Nghiên cứu xác định vị trí tối ưu của sườn tăng cường dọc của dầm cầu thép chịu uốn

Sườn tăng cường dọc (STCD) thường được sử dụng để tăng cường cho bản bụng của dầm cầu thép có chiều cao lớn nhằm tránh mất ổn định cục bộ của bản bụng, dẫn đến giảm khả năng chịu uốn của dầm. Bài viết này trình bày phương pháp xác định vị trí tối ưu và độ cứng chống uốn yêu cầu của STCD cho dầm cầu thép chịu uốn bằng thuật toán tối ưu sử dụng phương pháp điểm trong (Interior Point Algorithm, IPA).

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (4V): 29–38 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TỐI ƯU CỦA SƯỜN TĂNG CƯỜNG DỌC CỦA DẦM CẦU THÉP CHỊU UỐN Phạm Thái Hoàna , Phạm Văn Trungb , Vũ Quang Việtb,∗ a Khoa Xây dựng dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Cơng trình, Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, số 484 Lạch Tray, Hải Phòng, Việt Nam Nhận ngày 11/04/2020, Sửa xong 11/09/2020, Chấp nhận đăng 14/09/2020 Tóm tắt Sườn tăng cường dọc (STCD) thường sử dụng để tăng cường cho bụng dầm cầu thép có chiều cao lớn nhằm tránh ổn định cục bụng, dẫn đến giảm khả chịu uốn dầm Bài báo trình bày phương pháp xác định vị trí tối ưu độ cứng chống uốn yêu cầu STCD cho dầm cầu thép chịu uốn thuật toán tối ưu sử dụng phương pháp điểm (Interior Point Algorithm, IPA) Mơ hình phần tử hữu hạn dầm thép có sườn tăng cường xây dựng phân tích phần mềm ABAQUS với lựa chọn phân tích ổn định Thuật tốn IPA sử dụng phần mềm MATLAB để xác định vị trí tối ưu độ cứng chống uốn yêu cầu STCD cách tối đa hóa giá trị số ổn định thu từ phân tích ổn định ABAQUS Kết phân tích thu phù hợp với kết công bố nghiên cứu trước đây, cho thấy tính xác tin cậy phương pháp đề xuất Bên cạnh đó, báo khảo sát ảnh hưởng tính liên tục STCD đến vị trí tối ưu độ cứng chống uốn yêu cầu STCD dầm cầu thép Từ khố: phân tích ổn định; dầm thép; sườn tăng cường dọc; Abaqus2Matlab; ABAQUS DETERMINATION OF OPTIMUM STIFFENER LOCATION OF STEEL PLATE GIRDER BRIDGES UNDER BENDING Abstract In recent years, longitudinal stiffeners are commonly used to strengthen for deep girder web in order to to avoid web bend-buckling that may lead to a significant reduction of the bending resistance of the girders This paper presents a method to determine the optimum location and required flexural rigidity of the stiffener of the steel girder bridge under bending by using the Interior Point optimization algorithm (IPA) A finite element (FE) model of stiffened plate girders under bending is developed and analyzed in ABAQUS software using buckling analysis The IPA algorithm is used in MATLAB to determine the optimum location and required flexural rigidity of the stiffener by maximizing the buckling coefficients obtained from buckling analysis in ABAQUS In order to ensure the accuracy of the method, the results obtained from this research are compared with analogous results found in the literature In addition, the effect of continuity of the longitudinal stiffener on its optimum location and required flexural rigidity is also investigated Keywords: buckling analysis; steel girders; longitudinal stiffener; Abaqus2Matlab; ABAQUS https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(4V)-03 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Trong dầm cầu thép nhịp lớn, dầm thép có bụng mảnh thường sử dụng rộng rãi lý kinh tế Tuy nhiên, độ mảnh bụng phải kiểm soát để tránh ổn định cục bộ, ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: vietvq@vimaru.edu.vn (Việt, V Q.) 29 Hồn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng dẫn đến giảm đáng kể sức kháng uốn dầm Để nâng cao độ mảnh sức kháng oằn bụng, sườn tăng cường dọc (STCD) thường sử dụng rộng rãi Khoảng sáu thập kỷ trước đây, vấn đề tối ưu hóa dầm thép mặt cắt chữ I đề cập, nhiên chưa có nhiều cơng cụ tính tốn số nên nghiên cứu chủ yếu sử dụng phương pháp lý thuyết gần thực nghiệm số lượng nhỏ kết cấu dầm thép với giả thuyết thiên an toàn (giả thiết biên biên bụng coi gối tựa ) Điều dẫn đến thiết kế thực tế có hệ số an tồn lớn khơng kinh tế Tuy nhiên số kết nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn thiết kế kết cấu ngày Đối với nghiên cứu vị trí tối ưu d0 STCD, thí nghiệm cho dầm thép chữ I mặt cắt đối xứng chịu mô men uốn túy, Dubas [1] Cooper [2] đề xuất vị trí tối ưu STCD vị trí 0,2D D chiều cao bụng tính từ cánh chịu nén dầm Kết đề nghị số nghiên cứu gần [3–6] Tuy nhiên, kết áp dụng cho trường hợp dầm thép chữ I có mặt cắt đối xứng mà khơng áp dụng cho trường hợp mặt cắt không đối xứng Gần đây, Frank Helwig [7] sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để xác định vị trí tối ưu STCD cho dầm thép mặt cắt không đối xứng với giả định biên biên gối tựa Dựa vào kết phân tích, tác giả đề xuất vị trí tối ưu vị trí 0,4Dc Dc chiều cao miền chịu nén bụng tính từ đỉnh bụng dầm thép Kết sử dụng tiêu chuẩn AASHTO-LRFD [8] Gần hơn, cách xem xét đến ảnh hưởng cánh dầm thép, Cho Shin [9] Elbanna cs [10] tìm vị trí tối ưu STCD tương ứng vị trí 0,425Dc 0,42Dc Tuy nhiên nghiên cứu không đề cập tới việc xác định độ cứng chống uốn yêu cầu, γrq , STCD cho dầm thép Mục tiêu nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định d0 γrq STCD cho dầm cầu thép chịu uốn có xét đến ảnh hưởng cánh thuật toán tối ưu thông qua việc kết hợp sử dụng hai phần mềm MATLAB [11] ABAQUS [12] ABAQUS đóng vai trị phần mềm phân tích kết cấu cịn MATLAB đóng vai trị phần mềm tối ưu hóa kết cấu Sự làm việc tương tác qua lại hai phần mềm kết nối công cụ Abaqus2Matlab [13] Thơng qua quy trình tối ưu trên, vị trí tối ưu d0 độ cứng chống uốn yêu cầu γrq STCD đề xuất Bên cạnh đó, ảnh hưởng tính liên tục STCD đến d0 γrq xem xét nghiên cứu Quy trình tối ưu hóa Các thơng số d0 γrq STCD dầm thép xác định thông qua việc tối đa hóa số ổn định kb Vị trí bố trí STCD bụng dầm thép có giá trị kb lớn vị trí tối ưu 2.1 Hằng số ổn định kb độ cứng chống uốn γ Hằng số ổn định kb xác định dựa phân tích ổn định ABAQUS dựa vào lý thuyết ổn định cổ điển chịu tải trọng uốn Từ phân tích ổn định ABAQUS, giá trị riêng λi xác định, nhiên ta cần quan tâm tới giá trị riêng nhỏ λcr Từ lực tới hạn Fcr xác định dựa theo công thức sau: Fcr = λcr QN (1) QN tải trọng ban đầu tác động vào Theo lý thuyết ổn định cổ điển chịu tải trọng uốn, lực tới hạn Fcr xác định dựa theo công thức sau: π2 Et3 Fcr = kb (2) 12(1 − ν2 )D 30 Hồn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Từ phương trình (1) (2), số kb xác định Trong thực tế, STCD thường kế có độ cứng chống uốn tối thiểu để đảm bảo khơng có chuyển vị ngang vị trí tiếp xúc bụng STCD bụng bị ổn định Độ cứng chống uốn STCD xác định theo công thức đây: γ= EI s DD plate (3) D plate độ cứng uốn bụng; I s mơ men qn tính STCD xác định theo điều 6.10.11.3.3 tài liệu [8]; D chiều cao bụng; t chiều dày bụng; ν hệ số pốt-xơng thép; E mô đun đàn hồi vật liệu thép làm dầm 2.2 Thiết lập tốn tối ưu hóa Mục đích phần thiết lập tốn để xác định d0 γrq STCD cho dầm thép chịu uốn Bài tốn xử lý theo trình tự hai bước sau: Bước 1: Hàm mục tiêu sử dụng để tối đa hóa giá trị kb để xác định d0 STCD: Tối đa hóa giá trị: kb (X) = 12(1 − ν2 )D (F(X))cr π2 Et3 Chịu ràng buộc ≤ X ≤ D (4) (5) biến số thiết kế X vị trí STCD Bước 2: Sau xác định vị trí tối ưu STCD, hàm mục tiêu sử dụng để tối thiểu hóa giá trị độ cứng chống uốn γ STCD, biểu diễn dạng sau: Tối thiểu hóa giá trị: γ = EI s (b s , t s ) DD plate Chịu ràng buộc 50 ≤ b s ≤ 300 (mm) (6) (7) ≤ t s ≤ 30 (mm) (8) b s − 14t s ≤ (9) dsti f − 0,05 ≤ (10) biến số thiết kế b s t s bề rộng chiều dày STCD Phạm vi biến thiên b s t s (7) (8) chọn bao gồm tất giá trị dùng thiết kế thực tế Điều kiện ràng buộc (9) để tránh ổn định cục STCD (căn vào yêu cầu tiêu chuẩn AASHTO LRFD [8]) Điều kiện ràng buộc (10) nhằm đảm bảo khơng có chuyển vị ngang vị trí tiếp xúc STCD sườn dầm 31 Hoàn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.3 Thiết lập quy trình tối ưu hóa Quy trình tối ưu hóa để xác định d0 γrq STCD dầm thép chịu uốn công cụ Abaqus2Matlab [14] sử dụng cho quy trình tối ưu hóa thể Hình Cần lưu ý công cụ Abaqus2Matlab cho phép liệu chuyển đổi qua lại hai phần mềm ABAQUS MATLAB, thuận lợi cho q trình tối ưu Q trình tối ưu hóa thể Hình kết thúc tiêu chuẩn dừng đượcTạp thỏa CácCông bước quy trình chí mãn Khoa học nghệ Xây dựng NUCE 2020này bao gồm: Bước 1: Xây dựng chương trình Matlab để chạy Matlab tự động tạo file ABAQUS input (*inp) Bước 10: Lặp lại bước từ 6-9 hội tụ thỏa mãn yêu cầu điểm dừng Hình 1 Sơ Sơ đồ trình tối ưu Hình ưu hóa hóa theo theohai haibước bước 2.4 Mơ hình phần tử hữu hạn 32 Mơ hình phần tử hữu hạn dầm thép có STCD xây dựng sử dụng phần Hoàn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bước 2: Định nghĩa biến chương trình dựng trênnghệ (bao biến 2020 vị trí Tạpxây chí Khoa họcởCơng Xâygồm dựng NUCE biến kích thước STCD) Bước 3: Định nghĩa hàm mục tiêu cho toán tối ưu đề cập mục 2.2 mềm ABAQUS nhằm xác định giá trị riêng nhỏ thu từ phân tích ổ Bước 4: Xây dựng chương trình chứa thuật tốn tối ưu có sẵn thư viện định, từ xác định số kb Hình minh họa kích thước hình học dầm MATLAB (sử dụng hàm fmincon) Trong chương trình định nghĩa giá trị khởi tạo thép sử dụng nghiên cứu Để giảm thời gian tính tốn, phân tích k ban đầu cho biến thiết kế cấu, nghiên cứu khảo sát đoạn dầm với điều kiện tải trọng điề Bước 5: Tính tốn giá trị hàm mụcđược tiêu từ phân tích ổndầm địnhtương đương vớ kiện biên đặtKết vào để cóthu thể tạo ứng xử uốn đoạn ABAQUS chuyển sang MATLAB để tính tốn giá trị hàm mục tiêu phục vụ bụng đượ ứng xử uốn dầm thông thường Chiều cao chiều dày cho trình tối ưu hóa chọn D = 3000 mm tw = mm, chiều rộng chiều dày cánh v Bước 6: Thực q trình tối ưu hóabản sử dụng thuật tốn IPA tả thuật t fc = IPA cánh chọn lần Chi lượt tiết b fcmô = 600 mm vàtốn 54 mm Các thơng số hìn trình bày tài liệu [4] học dầm lựa chọn tương tự nghiên cứu trước [10] với mục đíc Bước 7: Kiểm tra điều kiện dừng thỏa chưa điềutừkiện dừng đãtửthỏa mãn, kiểm mãn chứnghay kết Nếu thu mơ hình phần hữu hạn Cácq thuộc tính vật liệ trình tối ưu kết thúc, chưa thỏa mãncủa thép chuyển sangbaobước theo sử dụng gồm tiếp mô đun đàn hồi E = 210000 N/mm2, hệ số pốt-xơng 0.3 Phầnbằng tử tấmcách S4R thay sử tất kế phận kết cấu thé Bước 8: Khởi tạo file ABAQUS input đổidụng giá để trịmô củaphỏng biếncho thiết thành mỏng tương cho độ ứng chínhvới xác giá cao trị [5, biến 6, 15-20] Bước 9: Tiến hành phân tích mơ hình ABAQUS mới.Kích thước lưới phần tử sử dụng mm.khi Lưuhội ý kích thước tử lựa dừng chọn cẩn thận thơng qua phân tích hộ Bước 10: Lặp lại bước từ 6-9 tụ thỏa mãn phần u cầu điểm 2.4 Mơ hình phần tử hữu hạn tụ mơ trình bày tài liệu tham khảo [4] Tải trọng điề kiện biên sử dụng mơ hình phần tử hữu hạn thể Hình bfc Mơ hình phần tử hữu hạn dầm thép có STCD xây dựng sử dụng phần mềm tfc tfc ds bs ABAQUS nhằm xác định giá trị riêng nhỏ ts ts thu từ phân tích ổn định, từ xác định số kb Hình minh họa kích thước hình X D học dầm thép sử dụng nghiên cứu D Để giảm thời gian tính tốn, phân tích kết cấu, nghiên cứu khảo sát đoạn dầm với điều kiện tải trọng điều kiện biên đặt tft tft vào để tạo ứng xử uốn đoạn dầm bft a tương đương với ứng xử uốn dầm thông thường Chiều cao chiều dày bụng Hình Mơtảtảkích kích thước thước Hình 2.2.Mơ dầm dầmthép thépcócóSTCD STCD chọn D = 3000 mm tw = mm, chiều rộng chiều dày cánh cánh chọn b f c = 600 mm t f c = 54 mm Các thông số hình học dầm lựa chọn tương tự nghiên cứu trước [10] với mục đích kiểm chứng kết thu từ mơ hình phần tử hữu hạn Các thuộc tính vật liệu thép sử dụng bao gồm mô đun đàn hồi E = 210000 N/mm2 , hệ số pốt-xơng 0,3 Phần tử S4R sử dụng để mô cho tất phận kết cấu thép thành mỏng cho độ xác cao [5, 6, 15–20] Kích thước lưới phần tử sử dụng 40 mm Lưu ý kích thước phần tử lựa chọn cẩn thận thơng qua phân tích hội tụ mơ trình bày tài liệu tham khảo [4] Tải trọng 7điều kiện biên sử dụng mô hình phần tử hữu hạn thể Hình Các kết thu từ phân tích mơ hình phần tử hữu hạn so sánh với kết nghiên cứu Elbanna cs [10] nhằm kiểm chứng tính xác mơ hình mơ Bảng trình bày kết so sánh giá trị số kb thu từ nghiên cứu nghiên cứu Elbanna cs [10] vị trí bố trí STCD (d s ) khác tỷ số chiều dài chiều cao bụng a dầm (ϕ = ) khác D 33 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 Hoàn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tải trọng điềukiện kiệnbiên biên trong mô tử tử hữuhữu hạnhạn HìnhHình Tải trọng vàvàđiều mơhình hìnhphần phần Bảng So sánh số kb nghiên cứu Elbanna cs [10] Các kết thu từ phân tích mơ hình phần tử hữu hạn so sánh với kết nghiên cứu Elbanna cs [10] nhằm kiểm chứng tính Vị trí STCD Hệ số kb Khác (%) xác mơ hình mơ Bảng trình bày kết so sánh giá trị số kb thu ϕ ds Mơ hình PTHH Elbanna cs [10] từ nghiên cứu nghiên cứu Elbanna cs [10] vị trí bố trí 1,0 0,1D 71,49 71,58 0,13 a STCD ( d s ) khác tỷ số176,50 chiều dài chiều cao177,25 bụng dầm ( =0,42) 0,21D D 0,4D 69,47 68,85 0,89 khác 2,0 0,1D 70,88 71,04 0,23 0,21D 176,94 180,07 1,74 Bảng So sánh số kb nghiên cứu Elbanna cs [10] 0,4D 68,71 67,76 1,38 Vị trí STCD Hệ số kb Khác (%) hình phần tử Từ kết Bảng thấy khác hệ số kb thu từ mô ds PTHHvà cs [10] Elbanna cs.ở[10] hữu hạn nghiên cứu vàMơ củahình Elbanna rấtvà nhỏ tất trường hợp so sánh Do kết luận0,1D mơ hình phần tử hữu hạn xây dựng nghiên cứu đáng tin 1,0 71,49 71,58 0,13 cậy sử dụng cho q trình tối ưu hóa 0, 21D 176,5 177,25 0,42 Tối ưu hóa vị trí 0, và4D độ cứng chống uốn yêu cầu STCD 69,47 68,85 0,89 Trong2,0 mục này, quy đề cập mục 2.3 71,04 sử dụng để xác định 0,1Dtrình tối ưu hóa 70,88 0,23d0 γrq STCD Để xét đến ảnh hưởng tỷ số chiều dài chiều cao bụng, tỷ số ϕ = 0,8; 0, 21D 180,07 1,74 sử dụng Tỷ số giới hạn độ176,94 mảnh bụng cánh cố định với giá trị λw = 333,33 λb f = 11,11 Kết tối hóa trình bày Bảng 0, 4D 68,71 67,76 1,38 Bảng Kết tối ưu hóa d γ STCD Từ kết Bảng thấy khác 0nhau rqcủa hệ số kb thu từ mơ hình phần tử hữu hạn nghiên ϕ d0 /D d0 /Dc cứu vàb scủa Elbannab svà /t s cs [10] làt srất nhỏ tấtγrqcả trường hợp so sánh Do kết luận mơ hình phần tử hữu hạn xây 0,8 0,21 0,42 103,44 11,87 8,71 11,49 dựng nghiên cứu đáng tin cậy sử dụng cho q trình tối ưu hóa 0,21 0,42 113,15 11,91 9,50 15,67 0,21 0,42 113,67 34 11,91 9,54 15,92 Hồn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Có thể nhận thấy từ Bảng 2, vị trí tối ưu STCD đạt d0 /D = 0,21 tính từ mép cánh dầm thép tỷ số ϕ khác Kết hoàn toàn trùng hợp với kết Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 thu từ nghiên cứu Elbanna cs [10] Rõ ràng với dầm thép đối xứng (có cánh cánh giống nhau), vị trí tối ưu mà có xét đến ảnh hưởng cánh d0 /Dc = 0,42 Kết đề xuất Kim cs [19] gần giống với kết thu từ nghiên cứu Cho Shin [9] với d0 /Dc = 0,425 Các kết có độ xác cao so với quy định tiêu chuẩn AASHTO LRFD [8] với vị trí tối ưu STCD quy định d0 /Dc = 0,4 cho dầm thép có mặt cắt khơng đối xứng Ngun nhân d0 STCD đề xuất AASHTO LRFD [8] dựa vào nghiên cứu Frank Helwig [7], ảnh hưởng cánh dầm thép không kể đến Các dạng ổn định dầm STCD đặt vị trí tối ưu thể Hình Có thể thấy STCD đặt vị trí tối ưu ổn định cục xảy phần bụng phía phía STCD Dạng ổn định cục Tạp chí Tạp Khoa Cơng Xây dựng NUCE chíhọc Khoa họcnghệ Công nghệ Xây dựng 2020 NUCE 2020 phần bụng phía STCD thể nửa bước sóng hình sin a) a) (a) ϕ = 0,8; γ = 11,49 = 0,8 ; rq = 11,49 (b) ϕb)= 1,0; γ = 15,67 = 1,0rq; = 15,67 rq =a)0,8 ; = rq0,8 = ;11,49 rq = 11,49 b) = 1,0 ; rq b) = 1,0 ; rq = 15,67 (c)c) ϕ == 2,0; 15,92 2,0 ; γrqrq==15,92 = 15,67 rq Hình Các dạng ổn định dầm thép tương ứng với tỷ số Hình Các dạng ổn định dầm thép tương ứng với tỷ số ϕ khác Bên cạnh đó, Bảng thể giá trị rq khác STCD tương ứng với tỷ số khác cho dầm thép có Các kết Bên cạnh đó, Bảng thể giá trị γrq STCD tương ứng với 333,33 tỷvà số ϕ11,11 khác so sánh với kết thu từ công thức xác định quy định tiêu chuẩn cho dầm thép có λw = 333,33 λb f = 11,11 Các kết so sánh với kết thu từ AASHTO LRFD [8] thể Bảng công thức xác định γrq quy định tiêu chuẩn AASHTO LRFD [8] thể Bảng bf w rq 10 Bảng So sánh γrq nghiên cứu tiêu chuẩn AASHTO LRFD [8] ϕ 0,8 1,0 2,0 γrq Nghiên cứu c) 11,49 15,67 rq = 15,92 =c)15,92 2,0 ;= rq2,0= ;15,92 Tài liệu [4] Tài liệu [6] AASHTO LRFD [8] 11,34 15,83 38,33 10,98 15,74 37,76 15,35 24,79 103,41 Cácmất dạng định củathép dầmtương thép tương ứng số khác Hình 4.Hình Các dạng ổnmất địnhổncủa dầm ứng với cácvới tỷ số tỷkhác Có thể nhận thấy giá trị γrq thu từ nghiên cứu thấp nhiều giá trị đề xuất theo Bênđó, cạnh đó, 2Bảng thể trị STCD tương ứng với rq Bên cạnh Bảng cũng2thể trị giá ϕ STCD với AASHTO LRFD, đặc biệtgiákhi tỷrq số tăng.tương Phátứnghiện báo cáo nghiên cứu 11,11kết số kháccho chothép dầmcóthép có333,33 và11,11 Các quảđược 333,33 bf Các w tỷ số tỷkhác dầm đề quảkếtnày bf [4, 6] Nguyên nhân wgiá trị γrq xuất tiêu chuẩn lớn nhiều so với nghiên cứu so sánh với kết thu từ công thức xác định quy định tiêu rqđịnh tiêu chuẩn chuẩn so sánh với kết thu từ công thức xác định quy rq tính tốn theo tiêu chuẩn dầm thép giả thiết có bốn biên tựa gối tựa bỏ AASHTO [8] vàthể thểở Bảng AASHTO LRFD LRFD [8] Bảngở3 qua ảnh hưởng cánh dầm thép 10 10 35 hơnnhiều nhiềusosovới vớinghiên nghiêncứu cứunày nàylàlàdo dokhi khitính tínhtốn tốntheo theotiêu tiêuchuẩn chuẩndầm dầmthép thépđược đượcgiả giả thiết thiếtnhư nhưmột mộttấm tấmcócóbốn bốnbiên biêntựa tựatrên trêncác cácgối gốitựa tựavà vàbỏ bỏqua quasự sựảnh ảnhhưởng hưởng của bản cánh cánhdầm dầmthép thép Hoàn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 4.4.Ảnh Ảnhhưởng hưởngcủa củatính tínhliên liêntục tụccủa củaSTCD STCD Ảnh hưởng tính liên tục STCD Trong thiết kế thực tế, STCD bố trí liên tục khơng liên tục qua Trong kếtế,thực tế, có STCD liên tục liên hoặctụckhông liêntăng tụccường qua Trong thiết thiết kế thực STCD thể bố trí liên bố tục trí khơng qua sườn sườn tăng đứng sườn(STCĐ) tăngcường cường đứng (STCĐ)như nhưHình Hình5.5 đứng Hình (STCĐ) (a) STCD bố trí liên tục qua STCĐ (b) STCD bố trí khơng liên tục qua STCĐ Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 a)a)STCD STCĐ b)b)Xây STCD STCDbốbốtrítríliên liêntục tụcqua quachí STCĐ STCD bốtrí tríkhơng khơngliên liêntục tụcqua quaSTCĐ STCĐ Tạp Khoa học Cơng nghệ dựngbố NUCE 2020 Hình Các dạng bố trí STCD Hình Hình5.5.Các Cácdạng dạngbố bốtrí tríSTCD STCD Ảnh hưởng củacủa tính liênliên tục trọng củacủa STCD Bảng 4.liên Ảnh hưởng tính tục Để kể đến ảnh hưởngBảng tính tục STCD, tải sẽSTCD đặt vào vị trí STCD Hình Ngược lại, để xét đến tính khơng liên tục STCD khơng đặt tải trọng vào vị trí hai Để tính liên tục tải sẽsẽ đặt Đểkểkểđến đếnảnh ảnhhưởng hưởngcủa tínhbố liên tụctục củaSTCD, STCD, tảitrọng trọng đặt vào vào vị vị trí trí STCD trí liên STCD bố trình trí liên tụcmục đầu STCD Quy trình tối ưu hóa STCD bốthực trí liên tụctương tự STCD bố khơng trí bày khơng liên tục Kết Hìnhcủa Ngược lại,để đểxét xétđến đến tính khơng liên tụccủa củaSTCD STCD sẽkhơng khơng4 STCD Hình 3.3.Ngược lại, tính liên tục soSTCD sánh ảnh hưởng tính liên tục STCD đến d0 không γrq STCD thể hiệnthì Bảng D D doc Dc doc Dc rq rq rq rq khitrọng Hình vào 6vào so vị sánh dạng ổnSTCD định cụcQuy hai tối trường đặttảitải trọng vịtrítrí hai đầu STCD Quy trình tốiưu ưuhợp hóanày đượcthực thựchiện hiệntương tương đặt hai đầu trình hóa 0,8 0,8 0,420,42 11,49 0,412 12,36 11,49 0,412 12,36liên nhưđãđãtrình trìnhbày bàytrong mục2.2.Kết Kếtquả sánhảnh ảnh hưởng của tính liên tục tục của tựtựnhư mục sososánh hưởng tính Bảng Ảnh hưởng tính liên tục STCD 0,42 15,67 0,411 15,95 0,42 15,67 0,411 d 1,0 STCDđến đếnd1,0 rqrqcủa củaSTCD STCD đượcthể thể hiệntrong trongBảng Bảng trongkhi khi15,95 Hình66so sosánh sánh STCD 44trong Hình o ovà STCD bố trí liên tục STCD khơng liên tục 2,0 0,42 15,92 2,0định 0,42 15,92 0,410 bố trí 16,51 16,51 cácdạng dạng địnhcục cục bộcủa củahai haitrường trường hợpnày 0,410 ổnổn hợp ϕ /D γrq /Dtục γrqtrí 0tục c 4, c qua Có thể nhậnnhận thấythấy từd0Bảng STCD bố trí liêndliên qua STCĐ thì vị trí Có thể từ Bảng 4, STCD bố khơng trí khơng STCĐ vị tối STCD nằm cáchcách mépmép dướidưới bảnbản cánh đoạn khoảng 0, 410,D12,36 0,8 ưu 0,42 11,49 0,412 tối ưu STCD nằm cánh đoạn khoảng 41 c ,Dc , 1,0 0,42 15,67 15,95 khi nếu bố trí tục tục quaqua STCĐ thì vị trí ưu0,411 củacủa nó 0, Bên bố liên trí liên STCĐ vị tối trí tối ưu là420,D42 c D c Bên 2,0 0,42 15,92 0,410 16,51 cạnhcạnh đó, đó, khi STCD bố trí liênliên tục tục thì độ cứng chống uốnuốn yêuyêu cầucầu củacủa nó caocao STCD bố khơng trí khơng độ cứng chống hơnhơn so với trường hợphợp bố trí liênliên tục tục quaqua STCĐ so với trường bốSTCD trí STCD STCĐ 11 11 (a) STCD bố trí liên tục qua STCĐ (b) STCD bố trí khơng liên tục qua STCĐ a) STCD bốliên trí liên tục qua STCĐ b) STCD bốkhơng trí khơng STCĐ a) STCD bố trí tục qua STCĐ b) STCD bố trí liênliên tục tục quaqua STCĐ Hình Các dạng ổn định cục tương ứng với việc bố trí STCD Hình Các ổn định tương bố STCD trí STCD Hình Các dạngdạng mấtmất ổn định cụccục tương ứngứng với với việcviệc bố trí Kết Kết luậnluận 36 trình phương pháp vị tối trí tối cứng Bài Bài báo báo nàynày trình bàybày mộtmột phương pháp xácxác địnhđịnh vị trí ưu ưu và độ độ cứng chống STCD thuật chống uốnuốn yêu yêu cầu cầu của STCD củacủa dầmdầm cầucầu thépthép chịuchịu uốnuốn thuật toántoán tối tối ưu ưu IPAIPA Hoàn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Có thể nhận thấy từ Bảng 4, STCD bố trí khơng liên tục qua STCĐ vị trí tối ưu STCD nằm cách mép cánh đoạn khoảng 0,41Dc , bố trí liên tục qua STCĐ vị trí tối ưu 0,42Dc Bên cạnh đó, STCD bố trí khơng liên tục độ cứng chống uốn u cầu cao so với trường hợp bố trí STCD liên tục qua STCĐ Kết luận Bài báo trình bày phương pháp xác định vị trí tối ưu độ cứng chống uốn yêu cầu STCD dầm cầu thép chịu uốn thuật tốn tối ưu IPA thơng qua việc kết hợp sử dụng hai phần mềm thương mại ABAQUS MATLAB Công cụ Abaqus2Matlab sử dụng để chuyển đổi liệu qua lại hai phần mềm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho trình tối ưu hóa tận dụng tối đa hiệu hai phần mềm ABAQUS MATLAB quy trình tối ưu Một số kết luận rút sau: - Vị trí tối ưu STCD dầm thép chịu uốn nằm cách mép cánh dầm thép khoảng 0,42Dc khoảng 0,41Dc cho trường hợp bố trí STCD liên tục không liên tục qua STC đứng - Độ cứng chống uốn yêu cầu theo đề xuất tiêu chuẩn AASHTO LRFD an toàn - Việc giả thiết STCD bố trí liên tục khơng liên tục qua STCĐ ảnh hưởng đáng kể đến vị trí tối ưu độ cứng chống uốn yêu cầu STCD Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 107.01-2019.322 Tài liệu tham khảo [1] Dubas, C (1948) A contribution to the study of buckling of stiffened plates 3rd Congr Int Assoc Bridg Struct Eng., page 129 [2] Cooper, P B (1970) Strength of longitudinally stiffened plate girders J Struct Div., 93 [3] Maiorana, E., Pellegrino, C., Modena, C (2011) Influence of longitudinal stiffeners on elastic stability of girder webs Journal of Constructional Steel Research, 67(1):51–64 [4] Alinia, M M., Moosavi, S H (2008) A parametric study on the longitudinal stiffeners of web panels Thin-Walled Structures, 46(11):1213–1223 [5] Vu, Q.-V., Papazafeiropoulos, G., Graciano, C., Kim, S.-E (2019) Optimum linear buckling analysis of longitudinally multi-stiffened steel plates subjected to combined bending and shear Thin-Walled Structures, 136:235–245 [6] Vu, Q.-V., Truong, V.-H., Papazafeiropoulos, G., Graciano, C., Kim, S.-E (2019) Bend-buckling strength of steel plates with multiple longitudinal stiffeners Journal of Constructional Steel Research, 158:41–52 [7] Frank, K H., Helwig, T A (1995) Buckling of webs in unsymmetric plate girders Engineering Journal, 32(2):43–53 [8] AASHTO (2012) AASHTO LRFD, Bridge design specifications Sixth [9] Cho, E.-Y., Shin, D.-K (2011) Elastic web bend-buckling analysis of longitudinally stiffened I-section girders International Journal of Steel Structures, 11(3):297–313 [10] Elbanna, A A., Ramadan, H M., Mourad, S A (2014) Buckling enhancement of longitudinally and vertically stiffened plate girders, J Engineeing Appl Sci, 61:351–370 [11] [11]MathWorks, Inc (2017) MATLAB R2017b [12] ABAQUS (2014) Analysis User’s Manual version 6.14 Dassault Systems 37 Hoàn, P T., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [13] Papazafeiropoulos, G., Mu˜niz-Calvente, M., Martínez-Pa˜neda, E (2017) Abaqus2Matlab [14] Papazafeiropoulos, G., Mu˜niz-Calvente, M., Martínez-Pa˜neda, E (2017) Abaqus2Matlab: a suitable tool for finite element post-processing Advances in Engineering Software, 105:9–16 [15] Viet, V Q., Ha, H., Hoan, P T (2019) Evaluation of ultimate bending moment of circular concrete– filled double skin steel tubes using finite element analysis Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)-NUCE, 13(1):21–32 [16] Eom, S.-S., Vu, Q.-V., Choi, J.-H., Park, H.-H., Kim, S.-E (2019) Flexural behavior of concrete-filled double skin steel tubes with a joint Journal of Constructional Steel Research, 155:260–272 [17] Việt, V Q., Hùng, T V., Hoàn, P T (2019) Nghiên cứu khả chịu uốn ống tròn hai lớp thép nhồi bê tơng có liên kết mối nối mơ phần tử hữu hạn Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 13(4V):115–128 [18] Truong, V.-H., Papazafeiropoulos, G., Pham, V.-T., Vu, Q.-V (2019) Effect of multiple longitudinal stiffeners on ultimate strength of steel plate girders Structures, Elsevier, 22:366–382 [19] Kim, H S., Park, Y M., Kim, B J., Kim, K (2018) Numerical investigation of buckling strength of longitudinally stiffened web of plate girders subjected to bending Structural Engineering and Mechanics, 65(2):141–154 [20] Do, Q T., Huynh, V N., Tran, D T (2020) Numerical studies on residual strength of dented tension leg platforms under compressive load Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE)NUCE, 14(3):96–109 38 ... vị tối trí tối cứng Bài Bài báo báo nàynày trình bàybày mộtmột phương pháp xácxác định? ?ịnh vị trí ưu ưu và độ độ cứng chống STCD thuật chống uốnuốn yêu yêu cầu cầu của STCD củacủa dầmdầm cầucầu... dầm thép xác định thông qua việc tối đa hóa số ổn định kb Vị trí bố trí STCD bụng dầm thép có giá trị kb lớn vị trí tối ưu 2.1 Hằng số ổn định kb độ cứng chống uốn γ Hằng số ổn định kb xác định. .. Tuy nhiên nghiên cứu không đề cập tới việc xác định độ cứng chống uốn yêu cầu, γrq , STCD cho dầm thép Mục tiêu nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định d0 γrq STCD cho dầm cầu thép chịu uốn có xét