So sánh tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn mỹ (AISC), châu âu(EC3) và việt nam(TCVN 5575 2012) (tt)

iii LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Thị Hà Sinh ngày: 19/09/1991 Quê quán: Tiên Hưng – Lục Nam – Bắc Giang Nơi công tác: Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghi

NGUYỄN THỊ HÀ

SO SÁNH TÍNH TOÁN DẦM THÉP THEO TIÊU CHUẨN

MỸ (AISC), CHÂU ÂU (EC3) VÀ VIỆT NAM (TCVN 5575:2012)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

NGUYỄN THỊ HÀ

kho¸ 2016-2018

SO SÁNH TÍNH TOÁN DẦM THÉP THEO TIÊU CHUẨN

MỸ (AISC), CHÂU ÂU (EC3) VÀ VIỆT NAM (TCVN 5575:2012)

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60.58.02.08

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS NGUYỄN HỒNG SƠN

HÀ NỘI – 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

-

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện Luận văn này, tác giả đã được người hướng dẫn khoa học là Thầy giáo PGS TS Nguyễn Hồng Sơn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cũng như tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn của mình Qua đây tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy!

Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn kết cấu Thép Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội, các thầy cô trong tiểu ban bảo vệ đề cương, các thầy cô trong tiểu ban kiểm tra tiến độ Luận văn, đã có những ý kiến góp ý quý báu cho nội dung Luận văn

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy cô giáo, các cán bộ của khoa đào tạo sau đại học thuộc Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn trong quá trình học tập và nghiên cứu

Do thời gian thực hiện luận văn không nhiều, trình độ của tác giả có hạn, mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng trong nội dung Luận văn sẽ không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy cô giáo và các học viên để Luận văn hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày , tháng , năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hà

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Hà

Sinh ngày: 19/09/1991

Quê quán: Tiên Hưng – Lục Nam – Bắc Giang

Nơi công tác: Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây

dựng công trình dân dụng và công nghiệp với đề tài: “So sánh tính toán dầm

thép theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu Âu (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575:2012)” là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu

khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

Hà Nội, ngày , tháng , năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hà

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục các ký hiệu

Danh mục các hình vẽ

Danh mục các bảng biểu

MỞ ĐẦU … 1

* Lý do chọn đề tài Error! Bookmark not defined * Mục đích nghiên cứu Error! Bookmark not defined * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined * Phương pháp nghiên cứu 2

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

* Kết cấu của đề tài 2

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung về dầm thép 3

1.2 Cấu tạo mạng hệ dầm trong thực tế xây dựng 6

1.3 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Mỹ, châu Âu và Việt Nam………9

1.3.1 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Mỹ (AISC) 9

1.3.2.Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của châu Âu (EC3) 12

1.3.3.Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam 15

1.4 Ứng dụng của dầm thép trong thực tế xây dựng 16

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DẦM THÉP THEO TIÊU CHUẨN MỸ (AISC), CHÂU ÂU (EC3) VÀ VIỆT NAM (TCVN 5575:2012) 17

2.1 Cấu tạo chung của dầm thép 17

2.2 Sự làm việc của dầm thép chịu tải trọng 19

2.3 Phân loại tiết diện 21

2.3.1 Theo tiêu chuẩn Mỹ……… 21

2.3.2 Theo tiêu chuẩn châu Âu……… 22

2.3.3 Theo tiêu chuẩn Việt Nam……….….27

2.4 Tính toán dầm thép tổ hợp hàn……… 27

2.4.1 Theo tiêu chuẩn Mỹ……… 27

2.4.2 Theo tiêu chuẩn châu Âu……… 40

2.4.3 Theo tiêu chuẩn Việt Nam……… 48

2.5 Quy trình tính toán……… 54

2.5.1 Theo tiêu chuẩn Mỹ………54

2.5.2 Theo tiêu chuẩn châu Âu………54

2.5.3 Theo tiêu chuẩn Việt Nam……… 54

2.6 Nhận xét chung ……….….56

CHƯƠNG 3 VÍ DỤ TÍNH TOÁN ……… 57

3.1 Tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu Âu (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575:2012)……….57

3.1.1 Số liệu đầu vào của bài toán……… 55

3.1.2 Tính toán dầm thép cho tiêu chuẩn Mỹ (AISC)………57

3.1.3 Tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn châu Âu (EC3)……….63

3.1.4 Tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5575:2012).69 3.2 So sánh phân loại tiết diện theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC) và châu Âu (EC3)……… ……… 70

3.3 Nhận xét kết quả tính toán……… 84

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………85

Kết luận……….85

Kiến nghị ……… 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU a) Các đặc trưng hình học

A : Diện tích tiết diện nguyên

An : Diện tích tiết diện thực

Aw : Diện tích bản bụng

bf : Bề rộng của bản cánh

Cb : Hệ số điều chỉnh xét tới sự biến đổi mô men dọc chiều dài đoạn đang xét

Cv : Hệ số giảm khả năng chịu cắt xét đến ổn định cắt

d : Chiều cao toàn thể của tiết diện

I : Mô men quán tính của tiết diện

J : Mô men quán tính xoắn của tiết diện

Lb : Khoảng cách hai giằng của tiết diện

Lp : Khoảng cách lớn nhất giữa hai giằng để cấu kiện không bị mất ổn định tổng thể

Vmax : Lực cắt lớn nhất

tf : Chiều dày bản cánh

tw : Chiều dày bản bụng

Sx : Mô men tĩnh của tiết diện

Wx : Mô đun chống uốn của tiết diện nguyên đối với trục x-x

Z : Mô đun chống uốn dẻo

b) Ngoại lực và nội lực

F,P : Ngoại lực tập trung

Mcr : Mô men tới hạn

Mu : Mô men uốn theo phương pháp LRFD

Ma : Mô men yêu cầu theo phương pháp ASD

Mn : Mô men uốn danh nghĩa

Mp : Mô men dẻo

My : Mô men chảy

c) Cường độ và ứng suất

E : Môđun đàn hồi

Fy : Cường độ tính toán của thép

 : Ứng suất pháp

,

x y

  : Các ứng suất pháp song song với các trục tương ứng x-x, y-y

 : Ứng suất tiếp

d) Ký hiệu các thông số

 : Khối lượng riêng

 : Chỉ số độ tin cậy

 : Điều kiện làm việc của kết cấu

b

 : Hệ số sức kháng khi tính toán cấu kiện chịu uốn

b

 : Hệ số an toàn tổng thể khi tính toán cấu kiện chịu uốn

p

 : Giới hạn độ mảnh của phần tử đặc chắc

r

 : Giới hạn độ mảnh của phần tử không đặc chắc

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.2 Tiết diện dầm tổ hợp đinh tán hoặc bulông 18

Hình 2.4 Sự làm việc của cấu kiện chịu uốn 19

Hình 2.5 Các giới hạn để nội suy ứng suất cho phép 30

Hình 2.6 Các đường cong cường độ mất ổn định 45

Hình 2.7 Tiết diện dầm tổ hợp chữ I 49

Hình 3.1 Dầm thép ASTM A992 tiết diện W12×30 58

Hình 3.7 Các thông số hình học để tính toán W eff,y 79

Hình 3.8 So sánh giữa M n và M y,Rk với giá trị b f thay đổi 83

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tỉ số lớn nhất giữa bề rộng và bề dày của phần chịu

nén (EN 1993-1-1 bảng 5.2 phần 1/3)

24

Bảng 2.2 Tỉ số lớn nhất giữa bề rộng và bề dày của phần chịu

nén (EN 1993-1-1 bảng 5.2 phần 2/3)

26

Bảng 2.3 Các giá trị của C b đối với dầm chịu tải trọng phân bố

đều

37

Bảng 2.4 Hệ số C 1 ,C 2 và C 3 cho giá trị mômen tại điểm cuối của

dầm

44

Bảng 2.5 Hệ số sai lệch cho các đường cong cường độ mất ổn

định

45

Bảng 2.6 Phân loại đường cong mất ổn định đối với các tiết

diện ngang

45

Bảng 2.7 Giá trị đường cong mất ổn định uốn xoắn của các tiết

diện ngang

46

Bảng 3.1 Giá trị thiết kế và cho phép của khả năng chịu uốn 62

Bảng 3.3 Giá trị của M y,Rk ứng với từng giá trị b f 79

Bảng 3.4 Giá trị của M n tương ứng với giá trị khác nhau của b f 82

1

PHẦN MỞ ĐẦU

*Lý do chọn đề tài

Dầm thép là cấu kiện cơ bản của hệ kết cấu công trình, làm nhiệm vụ

đỡ kết cấu sàn và truyền các tải trọng vào cột Hình thức tiết dầm thép rất đa dạng (dầm định hình, dầm tổ hợp chữ I hoặc hộp, dầm thành mỏng, dầm thành mỏng tạo hình nguội v.v ), dầm có tiết diện không đổi và thay đổi Trong số đó dầm tiết diện chữ I tổ hợp hàn là loại được sử dụng phổ biến hơn

cả Chúng có nhiều ưu điểm về khả năng chịu lực, cách gia công chế tạo và được sử dụng rộng rãi làm kết cấu chịu lực trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của Việt Nam TCVN

5575 – 2012 nói chung và thiết kế cấu kiện dầm thép nói riêng, cũng đã đề cập đến việc tính toán loại dầm tiết diện chữ I cán nóng và tổ hợp hàn

Tuy nhiên, việc tiếp cận tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép của các nước tiên tiến, như Mỹ (AISC), châu Âu (EC3) là cần thiết, một phần do đặc điểm hội nhập của nền kinh tế hiện nay, một phần chính là các tiêu chuẩn này khá hiện đại và cũng luôn tiếp cận nhiều kết quả nghiên cứu mới trong thời gian gần đây Hơn nữa trong tài liệu giảng dạy cho các sinh viên Đại học, chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng dân dụng và công nghiệp, và các tài liệu chuyên ngành cũng chưa thấy đề cập đến tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ, tiêu chuẩn châu Âu

Cũng nhằm hiểu rõ hơn về cách tính toán dầm thép theo các tiêu chuẩn này để vận dụng trong tính toán thực hành là cần thiết Từ những phân tích nêu trên, đề tài “So sánh tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu

Âu (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575:2012)” có tính cấp thiết và tính thực tiễn cao

*Mục đích nghiên cứu

2

Nghiên cứu về cấu tạo, sự làm việc và phương pháp tính toán dầm thép Thực hiện ví dụ tính toán nhằm làm sáng tỏ phương pháp tính toán

*Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Kết cấu dầm thép tiết diện chữ I cán nóng và tổ hợp hàn trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp

Nghiên cứu lý thuyết tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ (AISC), châu Âu Eurocode 3 (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575:2012), vận dụng tính toán trong thực tiễn ở Việt Nam Đề xuất các bước tính toán thiết kế dầm thép

*Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp áp dụng lý thuyết để thực hiện các ví dụ tính toán từ đó so sánh và rút ra các kết luận

*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu các lý thuyết tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ, tiêu chuẩn châu Âu và tiêu chuẩn Việt Nam từ đó tìm hiểu và so sánh sự

giống nhau và khác nhau khi tính toán dầm thép theo ba tiêu chuẩn trên

- Ý nghĩa thực tiễn: Vận dụng tính toán kết cấu dầm trong thực tế theo các yêu cầu, nhằm chỉ dẫn cho kỹ sư thiết kế để có phương án thiết kế tối ưu nhất

*Kết cấu của đề tài

Nội dung của đề tài gồm 3 chương

Chương 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương 2 Phương pháp tính toán dầm thép theo tiêu chuẩn Mỹ

(AISC), châu Âu (EC3) và Việt Nam (TCVN 5575-2012)

Chương 3 Ví dụ tính toán

Kết luận và kiến nghị

THÔNG BÁO

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện

– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

Email: digilib.hau@gmail.com

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:

Dầm thép là cấu kiện rất quan trọng trong thực tế xây dựng, khi tính toán dầm thép ta cần phải xét đầy đủ các yêu cầu sau:

- Dầm thép phải thỏa mãn các điều kiện bền, ổn định và độ võng Khi không đạt được những điều kiện này dầm thép sẽ bị phá hoại

- Khi tính toán dầm thép, tiêu chuẩn Mỹ (AISC) và tiêu chuẩn châu Âu

87

(EC3) có xét đến sự phân loại tiết diện còn tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5575-2012) thì không xét dến nhưng trong tính toán vẫn xét đến điều kiện làm việc đàn hồi và làm việc dẻo

+ Đối với tiêu chuẩn Mỹ tiết diện được phân thành ba nhóm: tiết diện đặc, tiết diện không đặc và tiết diện mảnh

+ Tiêu chuẩn châu Âu phân loại tiết diện thành bốn loại: tiết diện loại 1, loại

2, loại 3 và loại 4

+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam do không xét đến sự phân loại tiết diện nhưng có xét thêm ổn định cục bộ để cấu tạo thêm sườn đảm bảo ổn định cục bộ cho dầm

Luận văn đã trình bày trình tự tính toán cấu kiện chịu uốn theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575-2012; tiêu chuẩn châu Âu EC3 và tiêu chuẩn

Mỹ AISC Trình tự tính toán mang tính chất ứng dụng và giúp người thiết kế

áp dụng trong thực tế

Kiến nghị

Bổ sung thêm tính toán dầm thép chịu tải trọng động, những loại dầm

có hình hộp, hoặc dầm tổ hợp nhiều các tiết diện với nhau

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1 Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên và nnk (2010), “Kết cấu thép – Cấu kiện cơ bản”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

2 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5575:2012, “Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội

Tiếng Anh

3 Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings, English version

4 AISC, (1999), “Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings”

5 Trahair, M.A Bradford, D.A Nethercot, and L Gardner., (2007) “The behaviour and design of steel structures to EC3”, Taylor & Francis is an

imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business

6 Claudio Bernuzzi and Benedetto Cordova (2016), “Structural Steel Design to Eurocode 3 and AISC Specifications”, edition first published 2016 by John

Wiley & Sons, Ltd