Tính toán ổn định thanh tạo hình nguội theo tiêu chuẩn úc ( Luận văn thạc sĩ XD)

Tính toán ổn định thanh tạo hình nguội theo tiêu chuẩn úc ( Luận văn thạc sĩ XD)Tính toán ổn định thanh tạo hình nguội theo tiêu chuẩn úc ( Luận văn thạc sĩ XD)Tính toán ổn định thanh tạo hình nguội theo tiêu chuẩn úc ( Luận văn thạc sĩ XD)Tính toán ổn định thanh tạo hình nguội theo tiêu chuẩn úc ( Luận văn thạc sĩ XD)Tính toán ổn định thanh tạo hình nguội theo tiêu chuẩn úc ( Luận văn thạc sĩ XD)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG NGUYỄN DUY LINH KHĨA (2014-2016) LỚP CAO HỌC KHĨA TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH THANH TẠO HÌNH NGUỘI THEO TIÊU CHUẨN ÚC Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP MÃ SỐ: 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Đỗ Trọng Quang Hải Phòng, tháng năm 2017 LỜI CẢM ƠN Kết cấu thép tạo hình nguội loại kết cấu bắt đầu đƣợc sử dụng nhiều nƣớc ta Từ sản phẩm cấu kiện thông dụng nhƣ khung mái, tƣờng, xà gồ, dầm sàn, đến có nhiều dạng kết cấu hoàn chỉnh nhƣ nhà tầng, khung nhà nhiều tầng, hệ thống mái, Nƣớc ta có nhiều xƣởng cán nguội làm sản phẩm xây dựng số nhà máy sản xuất cuộn thép mỏng nguyên liệu kết cấu tạo hình nguội Có thể nói kết cấu thép tạo hình nguội xu hƣớng phát triển kết cấu thép nƣớc ta năm tới Tuy nhiên lý thuyết tính tốn thiết kế loại kết cấu nƣớc ta khiêm tốn, nƣớc ta chƣa có Tiêu chuẩn thiết kế chung cho loại kết cấu Việc sử dụng Tiêu chuẩn Việt Nam thép cán nóng TCVN 55752012 hồn tồn khơng phù hợp Thấy rõ đƣợc vai trò việc kiểm tra, tính tốn chất lƣợng cấu kiện tạo hình nguội, đƣợc quan tâm, tạo điều kiện thầy cô Khoa Xây Dựng-Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng, đặc biệt quan tâm bảo hƣớng dẫn tận tình TS Đỗ Trọng Quang với cố gắng, em đƣợc giao nhận, hồn thành Luận văn Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo Tiêu Chuẩn Úc AS 4600 Do lần đầu tiên, đƣợc thực đồ án nghiên cứu, với kiến thức, khả hiểu biết hạn hẹp, bên cạnh gặp khơng khó khăn Vì khơng tránh khỏi sai sót, nhiều vấn đề tìm hiểu hạn chế mong thầy nêu ý kiến góp ý để em hiểu, tiếp thu thêm kiến thức giúp Luận Văn hoàn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Xây Dựng Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng, đặc biệt thầy giáo Ts Đỗ Trọng Quang tạo điều kiện, tận tình bảo, hƣớng dẫn trực tiếp, giúp em hoàn thành Luận văn "Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc" EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN! Học viên thực hiện: NGUYỄN DUY LINH LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Duy Linh Sinh ngày: 13/6/1984 Nơi sinh: thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh Nơi cơng tác: UBND huyện Hồnh Bồ, tỉnh Quảng Ninh Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp Cao học ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp với đề tài: “Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc” Luận văn cá nhân tơi thực cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hải Phòng, ngày 20 tháng năm 2017 Ngƣời cam đoan Nguyễn Duy Linh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN Khái niệm kết cấu tạo hình nguội Đặc điểm phạm vi áp dụng Ƣu khuyết điểm kết cấu thép tạo hình nguội 10 3.1 Ƣu điểm 10 Các dạng cấu kiện tạo hình nguội 11 Chế tạo sử dụng tạo hình nguội 13 5.1 Chế tạo 13 5.2 Vật liệu, liên kết: 18 5.3 Sử dụng thép tạo hình nguội: 19 CHƢƠNG II CƠ SỞ TÍNH TỐN CẤU KIỆN THANH TẠO HÌNH NGUỘI 22 I THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CỦA AS 4600 22 II MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ CẤU KIỆN THANH THÀNH MỎNG 22 Phần tử (element) 22 Phần tử phẳng 23 Góc uốn (bend) 23 Phần tử cong (arched element) 23 Phần tử nén đƣợc tăng cứng (stiffened compression element) 23 Phần tử nén không đƣợc tăng cứng (unstiffened compression element) 24 Phần tử nén đƣợc tăng cứng nhiều lần (multipe stiffened compression element): 24 Sƣờn (stiffener): 25 Bề rộng phẳng b (flat width): 25 10 Bề dày (thickness): 25 11 Bề rộng hữu hiệu: 25 III SỰ TĂNG CƢỜNG ĐỘ CỦA THÉP UỐN NGUỘI: 26 IV PHƢƠNG PHÁP ĐƢỜNG TRUNG BÌNH ĐỂ TÍNH ĐẶC TRƢNG TIẾT DIỆN: 27 V BỀ RỘNG HỮU HIỆU CỦA CẤU KIỆN: 29 Sự ổn định cục chịu nén 29 Tấm đƣợc tăng cứng chịu nén 30 Phần tử đƣợc tăng cứng chịu ứng suất biến đổi tuyến tính 32 Phần tử không đƣợc tăng cứng 33 Phần tử chịu nén đều, có sƣờn bên 33 VI TÍNH TỐN CẤU KIỆN CHỊU UỐN 37 Tính tốn bền 37 Tính tốn khả chịu mômen danh nghĩa tiết diện MS 37 Tính độ võng 38 VII TÍNH TỐN CƢỜNG ĐỘ CHỊU OẰN BIÊN DO UỐN – XOẮN 39 Sự oằn bên uốn- xoắn 39 Tính cƣờng độ oằn uốn – xoắn theo AS 4600 41 VIII MỘT SỐ BÀI TOÁN KIỂM TRA ĐỐI VỚI THANH THÀNH MỎNG TIẾT DIỆN CHỮ C 47 CHƢƠNG III 62 ÁP DỤNG KIỂM TRA ĐỐI THANH THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI MẤT ỔN ĐỊNH (OẰN) DO XOẮN HỌC UỐN XOẮN (CỘT) 62 Một số khái niệm: 62 Cơ sở lý thuyết toán ổn định xoắn uốn xoắn cột 62 2.1 Đối với tiết diện không đối xứng (tâm uốn không trùng trọng tâm cột): 64 2.2 Đối với tiết diện có trục đối xứng 65 2.3 Đối với tiết diện có trục đối xứng 66 2.4 Kiểm tra ổn định (oằn) uốn xoắn cấu kiện thành mỏng theo tiêu chuẩn AS4600 (Úc) 66 2.5 Áp dụng kiểm tra ổn định xoắn uốn xoắn cột thép tiết diện chữ I, cánh rỗng (HFB) 68 CHƢƠNG IV 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 Kết luận 70 Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC CÁC HÌNH, CÁC BẢNG Hình 1.1 Kết cấu tạo hình nguội Hình 1.2 Bề dày tạo hình nguội Hình 1.3 Các loại tiết diện uốn nguội 11 Hình 1.4 Sự làm việc cấu kiện thành mỏng 12 Hình 1.5 Nhà xƣởng làm hoàn toàn cấu kiện thành mỏng tạo hình nguội 12 Hình 1.6 Máy dập mép 14 Hình 1.7 Máy ép khn 15 Hình 1.8 Máy cán trục lăn 17 Hình 1.9 Sơ đồ liên kết hàn chập áp lực sử dụng nguồn điện 19 Hình 1.10 Sơ đồ liên kết bu lông 19 Hình 2.1: Góc uốn 23 Hình 2.2: Các loại phần tử 23 Hình 2.3: Phần tử nén đƣợc tăng cứng 24 Hình 2.4: Phần tử nén không đƣợc tăng cứng 24 Hình 2.5: Phần tử đƣợc tăng cứng nhiều lần 24 Hình 2.6: Sƣờn biên 25 Hình 2.7: Sƣờn trung gian 25 Bảng 4.1: Các đặc trƣng tiết diện phần tử đƣờng trung bình hay gặp 27 Hình 2.8 Mất ổn định chịu nén 29 Hình 2.9: Sự phân bố ứng suất sau tới hạn 30 Hình 3.10: Phần tử đƣợc tăng cứng chịu nén 32 Hình 2.11:Phần tử đƣợc tăng cứng sƣờn biên 34 Hình 2.12: Biểu đồ phân bố ứng suất phần tử thuộc trƣờng hợp 35 Hình 2.13: Biểu đồ phân bố ứng suất phần tử thuộc trƣờng hợp 36 Hình 2.14: Các dạng tiết diện chịu uốn 38 Hình 2.15: Sự oằn bên uốn xoắn 39 Hình 2.16: Momen tới hạn cấu kiện oằn-uốn xoắn 42 Hình 2.18: Kích thƣớc hình học thép C 200 48 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Hiện nay, thép tạo hình nguội đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều công trình dân dụng, cơng nghiệp Việt Nam Nhiều doanh nghiệp sản xuất kết cấu thép nhƣ Jamin steel, BHP, Bluscopes Lysaght hay Vinapipe dần chuyển giao công nghệ từ nƣớc ngồi sản xuất có hiệu dạng kết cấu thép Mặt khác, ƣu việt trọng lƣợng nhẹ, tính cơng nghệ khả chịu lực cao, kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội (cold-formed structure) trở thành phƣơng hƣớng phát triển cơng trình kết cấu thép Việt Nam Các sản phẩm thép thành mỏng đa dạng từ cấu kiện rời rạc nhƣ xà gồ, dầm tƣờng, dầm sàn, kết cấu bao che (vách ngăn, tƣờng, mái) kết cấu hoàn chỉnh nhƣ khung nhà tầng, khung nhà công nghiệp, nhà công cộng Tuy vậy, nƣớc ta chƣa có tiêu chuẩn thiết kế riêng cho loại kết cấu Việc sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam thép cán nóng TCVN 5575-1991 hồn tồn khơng phù hợp Đối với cấu kiện thép thành mỏng, điều quan trọng phải tính tốn kiểm tra ổn định đó, ổn định xoắn uốn xoắn phức tạp đặc trƣng Đƣờng lối chung để giải giải phƣơng trình vi phân theo lý thuyết ổn định Timoshenko Vlaxop nhằm xác định giá trị lực tới hạn cho trƣờng hợp phá hoại ổn định xoắn uốn xoắn Đồng thời để áp dụng thực tế, ngƣời thiết kế cần lựa chọn tiêu chuẩn tính tốn phù hợp Luận văn nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép tạo hình nguội AS/NZS 4600-1996 (Úc) (viết gọn AS4600) Điều phù hợp với thực tế sản xuất kết cấu thép nhiều công ty liên doanh với Úc hoạt động nƣớc ta Để góp phần vào phát triển phổ biến lý thuyết tính tốn tạo hình nguội tạo hình nguội Việt Nam, đƣợc hƣớng dẫn tận tình Tiến sỹ Đỗ Trọng Quang nghiên đề tài: “Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc” Phƣơng pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu sở tính tốn cấu kiện - Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo AS 4600 so sánh theo cách tính tốn độ bền Việt Nam Ý nghĩa đề tài: Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn cao, giúp học viên có hội nghiên cứu, tìm hiểu tính tốn loại kết cấu Tạo điều kiện cho học viên hiểu biết thêm ứng dụng kiến thức vào thực tế CHƢƠNG I: TỔNG QUAN KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG KẾT CẤU THANH TẠO HÌNH NGUỘI TRONG XÂY DỰNG Khái niệm kết cấu tạo hình nguội Kết cấu tạo hình nguội dạng theo định nghĩa trƣớc đây, tức vật thể có kích thƣớc theo phƣơng lớn nhiều so với kích thƣớc theo hai phƣơng Thế nhƣng kích thƣớc theo phƣơng hai phƣơng lại nhỏ Và thƣờng chu vi hở, rõ điều vào nội dung nghiên cứu Và kết cấu tạo hình nguội xem kết cấu đặc biệt Kết cấu thƣờng gặp ngành khí, xây dựng, đặc biệt đƣợc ứng dụng kết cấu máy bay, tàu thuỷ, toa xe Vì chúng tơi cho việc giới thiệu vấn đề tính tốn kết cấu tạo hình nguội dƣới cần thiết Ở hình 1.1 biểu diễn tạo hình nguội, có bề dày  bé so với chu tuyến S (đƣờng trung bình mặt cắt ngang) S lại bé so với chiều dài l Loại kết cấu tạo hình nguội có ƣu việt chỗ trọng lƣợng nhỏ nhƣng chịu lực lớn đƣợc sử dụng kết cấu máy bay, tàu thuỷ, ô tô, tàu hoả, số cơng trình xây dựng cầu s   Tính tốn kết cấu tạo hình nguội chuyên đề lớn đƣợc số nhà bác học nhƣ Timôsenko, Vlasốp nghiên cứu Đặc biệt Vlasơp khơng nghiên cứu tính tốn độ bền mà nghiên cứu ổn định, dao động kết cấu tạo hình nguội, đơi ngƣời ta gọi lý thuyết Vlasốp làm quyen với số định nghĩa sau: l l Hình 1.1 Kết cấu tạo hình nguội - Mặt cách hai mặt bên đƣợc gọi mặt trung gian Giao tuyến mặt trung gian với mặt cắt ngang gọi đƣờng trung gian Hình dáng đƣờng trung gian đƣợc gọi chu tuyến mặt cắt ngang - Thanh có mặt cắt ngang hở chu tuyến đƣờng hở có mặt cắt ngang kín chu tuyến đƣờng kín - Bề dày  khơng đổi thay đổi (xem hình 1.2) Hình 1.2 Bề dày tạo hình nguội Đặc điểm phạm vi áp dụng Đây loại kết cấu thép nhẹ đƣợc sử dụng từ hàng chục năm nƣớc, đƣợc áp dụng Việt Nam thời gian gần Kết cấu thép nhẹ khác biệt với kết cấu thép thông dụng điểm sau : - Sử dụng thép tạo hình nguội từ thép mỏng (tới 1,0 mm trở lên); - Sử dụng loại tiết diện khơng có kết cấu thơng thƣờng nhƣ tiết diện kín, tiết diện vng, tiết diện tròn ; - Sử dụng phƣơng pháp liên kết không dùng kết cấu thƣờng Đặc điểm quan trọng sử dụng thép tạo hình nguội từ thép mỏng, sau ta gọi thành mỏng thép hình uốn nguội Bên cạnh loại thép hình cán nóng thơng thƣờng, nƣớc chế tạo rộng rãi thép hình uốn nguội Việc sử dụng thành mỏng tạo cách tiếp cận khác kết cấu thép giai đoạn xây dựng: thiết kế, chế tạo, dựng lắp Đó giải pháp kĩ thuật lĩnh vực vật liệu công nghệ ban đầu đƣợc sử dụng lĩnh vực khí, hàng khơng, tô, mang áp dụng vào kết cấu xây dựng khiến tạo nên loại kết cấu trọng lƣợng giảm nhẹ - Kết cấu tạo hình nguội khác biệt với kết cấu thép thông dụng điểm sau: + Sử dụng thép tạo hình nguội từ thép mỏng (0,3 đến 4mm) + Sử dụng loại tiết diện khơng có kết cấu thông thƣờng nhƣ tiết diện Z, C, tiết diện kín, tiết diện vng, tiết dện tròn + Sử dụng phƣơng pháp liên kết không dùng kết cấu thƣờng + Đặc điểm quan trọng sử dụng thép tạo hình nguội từ thép thành mỏng, ta gọi tạo hình nguội thép hình uốn nguội + Các phần tử cấu kiện thành mỏng mỏng Sau ứng suất đạt tới giá trị tới hạn, bị oằn nhƣng không bị phá hủy, khả chịu thêm lực tải trọng đặt thêm vào gây phân bố lại ứng suất cấu kiện chịu đƣợc tải trọng Hiện tƣợng gọi làm việc sau tới hạn đƣợc áp dụng nhiều cho cấu kiện thành mỏng - Đặc điểm làm việc tạo hình nguội tạo hình nguội: + Thanh tiết diện hở: làm việc tiết diện không phẳng, không tuân theo giải thiết tiết diện phẳng, mặt cắt ngang bị vênh Khi chịu xoắn, phát sinh ứng suất phụ  ,  + Thanh tiết diện kín: làm việc nhƣ thơng thƣờng Ƣu khuyết điểm kết cấu thép tạo hình nguội: 3.1 Ƣu điểm: - Giảm trọng lƣợng thép từ 25-50%, lí thuyết giảm nhƣng kèm theo khó khăn tốn chế tạo khơng kinh tế - Dựng lắp nhanh, giảm thời gian chế tạo lắp ráp - Hình dạng tiết diện đƣợc chọn tự do, đa dạng theo yêu cầu - Đặc trƣng chịu lực tiết diện có lợi, phân bố vật liệu hợp lí, dùng tiết diện kín - Dùng tiết diện kín tạo vẻ đẹp kết cấu, bớt che lấp diện tích kính lấy sáng 3.2 Khuyết điểm: - Giá thành thép uốn nguội cao thép cán nóng - Chi phí phòng nghỉ cao hơn, bề mặt tiết diện thép lớn hơn, cần nhiều diện tích phủ 10 ... Ninh Tơi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp Cao học ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp với đề tài: Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc Luận văn cá nhân thực cơng... nguội tạo hình nguội Việt Nam, đƣợc hƣớng dẫn tận tình Tiến sỹ Đỗ Trọng Quang tơi nghiên đề tài: Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc Phƣơng pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu sở tính tốn... tận tình TS Đỗ Trọng Quang với cố gắng, em đƣợc giao nhận, hoàn thành Luận văn Tính tốn ổn định tạo hình nguội theo Tiêu Chuẩn Úc AS 4600 Do lần đầu tiên, đƣợc thực đồ án nghiên cứu, với kiến thức,