Khảo sát thép thành mỏng ở nhiệt độ cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA WX TRƯƠNG ĐÌNH THẢO ANH ĐỀ TÀI KHẢO SÁT THÉP THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Mà SỐ NGÀNH: 23.04.10 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2004 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS PHAN NGỌC CHÂU Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày …… tháng …… năm 2004 Có thể tìm luận văn Thư viện Trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO Bộ Giáo Dục Đào Tạo Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trương Đình Thảo Anh Ngày, tháng, năm sinh: 13/10/1979 Chuyên ngành: Xây dựng dân dụng &ø công nghiệp I- TÊN ĐỀ TÀI: Phái: Nữ Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Mã số: XDDD 13-001 KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ƒ Nghiên cứu lý thuyết tính toán dựa tiêu chuẩn Eurocode phát triển từ thép thành mỏng nhiệt độ thường đến nhiệt độ cao cho Ranby (1999) ƒ Dựa vào lý thuyết nghiên cứu, xây dựng chương trình ứng dụng tính toán ổn định uốn dọc cục – uốn dọc tổng thể – uốn – uốn xoắn cột thành mỏng điều kiện nhiệt độ cao ngôn ngữ Visual Basic NMAX ƒ Khảo sát mô hình PTHH cột thép thành mỏng điều kiện nhiệt độ chương trình ABAQUS Olli Kaitila ƒ So sánh phân tích kết tính theo lý thuyết theo PP PTHH, nhận xét tính đắn phương pháp Rút kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VUÏ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS PHAN NGỌC CHÂU CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH GS Phan Ngọc Châu Nội dung luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO LỜI CẢM ƠN Hôm nay, hoàn thành LUẬN VĂN, em xin chân thành cảm ơn: Gs PHAN NGỌC CHÂU trực tiếp hướng dẫn em trình làm luận văn, tất lòng nhiệt tình, kiến thức tình cảm thầy dành cho em suốt chặng đường từ sinh viên đại học đến Thầy quan tâm, theo dõi ủng hộ đôn đốc em để em hoàn thành đề tài đạt chất lượng yêu cầu Bố mẹ quan tâm chăm sóc, tạo điều kiện để hoàn tất luận văn Các bạn bè, em giúp đỡ,động viên em mặt khác Trương Đình Thảo Anh TP HCM, tháng 10 năm 2004 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO TÓM TẮT Ứng xử thép thành mỏng dập nguội tiết diện mở nhiệt độ cao nghiên cứu suốt trình phát triển phương pháp phần tử hữu hạn Phân tích bao gồm mô hình uốn dọc cục tổng thể (uốn uốn-xoắn) phần tử cột phân tích lực tới hạn cột nhờ vào chương trình tính toán thương mại hóa Thiết kế cột thành mỏng nhiệt độ cao phương pháp tính toán cho Ranby tiêu chuẩn Eurocode nhiệt độ thường lên đến nhiệt độ cao Phân tích bao gồm ảnh hưởng định đặc trưng vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ thực nghiệm, điều kiện biên điều kiện ràng buộc khác phân bố nhiệt độ không theo thời gian So sánh với kết phương pháp phần tử hữu hạn cho thấy tính xác phương pháp tính toán lý thuyết dựa vào chương trình ứng dụng xây dựng ngôn ngữ lập trình Visual Basic nh hưởng ổn định lên đặc trưng độ cứng lực tới hạn phân tích Sự lựa chọn đường cong uốn dọc thiết kế cột thép thành mỏng thảo luận đến Nhiệt độ tới hạn thép thành mỏng cao nhiều nhiệt độ mà Eurocode cho 3500C 93 trang + Phụ Lục 34 trang Ghi Phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH, FEA) Eurocode (EC3) LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MUÏC LUÏC GHI CHÚ KÝ HIỆU MỞ ĐẦU 13 1.1 Toång quan 13 1.2 Mục đích – Phạm vi – Giới hạn luận văn 14 1.3 Nội dung 15 1.4 Hệ trục tọa độ 16 ỨNG XỬ VÀ THIẾT KẾ THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO 17 2.1 Yếu tố tiêu biểu 17 2.2 Sơ lược trình phát triển nghiên cứu thiết kế chống cháy 21 ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU 27 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH UỐN DỌC Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO 32 4.1 Toång quan 32 4.2 Ổn định uốn 33 4.3 Ổn định uốn-xoắn 38 SƠ ĐỒ KHỐI tính toán: Đặc trưng tiết diện, Tiết diện thực (hữu hiệu) Ổn định uốn nhiệt độ không đổi, Ổn định uốn, Ổn định uốn-xoắn ỔN ĐỊNH CỤC BỘ Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO 54 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO 5.1 Tổng quan 5.2 Tấm thép đơn giản 54 5.2.1 54 Phân tích tính toán 54 5.2.2 Mô hình PTHH so sánh kết 55 5.3 Thép thành mỏng tiết diện C 59 5.3.1 Phân tích tính toán 59 5.3.2 Mô hình PTHH so sánh kết 61 ỔN ĐỊNH UỐN CỦA CỘT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO 63 6.1 Toång quan 63 6.2 Phân tích tính toán ổn định uốn tiết diện C 64 6.3 PP PTHH so sánh kết lý thuyết ổn định uốn tiết diện C 67 6.3.1 Phân tích mô hình PP PTHH 67 6.3.2 Phân tích uốn dọc 68 6.3.3 Phân tích Lực- Chuyển vị nhiệt độ không đổi 72 6.3.3.1 Kết phân tích PTHH theo lý thuyết 72 6.3.3.2 Nhận xét so sánh 74 6.3.4 Phân tích phi tuyến mô hình xét đến gradient nhiệt độ 78 6.3.4.1 Phân tích mô hình PP PTHH 78 6.3.4.2 Kết so sánh 81 6.4 Các kết thực nghiệm khác 82 6.4.1 Thực nghiệm Young Rasmussen 82 6.4.2 Thực nghiệm Feng, Wang Davies 85 ỔN ĐỊNH UỐN - XOẮN CỦA CỘT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO 7.1 Toång quan 90 7.2 Phân tích tính toán ổn định uốn-xoắn tiết diện C 90 7.3 PP PTHH so sánh kết lý thuyết ổn định uốn-xoắn tiết diện C 92 7.3.1 Phân tích mô hình PP PTHH 92 7.3.2 Dự báo giá trị uốn dọc so sánh 93 7.3.3 Phân tích phi tuyến tính 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC Tính toán ổn định uốn ổn định uốn-xoắn cường độ tới hạn tiết diện cột thép thành mỏng theo chương trình NMAX PHỤ LỤC Chương trình ứng dụng NMAX ( xây dựng ngôn ngữ lập trình Visual Basic 6.0) LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO GHI CHÚ KÝ HIỆU A Tiết diện ngang cấu kiện [mm2] Agr Tiết diện ngang tổng cộng cấu kiện [mm2] Aeff Diện tích thực (hữu hiệu) tiết diện [mm2] B1 Chiều cao thân [mm] B2 Chiều cao cánh [mm] Bz Độä cứng uốn EIz uốn theo trục z [Nmm2] C Độ cứng xoắn GIt [Nmm2] Cid* Độ cứng xoắn lý tưởng hóa [Nmm2] Cw Độ cứng cong (oằn) EIw [Nmm4] E Mun đàn hồi [mm2] F Lực dọc [N] FalT Ứng suất cho phép lực dọc trục nhiệt độ tới hạn [N/mm2] Fu Lực tới hạn [N] FyT Cường độ bền nhiệt độ tới hạn [N/mm2] G Mun đàn hồi trượt [N/mm2] Gk Tải trọng tónh [N] H Năng lượng tổng cộng [J] Ieff Moment quán tính thứ hai tiết diện ngang thực tế [mm4] Igr Moment quán tính thứ hai tiết diện ngang tổng cộng [mm4] It Hằng số xoắn [mm4] Iz Moment quán tính thứ hai tiết diện theo trục z [mm4] Iw Hằng số cong (oằn) [mm6] L Chiều dài, chiều dài uốn dọc [mm] LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO My(z) Ngoại moment theo trục y [Nmm] My,Sd Ngoại moment uốn theo trục y [Nmm] ∆My,Sd Moment phụ ảnh hưởng lệch trục theo trục y [Nmm] Mz,Sd Ngoại moment uốn theo trục z [Nmm] ∆Mz,Sd Moment phụ ảnh hưởng lệch trục theo trục z [Nmm] M Moment uốn [Nm] Mb Moment uốn dầm [Nm] M* Ma trận khối lượng giả tạo N Lực tác dụng [N] Nb.buck Lực uốn dọc tính [N] Nb.Riks Lực uốn dọc tính phương pháp Riks [N] Nb.cr Lực uốn dọc [N] Nb.Rd Lực tới hạn uốn dọc [N] Nc.Rd Lực tới hạn [N] Ncr Lực uốn dọc [N] Ncr,y Lực ổn định tới hạn Euler [N] NFE Lực tới hạn tính [N] NSd Lực dọc tác dụng [N] Nu Lực dọc tới hạn [N] PT Lực tính toán tới hạn cấu kiện riêng nhiệt độ cao T [N] P1 P ∝ Lực tập trung [N] Qk,1 Tải trọng động [N] Sx Moment tónh theo trục tiết diện C [mm3] T Nhiệt độ [°C] Ts Nhiệt độ thép [°C] ... 13-001 KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ƒ Nghiên cứu lý thuyết tính toán dựa tiêu chuẩn Eurocode phát triển từ thép thành mỏng nhiệt độ thường đến nhiệt độ cao. .. thép thành mỏng nhiệt độ thường đến nhiệt độ cao cho Ranby (1999) Mô hình có kể đến ảnh hưởng tác động cục tổng thể lên kết cấu thực Dựa vào lý thuyết tính toán thép thành mỏng nhiệt độ cao khảo. .. uốn nhiệt độ không đổi, Ổn định uốn, Ổn định uốn-xoắn ỔN ĐỊNH CỤC BỘ Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ CAO 54 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHẢO SÁT THÉP THANH THÀNH MỎNG Ở NHIỆT ĐỘ CAO 5.1 Tổng quan 5.2 Tấm thép