Tài liệu kĩ thuật Chương 3 Thiết Kế Dầm Thép

dầm thép× chế tạo dầm thép× tài liệu kĩ thuật× kĩ thuật dầm thép× thiết kế dầm thép Dầm đơn giản: có 1 nhịp Dầm liên tục: có nhiều nhịp bằng nhau hoặc không bằng nhau. Dầm có mút thừa Dầm congxon

CHƯƠNG 3: DẦM THÉP §3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦM VÀ HỆ DẦM THÉP Phân loại dầm a) Theo sơ đồ kết cấu - Dầm đơn giản: có nhịp - Dầm liên tục: có nhiều nhịp không - Dầm có mút thừa - Dầm congxon b) Theo công dụng - Dầm sàn: - Dầm cầu: - Dầm cầu chạy: - Dầm cửa van Phân loại dầm (tiếp 2/4) c) Theo cấu tạo tiết diện tf Dầm hình tiết diện chữ I tf > tw để đưa vật liệu xa trọng tâm; h > b ; Wx >> Wy tw Thích hợp để làm dầm chịu uốn phẳng Mx Dầm hình tiết diện chữ tf Nếu hI = h[ b[ > bI => dầm thép tiết diện chữ [ chịu uốn quanh trục y-y tốt dầm thép chữ I Thuờng sử dụng cho dầm chịu uốn xiên Mx My (xà gồ mái nhà); làm dầm tường, dầm sàn vượt nhịp bé chịu tải trọng nhỏ NĐ: Số hiệu tiết diện kích thước tiết diện bị hạn chế Phân loại dầm (tiếp 3/4) c) Theo cấu tạo tiết diện Dầm tổ hợp liên kết hàn (dầm hàn): tf liên kết bụng cánh dầm hàn Chế tạo đơn giản, không tốn vật liệu cho chi tiết phụ => sử dụng phổ biến Bản cánh Bản bụng tw tf Bản cánh Phân loại dầm (tiếp 4/4) c) Theo cấu tạo tiết diện Dầm tổ hợp liên kết bulông (dầm bulông): liên kết bụng cánh dầm bulông Bản cánh gồm phần: đậy thép góc cánh Dầm tổ hợp liên kết đinh tán (dầm đinh tán): liên kết bụng cánh dầm đinh tán - Chế tạo phức tạp tốn vật liệu để làm chi tiết phụ (thép góc cánh, bulông) - Nhưng chịu tải trọng động tốt dầm hàn - Thích hợp để làm dầm vượt nhịp lớn chịu tải trọng lớn Hệ dầm thép a) Hệ dầm đơn giản Tường đỡ Chỉ gồm dầm đặt song song với theo phương cạnh ngắn để chịu lực Bản sàn làm việc kê hai cạnh (l > 2b) Độ cứng khả chịu lực hệ kết cấu dầm sàn không lớn Thích hợp cho sàn vượt nhịp l không lớn chịu tải trọng bé Bề rộng b phù hợp cho kết cấu sàn: Đối với sàn thép mỏng b = 0,8 ~ 1,2 m Hệ dầm thép (tiếp 2/6) b) Hệ dầm phổ thông Cột Gồm cột hệ dầm đặt vuông góc với để chịu lực: - Hệ dầm phụ tựa hệ dầm chính; nhịp dầm phụ B - Hệ dầm tựa cột Nhịp dầm L; Thích hợp cho sàn vượt nhịp L tương đối lớn chịu tải trọng q lớn : q ≤ 3000 daN/cm2; L x B ≤ 36 m x 12 m Hệ dầm thép (tiếp 3/6) c) Hệ dầm phức tạp Cột Gồm hệ dầm phụ đặt vuông góc với : Dầm sàn đặt kê lên dầm phụ dầm phụ liên kết thấp với dầm - Nhịp dầm sàn l; - Nhịp dầm phụ B; - Nhịp dầm L Thích hợp cho sàn chịu tải trọng lớn (q ≤ 3000 daN/cm2) Cấu tạo liên kết dầm giao với dầm phức tạp, tốn công chế tạo Có cách liên kết dầm với nhau: liên kết chồng, liên kết mặt; liên kết thấp Hệ dầm thép (tiếp 4/6) d) Các loại liên kết dầm với h = hdc + hdp Liên kết chồng: Liên kết chồng có cấu tạo đơn giản, thuận tiện để lắp ghép; làm tăng chiều cao kiến trúc hệ dầm; Dầm phụ Dầm Bản sàn gối lên cạnh (gối lên dầm phụ) nên độ cứng khả chịu lực không cao; => sử dụng; nên dùng sàn có kích thước nhỏ chịu tải 10 trọng nhỏ 3.5 ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA DẦM THÉP Tính toán ổn định tổng thể dầm (tiếp 6/6) Các biện pháp tăng cường ổn định tổng thể: Mx σ= ≤ σ cr Wx σ cr = M cr , x Wx Mx Wx không thay đổi (yêu cầu không đổi); Để điều kiện ổn định tổng thể dầm đảm bảo cần tăng vế phải (tăng khả ổn định dầm); Iy  h  = B ⋅ ⋅   I x  l0  l0 η ⋅ c It π2 B= ⋅ ⋅ E ⋅G ⋅ ⋅ 1+ Iy h α - Giảm chiều dài tính toán cánh nén dầm mặt phẳng l0, cách bố trí thêm hệ giằng, hệ chống ngang - Sử dụng sàn BTCT hay thép liên kết chặt với cánh nén dầm; - Chọn lại tiết diện để tăng tỷ số: Iy Ix ; bf tf ; bf h fk 67 3.6 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA DẦM THÉP TỔ HỢP (BẢN CÁNH NÉN, BẢN BỤNG) Hiện tượng nguyên nhân Tính toán ổn định cục dầm 68 3.5 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA DẦM THÉP Hiện tượng nguyên nhân Bản cánh bụng dầm tổ hợp mỏng có bề dầy nhỏ nhiều so với bề rộng hay chiều cao chúng (tf chiều cao h tiết diện bị giảm cục đồng thời tiết diện tính đối xứng => mô men quán tính (Ix, Iy), mô men kháng uốn (Wx, Wy) tiết diện bị giảm => phân bố ứng suất tiết diện thay đổi tăng lên => dẫn đến dầm bị phá hoại tổng thể, phá hoại ổn định tổng thể hay phá hoại bền Các ô mỏng có kích thước khác nhau, điều kiện biên khác nhau, chịu tác dụng khác => ứng suất pháp tới hạn ứng suất tiếp tới hạn để không xảy tượng ổn định cục mỏng khác Điều kiện đảm bảo ổn định cục thép: 70 3.5 ỔN ĐỊNH CỤC BỘ CỦA DẦM THÉP Hiện tượng nguyên nhân Công thức xác định ứng suất pháp tới hạn mỏng: σ cr = t, a Cπ E  t  t = k     12(1 − ν )  a  a 2 : bề dầy bề rộng bản; C,k : hệ số phụ thuộc vào loại ô bản, kích thước ô dạng ứng suất tác dụng lên ô bản; ν : hệ số poatxông thép (= 0,3) Công thức xác định ứng suất tiếp tới hạn mỏng: τ cr = k vπ E  t w     12(1 − ν )  hw  2 71 Ổn định cục cánh nén Kích thước cánh nén: coi mỏng dài vô hạn; Liên kết: cạnh dài tựa lên bụng dầm, coi liên kết khớp với bụng dầm (tw < tf hw lớn); cạnh dài đối diện tự Hiện tượng: - Bản cánh nén bị oằn theo phương đứng dọc theo biên tự do; - Ngoài phần bụng bị oằn ngang nên toàn cánh nén 72 bị oằn theo phương đứng Ổn định cục cánh nén Biểu thức xác định ứng suất pháp tới hạn cánh nén dầm: b0f bề rộng tính toán cánh nén dầm: b0f = (bf - tw) / Điều kiện chịu lực hợp lý : Coi bụng ổn định cục xảy đồng thời với khả chịu lực bền tác dụng ứng suất pháp nén 　 (phá hoại bền xảy sau phá hoại ổn định tổng thể): Điều kiện kiểm tra ổn định cục cánh nén: 73 Ổn định cục bụng 3.1 Do tác dụng ứng suất tiếp Phân tố chịu ứng suất trượt tuý  phân tố xoay góc 45o chịu ứng suất nén kéo => bụng bị cong vênh theo phương ứng suất nén τ σ1 σ2 σ2 σ1 Kích thước bụng: coi mỏng dài vô hạn Liên kết: cạnh dài coi ngàm đàn hồi với cánh dầm (do 74 dầm bị võng xuống) Ổn định cục bụng 3.1 Do tác dụng ứng suất tiếp Hiện tượng: Phần bụng đầu dầm chủ yếu chịu tác dụng lực cắt hay ứng suất tiếp bị phồng mặt phẳng (góc nghiêng khoảng 45o), gọi bụng dầm bị ổn định ứng suất tiếp Biểu thức xác định ứng suất tiếp tới hạn bụng dầm: kv hệ số (thực nghiệm) phụ thuộc vào tỷ số cạnh dài l / cạnh ngắn hw 75 ô loại tải trọng tác dụng lên dầm Ổn định cục bụng 3.1 Do tác dụng ứng suất tiếp Trường hợp dầm chịu tải trọng tĩnh : với λw = hw tw f E Điều kiện chịu lực hợp lý : Coi bụng ổn định cục xảy đồng thời với khả chịu lực bền tác dụng ứng suất tiếp 　 (phá hoại bền xảy sau phá hoại ổn định tổng thể): [λ ] = τ cr = f v w 10,3 = 3,2 Điều kiện kiểm tra ổn định cục bụng dưói tác dụng ứng suất tiếp tải trọng tĩnh : hw λw = tw [ ] f ≤ λ w = 3,2 E hw E ≤ 3,2 tw f 76 Ổn định cục bụng 3.1 Do tác dụng ứng suất tiếp Trường hợp dầm chịu tải trọng động: τ cr f = 4,9 λw τ cr = f v [λ ] = w 4,9 = 2,2 Điều kiện kiểm tra ổn định bụng tác dụng ứng suất tiếp tải trọng động λw = hw tw [ ] f ≤ λ w = 2,2 E hw E ≤ 2,2 tw f 77 Ổn định cục bụng 3.1 Do tác dụng ứng suất tiếp Nếu điều ổn định cục bụng dầm không thoả mãn có thể: Giảm hw tăng tw (chọn lại tiết diện) Thay đổi kích thước điều kiện biên cách bố trí đôi sườn đứng (vuông góc với trục dầm) Gia cường bụng dầm sườn đứng: Việc bố trí đôi sườn đứng nhằm chia bụng dầm thành ô nhỏ liên kết cạnh; làm tăng ứng suất tiếp tới hạn λ w > 3,2 a ≤ 2,5hw λ w ≤ 3,2 Yêu cầu khoảng cách sườn đứng: a ≤ 2hw Yêu cầu bề rộng bề dầy sườn: bs ≥ hw / 30 + 40 mm t s ≥ 2bs f E 78 Ổn định cục bụng 3.1 Do tác dụng ứng suất tiếp Biểu thức xác định ứng suất tiếp tới hạn sử dụng sườn đứng: 79 Ổn định cục bụng 3.2 Do tác dụng ứng suất pháp Hiện tượng: Phần bụng dầm chịu ứng suất nén bị phồng mặt phẳng tạo thành sóng, gọi bụng dầm bị ổn định tác dụng ứng suất pháp 80 Ổn định cục bụng 3.2 Do tác dụng ứng suất pháp Biểu thức xác định ứng suất pháp tới hạn: f σ cr = ccr ⋅ λw bf  t f ccr hệ số tra theo Bảng 3.4 phụ thuộc vào hệ số δ = β ⋅ h ⋅  t w  w    xét đến mức độ ngàm bụng với cánh điều kiện làm việc cánh nén (hệ số β) Đối với dầm tổ hợp hàn ccr = 30 ~ 35,5 ; Đối với dầm tổ hợp bulông ccr = 35,2 Coi ổn định cục bụng xẩy đồng thời với khả chịu lực tác dụng ứng suất pháp Xét trường hợp ccr = 30 (tương ứng giá trị bé ứng suất pháp tới hạn): σ cr ,min f = 30 = f λw [ λw ] = 30 = 5,5 81 [...]... khi nhịp l = 9~15 m) 4 Chiều cao của tiết diện dầm h (tiếp 7/7) b) Xác định chiều cao kinh tế hkt d gd g min gw 2g f O h h kt Chiều cao tiết diện dầm h có thể chọn lân cận của hkt vì đều cho trọng lượng dầm gần với gmin 22 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 23 q = ng g c + n p p c § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH - Vật liệu thép sử dụng: f, E; - Sơ đồ kết cấu: dầm đơn giản, nhịp tính toán l; - Tải trọng tác... Hệ dầm phổ thông với liên kết bằng mặt hay được sử dụng 11 2 Hệ dầm thép (tiếp 6/6) d) Các loại liên kết dầm với nhau Liên kết thấp: Dầm sàn (đặt chồng) liên kết chồng với dầm phụ; Dầm phụ được đặt thấp hơn dầm chính, sao cho mặt trên của dầm sàn có cùng cao độ với dầm chính Liên kết thấp có cấu tạo rất phức tạp, tốn các chi tiết liên kết, nhưng chiều cao của dầm chính chính là chiều cao của hệ dầm Dầm... không thoả mãn => cần tăng bề rộng 34 b hay giảm chiều dài tính toán ngoài mặt phẳng lo  3. 4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP 35 3. 4 THIẾT KẾ DẦM THÉP TỔ HỢP Khi vượt nhịp lớn (l > 12 m), chịu tải trọng lớn (q > 20 kN/m) => dầm thép định hình không đáp ứng được (số hiệu thép bị hạn chế) ⇒ Cần có giải pháp dầm thép tổ hợp chữ I với hình dạng và kích thước tiết diện đa dạng Dầm thép tổ hợp tiết diện dạng chữ I...2 Hệ dầm thép (tiếp 5/6) d) Các loại liên kết dầm với nhau h = hdc Liên kết bằng mặt: Mặt trên của dầm chính và dầm phụ đều nằm cùng một cao độ, nên chiều cao của dầm chính chính là chiều cao của hệ dầm Liên kết bằng mặt có cấu tạo phức tạp, tốn các chi tiết liên kết; Dầm phụ Dầm chính Dầm phụ Bản sàn được kê bốn cạnh (gối lên cả dầm phụ và dầm chính) nên độ cứng và khả năng... cao dầm h > hmin thì có thể không cần kiểm tra theo điều kiện độ võng này Chú ý khi xác định hmin thì gần đúng đã lấy hw = hfk = h Công thức kiểm tra độ võng của dầm : ∆ max : là độ võng lớn nhất của dầm dưới tác dụng của tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn gây ra; và [∆ / l] : là độ võng tương đối cho phép của dầm, được quy định trong tiêu chuẩn thiết kế 32 § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 2 Kiểm tra tiết diện dầm. .. nhất giữa hai gối tựa; c) Chiều dài chế tạo của dầm L1 : L1 = L − ∆ trong đó là sai số chế tạo, hay khe hở cần thiết cho việc lắp dựng; thường = 5 ~ 10 mm 13 3 Chiều dài dầm, nhịp dầm thép d) Nhịp tính toán của dầm l : Nhịp tính toán của dầm được xác định phụ thuộc vào cách tựa dầm lên gối và loại vật liệu của gối tựa (là thép, bê tông hay gạch) Khi dầm gối trực tiếp lên: - Nếu gối tựa là tường xây... 2.2 Kiểm tra độ võng của dầm (TTGH 2) 2 .3 Kiểm tra ổn định tổng thể của dầm 27 § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 2 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn 2.1 Kiểm tra bền: a) Theo điều kiện bền chịu mô men uốn Mmax: l Vmax Mmax (tại tiết diện giữa dầm) Mx,max: là mô men uốn lớn nhất tại tiết diện giữa dầm do tải trọng tính toán gây ra, bao gồm cả trọng lượng bản thân của dầm gd Wnx : là mô men kháng uốn của tiết... suất cắt lớn nhất đối với trục trung hoà x-x § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 2 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn Dầm phụ F 2.1 Kiểm tra bền: b z Bản bụng dầm không có sườn cứng gia cường hw hy tf tf tw hy c) Theo điều kiện chịu ứng suất cục bộ (do tải trọng tập trung F) Dầm chính F : là tổng lực tác dụng cục bộ (từ dầm phụ kê lên cánh trên) truyền xuống bản bụng dầm thông qua bản cánh trên lz : là chiều dài... : là chiều dài tính toán của diện tích bản bụng chịu tải trọng cục bộ F + đối với dầm tổ hợp hàn: lz = b + 2 tf ; b là chiều dài thực tế truyền tải trọng F xuống cánh trên của dầm; tf là bề dầy bản cánh trên của dầm + đối với dầm đinh tán hoặc bulông: lz = b + 2 hy 30 § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 2 Kiểm tra tiết diện dầm đã chọn (tiếp 4/7) 2.1 Kiểm tra bền: d) Theo điều kiện chịu chịu đồng thời ứng... của dầm gd vẫn chưa biết nên ban đầu giả thiết sơ bộ trọng lượng dầm để tính Mmax; Mmax Yêu cầu: Xác định hình dạng và kích thước tiết diện dầm ? Cách tiến hành: - Chọn sơ bộ tiết diện dầm theo 1 yêu cầu chính chịu Mmax; - Tiếp theo tính toán kiểm tra lại tiết diện đã chọn để thoả mãn chịu các yêu cầu khác: như chịu Vmax, chịu đồng thời M + V; 24 § 3. 3 THIẾT KẾ DẦM THÉP HÌNH 1 Chọn sơ bộ tiết diện dầm