Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 và AASHTO LRFD part 5 pptx

Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD (4.6) Đối với cột dài, tải trọng gây oằn tới hạn Euler Pcr thu nhân công thức 4.3 với As (4.7) Khi chia biểu thức 4.7 cho biểu thức 4.6, ta có cơng thức xác định đ ường cong cột đàn hồi Euler chuẩn (4.8) với c giới hạn độ mảnh cột (4.9) Đường cong cột Euler thềm chảy chuẩn biểu diễn đường hình 4.7 Đường cong chuyển tiếp đàn hồi thể Đường cong cột có xét đến giảm tải trọng oằn độ cong ban đầu l đường hình 4.7 Đường đường cong cường độ cột sử dụng tiêu chuẩn thiết kế Hình 4.7 Đường cong cột chuẩn với ảnh h ưởng khơng hồn hảo Đường cong cường độ cột phản ánh tổ hợp ứng xử đ àn hồi đàn hồi Sự oằn đàn hồi xảy cột có chiều d ài trung bình từ c = tới c = prop , với prop giới hạn độ mảnh cho ứng suất tới hạn Euler prop (công thức 4.4) Sự oằn đàn hồi xảy cho cột dài với c lớn so với prop Khi thay biểu thức 4.4 định nghĩa vào 4.8, ta thu http://www.ebook.edu.vn 73 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD hay (4.10) Giá trị prop phụ thuộc vào tương quan độ lớn ứng suất dư nén rc ứng suất chảy Fy Ví dụ, Fy = 345 MPa rc = 190 MPa cơng thức 4.10 cho kết prop = 1,49 Ứng suất dư lớn giới hạn độ mảnh mà xảy chuyển sang ổn định đàn hồi lớn Gần tất cột thiết kế thực tế làm việc cột có chiều dài trung bình q đàn hồi Ít gặp cột có độ mảnh đủ để làm việc cột dài đàn hồi, bị oằn tải trọng tới hạn Euler Sức kháng nén danh định Để tránh thức công t hức 4.9, giới hạn độ mảnh cột đ ược định nghĩa lại sau (4.11) Điểm chuyển tiếp oằn đ àn hồi oằn đàn hồi hay cột có chiều d ài trung bình cột dài xác định ứng với = 2,25 Đối với cột dài ( ≥ 2,25), cường độ danh định cột Pn cho (4.12) tải trọng oằn tới hạn Euler công thức 4.7 nhân với hệ số giảm 0,88 để xét đến độ cong ban đầu L/1500 Đối với cột dài trung bình ( < 2,25), cường độ danh định cột Pn xác định từ đường cong mơ đun tiếp tuyến có chuyển tiếp êm thuận Pn = Py đường cong oằn Euler Công thức cho đường cong chuyển tiếp (4.13) Các đường cong mô tả công thức 4.12 4.13 biểu diễn hình 4.8 ứng với c khơng phải để nguyên hình dạng đường cong biểu diễn trước hình 4.6 4.7 Bước cuối để xác định sức kháng nén cột l nhân sức kháng danh định Pn với hệ số sức kháng nén c lấy từ bảng 1.1, tức (4.14) http://www.ebook.edu.vn 74 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Hình 4.8 Đường cong cột thiết kế Tỷ số bề rộng/bề dày giới hạn Cường độ chịu nén cột d ài trung bình có sở đường cong mô đun tiếp tuyến thu từ thí nghiệm cột cơng son Một đ ường cong ứng suất-biến dạng điển hình cột cơng son cho hình 4.5 Vì cột cơng son ngắn nên khơng bị ổn định uốn Tuy nhiên, xảy ổn định cục vớ i hậu giảm khả chịu tải tỷ số bề rộng/bề dày chi tiết cột lớn Do vậy, độ mảnh phải thoả mãn (4.15) đó, k kệ số oằn lấy từ bảng 4.1, b bề rộng cho bảng 4.1 (mm) t bề dày ((mm) Các quy định cho bảng 4.1 đỡ dọc cạnh đỡ dọc hai cạnh minh hoạ hình 4.9 Tỷ số độ mảnh giới hạn Nếu cột mảnh, chúng có cường độ nhỏ không kinh tế Giới hạn kiến nghị cho cấu kiện chịu lực l cho cấu tạo VÍ DỤ 4.1 Tính cường độ chịu nén thiết kế cột W360 x 110 có chiều d ài 6100 mm hai đầu liên kết chốt Sử dụng thép cơng tr ình cấp 250 Các đặc trưng Tra từ AISC (1992): As = 14100 mm 2, d = 360 mm, tw = 11,4 mm, bf = 256 mm, tf = 19,9 mm, hc/tw = 25,3, rx = 153 mm, ry = 62,9 mm http://www.ebook.edu.vn 75 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Bài giải Tỷ số độ mảnh Giới hạn độ mảnh cột → cột có chiều dài trung bình Cường độ chịu nén thiết kế Hình 4.9 Các tỷ số bề rộng/bề dày giới hạn http://www.ebook.edu.vn 76 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Bảng 4.1 Các tỷ số bề rộng/bề dày giới hạn Các đỡ dọc theo cạnh Các biên cạnh chìa k 0,56 b Bề rộng nửa cánh mặt cắt I Bề rộng toàn cánh mặt cắt U Khoảng cách mép tự v đường bu lông đường hàn Chiều rộng toàn cánh thép góc chìa cặp thép góc đặt áp sát Thân thép cán T 0,75 Chiều cao toàn thép T Các chi tiết chìa khác 0,45 Chiều rộng tồn cánh thép góc chìa chống thép góc đ ơn chống thép góc kép đặt khơng áp sát Chiều rộng tồn phần chìa cho trường hợp khác Các đỡ dọc theo hai cạnh Các biên hình hộp đậy k 1,4 b Khoảng cách trống vách trừ bán kính góc bên biên mặt cắt hình hộp Khoảng cách trống đường hàn bu lông đậy cánh Các vách cấu kiện khác 1,49 Khoảng cách trống bi ên trừ bán kính cong vách dầm thép cán Khoảng cách trống gối đỡ mép cho trường hợp khác Các đậy có lỗ 1,86 Khoảng cách trống gối đỡ mép http://www.ebook.edu.vn 77 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Chương MẶT CẮT CHỮ I CHỊU UỐN Các mặt cắt I chịu uốn cấu kiện chịu tải trọng ngang vng góc với trục dọc chúng chủ yếu tổ hợp uốn cắt Trong hầu hết dầm cầu đ ược sử dụng, lực dọc trục thường nhỏ không xét đến Nếu lực dọc trục lớn đáng kể th ì mặt cắt ngang phải xem dầm cột Nếu tải trọng ngang l lệch tâm so với trọng tâm cắt mặt cắt ngang phải xét đến uốn xoắn kết hợp Nội dung chương giới hạn cho ứng xử thiết kế mặt cắt dầm I thẳng tuyệt đối thép cán thép tổ hợp nhà máy, đối xứng qua trục thẳng đứng mặt phẳng vách chủ yếu chịu uốn 5.1 Tổng quan Sức kháng uốn mặt cắt chữ I phụ thuộc lớn v độ ổn định cục nh tổng thể Nếu mặt cắt ổn định tải trọng lớn th ì mặt cắt I pháp triển sức kháng uốn từ mơ men kháng chảy My tới mô men kháng dẻo toàn phần Mp Nếu ổn định bị hạn chế ổn định cục hay ổn định tổng thể th ì sức kháng uốn nhỏ Mp và, ổn định nghiêm trọng, nhỏ My 5.1.1 Phân tích ứng suất mặt cắt thẳng góc dầm chịu uốn tuý Xét mặt cắt I đối xứng hai trục h ình 5.1, chịu uốn tuý vùng nhịp hai lực tập trung Giả thiết ổn định đ ược đảm bảo đường cong ứng suất-biến dạng thép đàn hồi-dẻo lý tưởng Khi tải trọng tăng lên, mặt cắt ngang phẳng trước biến dạng phẳng sau biến dạng (giả thuyết Béc nu li) biến dạng tăng thớ mặt cắt đạt (hình 5.1b) Mơ men uốn mà thớ bị chảy định nghĩa mô men chảy My Sự tăng tải trọng tiếp tục làm cho biến dạng quay tăng lên, đồng thời, ngày có nhiều thớ mặt cắt ngang bị chảy (h ình 5.1c) Tình giới hạn biến dạng tải trọng gây lớn đến mức to àn mặt cắt ngang coi đạt ứng suất chảy Fy (hình 5.1d) Lúc này, mặt cắt dẻo hoàn toàn mô men uốn tương ứng định nghĩa mô men dẻo Mp Bất kỳ gia tăng tải trọng n dẫn đến tăng biến dạng m không làm tăng sức kháng uốn Giới hạn mơ men thấy biểu đồ mơ men-độ cong lý tưởng hình 5.2 Độ cong xác định mức độ thay đổi biến dạng hay đ ơn giản độ nghiêng biểu đồ biến dạng, tức l (5.1) http://www.ebook.edu.vn 78 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Hình 5.1 Quá trình chảy chịu uốn (a) dầm giả n đơn chịu hai lực tập trung, (b) chảy đầu ti ên thớ cùng, (c) dẻo phần đàn hồi phần (d) dẻo tồn phần Hình 5.2 Ứng xử mơ men-độ cong lý tưởng hoá với c ứng biến khoảng cách c so với trục trung hồ Quan hệ mơ men-độ cong hình 5.2 có ba đoạn: đàn hồi, đàn hồi dẻo Đoạn đàn hồi thể chuyển tiếp êm thuận ứng xử đàn hồi ứng xử dẻo http://www.ebook.edu.vn 79 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD ngày có nhiều thớ mặt cắt ngang bị chảy Chiều d ài đoạn đáp ứng dẻo p so với đoạn đáp ứng đàn hồi y thước đo tính dẻo mặt cắt 5.1.2 Sự phân phối lại mô men Khi mô men dẻo Mp đạt tới mặt cắt, góc quay phụ xuất v khớp dẻo có mơ men khơng đổi Mp hình thành Khi khớp dẻo hình thành kết cấu tĩnh định, dầm giản đơn hình 5.1, cấu phá huỷ xuất phá hoại xảy Tuy nhiên, khớp dẻo hình thành kết cấu siêu tĩnh, phá hoại không xảy dầm tiếp tục chịu phần tải trọng bổ sung Sự tăng th êm tải trọng minh hoạ dầm cơng son có gối đỡ h ình 5.3a, dầm chịu tải trọng tập trung tăng theo bậc nhịp Giới hạn ứng xử đ àn hồi tải trọng gây mô men đầu ng àm dầm đạt tới My Tải trọng giới hạn Py gây mô men không đổi phân tích đàn hồi cho thấy hình 5.3b Hình 5.3 Sự phân phối lại mơ men dầm cơng son có gối đỡ (a) mơ men đ àn hồi, (b) mô men chảy (c) mô men lúc gãy c học http://www.ebook.edu.vn 80 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Sự tăng tiếp tục tải trọng làm hình thành khớp dẻo đầu ngàm Tuy nhiên, kết cấu khơng bị sập cấu chuyển động chưa hình thành Dầm có đầu ngàm trở thành dầm giản đơn với mô men biết Mp đầu Cơ cấu chuyển động chưa hình thành xuất khớp dẻo thứ hai vị trí có mơ men lớn thứ hai tác dụng tải trọng tập trung T ình biểu diễn hình 5.3c Khi giả thiết My = 0,9 Mp, tỷ số tải trọng phá hoại Pcp tải trọng gây chảy Py Cho ví dụ này, sức kháng tăng khoảng 25% so với tải trọng đ ược tính theo phân tích đàn hồi Tuy nhiên, để đạt điều này, khả quay phải xảy khớp dẻo ng àm để có phân phối lại mô men Một cách thức khác để thấy phân phối lại mơ men hình thành khớp dẻo so sánh mô men dương với mô men ân Đối với biểu đồ mô men đ àn hồi hình 5.3b, tỷ số , với biểu đồ mơ men phá hoại (h ình 5.3c) Điều rõ ràng mô men phân phối lại Nếu điều kiện chắn, tiêu chuẩn AASHTO LRFD 1998 cho phép giảm tối đa 10% mơ men âm thu đư ợc từ tính tốn đàn hồi Khi lấy mô men âm giảm đi, cân tĩnh học địi hỏi mơ men dương nhịp lân cận phải tăng l ên Trong trường hợp dầm cơng son có gối đỡ nh hình 5.3, mơ men âm Mneg giảm 10% thì, để đảm bảo cân bằng, mô men dương điều chỉnh nhịp phải tăng l ên 0,05 Mneg, tức Nếu hai đầu dầm liên tục tăng mơ men dương gấp đơi Sự phân phối lại mơ men xảy kết cấu si tĩnh đảm bảo ổn định khả quay xảy khớp dẻo đ ược hình thành sớm Điều tạo truyền mô men từ vị trí chịu ứng suất lớn tới vị trí có dự trữ c ường độ Kết http://www.ebook.edu.vn 81 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD khả chịu lực tăng lên dự đốn tốt tải trọng phá hoại thực tế kết cấu 5.1.3 Ổn định Vấn đề mấu chốt để phát triển sức kháng dẻo Mp ổn định có đảm bảo hay không mặt cắt ngang Nếu xảy ổn định tổng thể hay cục th ì Mp đạt Mất ổn định tổng thể xảy bi ên nén mặt cắt chịu uốn không đ ược đỡ ngang Một cánh nén không đ ược liên kết ngang làm việc cột có xu hướng oằn mặt phẳng điểm gối ngang Đồng thời, bi ên nén phần mặt cắt ngang dầm có bi ên kéo giữ thẳng, mặt cắt ngang bị xoắn chuyển vị ngang Ứng xử mơ tả hình 5.4 gọi ổn định xoắn ngang Hình 5.4 Mất ổn định xoắn ngang Mất ổn định cục tượng thép mỏng dầm bị biến dạng cục (lồi, lõm, cong, vênh) tác dụng ứng suất nén Mất ổn định cục xảy tỷ số bề rộng bề dày phần tử chịu nén l lớn Các giới hạn cho tỷ số giống giới hạn cho cột h ình 4.9 Nếu oằn xảy biên nén gọi ổn định cục biên Nếu oằn xảy vùng nén vách (sườn dầm) gọi ổn định cục vách đứng 5.1.4 Phân loại mặt cắt Mặt cắt ngang phân biệt chắc, không mảnh phụ thuộc vào tỷ số bề rộng/bề dày phận chịu nén v khoảng cách gối đỡ Mặt cắt mặt cắt phát triển mô men dẻo to àn phần Mp trước ổn định xoắn ngang ổn định cục bi ên hay vách xảy Mặt cắt khơng mặt cắt phát triển mô men hay lớn h ơn My nhỏ Mp, trước ổn định cục phận chịu nén n xảy Mặt cắt mảnh mặt cắt mà phận chịu nén mảnh đến mức chúng bị ổn http://www.ebook.edu.vn 82 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD định cục trước mô men đạt tới My Sự so sánh đáp ứng mô men -độ cong mặt cắt hình 5.5 cho thấy khác biệt ứng xử chúng Hình 5.5 Đáp ứng ba loại mặt cắt dầm Các mặt cắt phân chia thành mặt cắt liên hợp không liên hợp Một mặt cắt liên hợp mặt cắt mà tồn liên kết chống cắt thiết kế thoả đáng bê tơng dầm thép (hình 5.6) Một mặt cắt thép có b ê tông không liên kết với dầm thép coi mặt cắt khơng liên hợp Hình 5.6 Mặt cắt liên hợp Khi tồn liên kết chống cắt, bê tông dầm thép phối hợp với tạo sức kháng mô men uốn Trong vùng chịu mô men dương, bê tông chịu nén sức kháng uốn tăng lên nhiều Trong vùng chịu mô men âm, bê tông nằm vùng kéo cốt thép chịu kéo bổ sung cho sức kháng uốn dầm thép Sức kháng uốn mặt cắt li ên hợp tăng lên liên kết bê tông với dầm thép tạo gối đỡ ngang li ên tục cho biên nén dầm ngăn chặn ổn định xoắn ngang Vì ưu điểm này, Tiêu chuẩn thiết kế cầu AASHTO LRFD 1998 khuyến nghị rằng, điều kiện kỹ thuật cho phép, n ên cấu tạo kết cấu dầm liên hợp http://www.ebook.edu.vn 83 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD 5.1.5 Đặc trưng độ cứng Trong phân tích cấu kiện chịu uốn có mặt cắt khơng li ên hợp, xét đến đặc trưng độ cứng dầm thép Trong phân tích cấu kiện chịu uốn có mặt cắt li ên hợp, diện tích tính đổi bê tơng dùng tính tốn đ ặc trưng độ cứng xác định dựa tỷ số mô đun n (bảng 5.1) cho tải trọng ngắn hạn v 3n cho tải trọng dài hạn Tỷ số mô đun 3n để xét đến tăng biến dạng lớn từ biến b ê tông tải trọng dài hạn Từ biến bê tơng có khuynh hướng chuyển ứng suất dài hạn từ bê tông sang thép, làm tăng đ ộ cứng tương đối thép Phép nhân với n để xét đến tăng Độ cứng mặt cắt liên hợp toàn phần sử dụng tồn chiều dài cầu, kể vùng chịu mô men âm Độ cứng không đổi n ày hợp lý thuận tiện thí nghiệm ngồi trường cầu liên hợp liên tục cho thấy, có hiệu ứng liên hợp đáng kể vùng chịu mô men âm Bảng 5.1 Tỷ số mô đun đàn hồi thép bê tông (bê tơng có tỷ trọng thơng thường) n 5.2 10 Các trạng thái giới hạn 5.2.1 Trạng thái giới hạn cường độ Đối với mặt cắt chắc, sức kháng uốn có hệ số biểu diễn theo mơ men đ ược tính cơng thức (5.2) f hệ số sức kháng uốn theo bảng 1.1 v Mn = Mp, với Mn sức kháng danh định quy định cho mặt cắt v Mp mô men dẻo Đối với mặt cắt không chắc, sức kháng uốn có hệ số đ ược biểu diễn theo ứng suất (5.3) với Fn sức kháng danh định quy định cho mặt cắt không Sức kháng cắt có hệ số cho (5.4) hệ số sức kháng cắt theo bảng 1.1 Vn sức kháng cắt danh định quy định cho vách đ ược tăng cường không tăng cường 5.2.2 Trạng thái giới hạn sử dụng Kiểm tra độ võng dài hạn http://www.ebook.edu.vn 84 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD Tổ hợp tải trọng sử dụng đ ược cho bảng 1.2 Tổ hợp tải trọng n ày dùng để kiểm tra chảy kết cấu thép v ngăn ngừa độ võng thường xuyên bất lợi ảnh hưởng xấu đến khai thác Khi kiểm tra ứng suất bi ên, phân phối lại mơ men xét đến mặt cắt vùng mô men âm Ứng suất biên uốn dương uốn âm mặt cắt phải không đ ược vượt (5.5) mặt cắt không (5.6) đó, ff ứng suất đàn hồi biên tải trọng có hệ số, Rh hệ số giảm ứng suất biên lai (cho mặt cắt đồng nhất, Rh = 1,0) Fyf ứng suất chảy biên 2/Kiểm tra độ võng hoạt tải không bắt buộc (A2.5.2.6.2 & A3.6.1.3.2) Độ võng dầm phải thoả mãn điều kiện sau đây: Δ Δ cp L 800 Trong đó: L = Chiều dài nhịp dầm (m); = Độ võng lớn hoạt tải gây TTGHSD, bao gồm lực xung kích , lấy trị số lớn Kết tính tốn xe tải thiết kế, Kết tính tốn 25% xe tải thiết kế với tải trọng thiết kế Độ võng lớn (tại mặt cắt ngang dầm) xe tải thiết kế gây lấy gần ứng với trường hợp xếp xe cho mô men uốn mặt cắt dầm l lớn Khi ta sử dụng hoạt tải tương đương xe tải thiết kế để tính toán Độ võng lớn (tại mặt cắt ngang dầm) tải trọng rải gây tính theo công thức lý thuyết đàn hồi sau: Δ 5wL4 384EI Trong w = Tải trọng rải dầm (N/m); E = Mô đun đàn hồi thép làm dầm (MPa); I = Mô men quán tính tiết diện dầm, bao gồm BTCT mặt cầu dầm liên hợp (mm4) http://www.ebook.edu.vn 85 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD 5.2.3 Trạng thái giới hạn mỏi 5.2.3.1 Khái quát chung mỏi 5.2.3.1.1 Khái niệm tượng mỏi Khái niệm chung: Mỏi tượng kết cấu bị phá hoại chịu tác động tải trọng lặp (mỏi) Khái niệm tải trọng lặp (mỏi): tải trọng có trị số dấu thay đổi theo thời gian Đặc ttrựng tải trọng tác dụng lên kết cấu nhiều lần (có thể lên dến hang triệu lần) vơí trị số ln thay đổi Như vậy, tải trọng tác dụng thay đổi lặp lại khơng nhiều lần tải trọng lặp (mỏi) Dưới ví dụ tải trọng mỏi: T f (MPa) fmin S f max f (MPa) f (MPa) f (MPa) f (MPa) f (MPa) f (MPa) f (MPa) Hình 5.7 : Các ví dụ tải trọng mỏi Trong cơng trình cầu tải trọng lặp dễ nhận thấy hoạt tải xe ơtơ, đồn tàu, gió Đặc điểm phá hoại mỏi : Tải trọng lúc phá hoại nhỏ so với tai trọng phá hoai tĩnh Phá hoại mỏi phá hoại giòn: Lúc đầu xuất vết nứt nhỏ, khó phat tịa vị trí tập trung ứng suất; sau vết nứt phát triển dần lên phát triển dài ra, có http://www.ebook.edu.vn 86 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD thể thấy mắt thường, vị trí vết nứt mặt cắt bị thu hẹp dần bị phá hoại P Ngun nhân mỏi thép tính khơng liên tục của: Bản thân vật liệu thép: vật liệu thép tạo thành từ tinh thể thép, nhiên tinh thể khơng hồn tồn đồng (liên tục), mà chúng thường có nhứng khuyết tật (tạp chất) ban đầu q trình luyện kim gây Kích thước hình học cấu kiện kết cấu thép thường bị gián đoạn hình học bị cắt khấc, khoét lỗ, có vết nứt ban đầu f ' >> f f = P/A Tính khơng liên tục gây tượng tập trung ứng suất, làm phát sinh biến dạng dẻo vị trí khơng liên tục Biến dạng dẻo này, lặp lại nhiều lần gây vết nứt vi mô Các vết nứt vi mô lan truyền rộng tải trọng P Hình 5.8: Hiện tượng tập lặp lại nhiều lần kết cấu bị phá hoại trung ứng suất 5.2.3.1.2 Cách xác định cường độ mỏi - Cường độ mỏi thép xác định thực nghiệm Thực nghiệm cho thấy, ứng với trị số biên độ ứng suất tải trọng lặp Si ta tìm số chu kỳ tác dụng tải trọng lặp gây phá hoại mỏi kết cấu tương ứng Ni Thí nghiệm Voller thực với nhiều mẫu thử khác thu kết sau: S lgS S1 Si S2 Si S imin N1 N2 Ni N Ni N ~ 10 lgN Hình 5.9 : Đường cong mỏi theo Voller v theo 22TCN 272- 05 - Để rút ngắn chiều dài đồ thị đường cong mỏi đơn giản sử dụng, người ta thường biểu diễn đường cong mỏi hệ trục loga hình vẽ - Như vậy, thí nghiệm ta xác đinh đường cong mỏi loại thép khác Trên đường cong mỏi S – N, trị số Si gọi cường độ mỏi, Ni gọi số chu kỳ gây phá hoại moit tương ứng Smin gọi giới hạn mỏi vật liệu, trị số cường độ mỏi lớn tương ứng với số chu kỳ gây phá hoại mỏi vô http://www.ebook.edu.vn 87 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD 5.2.3.1.3 Ảnh hưởng cường độ vật liệu thép đến cường độ mỏi - Bằng thực nghiệm, người ta thấy quan hệ cường độ mỏi cường độ tĩnh vật liệu thép sau: Hình 5.10: Quan hệ cường độ mỏi cường độ thép - Từ hình vẽ ta thấy, mẫu trịn đặc mẫu có kht lỗ cường độ mỏi tăng tuyến tính với cường độ tĩnh vật liệu thép bản, liên kết hàn cường độ mỏi số khơng phụ thuộc vào cường độ tĩnh kim loại đường hàn (kim loại que hàn) Vì thực nghiệm cho thấy thân đường hàn tồn sẵn vết nứt (khuyết tật) phá hoại mỏi bao gồm hai trình sau: + Quá trình hình thành vết nứt: q trình phụ thuộc tuyến tính vào cường độ tĩnh thép + Quá trình phát triển (lan truyền) vết nứt đến phá hoại: trình khơng thuộc vào cường độ tĩnh thép 5.2.3.1.4 Ảnh hưởng ứng suất dư đến cường độ mỏi Ứng suất dư có ảnh hưởng lớn đến cường độ tĩnh thép bản, lại khơng ảnh hưởng đến cường độ mỏi Vì tải trọng lặp có biên độ ứng suất S, ứng suất dư fr biên độ ứng suất tổng cộng l S 5.2.3.2 Thiết kế theo trạng thái giới hạn mỏi Thiết kế theo TTGH mỏi bao gồm giới hạn ứng suất hoạt tải xe tải thiết kế mỏi đạt đến trị số thích h ợp ứng với số lần tác dụng lặp xảy tuổi thọ thiết kế cầu Thiết kế theo TTGH đứt gãy bao gồm việc chọn thép có độ dẻo dai thích hợp nhiệt độ quy định http://www.ebook.edu.vn 88 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD 5.2.3.2.1 Tải trọng gây mỏi Tuổi thọ mỏi xác định biên độ ứng suất kéo liên kết Do không quan tâm đến ứng suất thực ứng suất dư Biên độ ứng suất chịu kéo xác định cách đặt hoạt tải mỏi nhịp khác cầu Nếu cầu dầm giản đơn có ứng suất cực đại ứng suất cực tiểu khơng Khi tính tốn ứng suất dùng lý thuyết đàn hồi tuyến tính Trong số vùng dọc theo chiều dài dầm ứng suất nén tải trọng th ường xuyên không hệ số (tĩnh tải danh định) lớn ứng suất kéo hoạt tải mỏi gây , với hệ số tải trọng mỏi theo quy định Để bỏ qua tượng mỏi vùng ứng suất nén phải lớn hai lần ứng suất kéo , xe tải nặng qua cầu xấp xỉ b ằng hai lần hoạt tải mỏi dùng để tính ứng suất kéo 5.2.3.2.2 Tiêu chuẩn thiết kế mỏi Phương trình tổng quát viết dạng tải trọng mỏi sức kháng mỏi cho mối nối sau: ( F )n (5.7) ( f) Trong : ( F)n : sức kháng mỏi danh định ( MPa) ; ( f) : biên độ ứng suất xe tải mỏi gây (MPa) : hệ số tải trọng (lấy theo tổ hợp tải trọng mỏi Ở TTGH mỏi = ( F )n = 0,75) = ta có : (5.8) ( f) 5.2.3.2.3 Xe tải thiết kế mỏi số chu kỳ biên độ ứng suất a Xe tải thiết kế mỏi Xe tải thiết kế mỏi xe tải thiết kế có khoảng cách hai trục sau không đổi 9000mm 35 kN 145 kN 4300 mm 9000mm 145 kN Hình 5.11: Xe tải mỏi thiết kế Tổ hợp tải trọng mỏi tổ hợp có xe tải mỏi thiết kế qua cầu với hệ số tải trọng 0,75 lực xung kích 15% 600 mm nãi chung 300mm mút thừa mặt cầu http://www.ebook.edu.vn 89 Làn thiÕt kÕ 3500 mm Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272-05 AASHTO LRFD b Xác định số chu kỳ biên độ ứng suất Chu kỳ tải trọng mỏi lấy số lần giao thông trung bình xe tải đơn hàng ngày ADTT ST Trừ trường hợp có điều khiển giao thơng, số lượng xe đơn tính từ lượng xe tải trung bình hàng ngày ADTT : ADTTST = p*ADTT (5.9) ADTT = số xe tải/ngày theo chiều tính trung bình tuổi thọ thiết kế ADTTSL = số xe tải/ngày xe đơn tính trung bình tuổ thọ thiết kế P phân số xe tải xe đơn : Số xe tải p 1 0,85 ≥3 0,80 Nếu biết lượng giao thơng trung bình ngày ADT , ADTT có th ể xác định cách nhân với tỷ lệ xe tải luồng : Cấp đường Tỉ lệ xe tải luồng Đường nông thôn liên quốc gia 0,2 Đường thành phố liên quốc gia 0,15 Đường nông thôn 0,15 Đường thành phố 0,10 Giới hạn tổng số xe khách xe tải vào khoảng 20.000 xe ngày dùng để tính ADT Số lượng chu kỳ ứng suất N số lượng xe dự kiến qua cầu l àn xe nặng tuổi tho thiết kế Với tuổi thọ 100 năm biểu diễn nh sau: N= (365)(100)n(ADTT ST) (5.10) Trong n số chu kỳ ứng suất xe tải lấy theo bảng.Trị số n > chứng tỏ chu kỳ phụ xuất dao động sau xe khỏi cầu Bảng 5.2 : Số chu kỳ ứng suất xe tải n Chiều dài nhịp Phần tử dọc >12.000 mm 12.000 mm Dầm giản đơn 1,0 2,0 Dầm liên tục : Gần trụ gữa 1,5 2,0 1,0 2,0 Chỗ khác http://www.ebook.edu.vn 90 ... AASHTO LRFD 1998 khuyến nghị rằng, điều kiện kỹ thuật cho phép, n ên cấu tạo kết cấu dầm liên hợp http://www.ebook.edu.vn 83 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272- 05 AASHTO LRFD 5. 1 .5. .. http://www.ebook.edu.vn 85 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272- 05 AASHTO LRFD 5. 2.3 Trạng thái giới hạn mỏi 5. 2.3.1 Khái quát chung mỏi 5. 2.3.1.1 Khái niệm tượng mỏi Khái niệm chung: Mỏi tượng kết cấu. .. tw = 11,4 mm, bf = 256 mm, tf = 19,9 mm, hc/tw = 25, 3, rx = 153 mm, ry = 62,9 mm http://www.ebook.edu.vn 75 Bài giảng Kết cấu thép theo Tiêu chuẩn 22 TCN 272- 05 AASHTO LRFD Bài giải Tỷ số độ mảnh