So sánh cách tinh toán cột thép rỗng 2 nhánh chịu nén uốn theo tiêu chuẩn eurocode 3 và TCVN 5575 2012

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG TUẤN ANH SO SÁNH CÁCH TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG NHÁNH CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE VÀ TCVN 5575-2012 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG TUẤN ANH SO SÁNH CÁCH TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG NHÁNH CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE VÀ TCVN 5575-2012 Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD&CN Mã số : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS PHẠM VĂN HỘI Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Đặng Tuấn Anh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CỘT THÉP 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Phân loại phạm vi sử dụng cột thép 1.1.2 Sơ đồ tính, chiều dài tính tốn độ mảnh cột 1.2.CẤU TẠO CỘT THÉP 1.2.1 Cấu tạo cột đặc 1.2.2 Cấu tạo cột rỗng 1.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG NHÁNH CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE3 VÀ TCVN 5575-2012 2.1 NGUN TẮC CHUNG DÙNG TRONG TÍNH TỐN 2.1.1 Các ngun tắc tính tốn theo TC Eurocode 2.1.2 Các ngun tắc tính tốn theo TCVN 5575-2012 10 2.2 VẬT LIỆU THÉP SỬ DỤNG 10 2.2.1 Vật liệu thép theo TC Eurocode 10 2.2.2.Vật liệu thép theo tiêu chuẩn Việt Nam 12 2.3 TẢI TRỌNG SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ 13 2.3.1 Tải trọng thiết kế theo tiêu chuẩn Eurocode 13 2.3.2 Tải trọng thiết kế theo TCVN 15 2.4 TÍNH TỐN CỘT THÉP THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE 16 2.4.1 Phân loại tiết diện 16 2.4.2 Trạng thái giới hạn khả chịu lực 19 2.4.3 Tính tốn ổn định cột thép chịu nén có tiết diện khơng đổi 23 2.4.4 Tính tốn ổn định cột thép tổ hợp có tiết diện khơng đổi chịu nén 27 2.5 TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG CHỊU NÉN-UỐN THEO TCVN 5575-2012 32 2.5.1 Tính tốn bền 32 2.5.2 Tính tốn ổn định tổng thể 35 2.5.3 Tính tốn ổn định cục 39 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 41 2.5.1 So sánh phƣơng pháp tính tốn tiêu chuẩn Eurocode TCVN 5575-2012 41 2.5.2 So sánh vật liệu thép sử dụng tiêu chuẩn Eurocode TCVN 5575-2012 41 2.5.3 So sánh tải trọng theo tiêu chuẩn Eurocode TCVN 5575-2012 42 2.5.4 So sánh cách tính tốn cột thép rỗng nhánh chịu nén-uốn theo tiêu chuẩn Eurocode TCVN 5575-2012 43 CHƢƠNG 3: VÍ DỤ TÍNH TỐN 49 3.1 LÝ DO CHỌN CÁC VÍ DỤ TÍNH TỐN 49 3.2 VÍ DỤ 49 3.2.1 Tính tốn theo tiêu chuẩn Eurocode 51 3.2.2 Tính tốn theo TCVN 5575-2012 55 3.3 VÍ DỤ 58 3.3.1 Tính tốn theo tiêu chẩn Eurocode 59 3.3.2 Tính tốn theo TCVN 5575-2012 63 3.4 VÍ DỤ 67 3.4.1 Tính toán theo tiêu chuẩn Eurocode 69 3.4.2 Tính tốn theo TCVN 5575-2012 73 3.5 TÍNH TỐN VỚI MỘT SỐ VÍ DỤ KHÁC 77 3.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 TÓM TẮT SO SÁNH CÁCH TÍNH TỐN CỘT THÉP RỖNG NHÁNH CHỊU NÉN-UỐN THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE VÀ TCVN 5575-2012 Học viên: Đặng Tuấn Anh Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng DD&CN Mã số: 60.58.02.08 Khóa: 31 Trƣờng Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt: Tiêu chuẩn Eurocode tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép cho cơng trình đƣợc áp dụng cho nƣớc thuộc Liên minh Châu Âu đƣợc nhiều nƣớc giới đƣa vào sử dụng Trong trình hội nhập nay, việc tiếp thu áp dụng tiến khoa học kỹ thuật từ nƣớc giới nhiệm vụ quan trọng ngành xây dựng Do đó, luận văn:“So sánh tính tốn cột thép rỗng nhánh chịu nén-uốn theo tiêu chuẩn Eurocode TCVN 5575-2012”, tập trung nghiên cứu cách tính tốn cột thép rỗng nhánh chịu nén-uốn theo tiêu chuẩn Eurocode TCVN 5575-2012, so sánh nhƣng điểm giống khác tính tốn hai tiêu chuẩn, thực tính tốn cụ thể, qua có sở để so sánh nhằm đề xuất đƣợc cách toán có lợi khả chịu lực cho cột thép rỗng nhánh chịu nénuốn Từ khóa: Tiêu chuẩn Eurocode 3, TCVN 5575-2012, kết cấu thép, so sánh, cột thép rỗng nhánh chịu nén-uốn COMPARING THE CALCULATION METHOD IN BENDING AND PRESSURE RESISTANT HOLLOW STEEL TUBE WITH BRANCHES IN ACCORDANCE WITH EUROCODE AND TCVN 5575-2012 Abstract: Eurocode is a steel structure design standard set applicable to European Union countries and is being used by many countries in the world In the process of integration, the adoption and application of scientific and technological advances from countries around the world is an important task for the construction industry Therefore, the thesis: “Comparing the calculation method in the bending and pressure resistant hollow steel tube with branches in accordance with Eurocode and TCVN 5575-2012” focuses on the calculation of the calculation in the bending and pressure resistant hollow steel tube with branches in accordance with Eurocode and TCVN 5575-2012 and the comparison of similarities and differences in the calculation in accordance with standard to serve as the bases for proposing a more cost effective way to calculate the bearing capacity of the bending and pressure resistant hollow steel tube with branches Key words: Eurocode 3, TCVN 5575-2012, steel structure, comparison, the bending and pressure resistant hollow steel tube with branches DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT a Các đặc trưng hình học: A diện tích ngun An, Ach diện tích thực nhánh Ad diện tích mặt cắt ngang xiên Av diện tích mặt cắt ngang ngang Aeff diện tích hữu hiệu tiết diện Af diện tích cánh Aw diện tích bụng t chiều dày danh nghĩa cấu kiện tb chiều dày giằng tf chiều dày cánh tw chiều dày bụng h chiều cao cột h0 khoảng cách trọng tâm nhánh hw chiều cao bụng b chiều rộng cột b0 chiều rộng phần nhơ cánh d chiều dài tính toán giằng xiên db chiều cao giằng L chiều dài hình học cột Lch khoảng cách nút liên kết Lx, Ly chiều dài tính toán theo phƣơng x, y cột Lcr chiều dài tính tốn i bán kính qn tính tiết diện Ieff moment quán tính hữu hiệu cấu kiện Ich moment quán tính tiết diện nhánh Ib moment quán tính tiết diện giẳng Inx, Iny moment quán tính trục x trục y tiết diện cột Wnx,min, Wny,min moment chống uốn nhỏ tiết diện thu hẹp trục x y Weff modul chống uốn hữu hiệu Wc modul chống uốn Wpl modul dẻo tiết diện Wel modul đàn hồi tiết diện Sv độ cứng chống cắt hệ bụng hệ giằng b Nội lực, ngoại lực: Mx, My giá trị moment uốn tổ hợp nội lực bất lợi (tƣơng ứng mặt phẳng uốn x-x,y-y) NRd khả chịu nén tiết diện NEd giá trị thiết kế lực nén Npl,Rd khả chịu nén thiết kế dẻo tiết diện Nb,Rd độ bền thiết kế ổn định cấu kiện chịu nén Ncr lực tới hạn đàn hồi MEd giá trị thiết kế moment có xét đến hiệu ứng bậc M Ed giá trị thiết kế moment không xét đến hiệu ứng bậc MRd giá trị độ bền thiết kế ổn định cấu kiện chịu uốn Med moment gây chuyển vị trục trọng tâm MRk giá trị đặc trƣng cho khả chịu uốn tiết diện VEd lực cắt cấu kiện c Cường độ, ứng suất: E modul đàn hồi G modul trƣợt fy giới hạn chảy thép fu giới hạn bền thép τ ứng suất tiếp σ ứng suất pháp d Các ký hiệu, thông số: γc hệ số điều kiện làm việc ν hệ số nở ngang γM hệ số tin cậy vật liệu λ độ mảnh tƣơng đƣơng λ̅ độ nảnh quy ƣớc Μ hệ số chiều dài tính tốn cột χ hệ số ổn định cho dạng ổn định tƣơng ứng α hệ số sai lệch m độ lệch tâm tƣơng đối n số mặt phẳng hệ bụng giằng me độ lệch tâm tƣơng đối tính đổi η hệ số ảnh hƣởng hình dạng tiết diện e độ lệch tâm tiết diện υ hệ số uốn dọc ε số e Các chữ viết tắt TC TCVN KNCL GHSD ĐKLV Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Việt Nam Khả chịu lực Giới hạn sử dụng Điều kiện làm việc DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng 1.1 Hệ số chiều dài tính tốn μ cột tiết diện khơng đổi 1.2 Hệ số chiều dài tính tốn bổ sung μj tiết diện thay đổi Giá trị giới hạn chảy fy giới hạn bền fu đặc trƣng thép cán 2.1 mỏng 2.2 Phân hạng tải trọng phân bố 2.3 Tải trọng áp đặt sàn, ban công, cầu thang 2.4 Tỷ số lớn bề rộng bề dày phần chịu nén 2.5 Hệ số sai lệch cho đƣờng cong cƣờng độ ổn định 2.6 Lựa chọn đƣờng cong cƣờng độ ổn định cho tiết diện 2.7 Độ cứng kháng cắt bụng giằng cấu kiện tổ hợp 2.8 Hệ số hữu hiệu µ Hệ số để tính độ bền cấu kiện kể đến phát triển 2.9 biến dạng dẻo 2.10 Giá trị giới hạn [b0/tf] 2.11 Giá trị M 2.12 Hệ số α β 2.13 Giá trị giới hạn [hw /tw ] Trang 5 11 14 15 17 24 25 30 32 32 34 36 37 40 2.14 Giá trị giới hạn [ /t ] 40 2.15 Bảng so sánh cách tính tốn cột thép rơng hai nhánh chịu nén- uốn theo TC Eurocode TCVN 5575-2012 43 79 1,10 1,05 1,00 TC Eurocode 0,95 TCVN 5575-2012 0,90 0,85 Ví dụ Ví dụ Ví dụ Ví dụ Hình 3.4 Biểu đồ kiểm tra ổn định nhánh cột mặt phẳng x-x 1,1 1,05 TC Eurocode 0,95 TCVN 5575-2012 0,9 0,85 Ví dụ Ví dụ Ví dụ Ví dụ Hình 3.5 Biểu đồ kiểm tra ổn định nhánh cột mặt phẳng y-y 3.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG Bằng việc thực ví dụ tính tốn nhƣ theo hai phƣơng pháp tính tốn: theo tiêu chuẩn Eurocode TCVN 5575-2012 ta có đƣợc kết tính tốn nhận xét nhƣ sau: Đối với ví dụ 1: Kết tính tốn khả chịu uốn nhánh cột theo tiêu chuẩn Eurocode lần lƣợt Mz ≤ 903,78 kNm; My ≤ 721 kNm Kết tính tốn theo TCVN 5575-2012 lần lƣợt Mz ≤ 845 kNm; My ≤ 691 kNm Vậy thấy số liệu đề việc tính tốn theo tiêu chuẩn Eurocode cho khả chịu lực lớn so với tính tốn theo TCVN 5575-2012 Đối với ví dụ 2: Khi kiểm tra cột rỗng cấu tạo giằng chịu nén uốn, quan niệm tính tốn TC Eurocode TCVN 5575-2012 kiểm tra nhánh cột nhƣ cột đặc chịu nén uốn với cặp nội lực N M đƣợc quy đổi nhánh cột Tuy nhiên điểm khác TC Eurocode kiểm tra nhánh cột tiết diện tiết diện cột đoạn chân cột, tiết diện cột kiểm tra chịu nén tâm, tiết diện đoạn chân cột kiểm tra chịu nén uốn, TCVN lại quy kiểm tra nhánh cột nhƣ cột chịu nén uốn trƣờng hợp Khi kiểm tra tiết diện chân cột, kết 80 tính tốn đƣợc thể nhƣu sau: Khi kiểm tra ổn định theo trục uốn x, kết tính tốn theo TC Eurocode TCVN lần lƣợt 0,9261; kiểm tra ổn định theo trục y tiết diện, kết tính tốn theo TC Eurocode TCVN lần lƣợt là: 0,606