Tính toán thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn châu âu (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - TRIỆU VĂN THỨC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI - TRIỆU VĂN THỨC KHĨA: 2016 - 2018 TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS VŨ QUỐC ANH Hà Nội - 2018 LờI CảM ƠN Trước tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Quốc Anh thầy giáo trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ trình hình thành, xây dựng đề tài bảo mang tính xác thực sửa chữa mang tính khoa học thầy để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo, cán khoa Sau đại học Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội giúp đỡ, dẫn suốt trình học tập nghiên cứu tác giả lớp CH2016X2 Mặc dù tác giả cố gắng hoàn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót có phần nghiên cứu chưa sâu Rất mong nhận góp ý chia sẻ q thầy cơ, quý đồng nghiệp người quan tâm để đề tài nghiên cứu hoàn thiện Tác giả xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày… tháng…năm 2018 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Triệu Văn Thức LỜI CAM ĐOAN Tên là: Triệu Văn Thức Ngày sinh: 20/08/1991 Nơi sinh: Xã Nam Hoa – Huyện Nam Trực – Tỉnh Nam Định Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng TÁC GIẢ LUẬN VĂN Triệu Văn Thức MỤC LỤC Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng, biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG VỀ CẤU KIỆN CHỊU XOẮN 1.1 Tổng quan cấu kiện chịu xoắn 1.1.1 Lịch sử phát triển phân tích xoắn 1.1.2 Các thuật ngữ ký hiệu 1.2 Biến dạng đàn hồi ứng suất .5 1.2.1 Tâm cắt 1.2.2 Xoắn tự 1.2.3 Xoắn kiềm chế .16 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU .21 2.1 Cấu kiện chịu xoắn tự 21 2.1.1 Phân tích đàn hồi .21 2.1.2 Phân tích phá hoại dẻo 22 2.2 Cấu kiện chịu xoắn kiềm chế .25 2.2.1 Phân tích đàn hồi .25 2.2.2 Phân tích phá hoại dẻo 41 2.3 Cấu kiện chịu uốn 44 2.3.1 Cấu kiện chịu uốn phẳng trạng thái đàn hồi .44 2.3.2 Cấu kiện chịu uốn phẳng trạng thái dẻo .54 2.4 Thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn .57 2.4.1 Phân loại mặt cắt ngang 57 2.4.2 Điều kiện kiểm tra dầm chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu 60 2.4.3 Trình tự tính tốn, thiết kế .73 CHƯƠNG III VÍ DỤ TÍNH TỐN THIẾT KẾ DẦM THÉP CHỊU UỐN XOẮN THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 74 3.1 Ví dụ 74 3.2 Ví dụ 80 3.3 Ví dụ 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG, BIỂU Số hiệu Tên bảng biểu bảng biểu Trang Bảng 2.1 Các biểu thức , ’, ” ”’ 30 Bảng 2.2 Đặc trưng hình học mặt cắt ngang 46 Bảng 2.3 Đặc trưng hình học mặt cắt ngang 47 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Bảng 2.7 Bảng 2.8 Bảng 2.9 Tỷ số lớn bề rộng bề dày phần chịu nén Tỷ số lớn bề rộng bề dày phần chịu nén Phân loại đường cong ổn định với tiết diện ngang Giá trị kiến nghị đường cong ổn định uốn xoắn tiến diện ngang Hệ số sai lệch cho đường cường độ ổn định Hệ số hiệu chỉnh kc 58 59 63 63 64 65 Giá trị hệ số C1 , C3 ứng với tỉ số momen Bảng 2.10  biên phụ thuộc vào hệ số k z , f k w Đối với hệ 69 số dầm đơn giản chịu uốn mặt phẳng k y  , chị xoắn k w  Giá trị hệ số C1 , C2 , C3 trường hợp tải Bảng 2.11 trọng ngang khác phụ thuộc hệ số 70 k y , k z , k w hệ số  f k wt Bảng 2.12 Hệ số cho  ,  loại tải trọng điều kiện biên 72 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình hình Hình 1.1 Hình 1.2 Tâm cắt s tâm khối lượng c Xoắn tự ( momen xoắn không đổi đầu dầm tự do) Trang Hình 1.3 Dịch chuyển vênh u momen xoắn Hình 1.4 Màng Prandtl tương đối cho xoắn tự Hình 1.5 Dịch chuyển vênh phần tử mỏng Hình 1.6 Xoắn tự mặt cắt ngang hình chữ nhật dẹt 11 Hình 1.7 Đặc tính xoắn mặt cắt ngang chữ nhật 13 Hình 1.8 Ứng suất tiếp xoắn tự lên mặt cắt ngang thành mỏng 13 Hình 1.9 Độ vênh mặt cắt ống có khe hở 15 Hình 1.10 Momen xoắn dòng cắt mặt cắt thành mỏng 15 Hình 1.11 Độ vênh mặt cắt kín 16 Hình 1.12 Xoắn kiềm chế 16 Hình 1.13 Sự xoay đường thẳng song song với trục xoắn 17 Hình 1.14 Sự vênh phần tử  x   s  t xoắn 18 Hình 1.15 Bi momen ứng suất phần tử mặt cắt tiết diện chữa I 19 Hình 2.1 Dầm cơng xơn chịu xoắn tự 21 Hình 2.2 Dầm siêu tĩnh chịu xoắn tự 22 Hình 2.3 Hình 2.4 Phân bố ứng suất tiếp xoắn tự trạng thánh hình thành dẻo dẻo hồn tồn Dầm cơng xơn chịu xoắn vênh 23 26 Hình 2.5 Hình 2.6 Dầm siêu tĩnh chịu xoắn kiềm chế Biểu đồ A, cho  trường hợp 3: Momen tập trung T tác 27 35 dụng điểm x=αL Hình 2.7 Biểu đồ B cho ” trường hợp 3: Momen tập trung T tác 36 dụng điểm x=αL Biểu đồ C, cho  (Trường hợp 4: Momen xoắn phân bố Hình 2.8 T, Trường hợp 3: Tổ hợp đối xứng tải 37 trọng điểm điểm phần ba phần tư) Biểu đồ D, cho ” (Trường hợp 4: Momen xoắn phân Hình 2.9 bố T, Trường hợp 3: Tổ hợp đối xứng tải 38 trọng điểm điểm phần ba phần tư) Biểu đồ E, cho  ” dầm công xôn bị vênh gối Hình 2.10 tự ( Trường hợp 7: momen tác dụng T không đầu tự 39 do, trường hợp 8: momen phân bố đều) Hình 2.11 Hình 2.12 Biểu đồ F, cho   ( trường hợp 10: momen phân bố tăng dần) Bi momen ứng suất phần tử có mặt cắt ngang chữ I 40 41 Hình 2.13 Cơ cấu phá hoại dẻo xoắn vênh 43 Hình 2.14 Những quy ước chiều cấu kiện chịu uốn 44 Hình 2.15 Cấu kiện chịu uốn túy 45 Hình 2.16 Uốn mặt phẳng khơng phải mặt phẳng 48 Hình 2.17 Ứng suất tiếp mặt cắt ngang đặc 49 Hình 2.18 Hình 2.19 Sự phân bố ứng suất tiếp mặt cắt ngang hình chữ nhật Sự phân bố ứng suất tiếp mặt cắt ngang 50 51 thành mỏng hở Hình 2.20 Sự phân bố dòng ứng suất tiếp tiết diện chữ I 52 Hình 2.21 Sự cân ngang dòng ứng suất tiếp 53 Hình 2.22 Quan hệ biến dạng ứng suất kết cấu thép lý tưởng hóa 54 Hình 2.23 Mối quan hệ momen độ uốn cong dầm thép 55 Hình 2.24 Sự phân phối lại momen dầm ngang 56 Hình 2.25 Cơ cấu phá hoại dẻo dầm 57 Ý nghĩa đại lượng quy ước dấu tác Hình 2.26 dụng tải trọng thân ( Fz ) 67 Hình 3.1 Ví dụ 74 Hình 3.2 Mặt cắt ngang chi tiết thép IPE500 74 Hình 3.3 Ví dụ 80 Hình 3.4 Mặt cắt ngang chi tiết thép IPE330 80 Hình 3.5 Ví dụ 87 Hình 3.6 Mặt cắt ngang chi tiết thép IPE600 87 PHẦN MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Trong năm trở lại đây, phát triển mật độ quy mô xây dựng nhanh, kết cấu thép với ưu điểm khả chịu lực lớn, cấu trúc đơn giản, trọng lượng nhẹ, dễ dàng vận chuyển, thi công sửa chữa … ngày thiết kế thi công rộng rãi Cùng với sách mở cửa hội nhập nhà nước Đã thu hút đầu tư từ tập đồn kinh tế giới Rất nhiều cơng trình có vốn đầu tư nước ngồi xây dựng Việt Nam Nhiều cơng trình thiết kế thi công theo tiêu chuẩn Châu Âu, Mỹ …Trong xu hội nhập phát triển việc hiểu biết vận dụng tiêu chuẩn nước tiên tiến cần thiết Hiện nay, thiết kế kết cấu thường bỏ qua đơn giản hóa việc tính tốn thiết kế xoắn Do khơng phải ánh làm việc kết cấu, dẫn đến việc an toàn kết cấu Trong TCVN 5575:2012 chưa đề cập cụ thể vấn đề Cần có thêm nghiên cứu tốn xoắn Vì tơi chọn đề tài “ Tính tốn thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu”  Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đại cương cấu kiện dầm thép chịu xoắn, uốn xoắn kết cấu cơng trình Phương pháp cơng thức tính tốn, thiết kế cấu kiện chịu uốn xoắn tiêu chuẩn Vận dụng phương pháp cơng thức tính tốn tiêu chuẩn Châu Âu để tính tốn thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn  Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Cấu kiện dầm thép chịu uốn xoắn  Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết  Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu đề phương pháp tính toán thiết kế dầm thép chịu xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu Ý nghĩa thực tiễn: Khi áp dụng phương pháp tính tốn dầm thép chịu xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu vào tính tốn thiết kế kết cấu tránh việc bỏ qua đơn giản hóa việc tính xoắn Qua đánh giá đầy đủ ứng xử kết cấu, làm tăng độ an tồn tính tốn kết cấu 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Với mong muốn đóng góp kiến thức tích lũy q trình học tập, nghiên cứu nhà trường vào thực tiễn, tác giả lựa chọn cố gắng việc hồn thành đề tài luận văn “ Tính tốn thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu” Tuy thời gian thực khả có hạn giải đầy đủ mục tiêu đề có nhứng đóng góp cụ thể sau đây: - Đã khái quát sở lý thuyết tính tốn , thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu - Xây dựng trình tự tính tốn cho tốn thiết kế cấu kiện dầm thép chịu uốn xoắn KIẾN NGHỊ Phương pháp tính tốn tốn uốn xoắn theo tiêu chuẩn châu Âu có tính thực hành cao, sử dụng thiết kế kiểm tra tiết diện hợp lý cấu kiện Hiện tiêu chuẩn Mỹ, tiêu chuẩn Châu Âu giới thiệu cụ thể chi tiết phương pháp tính tốn uốn xoắn Nhưng Việt Nam chưa đưa vào tiêu chuẩn tính tốn, tài liệu thiết kế chưa đề cập cụ thể dầm thép chịu tác động uốn xoắn Cho nên kiến nghị cần sớm đưa tốn phân tích uốn xoắn tiêu chuẩn có dẫn tính tốn để thuận lợi cho kỹ sư thiết kế 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu, Bùi Đình Nghi (2011), Sức bền vật liệu tập 2, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội A.F Hughes, David C lles, A.S Malik(2011), Design of Steel Beams in Torsion: In Accordance with Eurocodes and the UK National Annexes, by SCI, Silwood Park, Ascot, Berkshine SL5 7QN UK D.A.Nethercor, P.R Salter, A.S Malik(1989), Design of Menbers subject to Combined Bending and Torsion, by The Steel Construction Institute Silwood Park N.S.Trahair,M.A.Bradford,D.A Nethercot, and L Gardner (2008), The behaviour and design of steel structures to EC3, by Taylor & Francis Park Square, Milton Park, Abingdon, Oxon OX14 4RN Eurocode3(16 April 2014), Design of steel structures, European Committee for Standardization (CEN)  ... thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu - Xây dựng trình tự tính toán cho toán thiết kế cấu kiện dầm thép chịu uốn xoắn KIẾN NGHỊ Phương pháp tính tốn tốn uốn xoắn theo tiêu chuẩn. .. theo tiêu chuẩn Châu Âu Ý nghĩa thực tiễn: Khi áp dụng phương pháp tính toán dầm thép chịu xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu vào tính tốn thiết kế kết cấu tránh việc bỏ qua đơn giản hóa việc tính xoắn. .. thiết kế dầm thép chịu uốn xoắn theo tiêu chuẩn Châu Âu  Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đại cương cấu kiện dầm thép chịu xoắn, uốn xoắn kết cấu cơng trình Phương pháp cơng thức tính tốn, thiết kế