Phân tích khung thép phẳng có liên kết cứng theo tiêu chuẩn eurocode 3

+ ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -O0O ĐOÀN THỊ ANH THỦY PHÂN TÍCH KHUNG THÉP PHẲNG CÓ LIÊN KẾT CỨNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE CHUYÊN NGÀNH : XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ NGÀNH : 23.04.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2004 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS BÙI CÔNG THÀNH Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2004 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : ĐOÀN THỊ ANH THỦY Phái : nữ Ngày tháng năm sinh Chuyên ngành : 20 – 10 – 1975 : Xây dựng DD&CN Nơi sinh : Tp Hồ Chí Minh Mã số : 23.04.10 I TÊN ĐỀ TÀI : PHÂN TÍCH KHUNG THÉP PHẲNG CÓ LIÊN KẾT CỨNG THEO TIÊU CHUẨN EUROCODE II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : - - Tham khảo Eurocode báo “Merchant-Rankine Approach for the design of Steel and Composite Sway Building Frames” Nghiên cứu lý thuyết dẻo lý thuyết ổn định để tìm hệ số tải trọng dẻo cứng bậc I hệ số tải trọng tới hạn đàn hồi bậc II Dùng Matlab để xây dựng chương trình tính toán hệ số tải trọng cực hạn cho khung thép có liên kết cứng theo phương pháp MerchantRankine Sử dụng phần mềm Finelg chương trình theo phương pháp nâng cao Trần Tuấn Kiệt để so sánh kết với chương trình III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ V HỌ VÀ TÊN CÁC BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS BÙI CÔNG THÀNH : 05 – 02 – 2004 : 19 – 07 – 2004 : TS BÙI CÔNG THÀNH CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH PGS.TS.CHU QUỐC THẮNG KHOA XÂY DỰNG Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Sau hoàn thành luận văn thạc só, kiến thức chuyên môn nhận niềm tin lớn vào sống có nhiều tình cảm chân thành tốt đẹp mà lâu chưa thể cảm nhận hết Niềm tin lòng biết ơn người tận tình giúp đỡ trình làm luận văn giúp tự hoàn thiện tự tin nhiều bước đường đời Lời cám ơn xin chân thành gởi đến TS Bùi Công Thành, người tận tình dẫn dắt hướng dẫn từ bước đầu làm quen với công việc nghiên cứu khoa học đến lúc hoàn thành luận văn thạc só Lòng nhiệt tình thầy học đáng nhớ cho hình ảnh người thầy nghiệp giáo dục Trong thời gian làm luận văn cảm nhận rõ tình thương chăm sóc gia đình Cha mẹ không quản bao khó nhọc sống để tạo bao điều kiện cho trưởng thành ngày hôm Những có ngày hôm phần lớn công sức cha mẹ chăm nom vun đắp Lòng biết ơn cha mẹ không nói hết Cuối xin gởi nơi lời cảm ơn đến tất bậc thầy, đồng nghiệp, bạn bè ., người nhiệt tình giúp đỡ động viên việc tìm kiếm thông tin phục vụ cho việc nghiên cứu TÓM TẮT Khi phân tích dẻo bậc hai cho khung có liên kết cứng, hai đặc tính phi tuyến phải kể vào đặc tính phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu Trong phân tích dẻo bậc hai tổng quát, hai đặc tính phi tuyến kết hợp với phương pháp phân tích Mỹ, để phân tích dẻo bậc hai có phương pháp nâng cao Luận văn thạc só Trần Tuấn Kiệt năm 2002 vận dụng phng pháp nâng cao phương pháp hiệu chỉnh khớp dẻo để phân tích khung thép phẳng có liên kết nửa cứng (trong khung có liên kết cứng trường hợp đặc biệt) Ngô Hữu Cường dùng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích vùng dẻo phân tích bậc II cho khung thép phẳng Theo Eurocode 3, để phân tích dẻo bậc hai cho số khung đặc biệt, ta dùng phương pháp đơn giản phương pháp Merchant – Rankine Phương pháp nhằm mục đích tính hệ số tải trọng cực hạn, hai đặc tính phi tuyến hình học phi tuyến vật liệu phân tích theo hai phương pháp độc lập mà phương pháp kể đến đặc tính phi tuyến phân tích dẻo bậc I phân tích đàn hồi bậc II Hai đặc tính phi tuyến kết hợp với để tính hệ số tải trọng cực hạn thông qua công thức kinh nghiệm : f   cr  p cr : hệ số tải trọng tới hạn đàn hồi bậc II p : hệ số tải trọng phá hoại dẻo bậc I f : hệ số tải trọng phá hoại cực hạn Phương pháp Merchant-Rankine giới thiệu rõ báo “Merchant-Rankine approach for the design of steel and composite sway building frames” René Maquoi Jean-Pierre Jaspart Tuy nhiên báo phân tích rõ ý nghóa, phạm vi nguồn gốc công thức Mục đích luận văn dùng Matlab để lập trình tính toán hệ số tải trọng cực hạn cho khung thép có liên kết cứng theo ý nghóa phạm vi ứng dụng công thức kinh nghiệm Merchant-Rankine Trong hệ số tải trọng dẻo bậc I tính theo phương pháp phân tích khớp dẻo bước hệ số tải trọng tới hạn đàn hồi bậc II tính theo phương pháp hai vòng lặp Kết chương trình so sánh với chương trình sử dụng phương pháp nâng cao Trần Tuấn Kiệt phần mềm Finelg Đại Học Liege MỤC LỤC Chương : Giới thiệu 1.1 Tổng quan 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung Chương : Các phương pháp phân tích theo Eurocode 2.1 Xem xét tổng quát lựa chọn phương pháp phân tích 2.1.1 Lựa chọn phân tích bậc I phân tích bậc II 2.1.2 Lựa chọn phân tích đàn hồi phân tích dẻo 2.2 Hướng dẫn phân tích đàn hồi tổng quát kiểm tra thiết kế thích hợp 2.2.1 Phân tích đàn hồi tổng quát kiểm tra thiết kế thích hợp 2.2.2 Phạm vi phân tích đàn hồi bậc I 2.2.3 Phạm vi phân tích đàn hồi bậc II 2.2.3.1 Phương pháp tổng quát 2.2.3.2 Phương pháp tải trọng ngang tương đương 2.2.3.3 Phương pháp phóng đại mô men bậc II 2.3 Hướng dẫn thiết kế dẻo tổng quát kiểm tra thiết kế thích hợp 2.3.1 Tiêu chuẩn đề cho phân tích dẻo 2.3.2 Phân tích thiết kế dẻo bậc I 2.3.3 Phân tích thiết kế dẻo bậc II 2.3.3.1 Phương pháp tổng quát 2.3.3.2 Phương pháp dẻo bậc II đơn giản hóa 2.3.3.3 Phương pháp Merchant-Rankine 2.3.3.4 Nguồn gốc phương pháp Merchant-Rankine Chương : Phương pháp Merchant-Rankine 3.1 Tóm tắt 3.2 Tổng quan 3.3 Uốn dọc cột ảnh hưởng tượng uốn mặt tải trọng 3.4 Sự uốn dọc khung tổng thể 3.5 Công thức Merchnat-Rankine -Wood Chương : Phương pháp thiết kế cứng dẻo bậc I 4.1 Các khái niệm 4.1.1 Thiết kế dẻo so với thiết kế đàn hồi 4.1.2 Tính dẻo thép 4.1.3 Sự chảy dẻo phân bố lại mô men dầm 1 6 9 9 10 10 10 11 11 12 14 14 15 17 18 20 20 20 21 24 29 32 32 32 33 4.1.3.1 Mối liên hệ độ cong mô men 4.1.3.2 Giai đoạn đàn hồi 4.1.3.3 Giai đoạn đàn hồi dẻo 4.1.4 Mô men dẻo hoàn toàn hệ số hình dạng 4.1.5 Phân tích làm việc dầm hai đầu ngàm chịu tải phân bố 4.1.6 Phương pháp bước khả xoay cần thiết 4.2 Phân tích dẻo bước bậc I 4.2.1 Giới thiệu 4.2.2 Ma trận độ cứng dầm đàn hồi 4.2.3 Ma trận độ cứng dầm với khớp dẻo đầu A 4.2.4 Ma trận độ cứng dầm với khớp dẻo đầu B 4.2.5 Ma trận độ cứng dầm với khớp dẻo đầu A đầu B 4.2.6 Ma trận độ cứng dầm với khớp dẻo 4.2.7 Phương pháp phân tích dẻo bậc I Chương : Phương pháp phân tích đàn hồi bậc II 5.1 Tổng quát 5.2 Phân tích đàn hồi bậc II phương pháp phần tử hữu hạn 5.3 Đơn giản hóa phân tích khung cứng đàn hồi bậc II Chương : Chương trình tính hệ số tải trọng cực hạn cho khung thép phẳng có liên kết cứng theo phương pháp Merchant-Rankine 6.1 Giới thiệu 6.2 Tổ chức chương trình 6.2.1 Giải thuật 6.2.2 Cách sử dụng chương trình 6.2.3 Tổ chức chương trình 6.2.3.1 Chi tiết A 6.2.3.2 Chi tiết B 6.2.3.3 Chi tiết C Chương : Các ví dụ minh họa 7.1 Giới thiệu phần mềm phần tử hữu hạn Finelg 7.2 Giới thiệu chương trình phân tích khung thép có liên kết nửa cứng phương pháp nâng cao Trần Tuấn Kiệt 7.3 Tóm lược phạm vi phân tích chương trình 7.4 Ví dụ 7.4.1 Sơ đồ tính 7.4.2 Kết từ chương trình 7.4.2.1 Phác họa sơ đồ ban đầu 34 35 36 39 40 43 44 44 44 47 48 49 50 54 55 56 60 62 64 64 66 67 69 72 75 76 76 77 79 79 79 79 7.4.2.2 Dạng biểu đồ nội lực 7.4.2.3 Quá trình hình thành khớp dẻo 7.4.3 Kết giải toán phần mềm Finelg 7.4.4 Kết giải toán theophương pháp nâng cao từ chương trình Trần Tuấn Kiệt 7.4.4.1 Sơ đồ tính ban đầu 7.4.4.2 Kết 7.5 Ví dụ 7.5.1 Sơ đồ tính 7.5.2 Kết từ chương trình 7.5.2.1 Phác họa sơ đồ ban đầu 7.5.2.2 Dạng biểu đồ nội lực 7.5.2.3 Quá trình hình thành khớp dẻo 7.5.3 Kết giải toán phần mềm Finelg 7.5.4 Kết giải toán theophương pháp nâng cao từ chương trình Trần Tuấn Kiệt 7.5.4.1 Sơ đồ tính ban đầu 7.5.4.2 Kết 7.6 Ví dụ 7.6.1 Sơ đồ tính 7.6.2 Kết từ chương trình 7.6.2.1 Phác họa sơ đồ ban đầu 7.6.2.2 Dạng biểu đồ nội lực 7.6.2.3 Quá trình hình thành khớp dẻo 7.6.3 Kết giải toán phần mềm Finelg 7.6.4 Kết giải toán theophương pháp nâng cao từ chương trình Trần Tuấn Kiệt 7.6.4.1 Sơ đồ tính ban đầu 7.6.4.2 Kết 7.7 Ví dụ 7.7.1 Sơ đồ tính 7.7.2 Kết từ chương trình 7.7.2.1 Phác họa sơ đồ ban đầu 7.7.2.2 Dạng biểu đồ nội lực 7.7.2.3 Quá trình hình thành khớp dẻo 7.7.3 Kết giải toán phần mềm Finelg 7.7.4 Kết giải toán theophương pháp nâng cao từ chương trình Trần Tuấn Kiệt 80 81 83 84 84 85 87 87 88 88 89 89 93 94 94 95 97 97 97 97 98 99 101 102 102 103 104 104 104 104 105 106 109 110 7.7.4.1 Sơ đồ tính ban đầu 7.7.4.2 Kết 7.8 Ví dụ 7.8.1 Sơ đồ tính 7.8.2 Kết từ chương trình 7.8.2.1 Phác họa sơ đồ ban đầu 7.8.2.2 Dạng biểu đồ nội lực 7.8.2.3 Quá trình hình thành khớp dẻo 7.8.3 Kết giải toán phần mềm Finelg 7.8.4 Kết giải toán theophương pháp nâng cao từ chương trình Trần Tuấn Kiệt 7.8.4.1 Sơ đồ tính ban đầu 7.8.4.2 Kết Chương : Kết luận hướng phát triển 8.1 Kết luận 8.1.1 Nhận xét nội dung chương trình 8.1.2 Nhận xét độ xác chương trình 8.2 Hướng phát triển luận văn 110 111 112 112 112 113 114 115 118 119 119 120 121 121 123 125 Phuï Luïc if dkd==0 break; end ld=ld+del; end lamda=ld; ld=ld-del; del=del/2; while del>dcx ld=ld+del; f=f1*ld; %Tim ma tran tong the K K=zeros(nnode*ndof); for i=1:nel eq=loceq(i,:); gro=group(i,2); ep=mat(gro,1:3); [Ke,fe]=beam2e(Ex(i,:),Ey(i,:),ep,eq); [K,f]=assem(Edof(i,:),K,Ke,f,fe); end [a]=solveq(K,f,bc);%ma tran chuyen vi nut tong the Ed=extract(Edof,a);%ma tran chuyen vi nut phan tu n=2;%input('so mat cat tren moi phan tu :'); for i=1:nel gro=group(i,2); ep=mat(gro,1:3); es=beam2s(Ex(i,:),Ey(i,:),ep,Ed(i,:),loceq(i,:),n); N(i,1)=i;N(i,2)=es(1,1); end K=zeros(nnode*ndof); for i=1:nel eq=loceq(i,:); gro=group(i,2); ep=mat(gro,1:3); P=N(i,2); [Ke,fe]=beam2eN(Ex(i,:),Ey(i,:),ep,eq,P); [K,f]=assem(Edof(i,:),K,Ke,f,fe); end [dkd]=solveq1(K,f,bc); if dkd==1 del=del/2; else ld=ld-del; del=del/2; end end lamdaCr=ld; if lamdaCr