Nghiên cứu tính toán, thiết kế và thí nghiệm dàn thép

Đề tài tiến hành phân tích sự làm việc của dàn thép. Các dạng dàn thép khác nhau được phân tích tính toán. Các kết quả về nội lực của thanh dàn được được so sánh với phần mềm SAP2000 và kết quả thí nghiệm thực tiễn. Qua các kết quả phân tích số, tác giả rút ra một số kết luận quan trọng và hướng phát triển.

Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 KHOA HỌC SINH VIÊN NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ THÍ NGHIỆM DÀN THÉP SV Phạm Châu Đức SV Ngô Quang Duy GVHD: KS Lê Văn Trình Trường Đại học Xây dựng Miền Trung Tóm tắt Đề tài tiến hành phân tích làm việc dàn thép Các dạng dàn thép khác phân tích tính tốn Các kết nội lực dàn được so sánh với phần mềm SAP2000 kết thí nghiệm thực tiễn Qua kết phân tích số, tác giả rút số kết luận quan trọng hướng phát triển Từ khóa Dàn thép, thí nghiệm dàn thép, tính toán dàn thép Đặt vấn đề Các toán phân tích làm việc dàn thép nhà cơng nghiệp nhiều tác giả ngồi nước thực kể mặt lý thuyết thực nghiệm Các nghiên cứu đưa trạng thái ứng suất biến dạng dàn thép chịu tải trọng tác dụng giai đoạn làm việc dàn Tuy nhiên nghiên cứu chưa trình bày cách cụ thể cách tiếp cận kết phù hợp với trình độ sinh viên Tình hình giảng dạy hiểu biết sinh viên đại học nói chung sinh viên Trường Đại học Xây dựng Miền Trung nói riêng làm việc dàn thép dừng lại hiểu biết lý thuyết Còn quy trình thí nghiệm khảo sát thực nghiệm toán làm việc thực tế dàn thép chưa tiếp cận Chính nghiên cứu tập trung đưa quy trình thí nghiệm cụ thể đánh giá kết thí nghiệm để làm rõ hiểu biết cách nhìn tốn cách trực quan phù hợp với tình hình giảng dạy Nhà trường Ngoài để đánh giá mức độ tin cậy kết thực nghiệm so với lý thuyết nghiên cứu đưa vào phương pháp nghiên cứu mô phần tử hữu hạn Cơ sở lý thuyết 2.1 Xác định tải trọng tác dụng lên dàn sơ đồ tính dàn Tải trọng tác dụng lên dàn Ptt (đặt nút dàn): Trong đó: Ptt  qtt B (0.1) 229 Thơng báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 qtt: tải trọng phân bố dàn B: bước dàn Pt Pt Pt 10 Pt Pt 11 L Hình 2.1 Sơ đồ tính tốn số thứ tự phần tử dàn 2.2 Xác định nội lực dàn Nội lực dàn xác định theo ba phương pháp sau: - Lý thuyết: phương pháp tách mắt, phương pháp mặt cắt, Một số giả thuyết tính tốn theo phương pháp lý thuyết: + Trục đồng quy tim nút dàn; + Xem nút dàn khớp; + Thanh dàn chịu nội lực dọc trục (kéo hay nén tâm) Phương pháp phần tử hữu hạn: sử dụng phần mềm SAP2000 - Thí nghiệm dàn thép - Kết xử lý tính tốn qua đưa kết luận 2.3 Chọn kiểm tra tiết diện dàn 2.3.1 Chọn kiểm tra tiết diện chịu nén Khi chọn tiết diện cần giả thiết độ mảnh λ: + λgt = 6080 (đối với cánh) + λgt =100120 (đối với bụng) Diện tích cần thiết Act tiết diện thanh: A ct  N  f c (2.2) Trong đó: N: lực nén thanh; c: hệ số điều kiện làm việc; f: cường độ tính tốn vật liệu thép; φ: hệ số uốn dọc, tra bảng II.1 phụ lục II GT KCT Từ Act (diện tích cần thiết hai thép góc) dựa vào bảng thép góc, xác định số hiệu thép góc cần dung thỏa mãn: Ag  Act (2.3) Từ số hiệu thép chọn, tra đặt trưng hình học i x, iy, Ag (Ag  Act/2) Kiểm tra tiết diện chọn:  N min A  f c (2.4) Trong đó: A: diện tích tiết diện (A = 2Ag); φmin: hệ số uốn dọc nhỏ tra bảng theo λmax f λmax = max (λx, λy) λmax  [λ] 2.3.2 Chọn kiểm tra tiết diện chịu kéo Diện tích cần thiết Act tiết diện thanh: A ct  N f c (2.5) Có Act (diện tích cần thiết hai thép góc) dựa vào bảng thép góc, xác định số hiệu thép góc cần dung thỏa mãn Từ số hiệu thép chọn, tra đặc trưng hình học: i x, iy, Ag… Kiểm tra tiết diện chọn:   N  f c An (2.6) Với: An diện tích thực tiết diện     Yêu cầu độ mảnh: max Ví dụ số Đề tài đưa số ví dụ tính tốn dàn thép với kích thước mơ hình Kết trình bày dạng bảng tính 3.1 Bài tốn Tính tốn thiết kế cho dàn thép Hình 0.1 với số liệu tính tốn Bảng 0.1 Mái lợp tơn múi tráng kẽm dày 0,7 mm; có trọng lượng: kN/m2;  p  1,3 g mtc  0,074   1,05 ; g Độ võng cho    L   0 phép dầm 230 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 Bảng 0.1 Số liệu tính tốn L (m) STT H1 (m) 1,5 p H2 (m) 0,5 Nội lực dàn (kN/m2) Nội lực (kN) Stt 0,2 H1 D (m) Bảng 0.2 Nội lực dàn toán tc m d d d d d d L Hình 0.1 Sơ đồ tính tốn  Kết tính toán Lý thuyết SAP2000 1 -74,71 -74,71 2 -59,77 -59,77 3 -44,82 -44,82 4 0,00 0,00 5 -14,94 -14,94 6 1,65 1,65 7 -15,21 -15,21 8 6,60 6,60 9 74,25 74,25 10 10 74,25 74,25 11 11 59,40 59,40 10 Thanh 11 L Hình 0.2 Sơ đồ đánh số thứ tự dàn tốn Bảng 0.3 Kết tính tốn tốn Act cm2 Số hiệu Thép góc 2A g (cm2) ix (cm ) iy (cm) lx (cm) ly (cm) λmax φ   daNcm 4,59 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,92 150,92 99,95 0,55 1420,1 2100 Thỏa 70 3,67 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,92 150,92 99,95 0,55 1136,1 2100 Thỏa 70 2,75 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,92 150,92 99,95 0,55 852,0 2100 Thỏa L50x5 9,60 1,51 2,52 13,33 16,67 0,0 2100 Thỏa L50x5 9,60 1,51 2,52 120,74 150,92 215,6 2100 Thỏa L50x5 9,60 1,51 2,52 26,67 33,33 17,2 2100 Thỏa L50x5 9,60 1,51 2,52 122,93 153,66 222,6 2100 Thỏa 0,31 L50x5 9,60 1,51 2,52 40,00 50,00 68,8 2100 Thỏa 74,25 3,54 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,00 150,00 773,4 2100 Thỏa 10 74,25 3,54 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,00 150,00 773,4 2100 Thỏa 11 59,40 2,83 L50x5 9,60 1,51 2,52 150,00 150,00 618,8 2100 Thỏa Lực dọc (kN) λgt -74,71 70 -59,77 -44,82 0,00 -14,94 1,65 -15,21 6,60 Thanh Nén 100 Kéo 1,22 0,08 100 1,24 3.2 Bài Toán Tính tốn thiết kế cho dàn thép Hình với số liệu tính tốn Bảng 0.4 Mái lợp tôn múi tráng kẽm dày 0,7 mm; có trọng lượng: kN/m ;  p  1,3 ;  g  1,05 g mtc  0,074 79,96 81,41 0,72 0,71 fc daN/c m2   L   0 Độ võng cho phép dầm Bảng 0.4 Số liệu tính tốn STT L (m) D (m) H1 (m) H2 (m) 1,5 0,75 0,5 pmtc (kN/m2) 0,3 231 Kết luận Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 H2 H1 Bảng 0.5 Nội lực dàn toán d d d Nội lực dàn Nội lực (kN) d Stt L -2,23 0,00 0,00 3 -32,25 -32,25 4 -32,25 -32,25 5 -35,84 -35,84 6 -26,04 -26,04 7 14,14 14,14 8 -4,46 -4,46 9 -5,95 -5,95 10 10 -1,10 -1,10 11 11 1,49 1,49 12 12 20,83 20,83 13 13 20,83 20,83 11 10 12 13 Hình 0.4 Sơ đồ đánh số thứ tự dàn toán -2,23 SAP2000  Kết tính tốn Lý thuyết Hình 0.3 Sơ đồ tính tốn 2 Thanh Bảng 0.6 Kết tính tốn tốn Thanh Act cm Lực dọc λgt Nén (kN) Kéo Số hiệu thép góc 2Ag (cm ) ix (cm) iy (cm) lx (cm) ly (cm)  fc λmax φmin daN/c m2 daN/c m2 Kết luận -2,23 70 0,14 L30x3 3,48 0,90 1,45 50,00 50,00 55,62 0,84 76,4 2100 Thỏa 0,00 70 0,00 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 0,0 2100 Thỏa -32,25 70 1,98 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 1331,8 2100 Thỏa -32,25 70 1,98 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 0,0 2100 Thỏa -35,84 70 2,20 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,26 75,26 83,72 0,70 1479,8 2100 Thỏa -26,04 100 1,60 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,00 93,75 83,43 0,70 748,3 2100 Thỏa 14,14 L30x3 3,48 0,90 1,45 75,00 93,75 406,2 2100 Thỏa -4,46 100 0,36 L30x3 3,48 0,90 1,45 50,00 62,50 55,62 0,84 128,3 2100 Thỏa -5,95 100 0,48 L30x3 3,48 0,90 1,45 81,39 101,74 90,54 0,65 170,9 2100 Thỏa 10 -1,10 100 0,09 L30x3 3,48 0,90 1,45 81,39 101,74 90,54 0,65 31,6 2100 Thỏa 11 1,49 0,07 L30x3 3,48 0,90 1,45 60,00 75,00 42,8 2100 Thỏa 12 20,83 0,992 L30x3 3,48 0,90 1,45 150 150 598,6 2100 Thỏa 13 20,83 0,992 L30x3 3,48 0,90 1,45 150 150 598,6 2100 Thỏa 3.3 Bài toán Xác định nội lực dàn thép thể Hình với số liệu tính tốn Bảng 0.7 Các dàn có tiết diện L50x5 Kết so sánh với thí nghiệm thực tiễn Bảng 0.7 Số liệu tính toán STT L (m) d (m) H1 (m) Tiết diện 0,6 0,4 2L50x5 d d d d P tt P tt H1 0,67 d d d L d d Hình 0.5 Sơ đồ tính tốn 232 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 10 Hình 0.6 Đánh số dàn Nội lực dàn xác định với cấp tải khác mơ hình thí nghiệm hình Hình 0.9 Máy STS-WIFI Hình 0.7 Mơ hình thí nghiệm Hình 0.10 Thiết bị đo chuyển vị Nội lực dàn thu từ thí nghiệm so sánh với phương pháp lý thuyết Kết thể bảng 0.8, bảng 0.9 bảng 0.10 Hình 0.8 Tensor biến dạng Bảng 0.8 Nội lực số Thanh số STT Cấp tải (kN) Biến dạng Ứng suất (kN/cm2) 10,81 -1,21E-04 -1,076 14,39 20,77 30,44 36,02 40,47 -1,70E-04 -2,52E-04 -3,86E-04 -4,73E-04 -5,50E-04 Nội lực Phương pháp N (kN) Thí nghiệm -10,33 Lý thuyết -4,054 Thí nghiệm -14,52 Lý thuyết -5,396 Thí nghiệm -21,54 Lý thuyết -7,789 Thí nghiệm -33,04 Lý thuyết -11,42 Thí nghiệm -40,49 Lý thuyết -13,51 Thí nghiệm -47,11 Lý thuyết -15,18 Sai số (%) 60,76 -1,512 62,83 -2,244 63,84 -3,441 65,45 -4,218 66,64 -4,907 67,78 233 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 Information of Science and Technology No 2/2016 Bảng 0.9 Nội lực số Thanh số STT Cấp tải (kN) Biến dạng 10,81 -1,21E-04 14,39 20,77 30,44 36,02 40,47 -1,70E-04 -2,52E-04 -3,86E-04 -4,73E-04 -5,50E-04 Ứng suất (kN/cm2) Nội lực Phương pháp N (kN) Thí nghiệm -10,37 Lý thuyết -6,756 Thí nghiệm -14,52 Lý thuyết -8,994 Thí nghiệm -21,58 Lý thuyết -12,98 Thí nghiệm -33,04 Lý thuyết -19,03 Thí nghiệm -40,49 Lý thuyết -22,51 Thí nghiệm -47,09 Lý thuyết -25,29 -1,08 Sai số (%) 34,83 -1,513 38,06 -2,248 39,84 -3,442 42,43 -4,218 44,40 -4,905 46,28 Bảng 0.10 Nội lực số Thanh số STT Cấp tải (kN) Biến dạng Ứng suất (kN/cm2) 10,81 1,98E-04 1,7665 14,39 20,77 30,44 36,02 40,47 2,81E-04 4,11E-04 6,24E-04 7,37E-04 8,43E-04 Nội lực Phương pháp N (kN) Thí nghiệm 16,959 Lý thuyết 12,161 Thí nghiệm 24,084 Lý thuyết 16,189 Thí nghiệm 35,187 Lý thuyết 23,366 Thí nghiệm 53,424 Lý thuyết 34,245 Thí nghiệm 63,137 Lý thuyết 40,523 Thí nghiệm 72,173 Lý thuyết 45,529 28,29 2,5087 32,78 3,6653 33,59 5,565 35,90 6,5768 35,82 7,518 Kết luận kiến nghị Đề tài tiến hành phân tích làm việc dàn thép Các dạng dàn thép khác phân tích tính tốn Các kết nội lực dàn so sánh với phần mềm SAP2000 kết thí nghiệm thực tiễn Qua kết phân tích số, tác Sai số (%) 36,92 giả rút số kết luận quan trọng hướng phát triển 4.1 Kết luận - Nội lực dàn phụ thuộc vào vị trí tải trọng tác dụng - Kết nội lực tính tốn phương pháp lý thuyết giống tương tự với 234 Thông báo Khoa học Công nghệ Số 2/2016 phần mềm SAP2000 chứng tỏ tính xác qua trình tính tốn - Nội lực phương pháp lý thuyết chênh lệch so với thí nghiệm chứng tỏ khác mơ hình tính lý thuyết thực nghiệm Information of Science and Technology No 2/2016 4.2 Kiến nghị Sử dụng mơ hình dàn thép áp dụng đề tài để áp dụng vào môn học Thí nghiệm cơng trình Qua giúp sinh viên có nhìn trực quan dàn thép thí nghiệm dàn thép TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Hội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư Lưu Văn Tường, 2007 Kết cấu thép – Cấu kiện NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Trần Thị Thôn Bài tập Thiết kế kết cấu NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh 235 ... N (kN) Thí nghiệm -10,33 Lý thuyết -4,054 Thí nghiệm -14,52 Lý thuyết -5,396 Thí nghiệm -21,54 Lý thuyết -7,789 Thí nghiệm -33,04 Lý thuyết -11,42 Thí nghiệm -40,49 Lý thuyết -13,51 Thí nghiệm. .. N (kN) Thí nghiệm -10,37 Lý thuyết -6,756 Thí nghiệm -14,52 Lý thuyết -8,994 Thí nghiệm -21,58 Lý thuyết -12,98 Thí nghiệm -33,04 Lý thuyết -19,03 Thí nghiệm -40,49 Lý thuyết -22,51 Thí nghiệm. .. N (kN) Thí nghiệm 16,959 Lý thuyết 12,161 Thí nghiệm 24,084 Lý thuyết 16,189 Thí nghiệm 35,187 Lý thuyết 23,366 Thí nghiệm 53,424 Lý thuyết 34,245 Thí nghiệm 63,137 Lý thuyết 40,523 Thí nghiệm