Đánh giá hiệu quả của dàn nhịp nhỏ và trung bình làm bằng thép góc cán nóng và thép hình dập nguội tính theo eurocode 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌ NGUYỄN VĂN ĐÔNG Đ N GI IỆU QUẢ CỦA DÀN NHỊP NHỎ VÀ TRUNG BÌNH LÀM BẰNG THÉP GĨC CÁN NĨNG VÀ THÉP HÌNH DẬP NGUỘI TÍNH THEO EUROCODE Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 LUẬN VĂN T Ạ SĨ Ỹ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS PHẠM VĂN HỘI Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI M ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình Tác giả luận văn Nguyễn Văn Đông MỤ LỤ TRANG BÌA LỜI CAM OAN MỤC LỤC TRANG TĨM TẮT LUẬ VĂ TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ẦU 1 Lý chọn mục tiêu đề tài : Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu sở khoa học Thực tiễn pháp lý đề tài .2 Kết đạt .3 Cấu trúc luận văn ƯƠ 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DÀN THÉP 1.1 Phân loại dàn 1.1.1 Theo công dụng 1.1.2 Theo cấu tạo dàn 1.1.3 Theo sơ đồ kết cấu dàn có loại .5 1.2 Hình dạng dàn 1.2.1 Dạng tam giác (hình 1.4 a,b) 1.2.2 Dàn hình thang (hình 1.4c) .7 1.2.3 Dàn cánh song song (hình 1.4 d,e) 1.2.4 Dàn đa giác (hình 1.4 h) Dàn cánh cung (hình 1.4 k) 1.3 Hệ bụng dàn 1.3.1 Hệ bụng tam giác (hình 1.5 a) 10 1.3.2 Hệ bụng xiên (hình 1.5 c,d) 10 1.3.3 Hệ bụng phân nhỏ (1.5 đ) 10 1.3.4 Các dạng hệ bụng khác .10 1.4 Kích thước dàn 11 1.4.1 Nhịp dàn 11 1.4.2 Chiều cao dàn 11 1.4.3 Khoảng cách nút dàn 11 1.4.4 Bước dàn .12 1.5 Hệ giằng không gian 12 1.6 Một số mơ hình kết cấu dàn thép 13 ƯƠ 2: LÝ T UYẾT TÍNH TỐN 17 2.1 Lý thuyết tính tốn dàn thép thơng thường theo tiêu chuẩn Việt Nam 17 2.1.1 Các giả thiết tính dàn 17 2.1.2 Tải trọng tác dụng lên dàn 17 2.1.3 Nội lực 18 2.1.4 Chiều dài tính tốn dàn 18 2.1.5 Tiết diện hợp lý dàn .20 2.1.6 Chọn kiểm tra tiết diện dàn 21 2.2 Lý thuyết tính tốn thành mỏng chịu nén kéo theo quy chuẩn EN 1993-1-3 23 2.2.1 Những khái niệm riêng tiết diện thành mỏng 23 2.2.2 Lý thuyết tính tốn thành mỏng chịu kéo .38 2.2.3 Liên kết 39 ƯƠ VÍ DỤ TÍNH TỐN 52 3.1 Dàn tam giác 52 3.1.1 Dàn tam giác làm thép cán nóng nhịp L=15m 52 3.1.2 Dàn tam giác làm thép thành mỏng tạo hình nguội l=15m 63 3.1.3 Kết thiết kế tiết diện dàn nhịp L=21m 74 3.1.4 Kết thiết kế tiết diện dàn nhịp L=27m 76 3.2 So sánh dàn thép làm thép góc cán nóng thép thành mỏng tạo hình nguội 78 3.2.1 So sách trọng lượng thép 78 3.2.2 So sánh chi phí vật tư 78 3.2.3 Nhận xét đánh giá 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 QUYẾT Ị AO Ề TÀI LUẬ VĂ T SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘ ỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Học viên : NGUYỄN VĂN ĐÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 60.58.02.08 Khóa: 33 Trường ại học Bách khoa - Tóm tắt - ề tài “Đánh giá hiệu dàn nhịp nhỏ trung bình làm thép góc cán nóng thép hình dập nguội” có tính thực tiễn cao đề tài nghiên cứu hệ kết cấu dàn nhịp nhỏ trung bình làm thép cán nóng thép thành mỏng tạo hình nguội cơng trình xây dựng nay, đưa so sánh phương án kết cấu kiến nghị nên sử dụng phương án kết cấu dàn cho phù hợp - ây đề tài hồn tồn mới, khơng có đề tài nghiên cứu nghiên cứu nội dung Kết đạt Trong kết cấu dàn nhịp nhỏ trung bình sử dụng hệ kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội tốt mặt kinh tế kỹ thuật so với việc sử dụng hệ kết cấu thép cán nóng thơng thường Qua phần lý thuyết tính tốn chương ví dụ tính tốn chương ta rút kết luận sau: - Mơ hình kết cấu dàn thép dùng thép thành mỏng tạo hình nguội áp dụng rộng rãi nhiều mơ : hà xưởng, Trường học, Nhà dân dụng,… - Hình dạng, tiết diện chọn tự do, đa dạng theo yêu cầu - Bên cạnh dùng vật liệu thép thành mỏng có hạn chế nên phải khắc phục : o Giá thành thép dập nguội cao thép cán nóng o Chi phí phòng rỉ cao hơn, mặt tiết diện thép lớn cần nhiều diện tích phủ bảo vệ o Vận chuyển bốc xếp, lắp dựng nhanh chóng địi hỏi biện pháp phương tiện riêng cấu kiện dễ bị hư hại o Việc thiết kế tính tốn khó làm việc phức tạp cấu kiện - ánh giá hai tiêu chí tính kinh tế kỹ thuật ta nhận thấy sử dụng dàn thép thành mỏng tạo hình nguội kết cấu dàn nhịp nhỏ trung bình có tính ưu việt so với kết cấu thép cán nóng, việc áp dụng giải pháp kết cấu xây dựng Việt Nam mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng Từ khóa: Kết cấu dàn nhịp nhỏ trung bình, thép cán nóng thép hình dập nguội, phương án kết cấu ABSTRACT - The topic "Evaluating the effect of small and medium pulses made from hot-rolled angle steel and cold-formed steel" is very practical This project studies the small and medium-sized structural systems made of rolled steel hot and cold-formed bar steel in the present construction works, compare the structural options and recommendations should use the appropriate structure of the framework - This is a completely new topic, at present there are no research topics to study about the content - Result - In the medium and small pavement structure using a cold-formed bar structural steel system, it is economically and technically better than the conventional hot-rolled steel structure - From the calculation theory in Chapter and the calculation example in Chapter we draw the conclusion as follows: - The model of steel structure using cold-formed steel bar can be applied widely in many models such as: Factory, School, House, - Shape, section selected freely, varied on request - Besides the barbed steel material has limitations so we have to overcome: + Cold rolled steel price is higher than hot rolled steel - The higher rusting costs, in terms of the larger section of steel, should be large - protective cover + Transportation, loading and unloading quickly but requires - Separate means and means for fragile components - Designing is harder because of the complexity of the components - Evaluation of both economic and technical criteria shows the use of staging - The thin-walled steel bars in the medium and small structure are superior to those of the hot-rolled steel structures The application of this structural solution in construction in Vietnam, we now carry Many benefits for the user Keywords: Small and medium span structure, hot rolled steel and cold-pressed steel, structural plan D N MỤ Ý IỆU VÀ Ữ VIẾT TẮT a) Đặc trưng hình học An diện tích tiết diện thực Ag diện tích tiết thép góc Ae diện tích hiệu dụng tiết diện Act diện tích cần thiết tiết diện b bề rộng phẳng be bề rộng hữu hiệu hf chiều cao đường hàn góc r bán kính qn tính tiết diện rx , ry bán kính quán tính tiết diện trục tương ứng x-x, y-y x0 , y0 tọa độ tâm uốn r01 bán kính quán tính cực tiết diện tâm uốn rmin bán kính nhỏ tiết diện J mơmen bán kính xoắn tiết diện Iw số vênh tiết diện Ix , Iy mô men quán tính tiết diện nguyên trục tương ứng x-x, y-y Inx , Iny mô men quán tính tiết diện thực trục tương ứng x-x, y-y L chiều cao đứng, cột chiều dài nhịp dầm ld chiều dài xiên lm chiều dài khoảng cách cánh giàn cột rỗng lo chiều dài tính tốn cấu kiện chịu nén lx ,ly chiều dài tính tốn cấu kiện trogn mặt phẳng vng góc với trục tương ứng x-x, y-y lw chiều dài tính tốn đường hàn S mô men tĩnh s bước lỗ bu-lông t chiều dày tf , tw chiều dày cánh bụng u khoảng cách đường lỗ bu-lông b) Ngoại lực nội lực Pi lực tập trung đặt nút thứ i P lực tập trung đặt nút qtc tải trọng tiêu chuẩn * N lực nén tính tốn gây bowritoor hợp tải trọng có hệ số tải trọng tương ứng Nc khả chịu nén danh nghĩa cấu kiện chịu nén N nội lực Ncr lực tới hạn c) ường độ ứng suất E Mô đun đàn hồi fy cường độ tiêu chuẩn lấy theo giới hạn chảy thép fu cường độ tiêu chuẩn lấy theo sức bền kéo đứt thép f cường độ tính tốn thép chịu kéo, nén, uốn lấy theo giới hạn chảy ft cường độ tính tốn thép theo ức bền kéo đứt fv cường độ tính tốn chịu cắt thép fc cường độ tính tốn thép ép mặt theo mặt phẳng tì đầu (có gia cơng phẳng ) fub cường độ kéo đứt tiêu chuẩn bu-ông ftb cường độ tính tốn chịu kéo bu-lơng fvb cường độ tính tốn chịu cắt bu-lơng fcb cường độ tính tốn chịu ép mặt phẳng bu-lơng fn ứng suất oằn foc ứng suất tới hạn đàn hồi fod ứng suất oằn vặn đàn hồi fba cường độ tính tốn chịu kéo bu-lơng neo fhb cường độ tính tốn chịu kéo bu-lơng cường độ cao fcd cường độ tính tốn chịu ép mặt theo đường kính lăn fw cường độ tính tốn mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo giới hạn chảy fwu cường độ tính tốn mối hàn đối đầu chịu nén, kéo, uốn theo sức bền kéo đứt fwv cường độ tính tốn mối hàn đối đầu chịu cắt fwf cường độ tính tốn đường hàn góc (chịu cắt qui ước) theo kim loại biên nóng chảy fwun cường độ tiêu chuẩn kim loại đường hàn theo sức bền kéo đứt V mô đun trượt ứng suất pháp d) Ký hiệu thông số m, p, thơng số để xác định chiều dài tính tốn cột na số lượng bu-lơng nửa liến kết nc số mũ nQ chu kỳ tải trọng nv số lượng mặt tính tốn hệ số để tính tốn đường hàn góc theo kim loại đường hàn f, s biên nóng chảy thép hệ số điều kiện làm việc kết cấu c b hệ số điều kiện làm việc liên kết bu-lông M hệ số tin cậy cường độ Q hệ số độ tin cậy tải trọng u hệ số độ tin cậy tính tốn theo sức bền tứ thời hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện độ mảnh cấu kiện ( x , c [ ] y = lo/i ) độ mảnh tính tốn cấu kiện trogn mặt phẳng vng góc với trục tương ứng x-x , y-y độ mảnh không thứ nguyên ( độ mảnh giới hạn hệ số chiề dài tính tốn hệ số uốn dọc c hệ số độ chịu lực nén hệ số độ chịu lực kéo ki hệ số điều chỉnh phân bố lực hệ số bề rộng hữu hiệu e) Ký hiệu viết tắt TTM-THN thành mỏng tạo hình nguội t fy f oc ) D N MỤ ẢNG Bảng 2.1 Bề dày mã dàn 21 Bảng 2.2 Kích thước lớn lỗ bu lông 40 Bảng 2.3 Khả chịu ép thiết kế liên kết bu lơng có miếng đệm mũ bu lông đai ốc 44 Bảng 2.4 Khả chịu ép thiết kế liên kết bu lông khơng có miếng đệm mũ bu lơng đai ốc có miếng đệm 44 Bảng 2.5 ường kính danh nghĩa vít thơng dụng .45 Bảng 2.6 Khả chịu kéo nhỏ vít tự khoan .47 Bảng 3.1 Bảng tổ hợp nội lực dàn làm thép góc cán nóng nhịp L=15m 56 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp tiết diện dàn dùng thép góc cán nóng nhịp 15m 62 Bảng 3.3 Bảng tổ hợp nội lực dàn tam giác dùng thép thành mỏng tạo hình nguội nhịp 15 m 64 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp tiết diện dàn dùng thép TTM-THN nhịp l = 15m .74 Bảng 3.5.Bảng kết chọn tiết diện dàn làm thép góc cán nóng nhịp L=21m .74 Bảng 3.6 Bảng kết chọn tiết diện dàn làm thép thành mỏng tạo hình nguội nhịp L=21m 75 Bảng 3.7 Bảng kết chọn tiết diện dàn tam giác làm thép góc cán nóng nhịp L=27m 76 Bảng 3.8 Bảng kết chọn tiết diện dàn làm thép thành mỏng tạo hình nguội nhịp L=27m 77 Bảng 3.9 Bảng so sánh trọng lượng thép ( ½ nhịp dàn ) .78 Bảng 3.10.Bảng chi phí vật tư ½ nhịp dàn tam giác 79 78 3.2 So sánh dàn thép làm thép góc cán nóng thép thành mỏng tạo hình nguội Khối lượng (Kg) 3.2.1 So sách trọng lượng thép Bảng 3.9 Bảng so sánh trọng lượng thép ( ½ nhịp dàn ) Dàn tam giác (kg) TT Nhịp dàn (m) Thép cán Thép TTM-THN nóng 15 296.4 132.9 21 478.9 189.2 27 944.7 394.8 hịp dàn (m) Hình 3.12 Biểu đồ so sánh lượng ½ nhịp dàn tam giác 3.2.2 So sánh chi phí vật tư - Cập nhật thực tế đơn cơng ty T ồn Sinh nha Trang báo giá quý năm 2018 giá thép thành mỏng tạo hình nguội có giá 15.400 đ/kg giá thép cán nóng có giá 12.100 đ/kg 79 TT Bảng 3.10 Bảng chi phí vật tư ½ nhịp dàn tam giác Dàn tam giác Nhịp Thép cán nóng Thép TTM-THN dàn Trọng Trọng Đơn gía Thành Đơn gía Thành (m) lượng lượng (Vnđ) tiền (Vnđ) tiền (kg) (kg) 15 296.4 12.100,0 3.586.000 132.9 15.400,0 2.046.000 21 478.9 12.100,0 5.795.000 189.2 15.400,0 2.914.000 27 944.7 12.100,0 11.430.000 394.8 15.400,0 6.079.000 Hình 3.13 Biểu so sánh chi phí vật tư ½ dàn tam giác 3.2.3 Nhận xét đánh giá Qua biểu đồ so sánh ta kết luận sau: - Về trọng lượng: Kết cấu thép dập nguội 45% kết cấu thép thường nên giảm tải trọng cho kết cấu móng, giảm chi phí cho kết cấu móng - Về chi phí vật liệu: Hệ dàn thép dùng thép dập nguội có đơn giá thép cao, song số lượng thép giảm phí vật liệu giảm đáng kể, chi phí dàn dùng thép dập nguội 60% chi phí dàn dùng thép cán nóng Ngồi ra, chi phí lắp dựng kết cấu thành mỏng giảm so với kết cấu thép thường trọng lượng nhẹ hơn, dễ thi cơng 80 ẾT LUẬN VÀ IẾN NG Ị Kết luận: Qua phần lý thuyết tính tốn chương ví dụ tính tốn chương ta rút kết luận sau: - Mơ hình kết cấu dàn thép dùng thép thành mỏng tạo hình nguội áp dụng rộng rãi nhiều mơ : hà xưởng, Trường học, Nhà dân dụng,… - Hình dạng, tiết diện chọn tự do, đa dạng theo yêu cầu - Bên cạnh dùng vật liệu thép thành mỏng có hạn chế nên phải khắc phục : o Giá thành thép dập nguội cao thép cán nóng o Chi phí phịng rỉ cao hơn, mặt tiết diện thép lớn cần nhiều diện tích phủ bảo vệ o Vận chuyển bốc xếp, lắp dựng nhanh chóng địi hỏi biện pháp phương tiện riêng cấu kiện dễ bị hư hại o Việc thiết kế tính tốn khó làm việc phức tạp cấu kiện - ánh giá hai tiêu chí tính kinh tế kỹ thuật ta nhận thấy sử dụng dàn thép thành mỏng tạo hình nguội kết cấu dàn nhịp nhỏ trung bình có tính ưu việt so với kết cấu thép cán nóng, việc áp dụng giải pháp kết cấu xây dựng Việt Nam mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng Kiến nghị: - Trong kết cấu dàn nhịp vừa nhỏ nên sử dụng giải pháp kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội để thay cho dàn dùng thép góc cán nóng thơng thường - ề nghị ban hành tiêu chuẩn lý thuyết tính tốn thành mỏng - Nghiên cứu kĩ công nghệ chế tạo thép thành mỏng, cách liên kết, lắp dựng để áp dụng thực tế 81 TÀI LIỆU T M Ả [1] Bộ Xây Dựng (2012), TCVN 5575 :2012, Kết cấu thép – Tiêu chuẩn thiết kế [2] Tiêu chuẩn Eurocode Part 1.1 Part1.3 [3] Phạm Văn ội, Nguyễn Quang Viên, Phạm Văn Tư, Lưu Văn Tưởng (2006), Kết cấu thép – Phần cấu kiện bản, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội [4] S.TS oàn ịnh Kiến (2011), Thiết kế kết cấu thép thành mỏng tạo hình nguội, nhà xuất Xây dựng, Hà Nội [5] Phạm Duy Khánh (2010), Xác định tiết diện hợp lý thành mỏng chụi nén, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng dân dụng cơng nghiệp [6] Ths ồng Văn Quang, Ths Trần Mạnh Dũng, Ths guyễn Quốc ường, Thiết kế khung thép nhà công nghiệp (2010), Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội ... nhỏ trung bình làm thép góc cán nóng thép hình dập nguội? ?? cần thiết mang tính thực tiễn cao ề tài ? ?Đánh giá hiệu dàn nhịp nhỏ trung bình làm thép góc cán nóng thép hình dập nguội? ?? nhằm mục đích... Khóa: 33 Trường ại học Bách khoa - Tóm tắt - ề tài ? ?Đánh giá hiệu dàn nhịp nhỏ trung bình làm thép góc cán nóng thép hình dập nguội? ?? có tính thực tiễn cao đề tài nghiên cứu hệ kết cấu dàn nhịp nhỏ. .. kéo .38 2.2 .3 Liên kết 39 ƯƠ VÍ DỤ TÍNH TỐN 52 3. 1 Dàn tam giác 52 3. 1.1 Dàn tam giác làm thép cán nóng nhịp L=15m 52 3. 1.2 Dàn tam giác làm thép thành