Bài giảng kết cấu thép chương 1 đại cương về kết cấu thép

KẾT CẤU THÉP Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ KẾT CẤU THÉP KẾT CẤU THÉP LÀ GÌ? Kết cấu chịu lực cơng trình xây dựng làm THÉP Nhà thi đấu TDTT Phú Thọ Tháp Eiffel - Paris NỘI DUNG I Ưu khuyết điểm KCT II Phạm vi ứng dụng III u cầu KCT IV Vật liệu thép V Sự làm việc thép chịu tải trọng VI Quy cách cán thép dùng xây dựng VII Phương pháp tính tốn KCT I ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP Ưu  Khả chịu lực lớn, độ tin cậy cao • Thép có cường độ cao: fy = 220 – 400 MPa • Cấu trúc đồng vật liệu  Trọng lượng nhẹ • “Nhẹ nhất” so với kết cấu chịu lực khác bê tơng, gạch, đá, gỗ  c = γ/f Cấu trúc vi mơ thép (µm) + Thép: c = 3,7.10-4 m-1 + Gỗ: c = 5,4.10-4 m-1 + Bê tơng : c = 2,4.10-3 m-1  Cơng nghiệp hóa cao • Vật liệu, kết cấu thực nhà máy Cấu trúc bê tơng [cm] I ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP Ưu  Tính động vận chuyển lắp ráp  Tính kín • Khơng thấm nước • Khơng thấm khí  Bể chứa Bể chứa xăng dầu Kết cấu Loggia KCT I ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KẾT CẤU THÉP Khuyết  Chịu gỉ  Bảo vệ bằng: sơn, mạ kẽm, mạ nhơm, …  Chịu lửa • Vật liệu khơng cháy • Vật liệu chuyển sang dẻo, khả chịu lực từ t=500-600 oC  Bảo vệ : sơn chống lửa, bê tơng, … II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP KCT thích hợp với  cơng trình: • Nhịp lớn • Chiều cao lớn • Tải trọng nặng • Cần trọng lượng nhẹ • Cần độ kín khơng thấm II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ CƠNG NGHIỆP Thơng thường:  Kết cấu khung  Phần tử: • (kéo, nén) • dầm (uốn) • cột (nén, uốn) • dây (kéo) II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN  Nhà thi đấu TDTT, nhà triển lãm, kết cấu đỡ mái SVĐ, … Kết cấu vòm, L=100m SVĐ San siro - Kết cấu dầm dàn II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Kết cấu dàn khơng gian  • Phần tử kết cấu chịu lực theo phương, phân tử dàn dựa theo cấu trúc phân tử hóa học • Phù hợp kết cấu nhịp lớn Sự phá hoại giòn thép 38 b Trạng thái ứng suất phức tạp Sự tập trung ứng suất  vật liệu giòn 1- khơng có tập trung ứng suất 2- có tập trung ứng suất 3- tập trung ứng suất rãnh cắt Sự phá hoại giòn thép 39 c Chịu tải trọng lặp  Tải trọng lặp  mỏi vật liệu  phá hoại dòn  ứng suất phá hoại ff (n,ρ) < σb Sự phá hoại giòn thép 40 d Ảnh hưởng nhiệt độ   Nhiệt độ dương:  t = 200-300oC : đặc tính thép thay đổi  t = 300-330oC : thép giòn  t = 500oC : σc= 140MPa  t = 600oC : σc= 40MPa  t = 600-650oC  t = 700oC : thép đỏ hồng  t > 1500oC : thép bắt đầu chuyển sang thể lỏng : σc= 0MPa Nhiệt độ âm: t = - 45 ÷ - 60oC  thép dòn, dễ nứt Sự phá hoại giòn thép 41 a b c d e f Hiện tượng cứng nguội Trạng thái ứng suất phức tạp Chịu tải trọng lặp Ảnh hưởng nhiệt độ Sự hóa già thép Độ giai va đập VI QUY CÁCH THÉP CÁN TRONG XÂY DỰNG 42 Thép hình Thép Thép hình dập, cán nguội Thép hình 43 a Thép góc: dài 4÷13m  Thép góc cạnh theo TCVN 7571-1:2006   Vd: L40x4  Số hiệu từ L20x3 - L250x35 Thép góc khơng cạnh theo TCVN 7571-2:2006   Vd: L63x40x4B  Từ L30x20x3 - L200x150x25 Cấp xác chế tạo:  A : cấp xác cao  B : cấp xác thường Thép góc ứng dụng Thép hình 44 b Thép chữ I : dài 4÷13m Thép chữ I theo TCVN 7571-15:2006      Vd: I30 Số hiệu từ I10 - I60 Từ I18 – I30 có thêm tiết diện cánh rộng, vd : I22a Dùng làm  Dầm chịu uốn, cột: độ cứng theo phương trục x lớn, tăng cường độ cứng theo trục y cách mở rộng cánh tổ hợp  Bất lợi: cánh hẹp vát bên  khó liên kết Thép chữ I ứng dụng Thép hình 45  c Thép chữ [ : dài 4÷13m Thép chữ [ theo TCVN 757111:2006    Vd: [ 22 [5 - [40, từ [14 – [24 có thêm tiết diện cánh rộng dày hơn, vd : [22a Thép [ dùng làm   Liên kết thuận lợi, liên kết cánh bất lợi Dầm chịu uốn, đặc biệt xà gồ mái, cột – tiết diện tổ hợp Thép chữ [ ứng dụng Thép hình 46  d Các loại thép hình khác Thép chữ I cánh rộng      h lên đến 1000mm Cánh có mép song song  dễ liên kết Dùng làm dầm, cột Giá thành cao Thép ống:   Chịu lực tốt, chống xoắn tốt Dùng kết cấu dàn, cột Thép hình khác Thép 47 - - - Thép phổ thơng: kết cấu bản, … - dày 4-60mm - rộng 160-1050mm - dài – 12 m Thép dày: kết cấu bản, … - dày – 160 mm - rộng 600 – 3000 mm - dài – m Thép mỏng: tạo thành mỏng cán nguội - dày 0,2 – mm - rộng 600 – 1400 mm - dài 1,2 – m Thép hình dập, cán nguội 48 - Cán nguội từ thép mỏng (1-8mm)  kết cấu thành mỏng - Dùng cấu kiện chịu lực nhỏ : xà gồ mái, tơn lợp mái, … - Tham khảo tiêu chuẩn nước ngồi  eurocode Thép cán nguội VII PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN KCT 49 Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn Tải trọng tác động Phương pháp tính KCT theo trạng thái giới hạn 50 TTGH: trạng thái mà kết cấu thơi khơng thỏa mãn u cầu đặt  TTGH 1: khả chịu lực khơng sử dụng - Phá hoại bền - Mất ổn định, cân vị trí, kết cấu bị biến đổi hình dạng N≤S N: nội lực kết cấu S: khả chịu lực kết cấu  TTGH 2: kết cấu khơng sử dụng bình thường đươc - Bị võng, lún, bị nứt, bị rung ∆ ≤ [∆] ∆: biến dạng, chuyển vị kết cấu [∆]: biến dạng, chuyển vị cho phép Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn 51  Cường độ tiêu chuẩn  Xác định dựa phương pháp thống kê, độ tin cậy > 0,95  Thép có biến dạng chảy dẻo: fy=σc  Thép khơng có biến dạng chảy trường hợp cho phép kết cấu làm việc chảy dẻo  fy=σb Sự thay đổi cường độ đàn hồi thép Fe E355 Thực 60 thí nghiệm kéo Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn 52  C độ tính tốn = C độ tiêu chuẩn / hệ số an tồn vật liệu γM Ký hiệu Cường tính tốn Kéo, nén, uốn - theo giới hạn chảy - theo giới hạn bền f ft f=fy/γ M ft=fu/γ M Trượt fv fv=0,58fy/γ M Ép mặt lên đầu mút (khi tì sát) fc fc=fu/γ M Ép mặt khớp trụ tiếp xúc chặt fcc fcc=0,5fy/γ M Ép mặt theo đường kính lăn fcd fcd=0,025fy/γ M Trạng thái làm việc  γM= 1,05 thép có σc ≤ 380MPa [...]... 2: 11 5,73m • Chiều cao lầu 3: 276 ,13 m • Chiều cao tổng cộng bao gồm anten: 324m • Xây dựng 18 87 – 18 89 • Khối lượng : 10 100T • Liên kết: 2 500 000 đinh tán Tháp Eiffel - Paris II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP 5 BỂ CHỨA – ĐƯỜNG ỐNG Bể chứa chất lỏng II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP 6 CẦU KC vòm: L =16 5m Viaduc Gabarit (Pháp) xây dựng bởi Gustave Eiffel- 18 84 II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP... - Viaduc de Mileau (Pháp), 20 01- 2003 : cầu cao nhất thế giới - 320M euros, xây dựng cơng ty Eiffage II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP 7 DÀN KHOAN Kết cấu dàn khoan II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP 8 KẾT CẤU KHÁC MÁI DÂY III CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI KẾT CẤU THÉP 1 u cầu về sử dụng: - Đảm bảo u cầu về chịu lực - Đảm bảo về độ bền vững, khả năng bảo dưỡng - Đẹp 2 u cầu về kinh tế - Tiết kiệm vật liệu... DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP 3 NHÀ CAO TẦNG Vách cứng II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP 3 NHÀ CAO TẦNG  kết cấu liên hợp thép- bê tơng (composite) 42,3 m - Thi cơng : 33,05 m 2-2,5 lầu /1 tuần Sàn bê tơng Lõi bê tơng Dầm sàn composite Cột composite Khung composite Millennium Tower (Vienna - Austria) – 51 tầng II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP 4 KẾT CẤU TRỤ THÁP TRỤ Tháp Eiffel: • Chiều cao lầu 1: 57,63m... hình hóa kết cấu IV VẬT LIỆU THÉP 20 1 Định nghĩa 2 Phân loại thép 3 Cấu trúc và thành phần hóa học 4 Thép xây dựng Biểu đồ kéo thép – quan hệ σ-ε 1 Định nghĩa 21 - Luyện quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4…)  Gang (hợp kim của Fe và C) với C ≥ 1, 7% - Khử bớt C  Thép - Nếu: + Lượng C ≥ 1, 7%  GANG + Lượng C < 1, 7%  THÉP Thành phần hóa học, phương pháp luyện khác nhau  nhiều loại thép 2 Phân loại thép 22 a... 20 Mác thép 20 < t ≤ 30 30 < t ≤60 fu fy f fu fy f fu fy f 09Mn2 450 310 295 450 300 285 □ □ □ 14 Mn2 460 340 325 460 330 315 □ □ □ 16 MnSi 490 320 305 480 300 285 470 290 275 09Mn2Si 480 330 315 470 310 295 460 290 275 10 Mn2Si 1 510 360 345 500 350 335 480 340 325 10 CrSiNiCu 540 400* 360 540 400* 360 520 400* 360 GHI CHÚ: đơn vị N/mm2; *Hệ số γM trường hợp này là 1, 1; bề dày tối đa là 40mm 4 Thép xây... dẻo của thép  Thép nhiều C  màng Peclit dày, thép cứng 3 Cấu trúc và thành phần hóa học thép 26 b Thành phần hóa học thép - Thép cacbon ngồi 2 thành phần chính là Fe và C, còn có:  Mn: tăng cường độ, độ giai của thép, > 1, 5%  Si: chất khử oxy, cho vào thép tĩnh làm tăng cường độ, giảm tính chống gỉ, tính dễ hàn   thép giòn < 0,3% với thép cacbon thấp  P: giảm tính dẻo, độ dai va đập, thép giòn... dựng: thép tấm cán nguội, …  THÉP XÂY DỰNG 2 Phân loại thép 23 a Theo thành phần hóa học - Thép hợp kim: Cr (chống gỉ), Ni (chống ăn mòn), Mn (độ bền) …  nâng cao chất lượng thép, cứng hơn thép carbon + Thép hợp kim cao (tổng hàm lượng > 10 %) Vd: thép Mn cao 13 %  dùng cho mơi trường chịu ăn mòn cao như răng gầu xúc, xích xe tăng, … + Thép hợp kim vừa : tổng hàm lượng các hợp kim 2,5 -10 % + Thép hợp... hoại dòn và lão hóa - Thép tĩnh: đắt hơn thép sơi, dùng trong các cơng trình chịu tải trọng động, những cơng trình quan trọng - Thép nửa tĩnh: là trung gian của hai thép trên 3 Cấu trúc và thành phần hóa học thép Cấu trúc thép carbon thấp [µm] a Cấu trúc thép - Cấu trúc vi mơ của thép bao gồm 2 thành phần chính sau:  Ferit (99% thể tích): các hạt màu sáng, có tính mềm, dẻo  Xementit (hợp chất sắt cacbua... hợp kim 2,5 -10 % + Thép hợp kim thấp  THÉP XÂY DỰNG (%hk < 2,5%) 2 Phân loại thép 24 b Theo phương pháp luyện thép - Luyện bằng lò quay - Luyện thép bằng lò bằng (lò Martin) c Theo mức độ khử oxy Thép lỏng rót vào khn  để nguội cho kết tinh lại Tùy phương pháp để lắng nguội: - Thép sơi: chất lượng khơng tốt, dễ bị phá hoại dòn và lão hóa - Thép tĩnh: đắt hơn thép sơi, dùng trong các cơng trình chịu... Theo thành phần hóa học - Thép cacbon: %C < 2,0%, khơng có hợp kim khác + Thép cacbon đặc biệt cao (C =1, 0-2,0%): độ cứng rất cao, dùng làm các dụng cụ như dao cắt, búa, … + Thép cacbon cao (C=0,6 -1, 0%): độ bền cao, dùng làm lò xo, nhíp xe … + Thép cacbon vừa (C=0,3-0,6%): chống bào mòn tốt, dùng làm thép định hình và các ứng dụng trong cơ khí + Thép cacbon thấp (0,05-0,3%): thép mềm, dễ cán, rèn, được ... cấu vòm, L =10 0m SVĐ San siro - Kết cấu dầm dàn II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ NHỊP LỚN Kết cấu dàn khơng gian  • Phần tử kết cấu chịu lực theo phương, phân tử dàn dựa theo cấu trúc phân... phân tử hóa học • Phù hợp kết cấu nhịp lớn II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ CAO TẦNG Vách cứng II PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA KẾT CẤU THÉP NHÀ CAO TẦNG  kết cấu liên hợp thép- bê tơng (composite)... độ Sự hóa già thép Độ giai va đập VI QUY CÁCH THÉP CÁN TRONG XÂY DỰNG 42 Thép hình Thép Thép hình dập, cán nguội Thép hình 43 a Thép góc: dài 4 13 m  Thép góc cạnh theo TCVN 75 71- 1:2006   Vd: