So sánh khả năng ổn định tổng thể của cột thép và cột liên hợp thép bê tông theo ec3 và ec4

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI MINH ĐẠO SO SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA CỘT THÉP VÀ CỘT LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG THEO EC3 VÀ EC4 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI MINH ĐẠO SO SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA CỘT THÉP VÀ CỘT LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG THEO EC3 VÀ EC4 Chuyên ngành Mã số : Xây dựng Cơng trình DD&CN : 60.58.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS TS PHẠM VĂN HỘI Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài: “So sánh khả ổn định tổng thể cột thép cột liên hợp thép bê tông theo EC3 EC4” riêng tôi, trực tiếp làm dƣới hƣớng dẫn thầy giáo GS.TS Phạm Văn Hội Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, không chép, trùng lặp với luận văn đƣợc bảo vệ Tác giả Bùi Minh Đạo TÓM TẮT LUẬN VĂN SO SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA CỘT THÉP VÀ CỘT LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG THEO EC3 VÀ EC4 Học viên: Bùi Minh Đạo Chun ngành: Xây dựng Cơng trình DD&CN Mã số: 110160030 Khóa: K32 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Kết cấu thép kết cấu liên hợp thép bê tông xu hƣớng phát triển xây dựng có nhiều ƣu điểm loại kết cấu khác, điều kiện Việt Nam chƣa ban hành tiêu chuẩn thiết kế riêng kết cấu liên hợp thép bê tơng việc tính tốn dựa tiêu chuẩn nƣớc ngồi, luận văn tác giả tính tốn dựa tiêu chuẩn EURO CODE EURO CODE hai tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép kết cấu liên hợp thép bê tông Tuy nhiên kết cấu thép kết cấu liên hợp thép bê tông hai loại kết cấu khác vật liệu, để so sánh hai kết cấu ta phải đƣa loại vật liệu dựa Mô đun dàn hồi chúng Từ tính tốn so sánh nhằm lựa chọn phƣơng án toán ƣu phƣơng diện kinh tế khả chịu lực dựa khả ổn định tổng thể Tác giả trình bày sở lý thuyết, trình tự tính tốn kết đạt đƣợc sau đƣa hƣớng phát triển Từ khóa – So sánh cột thép cột liên hợp theo tiêu chuẩn Châu Âu; Khả ổn định tổng thể cột thép theo EC3; COMPATIBILITY OF TOTAL STABILITY OF STEEL AND CONCENTRATE STEEL JOINTS BY EC3 AND EC4 Abstract – Steel structure and reinfoced concrete structure is a trend in construction today because if has move advantages than other types of construction in the condition that Vietnam has not issued the standard design of composite steel composite structure the calculation is based on foreign standards in the author's treatise calculated based on EC3 and EC4 are two criteria standard design of steel structure and composite stell structure However the stell structure and composite concrete structure are two different types of materials, to compare these two structures form that caculation to compare the choise of mathe matical advantage in ferms of economic and bearing capacity The author presents the theoretical foundations, compatation sequences and the results obtained an then present the following development directions Key words – Comparing steel columns and steel standard columns according to European standard - The overall stability of steel cotinous according to EC3 standard EC4 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Tóm tắt luận văn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU THÉP, KẾT CẤU LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG VÀ ỔN ĐỊNH KẾT CẤU 1.1 Tổng quan kết cấu thép 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Ƣu nhƣợc điểm 1.1.2.1 Ưu điểm 1.1.2.2 Nhược điểm 1.1.3 Phạm vi ứng dụng 1.1.4 Vật liệu phôi chế tạo 1.1.4.1 Phân loại thép xây dựng 1.1.4.2 Cấu trúc thành phần hóa học thép 1.2 Tổng quan kết cấu liên hợp thép bê tông 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Ƣu nhƣợc điểm 11 1.2.2.1 Ưu điểm 11 1.2.2.2 Nhược điểm 13 1.2.3 So sánh kết cấu liên hợp thép bê tông với loai kết cấu khác 13 1.3 Khái niệm ổn định kết cấu 15 1.3.1 Khái niệm chung 15 1.3.2 Các dạng ổn định 15 1.3.2.1 Hiện tượng ổn định vị trí 16 1.3.2.2 Hiện tượng ổn định dạng cân trạng thái biến dạng 16 1.3.3 Các tiêu chí cân ổn định 16 1.3.3.1 Tiêu chí dạng tĩnh học 16 1.3.3.2 Tiêu chí dạng lượng 17 1.3.3.3 Tiêu chí dạng động lực học 17 1.3.4 Các phƣơng pháp nghiên cứu ổn định 17 1.3.4.1 Các phương pháp tĩnh học 17 1.3.4.2 Các phương pháp lượng 18 KẾT LUẬN CHƢƠNG 18 CHƢƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN CẤU KIỆN CỘT THÉP VÀ CỘT LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG THEO EC3 VÀ EC4 19 2.1 Khái quát tiêu chuẩn eurocodes 19 2.2 Tính tốn cột thép chịu nén tâm lệch tâm theo EC3 24 2.2.1 Phân lớp tiết diện 24 2.2.2 Tính tốn độ bền 27 2.2.2.1 Những quy định chung 27 2.2.2.2 Đặc trưng tiết diện 27 2.2.2.3 Cấu kiện chịu nén 28 2.2.2.4 Cấu kiện chịu mômen 28 2.2.2.5 Cấu kiện chịu cắt 29 2.2.2.6 Cấu kiện nén uốn 29 2.2.3 Tính tốn ổn định cấu kiện theo EN 1993-1-1:2005 30 2.2.3.1 Cấu kiện tiết diện không đổi chịu nén 30 2.2.3.2 Cấu kiện tiết diện không đổi chịu uốn 33 2.2.3.3 Cấu kiện tiết diện không đổi chịu nén uốn 39 2.3 Tính tốn cột liên hợp thép bê tông chịu nén tâm lệch tâm theo EC4 41 2.3.1 Tính tốn cột LHTBT chịu nén tâm 41 2.3.1.1 Sức kháng cột LHTBT chịu nén tâm 41 2.3.1.2 Tính tốn cột LHTBT theo điều kiện ổn định 43 2.3.2 Tính tốn cột LHTBT chịu nén lệch tâm (nén - uốn) 46 2.3.2.1 Sức kháng cột LHTBT chịu nén chịu uốn theo phương 46 2.3.2.2 Vị trí trục trung hịa số dạng tiết diện 47 2.3.2.3 Ảnh hưởng hiệu ứng bậc hai 50 2.3.2.4 Ảnh hưởng lực cắt 51 2.3.2.5 Tính tốn cột LHTBT chịu nén chịu uốn theo phương 52 2.3.2.6 Sức kháng cột LHTBT chịu nén chịu uốn theo hai phương 53 KẾT LUẬN CHƢƠNG 55 CHƢƠNG VÍ DỤ TÍNH TỐN 56 3.1 Chọn kích thƣơc hình học cho tiết diện cột thép cột liên hợp thép bê tông 56 3.1.1 Chọn tiết diện cột thép 56 3.1.2 Chọn tiết diện cột liên hợp thép bê tông 56 3.1.3 Quy đổi tiết diện 58 3.2 Ví dụ so sánh khả chịu nén tâm cột thép cột liên hợp thép bê tông 58 3.2.1 Cột thép 58 3.2.2 Cột liên hợp 60 3.2.3 Lập biểu đồ so sánh 64 3.3 Ví dụ so sánh khả chịu nén lệch tâm cột thép cột liên hợp thép bê tơng theo phƣơng trục 65 3.3.1 Cột thép 65 3.3.2 Cột liên hợp 66 3.3.3 Lập biểu đồ so sánh 70 3.4 So sánh kinh tế 71 3.4.1 Dự tốn chi phí thi cơng cột thép 72 3.4.2 Dự toán chi phí thi cơng cột liên hợp 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu - Diện tích tiết diện nguyên C - A Hệ số - với giá trị cố định E - Môđun đàn hồi F - Lực tác dụng G - Mô đun trƣợt I - Mơmen qn tính K - Hệ số độ cứng L - Chiều dài M - Mômen uốn MRd - Giá trị tính tốn momen bền tiết diện uốn Msd - Giá trị tính toán momen ngoại lực N - Lực dọc Q - Hoạt tải VRd - Sức bền chịu cắt tính tốn tiết diện Sd - Nội lực tính tốn tải trọng gây V - Lực cắt W - Mômen kháng uốn e - Độ lệch tâm f - Cƣờng độ vật liệu fck - Cƣờng độ đặc trƣng nén bê tông fsk - Giới hạn đàn hồi đặc trƣng kéo thép fy - Giá trị tiêu chuẩn giới hạn đàn hồi kéo thép kết cấu h - Chiều cao i - Bán kính quán tính t - Chiều dày - Hệ số an toàn - Độ võng, tỷ lệ lƣợng thép - Biến dạng, hệ số - Độ mảnh - Tỷ số mô men - Khối lƣợng riêng, hàm lƣợng cốt thép, % - Ứng suất pháp - Ứng suất tiếp Φ - đƣờng kính cốt thép - Hệ số uốn dọc Các ký hiệu dƣới kèm theo a - Lõi thép hình c - Bê tông s - Cốt thép cr - Tới hạn f - Bản cánh w - Bản bụng pl - Dẻo y - Trục khỏe tiết diện ngang z - Trục yếu tiết diện ngang Chữ viết tắt LHTBT: - Liên hợp thép bê tông EC3: - Eurocode EC4: - Eurocode DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh kích thƣớc dầm liên hợp với dầm không liên hợp khả chịu lực nhƣ (EUROCODE) 14 Bảng 1.2 So sánh kích thƣớc dầm cột liên hợp với dầm cột bê tông cốt thép thƣờng khả chịu lực nhƣ (EUROCODE) 14 Bảng 1.3 So sánh trọng lƣợng thép giá thành tổng thể cho khung nhà năm tầng nhịp 15 Bảng 1.4 So sánh trọng lƣợng thép giá thành tổng thể cho khung nhà sáu tầng ba nhịp .15 Bảng 1.5 So sánh trọng lƣợng thép dầm sàn 15 Bảng 2.1 Tỷ số bề rộng bề dày lớn phận chịu nén 25 Bảng 2.2 Tỷ số bề rộng bề dày lớn phận chịu nén 26 Bảng 2.3 Hệ số khơng hồn chỉnh dạng đƣờng cong 31 Bảng 2.4 Chọn đƣờng cong oằn cho tiết diện 32 Bảng 2.5 Hệ số khơng hồn chỉnh dạng đƣờng cong oằn bên kèm xoắn 35 Bảng 2.6a Giới thiệu loại đƣờng cong oằn 35 Bảng 2.6 Giá trị hệ số C1, C2 C3 37 Bảng 2.7 Gới thiệu loại đƣờng cong oằn 38 Bảng 2.8 Hệ số điều chỉnh kc 39 Bảng 2.9 Giá trị NRk = fy Ai, Mi,Rk = fi Wi ΔWi,Ed 40 Bảng 2.10 Hệ số tƣơng tác kij cho cấu kiện không chịu biến dạng xoắn 40 Bảng 2.11 Hệ số tƣơng tác kij cho cấu kiện chịu biến dạng xoắn 40 Bảng 2.12 Hệ số khuyết tậc đƣờng cong uốn dọc 44 Bảng 2.13 Các loại tiết diện cột đƣờng cong uốn dọc tƣơng ứng .45 Bảng 3.1 Bảng dự tốn chi phí thi công cột thép .71 Bảng 3.2 Bảng dự tốn chi phí thi cơng cột thép .72 ...ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI MINH ĐẠO SO SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA CỘT THÉP VÀ CỘT LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG THEO EC3 VÀ EC4 Chuyên ngành Mã số : Xây dựng Cơng trình DD&CN :... văn đƣợc bảo vệ Tác giả Bùi Minh Đạo TÓM TẮT LUẬN VĂN SO SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH TỔNG THỂ CỦA CỘT THÉP VÀ CỘT LIÊN HỢP THÉP BÊ TÔNG THEO EC3 VÀ EC4 Học viên: Bùi Minh Đạo Chuyên ngành: Xây dựng Cơng... nhằm so sánh khả ổn định tổng thể cấu kiện cột thép cột liên hợp thép bê tông, làm rõ làm việc chịu nén tâm nén lệch tâm cột, làm rõ áp dụng phƣơng pháp tính tốn kiểm tra cột theo EC3 EC4; - So sánh