Kết cấu thép trong xây dựng - Chương 4

Kết cấu thép quan trọng bởi nó được sử dụng rộng rãi trong xây dựng hiện đại, làm bộ phận chịu lực trong công trình, không chỉ trong xây dựng dân dụng và công nghiệp mà còn cả trong các ngành cầ

Chỉång 4: CÄÜT &THANH NẸN ÂỤNG TÁM ξ1.Khại niãûm chung Hçnh 4.1: Cäüt tiãút diãûn khäng âäøi 1.1.Âàûc âiãøm chung: Cäüt v thanh nẹn âụng tám l kãút cáúu thỉåìng dng trong kãút cáúu thẹp nhỉ: cäüt nh, cäüt sn cäng tạc, thanh nẹn trong dn. Cäüt cọ cạc bäü pháûn chênh: - Âáưu cäüt: bäü pháûn âåí cạc kãút cáúu bãn trãn v phán phäúi ti trng xúng thán cäüt. - Thán cäüt: bäü pháûn chëu lỉûc cå bn, truưn ti trng tỉì bãn trãn xúng mọng. - Chán cäüt: bäü pháûn liãn kãút cäüt våïi mọng, phán phäúi ti trng tỉì bãn trãn xúng mọng. 1.2.Cạc loải cäüt: Hçnh 4.2: Cäüt tiãút diãûn thay âäøi Cäüt cọ nhiãưu loải ty theo cạch phán loải:  Theo sỉí dủng: - Cäüt nh cäng nghiãûp - Cäüt nh khung nhiãưu táưng - Cäüt âåí sn cäng tạc - Cäüt âåí âỉåìng äúng  Theo cáúu tảo: - Cäüt âàûc - Cäüt räùng - Cäüt tiãút diãûn khäng âäøi - Cäüt báûc thang  Theo så âäư chëu lỉûc: - Cäüt chëu nẹn âụng tám - Cäüt chëu nẹn lãûch tám 1.3.Så âäư tênh v chiãưu di tênh toạn: 1.Så âäư liãn kãút âáưu cäüt v chán cäüt: - Chán cäüt khåïp cäú âënh: thỉåìng dng cho cäüt chëu nẹn âụng tám. Âäúi våïi cäüt chëu nẹn lãûch tám nọ âỉåüc sỉí dủng khi u cáưu thiãút kãú khäng cọ moment åí chán cäüt, nhỉ khi mọng trãn nãưn âáút úu. 78 - Chán cäüt liãn kãút ngm: dng cho cäüt nẹn lãûch tám v cho c cäüt nẹn âụng tám, nọ lm tàng âäü äøn âënh cho cäüt. - Âáưu cäüt liãn kãút ngm våïi x ngang: thỉåìng dng cäüt trong hãû khung. - Âáưu cäüt liãn kãút khåïp våïi x ngang: thỉåìng dng trong cäüt chëu nẹn âụng tám. - Liãn kãút åí âáưu cäüt cng nhỉ chán cäüt cọ thãø khạc nhau theo cạc phỉång. 2.Chiãưu di tênh toạn: Chiãưu di tênh toạn ca cäüt tiãút diãûn khong âäøi hay cạc âoản cäüt báûc: lo = µ . l (4.1) Trong âọ: l : chiãưu di hçnh hc ca cäüt. µ : Hãû säú chiãưu di tênh toạn, phủ thüc vo âàûc âiãøm ti trng nẹn tạc dủng vo cäüt v så âäư liãn kãút åí 2 âáưu cäüt. 1.4.Cäng thỉïc tênh: Theo âäü bãưn: .R FN = γσ≤ (4.2) Theo äøn âënh: .R. FN = minϕγσ≤ (4.3) Våïi: ϕmin : Hãû säú ún dc âỉåüc tênh hay tra bng theo λmax . λmax : Âäü mnh låïn nháút trong 2 phỉång: x-x v y-y. λx = lox/ix ; λy = loy/iy Våïi: ix , iy : Bạn kênh quạn tênh ca tiãút diãûn cäüt theo 2 phỉång: x-x v y-y. Chụ : - Håüp l nháút l khi cäüt cọ âäü äøn âënh theo 2 phỉång nhỉ nhau, nghéa l: λx = λy (4.4) - Âãø cäüt lm viãûc bçnh thỉåìng trong quạ trçnh sỉí dủng: λmax ≤ [λ] (4.5) Våïi: [λ]: Âäü mnh giåïi hản cho båíi QP. - Âãø cäüt khäng bë máút äøn âënh củc bäü trỉåïc khi máút äøn âënh täøng thãø: (4.6) σcbth thth≥σ ξ2.Cäüt âàûc: Hçnh 4.3a: Cäüt âàûc tiãút diãûn I 2.1.Cạc loải tiãút diãûn: 1.Tiãút diãûn I: - Âån gin - Tha mn cạc u cáưu thiãút kãú - Dãù liãn kãút våïi kãút cáúu khạc. Hçnh 4.3b: Cäüt âàûc tiãút diãûn chỉí tháûp 2.Tiãút diãûn +: - ix = iy - Âån gin 79 - Khọ liãn kãút våïi kãút cáúu khạc. Hçnh 4.3c: Cäüt âàûc tiãút diãûn kên 3.Tiãút diãûn kên: - Tiãút kiãûm váût liãûu do i låïn - Khọ bo qun (bët kên 2 âáưu). - Khọ liãn kãút våïi kãút cáúu khạc. 2.2.Cáúu tảo v äøn âënh củc bäü: δc = 8 ÷ 40 mm Hçnh 4.4: Cáúu tảo cäüt âàûc δb = 6 ÷ 16 mm Håüp l khi thiãút kãú: δ mng → i låïn: tiãút kiãûm. Nhỉng phi: δ ≥ δmin theo âiãưu kiãûn äøn âënh củc bäü. Tỉì âiãưu kiãûn: σσcbth thth≥ V xẹt âãún: - Sỉû cong vãnh ban âáưu - Sỉû âàût lỉûc lãûch tám ngáùu nhiãn lm σcb gim. Âãø äøn âënh củc bäü: 1.Bn cạnh: bocδδ boc≤⎡⎣⎢⎤⎦⎥ (4.7) Våïi: bocδ⎡⎣⎢⎤⎦⎥= f(λ, loải thẹp): âäü mnh giåïi hản ca pháưn cạnh nhä ra, cho båíi QP. = 14 ÷ 23 (Â/v thẹp CT3) 2.Bn bủng: Våïi:ERλλ=:âäü mnh quy ỉåïc. Hçnh 4.5: Sỉåìn dc Cäüt I: våïi: λ ≤ 0,8: (λ≤25:CT3) hb0δ ER≤ (31:CT3) (4.8) Våïi λ > 0,8: (λ>25:CT3) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=≤bobhhδλδRE)0,8+(0,36 0 (4.9) Hçnh 4.6: Tiãút diãûn chëu lỉûc V: ≤ 2,9 E / R (90:CT3) (4.10) Nãúu khäng tha mn phi âàût sỉåìn dc. Khi: ⎥⎦⎤⎢⎣⎡≤bobhhδδ1,5 0 cọ thãø khäng cáưn âàût sỉåìn dc nhỉng pháưn tiãút diãûn bủng bë máút äøn âënh khäng kãø vo tiãút diãûn chëu lỉûc 80 - Kêch thỉåïc sỉåìn dc: bs ≥ 10 δ b (4.11) δs ≥ 0,75 δ b (4.12) Hçnh 4.7: Sỉåìn ngang Tiãút diãûn sỉåìn âỉåüc kãø vo tiãút diãûn tênh toạn ca cäüt. - Sỉåìn ngang: âỉåüc âàût khi: hb0/δ 2,2 E / R≥ (70:CT3) (4.13) - Kêch thỉåïc sỉåìn ngang: bs’ ≥ h0/30 + 40 mm (4.14) δs’ ≥ 2b’s RE/ (b’s/15:CT3) (4.15) - Khong cạch 2 sỉåìn ngang: a = (2,5 ÷ 3)h0 - Trong mäüt âoản chun chåí êt nháút phi cọ 2 sỉåìn ngang. 3.Liãn kãút: Q = 0 nhỉng âãø kãø âãún lỉûc càõt do hiãûn tỉåüng hay cong vãnh ban âáưu , ta phi liãn kãút cạnh v bủng cäüt theo cáúu tảo: - Cäüt t/h hn: -hn liãn tủc. - hh ≈ 0,5δb ≈ 6 ÷ 8 mm - Cäüt t/h tạn: - a ≈ amax 2.3.Chn tiãút diãûn: 1.Cạc bỉåïc:  Xạc âënh N tênh toạn.  Xạc âënh lox ,loy ; Dỉû kiãún tiãút diãûn.  Chn tiãút diãûn ; Kiãøm tra. 2.Chn tiãút diãûn v kiãøm tra: Hçnh 4.8: Så bäü chn: Fyc =Nm. .Rϕ (4.16) Våïi: λgt =100 ÷ 70 Khi: N = 150 ÷ 250T = 70 ÷ 50 Khi: N ≥ 250T Màût khạc: iyc =logtλ (4.17) ⇒ hyc = iycxxα (4.18) ; byc = iycyyα (4.19) αx , αy :cho båíi qui phảm. Tỉì: Fyc , hyc , byc , v â/k äøn âënh củc bäü ⇒ δb , δc Tỉì tiãút diãûn â chn ⇒ F , Jx , Jy , ix , iy , λx , λy , ϕminV kiãøm tra: λx ≤ [λ] ; λy ≤ [λ] ⇒ ϕmin ⇒ σ = NF m. .R min≤ϕ (4.20) 81 3.Chn tiãút diãûn theo [λ]: Khi N nh ⇒ F: nh ⇒ λ > [λ] , thç phi chn tiãút diãûn lải theo [λ]. []iyc =loλ (4.21) ⇒ hyc , byc v â/k äøn âënh củc bäü ⇒ δb , δc 2.4.Vê dủ: Chn tiãút diãûn cäüt I chëu nẹn trung tám våïi N = 410T, l0x =9,1m, l0y =4,55m. Gi thiãút: λgt = 60 ⇒ ϕ =0,86 ⇒ Fyc =Nm. .Rϕ = 228 cm iycx =loxgtλ = 15,2 cm iycy =loygtλ = 7,6 cm ⇒ hyc = iycxxα = 36 cm ; byc = iycyyα = 32 cm Chn tiãút diãûn nhỉ hçnh v: Kiãøm tra äøn âënh củc bäü: Hçnh 4.9: bo/δc = 40/2x2,2 = 9,1 <15 ho/δb = 40/1,2 = 33 <[ ho/δb] Cọ: F = 224 cm2 , Jx = 84900 cm4 , Jy = 23500 cm4 ⇒ ix = 19,5 cm , iy = 10,2 cm ⇒ λx = 46,5 , λy = 44 ⇒ ϕmin = 0,9 σ = 2,02 T/cm2 ξ3.Cäüt räùng: Cäüt räùng âỉåüc cáúu tảo båíi cạc nhạnh âàût cạch xa nhau, liãn kãút våïi nhau bàòng hãû bủng räùng. Âàûc âiãøm: - ÄØn âënh theo 2 phỉång gáưn bàòng nhau nãn tiãút kiãûm váût liãûu. - Täún cäng chãú tảo. Nãn âỉåüc dng nhiãưu cho cäüt chëu N vỉìa v chiãưu cao låïn. 3.1.Tiãút diãûn: Hçnh 4.10: 82 -Trủc thỉûc: càõt váût liãûu. -Trủc o: Khäng càõt váût liãûu. 3.2.Cáúu tảo:  Khe håí giỉỵa 2 nhạnh ≥ 100 ÷ 150 : âãø dãù sån bãn trong.  Liãn kãút nhạnh âãø : - Bo âm äøn âënh tỉìng nhạnh v ton cäüt. - Chëu Q do lãûch tám khi âàût ti hay chãú tảo. Hçnh 4.11:  Hãû giàòng cọ 2 loải: 1.Hãû thanh giàòng: Thanh giàòng âỉåüc lm bàòng thẹp gọc ≥ L40x5. Âàûc âiãøm: - Âäü cỉïng låïn chäúng xồõn khe. - Chãú tảo phỉïc tảp. Sỉí dủng: Khi ti trng låïn, cäüt cao. Chụ : Trủc thanh häüi tủ bãn ngoi nhạnh cäüt âãø tàng phảm vi liãn kãút nhạnh cäüt v thanh giàòng. 2.Hãû bn giàòng: Hçnh 4.12: Âàûc âiãøm: - Âẻp , âån gin. - Âäü cỉïng nh. Sỉí dủng: - Khi N ≤ 200 ÷ 250T - Khong cạch 2 nhạnh ≤ 0,8÷1m 3.Sỉåìn ngàn: Tạc dủng: - chäúng xồõn - Tiãút diãûn ngang khäng biãún hçnh. Khong cạch 2 sỉåìn: 3÷4 m Trong 1 cäüt cọ êt nháút 2 sỉåìn ngàn 3.3.Sỉû lm viãûc ca cäüt räùng: Theo 2 phỉång khạc nhau. Hçnh 4.14: Hçnh 4.13: Sỉåìn ngàn 83 1.Trủc thỉûc: Trủc cäüt ≡ trủc nhạnh: khäng nh hỉåíng båíi hãû giàòng nãn cäüt lm viãûc nhỉ cäüt âàûc. yoyil = yλ (4.22) Våïi: iy = iyn 2.Trủc o: Trủc cäüt ≠ trủc nhạnh: cọ nh hỉåíng båíi hãû giàòng. Khi lm viãûc hãû giàòng biãún dảng lm kh nàng äøn âënh ca cäüt gim. Nãn khi tênh ta dng âäü mnh tỉång âỉång. λtâ = µ.λx (4.23) µ < 1 :ty thüc hãû giàòng bủng. a.Cäüt bn giàòng: λλλtâ = + x2n2 (4.24) λx = lioxx Våïi: ; ix ≠ ixn λn = linxn b.Cäüt thanh giàòng: λλtâGFF = + kx21. (4.25) Våïi : FG : diãûn têch tiãút diãûn thanh giàòng kãø c 2 màût räùng. k1 : Hãû säú phủ thüc gọc α1 giỉỵa thanh giàòng v nhạnh cäüt.Vç α1 ≈ 45 ÷ 600 nãn: k1 = 27. Do âọ: λλtâGFF = + 27x2. (4.26) 3.4.Chn tiãút diãûn: (Cäüt 2 màût räùng) 1.Chn tiãút diãûn tỉìng nhạnh: Så bäü tênh nhỉ cäüt âàûc: Fyc =Nm. .Rϕ (4.27) iycy =loygtλ Våïi: λgt = 90 ÷ 60 Khi: N = 150 ÷ 250T = 60 ÷40 Khi: N ≥ 250T Tỉì Fyc , iyc chn qui cạch thẹp hçnh U,I cho ph håüp. Kiãøm tra äøn âënh theo phỉång trủc y - y: σyR = NF m.y≤ .ϕ (4.28) 84 2.Chn khong cạch giỉỵa 2 nhạnh: Dỉûa vo ngun tàõc: λtâ ≈ λy (4.29) a.Cäüt bn giàòng: ⇒ λλλxyc = - y2n2 (4.30) b.Cäüt thanh giàòng: = - kxycy21λλ.FFG ⇒ (4.31) Trong âọ FG ,λn âỉåüc gi âënh trỉåïc. Thỉåìng láúy: λn = 30 ÷ 40 ≤ λx ⇒ i = lycxoxλxyc (4.32) ⇒ hyc = iycxxα (4.32) Tỉì hyc ta chn h ph håüp våïi u cáưu cáúu tảo. Tênh thanh giàòng hay bn giàòng âãø xạc âënh FG hay λn räưi kiãøm tra cäüt âäúi våïi trủc o x-x theo säú liãûu chênh xạc: σyR = NF m.y≤ .ϕ (4.33) Våïi: ϕy âỉåüc tênh tỉì λtâ 3.5.Tênh hãû giàòng bủng: Hçnh 4.15: 1.Khại niãûm vãư lỉûc càõt qui ỉåïc: Âãún trảng thại giåïi hản do thanh bë ún cong nãn sinh ra lỉûc càõt trong thanh. Qdydx = dMdx = Nth. Våïi: y = f.sin x/l ⇒ Qmax = Nth.f. π/l ⇒ f)l, , (E, = = thmaxλπσΦlfFQ Cng 1 loải váût liãûu, khi λ thay âäøi, l,f thay âäøi theo v Q/F thay âäøi ráút êt. Nãn QP qui âënh láúy lỉûc càõt qui ỉåïc Qqỉ : Qqỉ = t.F (Kg) (4.34) Våïi: t: Phủ thüc vo loải váût liãûu. (Thẹp CT3: t = 20) 2.Tênh bn giàòng: Theo thỉûc nghiãûm v tênh toạn khi cäüt âảt âãún trảng thại giåïi hản thç cäüt bë cong v trãn tỉìng nhạnh cäüt cọ biãún dảng theo âỉåìng cong chỉỵ S .Trong âọ cọ cạc âiãøm M=0, nãn ta thay vo âọ bàõng khåïp. Kãút cáúu thnh tènh âënh. Càõt 1 âoản âãø xẹt: 85 Hçnh 4.16: Hçnh 4.17: Dỉåïi lỉûc càõt Qr = Qqỉ/2 bn giàòng chëu: 2.aQ = M c.aQ = rbrbQ (4.35) Våïi: c = h - 2 Z0 a. Kêch thỉåïc bn giàòng: - bg : phủ thüc h v loải liãn kãút. - dg = (0,5 ÷ 0,8) h : âäúi våïi cäüt täø håüp hn. = (0,75 ÷ 1) h : âäúi våïi cäüt täø håüp âinh tạn. - δg = (1/10 ÷ 1/20) dg = 6 ÷ 12 mm - Khong cạch giỉỵa 2 bn giàòng: ln = (30 ÷ 40) ixn b.Liãn kãút: Liãn kãút hn: - hh = δg Liãn kãút tạn: - Mäùi bãn láúy 2, 3 hay 4 âinh âäúi våïi cäüt nhẻ,vỉìa hay nàûng. 3.Tênh thanh giàòng: a.Thanh giàòng xiãn: Hçnh 4.18: Chëu lỉûc dc trủc: Ntx = Qsin rα (4.36) σtxR = NF m.txgmin≤.ϕ (4.37) Våïi: m = 0,75 b.Thanh giàòng ngang: Âãø gim chiãưu tênh toạn ca nhạnh cäüt. Thỉåìng chn bàòng tiãút diãûn thanh giàòng xiãn. 86 ξ4.Chán cäüt: Phỉïc tảp, thỉåìng chiãúm khong 20% thåìi gian v chi phê. 4.1.Cạc loải chán cäüt: Chán cäüt phi âỉåüc cáúu tảo ph håüp våïi så âäư tênh v âäü låïn ti trng. Hçnh 4.19: Näúi khåïp: dng 2 bulon φ 20 ÷ 25 âãø âënh vë khi thi cäng v chëu ún ngáùu nhiãn. Näúi ngm: dng 4 bulon φ 20 ÷ 36 Läù bulon trãn bn âãú cọ âỉåìng kênh φl =(1,5 ÷ 2) φb âãø dãù làõp cäüt. Sau khi âënh vë cäüt ta âàût thãm táúm âãûm cọ âỉåìng kênh läù φl låïn hån φb khong 3mm, v hn våïi bn âãú trỉåïc khi vàûn ãcu. Chán cäüt âàût tháúp hån màût nãưn ≈ 0,5m, sau âọ âäù bãtong âãø chäúng ré. 4.2.Tênh toạn v cáúu tảo: 1.Tênh bn âãú: a.Diãûn têch bn âãú: F = B.L NRbt≥ (4.38) Våïi: Rbt : cỉåìng âäü tênh toạn ẹp củc bäü ca betong mọng. n3n1,5.R R = ≤FFRmbt (4.39) Rn : cỉåìng âäü tênh toạn ca bãtong chëu nẹn. Fm : diãûn têch màût mọng. b.Bãư räüng B: láúy theo cáúu tảo: B = b + 2(δdâ + c) (4.40) Hçnh 4.20: Våïi: b: khong cạch giỉỵa hai dáưm âãú. δdâ : bãư dy dáưm âãú . δdâ =10 ÷ 16mm: âäúi våïi cäüt t/h hn. 87 [...]... cọỹt t/h taùn c = (2 ữ 4) dõ =20 ữ 40 mm L = F/B ọỳi vồùi cọỹt chởu neùn õuùng tỏm hồỹp lyù nhỏỳt laỡ: L/B = 0,5 ữ 2 c.Bóử daỡy baớn õóỳ: Xaùc õởnh tổỡ õióửu kióỷn chởu uọỳn do aùp lổỷc cuớa moùng phỏn bọỳ lón baớn õóỳ N (4. 41) p = B.L Nọỹi lổỷc sinh ra do p trong caùc ọ baớn õóỳ laỡ Mi , nọỹi lổỷc lồùn nhỏỳt trong caùc ọ laỡ Mmax Vỏỷy bóử daỡy baớn õóỳ : 6.M max bõ 16 ữ 40 mm (4. 42) R Chuù yù: óứ tióỳt... bọỳ trờ dỏửm õóỳ, sổồỡn,B,L sao cho caùc giaù trở nọỹi lổỷc trong caùc ọ baớn Mi chónh lóỷch nhau ờt 2.Tờnh dỏửm õóỳ: a.Chióửu cao dỏửm õóỳ: Xaùc õởnh tổỡ chióửu daỡi õổồỡng haỡn lión kóỳt dỏửm õóỳ vaỡo nhaùnh cọỹt Nóỳu dỏửm õóỳ lión kóỳt vaỡo nhaùnh cọỹt bũng 4 õổồỡng haỡn thỗ: N hdõ l h = (4. 43) h 4 h h Rg Vồùi: hh = (1 ữ 1,2) dõ = 10 ữ 14 mm b.Bóử daỡy dỏửm õóỳ: Xaùc õởnh theo õọỹ bóửn cuớa dỏửm... õọỹ bóửn cuớa dỏửm õóỳ dổồùi aùp lổỷc cuớa moùng truyóửn lón 5.Muợ cọỹt: óứ õồớ cỏỳu kióỷn bón trón óứ nọỳi khồùp giổợa cọỹt vaỡ rổồỡng ngang, õồn giaớn nhỏỳt laỡ duỡng baớn õỏỷy coù õ = 16 ữ 25 mm Hỗnh 4. 21: Chióửu cao õổồỡng haỡn nọỳi baớn õỏỷy vaỡ muợ cọỹt phaới õuớ õóứ chởu lổỷc N Bulon õởnh vở õóứ nọỳi cọỹt vaỡ rổồỡng ngang õổồỹc lỏỳy 18 ữ 22 88 . củc bäü: Hçnh 4. 9: bo/δc = 40 /2x2,2 = 9,1 <15 ho/δb = 40 /1,2 = 33 <[ ho/δb] Cọ: F = 2 24 cm2 , Jx = 849 00 cm4 , Jy = 23500 cm4 ⇒ ix = 19,5. ca cäüt. - Sỉåìn ngang: âỉåüc âàût khi: hb0/δ 2,2 E / R≥ (70:CT3) (4. 13) - Kêch thỉåïc sỉåìn ngang: bs’ ≥ h0/30 + 40 mm (4. 14) δs’ ≥