Phân tích nội lực của khung liên hợp thép – bê tông với liên kết khớp, cứng và nửa cứng.. Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng liên kết dầm – cột đến sự phân phối nội lực của kết cấu khung liê
Trang 1Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2014 ISBN: 978-604-82-1388-6
161
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG LIÊN KẾT ĐẾN SỰ PHÂN PHỐI NỘI LỰC CỦA KẾT CẤU KHUNG LIÊN HỢP THÉP – BÊ TÔNG
Hoàng Hiếu Nghĩa1, Vũ Quốc Anh2
1Khoa Xây Dựng - Trường Đại học Hải Phòng Email: hoanghieunghia@gmail.com
2Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Email: anhquocvu@gmail.com
1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Báo cáo nghiên cứu phương pháp xác định độ
cứng của liên kết liên hợp dầm – cột theo tiêu
chuẩn EUROCODE 4 Phân tích nội lực của khung
liên hợp thép – bê tông với liên kết khớp, cứng và
nửa cứng Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng liên
kết dầm – cột đến sự phân phối nội lực của kết
cấu khung liên hợp thép – bê tông thông qua
việc khảo sát khung phẳng liên hợp thép – bê
tông bằng phần mềm SAP2000
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương
pháp PTHH – sử dụng mô hình hóa kết cấu và liên
kết bằng phần mềm Sap2000
3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
3.1 Giới thiệu đặc điểm cấu tạo và phân loại
theo độ cứng chống xoay ban đầu của liên kết
dầm cột
3.2 Tính toán độ cứng của liên kết dầm – cột
liên hợp theo tiêu chuẩn EUROCODE 4
3.3 Phân tích kết cấu khung liên hợp thép – bê
tông có xét đến độ cứng của liên kết
Xét kết cấu khung phẳng liên hợp thép – bê
tông 5 tầng – 1 nhịp chịu các loại tải trọng tĩnh
Hình 1: Mô hình hóa kết cấu và sơ đồ tải trọng tác
dụng đứng và ngang
Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng liên kết đến
sự phân bố nội lực của khung
Sử dụng mô hình 1 lò xo mô phỏng độ mềm chuyển vị xoay của nút liên kết
Tính toán độ cứng của liên kết dầm – cột:
Bảng 1 Độ cứng xoay của liên kết liên hợp
thép – bê tông
tính
Cột thép không liên hợp (kN.m/rad)
Cột thép liên hợp (kN.m/rad)
Sj,ini Dầm liên hợp
Sj Dầm liên hợp
Ứng dụng phần mềm Sap2000.V14 để mô hình hóa kết cấu, khai báo độ cứng của liên kết
dầm – cột bằng công cụ Frame releases/Partial
Fixity,
Hình 2: Sự chênh lệch mô men đầu dầm và giữa dầm
khi có kể đến độ cứng của liên kết
Nhận xét:
- Bảng 1 cho thấy: cùng một kiểu liên kết nhưng với cột thép được bọc bê tông cho độ cứng của liên kết lớn hơn khi cột không được bọc
bê tông
- Bảng 2 cho thấy nội lực trong cột và trong dầm có sự phân phối lại khi sử dụng khung với liên kết khớp, liên kết cứng, liên kết nửa cứng và cấu tạo của cột liên hợp hay không liên hợp
Trang 2Kỷ niệm 55 năm thành lập Đại học Thủy Lợi
162
Hình 2 cho thấy sự chênh lệch mômen đầu dầm
và giữa dầm khi có kể đến độ cứng của liên kết:
Liên kết khớp chênh là 100%; liên kết cứng có độ
chênh là 62,92% ; liên kết nửa cứng có độ chênh là 15,07% Qua đó ta thấy rõ được sự phân bố lại nội lực dầm khung khi sử dụng liên kết nửa cứng
Bảng 2 Sự thay đổi nội lực khung liên hợp khi có kể đến độ cứng của liên kết
Đại lượng
Liên kết khớp
Liên kết cứng
Liên kết nửa cứng Chênh lệch (%)
(a)
Mô men đầu
dầm tầng 1
(kN.m)
(b)
Mô men giữa
dầm tầng 1
(kN.m)
Mô men chân
cột tầng 1
(kN.m)
Chênh lệch (%)
(b) - (a)
4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Tác giả đã giới thiệu ưu điểm của việc áp dụng
liên kết nửa cứng trong thiết kế kết cấu liên hợp
thép – bê tông, giới thiệu đặc điểm ứng xử của liên
kết nửa cứng theo tiêu chuẩn Châu Âu 4 –
EUROCODE 4 và cách xác định độ cứng của liên kết
liên hợp theo EUROCODE 4 Đồng thời khảo sát ảnh
hưởng của độ cứng liên kết đến sự phân phối lại
nội lực trong khung liên hợp thép – bê tông
Khi sử dụng liên kết nửa cứng trong phân tích
khung thì kết quả Mômen đầu dầm giảm và
Mômen giữa dầm tăng lên so với khi sử dụng
khung liên kết cứng Mô men chân cột tăng lên so
với liên kết cứng và giảm đi so với liên kết khớp
Sự chênh lệch nội lực (mômen) đầu dầm và
giữa dầm là rất lớn khi mô hình khung với liên kết
khớp và liên kết cứng Khi dùng mô hình khung
với liên kết nửa cứng cho thấy sự chênh lệch là
không đáng kể, do đó dầm sẽ có tiết diện hợp lý
và kinh tế hơn
Độ cứng của liên kết thay đổi khi thay đổi cấu
tạo liên kết do đó tác giả kiến nghị khi thiết kế
công trình cần xác định cấu tạo sơ bộ của liên kết
sau đó tính độ cứng của liên kết và tính toán lại
nội lực thực tế của khung để tránh gây lãng phí
vật liệu vì khi đó nó phản ánh đúng sự làm việc
thực tế của công trình Đồng thời cũng cần nghiên cứu nhiều loại liên kết khác nhau cho phù hợp với các công trình thực tế
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] CEN Eurocode 4: Design of steel and concrete structures Part 1.1:General rules and rules for buildings (prEN 1994-1-1), stage 49 draftedition 2003
[2] SAP2000 (2002), Three dimensional Static and Dynamic Analysis of Structures, Computer and Structures Inc Berkeley California USA [3] N Kishi and W.F.Chen (1987) “Moment-rotation relations of semi-rigid connections” CE-STR-87-29, School of Civil Engineering PurdueUniversitym West lafayette, In 47907 [4] Structural Steelwork Erocodes Development
of Trans-National Approach, SSEDTA (2001),
“Lecture 9: Composite joint”
[5] Richard RM, Elsalti MK PRCONN-moment-rotation curves for partially restrained connections User’s manual for program developed at The University of Arizona Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics 1991, Tucson, AZ