Bài viết dựa vào các nghiên cứu trước đây để trình bày một số hiểu biết về cấu kiện thép thanh thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi chịu nén đúng tâm, bao gồm ưu điểm và hạn chế về tiêu chuẩn thiết kế. Một mô hình dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn được đề xuất.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (5V): 76–84 MÔ PHỎNG CẤU KIỆN THÉP THANH THÀNH MỎNG TỔ HỢP DẠNG HỘP ĐÔI CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM Vy Sơn Tùnga,∗, Phạm Ngọc Thắngb , Nguyễn Ngọc Linha a Khoa Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Xây dựng, Trường Cao Đẳng Xây dựng số 1, đường Trung Văn, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 31/08/2019, Sửa xong 15/09/2019, Chấp nhận đăng 16/09/2019 Tóm tắt Bài báo dựa vào nghiên cứu trước để trình bày số hiểu biết cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi chịu nén tâm, bao gồm ưu điểm hạn chế tiêu chuẩn thiết kế Một mơ hình dựa phương pháp phần tử hữu hạn đề xuất Mô hình thể ổn định cấu kiện có kể đến kích thước thực tiết diện, phi tuyến vật liệu, phi tuyến hình học, sai số hình học tiết diện, làm việc liên kết đinh vít tương tác phần tử cấu kiện Kết chạy mơ hình kết từ thí nghiệm có sai số chấp nhận Do đó, mơ hình áp dụng vào nghiên cứu sau để đưa công thức tính tốn Một vài phân tích rằng, với cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đơi, chiều dày có ảnh hưởng lớn đến khả chịu nén, độ cứng số lượng đinh vít có ảnh hưởng đến khả chịu nén với mức độ Từ khố: thành mỏng tạo hình nguội; tiết diện tổ hợp hộp đôi; nén tâm; ổn định tổng thể; mô thành mỏng MODELING OF COLD-FORMED STEEL BUILT-UP DOUBLE BOX MEMBERS SUBJECT TO CONCENTRIC COMPRESSION LOAD Abstract This paper bases on last research studies to present some understanding on cold-formed steel built-up double box members subject to concentric compression load, including advantages and limitations in existing design standards A model based on finite element method was proposed and reasonably validated against test results, which is able to describe the buckling failure of these members, and include real geometry dimensions, material nonlinearity, geometric nonlinearity, imperfections, sectional imperfections, shear behaviour of screwed joints and contact between elements in a member This model is applicable for further studies to develop new formulae (for practical design) Some numerical analyses are also conducted, which show that for cold-formed steel builtup double box members, thickness has great effects on compression capacity while the effects of number and stiffness of screw joints in the member are less important Keywords: cold-formed steel member; built-up double box section; concentric compression; global buckling; modeling of cold-formed members https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(5V)-09 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Mặc dù cần đáp ứng nhiều yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn tránh tiếp xúc với nhiệt độ cao, chưa hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế cho tải trọng động, kết cấu thép thành mỏng dần ∗ Tác giả Địa e-mail: tungvs@nuce.edu.vn (Tùng, V S.) 76 Canada, nước châu Âu So với kết cấu gỗ, chúng có khả chống mối mọt, vật liệu cháy dễ liên kết So với kết cấu bê tông, gạch đá, thép cán nóng, chúng có trọng lượng nhẹ, dễ thi cơng dùng liên kết ốc vít, bu lơng Tùng, V S., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng dập hình trước Do đó, kết cấu thép thành mỏng dần lựa chọn sử dụng rộng rãi nước phát triển Mỹ, Úc, Canada, nước châu Âu So với kết cấu gỗ, để xâychúng dựngcócác nhà thấp nhiều tầng Theo [1], ứng dụng phổ biến dạng khả chống mối mọt, vật liệu cháy dễ liên kết So với kết cấu bê thép cán nóng,nhà chúng có trọng lượng nhẹ, dễ thicầu cơngtrục, dùng kết sườn ốcthanh vít, bu thành kết cấutông, nàygạch đá, khung thép công nghiệp không hệliênsàn lơng dập hình trước Do đó, kết cấu thép thành mỏng dần lựa chọn để xây dựng mỏng,các hệnhà giàn tôntầng sànTheo liên[1], hợp, tônứnglợp mái, xà gồ, tường vàlàkhung thép nhà thấpmái, nhiều dụng phổ biến dạng kết nhẹ cấu khung thép nhà công không cầuthể trục,hiện hệ sàntrong sườn thành mỏng,Việt hệ giàn mái, tôn hợp, tôncứu dân dụng Mộtnghiệp ví dụ Hình Tại Nam, mộtsànsốliênnghiên lợp mái, xà gồ, tường nhẹ khung thép nhà dân dụng Một ví dụ thể Hình Tại tài liệuViệt hướng dẫnsốthiết kếtliệucấu thép mỏng mỏng đượccũng công bố Nam, nghiênkế cứuvề tài hướng dẫnthanh thiết kế thành kết cấu thép thành công trongđây nămbốgần [2năm - 6].gần [2–6] Hình kết Ứng dụng cấu thép thanhthành thành mỏng cho nhà Canada [7] Canada [7] Hình Ứng dụng cấu kết thép mỏng chonhiều nhàtầng nhiều tầng cấu thép thànhthành mỏng, tiết diện dạng C vàdạng Z đangchữ C dùng chúng VớiVới kếtkếtcấu thépthanh mỏng, tiếtchữ diện vàphổ Z biến dùng chế tạo đơn giản phương pháp dập nguội thép Tuy nhiên, khả chống ổn định phổ biến chúng tạonày đơn giản phương pháp nguội thép Tuy chịu nén hai loại chế tiết diện bị giới hạnbằng chúng có nhược điểmdập tính khơngtấm đối xứng, momen quán tính chống uốn, xoắn xoắn-uốn nhỏ Giải pháp thứ tăng chiều rộng nhiên, cókhả chống ổn định chịu nén hai loại tiết diện bị giới hạn cánh bụng hai loại tiết diện Tuy nhiên với cấu kiện thành mỏng, ổn định chúng điểm vềđịnh tính xứng, có nên momen qn tính khả chống cục bộcó dễ nhược xảy trước ổn tổngkhông thể (uốn,đối xoắn, xoắn uốn), giải pháp không thi uốn, Một giải pháp khác ghép cấu kiện thành mỏng đơn đinh vít (hoặc bu lông) lại với xoắn xoắn-uốn nhỏ Giải pháp thứ tăng chiều rộng cánh bụng thành dạng tiết diện tổ hợp chữ I, hộp hộp đơi (Hình 2) Các nghiên cứu [8–13] cấu kiện tổ hợp có khả chịu nén tâm lớn tổng khả chịu nén cấu kiện thành phần Do đó, việc áp dụng giải pháp thứ hai hiệu cho việc tăng khả chịu nén tâm cấu kiện thép thành mỏng Một cản trở tiêu chuẩn thiết kế cho kết cấu thép thành mỏng [14, 15] chưa phù hợp với cấu kiện tổ hợp Tiêu chuẩn [14] chưa có quy định làm việc chung cấu kiện thành phần cấu kiện tổ hợp vai trò liên kết chúng Còn theo [15], khả chịu nén tâm cấu kiện thành mỏng tổ hợp tính tốn giống tiết diện thành mỏng đơn (chữ C Z) dùng giá trị độ mảnh tương đương (KL/r)m tính theo cơng thức (1), KL r m = KL r 77 + a ri (1) m o i (KL/r) mảnh toàn tiết diện (coi tiết diện đơn liên (KL/r) độcủa mảnh toàn tiết diện (coi tiết diện đơnliên liên (KL/r) lào độđộ mảnh toàn tiết diện (coi tiết diện đơn kếtkết o rong (KL/r) ođộ mảnh toàn tiết diện (coi tiết diện đơn liên kết o hồn tồn với nhau), a khoảng cách đinh vít (hoặc bu lơng) liên hồn tồn với a cách khoảng cách vítlơng) (hoặc buliên lơng) liên i hoàn với nhau), khoảng cách đinh vítđinh (hoặc bu lơng) kết, hồn tồntồn với nhau), a làanhau), khoảng đinh vít (hoặc bu liên kết, ri kết, làri rlàkết, Tùng, V S., cs.tiết / Tạpdiện chí Khoa học Cơng Xây dựngTuy nhiên, [8-13] cho thấy bán kính quán tính nhỏ đơn thành phần bán kính quán tính nhỏ tiết diện đơnnghệ thành phần Tuy nhiên, [8-13] cho kính quán tính nhỏ tiết diện đơn thành phần nhiên, [8-13] bánbán kính quán tính nhỏ tiết diện đơn thành phần TuyTuy nhiên, [8-13] cho cho thấythấy đóáp (KL/r) độ mảnh toàn tiết diện (coinhiều nhưdạng tiếttiết diện đơn liên kết hoàn toàn với việc áp dụng [15] toàn với dạng tiết hợp toàn việc dụng [15] an toàn với nhiều dạng tiết diện tổ hợpquá an áp dụng [15] anan toàn với nhiều diện tổ tổ hợp anan toàn việcviệc áp dụng [15] an toàn với nhiều dạng tiết diện tổdiện hợp anhoặc toàn nhau), a khoảng cách đinh vít (hoặc bu lơng) liên kết, ri bán kính quán tính nhỏ vớimột dạng tiết diện tổhợp hợp khác Mặt khác, [15] không đề đến ảnh hưởng với sốtiết dạng tiết diện tổ hợp khác Mặt khác, [15] không đề cập đến ảnh hư sốsố dạng diện tổnhiên, khác Mặt khác, không đề cập đến ảnh hưởng với với số dạng tiết diện tổ hợp khác Mặt khác, [15] không đề đến ảnh hưởng tiết diện đơn thành phần Tuy [8–13] cho thấy việc áp[15] dụng [15] đangcập ancập toàn với nhiều tiết diện tổ hợp antrí tồn với số dạng tiết diện tổ hợp khác Mặt [15] không độ cứng liên kết đinh vít, bu lơng cấu kiện Từ lý độsự vàbố sựtrí bố liên kết vít, bu lơng cấukhác, kiện Từ lýtrên, độdạng cứng vàcứng bố trí liên kết đinh vít, bu lơng cấu kiện Từ lý trên, củacủa độcủa cứng bố trí liên kết đinh vít, buđinh lơng cấu kiện Từ lý trên, đề cập đến ảnh hưởng độ cứng bố trí liên kết đinh vít, bu lơng cấu kiện Từ lý nghiên cứu cần tiến hành để hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế cho dạng nghiên cứu cần tiến hành đểthiện hoàn thiện tiêu chuẩn kế cho d nghiên cứu cần tiến hành đểhoàn hoàn tiêu chuẩn thiết kếthiết cho dạng các nghiên cứu cần tiến hành để hoàn thiện tiêu chuẩn thiết kế cho dạng trên, nghiên cứu cầnđược tiến hành để thiện tiêu chuẩn thiết kế cho dạng cấu kiện thành mỏng tổ mỏng hợp cấu kiện thành mỏng tổ hợp cấu kiện thành tổ hợp kiện thành tổmỏng hợp cấucấu kiện thành mỏng tổ hợp (a) Tổ hợp dạng chữ C (b) Tổ hợp dạng chữ I (c) Tổ hợp dạng hộp đơn (d) Tổ hợp dạng hộp đơi Hình Một số dạng tiết diện thanhmỏng thành mỏng [10] Hình Một dạng tiết diện thành mỏng [10]: (a) chữ (b) hợp dạng chữ Một sốtiết dạng tiết diện thành [10]: (a) chữ (b) tổchữ hợpchữ Hình Một số dạng tiết diện thành mỏng [10]: (a) chữ C, (b) tổ hợp dạng I,dạng Hình 2.Hình Một sốsố dạng diện thành mỏng [10]: (a) chữ C,C, (b) tổC,tổ hợp dạng I, I,ch tổ hợp dạng hộp đơn, (d) hợp dạng hộp (c) tổ hợp dạng hộp đơn, (d) tổ hợphộp dạng hộp đôi (c) nghiên tổ hợp dạng hộp đơn, (d) tổ hợp dạng đôi (c)(c) tổcứu hợp hộp đơn, (d) tổ tổ hợp dạng đôi Bài bào vềdạng cấu kiện thép thành mỏng tổhộp hợp dạng hộpđôi đôi Chúng sản xuất cách ghép bốn cấu kiện thành mỏng chữ C lại với liên kết đinh vít Bài bào nghiên cứu cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi BàiBài bào nghiên cứu cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng đôi Bài bào nghiên cứu cấu kiện thép thành tổhộp hợp dạng hộp bào nghiên cứu cấu kiện thép thành mỏng tổmỏng hợp dạng hộp đơi (Hình 2(d)) Dạng cấu kiện cóvề nhiều ưu điểm khithanh ứng dụng vào kết cấu giàn nhẹ khung thép nhẹ côngbằng nghiệp Tuy vậy, nghiên cứucấu cấu kiện dạng ít, chủ yếu để solại sánh Chúng sản xuất cách ghép bốn cấu kiện thành mỏng C lại Chúng sảnnhà xuất cách ghép bốn kiện thành mỏng chữ Cchữ Chúng sảnbằng xuất cách ghép bốn cấuthanh kiện thành mỏng chữ Cvới lại Chúng sản xuất cách ghép bốn cấu kiện thành mỏng chữ C với khả chịu nén chúng với cấu kiện dạng khác xét với cấu kiện ngắn [10, 13, 16] Nghiên cứu [10] chứng minh loại cấu kiện có khả chịu lực nén 9,4 lần cấu kiện chữ C với điều kiện biên đầu gối cố định - đầu gối di động 5,6 lần với điều kiện biên đầu ngàm - đầu ngàm trượt Một3so sánh 3 trong3nghiên cứu áp dụng theo quy định liên quan có tiêu chuẩn [14, 15] cho dạng tiết diện khơng an tồn (giá trị tính tốn dựa theo tiêu chuẩn lớn giá trị trung bình thí nghiệm lên đến 23%) Do mục đích báo thực mơ hình làm việc chịu nén cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi phương pháp phần tử hữu hạn So sánh với mơ hình [13], mơ hình có kể đến trượt liên kết đinh vít, mơ tả cụ thể có tính hệ thống sai số hình học (cục tổng thể) tiết diện Mơ hình áp dụng vào nghiên cứu sau để đưa công thức tính tốn khả chịu nén dạng cấu kiện thay cho việc phụ thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế [14, 15] Các ví dụ tính tốn cụ thể thực thay đổi chiều dày thành mỏng, độ cứng đinh vít khoảng cách đinh vít để hiểu rõ ứng xử dạng cấu kiện Xây dựng mơ hình cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi chịu nén tâm Phần mềm Abaqus/CEA sử dụng để mô làm việc cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp chịu nén Thuật giải sử dụng Static, General/Large displacement, cho kết ứng xử đàn hồi - dẻo cấu kiện, kể đến ứng xử trước sau ổn định tổng 78 hợp dạng hộp đôi phương pháp phần tử hữu hạn So sánh với mô hình [13], iên cứu sau để đưa cơng thức tính tốn khả chịu nén dạng cấu kiện mơ hình có kể đến trượt liên kết đinh vít, mơ tả cụ thể có tính hệ thống yvềcho phụ tiêu thể) chuẩn thiết kế Mơ [14,hình 15] ví áp dụdụng tínhvào tốn cụ thể sai việc số hình họcthuộc (cục bộvào tổng tiết diện nàyCác Tùng, V S., cs tốn / Tạp chí Khoa học Cơng Xây dựngdạng cáchiện nghiên cứuthay sau để đưachiều cơng thức tính khả chịunghệ nén ực đổi dày thành mỏng, độ cứng đinhcấuvítkiện khoảng thayvít cho việc thuộc thiết kế [14, 15] dụ tính tínhvới tốn thểđể cụcphụ bộ.rõ Vật liệuvào khaichuẩn báo mơdạng hình đàn hồi kiện -Các dẻo ví tuyến mơcụ đunthể đàn hồi E = cnày đinh hiểu vềtiêu ứng xửtheo cấu Mpathay [15],đổi giớichiều hạn chảy giới hạn bền fumỏng, biếnđộ dạng kéo đinh cực hạn từ thí nghiệm kéo thực203000 dàyfy ,thanh thành cứng vítεuvàlấykhoảng mẫu thép Do mơ hình có kích thước lớn với nhiều tương tác phần tử khai báo nên xảy dựng mơ hình kiện thép thành tổ hợp dạng hộp đơi cách đinh vít đểcủa hiểu cấu rõ ứng xử dạng cấu kiện mỏng vấn đề hội tụ (convergence problem), khiến mơ hình khơng chạy Để giải vấn đề trên, hệ số nhớt mô (damping đượckiện khai báo 0,0008 hệ mỏng số bìnhtổ ổn hợp (adaptive stabilization) n2.đúng tâm Xây dựng hìnhfactor) cấu thépbằng thành dạng hộp đôi lấy 0,005 chịu nén tâm Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2018 Do mơ hình có kích thước lớn với nhiều tương tác phần tử khai n xảy vấn đề hội tụ (convergence problem), khiến mơ hình khơng chạy Để (a) Điều kiện biên (b) Cắt ngang mô hình yết vấn đề trên, hệ số nhớt (damping factor) khai báo 0,0008 hệ Hình Mơ củathép cấu kiện thépthành thành mỏng tổ hợpdạng dạng hộp chịu nén nén tâm Hình Mơ hình cấuhình kiện mỏng tổ hợp hộpđơi đơi chịu h ổn (adaptive stabilization) lấy 0,005 tâm: (a) điều kiện biên; (b) cắt ngang mơ hình Mơ hình cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi chịu nén Phần mềm Abaqus/CEA sử dụng để mô làm việc cấu kiện tâm: (a) điều kiện biên; (b) cắt ngang mơ hình thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp chịu nén Thuật giải sử dụng Static, General/ Large displacement, chodụng kết ứng xử đàn hồi cấu kiện, cấu kiện ần mềm Abaqus/CEA sử đểlà mô sự- dẻo làmcủa việc kể đến ứng mỏng xử trước sau dạng ổnhộp địnhđôi tổngkhi thể chịu cụcnén Vật liệu giải đượcđược khai báo nh thành tổvàhợp Thuật sử dụng theo mô hình đàn hồi - dẻo tuyến tính với mơ đun đàn hồi E = 203000 Mpa [15], giới General/ Large displacement, cho kết ứng xử đàn hồi - dẻo cấu kiện, hạn chảy fy, giới hạn bền fu biến dạng kéo cực hạn u lấy từ thí nghiệm kéo mẫu ứng xử trước sau ổn định tổng thể cục Vật liệu khai báo hình đàn hồi - dẻo tuyến tính với mô đun đàn hồi E = 203000 Mpa [15], giới y fy, giới hạn bền fu biến dạng kéo cực hạn u lấy từ thí nghiệm kéo mẫu Hình Chia lưới phần tử mm × 10 mm Hình Chia lưới phần tử mm x 10 mm Chi tiết mơ hình thể hiện4trong Hình Các phần tử tiết diện chữ C cấu kiện quy ước phần tử mỏng S4R tương ứng với mặt trung bình phần tử hi tiết thểsửhiện Hình 3.cơng Các tửlớn cáccáctiết diện Phần mơ tử S4Rhình gồm nút, cạnh, dụng tích phân suy giảm thứcphần biến dạng So với phầnkiện tử mỏng S3, S4, S4R5, S8R, S9R5, S4R đòi hỏi khối tương lượng tínhứng với cấu đượckhácquy ước cácS8R5 phần tử phần bảntửmỏng S4R toán vừa phải khả đáp ứng vấn đề ổn định cấu kiện đảm bảo Kích lưới phần lấytử 5S4R mm × 10 mm để4đảm bảo hội tụ kết ung bìnhthước củachiamỗi phần tử.tửPhần gồm nút, cạnh, sửquảdụng tích phân thời gian chạy khơng q lớn (Hình 4) Sự tương tác phần tử tiết diện chữ C giả m công biến lớn tức Solàvới thiết làthức tương tác cứngdạng (hard contact, phần tử hai phần tiết diện tử mỏng chồng lênkhác cắt S3, S4 nhau) độ ma sát (friction) tiết diện chữ C lấy 0,2 theo đề xuất [17] Ứng xử S8R, S8R5 S9R5, phần tử S4R đòi hỏi khối lượng tính tốn vừa phải 79 ả đáp ứng vấn đề ổn định cấu kiện đảm bảo Kích chia lưới phần tử lấy mm x 10 mm để đảm bảo hội tụ Tùng, V S., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng liên kết đinh vít thực thông qua phần tử chốt (fastener) làm việc với độ cứng đàn hồi theo hai phương mặt phẳng thép U1, U2 với giá trị Ke tính tốn theo cơng thức (2) đề xuất [18], 0,5 d −2 Ke = 1,36 × 10 × ×t (2) t d đường kính thân đinh vít, t E chiều dày mô-đun đàn hồi thép Điều kiện biên cấu kiện tổ hợp mô đầu ngàm - đầu ngàm trượt Theo cạnh hai đầu cấu kiện tổ hợp khai báo liên kết cứng (MPC constraint/tie) với hai điểm đại diện (RP) trọng tâm tiết diện đầu Điểm đại diện thứ khai báo chuyển vị thẳng (U1, U2, U3) xoay (UR1, UR2, UR3) 0; điểm đại diện thứ hai (nơi đặt lực nén) Tạp chívịKhoa học cấu Cơng nghệ XâyNgoài dựngra, NUCE 2018 khai báo tương tự trừ chuyển dọc trục kiện (U3) lực nén N tác dụng vào cấu kiện đặt điểm đại diện thứ hai Hình5.5 Hai Hai dạng mấtmất ổn định để khai báo:để (a) sai số hình cụcsai bộ;số (b) hình sai số hình thể(b) Hình dạng ổnchính địnhdùng dùng khai báo:học(a) họchọc cụctổng bộ; sai số hình học tổng thể Các sai số hình học (imperfection) tiết diện, gồm sai số hình học cục tổng thể, có ảnh hưởng nănghọc chịu(imperfection) nén tiết diện thành Độ sai lớn sai Cáclớnsaiđếnsốkhả hình tiếtmỏng diện,[19] gồm sốhình hìnhdạng họccủacục số hình học bị ảnh hưởng trình chế tạo, vận chuyển lắp dựng Một số nghiên cứu [20, 21] tổng có hệ ảnh hưởng lớn để đến nénhọc diệnthép thành mỏng [19] thể, sử dụng thống quét laser mơkhả tả lạinăng saichịu số hình củacác tiết cấu kiện nhôm mỏng Phương chosai kết số quảhình học xác cao đòi hỏi thiết tinhtrình vi hợpvận Độthành lớn hình dạngpháp củanàycác bị ảnh hưởng bịquá chếphù tạo, mức độ nghiên cứu Do vậy, báo áp dụng phương pháp khác đề xuất chuyển lắp dựng Một số nghiên cứu [20, 21] sử dụng hệ thống quét laser để mô nghiên cứu [22, 23] tính đơn giản dễ áp dụng Theo đó, hai mơ hình ổn định đàn hồi (linear tả lại sai số kiện thép nhôm thành Phương buckle) chạyhình trướchọc với lựccác đơn cấu vị N = khivà chiều dày phần tử thép mỏng khai báo t/5 5t (t kết chiều thực để cóđòi đượchỏi dạngthiết ổn mấtphù ổn định pháp nàyvà cho quảdày xácbản caothép) bị định tinhcục vi vàvàchỉ hợp tổng thể tương ứng (Hình 5) Sai số hình học cục cấu kiện mô tả theo chuyển vị mức độtrong nghiên cứu.khi Domất vậy, cục báobộnày dụng pháp khác xuất điểm cấu kiện ổn định với áp độ lớn nhânphương với độ lớn quy ước củađược sai sốđề hình học cục Sai số cứu hình học đượcvìáptính dụngđơn tươnggiản tự Độ sai sốđó, hìnhhai họcmơ nghiên [22,tổng 23]thểbởi vàlớndễquyápước dụng Theo lấy theo kết thống kê, tương ứng 0,006b [19] L/960 [15] với b chiều rộng lớn hình ổn định đàn hồi (linear buckle) chạy trước với lực đơn vị N = thép tiết diện L chiều dài cấu kiện Thủ tục khai báo sai số hình học chiều phần théplàm khai báo t/5 vàra,5tảnh (t hưởng chiều dày củabỏbản vào dày mơ hình đàn tử hồi-dẻo theo hướng dẫn [24] Ngồi ứng suấtthực dư quađể theocó gợiđược ý từ nghiên cứuổn [19, 22] cục Kết mơ hình hiệntổng Hình thép) dạng định bộchạy ổn thể định thể6 tương ứng (Hình 5) Sai số hình học cục cấu kiện mơ tả theo chuyển vị điểm cấu kiện ổn định cục với độ lớn nhân với độ lớn quy ước sai số hình học cục Sai số hình học tổng thể 80 áp dụng tương tự Độ lớn quy ước sai số hình học lấy theo kết thống kê, tương ứng 0,006 b [19] L/960 [15] với b chiều rộng lớn thép tiết diện L hình đượcsososánh sánhvới vớikếtkếtquả quảthíthínghiệm nghiệmvới vớiđiều điềukiện kiệnbiên biênlàlàmột mộtđầu đầungàm ngàm- hình sẽsẽchỉchỉđược mộtđầu đầungàm ngàmtrượt trượt.Thơng Thơngsốsốvậtvậtliệu: liệu:giới giớihạn hạnchảy chảyfy f=y =280 280Mpa, Mpa,giới giớihạn hạnbền bềnfu f=u = 360 Mpa biến dạng kéocực cựchạn hạnu=u =0,25 0,25[10] [10].Theo Theocông côngthức thức(2), (2),giágiátrịtrịđộđộcứng cứng 360 Mpa vàvà biến dạng kéo Tùng,KV S., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng đàn hồi liên đinh 10957 N/mm đàn hồi liên kếtkết đinh vítvít Ke =e = 10957 N/mm (a) Kết thí nghiệm (b) Kết chạy mơ hình dùng Abaqus Hìnhdạng Biếnkhi khiphá bị pháhoại cấucấu kiện kiện thành mỏng tổ hợp mỏng dạng hộptổ bịdạng nén hộp đơi Hình Biến thành hợp Hình 6 Biến dạng khidạng bịbị phá hoạihoạicủa cấu kiện thành mỏng tổ đôi hợp dạng hộp nén: nghiệm [10]; chạymơ mơhình hìnhdùng dùngAbaqus Abaqus bịbị nén: (a)(a) kếtkết thíthí nghiệm [10]; (b)(b) kếtkếtquả chạy Kiểm chứng tính tin cậy mơ hình Hình6 6cho chothấy thấysựsựtương tương đồngcao cao giữakếtkếtquả quảcủa củamô mô hìnhvàvàthíthínghiệm nghiệm Hình Độ tin cậy mơ hình đượcđồng kiểm chứng với kết thí nghiệm Theohình [10], ba thí nghiệm nén biếndạng dạng cấukiện kiệnbị bịphá phá hoại Theo mấtmỏng định tổngthể thểtheo theo phương trục tâmcấu thực với cấu kiệnTheo thép thành tổ hợp dạng hộp đôi, vớiphương chiều dài trục biến hoại đó,đó, ổnổnđịnh tổng 2,95 m, khoảng cách hàng đinh vít 725 mm, đường kính thân đinh vít 6,3 mm, tiết diện yếusẽsẽxảy xảy ratrước, trước,theo theosau saulà làmất mấtổnổnđịnh địnhcục cụcbộbộcủa củabản bảncánh cánhphía phíangồi ngồivàvàbản yếu Hìnhra 2-d điều kiện biên đầu ngàm - đầu ngàm trượt Ba thí nghiệm tương tự bụng.Trong Trong hình 7,quan quan lựcnén nén -cốbiến dọc trục cấukiện kiện theokếtkết thực với 7, điều kiện biên làlực đầu gối định -dạng dọc đầu gối di động, tuycấu nhiên [10] khơng cung bụng hình hệhệ - biến dạng trục lấylấytheo cấp đủ thông tin dụngtương cụ mô điều hợp kiện biên này, dẫn đếnthí khơng thể xác (lưu định chiều dài chạy mơ hình đối phù với kết nghiệm ý, kết quả chạy mơ hình tương đối phù với kếtquả tính tốn cấu kiện Do vậy, bàihợp báo này, kết chạythí mơnghiệm hình chỉ(lưu đượcý, so sánh vớikết kết thí khoảng biếndạng đầu đầu 2,8 2,8 mm gây docác cấu kiện chữ thínghiệm, nghiệm với điều kiện biên làdạng ban đầuban ngàm - ngàm trượt Thơng vậtcác liệu: giới hạn chữ thơthơ thí nghiệm, khoảng biến đầu mm gây raradosố cấu kiện chảy fy = 280 Mpa, giới hạn bền fu = 360 Mpa biến dạng kéo cực hạn εu = 0,25 [10] Theo công thành phần trongcấu cấu đàn kiện hợp cóđinh saisố sốchế chếtạotạovề vềchiều chiềudàidàivàvàchưa chưalàm làmviệc việc C Cthành phần tổtổ hợp thức (2),trong giá trị độ cứngkiện hồi liêncó kếtsai vít K N/mm e = 10957 đồngthời thờitại tạithời điểm banđầu đầu nêncần cần quảthí thíthí nghiệm khikhi đối Hình 6thời cho thấy tương đồng cao kếtxử củakết hình nghiệm trước biến dạng cấu chiếu đồng điểm ban nên xửquả lýlý kếtmô nghiệm trước đối chiếu kiện bị phá hoại Theo đó, ổn định tổng thể theo phương trục yếu xảy trước, theo sau với kết mơ hình) Về mặt giá trị, khả chịu lực cấu kiện theo mơ hình với kết mơcụchình) mặtphía giángồi trị, khả chịu Hình lực cấu kiện ổn định Về cánh bảnnăng bụng Trong 7, quan hệ lực néntheo - biến mơ dạng hình dọc 402,53 KN, mẫu nghiệm [10] 388,67 KN, 377,88 trục cấu kiện lấygiá theotrị kếtcủa chạy mơ hình tương đối phù với kết thí nghiệm (lưuKN 402,53 KN, giá trị babamẫu thíthínghiệm [10] hợp 388,67 KN, 377,88 KN ý, kết thơ thí nghiệm, khoảng biến dạng ban đầu ∆ ≈ 2,8 mm gây cấu kiện 356,59 KN (độ chênh lệch tương ứng làsai3,6%, 6,5% và12,9%) 12,9%) chênhđồng lệchvới với hai 356,59 KN (độ chênh lệch tương 6,5% vàchiều SựSựchênh chữ C thành phần cấu kiện ứng tổ hợplàcó3,6%, số chế tạo dài chưa làm việclệch thời hai mẫuthíthítại nghiệm saulàđầu làđáng đáng nhiên, theophụ phụkhi K2.1.1 của[15], khixét xétkhả khả thời điểm ban nên cần kể lýTuy kết thí nghiệm trước đối chiếu với kết quả[15], mơ hình) Về mẫu nghiệm sau kể.xửTuy nhiên, theo lụclục K2.1.1 mặt giá trị, khả chịu lực cấu kiện theo mơ hình 402,53 KN, giá trị ba mẫu chịu lựccủa cấukiện kiệnKN, thép thànhmỏng, mỏng, giátrịtrị nghiệm trung6,5% bình chịu cấu thép giá thíthí nghiệm trung thí lực nghiệm [10] 388,67 377,88 KNthành 356,59 KN (độ chênh lệch tương ứng 3,6%, bình làmgiá giátrịtrị củtsau ítnhất mẫu nghiệm sailệch lệch 12,9%) Sự tính chênh tốn lệch với haicó thí trị đángba Tuy nhiên, theo phụ lục K2.1.1 lấylấylàm tính tốn có mẫu giágiá trịnghiệm ba kể mẫu thíthínghiệm vàvàsai [15], xét khả chịu lực cấu kiện thép thành mỏng, giá trị thí nghiệm trung bình củalấymỗi mẫuthítính thínghiệm nghiệmvới vớigiágiá trịtrung trung bình nhỏhơn lệch 15% giátrịtrịthíthí giágiátrịtrịcủa mẫu bình nhỏ VìVì đượcmỗi làm giá trị tốn có giá trị củatrị ba mẫu thí nghiệm sai15% giágiá trị nghiệmtrung trung bình giátrị mơ đềudùng dùng đốnkhả khả mẫu thí nghiệm với giátrị trị trung bìnhhình 15% Vì giá trịdự thí nghiệm trung bình chịu giá trị lực nghiệm bình vàvàgiá từtừmơ hìnhnhỏđều đểđểdự đoán chịu lựctừ cấukiện, kiện,nên nênsựsựchênh chênhlệch lệchgiữa giữakếtkếtquả quảtừtừmơ mơhình hìnhvàvàcác cácthíthínghiệm nghiệmnhư nhưtrên trênlàlà cấu 81 chấpnhận nhậnđược được.Mặt Mặtkhác, khác,giống giốngvới vớikếtkếtquả quảtính tínhtốn tốncủa của[10], [10],khi khiápápdụng dụngtiêu tiêu chấp chuẩnthiết thiếtkếkế[15], [15],khả khảnăng năngchịu chịunén néncủa củacấu cấukiện kiệntrên trênlàlà430,9 430,9KN KN(lớn (lớnhơn hơngiágiátrịtrị chuẩn Tùng,chí V Khoa S., cs chí nghệ Khoa Xây học Công Xây 2018 dựng Tạp học/ Tạp Cơng dựngnghệ NUCE mơ hình dùng để dự đốn khả chịu lực cấu kiện, nên chênh lệch kết từ mơ hình thí nghiệm chấp nhận Mặt khác, giống với kết tính tốn [10], thí kế nghiệm 10,8%, 14% chứng tỏ mô khicác áp mẫu dụng thí tiêunghiệm chuẩn thiết [15], khả chịu nén của20.8%) cấu kiện Điều lànày 430,9 KN (lớn hơnhình giá trị đề xuất báo cho dự báo khả chịu nén tâm dạng mẫu thí nghiệm thí nghiệm 10,8%, 14% 20.8%) Điều chứng tỏ mơ hình đề xuất báođang cho vềhơn khả chịu nénchuẩn tâm kiện xétnày an toàn cấubài kiện xét dự anbáo toàn so với tiêu thiếtcủa kế dạng [15].cấu Vậy mơđang hình có đủ socơ vớisở tiêu chuẩn thiết kế [15] Vậy mơ hình có đủ sở tin cậy để áp dụng vào nghiên cứu tin cậy để áp dụng vào nghiên cứu Hình So sánh đường nén- -biến biến dạng dạng lấy kếtkết quảquả thí nghiệm [10] [10] Hình So sánh đường congcong lựclực nén lấytừtừ thí nghiệm kết chạy mơ hình dùng Abaqus kết chạy mơ hình dùng Abaqus Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả chịu nén tâm cấu thành mỏng tổ hợp dạng hộpchịu đôinén tâm cấu kiện thép kiện Khảothép sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả thành mỏng tổ hợp dạng hộp đơi Dựa vào mơ hình đề xuất, số khảo sát thực để kiểm tra ảnh Dựa vào đề diện, xuất, số khảo sátliên thực để khoảng kiểm tra cách ảnh hưởng đinh độ dày hưởng củamơđộhình dàyđãtiết độ cứng kết đinh vít liên kết tiết diện, độ cứng liên kết đinh vít khoảng cách liên kết đinh vít đến khả chịu lực cấu vít đến khả chịu lực cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đơi Tiết diện dùng để khảo sát có kích thước Tiết2(d) diệnKết dùng sát kích nhưlượt Hình Hình để củakhảo khảo sátcó thểthước lần 2-d trongKết Bảngcủa 1, 2các khảo Dễ sát thấy, nhưhưởng tronglớn cácđến Bảng nén Dễ thấy, tâm, chiều kiện chiều dàythể củahiện cấu lần kiệnlượt có ảnh khả 1, chịu cụdày thể khicấu chiều dày tăng từ 1,0 mm lên 2,0 mm, khả chịu nén tăng 2,9 lần Điều đáng ý dạng phá hoại có ảnh hưởng lớn đến khả chịu nén tâm, cụ thể chiều dày tăng từ 1,0 định khả tổng thể Do đó, với kiện chịuđáng nén vàchú có độ mảnh lớn, việchoại giảm mm lênmất 2,0ổnmm, chịu néncấu tăng 2,9dạng lần.này Điều ý dạng phá chiều dày làm tăng ảnh hưởng ổn định cục cách rõ rệt cấu kiện khơng thay ổn định tổng thể Do đó, với cấu kiện dạng chịu nén có độ đổi dạng ổn định Ngược lại, độ cứng liên kết đinh vít có ảnh hưởng nhỏ đến khả mảnh lớn,cấu việc giảm chiều làm hưởng ổnlần, định chịu nén kiện Trong ví dụdày đangsẽxét, khităng giảmảnh độ cứng củacủa liên kết hai khảcục năngbộchịu nén giảm 7,7% Khoảng cách không hàng đinh vítđổi cũngdạng có ảnh hưởng đáng kể, ví dụNgược tănglại, gấpđộđôi cách rõ rệt cấu kiện thay ổn định lượng (giảm cáchcó nàyảnh từ 1450 mmnhỏ xuống mm, hay chịu từ 725nén mmcủa xuống mm) cứngđinh củavítliên kếtkhoảng đinh vít hưởng đến725 khả cấu369 kiện khả chịu nén tăng 18,5% 11,4% Tuy nhiên theo [10], khả chịu nén cấu Trong ví dụ xét, giảm độ cứng liên kết hai lần, khả chịu nén giảm kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi đạt khoảng 1,4 đến 2,35 lần tổng cấu 7,7% Khoảng cáchVậy cácngồi hànggiảđinh ảnhtrò hưởng đáng dụsựkhi tăngtác kiện chữ C thành phần nên, thiếtvít củacũng [15] có vai liên kết kể, đinhvívít, tương đơigiữa lượng đinh tử vítbản (giảm khoảng cách từ 1450 mm 725 lẫngấp phần mỏng nguyên nhân choxuống tăng725 khảmm, nănghay chịutừnén cấumm kiệnxuống thép thành khả mỏng tổ hợp dạng đôi.lần Lậplượt luậnlànày cầnvàđược xem Tuy xét 369 mm) chịu nénhộp tăng 18,5% 11,4% nhiêncác nghiên cứu sau nhóm tác giả theo [10], khả chịu nén cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi 82 cấu kiện chữ C thành phần Vậy nên, đạt khoảng 1,4 đến 2,35 lần tổng giả thiết [15] vai trò liên kết đinh vít, tương tác lẫn Tùng, V S., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Ảnh hưởng chiều dày thành mỏng đến khả chịu nén cấu kiện (giá trị Ke lấy 10957 N/mm) Chiều dày thành mỏng (mm) Khả chịu nén (KN) 1,0 1,5 2,0 2,5 104,8 193,5 304,4 402,5 Bảng Ảnh hưởng độ cứng liên kết đinh vít đến khả chịu nén cấu kiện Độ cứng liên kết đinh vít (KN/mm) Khả chịu nén (KN) 10,96 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 402,5 395,6 392,2 376,5 374,5 373,8 Bảng Ảnh hưởng khoảng cách đinh vít đến khả chịu nén cấu kiện (giá trị Ke lấy 10957 N/mm) Khoảng cách hàng đinh vít (mm) Khả chịu nén (KN) 1450 725 590 492 422 369 328 295 339,7 402,5 411,7 425,4 437,9 448,2 450,7 464,7 Kết luận Bài báo thực mơ hình ứng xử cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đơi chịu nén tâm Mơ hình kiểm chứng kết thí nghiệm Do đó, áp dụng mơ hình cho nghiên cứu sau để đưa cơng thức tính khả chịu nén tâm dạng cấu kiện Một số ví dụ dựa mơ hình rằng, cấu kiện dạng có độ mảnh lớn bị phá hoại theo dạng ổn định tổng thể, giảm chiều dày ảnh hưởng mạnh đến khả chịu lực nén không làm thay đổi dạng phá hoại Độ cứng liên kết đinh vít có ảnh hưởng nhỏ, khoảng cách hàng liên kết đinh vít có ảnh hưởng đáng kể đến khả chịu nén dạng cấu kiện Tài liệu tham khảo [1] Hancock, G J (2016) Cold-formed steel structures: research review 2013–2014 Advances in Structural Engineering, 19(3):393–408 [2] Cường, B H (2010) Tính tốn đặc trưng hình học tiết diện thành mỏng hở Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD [3] Kiến, Đ Đ (2011) Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội Nhà xuất Xây dựng [4] Cường, B H (2012) Phân tích ổn định đàn hồi thành mỏng phương pháp dải hữu hạn Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 6(1):12–23 [5] Hội, P V., Thành, Đ Q (2013) So sánh khả chịu lực xà gồ thành mỏng tiết diện dạng chữ C chữ Z Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 7(3):7–13 [6] Tuyền, N M., Cường, B H (2015) Tính tốn đặc trưng hình học tiết diện thành mỏng kín chịu xoắn Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 9(3):43–51 [7] Rice, J (2017) Making solid, sustainable choices with cold-formed steel framing Construction Canada 83 Tùng, V S., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [8] Stone, T A., LaBoube, R A (2005) Behavior of cold-formed steel built-up I-sections Thin-Walled Structures, 43(12):1805–1817 [9] Li, Y., Li, Y., Wang, S., Shen, Z (2014) Ultimate load-carrying capacity of cold-formed thin-walled columns with built-up box and I section under axial compression Thin-Walled Structures, 79:202–217 [10] Craveiro, H D., Rodrigues, J P C., Laím, L (2016) Buckling resistance of axially loaded cold-formed steel columns Thin-Walled Structures, 106:358–375 [11] Roy, K., Ting, T C H., Lau, H H., Lim, J B P (2018) Effect of thickness on the behaviour of axially loaded back-to-back cold-formed steel built-up channel sections-Experimental and numerical investigation Structures, Elsevier, 16:327–346 [12] Fratamico, D C., Torabian, S., Zhao, X., Rasmussen, K J R., Schafer, B W (2018) Experiments on the global buckling and collapse of built-up cold-formed steel columns Journal of Constructional Steel Research, 144:65–80 [13] Craveiro, H D., Henriques, J., Silva, L S., Martins, J P (2019) FEM analysis of the buckling behaviour of thin-walled CFS columns Part II—monosymmetric (R) and double symmetric built-up box crosssections Proceedings of the International Colloquia on Stability and Ductility of Steel Structures (SDSS 2019), Prague, Czech Republic [14] EN 1993-1-3 (2006) Eurocode 3: Design of steel structures, Part 1-3: General rules - supplementary rules for cold-formed members and sheeting European Committee for Standardization, Brussels [15] AISI S100 (2016) North American specifications for the design of cold-formed steel structural members Washington DC, USA [16] Liao, F., Wu, H., Wang, R., Zhou, T (2017) Compression test and analysis of multi-limbs built-up cold-formed steel stub columns Journal of Constructional Steel Research, 128:405–415 [17] Gorst, N J S., Williamson, S J., Pallett, P F., Clark, L A (2003) Friction in temporary works Research Report 71, University of Birmingham, Birmingham, U.K [18] Phan, D K., Rasmussen, K J R (2018) Cold-formed steel bolted and screw-fastened connections in shear Eighth International Conference on Thin-Walled Structures, Lisbon, Portugal [19] Schafer, B W., Pekăoz, T (1998) Computational modeling of cold-formed steel: characterizing geometric imperfections and residual stresses Journal of Constructional Steel Research, 47(3):193–210 [20] Zhao, X., Tootkaboni, M., Schafer, B W (2017) Laser-based cross-section measurement of cold-formed steel members: Model reconstruction and application Thin-Walled Structures, 120:70–80 [21] Pham, N H., Pham, C H., Rasmussen, K J R (2017) Incorporation of measurement geometric imperfections into finite element models for cold-rolled alumium sections Proceedings of the 4th Congrès International de Geotechnique – Ouvrages – Structures, Ho Chi Minh City, Vietnam [22] Gardner, L., Nethercot, D A (2004) Numerical modeling of stainless steel structural components—a consistent approach Journal of Structural Engineering, 130(10):1586–1601 [23] Zhang, J.-H., Young, B (2015) Numerical investigation and design of cold-formed steel built-up open section columns with longitudinal stiffeners Thin-Walled Structures, 89:178–191 [24] ABAQUS Analysis user’s manual-version 6.14 ABAQUS Inc, USA 84 ... cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng hộp đôi BàiBài bào nghiên cứu cấu kiện thép thành mỏng tổ hợp dạng đôi Bài bào nghiên cứu cấu kiện thép thành t hộp hợp dạng hộp bào nghiên cứu cấu kiện thép. .. đơn, (d) tổ hợp dạng đôi (c)(c) tổcứu hợp hộp đơn, (d) tổ tổ hợp dạng đôi Bài bào v dạng cấu kiện thép thành mỏng t hộp hợp dạng hộp ôi đôi Chúng sản xuất cách ghép bốn cấu kiện thành mỏng chữ... cho dạng trên, nghiên cứu cầnđược tiến hành để thiện tiêu chuẩn thiết kế cho dạng cấu kiện thành mỏng tổ mỏng hợp cấu kiện thành mỏng tổ hợp cấu kiện thành tổ hợp kiện thành t mỏng hợp cấucấu kiện