Bài giảng Kết cấu thép 1 Chương 3- Nguyễn Văn Hiếu

1 KẾT CẤU THÉP 1 C C H H Ư Ư Ơ Ơ N N G G 3 3 : : T T H H I I Ế Ế T T K K Ế Ế D D Ầ Ầ M M T T H H É É P P G G V V : : N N G G U U Y Y Ễ Ễ N N V V Ă Ă N N H H I I Ế Ế U U T T p p . . H H C C M M , , T T h h á á n n g g 0 0 2 2 / / 2 2 0 0 1 1 3 3 2 §1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM 1. Các loại dầm 1.1. Theo cấu tạo Dầm định hình C¸nh dÇm C¸nh dÇm B¶n phñ c¸nh dÇm C¸nh dÇm B¶n bông dÇm B¶n bông dÇm §inh t¸n hoÆc bu l«ng ThÐp gãc c¸nh dÇm x x y y B¶n bông dÇm xx xx y y y y Dầm tổ hợp 1.2. Theo sơ đồ kết cấu Hình 3.3. Phân loại dầm theo sơ đồ kết cấu 3 2. Hệ dầm: 2.1. Khái niệm: Hệ dầm là kết cấu không gian gồm dầm chính, dầm phụ bố trí thẳng góc nhau. 2.2. Phân loại: Tùy theo cách sắp xếp dầm ta có 3 loại hệ dầm: a. Hệ dầm đơn giản:Dầm làm việc như bản kê hai cạnh, khả năng chịu lực kém, chỉ phù hợp với tải trọng nhỏ, chiều dài cạnh ngắn ô sàn không lớn. 4 b. Hệ dầm phổ thông :Khi tải trọng và kích thước của sàn không lớn (q≤ 3000daN/m2; ô sàn≤12x36m) sử dụng hệ dầm phổ thông có hiệu quả kinh tế hơn các loại hệ dầm khác nhờ giảm lượng thép và dễ cấu kiện hơn. 5 c. Hệ dầm phức tạp: Hệ dầm này phức tạp và tốn công chế tạo  chỉ thích hợp khi tải trọng sàn công tác lớn ( q≤ 3000daN/cm 2 ). 6 2.2. Các cách liên kết dầm a. Liên kết chồng b. Liên kết cùng bản mặt c. Liên kết thấp Hình 3.5. Các cách liên kết dầm 7 3. Cấu tạo và tính toán bản sàn: 3.1. Xác định nhịp l và chiều dày bản sàn t: Yêu cầu : trọng lượng sàn không lớn, cấu tạo không quá phức tạp mà vẫn đảm bảo khả năng chịu được tải trọng. Biểu đồ gần đúng giá trị giữa nhịp lớn nhất l và t.          tc4 o 1 0 q.n E72 1. 15 n.4 t l (3.1)         l n 0 - độ võng giới hạn, theo quy phạm: sàn 150 n 0  ; 2 1 1 E E    (3.2) Với  - hệ số Poátxông của thép bản sàn 3 , 0 thép   ; 3 , 0 1 10.1,2 E 6 3CT   26 1 cm/daN10.26,2E   Bề dầy sàn t được chọn theo tải trọng tiêu chuẩn  nhịp sàn l. 8 3.2. Kiểm tra: Cắt một dải bản rộ ng 1 cm, sơ đồ tính toán là một dầ m hai gối tựa cố định chịu tải phân bố đều q.  .H 8 l .qM 2 max     1 1 .MM 0max Hình 3.6. Sơ đồ tính của bản sàn Trong đó:  tỷ số giữa H và lực tới hạn ơle, được xác định theo phương trình: 2 0 2 t .3)1(          9 Kiểm tra điều kiện biến dạng, độ võng của bản sàn do tải trọng tiêu chuẩn q và lực kéo H gây ra:         1 1 . 0 (3.6) Với 0  - độ võng dầm do tải trọng tiêu chuẩn q trên dầm; J.E l.q . 384 5 1 4 0   (3.7) Kiểm tra điều kiện độ bền: c max .f W M A H    (3.8) Trong đó:   2 2 l EI H  (3.9) Tính được chiều cao đường hàn liên kết bản sàn và dầm chịu lực kéo H ở gối tựa: c min f .)f.( H h   (3.10) 10 §2. CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA DẦM Khi thiết kế cụ thể cần xác định được hai kích thước cơ bản là chiều dài và chiều cao của tiết diện dầm. 1. Nhịp và bước của dầm l h h   L 1 o L l L c) Gối tựa: - tường gạch l=L 1 - cột bê tông, giằng bê tông: l=L o +(L 1 -L o )/2 - an toàn lấy l=L [...]... ảnh hưởng không gian sử dụng 13 §3 THIẾT KẾ DẦM HÌNH 1 Chọn tiết diện: Từ sơ đồ dầm, tải trọng, hình thức liên kết gối ta tính được: Mmax, Vmax W yc x M max  ; nếu kể đến sự làm việc trong giai đoạn dẻo của thép: f  c W yc x M max  c1 f  c c1: hệ số kể đến sự phát triển của biến dạng dẻo, dầm thép thông thường, tiết diện không đổi, tải trọng tĩnh phân bó đều, lấy c1 =1, 12 Căn cứ vào yêu cầu về hình...   f  2  12  h 2  12 2 f  c 2 c   f Từ đó chọn: b f t f = Af thỏa mãn: - t f  12  24 mm - t f nên  30 mm tránh phát sinh ứng suất phụ và khó hàn - b f / t f  E / f hay b f  30t f : thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ, ứng suất pháp phân bố đều trên bản cánh nén 17 - b f  ( 1 / 2  1 / 5 )h ; b f  18 0 mm ;b f  h / 10 : đảm bảo điều kiện tổng thể của dầm, dễ liên kết với cấu kiện khác... có M và Q:  12  3 12  1, 15 f  c Hình 3 .14 Kiểm tra tại vị trí có M, Q V S c M hw ; 1  Với  1  I x t w Wx h b Ứng suất do tải trọng cục bộ sinh ra trong bản bụng dầm: cb 18 P   f  c t w Z c Độ võng: nếu h  hmin    thì không cần kiểm tra, còn lại thì kiểm tra:  l l    d Ổn định tổng thể: (phần sau) 3 Thay đổi tiết diện dầm Theo chiều dài dầm, M thay đổi, để tiết kiệm thép cần thay... Hình 3 .15 Biểu đồ mômen uốn của dầm dầm theo sự thay đối của M Khi thay đối tiết diện thì công chế tạo tăng, nên chỉ cần thay đối tiết diện khi L 10 m a) - Thay đối chiều cao tiết diện h (a): - Thay đối bề dày bản cánh (b) : b) - Thay đối đột ngột bề rộng cánh (c): 19 → tiết kiệm 10 12 % thép, đơn giản - Thay đối từ từ bề rộng cánh (d): → c) tiết kiệm 20% thép d) § 5 ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP 1 Hiện... thức cấu tạo dầm; dầm tổ hợp hàn k  1, 2  1, 15 ; dầm tổ hợp giữa V và h dầm đinh tán k  1, 25  1, 2 - Khi tính toán hkt của Hình 3 .10 Mối quan hệ dầm, xét sự thay đổi  w  hw / t w : hkt  3 3.w W yc 2 - Ta thấy: hw lớn hơn và tw mỏng  λw sẽ lớn  Dầm nhẹ Tuy nhiên, tw không được quá mỏng để thỏa mãn điều kiện ổn định cục bộ bản bụng 2.c.M  f  Vw  2V f - thể tích dầm nhỏ nhất  - Từ (3 .17 ):... :  td   2   cb    cb  3. 2  1, 15 f  c e Độ võng :     l l  f Ổn định tổng thể: học trong phần dầm tổ hợp 15 §4 THIẾT KẾ DẦM TỔ HỢP 1 Chọn tiết diện a Xác định chiều dày bản bụng dầm Xác định chiều cao hmin  h  hmax và h  hkt càng tốt Vmax S tw chọn dựa vào h và Vmax:   f v  c I x t w 2 13 hw t w hw S  tw ; I x  12 8 (3.30) Hình 3 .12 Dầm tổ hợp hàn 3 Vmax Coi bụng dầm chịu... dưới dầm; E E, G - mô đun đàn hồi về uốn và cắt của vật liệu G  2( 1   ) 3 1, 25( 2b f t 3  hw t w ) f I t : momen quán tính xoắn, với I tổ hợp: I t  3 21  : hệ số poátxông, với thép  =0,3; 2 Iy  h  M cr  B   (3.45) Ứng suất tới hạn:  cr   W I x  l0   l0 c I t Với B  EG 1   2 /  2 Iy h Hình 3 .18 lo Hình 3 .19 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm tổ hợp:  M W   cr viết lại ... và các giá trị tính được, tra bảng quy cách thép cán chọn ra hình dạng và số hiệu thép hình, thỏa mãn điều kiện: Wx  Wxyc (3.23) 14 2 Kiểm tra tiết diện: M M  f  c hoặc    f  c a Độ bền chịu M: Theo ứng suất pháp:   Wx c1 W x Vmax S b Độ bền chịu V:    f v  c I x t w c Ứng suất do tải trọng cục bộ:  cb P   f  c với Z = b + 2.tf tw Z Hình 3 .11 Ứng suất cục bộ do tải trọng tập trung 2... nhất  - Từ (3 .17 ): t w w  hd f 12 - Từ hình (3 .10 ): khi hd lân cận giá trị hkt , Vd thay đổi không lớn  lấy hd hkt không quá 10 -20 vẫn đảm bảo yêu cầu kinh tế b hmin: Xác định dựa vào điều kiện độ võng l4 5 Dầm đơn giản:   (3 .18 ) ( g tc  p tc ) E I 384 l2 (3 .19 ) M  g tc  p tc  8 M  f W ; I  W h / 2 Lại có quan hệ 5 f l  l (3.20) hmin    24 E   tb 1 g tc  p tc  tc  tb : hệ số... tác dụng, liên kết dầm với gối tựa, cách bố trí liên kết ngăn cản 23 chuyển vị ngang của cánh nén Vì vậy dầm có một trong các điều kiện sau thì không cần kiểm tra ổn định tổng thể: - có bản sàn BTCT hoặc bản sàn thép đủ cứng liên kết chắc chắn với cánh nén của dầm; - khi tỷ số nhịp tính toán với chiều rộng bản cánh nén l0 / b f thỏa thức: bf  bf l0   0 , 41  0 ,0032   0 ,73  0 , 016  bf  tf  . giới hạn, theo quy phạm: sàn 15 0 n 0  ; 2 1 1 E E    (3.2) Với  - hệ số Poátxông của thép bản sàn 3 , 0 thép   ; 3 , 0 1 10 .1, 2 E 6 3CT   26 1 cm/daN10.26,2E   Bề dầy sàn t. bông dÇm xx xx y y y y Dầm tổ hợp 1. 2. Theo sơ đồ kết cấu Hình 3.3. Phân loại dầm theo sơ đồ kết cấu 3 2. Hệ dầm: 2 .1. Khái niệm: Hệ dầm là kết cấu không gian gồm dầm chính, dầm phụ. 6 2.2. Các cách liên kết dầm a. Liên kết chồng b. Liên kết cùng bản mặt c. Liên kết thấp Hình 3.5. Các cách liên kết dầm 7 3. Cấu tạo và tính toán bản sàn: 3 .1. Xác định nhịp l và