Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán khung nhà Công nghiệp không cầu trục một tầng một nhịp có cấu kiện thanh thành mỏng tiết diện 2C dƣới tác dụng của các tải trọng cơ bản là tĩnh tải, hoạt tải và tải trọng gió có kể đến sự thay đổi độ cứng của cấu kiện khung. Tính toán khả năng chịu lực của các cấu kiện, các liên kết các cấu kiện, độ võng xà, chuyển vị đỉnh cột của khung. Đánh giá ảnh hƣởng của sự thay đổi độ cứng các cấu kiện do giảm yếu tiết diện khi mất ổn định cục bộ hoặc mất ổn định vênh một phần tiết diện khung đến kết quả tính toán khung theo TTGH1 TTGH2 Trên cơ sở lý thuyết tính toán cấu kiện thành mỏng theo Eurocode 3, sử dụng phƣơng pháp tiết diện hiệu quả tính khả năng chịu lực của các cấu kiện, tính toán liên kết khung. Mô phỏng trạng thái ứng suất, biến dạng của các liên kết trong khung.
Đỗ Quang Luật BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG * LUẬN VĂN THẠC SỸ Đỗ Quang Luật * Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng & Cơng nghiệp TÍNH TỐN KHUNG THÉP NHẸ SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO EUROCODE3 CÓ KỂ ĐẾN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ CỨNG CỦA CẤU KIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ Ngành Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD & CN Mã số: 60580208 * Năm 2017 Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Đỗ Quang Luật TÍNH TỐN KHUNG THÉP NHẸ SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO EUROCODE3 CÓ KỂ ĐẾN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ CỨNG CỦA CẤU KIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ Ngành Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD & CN Mã số: 60580208 Cán hướng dẫn: TS Hà Mạnh Hùng TS Nguyễn Đình Hòa Hà Nội – 2017 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn hồn tồn tơi nghiên cứu, hướng dẫn TS Hà Mạnh Hùng, TS.Nguyễn Đình Hòa Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin chịu trách cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 11 tháng 01 năm 2017 Tác giả luận văn Đỗ Quang Luật Lời cảm ơn Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giáo viên hướng dẫn tơi: TS Hà Mạnh Hùng TS.Nguyễn Đình Hòa, người giúp định hướng đề tài nghiên cứu tận tình giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới Thầy, Cô trường Đại học Xây dựng, người truyền đạt cho nhiều kiến thức bổ ích thời gian học tập công tác trường Xin gửi lời cảm ơn tới đội ngũ kỹ sư Xí nghiệp thiết kế số (CTASS) Công ty TNHH Tư vấn Đại học Xây dựng (CCU) tạo điều kiện cho tiếp cận nghiên cứu, học tập sử dụng số liệu thiết kế luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè tôi, người bên cạnh tơi, khuyến khích, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập thực luận văn I MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN IV DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN VII MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÀNH MỎNG 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Khái niệm thành mỏng 1.1.2 Phạm vi ứng dụng kết cấu thành mỏng 1.1.3 Ƣu, khuyết điểm kết cấu thành mỏng 1.1.4 Các dạng cấu kiện tạo hình nguội 10 1.1.5 Một số đặc điểm đặc biệt thành mỏng 12 1.2 VẬT LIỆU 13 1.2.1 Thép 13 1.2.2 Tiết diện tạo từ thép mỏng 16 1.2.3 Vấn đề phòng gỉ 17 1.3 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THANH THÀNH MỎNG 20 1.4 QUY PHẠM THIẾT KẾ KẾT CẤU THÀNH MỎNG TẠO HÌNH NGUỘI 23 1.5 CÁC KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM 24 1.6 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ VIỆC ỨNG DỤNG KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG 25 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TỐN KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 28 2.1 ĐẠI CƢƠNG 28 2.1.1 Phƣơng pháp thiết kế theo trạng thái giới hạn 28 2.1.2 Một số định nghĩa tính tốn cấu kiện thành mỏng 30 II 2.2 CÁC DẠNG MẤT ỔN ĐỊNH CỦA KẾT CẤU THANH THÀNH MỎNG 31 2.2.1 Các dạng ổn định 31 2.2.2 Mất ổn định cục bộ, bề rộng hiệu 34 2.2.3 Tính tiết diện hiệu 38 2.3 KIỂM TRA CẤU KIỆN THEO ĐIỀU KIỆN BỀN 42 2.3.1 Cấu kiện chịu kéo 42 2.3.2 Cấu kiện chịu nén 43 2.3.3 Cấu kiện chịu uốn 43 2.3.4 Cấu kiện chịu nén – uốn đồng thời 44 2.3.5 Cấu kiện chịu kéo – uốn đồng thời 45 2.3.6 Cấu kiện chịu cắt 46 2.3.7 Cấu kiện chịu đồng thời lực dọc, lực cắt mômen uốn 47 2.4 KIỂM TRA CẤU KIỆN THEO ĐIỀU KIÊN MẤT ỔN ĐỊNH 47 2.5 KIỂM TRA CẤU KIỆN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG 53 2.6 LIÊN KẾT 54 2.6.1.Liên kết vít 54 2.6.2.Liên kết bulông 55 2.6.3.Liên kết đinh tán 56 2.6.4.Liên kết hàn 57 CHƢƠNG THIẾT KẾ KHUNG THÉP SỬ DỤNG CẤU KIỆN THÀNH MỎNG 59 3.1 THƠNG SỐ CƠNG TRÌNH 59 3.1.1 Vật liệu 60 3.1.2 Tải trọng tính tốn 60 3.2 TỔ HỢP TẢI TRỌNG 62 III 3.3 KẾT QUẢ NỘI LỰC 64 3.4 TÍNH TỐN KHUNG THÉP THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN CHỊU LỰC (TTGH1) 65 3.4.1 Xác định đặc trƣng hình học tiết diện 2C250x90x60x1,6 65 3.4.2 Xác định tiết diện hiệu ứng suất tới hạn gây ổn định 67 3.4.3 Kiểm tra cấu kiện theo điều kiện bền 79 3.4.4 Kiểm tra cấu kiện theo điều kiện ổn định 82 3.4.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng tiết diện giảm yếu tới độ cứng khả chịu lực khung 86 3.5 KIỂM TRA CẤU KIỆN THEO TRẠNG THÁI GIỚI HẠN SỬ DỤNG (TTGH2) 89 3.6 TÍNH TỐN LIÊN KẾT 91 3.6.1.Tính tốn liên kết đỉnh cột xà 91 3.6.2.Tính tốn liên kết đỉnh mái xà-xà 96 3.6.3.Tính tốn liên kết chân cột 97 KẾT LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC PL-1 IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN b, h, L Kích thƣớc hình học cấu kiện beff Bề rộng hiệu Cw Hằng số vênh tiết diện D Độ cứng trụ E Mô đun đàn hồi vật liệu σ Ứng suất fy , fyb Giới hạn chảy vật liệu I Mô men qn tính i Bán kính qn tính J ,IT Mơ men quán tính xoắn K Độ cứng gối đàn hồi k Hệ số oằn Ncr Lực tới hạn Ncr,T Lực tới hạn đàn hồi trƣờng hợp nén dọc trục Ncr,TF Lực tới hạn đàn hồi trƣờng hợp xoắn, uốn xoắn t Bề dày cấu kiện teff Bề dày hiệu α Hệ số khơng hồn thiện σc,r Ứng suất tới hạn quy đổi σcr Ứng suất tới hạn χ Hệ số giảm yếu ổn định M , M 1, M Hệ số an toàn Độ mảnh tỷ đối Hệ số Poisson Hệ số tỷ lệ ứng suất V DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1 Phân loại theo tiêu chuẩn Eurocode Bảng 1.2 Phân loại theo tiêu chuẩn Eurocode Bảng 1.3 Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Úc[3] 14 Bảng 1.4 Thép dùng làm kết cấu tạo hình nguội theo tiêu chuẩn Châu Âu[8] 15 Bảng 2.1 Xác định bề rộng hiệu theo tiêu chuẩn Eurocode 3[8] 36 Bảng 2.2 Xác định bề rộng hiệu theo tiêu chuẩn Eurocode 3[8] 37 Bảng 2.3 Bảng tra ứng suất oằn cắt fbv 46 Bảng 2.4 Hệ số khơng hồn thiện 48 Bảng 2.5 Dạng đường cong ổn định tương ứng với loại tiết diện 49 Bảng 2.6 Bảng tra hệ số C1 C3 tính ổn định oằn - xoắn 52 Bảng 2.7 Bảng tra hệ số C1,C2 C3 cho dầm có tải trọng uốn 53 Bảng 2.8 Khả chịu lực vít Fv,Rk (N/vít)[12] 55 Bảng 2.9 Giới hạn chảy dẻo fyb giới hạn bền fub bulông [12] 56 Bảng 2.10 Khả chịu lực đinh tán Fv,Rk (N/đinh tán)[12] 57 Bảng 3.1 Hệ số thay đổi áp lực theo độ cao k 61 Bảng 3.2 Hệ số khí động C 61 Bảng 3.3 Tải trọng tác dụng lên khung 62 Bảng 3.4 Bảng tổ hợp tải trọng theo TTGH 63 Bảng 3.5 Bảng tổ hợp tải trọng theo TTGH 63 Bảng 3.6 Bảng kết nội lực để tính cột 64 Bảng 3.7 Bảng kết nội lực để tính dầm 64 VI Bảng 3.8 Bảng tổng hợp tỷ lệ chịu lực 86 Bảng 3.9 Bảng tỷ lệ đặc trưng hình học tiết diện hiệu tiết diện nguyên 87 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp khả chịu lực cấu kiện giảm độ cứng 87 Bảng 3.11 Bảng tỷ số tương đối khả chịu lực 88 Bảng 3.12 Bảng đặc trưng hình học tiết diện để tính TTGH2 89 Bảng 3.13 Bảng tổng hợp chuyển vị 90 Bảng 3.14 Đặc trưng hình học tiết diện nguyên 92 Bảng 3.15 Bảng phân phối lực để tính liên kết cột - xà 93 Bảng 3.16 Phân phối lực cắt cho bulông 94 Bảng 3.17.Tải trọng tác dụng vào phần tử 95 Bảng 3.18 Bảng phân phối lực để tính liên kết chân cột 98 Bảng 3.19 Phân phối lực cắt cho bulông 98 100 KẾT LUẬN Kết luận Với mục tiêu đề ra, luận văn tìm hiểu lý thuyết tính tốn khung sử dụng cấu kiện thành mỏng theo tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode, chi tiết sâu tính tốn khung điển hình bao gồm cột dầm có tiết diện tổ hợp từ hai tiết diện thành mỏng chữ C ghép lại Từ kết thu được, đưa số kết luận sau : 1.1 Luận văn đưa cách tính tiết diện hiệu vòng lặp 1.2 Khả ổn định cấu kiện chiếm tỷ lệ cao so với khả bền chịu nén – uốn, kéo – uốn chịu cắt 1.3 Khi kể đến ảnh hưởng độ cứng (bỏ phần tiết diện không hiệu quả), nội lực khơng thay đổi nhiều so với sơ đồ tính ban đầu.Do tính tốn cấu kiện bỏ qua ảnh hưởng thay đổi độ cứng, thiết kế đảm bảo an toàn khả chịu lực cho cấu kiện 1.4 Khi kiểm tra cấu kiện theo trạng thái giới hạn thứ hai người kỹ sư thiết kế cần kể đến ảnh hưởng thay đổi độ cứng cấu kiện 1.5 Liên kết cấu kiện thành mỏng sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn abaqus CAE để phân tích ứng suất phần tử nút Kiến nghị 2.1 Việc áp dụng khung thép sử dụng cấu kiện thành mỏng hợp lý kinh tế, thích hợp cho cơng trình nhà kho, nhà bao che, Vì khả thi cơng nhanh, đơn giản, tiết kiệm vật liệu, đồng thời tháo bỏ dễ dàng để chuyển đến nơi khác để sử dụng cho cơng trình khác (mang tính động cao) 2.2 Hướng phát triển đề tài - Nghiên cứu thiết kế khung thép sử dụng cấu kiện thành mỏng với loại tiết diện khác tiết diện hình hộp, hình máng, chữ C - Nghiên cứu thiết kế khung thép nhiều tầng, nhiều nhịp - Nghiên cứu liên kết cấu kiện thành mỏng mối nối hàn, đinh tán 101 Tài liệu tham khảo TS.Bùi Hùng Cường (2008) , Analyse statique du comportement des structures parois minces par la méthode des élément fìnis et des bandes fìnies de type plaque et coque surbaisseé défonnables en cisaillement.Thèse de doctorat, université de Liège Th.S Lê Minh Hùng (2010) , Luận văn tính tốn khung thép sử dụng cấu kiện thành mỏng theo Eurocode 3 GS.TS Đoàn Định Kiến (2015) , Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội, NXB Xây Dựng Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 2737:1995, Tải trọng tác động- Tiêu chuẩn thiết kế Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 5575:2012, Kết cấu thép- Tiêu chuẩn thiết kế The European Standard EN 1990 Eurocode 0(2002), Basis of structural design The European Standard EN 1993 Eurocode 3(2005), Design of steel structure – Part 1-1: General rules and rules for buildings The European Standard EN 1993 Eurocode 3(2006), Design of steel structure – Part 1-3: General rules Supplementary rules for cold-formed thin guage members and sheeting The European Standard EN 1993 Eurocode 3(2006), Design of steel structure – Part 1-5: Plated structural elements 10 The European Standard EN 1993 Eurocode 3(2005), Design of steel structure – Part 1-8: Design of joints 11 Vlasov V.Z (1961), Thin-walled elastic beams Israel Program for Scientific Translation, Jerusalem 12 Владимир конструкций Семко(2015), Расчет несущих и ограждающих из стальных соответствии с Еврокодом холодноформованныхпрофилей в PL- PHỤ LỤC Hình P.1 Sơ đồ khối tính tiết diện hiệu PL- h=250; b=90; c=30; t=1.6; r=3; zo=1.6; fy=320; fu=400; E=2.1*10^5 v=0.3; Iw=48975589894 display('Kiem tra dk goc uon') if (r1 Rost=1 else Rost=((Lamdans-0.188)/Lamdans^2) end if Lamdans>0.748 Ros=Rost else Ros=1 end display('Be rong HQ ban suon') ceff=Ros*cp display('TD HQ cua suon va canh') Ar=(beff2+ceff)*t zgg=(ceff*t*ceff/2)/Ar zg=zgg+t/2 Ira=(beff2*t^3)/12+beff2*t*zgg^2+(t*ceff^3)/12+t*ceff*(ceff/2-zgg)^2 display('Buoc 3-Tinh US toi han') b1=bp-(beff2*t*beff2/2)/Ar b2=bp-(beff2*t*beff2/2)/Ar kf=1 PL- K=(E*t^3)/(4*(1-v^2)*((b1^2)*hp+b1^3+0.5*b1*b2*hp*kf)) siccrr=2*sqrt(K*E*Ira)/Ar display('Buoc 4-XD ung suat toi han quy doi') Lamdanr=sqrt(fy/siccrr) if Lamdanr=1.38 Khi=0.66/Lamdanr else Khi=1.47-0.723*Lamdanr end siccr=Khi*fy display('Buoc 5-Vong lap tinh TDHQ') i=1; siccom=siccr aa=Khi while i1 Roct(i)=1 else Roct(i)=((Lamdanc(i)-0.055*(3+xic(i)))/Lamdanc(i)^2) end PL- if Lamdanc(i)>0.673 Roc(i)=Roct(i) else Roc(i)=1 end display('Be rong HQ ban canh') beff(i)=Roc(i)*bp beff1(i)=beff(i)/2 beff2(i)=beff(i)/2 display('XD be rong HQ ban suon') if cp/bp0.6 display('Khong co Ksuon , nhap lai TD') else Ksuon(i)=0.5-0.83*(cp/bp-0.35)^(2/3) end Lamdans(i)=1.052*cp*sqrt(siccom/(E*Ksuon(i)))/t display('XD Rosuon') if ((Lamdans(i)-0.188)/Lamdans(i)^2)>1 Rost(i)=1 else Rost(i)=((Lamdans(i)-0.188)/Lamdans(i)^2) end if Lamdans(i)>0.748 Ros(i)=Rost(i) PL- else Ros(i)=1 end display('Be rong HQ ban suon') ceff(i)=Ros(i)*cp display('TD HQ cua suon va canh') Ar(i)=(beff2(i)+ceff(i))*t zgg(i)=(ceff(i)*t*ceff(i)/2)/Ar(i) zg(i)=zgg(i)+t/2 Ira(i)=(beff2(i)*t^3)/12+beff2(i)*t*zgg(i)^2+(t*ceff(i)^3)/12+t*ceff(i)*(ceff(i) /2-zgg(i))^2 display('Buoc 3-Tinh US toi han') b1(i)=bp-(beff2(i)*t*beff2(i)/2)/Ar(i) b2(i)=bp-(beff2(i)*t*beff2(i)/2)/Ar(i) kf(i)=1 K=(E*t^3)/(4*(1-v^2)*((b1(i)^2)*hp+b1(i)^3+0.5*b1(i)*b2(i)*hp*kf(i))) siccrr(i)=2*sqrt(K*E*Ira(i))/Ar(i) display('Buoc 4-XD ung suat toi han quy doi') Lamdanr(i)=sqrt(fy/siccrr(i)) if Lamdanr(i)=1.38 Khi(i)=0.66/Lamdanr(i) else Khi(i)=1.47-0.723*Lamdanr(i) end PL- siccr(i)=Khi(i)*fy siccom=siccr(i) if i