tính toán dầm thép chịu cắt theo tcxdvn 338 2005 và theo quy phạm hoa kỳ aisc-2005

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN VĂN SÁCH TÍNH TOÁN DẦM THÉP CHỊU CẮT THEO TCXDVN 338:2005 VÀ THEO QUY PHẠM HOA KỲ AISC-2005 Chuyên nghành : Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số : 60.58.20 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Phạm Văn Hội Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Quang Viên Phản biện 2: TS. Huỳnh Minh Sơn Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng 9 năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Thông tin-H ọc liệu, Đại học Đà Nẵng − Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Vấn đề thực tiễn. Dầm là một trong những cấu kiện chịu lực chủ đạo của khung; dầm nhận tải trọng từ sàn… rồi truyền đến cột, vách rồi truyền xuống móng. Dầm trong khung, chủ yếu là chịu uốn và chịu cắt. Việc khảo sát đặc điểm làm việc của công trình, ứng xử của kết cấu, cũng như tìm hiểu Quy định của Tiêu chuẩn Thiết kế, là công việc rất cần thiết với các kỹ sư thiết kế. 2. Mục tiêu và nội dung của đề tài. Đề tài quan tâm đến các cấu kiện bằng thép thông dụng, độc lập hoặc nằm trong khung thép là dầm chịu cắt.Tính toán dầm chịu cắt theo quy định của TCXDVN 338:2005 và Quy phạm Hoa Kỳ AISC- 2005. Nghiên cứu các trình tự tính toán dầm thép chịu cắt nhằm giúp người thiết kế nhìn nhận rõ hơn ứng xử của dầm thép trong khung khi chịu cắt. Đây là vấn đề cần quan tâm khi tính toán thiết kế kết cấu thép và cũng là lý do để chọn đề tài “Tính toán dầm thép chịu cắt theo TCXDVN 338:2005 và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005” .Nội dung luận văn bao gồm: Chương 1: Tổng quan về dầm thép. Chương 2: Tính toán dầm thép chịu cắt theo TCXDVN 338:2005 và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005. Chương 3: Khảo sát tiết dầm thép chịu cắt. Phần : Kết luận và kiến nghị. 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦM THÉP 1.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA DẦM THÉP Kết cấu dầm thép được sử dụng rộng rãi nhờ có ưu điểm: Cường độ lớn, độ tin cậy cao, trọng lượng nhẹ, chịu lực tốt, cấu tạo tương đối đơn giản và chi phí không lớn nên phù hợp với sản xuất công nghiệp. 1.2. CÁC LOẠI DẦM THÉP TRONG XÂY DỰNG. 1.2.1. Dầm định hình. Dầm được chế tạo từ thép hình. Các loại dầm hình chữ I có tiết diện đối xứng, thích hợp các kết cấu chịu uốn phẳng như dầm sàn công tác, dầm mái, dầm cầu trục 1.2.2. Dầm tổ hợp. Dầm tổ hợp hàn : Dầm được tổ hợp từ thép bản. Liên kết giữa bản bụng và bản cánh bằng đường hàn góc. Dầm tổ hợp đinh tán (bulông) dầm được tổ hợp từ thép bản và thép hình. Bản bụng dầm và bản thép thẳng đứng, bản cánh gồm các thép góc và có thể kết hợp với bản đậy được tạo thành từ các thép bản. Liên kết giữa bản bụng và cánh bằng các liên kết đinh tán hay bu lông. 1.2.3. Dầm bụng khoét lỗ. Các dầm thép thông thường, chịu tải trọng hay vượt nhịp lớn đều đòi hỏi có chiều cao tiết diện lớn, trường hợp đó có thể thay thế bởi kết cấu dầm bụng có khoét lỗ. 3 1.2.4. Dầm bụng sóng Khi điều kiện ổn định cục bộ đòi hỏi phải có chiều dày khá lớn và cần được gia cường bằng các sườn ngang và dọc. Một số nước như Pháp, Đức, Liên Xô(cũ) đã nghiên cứu chế tạo dầm đặc có bản bụng lượn sóng hay gấp khúc, gọi là dầm bụng sóng. 1.2.5. Dầm cánh rỗng Dầm thép cánh rỗng (viết tắt là HBF) theo công nghệ của Úc là loại thép cường độ cao, tiết diện chữ I đối xứng. 1.3. VẬT LIỆU THÉP SỬ DỤNG. 1.3.1. Thép cacbon thấp cường độ thường. 1.3.2 Thép cường độ khá cao. 1.3.3. Thép cường độ cao. 1.3.4. Thép của nước ngoài trên thị trường Việt Nam. a. Thép của Liên xô (trước đây) và của Nga. b. Thép Trung Quốc. c. Thép Hoa Kỳ. d. Thép Châu Âu. e. Thép các nước khác. 1.4. GIỚI THIỆU TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÉP TCXDVN 338-2005 VÀ QUY PHẠM HOA KỲ AISC-2005. 1.4.1.Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 338-2005. Tiêu chuẩn hiện hành để thiết kế kết cấu thép là TCXDVN 338- 2005, áp dụng cho các công trình nhà cửa và các công trình dân dụng khác, trừ công trình cầu và hầm. Kết cấu thép theo tiêu chuẩn Việt Nam được thiết kế theo phương pháp trạng thái giới hạn. 1.4.2. Quy phạm Hoa Kỳ AISC-2005. Ký hi ệu và tên đầy đủ của Quy phạm là ANSI/AISC 360-2005 – Specification for Structural Steel Buildings ( Quy phạm kỹ thuật về nhà kết cấu thép) do Viện kết cấu thép Hoa Kỳ (American Institute of 4 Steel Construction, viết tắt là AISC) biên soạn và được sự chấp thuận của viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (American National Standard Institute) coi như một Tiêu chuẩn Quốc gia, có hiệu lực từ tháng 3 năm 2005. 5 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN DẦM THÉP CHỊU CẮT THEO TCXDVN 338- 2005 VÀ THEO QUY PHẠM HOA KỲ AISC-2005 2.1. TÍNH TOÁN TIẾT DIỆN DẦM THÉP CHỊU CẮT THEO TCXDVN 338-2005. 2.1.1. Nguyên tắc thiết kế. 2.1.2. Tính toán theo điều kiện bền. a. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện chịu cắt của cấu kiện bụng đặc chịu uốn trong một mặt phẳng chính. Độ bền chịu cắt của cấu kiện bụng đặc chịu uốn trong một mặt phẳng chính được tính theo công thức: v c w VS f It τ γ = ≤ (2.1) b. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện có các ứng suất phức tạp. Tại cao độ ứng với biên trên của chiều cao tính toán của bản bụng dầm, khi đồng thời có ứng suất pháp, ứng suất tiếp và có cả ứng suất cục bộ thì cần kiểm tra theo ứng suất tương đương : 2 2 2 3 1,15 c c c f σ σ σσ τ γ + − + ≤ (2.2) c. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện chỉ chịu cắt trong giai đoạn biến dạng dẻo. Dầm đơn giản có tiết diện đặc, bằng thép có giới hạn chảy fy ≤ 530 N/mm 2 , chịu tải trọng tĩnh, uốn trong các mặt phẳng chính, được phép tính toán có kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo, công thức kiểm tra bền tiết diện gối dầm (khi M = 0; M x = 0; M y = 0) được kiểm 6 tra bền theo công thức: v c w w V f t h τ γ = ≤ (2.6) 2.1.3. Tính toán theo điều kiện ổn định. a. Tính toán ổn bản bụng dầm chịu cắt. Sử dụng phương pháp năng lượng tìm được biểu thức ứng suất tới hạn của tấm dài: 2 2 2 ( ) 12(1 ) th E t k h π τ µ = − (2.7) Với tỉ lệ cạnh β=a/h là hữu hạn hệ số ổn định k được tính bằng công thức của Bleich như sau: 2 4 5,34k β = + , khi cạnh tựa tự do. 2 4 8,98k β = + , khi cạnh tựa ngàm. Để thuận lợi sử dụng được cho các loại thép khác nhau qui phạm Việt Nam dùng khái niệm độ mảnh qui đổi của bản bụng dầm : ( ) b h R t E λ = Điều kiện bản bụng ổn định là độ mảnh của bản không được vượt quá độ mảnh giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn, tức là b b λ λ   ≤   . Phân biệt các trường hợp: - Khi 3,2 b λ ≤ bản bụng luôn ổn định với mọi dạng ứng suất. Không cần phải gia cố bằng sườn cho bản bụng. - Khi 3,2 b λ > cần phải gia cố các sườn ngang cách nhau a, không quá 2h để chia bản bụng thành các ô. Sau khi đã gia cố các 7 sườn ngang, tính độ mảnh của ô theo 0 d R t E λ   =     với d là cạnh nhỏ (a hoặc h tùy trường hợp). + Khi 3,5 b λ ≤ ô bản bụng luôn ổn định với mọi dạng ứng suất. + Khi 3,5 b λ > cần phải kiểm tra ổn định của ô bản dưới tác dụng đồng thời của σ và τ theo công thức: 2 2 1 th th σ τ γσ γτ     + ≤         (2.12) Trong đó: σ th và τ th là các ứng suất tới hạn khi chịu tác dụng riêng rẻ, được tính bằng: 2 2 0 0,76 10,3(1 ) c th R τ β λ = + (2.13) 2 0 th R C σ λ = (2.24) b. Tính toán ổn bản bụng dầm chịu tác động đồng thời của ứng suất pháp và ứng suất tiếp. Điều kiện ổn định là: 2 2 1 th th σ τ γσ γτ     + ≤         (2.18) Các trị số σ th và τ th được tính theo các trường hợp tác dụng riêng rẽ. 2.2. TÍNH TOÁN THEO TIÊU CHUẨN AISC. 2.2.1. Các ph ương pháp và cơ sở thiết kế. 2.2.2. Phân lớp tiết diện theo điều kiện ổn định cục bộ. a. Phân lớp tiết diện. 8 b t t w h h t w Tiết diện được phân thành các lớp: đặc chắc, không đặc chắc và mảnh. b. Xác định các giới hạn độ mảnh λ λλ λ p và λ λλ λ r . Bảng 2.2 - Độ mảnh giới hạn λ λλ λp, λ λλ λr của dầm và cột Tiết diện Độ mảnh Dầm C ột nén đúng tâm Cánh f b t λ = 0,38 p y E F λ = ; 1,0 r y E F λ = 0,56 r y E F λ = B ụng w w h t λ = 3,76 p y E F λ = ; 5,7 r y E F λ = 1,49 r y E F λ = b t λ = 1,12 p y E F λ = ; 1,40 r y E F λ = 1,40 r y E F λ = h t λ = 3,76 p y E F λ = ; 5,7 r y E F λ = 1,49 r y E F λ = 2.2.3. Tính toán theo điều kiện bền a. Tính toán theo điều kiện bền tiết diện dầm cán chữ I chịu cắt. Trạng thái giới hạn xảy ra khi ứng suất cắt đạt tới giới hạn chảy τ y tức là : w y y V f A τ = ≤ Với A w = dt w Kh ả năng chịu cắt thuần túy (hoặc độ bền chịu cắt) danh nghĩa : [...]... di n d m ch u c t theo TCXDVN 338- 2005 và Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 khác nhau; nên khi tính toán theo i u ki n b n thì k t qu tính toán cho cùng m t ti t di n là khác nhau và không theo m t quy lu t nào; còn khi tính toán theo i u ki n n nh thì k t qu tính toán ư c t m t ti t di n c nh theo TCXDVN 338- 2005 luôn cao hơn so v i k t qu tính toán theo Quy ph m Hoa kỳ AISC -2005 - Khi tính toán ti t di n d... ch u c t có sư n gia cư ng theo TCXDVN 338- 2005 luôn cao hơn so v i k t qu tính toán theo Quy ph m Hoa kỳ AISC -2005. Nhưng khi k n trư ng l c c t thì k t qu tính toán kh năng ch u c t c a ti t di n theo Quy ph m Hoa kỳ AISC -2005 cao hơn k t qu tính toán kh năng ch u c t c a ti t di n theo TCXDVN 338- 2005 3.5 SO SÁNH HAI TIÊU CHU N V CÁCH TÍNH TOÁN D M CH U C T VÀ K T LU N D a vào k t qu so sánh nêu trên,... khác bi t là do quan i m tính toán cũng như các h s xác nh t th c nghi m Do ó, s sai khác gi a Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 và TCXDVN 338- 2005 là bình thư ng nhưng Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 áp ng nhu c u th c t hơn TCXDVN 338- 2005 Ki m tra n nh c a d m tính theo tiêu chu n TCXDVN 3382 005 kh t khe hơn khi ch c n cánh hay b ng m t n nh c c b là coi như m t b n Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 ch p nh n vi c cong... t di n d m thép không có sư n gia cư ng ch u c t theo TCXDVN 338- 2005 3.2.2 Trình t ki m tra kh năng ch u c t c a ti t di n d m thép không có sư n gia cư ng theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC2005 15 3.2.3 Ki m tra kh năng ch u c t c a ti t di n d m thép không có sư n gia cư ng nhưng b dày b n b ng thay i theo TCXDVN 338- 2005 và theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 T các bư c tính toán theo m c 3.2.1 và m c 3.2.2... u c t c a ti t di n d m thép có sư n gia cư ng theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 3.3.3 Trình t ki m tra kh năng ch u c t c a ti t di n d m thép có sư n gia cư ng theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 khi xét n nh hư ng c a trư ng l c c t 3.3.4 Ki m tra ti t di n d m thép có sư n gia cư ng nhưng kho n cách gi a hai sư n liên ti p thay i theo TCXDVN 3382 005 và theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 V ư c th so sánh s... 3.1.1 Tr ng thái gi i h n khi tính ti t di n d m thép ch u c t theo TCXDVN 338- 2005 kh i ki m tra ti t di n d m thép ch u c t theo 3.1.2 Sơ TCXDVN 338- 2005 3.1.3 Tr ng thái gi i h n khi tính ti t di n d m thép ch u c t theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 3.1.4 Sơ kh i ki m tra ti t di n d m thép ch u c t theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 3.2 KH O SÁT TI T DI N D M THÉP CH U C T KHÔNG CÓ SƯ N GIA CƯ NG 3.2.1 Trình... Cv và kv thay i tùy thu c vào ti t di n ư c phân c p như th nào nên khi tính toán theo i u ki n b n Vn ph thu c vào h s Cv hay i u ki n n nh τcr ph thu c vào kv Khi d m có sư n gia cư ng, ta tính toán kh năng ch u c t v i i u ki n n nh τth theo tiêu chu n TCXDVN 338- 2005 và theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 u tùy thu c vào ti t di n và kho n cách gi a hai sư n liên ti p, k t qu tính toán thu ư c khi tính. .. n gia cư ng thay i theo TCXDVN 339 -2005 và theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 18 Hình 3.8 Bi u bi n thiên kh năng ch u c t c a ti t di n khi kho n cách sư n gia cư ng thay i tính theo i u ki n n nh Hình 3.9 Bi u bi n thiên kh năng ch u c t c a ti t di n khi kho n cách sư n gia cư ng thay i tính theo i u ki n n nh c a TCXDVN 338- 2005 và có k n trư ng l c c t theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 19 T Ư C KHI... hai sư n liên ti p, k t qu tính toán thu ư c khi tính toán theo tiêu chu n TCXDVN 338- 2005 luôn l n hơn theo Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005; nhưng trong Quy ph m Hoa Kỳ cho phép xét n nh hư ng c a trư ng l c kéo n u d m th a mãn m t s i u ki n 21 K T LU N VÀ KI N NGH 1 K T LU N i m r t khác bi t c a Quy ph m Hoa Kỳ AISC -2005 so v i Tiêu chu n TCXDVN 338- 2005 là cho phép ngư i thi t k s d ng các lo i ti t... u .Quy ph m Hoa Kỳ xét n k t c u làm vi c sau tr ng thái gi i h n, tr ng thái c a k t câu lúc b phá ho i v i kh năng hình thành kh p d o Tiêu chu n TCXDVN 338- 2005 và Quy ph m Hoa Kỳ AISC2005 th c ra không có gì mâu thu n tuy có s khác nhau v m nh.Ti t di n trong tiêu chu n TCXDVN 338- 2005 ch là trư ng h p riêng c a c p ti t diên quy nh trong Quy ph m Hoa Kỳ AISC2005 2 KI N NGH Tiêu chu n TCXDVN 338- 2005 . nằm trong khung thép là dầm chịu cắt .Tính toán dầm chịu cắt theo quy định của TCXDVN 338: 2005 và Quy phạm Hoa Kỳ AISC- 2005. Nghiên cứu các trình tự tính toán dầm thép chịu cắt nhằm giúp người. theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC -2005 .Nội dung luận văn bao gồm: Chương 1: Tổng quan về dầm thép. Chương 2: Tính toán dầm thép chịu cắt theo TCXDVN 338: 2005 và theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC -2005. . diện dầm thép chịu cắt theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC -2005. 3.1.4. Sơ đồ khối kiểm tra tiết diện dầm thép chịu cắt theo Quy phạm Hoa Kỳ AISC -2005. 3.2. KHẢO SÁT TIẾT DIỆN DẦM THÉP CHỊU CẮT KHÔNG