Bài viết bổ sung một số nội dung mới như sau: Tính toán và bố trí sườn đầu dầm phụ I định hình, tính toán liên kết giữa dầm phụ và dầm chính, xác định vị trí kiểm tra ổn định cục bộ của các ô bụng dầm tổ hợp.
KHOA HC & CôNG NGHê Mt s ni dung cn bổ sung đồ án thép Some additional issues to the first steel project Nguyễn Thị Thanh Hịa Tóm tắt Đồ án thép học phần quan trọng sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng Đây nội dung thực hành thiết kế tính tốn kết cấu thép sinh viên sau học xong phần Kết cấu thép - Cấu kiện Hiện nay, có số tài liệu hướng dẫn việc thực hành tính tốn đồ án cịn có nội dung chưa đề cập tới đề cập chưa cụ thể [2], [3], [6], [8] Bài báo bổ sung số nội dung sau: Tính tốn bố trí sườn đầu dầm phụ I định hình, tính tốn liên kết dầm phụ dầm chính, xác định vị trí kiểm tra ổn định cục ô bụng dầm tổ hợp Từ khóa: đồ án thép 1, sườn đầu dầm, liên kết, ổn định cục Abstract The first steel project is an important project for civil engineering students This is the first practical project of design steel structure after completion of the subject of Steel structures Currently, there are some guidelines for the practical calculating this project such as [2], [3], [6], [8], but some issues have not been mentioned yet This paper will add some new contents as following: calculating the beam bearing stiffener of I beam, designing connection between subsidiary beams to girder, and determining stability of combined beams Key words: the first steel project, the beam bearing stiffener, connection, local stability Đặt vấn đề Trong trình hướng dẫn sinh viên làm đồ án thép 1, nhóm tác giả nhận thấy áp dụng tiêu chuẩn chung vào cụ thể nhiều trường hợp số liệu khác nảy sinh bất cập tiêu chuẩn không đề cập chi tiết cho tất trường hợp Ngoài ra, có số nội dung tính tốn khơng đề cập đến sách lý thuyết hướng dẫn tính tốn kết cấu thép tác giả nước Do làm đồ án em sinh viên thắc mắc hỏi nhiều vấn đề, gây khó khăn cho việc hướng dẫn giáo viên thực đồ án sinh viên Chính vậy, báo đưa số vấn đề cần bổ sung đồ án thép để giúp cho việc thực hành tính tốn đồ án cụ thể dễ dàng Một số nội dung cần bổ sung đồ án thép 2.1 Tính tốn bố trí sườn đầu dầm phụ I định hình Trong sách Kết cấu thép [2], [3], [8] thường bỏ qua không đề cập đến tính tốn kiểm tra phần gối tựa dầm phụ I định hình với lý lực cắt đầu dầm phụ nhỏ theo công nghệ chế tạo bụng dầm I định hình dày yêu cầu thiết kế nên thường đảm bảo khả chịu lực không cần kiểm tra Tuy nhiên thực tế mà độ lớn tải trọng nhịp dầm thay đổi khoảng rộng lúc phải có cơng thức tính tốn kiểm tra cụ thể để đảm bảo chắn kết cấu đạt yêu cầu Theo [4] gối tựa dầm thép I định hình khơng đặt sườn (hình 1a) kiểm tra ổn định theo công thức sau: = σ Vmax ≤ f γc ϕ Aw (2.1) Trong đó: Vmax - lực cắt lớn đầu dầm; a) Gối tựa dầm thép hình khơng đặt sườn b) Gối tựa dầm thép hình có đặt sườn Hình Gối tựa dầm thép hình ThS Nguyễn Thị Thanh Hịa Bộ mơn Kết cấu thép gỗ, Khoa Xây dựng Email: hoakientruc@gmail.com ĐT: 0912828682 Ngày nhận bài: 17/5/2018 Ngày sửa bài: 05/6/2018 Ngày duyệt đăng: 22/10/2019 28 a) Dầm phụ đặt chồng lên dầm chính, dùng liên kết hàn b) Dầm phụ đặt mặt dầm chính, dùng liên kết bu lơng Hình Liên kết chồng dầm phụ dầm T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG a) b) Hình Liên kết mặt dầm phụ dầm Aw = (b+k)tw - diện tích phần bụng gối tựa, với b: chiều dài phần tựa lên gối dầm, xem thể hình 1a, k: khoảng cách từ mép dầm đến điểm bắt đầu lượn cong bụng xem thể hình 1a, tw : bề dày bụng; h h φ - hệ số uốn dọc, xác định theo độ mảnh λ= = r 0, 289 tw với h: chiều cao dầm; f - cường độ tính tốn thép; γc - hệ số điều kiện làm việc cấu kiện dầm Nếu công thức (2.1) không thỏa mãn phải tiến hành đặt sườn đầu dầm phụ (hình 1b) kiểm tra phần sườn gối tựa theo điều kiện ép mặt ổn định dầm tổ hợp 2.2 Tính tốn liên kết dầm phụ dầm Khi dầm phụ đặt chồng lên dầm (hình 2a 2b) bu lơng liên kết đường hàn góc liên kết dầm phụ dầm đặt theo cấu tạo Trường hợp dầm phụ liên kết mặt với dầm liên kết khớp ta chia hai trường hợp: - Nếu lực cắt V ≤ 50kN bu lơng chịu tồn lực này, cấu tạo liên kết hình 3a Khi bu lơng làm việc chịu cắt lực cắt V mô men lệch tâm M = V.e gây (e khoảng cách từ trục tâm bu lông tới bụng dầm) Bu lơng ngồi chịu lực cắt lớn tác dụng đồng thời mô men lực cắt, kiểm tra bền theo công thức sau: N bl = Mlmax V + ≤ [ N ]b γ c (2.2) m l ∑ i n Trong đó: lmax – khoảng cách hai dãy bu lơng ngồi cùng; li – khoảng cách hai dãy bu lông thứ i; m – số lượng bu lông dãy liên kết; n – số lượng bu lông liên kết; [ N ]b - khả chịu lực bu lông; Nbl – lực tác dụng lớn lên bu lông; γc - hệ số điều kiện làm việc liên kết - Nếu lực cắt V>50kN ta bố trí liên kết hình 3b, lực cắt V mô men uốn M liên kết đường hàn góc liên kết dầm phụ vào sườn ngang dầm chịu, bu lơng đặt theo cấu tạo với khoảng cách bu lông lớn Hình Sơ đồ tính tốn dầm đơn giản hai đầu khớp chịu tải trọng phân bố Đường hàn góc tính tốn chịu đồng thời mơ men lực cắt theo công thức sau: 6M h f ∑ lw τ td = V + h f ∑ lw ≤ ( β f w )min γ c (2.3) đó: τtd – ứng suất tổng đường hàn mô men lực cắt gây ra; hf – chiều cao đường hàn góc; ∑ l – tổng chiều dài đường hàn; ( β f w )min = ( β s f ws , β f f wf ); w γc - hệ số điều kiện làm việc liên kết 2.3 Xác định vị trí kiểm tra ổn định cục ô bụng dầm tổ hợp Trong hệ dầm sàn thép dầm thường dầm tổ hợp, cấu tạo từ thép mỏng (dày khoảng 1-2cm) nên điều kiện ổn định cục phận dầm mà cụ thể điều kiện ổn định cục bụng dầm quan tâm Việc tính tốn kiểm tra bố trí sườn gia cường cho bụng tiến hành theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép TCVN 5575-2012[1] Tuy nhiên, dẫn tiêu chuẩn mục 7.6.1.2 qui định chung nên áp dụng vào trường hợp cụ thể gây nhiều quan niệm tính tốn khơng thống Cụ thể việc xác định vị trí kiểm tra ứng suất ô bụng dầm sau gia cường sườn ngang (thường tiết diện dầm hợp lý tiết kiệm vật liệu bụng dầm mảnh nên rơi vào trường hợp phải gia cường sườn ngang) Theo [1] kiểm tra ổn định ô bụng phải kể đến tất thành phần trạng thái ứng suất (σ, τ, σc) Trong σ, τ ứng suất mô men (M) lực cắt (V) trung bình phạm vi gây ra, σc ứng suất cục ô bụng Vị trí để xác định M,V lấy tiết diện ô chiều dài ô a ≤ hw (hw chiều cao bụng dầm) lấy tiết diện phần có ứng suất lớn hơn, có chiều dài hw a > hw Trong thực tế, để dễ chế tạo dầm thép thường cấu tạo hai đầu khớp, tải trọng đặt lên dầm tải trọng tập trung dầm phụ truyền vào vị trí dầm phụ liên kết với dầm Do số lượng dầm phụ thường nhiều đặt nên đưa sơ đồ dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố Với sơ đồ (hình vẽ 4) khơng dễ dàng xác định phần có chiều dài hw mà có ứng suất lớn chọn phía dầm mơ men lớn S¬ 36 - 2019 29 KHOA HC & CôNG NGHê phi k n ng sut cục σc lực tập trung gây ra, xem hình Với quan niệm đề cập đến tất trường hợp bất lợi xảy kết cấu, đạt quán tính tốn tn theo qui định tiêu chuẩn Tuy nhiên khối lượng tính tốn tăng lên bụng phải kiểm tra hai vị trí Điều khắc phục việc lập bảng tính tự động với trợ giúp phần mềm máy tính, ví dụ Excel – chương trình phổ thơng dùng rộng rãi Trên hình minh họa cách xác định điểm kiểm tra ổn định cục ô bụng dầm tổ hợp Hình Xác định vị trí kiểm tra ổn định cục ô bụng dầm tổ hợp lực cắt nhỏ ngược lại đồng thời lại phải kết hợp thêm điều kiện ứng suất cục Trong sách kết cấu thép nhìn chung phần lý thuyết tính tốn ổn định bụng dầm thống với qui định tiêu chuẩn [1] Tuy nhiên phần thực hành tính tốn ví dụ minh họa có quan điểm khác sau: - Theo [3] vị trí kiểm tra tất bụng hình vng có cạnh hw phía có ứng suất pháp lớn (về phía mơ men lớn) - Theo [6] kiểm tra bụng thứ thứ tính từ đầu dầm, xác định vị trí kiểm tra bụng hình vng có cạnh hw lấy phía gối tựa có lực cắt lớn vị trí kiểm tra bụng hình vng có cạnh hw lấy phía nhịp có mơ men lớn - Theo [4] lấy vị trí kiểm tra ô bụng tiết diện có lực tập trung cục - Theo [8] vị trí kiểm tra ô bụng thứ (gần gối tựa) lấy vị trí có lực tập trung, vị trí kiểm tra bụng cịn lấy trọng tâm hình vng cạnh hw phía nhịp có mơ men lớn - Theo [7] kiểm tra ứng suất ô bụng dầm, giá trị mô men lấy tương ứng vị trí trọng tâm hình vng cạnh hw phía mơ men lớn, giá trị lực cắt lấy tương ứng vị trí trọng tâm hình vng cạnh hw phía lực cắt lớn, kể đến ứng suất cục phạm vi bụng có lực tập trung cục - Ơ bụng thứ có khoảng cách sườn a1< hw, điểm kiểm tra trọng tâm ô bản, cách gối tựa đoạn x1= hw/2, bụng có lực tập trung cục nên vị trí kiểm tra kể đến thành phần ứng suất σ, τ, σc - Ô bụng thứ có khoảng cách sườn a > hw, có hai vị trí cần kiểm tra: + vị trí thứ trọng tâm hình vng có cạnh hw lấy phía có lực cắt lớn, cách gối tựa đoạn x2 = a1+hw/2 + vị trí thứ hai trọng tâm hình vng có cạnh hw lấy phía có mơ men lớn, cách gối tựa đoạn x3 = a1+a-hw/2 Trong ô bụng có lực tập trung cục nên vị trí kiểm tra kể đến thành phần ứng suất σ, τ, σc - Ơ bụng thứ có khoảng cách sườn a > hw, có hai vị trí cần kiểm tra: + vị trí thứ trọng tâm hình vng có cạnh hw lấy phía có lực cắt lớn, cách gối tựa đoạn x4 = a1+a+hw/2 + vị trí thứ hai trọng tâm hình vng có cạnh hw lấy phía có mơ men lớn, cách gối tựa đoạn x5 = a1+2ahw/2 Trong bụng có lực tập trung cục nên vị trí kiểm tra kể đến thành phần ứng suất σ, τ, σc Kết luận kiến nghị Việc bổ sung làm rõ số nội dung Đồ án kết cấu thép giúp sinh viên hiểu vấn đề áp dụng dễ dàng tính tốn đồ án thiết kế sau Kiến nghị nhóm tác giả phát triển, bổ sung đầy đủ vấn đề trình bày hồn chỉnh thành sách hướng dẫn Đồ án kết cấu thép cho sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng trường Đại học Kiến trúc Hà Nội./ Như theo [3], [6] chưa đề cập đầy đủ trường hợp gây bất lợi cho kết cấu, theo [4], [8] chưa áp dụng quán theo tiêu chuẩn mà có điều chỉnh theo kinh nghiệm quan điểm riêng để lấy vị trí điểm kiểm tra có ứng suất lớn hơn, theo [7] kiểm tra bụng với giá trị lực lớn thực tế khơng xảy trường hợp giá trị lực khơng tác dụng vị trí, tính thiên an tồn gây lãng phí Do đó, báo đưa quan điểm tính sau: - Vai trị ứng suất pháp σ (do M gây ra) ứng suất tiếp τ (do V gây ra) tương đương áp theo tiêu chuẩn với bụng ta phải kiểm tra hai điểm: điểm thứ hình vng có cạnh hw phía nhịp có mơ men lớn, điểm thứ hai hình vng có cạnh hw phía gối tựa đầu dầm có lực cắt lớn - Nếu ô bụng kiểm tra có lực tập trung cục 30 T„P CHŠ KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG Ti liốu tham khÀo Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (2012), TCVN 5575-2012 kết cấu thép tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội; Phạm Văn Hội (2006), Kết cấu thép: Cấu kiện - NXB Khoa học kỹ thuật - Hà Nội; Đoàn Tuyết Ngọc (2008), Thiết kế hệ dầm sàn thép, NXB Xây dựng - Hà Nội; I.A.M Likhtanhicốp, V.M Clưcốp, Đ.V Lađưgienxki (1984), Tính tốn kết cấu thép, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội; A G Takhtamưsev, Những ví dụ tính tốn kết cấu thép, NXB Khoa học kỹ thuật - Hà Nội Nguyễn Tiến Thu (2007), Kết cấu thép, NXB Xây dựng; Hướng dẫn thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn 338-2005, NXB Xây dựng (2009); Đồn Định Kiến (1986), Tính tốn kết cấu thép nhà công nghiệp tầng, NXB Khoa học kỹ thuật ... luận kiến nghị Việc bổ sung làm rõ số nội dung Đồ án kết cấu thép giúp sinh viên hiểu vấn đề áp dụng dễ dàng tính tốn đồ án thiết kế sau Kiến nghị nhóm tác giả phát triển, bổ sung đầy đủ vấn đề... sàn thép, NXB Xây dựng - Hà Nội; I.A.M Likhtanhicốp, V.M Clưcốp, Đ.V Lađưgienxki (19 84), Tính tốn kết cấu thép, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội; A G Takhtamưsev, Những ví dụ tính toán kết cấu thép, ... xây dựng Việt Nam (2 012 ), TCVN 5575-2 012 kết cấu thép tiêu chuẩn thiết kế, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội; Phạm Văn Hội (2006), Kết cấu thép: Cấu kiện - NXB Khoa học kỹ thuật - Hà Nội; Đoàn Tuyết Ngọc