu thép thành mỏng sẽ ngày càng trở nên phỏ biển ở nước ta đội hỏi chúng ta công ph có tiêu chuẩn để nh ton lại kết cấu này

Hiện nay trên thé giới hầu hết các nước và khu vực phát triển đều có tiêu chuẳn tỉnh

+ 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 (A57

American Iron and Steel Institute) hiện có hai phương pháp thiết kế được áp dung là

20

phương pháp ứng sudt cho phép (ASD - Allowable Sirengsh Design) và phương pháp

ải trong và cường độ (LRFD - Load and Resistance Factor Design) Trong đỏ,phương pháp ứng suắt 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 LRED có đồng g6p rit lớn của giáo sơ Wei-Wen Yu, Ông là giám đốc trung tim về thép tạo hình nguội đại học Missouri-Rolla cũng các đồng nghiệp và dưới sự bảo trợ của hiệp

hội sắt thép Mỹ AISI [8]

Do phương pháp hệ số ti trong và cường độ rất gần với phương pháp trang thi giới hạn (Limit Stare Design) được sử đụng trong Tiêu chun thiết kế ké cấu thếp của Việt Nam nên dé tai tập trung vào nghiên cứu nguyên lý tính toán kết cấu thép tạo hình nguội theo phương pháp này và tham kháo chủ yếu trong cuốn, Cold-Formed StelDesign, phiên bản 3 của Wei-Wen Yu.

“Theo phương pháp hệ số tai wong và cường độ (gọi tắt là phương pháp LRED), khả

năng chịu lực của cầu kiện được kiểm tra theo điều kiện 4]

gR,>R,, as)

“Trong đó;

RG- cường độ yêu cầu do ti trọng tác dụng: R, = 2/0,

tác dụng của tải trọng (nội lực); = hệ số tải trong ứng với Q:

4R,- cường độ thiết kế;

Ry cường độ danh nghĩa;

© - hệ số chịu tải tương ứng với Ro,

O trên, cường độ thiết kế là khả năng chịu lực lớn nhất của edu kiện, kết cấu hay liên

ly bằng cường độ danh nghĩa Rạ nhân với hệ số chu lực ở.

a

Cường độ danh nghĩa Ry là tổng cường độ của cấu ki ju ki

ở một trang thái làm việc xác

định, được tính vớic đặc trưng hình học của(ign tích tết diện, mô đơnchống tốn, mô men quần tinh.) và các đặc trưng vậy liêu (giới hạn chảy và giới hạn bên),

lên các biển động bắt lợi của vật liệu, kích thước tiết diện v.v

Các giá trị hay ding của hệ số chịu lực ø

@ =0,9 với cấu kiện chịu kéo;

= 0,85 với cau kiện chịu nén,

Kết luận chương 1

"Với những phân tích ở trên ta thấy kết edu thép thanh thành mỏng đã được sử dụng rất

phổ biển ở các nước và khu vue phát triển trên thé 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 tinh toán kết cu kết cấu thép thành mỏng là cần thiết.

Nhiều nước trên thé giới đã có tiêu chuẩn, quy phạm tính toán kết nt thếp thành mỏng trong đó quy phạm Mỹ là quy phạm ra đời sém và hoàn chỉnh nhất Vì vậy, luận văn chọn phương pháp tính toán khung kết cấu thép thành mỏng và chỉ tiết liên kết ding trong khung loại này theo quy phạm My.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ TÍNH TOÁN KET CẤU THÉP THÀNH MONG

TAO HÌNH NGUỘI THEO TIÊU CHUAN AISI

2.1 Các đặc trưng cơ bản cấu kiện thành mỏng

2.11 Phần tử nén không được ting 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 bing sườn hay bằng phần từ khác Vi dụ như bản cảnh của tiết điện chữ C.

Hình 2.1, Phin từ nén không được tang cứng 2.1.2 Phần tử nén cứng hoặc tăng cứng một phần (s.c.e)

Một phần từ nén cứng hoặc tăng cimg một phần la 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 bai bản cánh

Hình 2.2, Phin tử nén cứng hoặc tăng cứng một phản

2

2.1.3, Phần từ được tăng cứng nhiều lần (Multiple stiffened element)

Phin tử nén được tăng cứng nhiề lẫn là phần ử nền ở giữa hai bản bung hoặc giữa bản bụng và một mép cứng được tăng cứng bằng các sườn trung gian song song với chiều nội lực Mỗi phần từ phẳng nằm giữa các stim được gọi là phần từ com.

Phin tử con

†Ttf— 1E

Hình 2.3 Phần tử nén được tăng cứng nhiề lần 2Bề rộng phẳng (Flat width - w)

Bề rộng phẳng (w) sử dụng trong kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội là b rộng

của phần phẳng của phần tử, không bao gồm các đoạn cong Bẻ rộng phẳng được do từ

cong hoặc đo tử tim của vậ liên kết (bu lông hay hin)

Tình 2.4 B rộng phẳng của phan tử nén cứng vả không được tăng cứng 2.1.5 Tỷ lệ bề rộng phẳng và chiều day (Flat Width-Thickness Ratio)

Ty lệ bề rộng phẳng và chiều dây là tỷ lệ chiều rộng phẳng của phần tử được đo đọc

trên mặt phẳng của nó với độ dây của nó,

2.1.6, Chiều rộng hiệu quả (Effective Design Width ~b)

Chiều rộng hiệu quả là chidu rộng được giảm bớt trong thiết kế để tính toần các đặc trung hình học của tiết diện khi xét đến độ in cục bộ Có nghĩa là khi tỷ lệ bé rộngmột bộ phận bản bị mắt én định Banphẳng và chiều đây của phần từ nền quả 16

phẳng khi đó được tinh chuyển vẻ bản có bé rộng b BE rộng này được coi như không

bị mắt én định, có thể chịu được ứng suất nén đạt đến giới hạn chảy.

2

2.18 Đặc trưng hình học của td điện

Do bề day của tiết điện 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 gin ding với độ chính xác là có thể chấp nhận được Tiết điện cầu kiện với ba dây lit được thay bằng đường thẳng di qua trục các phần tử, các phần tử được thay "bằng các đoạn thing hoặc cong Bé dày t coi như là đơn vị nên không có mặt trong các thức tính toán Sau khi tinh xong, các đặc trưng hình họcđược nhân với t để thành tị số thực Khi tính toán các đặc trưng hình học có thé bỏ qua các đại lượng bậc.

cao của t như t,t

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

2 7

Hình 2.5 Phương pháp đường trung bình dé xác định đặc trưng bình học của tiết diệncấu kiện được tạo hình nguội

2.1.9 Chiều rộng hiệu quả của phần tử chịu nến 2.1.9.1 Sự mắt dn định cục bộ

“Cấu kiện thếp tạo hình nguội gm phần từ là các tắm mỏng, khi chịu nén thường bi vénh ra ngoài mat phẳng uén gọi là hiện tượng mắt dn định cục bộ.

25

t4 Vw⁄

Hình 2.6, Sự mit dn định cục bộ.

(a) Cánh chịu nén; (b) Bung chịu nén.

Phương tình vi phân đường din hii của tắm chịu ứng suit nền đều theo một phương, (Hình 2.7) có dạng:

Theo lý thuyết biến dạng nhỏ, thêm vào các diéu kiện biên, Timoshenko đã giải phương trình trên và tìm được ứng suất tới han về én định cục bộ:

k - hệ số phụ thuộc điều kiện biên va trạng thai ứng suất (k = 4 với tắm 4 cạnh tựa khớp chịu nên đu),

‘Sau khi ứng suất đạt giá tị tới hạn Fy, tắm bj oẳn nhưng không bị phá hoại, vẫn còn

26

khả năng chịu lực thêm Tai trong đặt thêm vào sẽ gây ra sự phân bé lại ứng suất và cấu ki vẫn chịu được tải trọng Hiện tưởng nảy gọi là sự lam việc sau tới hạn vảduge áp dụng nhiều cho cầu kiện thành mồng,

Hình 2.7, Sự mắtổn định của tim chịu nên đều

Sau khi ứng suất đạt giá trị tới hạn, tắm bị ofin nhưng không bị phá hoại, vẫn còn khả năng chịu lực thêm Tải trong đặt thêm vào sẽ gây ra sự phân bổ lại ứng suất và cầu kiện vẫn chịu được tải trọng Hiện tường này gọi là sự làm việc sau tới hạn và được áp ‘dung nhiều cho cầu kiện thành méng.

Xét tắm có chiều rộng là w như hình 27, chịu ứng suất nén đều Khi ứng suit E, > Ea tắm bị oằn, phin ứng suất ở giữa sẽ chuyển sang hai cạnh và có giá tị lớn hơn Ea Sự tăng ứng suất ở hai cạnh sẽ tip tục cho đến khi dat đến cường độ chủy E, và tim bị

pha hay, Tam bị oằn có thé chuyển được thành tim có chiều rộng nhỏ hon là b sao cho.

ng suất tới hạn của tắm bằng E, Từ phương tỉnh (2.2) ta cỏ:

13(1=p°)(/t)ˆ a3)

“Chia phương trình (2.2) cho phương trình (2.3) thu được:

Phương trình này do Von Karman đề xuất năm 1932 ding dé tinh chiều rộng hữu hiệu ‘eta các phin tử tạo hình nguội.

27

2.1.9.3 Phan tử được tăng cứng chịu nén đền

ích thước, chế tạo va còn nhiều (Cau kiện thành mông thực tế có nhiều khuyết điểm về

ứng suất dư sau khi chế tạo Do đó phương trình (2.4) edn phải điều chính lại để xét các yế tổ rên, Qua nhiều thí nghiệm, công thức (2.4) đã được điều chính ại như sau

( A

bff 0.20 fe 2

v Ất sa Ất) 25)

Phương trình (2.5) cũng áp dung cho cả trường hợp ứng suắt nhỏ hơn cường độ chảy.

Thay cường độ chảy bằng ứng suất thiết kế Fra ta được phương trình dùng để tỉnh

chiều rộng hữu hiệu

Hình 28 Phin từ được tăng cứng chịu nền đều (a) Phin tir thực; (b) Phần tử hiệu quả Quy phạm Mỹ quy định cách xác định chiều rộng hiệu quả như sau:

b=pw en

chiều rộng hiệu qua được xác định:

Ø8)